PLC在六层电梯控制系统中的应用文档格式.docx
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2.3电梯的组成及工作原理9
2.3.1电梯的组成9
2.3.2电梯的工作原理9
3.系统控制方案的选择及PLC概述11
3.1方案的选择11
3.2.1方案一继电器—接触器控制系统11
3.1.2方案二微机控制系统11
3.1.3方案三PLC控制系统11
3.2可编程控制器概述12
3.2.1可编程控制器的定义12
3.2.2可编程控制器的分类12
3.2.3可编程控制器的特点12
4.电梯控制系统的硬件电路设计14
4.1交流双速电梯的主电路14
4.2门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路15
5.PLC的选择及PLC电梯控制系统的硬件设计16
5.1可编程控制器（PLC）的选型16
5.2PLC控制系统的硬件设计17
5.2.1设计思想17
5.2.2电梯电器元件18
5.2.3程序辅助继电器19
5.2.4基本功能I/O分配表20
5.2.5PLCI/O接线图21
6.PLC电梯控制系统的软件设计23
6.1电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析23
6.2软件流程图23
6.2.1PLC电梯控制系统主程序流程图23
6.2.2电梯楼层显示程序流程图24
6.2梯形图程序设计25
7.电梯模拟和安装调试30
7.1电梯模拟调试30
7.2电梯安装调试33
8.总结与体会34
参考文献35
致谢36
附录37
附录一电梯的主电路图37
附录二PLCI/O接线图38
附录三梯形图程序39
开门环节梯形图39
关门环节梯形图41
楼层信号产生与消除环节梯形图42
停层信号登记与消除环节梯形图43
外呼信号登记与消除环节梯形图45
定向环节梯形图49
启动加速和稳定运行环节梯形图53
停层信号梯形图54
制动环节梯形图57
启动、稳速运行、减速制动环节梯形图58
1.绪论
1.1设计背景
1968年，美国最大的汽车制造商—通用汽车公司为满足市场需求，适应汽车生产工艺不断更新的需要，将汽车的生产方式由大批量、少品种转变为小批量、多品种。
为此要解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，要寻求一种比继电器更可靠、响应速度更快，功能更强大的通用工业控制器。
于是可编程控制器应运而生，1969年，美国数字设备公司研制出世界上第一台可编程控制器，从此，PLC开始活跃于控制领域，而且其影响也越来越大，应用也越来越广。
70年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，是PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（programmablecontroller）。
但由于PC容易与个人计算机（programmablecomputer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。
PLC的定义：
可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按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。
PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。
继电器在控制系统中主要起两种作用：
（1）逻辑运算；
（2）弱电控制强电。
PLC是集自动控制技术、计算机技术各通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，以跃居工业自动化散打支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。
可编程控制器，简称PLC。
它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。
具有1、可靠性高、抗干扰能力强；
2、设计、安装容易，维护工作量少；
3、功能强、通用性好；
4、开发周期短、成功率高；
5、体积小、重量轻、能耗低等特点。
具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小，重量轻等优点。
已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。
与继电接触器系统相比系统更加可靠；
占位空间比继电接触器控制系统小；
价格上能与继电接触器控制系统竞争；
易于在现场变更程序。
便于使用、维护、维修；
能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；
能向中央执行机构、中央数据处理系统直接传输数据等。
1.2设计的目的和意义
随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，电梯已成为人类现代生活广泛使用的人员运输工具。
随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。
可编程控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。
电梯控制要求介入设备使用简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。
通过PLC对程序设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感。
因此PLC在电梯控制系统中的应用非常广泛，非常有实际价值。
1.3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。
1.4课题的主要讨论内容
课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控制系统。
由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。
因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。
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。
论文的主要内容如下：
首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）作了比较全面的总结和介绍。
接着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。
确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，由双速电机实现调速，完成了电机和可编程控制器（PLC）的选择。
然后是系统硬件开发，完成了PLC的选型、I/O点数分配与PLC的连接。
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，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发。
最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。
1.5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钮。
（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，夹人时自动开门。
2.电梯的相关知识
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2-1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得到了提高，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2-1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级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。
本文中着重研究电梯的升降控制逻辑，不着重主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施。
2.2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。
2.3电梯的组成及工作原理
2.3.1电梯的组成
1）、曳引系统：
曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。
曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。
2）、导向系统：
导向系统的主要功能是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作升降运动。
导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。
3）、轿厢：
轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。
轿厢由轿厢架和轿厢体组成。
4）、门系统：
门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。
门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。
5）、重量平衡系统：
系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。
系统主要由对重和重量补偿装置组成。
6）、电力拖动系统
电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。
电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。
7）、电气控制系统
电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。
电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏（柜），平层装置，选层器等组成。
8）、安全保护系统
保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。
由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。
2.3.2电梯的工作原理
曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。
固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。
常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。
轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。
补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。
电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。
指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。
安全装置保证电梯运行安全。
3.系统控制方案的选择及PLC概述
3.1方案的选择
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，其方案有：
3.2.1方案一继电器—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。
3.1.2方案二微机控制系统
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。
3.1.3方案三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。
经过三种方案的比较，本课题采用第三种方案PLC控制系统来控制电梯。
3.2可编程控制器概述
3.2.1可编程控制器的定义
可编程序控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。
它是“专为在工业环境下应用而设计”的计算机。
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“数字量或模拟量的输入/输出控制”的能力。
3.2.2可编程控制器的分类
1、按输入/输出点数分
（1）小型机
小型PLC I/O总点数在256点以下，用户程序存储容量在4KB左右。
（2）中型机
中型PLC I/O总点数在256~2048点之间，用户程序存储容量在8KB左右。
（3）大型机
大型PLC I/O总点数在2048点以上，用户程序存储容量在16KB以上。
2、按结构形式分
（1）整体式
（2）模块式
3、按生产厂家分
目前世界上PLC产品按地域分成三大流派：
美国、欧洲和日本。
日本和美国的PLC产品较相似。
占PLC市场80%以上的生产公司是：
德国的西门子（SIEMENS）公司、法国的施耐德（SCHNEIDER）自动化公司、日本的欧姆龙（OMRON）和三菱公司。
目前国内常用的主要是三菱FX系列小型机和西门子S7-300、S7-400中大型机等。
三菱早期的F系列、F1系列、FX系列、A系列等机型，欧姆龙机型，西门子的S5和S7系列等机型。
3.2.3可编程控制器的特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
这是选择控制装置的首要条件。
可编程控制器生产厂家在硬件方面和软件方面上采取了一系列抗干扰措施。
（无触点控制）
硬件措施：
屏蔽、滤波、隔离
软件措施：
故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟（死循环报警）、程序检验
2.使用灵活，通用性强
产品均成系列化生产，多数采用模块式的硬件结构，用户可灵活选用。
软接线逻辑使得PLC能简单轻松的实现各种不同的控制任务，且系统设计周期短。
3.编程方便，易于掌握
采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂；
近年来又发展了面向对象的顺控流程
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