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1、电梯控制系统中的PLC应用付琦江苏财经职业技术学院毕业设计标题：电梯控制系统中的PLC应用系 别： 电子工程系专 业： 电气自动化学 号： 0810503210姓 名： 付琦指导教师： 吉跃仁 2011年5月15号摘要电梯作为垂直运输工具，承担着大量的人流和物流的输送，其作用在建筑物中至关 重要。因此，电梯得到了快速发展，与现代科学技术联系越来越密切。与此同时，人们 对电梯的性能要求也越来越高。用 PLC控制电梯可以满足人们对其的要求。采用 PLC对 电梯进行控制，通过合理的选择和设计，能够有效的提高电梯的控制水平，极大地改善 了电梯运行的舒适感，使电梯的控制达到了比较理想的控制效果。本文在介

2、绍电梯基本结构的基础上，重点分析了电梯系统设计中如何用 PLC实现控制系统并编制控制程序，设计出了新的采用 PLC进行逻辑控制，用变频器调速的电梯控 制系统。关键词：电梯；PLC;控制系统；变频器摘要 1目录 2 引言 3 1电梯继电器控制系统的特点及存在问题 31.1电梯继电器控制系统的优点 31.2电梯继电器控制系统存在的问题 31.3PLC及在电梯控制中的应用特点 42电梯的概述 52.1电梯的结构 52.2电梯的控制要求 83 PLC的选择 93.1PLC的特点 93.2PLC的主要功能和应用 113.3PLC的系统硬件设计 114软件设计 134.1FX2N系列的基本逻辑指令 134

3、.2程序说明 14结束语 27致谢 27参考文献 28电梯控制系统中的PLC应用引言随着科学技术和社会经济的发展，高层建筑已成为现代城市的标志。电梯作为垂直 运输工具，承担着大量的人流和物流的输送，其作用在建筑物中至关重要。是现代城市 生活中必不可少，且应用最广泛的垂直交通运输工具。由于电梯拖动技术从直流电动机驱动， 到交流单速、交流双速电动机驱动，到交流 调压调速(ACVV)控制，交流调压调频调速(VVVF)控制，使得电梯控制技术不断成熟， 加上电子技术、电子计算机技术、自动控制技术在电梯中的广泛应用，使电梯运行的可 靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、减少噪声等方面都有了极

4、大70年代，特别是1973年以来，电梯控制柜的控制电路逐渐从模拟电路向数字化电路 发展，数字技术显著提高了电梯的可靠性和运性精度。 70年代末到80年代初，高速无齿轮和有齿轮快速电梯都应用微机作为控制的主要部件， 而且每部电梯使用的微机不止一80年代，大功率晶体管模块的问世以及微机和数字调节技术的不断成熟， 人们利用PWM(脉宽调节)技术来控制换流器，实现对电梯中交流电动机进行调压调频 (VVVF)，达到线性调速的目的。自80年代中期，VVVF控制的电梯先后由美国奥的斯、日本三菱 等电梯公司相继开发并逐步推向市场。90年代，WVF拖动系统得到较快发展，其许多技 术、经济指标，明显优于其它电梯控

5、制系统。1电梯继电器控制系统的特点及存在问题1.1电梯继电器控制系统的优点所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于 一般技术人员和技术工人所掌握。系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸 齐全，熟悉、掌握的人员较多。1.2电梯继电器控制系统存在的问题系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故 障率较高。普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能 不易增加，技术水平难以提高。电磁机

6、构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高：而且检查故障 困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性， 经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成 电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。2311d-Numbered_c40f6a2a-220b-4fPLC及在电梯控制中的应用特点PLC空制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较 短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多

7、的控制方式， 目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复 杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多己处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双 速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。由于这些电梯 交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统 属能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电 气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合 我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与 人

8、们的工作和生活日益紧密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先 进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机 控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于 PLC具有性能稳定、抗干扰 能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自80年代后期PLC 引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。并 形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中， PLC系统一直是主流控制系统。电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对

9、电梯运行是乘客的 舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的 舒适感和运行的可靠性，现在都改为用 PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的 性能。可编程控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)是以微处理器为基础，综 合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有可靠性高、适应工业 现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具， 是当前先进工业自动化的三大支柱之一。PLC控制电梯的优点：在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。去掉了选层器及大

10、部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。更改控制万案时不需改动硬件接线2电梯的概述2.1电梯的结构电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经, 控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽 管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机 械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成； 而电气控制部分由电力拖动系

