电梯控制毕业设计.docx
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电梯控制毕业设计
2013届毕业设计
学院：
电气学院班级：
电力1006学号：
1000002054姓名：
普红云
题目：
电梯控制系统设计.
要求：
电梯控制原理,基本结构,拖动系统,安装调试及安全保护.【摘要】：
计算机接口、自控原理、检测技术、电力电子技术、电机拖动、电气控制、交直流调速系统等。
随着自动控制理论、微电子技术及电力电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段都发生了很大的变化，交流调速成为当前电梯拖动的主要发展方向。
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。
传统的电梯控制系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。
1、电梯的基本结构
原理图
15、曳引机底盘16、导向轮
17、限速器
18、导轨支架
19、曳引钢丝绳3维图
20、开关碰块
21、终端紧急开关22、轿箱框架
23、轿箱门
24、导轨
2、电机拖动系统
动
动
晶闸管供电的直流电机拖动
直流电动机斩波调压调速拖动方式
力矩异步电动机拖动方式
二、电梯拖动机构图
电力传动方程式
3、电梯运行状态
1.4、电梯控制功能要求
（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轿厢外的呼唤信号、电梯轿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交流双速电机牵引。
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。
（8）行车时，厅门和轿厢都不能开门。
开门之后不能行车，有门连锁保护。
平层时可自动开门、手动开门，夹人
2.2可编程序控制器的工作方式1.PLC的扫描工作方式
开始
N
RUN方式？
Y
2-2
可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。
从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。
然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。
可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-1所示，包括五个阶段：
内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。
PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。
扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。
X001
Y001
输入
②
⑤
Y001
M1
输出
读
①
输入采样阶段
2.3PLC的编程语言
读
程序执行阶段
图2-2PLC的程序执行过程
输出刷新阶段
PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。
其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。
本课题所采用的编程语言为梯形图语言。
（1）.可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较
在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方法有：
1.继电器—接触器控制系统
这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。
优点：
与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。
缺点：
动合触点易磨损，且电接触不良；体积大；控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。
因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。
2.微机控制系统
电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。
因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或
布线。
因此，十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。
虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。
但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。
其缺点是：
微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需1位，即“1”与“0”。
因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。
此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。
但在电梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。
综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。
3.PLC控制系统
PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。
它具有强大的生命力，各工业部门纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。
总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。
它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。
3.电梯设备
3.1电梯的分类
电梯的分类有各式各样：
（1）按速度分类低速电梯1m/s以下高速电梯2-3m/s
超高速电梯3-10m/s
（2）按用途分类乘客电梯住宅电梯观光电梯载货电梯
客货两用电梯车辆电梯其他电梯
（3）按拖动方式分类交流电梯直流电梯液压电梯齿轮齿条电梯
螺杆式电梯
（4）按有无司机分类有司机电梯无司机电梯有/无司机电梯（5）按控制方式分类手柄操纵控制电梯按钮控制电梯
信号控制电梯集选控制电梯群控电梯
（6）按曳引机结构分类有齿曳引机电梯无齿曳引机电梯
（7）其它分类方式
按轿厢尺寸的大小分类时，经常使用“小型”、“超大型”等词来描述电梯。
按机房位置不同可分为：
机房位于井道顶部的上置式电梯；机房底部的下置式电梯。
3.2、电梯的主要组成部分
（1）曳引部分：
通常有曳引机和曳引钢丝绳组成。
电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。
（2）轿厢和厅门：
轿厢由轿架，轿底，轿壁和轿门组成；厅门一般有封闭式、中分式、双折中分式和直分式等。
（3）电器设备及控制装置：
有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅外指示器组成。
（4）其它装置：
对重装置、补偿装置等。
3.3、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：
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）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。
（6）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。
（7）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。
（8）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。
（9）其它的开关：
安全窗开关，钢带轮的断带开关等。
3.4、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。
3.5、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。
4.PLC的选择及其软件开发
4.1可编程控制器（PLC）的选型
