1、 摘 要 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，第二种控 制方式用可编程 控制器（ PLC）取代微机实现信号集选控制。 本文以 三菱 FX2N 系列 PLC 作为电梯主要控制模块，同时对电动机、变频器、PLC、超载传感器等其它器件进行了选择。通过 PLC 对变频器和电梯的各个输入点进行控制，利用 三菱 A540 变频器作为对电机进行驱动。系统的启动电流大大减小，避免了对居民用电和电网和冲击。最后通过 PLC 控制，从而实现了两电梯并联 运行。 在软件程序方面，通过编写梯形图，来对两台电梯进
2、行控制，从而实现了电梯的自动关门、顺向响应轿内外呼梯信号、直驶以及两电梯并联运行等功能。 利用 PLC 控制电梯 具有功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低，维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积小等优点。 关键词：电梯；可编程控制器；变频器 Abstract With the constant development of the urban construction, the skyscraper is increasing constantly, the lift has extensive application in national economy and life.
3、 The control of the lift has generally adopted two ways at present, first, adopt the computer as the control module of the signal, the second control method is that computer is replaced by programmable controller (PLC) to realize signal and select control. This text regards the series PLC of Mitsubi
4、shi FX2N as the lift mainly module control, expands FX2N-32ER module, and choses other devices such as motor, frequency converter, PLC, overladen transducer at the same time. Through PLC controlling every input point of frequency converter and lift, it uses Mitsubishi A540 frequency as the motor to
5、drive it. The systematic starting current has reduced greatly, so it prevents to attacking electricity and power system. Finally, controlled by PLC, thus it realizes two lifts connecting in parallel and running. In software procedure, through writing the ladder-shaped picture to control two lifts, i
6、t realizes automaticly closing, obeying to respond the calling signal of lift in and out of sedan-chair, driving directly, two lifts running etc in parallel and other functions. Utilizing PLC to control the lift has functions which are that changing flexibly, simple programming, few troubles, low no
7、ise, maintaining conveniently, saving worker and energy, strong anti-interference ability, the smaller area of control box and so on. Key words： Lift; Programmable controller; Frequency converter 目 录 第一章 绪 论 . 1 1.1 电梯的起源与发展 . 1 1.2 可编程序控制器与继电器、 微机在电梯控制中的应用比较 . 2 1.3 控制方案的确定 . 3 第 2 章 可编程序控制器的工作方式及编
8、程语言 . 4 2.1 可编程控制器的特点 . 4 2.2 可编程控制器的选用 . 5 第 3 章 PLC 控制两台电梯的方案确定 . 7 3.1 PLC 控制两台电梯协调运行系统的功能 . 7 3.2 PLC 控制两台电梯协调运行方案 . 7 3.4 电梯 PLC 信号控制系统框图 .11 第 4 章 系统软件程序的设计 . 12 4.1 PLC 两台电梯控制系统的工作流程 . 12 4.2 PLC 两台电梯控制系统部分功能梯形图分析 . 13 第 5 章 结论 . 17 参考文献 . 18 附录 . 20 1 第一章 绪 论 随着人口的增加，科学技术日新月异地发展，人们物质文化生活水平的逐
