1、 毕业设计（论文） 题 目 : 电梯 PLC 控制设计 专 业 : 电气工程及自动化 班 级 : 学 号 : 姓 名 : 指导老师 : 二一年三月 1 论 文 摘 要 本文介绍一种电梯 PLC 控制系统。电梯是 垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动 ， 在人们生活中 起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的 PLC 系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由 PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制
2、系统。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器 PLC 对机器进行全过程控制。 整个系统通过 PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。 2 目 录 论 文 摘 要 . 1 第四章 电梯的电气控制系统 . 5 4.1 概述 . 5 4.2 电梯电气控制系统中的主要电器部件 . 5 4.3 电梯自动控制系统中的各主要控制环节及结构原理 . 8 4.3.1 各类电梯安全可靠运行的充分与必要条件 .8 4.3.2 电梯自动开关门的控制环节 .8 4.3.3 电梯的方向控制环节 .9 4.3.4 发生制动减速信号的控制环节 .
3、 13 4.3.5 主驱动控制环节 . 15 4.3.6 电梯的安全保护环节 . 15 4.4 电梯的内外召唤指令的登记与消除 . 18 4.4.1 召唤指令信号登记记忆线路的原理说明 . 19 4.4.2 轿内信号的登记、记忆与消除 . 20 4.4.3 层外召唤信号的登记记忆与消除 . 21 4.5 电梯的信号指示系统 . 22 4.5.1 数码显示的层楼指示灯 . 22 4.5.2 运行方向灯、轿内指令及厅外召唤信号灯 . 22 4.5.3 超载信号指示灯及音响 . 23 4.6 电梯的消防控制系统 . 24 4.6.1 电梯控制系统中适应消防控制的几个基本要求 . 24 4.6.2 消
4、防控制系统的类型及工作原理 . 25 4.7 交流信号控制电梯线路原理说明 . 26 4.7.1 概况 . 26 4.7.2 电梯投入使用和撤出使用 . 26 4.7.3 自动开关门 . 26 4.7.4 电梯的启动，加速和满速运行，制动减速，停车和开门 . 27 4.7.5 指令信号登记，记忆和消除 . 28 4.7.6 电梯的安全保护 . 28 第五章 结 论 .29 参 考 文 献 .55 附录一 I/O 分配表 . 56 附录二 交流双速电梯线路图元件代号说明 . 57 3 前言 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。电梯作为高层建筑中垂直运行
5、的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机 交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。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，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；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。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本
6、较高；而 PLC 可靠性高，程序设计方便灵活，抗 干扰能力强、运行稳 定可靠等特 点 ，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现 。 电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要 求。 4 5 第四章 电梯的电气控制系统 4.1 概述 电气控制系统是电梯的两大系统之一。电气控
7、制系统由控制柜、操纵箱、指层灯箱、召唤箱、限位装置、换速平层装置、轿顶检修箱等十几个部件，以及曳引电动机、制动器线圈、开关门电动机及开关门调速开关、极限开关等几十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。 载重量和额定运行速度确定后，机械系统各零部件就基本确定了，而电气控制系统则有比较大的选择范围，必须根据电梯安装使用地点，乘载对象进行认真选择，才能最大限度地发挥电梯的使用效益。 电气控制系 统决定着电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。随着科学和、技术的发展和技术引进工作的进一步开展，电气控制系统发展换代迅速。在国产电梯中，在中间逻辑控制方面，已淘汰继电器控制，采用 PLC 和
