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1、可编程控制器在电梯控制系统应用10摘要 随着我国城市化建设的深入发展，高楼建筑不断涌现，电梯己成为了不可缺少的垂直方向运载工具，具有广阔的市场前景。目前，国内电梯制造业大多靠引进国外新技术，国内自主开发电梯控制系统技术企业寥寥无几。为此，本设计就可编程控制器在电梯控制系统应用作论文研究，探讨电梯控制系统的一种方法。 可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller简称PLC)是一种基于计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制裂置，它采用编程方法来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。在现代工业控制领域中，可编程序控制器是应用最广、功能强大、使用方便的通用工

2、业控制装置，它己经成为当代工业自动化的主要支柱之一。 设计方案就电梯、可编程控制器、变频器主要部分基本组成和工作原理进行了概述。引出了电梯可编程控制硬件系统设计框架、系统电路，阐述了硬件系统各主要部件选择原则。将可编程序控制器作为核心控制部件应用于电梯，用其与外围器件组成电梯自动控制系统，与传统继电器逻辑控制的电梯控制系统相比，电梯可靠性、易维护性、灵活性，使用寿命、控制水平等得到了极大的提高。特别是变频调速技术和PLC控制系统的结合。更进一步改善了电梯运行的舒适感，使电梯运行达到了较为理想的控制效果。关键词：电梯；可编程逻辑控制器；变频器变频；调速梯形图目 录摘要 I引言 11可编程序控制器

3、 31.1可编程序控制器概述 31.2可编程序控制器的基本结构及工作原理 41.2.1PLC的基本结构 41.2.2可编程控制器的工作原理 51.3可编程控制器主要技术指标 62电梯控制系统的硬件设计 72.1控制系统总体架构 72.2电梯PLC控制系统设计分析 82.2.1电梯PLC控制系统功能及设计内容 82.2.2电梯控制系统电路设计步骤 92.2.3电梯可编程控制(PLC)系统设计 92.3变频器的选择 112.3.1通用变频器选择条件 122.3.2变频器主要参数的设置 132.4可编程控制器的选择 152.4.1可编程控制器的选择 152.4.2输入输出(I/O )点数计算 162

4、.4.3输入输出(I/O)分配对照表 183电梯可编程控制系统的软件设计 213.1电梯门控模块程序梯形图 213.1.1电梯开门控制 213.1.2电梯本层关门 233.2 轿内指令及外呼信号的登记消除及显示模块 243.2.1轿内指令信号处理 243.2.2外召唤信号处理 253.2.3综合信号处理 273.3电梯的信号显示和铃控、报警 293.3.1电梯信号显示 293.3.2铃控与报警 33结言 34参考文献 35引言 电梯作为现代高层建筑的垂直运载工具，在人们的生产、生活中得到越来越广泛的应用，为此，催生了电梯控制技术的发展。电梯控制技术中出现过继电器逻辑控制、计算机控制、可编程序控

5、制器控制等方式，由于可编程控制器（PLC )是利用计算机技术专门针对机电控制而开发的一种控制器，其组成的控制系统内的软逻辑开关可以替代传统的继电器逻辑控制，而且运行非常可靠；又由于它可现场编程控制且编程易学，故其具有使用灵活及产品开发周期短，在实际应用中维修方便，抗干扰性强等优越性。现代可编程控制器组成的控制系统己成为目前电梯控制的发展方向之一。 变频技术在电机速度控制方面的应用，使电机交流变频调速技术得以极大的发展，变频调速中的正弦波脉宽调制(SPWM)技术，使被控交流电机平滑变速、运行平稳、减少了谐波，提高了乘坐的舒适性、安全性，功率因数高、提高效率、节省能耗。早期的较为一理想的双速直流电

6、梯的拖动方式己被异步交流电机变频调速取代。将PLC控制技术和现代变频调速技术相结合作为电梯控制调速系统己经成为现代电梯行业的一个热点。国内外电梯的研究现状：近年来，国内基础建设的高涨，特别是高楼大厦的兴建，对电梯的要求上升，中国电梯工业进入飞速发展时期。2007年中国电梯产销量达到了21. 6万台，超过了全世界电梯产量的一半，电梯的生产能力跃居世界第一。2007年，新安装验收电梯14. 6999万台，同比增长240。截至2007年底，全国在用电梯达91. 7313万台。中国已经成为全球最大的电梯市场。2008年中国电梯产量达25万台，目前全国在用电梯突破100万台，这是中国电梯行业发展的又一里