11、统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。 电梯的基本结构如图2-1所示。图2-1电梯的基本结构I-控制柜(屏):2-拽引机：3-拽引钢丝绳：4-限速器；5-限速器钢绳：6-限速器张紧装置：7-轿厢:8-安全钳：9-轿厢门安全触板：10-导轨：11-对重：12-厅门；13缓冲器一、拽引系统电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢 丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴 器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽 引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复

12、绕型 还可以增加拽引力。二、导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度， 使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动二、门系统门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇， 门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。四、 轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿 厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿 厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由 额定载重量和额定客人数决定.五、 重量平衡系统重量平

13、衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平 衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳 长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。六、 电力拖动系统电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用 是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者 直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运 行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机 进行速度控制。七、 电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示

14、装置等部分组 成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层 装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接 近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。 位置显示装置 是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯， 厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。八、安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方 面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总 电源的极限保护装置

15、。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。2.2电梯的控制要求人们对现代电梯的自动化程度和智能行越来越高，可以有下列基本功能，这些功能 有的是厂家作为标准功能配置在电梯上，有的是可按用户要求配置。但是由于本次设计 工作的时间有限，不可能实现下面的所有控制要求，只能完成其中的一些主要的最基本 的控制要求。1司机操作。由司机关门启动电梯运行，由轿内指令按钮选向，厅外召唤只能顺 向截梯，自动平层。2、 集选控制。集选控制是将轿厢内指令与厅外召唤等各种信号集中进行综合分析 处理的高度自动控制功能。它能对轿厢指令、厅外召唤登记，停站延时自动关门起动运 行，同向逐一应答，自动平层自动开门，顺向截

16、梯，自动换向反向应答，能自动应召服 务。3、 下行集选。只在下行时具有集选功能，因此厅外只设下行召唤按钮，上行不能 截梯。4、 独立操作。只通过轿内指令驶往特定楼层，专为特定楼层乘客提供服务，不应 答其它层站和厅外召唤。5、 特别楼层优先控制。特别楼层有呼唤时，电梯以最短时间应答。应答前往时， 不理会轿内指令和其它召唤。到达该特别楼层后，该功能自动取消。6、 停梯操作。在夜间、周末或假日，通过停梯开关使用电梯停在指定楼层。停梯 时，轿门关闭，照明、风扇断电，以利节电、安全。7、满载控制。当轿内满载时，不响应厅外召唤8清除无效指令。清除所有与电梯运行方向不符的轿内指令。9、 开门时间自动控制。根

17、据厅外召唤、轿内指令的种类以及轿内情况，自动调整 开门时间。10、 按客流量控制开门时间。监视乘客的进出流量，使开门时间最短。11、 开门时间延长按钮。用于延长开门时间，使乘客顺利进出轿厢。12、 故障重开门。因故障使电梯门不能关闭时，或者在关门的过程中又有乘客进入 的时候，使门重新打开再试关门。13、 强迫关门。当门被阻挡超过一定时间时，发出报警信号，并以一定力量强行关 门。14、 光电装置。用来监视乘客或货物的进出情况。15、 光幕感应装置。利用光幕效应，如关门时仍有乘客进出，则轿门未触及人体就 能自动重新开门。16、 副操纵箱。在轿厢内左边设置副操纵箱，上面设有各楼层轿内指令按钮，便于

18、乘客较拥挤时使用。17、 电子触钮。用手指轻触按钮便完成厅外召唤或轿内指令登记工作。18、 灯光报站。电梯将到达时，厅外灯光闪动，并有双音报站钟报站。19、 停电时紧急操作。当市电电网停电时，用备用电源将电梯运行到指定楼层待机。20、 火灾时紧急操作。发生火灾时，使电梯自动运行到指定楼层待机。21、 消防操作。当消防开关闭合时，使电梯自动返回基站，此时只能由消防员进行 轿内操作。22、 故障检测。将故障记录在微机内存(一般可存入820个故障)，并以数码显示故 障性质。当故障超过一定数量时，电梯便停止运行。只有排除故障，清除内存记录后， 电梯才能运行。大多数微机控制电梯都具有这种功能。3 PLC

19、的选择3.1 PLC的特点1、PLC的可靠性高PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系 统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如：冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提咼。3）PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因对操 作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。2、 易操作性1） 操作方便对PLC的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。大多数 PLC采用 编程器进行程序输人和更改的操作。编程器至少提供了输人信息的显示，

20、对大中型的 PLC,编程器采用CRT屏幕显示，因此，程序的输人直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。 更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。2） 编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于 与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习，采用布尔助 记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。虽然功能 表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它们具有功能 清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用，并发挥出更有效的功能特