考虑到本次设计的电梯系统有六层，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FX
2N
系列PLC。
FX2N系统PLC具有以下几方面的优点：
1）FX
2N
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）FX
2N
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MELSOFT系列的GXDeveloper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。
4.2 交流双速电梯的主电路
图4-1是交流双速电梯的主电路图。
图中M1为电梯专用型双速笼型异步电动机；KM1、KM2为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或者低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗和电阻，当KM1或者KM2与KM3通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电机转为低速接法，接入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6-KM8依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接触全部断电释放，抱闸抱死，电梯停止运行。
图4-1主电路图
4.3门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路
图4-2为电梯的门机、抱闸、门锁及安全运行电路。
门电动机为他励直流电动机，可由KM9、KM10控制其正反转。
KM9接通时，电阻R2与电动机电枢并联，电流由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门，压下SQ8时，R2部分被短接，实现开门调速。
KM10接通时，电动机将反转，实现关门，并由
SQ9、SQ10与R3一起实现关门调速。
当电梯上下运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。
电梯停止运行时，抱闸应抱死，其线圈应断电。
将所有厅、轿门开关串联在一起，控制门锁继电器KA1，实现全部门关闭后电梯才能运行的控制。
将安全窗开关、安全钳开关、限速器开关、轿内急停开关、上下强迫停止开关、基站开关梯开关以及热继电器触点FR1、FR2串联在一起，构成安全回路，控制安全运行继电器KA2，用KA2的触点控制PLC的RUN口，只有当该KA2吸合时，才允许PLC处于运行状态。
这样可以节省PLC的输入口，又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。
图4-2
4.4 电梯的主要电气设备
门机、抱闸、门锁及安全运行电路
（1）牵引电动机齿轮牵引机为电梯的提升机构。
主要由驱动电动机，电磁制动器（也称电器包闸），减速器牵引轮组成。
（2）自动门机用来完成电梯的开门与关门。
电梯的门分为厅门（每层站一个）与轿门（只有一个）。
只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许启动运行。
（3）层楼指示灯层楼指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿箱内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。
过去常由低压灯泡构成，现多由LED组成，且与呼梯盒做成一体结构。
（4）呼梯盒用以产生呼叫信号。
常安装在厅门外，离地面一米左右的墙壁上。
基站与底站只有一只按钮，中间层站由上呼叫与下呼叫两个按钮组成。
（5）操纵箱操纵箱安装在轿箱内，供乘客对电梯发布动作命令。
其上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮。
（6）平层及开门装置该装置如图4-3所示。
由平层感应器及楼层感应器组成。
上行时，上磁铁板先触发楼层感应器，发出减速停车信号，电梯开始减速，至平层感应器触发时，发出开门及停车信号，电动机停转，抱闸抱死。
下行时，下磁铁板出发楼层感应器，发出减速停车信号，电梯开始减速，至平层感应器触发时，发出开门及停车信号。
（7）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）用干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。
由于本文是六层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。
图4-3电梯的平层、停层装置示意图
图4-4I/O接线图
4.5.1 算法说明
程序的基本控制流程如图4-5所示。
（其中不包括检修及司机开关电梯环节，只是电梯运行的基本流程图）。
图4-5程序基本流程图
4.5.2程序中相关中间继电器的说明
梯形图的设计可以分成几个环节进行，然后再将这些环节组合在一起形成完整的梯形图。
1.开关门环节
电梯的开关门，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SA2内旋转至开梯位置，则电梯应自动开门。
乘客或司机进入轿厢，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SB1、SB2实施开门与关门。
（3）电梯自动运行停层时的开门。
电梯在平层时至平层位置，M140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，需重新开门。
目前大多数电梯采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，已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，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，并启动运行，到达呼梯楼层时再开门，此时的开门按停层开门处理。
（6）电梯停后的关门。
此时电梯到达基站，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开、关梯钥匙插入SA2，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T50延时结束时，电梯应自动关门。
停站时间未到时，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，指层感应器产生楼层信号，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所取代。
3．停层信号的登记与消除环节
乘客或司机通过对轿厢内操作盘上1-6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。
4．外呼信号的登记与消除环节
乘客或司机在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。
当电梯到达该
层，且定向方向与目的地方向一致时（基层和顶层除外），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。
该信号的消除环节是由当层信号的动断触点与运行方向的动断并联构成的（M103为上行辅助继电器，M104为下行辅助继电器）。
这样可以使电梯运行方向与呼梯目的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。
电梯的运行方向与呼梯目的方向相反时，如电梯从一楼向上运行，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，但呼梯信号不能立即消除，待乘客进入轿厢选层后，电梯定向下，则二楼下呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。
5．电梯的定向环节
在自动运行状态下，电梯应首先确定运行方向，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，接受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启动按钮确定，不需定向。
梯形图中M103及M104分别为定上行及定下行辅助继电器，它们线圈的工作条件触电块由内外呼信号及电梯位置信号组成。
参考文献
【1】王庭有编著，《可编程控制器原理及应用》.第二版.国防工业出版社.