8、微机控制。在拖动方面，除速度 V 0.63m/s 的底速电梯仍有部分产品采用交流双电动机变极调速外，对于速度 V 1.0m/s 的各类电梯，均采用交流调压调速和交流调频调速拖动系统。 新电气控制系统和拖动系统的出现，不但改善了电梯的性能，而且提高了电梯的运行可靠性能，使我国的电梯工业提高到一个新的水平，基本实现乘用安全、可靠、舒适的愿 望。 4.2 电梯电气控制系统中的主要电器部件 为了便于制造、安装、调试和维修，常把电气控制系统中几百至成千万个电器元件组装在操纵箱，控制柜等十几个部件内。但是有些电器元件组装到各电源部件中去后，反而会给制造、安装、调试、维修带来困难或不方便，这是，则将这部分电
9、器元件分散装到各有关电梯部件中去。电气控制系统常用的主要电器部件如下： 1） 操纵箱 操纵箱一般位于轿箱内，是司机或乘用人员控制电梯上下运行的操纵控制中心。操纵箱装置的电器元件与电梯的控制方式、停层站数有关。 操纵箱上装配的电器元件一般包括下列几种： 发送轿内指令任务，命令电梯起动和停靠层站的元件，如轿内手柄控制电梯的手柄开关；轿内按钮控制、信号和集选控制电梯的轿内指令按钮；控制电梯工作状态的手指开关或钥匙开关；控制开关；急停按钮；短接和应急按钮；点动开6 门按钮；轿内照明灯开关、电风扇开关；蜂鸣器；外召唤人员所在位置指示灯；厅外召唤人员要求前往方向信号灯；但是近年来已出现操纵箱和指层箱合为一
10、体新型操纵指层箱。 2） 指层灯箱 是司机，轿内、外乘人员提供电梯运行方向和所在位置指示灯信号的装置。 除杂物电梯外，一般电梯都在各停靠站的厅门上设置有指层灯箱。但是，当电梯的轿厢门为封闭门，而且轿门上没有开设监视窗时，在轿厢内的轿门上方也必须设置指示层灯箱。位于厅门上方的指示灯箱厅称厅外指层灯箱，位于轿门上方的指层灯箱在结构上是完全一样的。近年来出现把层灯箱合并到轿内操纵箱和厅外召唤箱中去的情况，而且采用数码显示。 3） 召唤按钮（或触钮）箱 召唤按钮是设置在电梯停靠站厅门外侧，给厅外乘用人员提供召唤电梯的装置。 根据处位的不同，召唤按钮箱分位于上端站，只装设一只下行召唤按钮，位于下端站只装
11、设一只上行召唤按钮的单钮召唤箱。但是若下端站又作为基站时，召唤箱上还需加装一只厅外控 制自动开关门的钥匙开关。位于中层站者，则是装设一只上行召唤按钮和一只下行召唤按钮的双召唤箱。 4） 轿顶检修箱 轿顶检修箱位于轿厢顶上，以便于检修人员安全、可靠、方便地检修。检修箱装设的电梯电器元件一般包括控制电梯慢上、慢下的按钮，点动开关门按钮，急停按钮，轿顶正常运行和检修运行检索转换开关，轿顶检修灯开关等。 5） 换速平层装置（也称井道信息装置） 换速平层装置是一般低速或快速实现到预定停靠站时，提前一定距离把快速运行切换为平层前慢速运行，平层时自动停靠的控制装置。 6) 限位开关装置 为了确保司机、乘用人
12、员 、电梯设备的安全，在电梯的上端站和下端站处，设置了限制电梯运行区域的装置，称为限位开关装置。 7） 极限开关装置 极限开关是一种在 80 年代中期以前，用于交流双速电梯，作为当限位开关装置失灵，或其它原因造成轿厢超越端站楼面 100150mm 距离时，切断电梯主电源的安全装置。 极限开关包括位于机房，经改制的铁壳开关，固定于轿厢导轨的上下滚轮组，固定于轿厢架的打板（和极限位开关装置合用一个打板），以及联结铁壳开关和上下滚轮组的钢丝绳构成。 7 电梯运行过程中，由于某种原因造成电梯轿厢超越端站楼面，达到极限开关的作用点时 ，位于轿架的打板碰撞上或下滚轮组，上下滚轮组通过钢丝绳强行拉掉铁壳开关
13、，切断电梯的总电源，强迫电梯立即停靠。 由于这种装置的结构比较复杂，开关的故障率比较高， 80 年代中后期，国内不少厂家采用在井道两端站各安装一只限位开关，由限位开关打板碰压，由限位开关控制一只接触器，由接触器切断电梯总电源的办法所取代。 8） 选层器 选层器设置在机房或隔音层内，是模拟电梯运行状态，向电气控制系统发出相应电信号的装置。 按与电气控制系统配套使用情况，选层器可分为两种。 a. 用于货、医梯电气控制系统的选层器 b.用于客梯电气控 制系统的选层器 用于客梯电气选层器除具楼层指示器的功能外，还具有自动消除轿内指令登记信号，根据内外指令登记信号，自动定电梯的运行方向，到达预定停靠站时