7、程碑。 中国电梯行业外商云集，国际上最大的电梯公司几乎全部进入中国，最先进的电梯产品争先在中国生产。美国奥的斯，瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森，日本三菱、日立、东芝、富士达等世界最负盛名的电梯公司先后在北京、天津、上海、广州、沈阳、杭州、廊坊等地投资建厂。他们大多用合资的方式建设了最好的工厂，装备了最好的设备，引进了最好的技术，合资企业在国内的市场份额已超过80。通过引进先进电梯产品和技术，形成了国内合资企业为主体的企业队伍。不断改善现有产品质量，推出现代电梯产品。 随着交流调压调速电梯技术引进技术的消化和吸收，使国内电梯产品得以更新。目前国内电梯更新技术主要采用微机控制电梯、可编程器控制电梯，

8、二者都是电梯技术的方向，各有优点。采用微机控制的电梯，控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。采用可编程控制器取代继电器控制系统的机型对电梯进行控制再利用变频调速技术，形成的新一代电梯产品由于控制结构简单易行、安全可靠，特别是利用其技术，在对老旧电梯改造上，目前很有前景。 随着我国城市化建设和工业化进程的深入发展，为节省土地资源，高楼建筑不断涌现，电梯就成为了不可缺少的垂直运载工具。进入21世纪，计算机技术、控制技术、电子电器应用技术的发展，为电梯控制系统的改造提供了良好的技术保障，在这些技术的整合、融于中，也要不少问题值得进一步研究和探讨。进入21世纪后，国内电梯产品技术含量

9、得到了很大的提高，但其产品技术含量基础是建立在引进国外技术制造或者购买国外产品的基础之上，如何更加有效地吸收并消化国外先进的电梯控制技术，从而结合国内实际开发出更加适合我们的民族工业产品，如何进二步在此基础上创新，把先进的技术应用于我国电梯控制制造业之中，进一步提高我国现有电梯系统的运行效率，满足乘客的需求，缩小与国外差距，打造民族品牌，是我们迫切希望解决的问题。 鉴于此，论文选定可编程器电梯控制系统应用设计，希望对电梯控制系统及其应用做些的研究和探索。本文主要包括以下几个方面：可编程控制器结构及原理，变频器的基本知识；重点分析了可编程控制器电梯的硬件设计；重点分析了可编程控制器电梯的软件设计

10、；结合以上设计思想，提出PLC电梯控制系统设计的实现方案。1可编程序控制器1.1可编程序控制器概述随着计算机控制技术的不断发展，1968年，美国的汽车制造公司通用汽车公司(GM)提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户角度提出新一代控制器应具备以下十大条件：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，最好是插件式；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；可将数据直接送入管理计算机；在成本上可与继电器控制柜竞争；输入可以是交流115V(即用美国的电网电压)；输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；在扩展时，原有系统只需要很小的变更；用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。1969年，美国数

11、字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着，该种器件在各国得以推广应用。可编程控制其定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易

12、于扩充其功能的原则设计。”定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”，是一种计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机，这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术操作，它还具有“数字量和模拟量输入输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。定义还强调了可编程控制器应直接应用于工业环境，它须具有很强的抗干抚能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。应该强调的是，可编程控制器与以往所讲的顺序控制器在“可编程”方面有质的区别。PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代

13、电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置，自研制成功开始使用以来，它己经成为了当代工业自动化的主要支柱之一。可编程控制器特点和与计算机控制、继电器控制区别可编程控制器的特点：编程简单，使用方便；控制灵活，程序可变，具有很好的柔性；功能强，扩充方便，性能价格比高；控制系统设计及施工的工作量少，维修方便；体积小、重量轻、能耗低，是“机电一体化”特有的产品；可靠性高，抗干扰能力强。1.2可编程序控制器的基本结构及工作原理1.2.1PLC的基本结构PLC的类型繁多，功能和指令系统也不同，但是结构

14、与工作原理则大同小异，通常由中央处理单元CPU、存储器、输入输出等部分组成。如图1-1所示： 图1-1可编程序控制器的结构简图主控部分主控部分包括中央处理器、系统程序存储器、用户程序及数据存储器、输入输出扩展接口、外部设备接口和电源等部分组成。中央处理器是PLC的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路，用于运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，将结果送到输出端，并响应外部设备的请求以及进行各种内部判断等。输入/输出(I/0)接口I/0接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备。输入

