基于PLC的电梯控制程序设计.docx
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基于PLC的电梯控制程序设计
基于PLC七层乘客电梯的设计
摘要
随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。
电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。
采用PLC对电梯信号系统进行控制，开发出了完整的电梯控制软件，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。
该系统具有先进、可靠、经济的特色。
该电梯控制系统具有手动和自动的功能，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：
电梯、PLC、梯形图
DesignonControlSystemofElevatorBasedonPLC
Abstract
Withthedevelopmentofmoderncities,anincreasingnumberofhigh-risebuilding,elevatorbecomeanindispensablemeansoftransportofdailylife.Thequalityoftheliftperformanceoftheimpactonpeople'slivesbecomingmoreandmoreobvious,itmuststrivetoimprovetheperformanceofelevatorsystems,andensuretheoperationoftheliftissafe,reliableandenergyefficient.TheuseofPLCsignalsontheelevatorcontrolsystem,thedevelopmentofacompleteelevatorcontrolsoftware,toimprovetheleveloftheelevatorcontrolandimprovetheoperationoftheelevatorcomfort,sothatthelifttoreachamoresatisfactorycontroleffect.Thesystemhasadvanced,reliableandeconomiccharacteristics.Theelevatorcontrolsystemhasthedriverstoruntheoperationandnodriversormanualandautomaticfunctions,andhasmeanslayer,calledtheOfficeoftheelectionstory,electiontothefunctions.Withasetoffeaturestocontroltheelection.
Keywords:
Elevator,PLC,LadderDiagram
目 录
第1章前言4
1.1课题的提出5
1.2课题的主要讨论内容5
1.3电梯的功能要求5
第2章电梯设备及电梯发展动态6
2.1电梯的出现及发展6
2.2电梯设备7
2.2.1电梯的分类8
2.2.2电梯的主要组成部分8
2.2.3电梯的安全保护装置9
2.2.4电梯技术的发展…………………………………………10
2.2.5电梯未来的发展趋势……………...…………………........11
第3章PLC的选择及其硬件设计11
3.1可编程序控制器（PLC）的选择11
3.1.1轿厢位置检测11
3.1.2可编程控制器（PLC）的选型12
3.2PLC控制系统硬件设计12
3.3设计思想13
3.4I/O点数的分配及机型的选择14
3.5电梯PLC输入、输连接出图14
第4章软件设计15
4.1电梯内部部件功能简介15
4.2电梯的外部部件功能简介15
4.2电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析16
4.3电梯的控制要求16
4.4软件流程图17
4.5梯形图程序17
第5章电梯控制系统特性18
5.1电梯控制18
5.2电梯理想运行曲线18
5.3智能变频器的使用…………………………………………19….
5.4.电梯速度曲线…………………………………………………19
5.5电梯控制系统………………………………………………21
5.6软件设计特点…………………………………………………………..25
第6章电梯控制系统的模拟安装调试………………………25
6.1电梯模拟调试……………………………………………………….26
6.2电梯安装调试……………………………………………………….27
谢辞28
参考文献28
前言
今年来我国的经济飞速发展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住条件得到了巨大的改善。
电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具，与人们的生活息息相关。
传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，另外，传统的电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。
可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。
鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。
同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。
因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。
本课题的研究题目——“基于PLC控制的电梯系统的研究”做诠释如下PLC控制是指电梯信号控制由PLC及其软件来实现，控制系统的核心为PLC。
其次课题开发的主要任务和内容是：
建立“PLC控制交的电梯系统”的总体框架；信号控制系统利用PLC集中处理电梯运行方式、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到楼层、运行方向及呼梯应答等，实现开关门控制；拖动控制系统中曳引机的启动、运行、制动停止，包括正反转信号及多种速度信号，经PLC运算、判断后通过电机来实现。
达到的要求是：
通过深入的理论研究和编程实践，全面认真的完成上述几个内容。
本课题的核心问题有三个：
一是运行效率、平层精度和安全性的要求；。
通过选择合适的PLC，进行合理的设计和编程便可以实现。
PLC是日本三菱公司的FX2N－60MR型可编程控制器。
二是PLC实现电梯信号控制及其软件开发，根据电梯所要实现的功能以及PLC的顺序执行程序的特点，编写PLC程序主要是采取模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则编写各个功能模块来实现。
三是电梯的变频调速。
方案选择是通过多种方案的比较和对照，完成电梯控制系统中控制方法的进行选择
第一章绪论
1.1课题的提出
PLC以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。
在电梯业也是如此，目前国内70～80年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。
应对这些电梯进行更新和改造。
但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。
近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。
利用PLC和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。
PLC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。
此外，微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷而没被广泛采用。
