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plc电梯控制系统设计大学论文

成人高等教育

毕业设计（论文）

题目PLC电梯控制系统设计

专业电气工程及其自动化

类别理工类

层次

学生

班号

学号

指导教师

答辩日期

哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学成人高等教育毕业设计（论文）任务书

姓名：

类别：

班号：

层次：

学号：

专业：

任务起止日期：

年月日至年月日

毕业设计（论文）题目：

PLC电梯控制系统设计

立题的目的和意义：

目的：

通过分析电梯PLC控制系统的设计，并将可编程序控制器（PLC）应用于五层以上电梯进行逻辑控制，提高电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长其使用寿命，以及缩短电梯的开发周期。

来论证该电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务。

意义：

目前，由可编程序控制器正以很快的速度必展着，采用PLC控制的电梯可靠性高，维护方便，这种运行更加可靠，并且有很大的灵活性，可以完成更复杂的控制任务，已经成为电梯控制的发展方向，所以要加深对此方面的研究。

技术要求与主要内容：

技术要求：

（1）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。

（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。

（3）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。

（4）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。

（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。

（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。

主要内容：

本文将可编程序控制器（PLC）应用于五层电梯进行逻辑控制，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。

这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。

该电梯控制系统具有司机运行和无司机运行即手动和自动的功能，并且具有指层、厅召唤、选层、选向等功能。

具有集选控制的特点。

进度安排：

第一阶段选题，查资料，提交设计任务书。

2016年9月

第二阶段熟悉关于PLC的软，硬件，提交设计论文初稿。

2016年10月

第三阶段根据设计需要，对其进行修改。

2016年10月

第四接段修改设计论文格式，提交论文第三稿。

2016年10月

第五阶段提交设计论文定稿。

2016年11月

同组设计者及分工：

指导教师签字：

___________________

年月日

教研室主任意见：

教研室主任签字：

___________________

年月日

摘要

电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。

由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。

采用这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。

从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。

本文将可编程序控制器（PLC）应用于五层电梯进行逻辑控制，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。

这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。

该电梯控制系统具有司机运行和无司机运行即手动和自动的功能，并且具有指层、厅召唤、选层、选向等功能。

具有集选控制的特点。

关键词可编程控制器；指层控制；轿内指令；选层选向

摘要…………………………………………………………………………………I

第1章绪论…………………………………………………………………1

1.1课题背景目的意义……………………………………………1

1.2国内外电梯的发展状况………………………………………1

1.3PLC控制电梯的优点…………………………………………2

1.4电梯继电器控制系统存在的问题…………………………………2

1.5论文的主要内容…………………………………………………3

第2章电梯PLC控制系统的设计………………………………………………5

2.1电梯的构造………………………………………………………5

2.2电梯控制系统原理及要求……………………………………6

2.3PLC控制系统程序设计的步骤…………………………………8

2.4电梯PLC控制系统的设计……………………………………9

2.5七层电梯控制系统要求………………………………………13

2.6I/0分配对照表………………………………………………15

2.7小结………………………………………………………………17

第3章控制系统指令说明……………………………………………………19

3.1层楼信号的产生与消除环节…………………………………19

3.2LED楼层显示环节…………………………………………19

3.3停层信号的登记与消除环节指令…………………………20

3.4外呼信号的登记与消除环节…………………………………21

3.5电梯的定向环节………………………………………………22

3.6电梯自动运行时起动加速和稳定运行环节…………………23

3.7电梯停车制动环节……………………………………………24

3.8小结………………………………………………………………25

结论………………………………………………………………………………26

参考文献……………………………………………………………………………27

致谢…………………………………………………………………………………28

第1章绪论

1.1课题背景目的意义

目的：

通过分析电梯PLC控制系统的设计，并将可编程序控制器（PLC）应用于五层以上电梯进行逻辑控制，提高电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长其使用寿命，以及缩短电梯的开发周期。

来论证该电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务。

意义：

目前，由可编程序控制器正以很快的速度必展着，采用PLC控制的电梯可靠性高，维护方便，这种运行更加可靠，并且有很大的灵活性，可以完成更复杂的控制任务，已经成为电梯控制的发展方向，所以要加深对此方面的研究。

1.2国内外电梯的发展状况

当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。

在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。

世界上有名的几家电梯公司，诸如:

美国奥梯斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量己占世界市场的51%。

其中，奥梯斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。

我国自改革开放以来，对电梯的需求量急剧上升。

在通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。

如中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品。

目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品。

微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。

另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。

有些生产企业开发了紧急供电装置、放火厅门、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能。

总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。

1.3PLC控制电梯的优点

（1）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。

（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。

（3）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。

（4）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。

（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。

（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。

1.4电梯继电器控制系统存在的问题

（1）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。

（2）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。

（3）电磁机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。

（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。

（5）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。

1.5论文的主要内容

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。

它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点。

特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。

因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。

与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。

在软件的控制下，PLC才能正常地工作。

软件分为系统软件和应用软件两部分。

PLC的基本工作如下:

（1）输入现场信息:

在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态;

（2）执行程序:

顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。

（3）输出控制信号:

根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。

第2章电梯PLC控制系统的设计

2.1电梯的构造

电梯是一种特殊的起重运输设备，由轿厢及配重、拖动电机及减速传动机械、井道及井道设备、召唤系统及安全装置构成。

轿厢是载人或装货的部位，配重是为了改变电梯电机负载的特性以提高电梯安全性而设置的。

图2-1是电梯拖动系统示意图，图中可见电梯的轿厢及配重分系在钢丝绳的两端，钢丝绳跨挂在曳引轮上，曳引轮经减速机构由电机拖动，形成轿厢的上下运动。

井道指建筑物中用于安装电梯并提供电梯运行的通道，轿厢及配重都是在井道中运行的。

井道在各楼层设有门厅及呼梯设备。

门厅有门厅门，厅门顶部装有层楼指示灯，用于指示电梯的运行方向及电梯所在的位置。

门厅里还设有呼梯盒，用于在每层站召唤电梯。

呼梯盒常安装在厅门外离地面1m左右的墙壁上，基站与顶站只有一个按钮，中间层站有上呼与下呼两个按钮，按钮下带有呼梯记忆灯。

基站的呼梯盒上还设有钥匙开关，供司机开关电梯。

为了实现轿厢的正常运行及准确停车，井道中往往要安装许多定位装置及安全设备。

井道的顶部和底部还设有冲顶及蹲底的缓冲设备。

图2-1电梯拖动系统图

1-电动机2-减速机构3-曳引轮4-钢丝绳5-轿箱6-对重

轿厢中设有自动门机，用来完成电梯的开门及关门任务。

电梯门分厅门及轿门，当电梯停靠某层时，此层的厅门在轿门的带动下开启及关闭。

电梯的操纵箱也安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。

上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮（带内选指示记忆灯），上下行启动按钮（带上下行指示记忆灯），开关门按钮，层楼指示灯的控制开关，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行还是检修状态）等。

电梯的安全是电梯最重要的技术指标。

电梯的安全设备有:

安全窗及其开关、安全钳及其开关、限速器及其开关、限速开关等。

安全窗位于轿厢的顶部，供应急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不准运行。

极限开关、强迫换速开关是电梯位置安全装置，当电梯运行至上下极限位置时仍不停车，上下限开关动作，发出停车信号，若仍不能停车，将压下上下强迫停车开关，强制电梯停止运行，若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关切断曳引电机电源，以达到停车的目的，避免电梯出现冲顶与蹲底事故。

2.2电梯控制系统原理及要求

图2-2电梯控制系统原理框图

由电梯控制原理图（图2-2）可以知道电梯的安全运行有以下一些主要控制要求:

（1）电梯位置的确定与显示。

轿厢中的乘客及门厅中等待电梯的人都需要知道电梯的位置，因而轿厢及门厅中都设有以楼层标志的电梯位置。

但这还不够，电梯的运行还需要更加准确的电梯位置信号，以满足制动停车等控制的需要。

传统电梯的位置信号一般由设在井道中的位置开关，如磁感应器提供，当轿厢上设置的隔磁板插入感应器时，发出位置信号，并启动楼层指示。

（2）轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号。

司机及乘客可按下轿厢内操控盘上的选层按钮选定电梯运行的目的楼层，此为内选信号。

按钮按下后，该信号应被记忆并使相应的指示灯点亮。

在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。

该信号也需记忆并点亮门厅的上行或下行指示灯，这些保持信号在要求得到满足时应能自动消号。

（3）电梯自动运行时的信号响应。

电梯自动运行时应根据内选及外唤信号，决定电梯的运行方向及在哪些站点停站。

一般情况下电梯按先上后下的原则安排运送乘客的次序，而且规定在运行方向确定之后，不响应中途的反向呼唤要求，直到到达本方向的最远站点才开始返程。

（4）轿厢的启动与运行。

轿厢在运行方向确定，轿厢门已关好时启动运行，运行的初始阶段是加速运行阶段，其后是稳定运行阶段。

（5）轿厢的平层与停车。

轿厢运行后需确定在哪一层站停车，平层即是指停车时，轿厢的底与门厅“地平面”应相平齐，一般有具体的平层误差规定，如平层时两平面相差不得超过5mm。

平层停车过程需在轿厢底面与停车楼面相平之前开始，先是减速，再是制动，以满足平层的准确性及乘客的舒适感。

传统电梯的平层开始信号由平层感应器发出。

上平层感应及下平层感应器装在轿厢顶部，隔磁板安装在井道壁上。

上行时，上平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至下平层感应器插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号，电动机停转，抱闸抱死:

下行时下平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至上平层感应器插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号。

2.3PLC控制系统程序设计的步骤

在对一个控制系统进行设计之前，最重要的工作就是深入了解和分析系统的控制要求，只有这样才可能提出准确的、合理的系统总体设计方案，进而实现各个阶段的设计任务。

在深入了解与掌握控制要求与主要控制的基本方式以及应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等方面情况之后。

对较复杂的控制系统，可用状态流程图的形式全面地表达出来。

必要时还可将控制任务分成几个独立部分，这样可化繁为简，有利于编程和调试。

程序设计主要包括绘制控制系统流程图、设计梯形图、编制语句表程序清单。

控制程序是控制整个系统工作的条件，是保证系统工作正常，安全、可靠的关键。

因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。

其详细步骤如图2-3所示。

2.4电梯PLC控制系统的设计

（1）电梯的运行过程。

当乘客进入轿厢后，由乘客根据欲前往的层站，逐一按下相应层站的选层按钮，便完成了运行指令的预先登记，电梯便自动决定运行方向。

再按启动按钮，电梯自动关门，当门完全关闭后，门锁微动开关闭合，使门锁继电器吸合，电梯开始启动、加速，直至稳速运行。

当电梯到达欲停靠的目的层站前方某一距离位置时，由井道传感器向电梯控制系统发出转换信号，电梯便自动减速准备停靠。

当轿厢进入到平层区（即停靠层站上方或下方的一段有限距离）时，井道平层传感器动作，发出平层信号控制轿厢准确平层，并自动取消，自动开门。

对某类电梯，如果在平层时平层精度超过标准要求，则电梯进行校正运行，电梯以最低的速度慢行到准确平行位。

如果继续平向运行，司机只需按下启动按钮，电梯便按预先登记的楼层，按序逐一自动停靠，自动开门。

在电梯运行过程中，如果厅外有人按下厅门召唤电钮，只要申请乘梯方向符合此时电梯运行方向，则电梯能被顺向截停。

当同向登记指挥都己被执行以后，电梯便自动换向运行，执行另一方向的运行登记指令。

如果电梯在某一层站关门时，有人或物碰触了门安全触板，或被非接触式的光电式、电子式装置检测到关门障碍时，电梯便停止关门并立即转为开门。

如果欲乘电梯的乘客正逢电梯关门时，可按下外上、下召唤按钮中与电梯欲行方向相同的一个按钮，电梯便立即开门，这种操作，用于为本层开门。

如果由于乘客过多而超载，则电梯超载检测装置发出超载信号，在声音警示的同时，阻止电梯启动并开门，直到满足限载要求，电梯方能恢复正常运行。

如果停层时间到，便自动关门启动、加速，直至稳速运行。

在运行过程中，可根据各楼层厅外召唤信号，对符合运行方向的召唤信号，将逐一应答，自动停靠，自动开门。

在完成同向全部登记以后，如有反向厅外召唤信号，则电梯自动换向运行，应答反向厅外召唤信号。

如果没有召唤信号时，电梯便自动关门停机，或自动驶回基站待命。

如果某一楼层再有召唤信号，电梯便自动启动前往应召。

电梯的主程序流程图如图2-4所示。

（2）选择PLC。

PLC容量的估算方法:

PLC容量包括两个方面:

一是I/O的点数，二是用户存储器的容量。

1）1/O点数的估算根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后调整和扩充，一般应加上10%～15%的备用量。

2）用户存储器容量的估算用户应用程序占用多少内存与许多因素（如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等）有关，存储器容量的选择一般有两种方法:

a）根据编程实际使用的节点数计算。

这种方法可精确地计算出存储器实际使用容量，缺点是要编完程序之后才能计算。

b）估算法用户可根据控制规模和应用目的，按下面给出的公式进行估算。

开关量输入:

所需存储器字数=输入点数*10

开关量输出:

所需存储器字数=输出点数*8

定时器/计数器:

所需存储器字数=定时器/计数器数量*2

模拟量:

所需存储器字数=模拟量通道数*100

通信接口:

所需存储器字数=接口个数*300

根据存储器的总字数再加上一个备用量。

（3）PLC规模的估算。

输入、输出点的估算。

根据电梯运行系统的调查，电梯控制系统的输入有轿内指令选层按钮、上下行召唤指令按钮、上下行防超越开关、上下行换速开关、检修时轿顶轿内上下慢行按钮、轿顶轿内开关门按钮、门安全触板开关、超载开关、应急按钮、直驶按钮以及信号输入等。

估计需要41个输入点，38个输出点。

考虑在实际安装、调试和应用中，还可能会发现一些估算中未预见的因素，故输出点增加2个。

存储容量的估算。

用户程序占用内存的多少与多种因素有关。

例如:

输入、输出点的数量和类型，输入、输出量之间关系的复杂程度，需要进行运算的次数，处理量的多少，程序结构的优劣等，都与内存容量有关。

因此，在用户程序编写、调试好以前，很难估算出PLC所应配置的存储容量。

这里只对其进行简单估算即可，也就是根据输入、输出的点数及其类型、控制的繁简程度加以估算。

估算方法采用生产企业为产品提供一条经验法则公式即（输入点数+输出点数）*（10-20）=指令语句数。

故本系统粗略估算为（41+38）*10=790。

考虑到今后调整和扩充，一般应加上10%～15%的备用量，则本系统选用三菱FX2N-128MR-DPLC机。

2.5七层电梯控制系统要求

（1）开关门环节。

电梯的天关门存在以下几种情况：

1）电梯投入运行前的开门。

此时电梯位于基站，将开关梯钥匙插入，旋转至开梯位置，则电梯应自动开门，人员进入轿厢，选层后电梯自动运行。

2）电梯检修时的开关门。

检修状态下，开关门均为手动状态，由开关门按钮实施开门与关门。

3）电梯自动运行停层时的开门。

电梯在停层时，至平层位置，接通，电梯应开始开门。

4）电梯关门过程中的重新开门。

在电梯关门的过程中，若有人或物夹在两门的中间，需要重新开门，可以通过开门按钮实施重新开门。

现在都采用光幕或是机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，以达到重新开门的目的。

5）呼梯开门。

电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。

若其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并起动运行，到达呼梯层时再开门，此时的开门按停层开门处理。

6）电梯停用后的关门。

此时电梯到达基站，人员离开轿厢，电梯自动关门，将开关梯钥匙插入,旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯被关闭。

7）电梯自动运行时的关门。

停站时间继电器延时结束后，电梯自动关门。

停站时间未到，可通过关门按钮实现提前关门。

（2）层楼信号的产生与清除环节。

当电梯位于某一层时，指层感应器产生该层的信号，以控制指层灯的状态，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号（上一层或是下一层）所取代。

程序中当层的层楼辅助继电器是用上层或是下层的层楼信号关断的。

（3）停层信号的登记与消除环节。

人员通过对轿厢内操纵盘上1---7层选层按钮的操作，可以选择欲去的楼层。

选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。

当电梯到达所选的楼层后，停层信号即被消除，指示灯也应熄灭。

程序中各内选层辅助继电器支路中串入了层楼辅助继电器的动断触点。

（4）外呼信号的登记与消除环节。

人员在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。

当电梯到达该楼层，且定向方向与目的地方向一致时（基层与顶层除外），呼梯要求已满足，呼梯信号应被消除。

按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器接通，外呼钮下的指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。

电梯运行方向与呼梯目的的地方向一致且到达呼梯楼层时，电梯将停止，呼梯要求已满足，呼梯信号被消除。

电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，如电梯从一楼向上运行（上行）而呼梯要求从二楼向下，若有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时（无二楼上行要求）不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除；若三楼以上无用梯要求，电梯将停在二楼，但呼梯信号（二下），不能立即消除，待人员进入轿厢，选层（去一楼）后，电梯定向下，则二下呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。

（5）电梯的定向环节。

在自动运行状态下，电梯首先应确定方向，也即定向。

电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。

电梯处于待命状态，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行。

一旦电梯定向后，内选与外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。

检修状态下运行方向直接由上行和下行起动按钮确定，不需定向。

（6）自动运行时启动加速和稳定运行环节。

电梯的启动条件是：

运行方向已确定，门已关好。

其梯形图只考虑接触器的通电，而没有考虑其断电与互锁等问题。

（7）停车制动环节。

电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确定要停靠的楼层，应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿内选层信号比较后得出。

基于对以上技术参数及技术要求得考虑，该系统选用具有逻辑运算、定时器、计数器等基本功能的小型PLC。

根据以上对PLC容量、输入输出模块，以及输入端和输出端现场设备情况，决定本系统采用日本三菱FX2