15、/输出扩展单元I/0扩展接口用于将外部输入/输出端子数的扩展单元和基本单元连接在一起。输入输出扩展接口有并行接口、串行接口和双口存储器等多种形式。外部设备接口外部设备接口是PLC主机实现人一机对话、机一机对话的通道。通过它，PLC可以与编程器、打印机等外部设备相连。该接口的功能是串行/并行数据的转换、通信格式的识别、数据传输的出错检验、信号电平的转换等。编程器编程器是PLC利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监视PLC的工作情况。一通过专用的PC/PPI工电缆线将PLC与电脑连接，并利甩专用的软件进行电脑编程和监控。电源单元电源是供给PLC电源的器件，通常为输入设备提供直流电源。

16、;它的作用是把外部的供电电源变换成系统内部各电源所需的电源。可编程序控制器的电源一般采用开关电源，特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高。1.2.2可编程控制器的工作原理PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期主要可分为：读输入阶段。每次扫描周期的开始，先读取输入点的当前值，然后写到输入映像寄存器区域。在之后的用户程序执行的过程中，CPU访问输入映像寄 存器区域，而并非读取输入端口的状态，输入信号的变化并不会影响到输入映像寄存器的状态，通常要

17、求输入信号有足够的脉冲宽度，才能被响应。执行程序阶段。用户程序执行阶段，PLC按照梯形图的顺序，自左而右，自上而下的逐行扫描，在这一阶段CPU从用户程序的第一条指令开始执行直到最后一条指令结束，程序运行结果放入输出映像寄存器区域。在此阶段，允许对数字量工I/0指令和不设置数字滤波的模拟量工I/0指令进行处理，在扫描周期的，各个部分，均可对中断事件进行响应。处理通信请求阶段。是扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通信端口接收到的信息。执行CPU自诊断厕试阶段。在此阶段CPU检查其硬件，用户程序存储，器和所有I/U模块的状态。写输出阶段。每个扫描周期的结尾，CPU把存在输出映像寄存器中的数据输出给

18、数字量输出端点(写入输出锁存器中)，更新输出状态。然后PLC进入下一个循环周期，重新执行输入采样阶段，周而复始。如果程序中使用了中断，中断事件出现，立即执行中断程序，中断程序可以在扫描周期的任意点被执行。如果程序中使用了立即I/0指令，可以直接存取I/0点。用立即I/0指令读输入点值时，相应的输入映像寄存器的值未被修改，用立即I/0指令写输出点值时，相应的输出映像寄存器的值被修改。1.3可编程控制器主要技术指标可编程控制器的种类很多，用户可以根据控制系统的具体要求选择不同技术性能指标的PLC。可编程控制器的技术性能指标主要有以下几个方面：输入/输出点数：可编程控制器的I/0点数指外部输入、输出

19、端子数量的总和。它是描述的PLC大小的一个重要的参数。存储容量：PLC的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。扫描速度可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度。指令系统指令系统是指PLC所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。用户应根据实际控制要求选择合适指令功能

20、的可编程控制器。通信功能通信有PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块，.通信接口，通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也已成为PLC产品水平的重要衡量指标之一。2电梯控制系统的硬件设计2.1控制系统总体架构电梯控制系统主要由PLC主控单元、变频调速主回路、输入输出单元构成用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。本设计控制系统总体架构采用PLC控制变频器调速系统，实现电流、速度、位移三闭环控制，由如图2-1所示。图2-1硬件结构图电梯硬件系统的结构，主要由下列部分

21、构成： 可编程控制器:处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发油起停等信号，同时变频器也将工作状态信号送给PLC形成双向联络关系是系统的核心。 变频器调速部分：变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成。三相电源R，S，T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端U，V，W接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。 旋转编码器和PG卡：实现闭环运行，为满足电梯

22、的要求，变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和PG卡完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环系统。旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进行测速。旋转编码器输出A、B两相脉冲，根据A, B脉冲的相序，可判断电动机转动方向，并可根据A, B脉冲的频率测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡，PG卡再将此反馈信号送给变频器内部，以便进行运算调节。 输入输出单元为PLC的I/0接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、称重等单元构成。2.2电梯PLC控制系统设计分析2.2.1电梯PLC控制系统功能

23、及设计内容电梯控制系统实现的功能：一台电机控制上升和下降；各层设上/下呼叫开关；电梯到位后冥有手动或自动开门关门功能；电梯内设有层楼指令键，开关门按键，警铃风扇及照明按键；电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯；待客自动开门。当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客；自动关门与提早关门。在一般情况下，电梯停站4-6秒应能自动关门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门；按钮开门。在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开；内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向；自动