PLC控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的控制方式。
1.2设计内容。
针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。
设计的主要内容如下：
1.总结和介绍电梯系统采用可编程控制器（PLC）的优点
2.阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。
3．确定系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，由变频器实现调速。
4.完成系统硬件开发，完成了PLC的选型、I/O点数分配与PLC的连接。
5.在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出模块化编程思想，介绍系统的软件开发。
6.完成变频器对电梯运行速度的控制，包括接线图和电梯上升下降的控制
7.对电梯系统进行模拟调试。
1.3电梯的功能要求
（1）电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。
（2）利用指示灯显示电梯厢外的呼唤信号、电梯厢内的指令信号和电梯的到达信号。
（3）能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。
（4）电梯的上行下行有一台电机牵引。
电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。
（5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。
电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿厢门关闭。
（6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按
（7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。
第2章电梯设备及电梯发展动态
2.1电梯的出现及发展
1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明－历史上第一部安全升降梯。
从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。
以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。
150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。
自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具―电梯，其需求量日益增长。
各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。
为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。
20世纪初，美国出现了曳引式电梯，其结构如图1-1所示，从图中可见，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力使轿厢与对重作一升一降的相反运动。
显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的长度和股数均不受限，当然轿厢的载重以及提升高度就等到了提高，从而满足了人们对电梯的使用需求。
因此，近一百年来，曳引式电梯一直受到重视，并发展沿用至今。
图1-1曳引式电梯示意图
在后来的几十年里，电梯的自动平层控制系统以及1—轿厢2—曳引轮3—对重
通过变换电动机极数的调速方法来调整电梯的运行速度的技术相继研制成功，1933年世界上第一台运行速度为6m/s的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。
第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯、交流变频变压调速电梯。
随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。
同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显的改善。
进入20世纪80年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。
1993年，日本生产了12.5m/s的世界高速交流变压变频调速电梯，结束了直流电梯独占高速领域的历史。
电梯发展的今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到全面发展时期，随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应以人为本提高舒适度，特别从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式。
合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。
本文中着重电梯的升降控制逻辑，简单介绍调节主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施
。
2.2电梯设备的介绍
2.2.1电梯的分类
电梯的分类有各式各样。
1.按用途分类
1）乘客电梯
2）载货电梯
3）客货两用电梯
4）病床电梯
5）杂物电梯
6）消防电梯
7）船用电梯
8）观光电梯
9）汽车用电梯
10）自动扶梯和自动人行道
2.按电梯额定速度分类
1）低速电梯V<1m/s,通常用在10层以下的建筑物
2）快速电梯1m/s3）高速电梯2m/s4）超高速电梯V>4m/s，通常用于超高层建筑物内。
3.按拖动方式分类
1）直流电梯
2）交流电梯按交流方式分为交流单速、交流双速、交流调压调速电梯、交流变压变频调速电梯。
3）液压电梯
4.按驱动方式分类
1）曳引驱动
2）强制驱动
3）齿轮齿条驱动
4）链轮链条驱动
5.按控制方式
1）信号控制系统即有司机电梯。
其除了具有自动平层和自动开门功能外，还具有轿厢命令登记、厅外召唤登记、自动停层、顺向截停和自动换向等功能。
2）集选控制单台自动控制。
不用司机操作，电梯将优先、按顺序应答与轿厢运动同一方向的厅外召唤，当该方向的召唤信号全部应答完毕后，电梯将自动应答相反方向的召唤。
3）并联控制两台电梯的控制电路并联起来进行逻辑控制，公用层站召唤按钮，使两台电梯进行高效运行。
4）梯群程序控制即群控，用微机控制和统一度多台集中并列的电梯，它是多台电梯的集中控制，共用厅外召唤按钮，按规定程序集中调度和控制。
5）梯群职能控制此电梯具有数据采集、交换、存储功能，还能进行分析、筛选、报告的功能。
由计算机根据客流的情况，自动选择最佳的运行控制方式。
6.按机房的位置分类
1）机房上置式
2）机房下置式
3）机房侧置式
4）无机房电梯
2.2.2电梯的主要组成部分
电梯的定义
电梯时是动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的阶梯，进行升降或者平行送人、货物的机电设备包括载人（货）、自动扶梯、自动人行道等。
电梯的结构
按照空间布局可以分为四个部分：
机房——安装曳引机和有关设备的房间
井道——轿厢和对重装置而设置的空间
轿厢——运载乘客或其他载荷的部件
层站——电梯在各楼层的停靠站，乘客出入电梯的地方
按照功能分为八个系统：
曳引系统——输出与传递动力，驱动电梯运行。
组成的重要部件与装置包括曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮等。
导向系统——限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨上下运动。
包括轿厢的导轨、对重的导轨及其导轨架。
轿厢——用以运送乘客和货物的组件。
包括轿厢架和轿厢体。
门系统——乘客和货物的进出口，保证电梯安全。