【2】许晓峰主编，《电机及拖动》.第三版.高等教育出版社.2007
【3】肖军孟令军编著，《可编程控制器原理及应用》清华大学出版社.2008
【4】高钦和编著，《PLC应用开发案例精选》.第二版.人民邮电出版社.2008
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【6】宋伯生主编，《PLC编程实用指南》机械工业出版社，2007
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2007
【9】谢剑贾青著，《微型计算机控制技术》第3版.国防工业出版社,2001.
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【12】尹刚.基于PLC控制交流变频调速电梯系统设计（硕士学位论文）沈阳工业大学.
1.电梯的主电路图
6、安装及材料说明及要求：
内容
电梯技术参数要求
DT1
DT2
DT3
▲数量（台）
1
1
1
▲电梯速度（M/S）
1.75
1.75
1.0
▲层/站/门
9/9/9
10/10/10
3/3/3
▲操作方法
并联控制
并联控制
无要求
▲额定载重量（KG）
1000
1000
400
基站
一层
一层
无要求
▲机房位置
顶部
顶部
无
▲主机
无齿轮
无齿轮
无齿轮
▲控制方法
VVVF交流变频变压
VVVF交流变频变压
VVVF交流变频变压
井道净尺寸（MM）
2150mmX2460mm
2150mmX2460mm
1460mmX1560mm
地坑深度（MM）
1700mm
1700mm
1500mm
顶层高度（MM）
4800mm
4800mm
4200
机房高度（MM）
2700
2700
无
轿厢内径尺寸（MM）
1400mmX1600mm
1400mmX1600mm
950mmX1100mm
开门尺寸（MM）
900
900
800
▲开门方式
中分
中分
中分
门保护
光幕保护
光幕保护
光幕保护
▲轿厢操作盘
1个，发纹不锈钢面板，金属按钮
▲召唤按钮
发纹不锈钢面板，金属按钮
▲厅门
发纹不锈钢面板，层层数字及方向显示
▲轿
厢
装
修
轿门
发纹不锈钢面板
轿顶
由投标人提供式样供买方选择，投标总价不变
地坪
大理石面
四壁
发纹不锈钢面板
门套
发纹不锈钢面板
电梯实现功能
▲带召唤按钮的层站位置显示
电梯在自动状态下，可以进行召唤登记，并且显示轿厢的位置与运行方向
▲开、关门按钮响应指示
按下开、关门按钮时，按钮灯同时点亮
▲轿内、层站运行方向指示
发纹不锈钢面板，在层站、轿厢内用箭头指示灯显示电梯的运行方向，要求点阵式显数
▲超载保护功能及声响和灯号警示
超载时，轿厢内蜂鸣器鸣响并显示轿厢超载。
轿厢处于开门状态，停止于该层站
▲满载时自动通过
轿厢满载后，将自动越过层站召唤
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