24、定向。当轿厢内操纵盘上，选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向；呼梯一记忆与顺向截停。电梯在运行中应能一记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答；自动换向。当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号；自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明；自动返基站。当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。 控制系统设计内容分析控制系统总体要求，确定系统硬件配置；根据系统层站、控制方式等计算系统输入、输出信号数量，分类对信号统计并分析电压类型、信号等

25、级、数量； PLC配置设计:机型、容量、I/0模块等的选择。2.2.2电梯控制系统电路设计步骤控制电路包括设计主拖动电路、信号控制电路、PLC的I/0电路、操纵盘的原理图及配线图。如图所示2-2为PLC控制设计步骤流程图。图2-2 PLC控制设计流程图2.2.3电梯可编程控制(PLC)系统设计 电梯PLC的控制系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图2-3为电梯PLC控制系统的基本结构框图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，输入

26、信号存储在存储器并在召唤指示灯等发出显示信号，通过PLC逻辑处理后向拖动和门机控制系统发出控制信号。图2-3电梯PLC控制系统的基本结构框图信号控制系统电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图2-4所示，输入到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制信号、层内外指令、安全保护信号、光电脉冲、开关门信号、门区和平层信号等。图2-4电梯PLC信号控制系统框图减速及平层控制 电梯的工作特点是频繁起制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车抱闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按

27、距离精确的启动矫正速度给定曲线。设计采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯运行，计数器就可以精确地确定走过的距离，达到与减速点相应的数时即可发出减速命令。 采用相对计数方式进行位置测量。运行前通过编程方式将各信号，如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置等所对应的脉冲数，分别存入相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过编码器检狐软件实时计算以下信号：电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置，从而进行楼层计数、和平层信号。 轿厢的启动与运行：轿厢在运行方向确定，轿厢门己关好时启动运行，运行的初始阶段是加速运行阶段，其后是稳定运行阶段。安全保护：电梯的安全保护很多，如冲顶与蹲底，断钢丝绳，轿厢内人员的

28、跌落、逃生等保护，还有消防运行等多项。2.2.4 PLC输入输出(I/0)接口电路设计PLC输入输出(I/0)接口电路表示PLC与操纵盘、并道以及控制柜其他电器之间的连接，根据输人信号的作用和输出类型进行I/0式和运行条件等重要输人信号排列在前面，如安全信号、门连锁、有无司机、门机信号、检修、消防等输入信号。负载电压类型和等级相同的输出合为一组，利用同一公共输出点。如指示灯电路可作为一组输出，接触器、继电器常用220V，另用一组输出。 在分配了I/0地址后，应画出工I/0接口线路图，列写I/0及内部辅助继电器、定时器等的地址分配表，以便进行梯形图的设计。2.3变频器的选择 为降低成本，本设计没

29、有采用专用变频器，而是选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。 电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感;另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。2.3.1通用变频器选择条件电梯用通用变频器的选择主要考虑一下几个方面：(1)根据负载特性选择变频器，如负载为恒转矩负载需选择 Siemens MMV/MDV变频器，如负载为风机、泵类负载应选择 Siemens ECO变频器

30、。 (2)选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外应充分考虑变频器的输出含有高次谐波，会造成电动机的功率因数和效率都会变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流增加10%而温升增加20%左右。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这中情况，适当留有裕量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。 (3)变频器若要长电缆运行时，此时应该来取措施抑制长电缆对地祸合电容的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。 (4)对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等，此时会引起变

31、频器的降容，变频器需放大一档选择。 (5)变频器用于变极电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进行极数转换时，应先停止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。(6)变频器驱动绕线转子异步电动机时，大多是利用己有的电动机。绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比，绕线电动机绕组的阻抗小。因此，容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象，所以应选择比通常容量稍大的变频器。考虑以上各种因素，本设计选用安川VS-61665型全数字变频器，它的技术特性为：可直接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩；适用于各种应用场合，在低速下实现平稳起动及其精确的运行；它的自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制；它将V/f控制、矢量控制、闭环v/f控制、闭环矢量控制四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制特别适合电梯类负载频繁变化的场合，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗。2.3.2变频器主要参数的设置 由于采用PLC作为逻辑控制部件，故变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟量。由于61665是通用型变频器，因而用在电梯控制上为了满