包括轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等。
重量不平衡系统——相对轿厢重量以及补偿高层电梯中曳引绳的影响。
包括对重和重量补偿装置等。
电力拖动系统——提供动力，对电梯实行速度控制。
包括供电系统、曳引机、速度反馈装置、电动机调速装置。
电气控制系统——对电梯的运行实行操作和控制。
包括操纵装置、位置显示装置、控制柜、平层装置、选层器等。
安全保护系统——保证电梯安全使用，防止一切危机人身安全事故发生。
包括机械方面：
限速器、安全钳、缓冲器等。
电气方面：
超速保护装置，供电系统断、错相保护装置、端站保护等。
。
2.2.3电梯的安全保护装置
（1）电磁制动器：
装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。
（2）强迫减速开关：
起分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。
（3）限位开关：
当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。
（4）行程极限保护开关：
当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。
（5）相序继电器断相和错相保护
（6）热继电器过载保护保护
（7）急停按钮：
装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。
（8）厅门开关：
每个厅门都装有门锁开关。
仅当厅门关上才允许电梯启动；在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。
（9）关门安全开关：
常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。
（10）超载开关：
当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。
（11）其它的开关：
安全窗开关，钢带轮的断带开关等。
2.2.4电梯技术发展情况
（1）电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。
（2）电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。
逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。
交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。
（3）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器——接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。
（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功能要求。
如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。
（5）智能群控管理得到广泛应用。
（6）机械传动方面，由于国际上机构加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。
2.2.5电梯发展展望
（1）结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。
随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。
同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。
（2）技术含量更高，性能更好。
电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。
另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。
（3）安装更方便、更快捷
高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。
此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保——安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。
第3章PLC的选择及其硬件设计
3.1可编程序控制器（PLC）的选择
电梯PLC控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。
电梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如何检测，PLC软件如何根据给定的输入信号及运行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选层换速的前提。
3.1.1轿厢位置检测
轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。
其主要功能是：
根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。
其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。
位置检测方法主要有如下几种：
1）用于簧管磁感应器或其它位置开关。
这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。
2）利用稳态磁保开关。
这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。
因此，设计七层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。
3.1.2可编程控制器（PLC）的选型
考虑到本次设计的电梯系统有七层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的FX2N系统PLC。
FX2N系统PLC具有以下几方面的优点：
1）FX2N配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块，A/D模块，D/A
模块和其它特殊功能模块。
2）FX2N指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。
3）FX2N可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要。
4）FX2N的编程可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC来进行。
编程语言可用梯形图或指令表。
尤其是可用PC机对系统实时进行监控。
为调试和维护提供了极大的方便。
3.2PLC控制系统硬件设计
电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。
图3-1为电梯PLC控制系统的基本结构图，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，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。
图3-1电梯控制系统的基本结构
3.3设计思想
1）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3-2所示，输入到PLC的控制信号有：
运行方式选择（如自动、有/无司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、开关门及限位信号、门区和平层信号等。
2）电梯控制系统实现的功能
电梯的控制系统实现如下功能：
①一台电机控制上升和下降，各层设上/下呼叫开关（最顶层与起始层只设一只）
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