9、步提高，建筑业得以迅速发展，大 批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。伴随建筑业的发展，为建筑内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种工作和生活中的必需设备，完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的运输设备之一。 1.1 电梯的起源与发展 电梯属于垂直提升运输设备，于 1850 年，在美国纽约市出现了世界上第一台由亨利 .沃特曼制作的以蒸汽机为动力的卷扬机 .1852 年美国人伊莱沙，格雷夫斯奥梯斯发明了世界上第一 部以蒸汽机为动力、配有安全装置的载人升
10、降机。这便是世界上第一部备有安全装置的客梯，在 1857 年被安装在纽约市豪华商厦里。在此期间，英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。随着水压梯的发展，蒸汽梯也就被淘汰了。后来发展为采用油压泵和控制阀的液压梯，而直到今天液压梯仍在使用。 在 1889 年，美国奥梯斯升降机公司推出了世界第一部以电动机为动力的升降机，这才开始出现了名副其实的电梯，同年在纽约市的马累特大厦安装成功。在 1903 年，又将卷筒式驱动方式改进为槽轮式即曳引式 )驱动。所谓卷筒式驱动，是将曳引绳缠卷在卷筒上来提升重物 ，而槽轮式也称为曳引式驱动，是在曳引绳一端提升重物，另一端为平衡重，依靠曳引绳和曳引轮的绳槽之间的摩擦来驱动重物
11、作垂直运动。因此，只要在曳引系统的容量和强度允许范围内，通过改进曳引绳长度就可适应不同的提升高度，而不再像卷筒式那样受卷筒长度限制。此外，当重物或平衡重碰底时，曳引绳与曳引槽会由于摩擦力减小而打滑，从而避免了像卷筒式那样，在失控时造成的曳引绳断裂等严重事故的发生 . 曳引式驱动可以使用多条曳引绳，而卷筒式驱动方式使用的曳引绳条数却受到限制。曳引式驱动方式为长行程并具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。 当时的电梯使用直流电动机驱动，用改变串接在电枢回路中的电阻值的方法来调节电梯运行速度。后来发明了交流感应电动机，在 1900 年开始用于驱动电梯。最初的交流电动机只是单速的，电梯运行性能很不理想。
12、直到发明了交流双速电动机，才基本满足了电梯的运行要求。 电梯在驱动控制技术方面经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制，直流有齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，2 交流变压变频调速驱动控制，交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。 电梯在操纵控制方面的发展经历了手柄开关操纵、按钮控 制、信号控制、集选控制等过程，对于多台电梯出现了并联控制、智能群控等。 1.2 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
13、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
14、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
15、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，各工业部分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3 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。 1.3
16、控制方案的确定 在本论文 中，采用可编程控制器与变频器为主要控制器件。 图 1-1 VVVF 电梯速度图 控制器对变频器进行控制，然后再通过变频器对曳引机进行控制，以达到控制目的。这种控制方法控制线路简单、动作灵敏、能耗小、编程简单、通用性强、出现故障机率小、占地面积小等优点。因为电梯的梯速低于 1.5 /，所以只要能实现电机的正反转即可 ,而不必考虑电机的机械特性。控制器对变频器进行控制，然后再通过变频器对曳引机进行控制，以达到控制目的。这种控制方法控制线路简单、动作灵敏、能耗小、编程简单、通用性强、出现故障机 率小、占地面积小等优点。因为电梯的梯速低于 1.5 /，所以只要能实现电机的正反
17、转即可 ,而不必考虑电机的机械特性。 3021v4 5 6 7t84 第 2章 可编程序控制器的工作方式及编程语言 可编程控制器是上世纪 60 年代末，在继电器控制系统的基础上开发出来的。最初叫做可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller），即 PLC。经过十几年的发展， PLC 已不仅能实现继电器控制所具有的逻辑判断、计时、计数、等顺序控制功能，同时还具有了执行算术运算、对模拟量进行控制等功能。 2.1 可编程控制器的特点 可编程控制器是面向 用户的专用工业控制计算机，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，当更改控制功能时，只需改变软件指令，使硬件
18、软件化。从软件来讲，它的程序可编，也不难编；从硬件来讲，它的配置可变，也易变。总而言之，PLC 的特点表现在以下几个方面： 1软件简单易学 PLC 编程简单、控制程序可变，具有很好的柔性， PLC 的最大特点之一是继承传统继电器控制电路清晰直观的特点，采用面向自动控制过程和操作者的易学、易懂的梯形图语言。 2硬件的可靠性高 PLC 专为在工业环境的恶劣条件下应用而设计，一个设计良好的 PLC 能置于很强的 电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，选用优质器件，采用合理的系统结构。 3接线简单，通用性好 PLC 的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与 PLC
