金蓝领 电梯的PLC控制改造Word文件下载.docx
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2、电梯按操纵控制方式分为手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、并联控制、群控等，如今发展到单梯集选控制和多梯的智能群控。
3、电梯按机房位置分为上机房、下机房、侧机房和无机房（曳引系统和控制柜置于井道中）等。
电梯按曳引机有无齿轮减速分为有齿轮驱动（包括V型带驱动）和无齿轮驱动等。
1.1.2电梯功能要求
1、无司机工作状态
（1）所有外召唤与内指令都参与自动定向。
但轿内指令优先。
轿内指令优先是指在电梯门未完全关闭之前，轿内指令优先定向。
自动定向的原则：
以指令（或召唤）信号与轿厢当前位置比较，如果指令（或召唤）信号层站数大于当前轿内位置层站数，则定为上向，反之定为下向。
除了轿厢指令优先原则。
在电梯门关闭后。
对外召唤的定向以时间优先为原则，即以先按的召唤信息来定向。
其它信号被登记记忆。
（2）门自动延时关闭。
（3）门扇有防夹人装置。
门在关闭过程中该装置动作使门反向开启。
（4）有超载装置。
电梯超载时门不能关闭运行，且有蜂鸣及显示提示。
（5）有满载直驶功能。
电梯满载时，不应答厅外召唤，只响应轿内指令。
（6）本层厅外开门功能。
方式1：
电梯停止在某层，无运行任务（即无方向），且门已关闭。
接该层厅外召唤（上召或下召）均应开门。
方式2：
电梯停止在某层，仍有运行任务（即有方向），门正在关闭过程中，按该层厅外召唤时，如与运行任务方向一致，则反向开门。
如与行运任务方向相反，门继续关闭，而登记记忆按下的召唤信号。
（7）提早关门功能。
乘客进入轿厢后，如按下轿内关门按钮，电梯门立即关闭，无需等待延时时间到再关门。
（8）延长开门时间功能。
电梯停在某层，如进入轿厢按下开门按钮不放，则电梯门不关闭。
按住本层厅外顺向召唤按钮不放，电梯门也不关闭，实现延长开门时间功能。
（9）顺向截车功能。
以向上运行为例：
电梯向上运行还未到最高目的层，如中间层有顺向召唤，（或者输入中间层指令），只要召唤层（或指令层）大于该时刻的轿厢位置层，则该信号被接受停站。
（10）停站原则：
电梯以运行同方向登记的信号逐层停靠，直至最远目的层。
再反向运行，逐层停靠已登记的信号，直至最远目的层。
2、司机工作状态
（1）所有召唤、指令都参与自动定向，但无自动延时关门功能，必需有司机按下方向按钮才关门运行。
（2）门扇防夹人装置有效。
（3）超载装置有效。
（4）满载直驶功能有效。
增加司机控制的专用开关，在并无满载时，也可由司机控制电梯进行直驶运行。
（5）本层厅外开门有效。
（6）顺向截车功能与停站原则与无司机方式一样。
3、检修工作状态
（1）取消一切指令与召唤的登记与响应，电梯只能运行于慢车状态。
（2）优先权：
轿顶操作最优先，轿内其次，机房最后。
4、消防工作状态：
电梯在有/无司机工作时，只要切换到消防工作状态，电梯即以以下几种状态来确定运行方式：
（1）如果电梯正停止在基站，立即开门，取消所有外召。
转入消防工作状态，（只响应轿内指令，且需按下方向按钮电梯才运行。
）
（2）电梯正在上行，立即切断所有外召和轿厢指令，就近停靠，不开门且立即返回基站，开门后进入消防工作状态。
（3）电梯正在下行。
立即切断所有外召和轿厢指令，直驶基站，开门后进入消防工作状态。
（4）电梯正停在基站以外的楼层。
如门已关闭，则立即切断所有外召和轿内指令，直驶基站，开门后进入消防工作状态。
如门未关闭，则立即关门，切断所有外召和轿内指令，直驶基站，开门后进入消防工作状态。
电梯在检修工作状态时，不能进入消防工作状态。
消防时，厅外开门功能无效。
消防返回时，门防夹装置暂时无效。
（返回到基站后恢复有效）。
1.1.3继电器控制交流双速电梯电路组成
继电器控制交流双速电梯的电路组成一般包括主回路和控制回路，其中控制回路又包括：
安全回路，开关门回路，轿内指令信号的登记与消除回路，启动关门、启动运行回路，门锁、检修、抱闸、运行继电器回路，加速与减速延时回路，停站触发与停站回路，电梯的运行、加速、减速与平层回路和信号显示回路等。
1.2电梯的主要电气设备
1.2.1曳引电动机
齿轮曳引机为电梯的提升机构，主要由驱动电机、电磁制动器（也称电抱闸）、减速器以及曳引轮组成。