21、点。3） 维修方便PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。 当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除 故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展，有些 PLC的制造企业提供了维修用的 专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料。有些厂商还提供维修用的智能卡件或 插件板，使维修工作变得十分方便。PLC的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设置在便 于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类型等， 这些设计使维

22、修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。采用标准化元件和标准化 工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。3、 PLC的灵活性1）编程的灵活性PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块 图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样性使 编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更 换时，可以不必改变PLC的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使 PLC能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控

23、制设备。在柔性制 造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）和计算机集成过程控 制系统（CIPS）中，PLC正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。2） 扩展的灵活性PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过 增加输人输出单元增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台 PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统 （DCS）或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方便了用户。3） 操作的灵活性操作的灵活性是

24、指设计的工作量大大减少， 编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。PLC的主要功能和应用PLC的主要功能如下：1） 开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成 开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。2） 模拟控制在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、 压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求， 目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。特

25、别是在系统中模拟量控制点数不多,同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置所无法比拟的优势。另外某些PLC 产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模 拟量的控制运算。3） 定时控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定 时与计数器。其定时时间间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对于频率较 高的信号进行计数，可以选择高速计数器。4） 数据处理新型PLC都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些 PLC还可以进行浮点运算、函数运算。5） 信号连锁系统信

26、号连锁是安全生产所需的。在信号连锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和连锁系统，而 对其中的逻辑运算等，可采用冗余的 PLC实现。6）通信把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，完成数据 的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此 PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。PLC的系统硬件设计1、 PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1） 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，

27、最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现 场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。2） 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。 这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安 全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然 掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3） 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经

28、济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满 足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地 降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统 的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4） 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高， 设计时要适当考虑到今 后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入/输出模块、1/0点数和内 存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2、 可编程控制器机型的选择为了完成设定的控制任务，主要根

29、据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的 多少来确定PLC的机型。本系统为六层楼的电梯，采用集选控制方式。所需输入/输出 点数与内存容量估算如下：1） 输入/输出点的估算。输入点有：门厅按钮10个，轿厢内按钮9个，楼层感应传感器6个，轿厢门限开关2 个，检修开关1个，平层传感器2个，减速传感器2个，过载测量传感器1个，PG卡1个， 障碍检测光电传感器1个共35个。输出点有：轿厢内指示灯9个，门厅召唤按钮指示等10个，楼层显示用七段码显示 器引脚7个，开关门电动机驱动线圈2个，变频器控制引脚8,电梯上下行指示灯2,总共 38个。2） 内存容量的估算用户控制程序所需内存容量与内存利用率、 输入/

30、输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。因此，在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度 进行估算。本系统有开关量I/O总点数有67个，模拟量I/O数为0个。利用估算PLC内 存总容量的计算公式：所需总内存字数=开关量I/O总点数X（1015）+模拟量I/O总点数冬150250）再按 30%左右预留余量。估算本系统需要约2K字节的内存容量。3） 可编程控制器机型的选择FX2，FX1，FX2C系列是三菱公司今年来推出的高性能小型可编程控制器， FXOS,FXON，FX2N是微型可编程控制器。它们都体积都比较小，但功能强大，内置高速记数 器，外观，高度，深度都差不多但性能价格有很大

31、的差别。如表 3-1所示。表3-1 FXOS，FXON . FX2N 性能比较型号1/0数用户程序步 数功能指 令通信功 能基本指f令执行 时间模拟量模块fXOS10-30800 步EEPROM50无1.6-3,6 微杪无FXON24-1282k 步EEPROM55较强1.23+6微杪有FX2N16-256&K 步 RAM29S强0,08微妙有FXON可用于控FXOS的功能简单，价格便宜，可以用与小型开关量的控制系统, 制要求较高的中小型控制系统，FX2N的功能最强，可用与控制要求很高的控制系统。根据输入/输出点数与内存容量的要求， 再留出一定的I/0节点与内存空间以供扩展时使用，以及指令的执行速度，因此选用三菱公司的 FX2N系列的FX2N-80ldR。它的输入继电器X000-X047共40个，输出继电器Y000-Y047共40个，程序容量为8K字节，完全满 足要求。也给以后功能扩展留了足够的空间。4软件设计4.1FX2N系列的基本逻辑指令基本逻辑指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它也就初步掌握了 PLC的使用方 法，各种型号的PLC的基本逻辑指令都大台大同小异，现在我们针对 FX2N系列，逐条学习其指令的功能和使用方法，每条指令及其应用实例都以梯形图说明