19、 输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与 PLC 输出端子连接。接线简单、工作量少，而且， PLC 具有数字量和模拟量 I/O 接口及各种扩展单元、智能单元和特殊功能模块，可以方便灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。 4易于安装，便于使用、维护 PLC 体积小、质量轻，内 部不需要接线和焊接，只要编写程序就可以，所以安装十分方便。另外， PLC 接点的使用不受次数限制，内部器件的使用也不受次数限制，只需考虑输入、输出点个数，使用方便。 PLC 配备有很多监控提示信号，能检查出自身的故障，随时显示给操作人员并能动态地监视控制程序的
20、执行情况，为现场的调试5 和维护提供方便。 2.2 可编程控制器的选用 选用三菱公司的可编程控制器 FX2N 48MR，下面对这种控制器的结构作以简单介绍。 1.输入继电器 输入继电器编号有 X0 X7； X10 X17； X20 X27，共有 27 个输入点。 2.输出继电器 输出 继电器也有 21 个，其编号为 Y0 Y7； Y10 Y17； Y20 Y21。 3.辅助继电器 M 通用辅助继电器： M0 M499（共 500 个），关闭电源后重新启动后，通用继电器不能保护断电前的状态。 掉电保持辅助继电器： M500 M1023（共 524 个）， PLC 断电后再运行时，能保持断电前的工
21、作状态，采用锂电池作为 PLC 掉电保持的后备电源。 辅助继电器都有无数个常开、常闭触点供编程使用，只能作为中间继电器使用，不能作为外部输出负载使用。 4.PLC的扫描过程 图 2-1 PLC的扫描过程 6 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 要进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图 2-3 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
22、周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。 5.PLC 的程序执行过程 PLC 的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执 行和输出刷新三个主要阶段，如图 2-2 所示。 2-2 PLC 的程序执行过程 6.PLC 的扫描周期 在 PLC 的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。 7.PLC 的 I O 响应时间 PLC 采用集中 I O 刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还
23、会影响本次循 环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了 PLC 的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为 2-3 个扫描周期。 8.PLC 的编程语言 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。 输入端子 输入映象寄存器 输出映像寄存器 输出锁存器 输出端子 输入 .输出 程序执行阶段 输入采样阶段 输出刷新阶段 X001 Y001 Y001 M1 读 读 7 第 3章 PLC 控制两台电梯的方案确定 3.1 PLC 控制两台电梯协调运行系统的功能 1.两台电梯各自
24、独立控制的部分 （ 1）两台电梯各自有两种工作方式 -有司机工作方式、无司机工作方式。 这两种工作方式各自独立控制，不受任何约束和影响。包括有无司机选择开关以及有司机工作方式中司机专用的向上行驶按钮、向下行驶按钮和指令专用开关这些输入信号也各自拥有一套。这两种工作方式的控制要领与 PLC 单台电梯控制的工作方式中的有司机方式、无司机方式一样。 （ 2）指令信号登记的响应 两台电梯的轿厢内各自有 1 5 层楼的指令按钮与指令信号登记显示。两台电梯各自响应各自的指令信号登记，前往指定楼层，满足各自轿厢内司机和乘客的需要。 2.LED 显示及其它 两台电梯各自有开门显示、关门显示、门关闭显示、上行显
25、示、下行显 示、运行显示、 LED 七段显示器显示层楼位置也各自拥有一套，独立运行，相互不受影响。两台电梯各自有 1 5 楼的行程开关、上行继电器、下行继电器。 3.2 PLC 控制两台电梯协调运行方案 1 电梯运行的情况分析 一层外呼上情况分析： X24 是一层外呼上按钮，当 X24 按钮按下时，因为选 A 为主电梯， B 为从电梯，和路径最短原则，选择 A 电梯有三种情况，第一，当 X16 按钮按下时，即 A 电梯在一层平层，不用考虑 B 在哪一平层开关；第二，当 X17 按钮按下并且 X21 没有按下时，即 A 电梯在二层平层且 B 电梯不再一层平层；第三，当 X20按钮按下且 X23 按钮按下时，即 A 电梯和 B 电梯都在三层平层，这些情况都选择 A电梯。 M40 为选择 A 电梯的条件 . 当 X24 按钮按下是选择 B 电梯的情况有两种，第一，当 X21 按钮按下且 X16 按钮没有按下，即 B 电梯在一层平层，而 A 电梯不再一层平层；第二，当 X22 按钮按下且X16 和 X17 按钮没有按下时，即 B 电梯在第二平层，而 A 电梯不再第一、二平层， B电梯响应一层外呼上的路径短，选择 B 电梯。同理，根据路径最短原则，当 X25 或X26 或 X27 按钮按下时，根据平层条件分别选择 A 电梯或 B 电梯。