交流双速电梯由于其结构简单、价格低、适用于要求不高的各种场所，在我国拥有量较大，缺点是控制系统体积较大、设备故障率高，维护费用高。
变频调速电梯以其良好的调速性能和舒适感、节能、驱动设备小、噪声低、平层精度高、可靠性高、电路负载低而成为当今主流电梯产品。
1.2.2自动门机
用来完成电梯的开门与关门。
电梯的门有厅门（每层站一个）和轿门（只有一个），只有在电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机电机拖动轿门，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，检修状态时，可以在不关门状态下运行。
自动门机是安装于轿厢顶上，它在带动轿门启闭时，还需通过机械联动机构带动层门与轿门同步启闭。
为使电梯门在启闭过程中达到快，稳的要求，必须对自动门机系统进行速度调节。
当用小型直流伺服电机时，可用电阻串并联方法。
采用小型交流转矩电动机时，常用加涡流制动器的调速方法。
直流电机调速方法简单，低速时发热较少，交流门机在低速时电机发热厉害，对三相电机的堵转性能及绝缘要求均较高。
1.2.3楼层显示线路
乘客电梯轿厢内必定有楼层显示器，而层站上的楼层显示器则由电梯生产厂商视情况而定。
过去的电梯每层都有显示，随着电梯速度的提高，群控调度系统的完善，现在很多电梯取消了层站楼层显示器，或者只保留基站楼层显示，到达召唤站时采用声光预报板，如电梯将要到达，报站钟发出声音，方向灯闪动或指示电梯的运行方向，有的采用轿内语音报站，提醒乘客。
楼层指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方，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，现多由数码管组成，且与呼梯盒做成一体结构。
1.2.4呼梯盒
电梯的层站召唤信号是通过各个楼层门口旁的按钮来实现的。
信号控制或集选控制的电梯，除顶层只有下呼按钮，底层只有上呼按钮外，其余每层都有上下召唤按钮。
呼梯盒也叫召唤按钮箱或外呼盒，用以在每层站召唤电梯，常安装在厅门外，距地面一米左右的墙壁上，基站与顶站只有一只按钮，中间层站由上呼和下呼两个按纽组成。
按钮下带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已被接收并记忆，满足呼梯要求时，呼梯记忆灯将熄灭。
基站的呼梯盒上，常带有钥匙开关，供司机开关电梯。
1.2.5操纵箱
操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。
轿内操纵箱上对应每一层楼设一个带灯的按钮，也称指令按钮。
乘客入轿厢后按下要去的目的层站按钮，按钮灯便亮，即轿内指令登记，运行到目的层站后，该指令被消除，按钮灯熄灭。
操纵厢上设有与电梯层站数相同的内选层按钮（带上下行指示记忆灯）、开/关门按钮、急停按钮、电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行、司机状态下运行，还是检修状态）以及风扇、照明、层楼指示灯的控制开关。
1.2.6平层及开门装置
该装置由上、下平层感应器及开门感应器KR6、KR7组成。
上行时KR6首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速；
至KR7插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号，电机停转，机械抱闸。
下行时，KR7首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速；
至KR6插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号（继电接触控制的交流双速电梯平层及开门装置常采用三只感应器）。
1.2.7停层装置
在电梯的井道内每层站装有一只感应器，当轿厢运动到相应层站时，其上隔磁铁板插入对应的感应器内，以此检测电梯所处的位置。
1.2.8安全窗及其开关、安全钳及其开关、限速器及其开关、限位开关、强迫换速开关、极限开关。
电梯的轿厢顶部开有安全窗，供紧急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不允许运行。
安全钳是为了防止曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢夹持在导轨上。
限速器是用以检测电梯运行速度的机械装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳设计电梯停止运动。
以上三种装置的动作通过其相应开关来检测。
当电梯运行至上下限位置时仍不能停车，将通过机械装置带动极限开关SQ0动作，切断电梯曳引电机的电源，以达到停车的目的，避免电梯出现冲顶与蹲底事故。
1.3PLC的工作原理及接口电路
1.3.1PLC的特点：
1、高可靠性。
2、编程简单，使用方便。
可采用梯形图编程方式，与实际继电器控制电路非常接近，一般电气工作者很容易接受。
3、环境要求低，适用于恶劣的工业环境。
4、体积小，重量轻
5、扩充方便，组合灵活
1.3.2PLC的硬件结构：
1、硬件框图如图1-11所示。
图1-11
2、输入接口电路
为了保证能在恶劣的工业环境中使用，PLC输入接口都采用了隔离措施。
如下图1-12所示，采用光电耦合器为电流输入型，能有效地避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。
在光敏输出端设置RC滤波器，是为了防止用开关类触点输入时触点振颤及抖动等引起的误动作，因此使得PLC内部约有10ms的响应滞后。
当各种传感器（如接近开关、光电开关、霍尔开关等）作为输入点时，可以用PLC机内提供的电源或外部独立电源供电，且规定了具体的接线方法，使用时应加注意。
图1-12输入接口电路
3、输出接口电路
PLC一般都有三种输出形式可供用户选择，即继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出。
在线路结构上都采用了隔离措施，如图1-13所示。
特点：
继电器输出：
开关速度低，负载能力大，适用于低频场合。
晶体管输出：
开关速度高，负载能力小，适用于高频场合。
晶闸管输出：
图1-13输出接口电路
1.3.3PLC的工作过程
PLC大多采用成批输入/输出的周期扫描方式工作，按用户程序的先后次序逐条运行。
一个完整的周期可分为三个阶段：
1、输入刷新阶段
程序开始时，监控程序使机器以扫描方式逐个输入所有输入端口上的信号，并依次存入对应的输入映象寄存器。
2、程序处理阶段
所有的输入端口采样结束后，即开始进行逻辑运算处理，根据用户输入的控制程序，从第一条开始，逐条加以执行，并将相应的逻辑运行结果，存入对应的中间元件和输出元件映象寄存器，当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输出刷新处理。
3、输出刷新阶段
将输出元件映象寄存器的内容，从第一个输出端口开始，到最后一个结束，依次读入对应的输出锁存器，从而驱动输出器件形成可编程的实际输出。
一般地，PLC的一个扫描周期约10ms，另外，可编程序控制器的输入/输出还有响应滞后（输入滤波约10ms），继电器机械滞后约10ms，所以，一个信号从输入到实际输出，大约有20--30ms的滞后。
输入信号的有效宽度应大于1个周期+10ms。
第2章总体方案设计
2.1控制系统方案设计
目前常用的电梯控制系统有单片机控制、PLC机控制、微机控制等。
2.1.1单片机控制方案
此种方案应用单片机开发成电梯系统控制器，早期应用最多。
编程一般以C语言居多。
采用此方案一般对单片机比较了解。
其优点是硬件成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优点。
缺点是：
1、元器件采购质量难以保障；
2、线路板小批量定做，质量难以保证；
3、手工焊接质量不稳；
4、没有老化实验；
5、硬件设计是否为最优方案。
由此五方面原因造成系统控制器稳定性差，故障率高，时常出现莫名其妙的问题。
仅仅是一个单片机控制器，尚可运行。
如果再与上位计算机通讯，甚至485口多机通讯，其稳定性之差可想而知。
而一个系统及产品的设计首先是稳定性要好。
另外，采用单片机方案，数值的显示一般采用数码管显示，也可采用液晶显示，但如采用液晶汉字显示，须做的编程工作很多。
此外，上位机软件编程一般采用VB居多,控制器与其他系统兼容性差。
开放性不强。
2.1.2微机控制系统方案
应用此种方案一般以一些计算机技术类公司为多。
多采用工控板卡如：
I/O输入板卡，A/D输入板卡,继电器板卡，模块等组合而成。
此方案的优点是：
1、板卡是批量定做，所以硬件稳定性要比单片机要好。
2、软件可采用组态软件，编程较方便。
缺点：
1、成本高。
2、板卡插在微机上，一旦计算机发生故障，则电梯控制不能实现。
3、采集速度慢，微机负担重。
不管是成本还是功能设计，微机机方案都不是首选。
2.1.3PLC机控制系统方案
综合目前电梯控制系统的状况，PLC电梯控制系统在实际应用时，该系统具有如下特点：
1、以PLC为主机，系统稳定性好。
2、价格适中，性价比好。
采用PLC成本要比单片机高，但应用于系统时，要考虑稳定性、功能性、可维护性等综合因素。
采用PLC比单片机和微机具有较高的性价比。
4、运行速度快。
5、软件扩展性好。
编程软件可方便的按用户要求进行控制编制。
同时，PLC本身具有和其他软件兼容支持的特点，可为用户提供多种选择，用户也可根据提供的数据地址采用不同软件自行编程，方便不同用户方案要求。
6、硬件扩充性好。
对于有特殊要求，可方便实现输入输出的扩展，功能强大。
由于PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠、维护检修方便等特点，所以我们选用PLC可编程控制器来实现对电梯的控制。
在电梯中常用的可编程序控制器有松下、日立、西门子、三菱等型号。
2.2电力拖动系统方案设计
目前常用曳引电梯有交流双速、变频调速、直流拖动等按驱动方式。
1、交流双速电梯
由于其结构简单、价格低、适用于要求不高的各种场所，在我国拥有量较大，缺点是控制系统体积较大、设备故障率高，维护费用高。
2、变频调速电梯
以其良好的调速性能和舒适感、节能、驱动设备小、噪声低、平层精度高、可靠性高、电路负载低而成为当今主流电梯产品。
但需要专用变频器件，价格较高。
3、直流电梯
具有调速性能好、调速范围大等优点，但需要直流电源和电机维护难，如今常用于无齿轮驱动的2.00m/s以上速度的电梯。
总上所述，我们选用的PLC+交流双速电力拖动系统方案，具有造价低、维护要求低等优点。
更适合用于采用PLC机对继电器控制的交流双速电梯的技术改造。
第3章PLC系统的硬件设计
3.1PLC系统的型式
常用的PLC系统有整体式、模块式、叠装式三种。
整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；
模块式PLC的功能扩展灵活方便，I/O点数量，输入点数和输出点数的比例，I/O模块的种类等方面，选择余地较大，维修时只要更换模块，判断故障的范围也很方便。
因此，模块式PLC一般用于较复杂系统和环境差（维修量大）的场合。
根据本设计任务的要求，整体式PLC结构紧凑、体积小、价格低，由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成，整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使PLC功能得以扩展；
而模块式PLC配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，而且配置方便，便于扩展和维修，一般大、中型PLC采用模块式结构；
叠装式PLC是把整体式和模块式的特点结合起来，这样不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。
因此决定选用整体式PLC一台作为本电梯控制系统主机使用。
3.2PLC系统的安装
安装方式的选择
根据PLC的安装方式，系统分为集中式、远程I/O式和多台PLC联网的分布式。
集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应速度快，成本低；
大型系统经常采用远程I/O式，因为它们的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在I/O装置附近，I/O连线比集中式的短，但需要驱动器和远程I/O电源；
多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别控制，又要相互联系的场合，可以选择小型PLC，但必须要附加通讯模块。
本系统根据系统控制要求，决定选用集中式PLC一台。
3.3PLC系统的容量
3.3.1PLC容量
PLC可编程控制器的容量，包括I/O点数和用户储存容量两个方面。
1、I/O点数
PLC平均的I/O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但必须留有一定的备用量。
通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%~20%的备用量来确定。
2、用户储存容量
用户储存容量是指PLC用于储存用户程序的储存器容量，需要的用户储存容量的大小由用户程序的长短决定。
一般可按下式估算，再按实际需要留适当的余量（20%~30%）来选择。
储存容量=开关量I/O点总数×
10+模拟量通道数×
100
绝大部分PLC均能满足上式的要求，特别要注意的是，当控制较复杂，数据处理大时，可能会出现储存容量不够的问题，这时应特殊对待。
3.3.2PLC参数的确定
三菱可编程控制器具有体积小，结构紧凑，可扩展的硬件结构，集成化端子排，组网方便。
同时它与其它可编程控制器不同，具有丰富的功能指令，使得进行数字运算成为可能，编程时能充分得到运用，程序简洁可靠；
另外，它有对外通迅口，为今后实现远程监视留有接口；
还提供了许多模块，可作为它用，如A/D模块可用作变频器输入用，可做到直接停靠，后续将继续研究。
根据本系统控制要求，所需I/O量，见表3-1所示，其中输入点为32，输出点为30，即本系统I/O总点数为62点。
根据以上要求决定选F1-60MR主机一台，F1-20ER扩展模块一台，技术参数如下：
1、F1-60MR主机的参数
输入点数为36点，输入继电器编号（X）000~007、011~013、400~407、410~413、500~507、510~513；
输出点数为24点，输出继电器编号（Y）030~037、430~437、530~537。
2、F1-20ER扩展单元参数
输入点数为12点，输入继电器编号（X）014~027；
输出点数为8点，输出继电器编号（Y）040~047。
根据用户储存容量要求，本系统程序不会超过2K步，且仍有10%左右余量，故本系统应用F1-60MR主机内2K存储器来储存应用程序，不进行存储的扩展。
选用2K步存储容量。
3.4PLC系统的输入/输出系统设计
3.4.1输入设备的选择
安全运行KA2、RUN；
门锁KA1、X0。
转换开关：
自动SA1-1，X1；
检修SA1-2，X2。
行程开关：
开门SB1，X3；
关门SB2，X4；
上行启动SB3，X5；
下行启动SB4，X6；
基站SQ5，X7；
开门到位SQ6，X10，关门到位SQ7，X11；
上行限位SQ17，X12；
下行限位SQ18，X13。
按钮开关：
1楼内选SB5，X400；
2楼内选SB6，X401；
3楼内选SB7，X402；
4楼内选SB8，X403；
5楼内选SB9，X404；
1楼上行1SB1，X503；
2楼上行2SB1，X501；
2楼下行2SB2，X502；
3楼上行3SB1，X503；
3楼下行3SB2，X504；
4楼上行4SB1，X505；
4楼下行4SB2，X506；
5楼下行5SB2，X507。
继电器：
1楼感应器1KR，X405；
2楼感应器2KR，X406；
3楼感应器3KR，X407；
4楼感应器4KR，X410；
5楼感应器5KR，X411；
上平层感应器6KR，X510；
下平层感应器7KR，X511。
3.4.2输出设备选择
接触器：
上行KM1，Y030；
下行KM2，Y031；
高速KM3，Y032；
低速KM4，Y033；
启动加速KM5，Y034；
制动减速KM6，Y035；
KM7，Y036；
KM8，Y037；
开门KM9，YY430；
关门KM10，Y431。
开关电源：
220V。
灯：
1层层楼指示1HL，Y434；
2HL，Y435；
3HL，Y436；
4HL，Y437；
5HL，Y530；
上行指示6HL，HL6，Y531；
下行指示7HL，HL7，Y532；
1~5层内选记忆指示HL1，Y533；
HL2，Y534；
HL3Y535；
HL4，Y536；
HL5，Y537；
1楼外呼记忆HL8，Y040；
2楼上呼记忆HL9，Y041；
2楼下呼记忆HL10，Y042；
3楼上呼记忆HL11，Y043；
3楼下呼记忆HL12，Y044；
4楼上呼记忆HL13，Y045；
4楼下呼记忆HL14，Y046；
5楼外呼记忆HL15，Y047。
灯电源：
12V。
3.4.3PLC的I/O点数分配
见表3-1五层五站电梯电气元件表
3.4.4PLC的I/O设备接线方式
见附图。
序号
元件符号
名称及作用
继电器号
1
KM1
上行接触器
Y03
升级会员 