14、提前一定距离向控制系统发出减速信号和提前开门信号，有的还能发出到站平层停靠信号等。由于与客梯控制系统配套使用的选侧器具有比较完善的性能，不但可以简化电气控制系统，便于安装调试和维修，而且可以降低电梯故障率，提高电梯运行可靠性。 9） 控制柜 控制柜是电梯电气控制系统完成各种主要任务，实现各种性能的控制中心。 控制柜由柜体和各种控制电器元件组成。 控制柜中装配的电 器元件，其数量和规格主要与电梯的停层站数、额定载荷、速度、控制方式、曳引电动机类别等参数有关，不同参数的电梯，采用的控制柜不同。 10） 开门机电阻器箱 国产电梯产品从 60 年代末以来，多采用直流电动机作为实现自动开关门的拖动电动机
15、。直流电动机具有良好的调速性能，便于控制和调节电梯的开关门速度，达到既有较高的开关门效率，又有较低的噪声水平。 由于他励直流电动机的运行速度与电枢两端的电压成正比。因此只要控制和调节电枢两端的电压，就能控制和调节电梯的开关门速度。 开门机电阻器箱内装置的器件，就是用来控制电枢两端电压 的三只电阻器。为了便于调试，该电阻器箱一般装置在开关门电机旁。进入 90 年代后，除采用电阻和有触点开关对直流门电机进行调速外，还出现采用微机对直流门电机进行调速的，也有采用交流调频调压调速的电梯门拖动控制系统。 8 4.3 电梯自动控制系统中的各主要控制环节及结构原理 4.3.1 各类电梯安全可靠运行的充分与必
16、要条件 电梯安全可靠运行的充分与必要条件有： (1)必须把电梯的轿厢门和各个层楼的电梯层门全部关闭好 这是电梯安全运行的关键，是保障乘客和司机等人员的人身安全的最重要保证之一。 (2)必须要有确定的 电梯运行方向 (上行或下行 ) 这是电梯的最基本的任务，即把乘客 (或货物 )送上或送下到需要停层的层楼。 (3)电梯系统的所有机械及电气机械安全保护系统有效而可靠 这是确保电梯设备和乘客人身安全的基本保证。 根据上述的电梯安全可靠运行的充分与必要条件，以及电梯的运行工艺过程，现就一般电梯的控制系统的各个主要控制环节及其结构原理说明如下。 4.3.2 电梯自动开关门的控制环节 从前面所述中可知，任
17、何种类的电梯绝大多数均要有开关门的机构，该机构可以是人工手动的，也可以是电气机械自动的。但现今已很少见到手 动开关门的电梯了，仅仅对小型杂物电梯和简易居民住宅电梯才使用手动开关门。现就两种驱动类型的自动开关门环节工作原理说明如下。 (一 )对自动开关门机构 (或称之为“自动门系统 )的要求及其速度调节方法 1要求 (1)自动门机构必须随电梯轿厢移动，即要求把自动门机构安装于轿厢顶上，除了能带动轿厢门启闭外，还应能通过机械方法使电梯轿厢在各个层楼门区安全范围内能方便地使各层的外层门也能随着轿厢门的启闭而同步启闭。 (2)当轿厢门和某层楼的层门闭合后，应由电气机械设备的机械钩子和电气接点予以表现和
18、考核。 (3)开关门动 作平稳，不得有剧烈的抖动和异常响声，按国家标准规定，开关门系统在开关门过程中其运行噪声不得大于 65dB(A 级 )。 (4)关门时间一般为 3-5s，而开门时间一般为 2 5-4s。 (5)自动门系统调整简单方便，便于维修。 (6)门电机要具有一定的堵转能力。 2速度调节方法 为了使电梯的轿厢门和某层层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，以满足对自动门机系统的要求，一般调速方法有： (1)用小型直流伺服电动机作自动门机的驱动时，常用“电阻的”串、并联调速方法 (即“电枢分流法” )。 9 (2)用小型三相交流力矩电动机作自动门机的驱动力时，
19、常用施加涡流制动器的调速方法，例如瑞士迅达电梯公司的 QKS9 10 门机系统就是一个这样的系统。现多用小功率变频调速方法。 (二 )常用的自动开关门系统的电气控制线路原理图简介 现今国内外仍有电梯厂家用小型直流伺服电动机作为自动门系统的驱动力。 其电气控制线路原理图如下图所示。 其工作原理如下 (以关门为例 )：当关门继电器 KA83 吸合后，直流 110V 电源的“ +”极 (04 号线 )经熔断器 FU9，首先供电给直流伺服电动机 (MD)的励磁绕组MD0，同时经可调电阻 RDl KA83 的 (1、 2)常开触点， MD 的电枢绕组 KA83 的 (3、 4)常开触点至电源“ ”极 (
20、01 号线 )。另一方面，电源还经开门继电器 KA82 的 (13、 14)常闭触点和 R83 电阻进行“电枢分流”而使门电机 MD 向关门方向转动，电梯开始关门。 当门关至门宽的三分之二时， SA831 限位开关动作，使 R83电阻被短接一部分，使流经 R83电阻中的电流增大，则总电 流增大，从而使 RDl 的限流电阻上的压降增大，也就是使 MD 电动机的电枢端电压下降，此时 MD 的转速随其端电压的降低而降低也就是关门速度自动减慢。当门继续关闭至尚有 100-150mm 的距离时， SA832 限位开关动作，又短接了 R83 电阻的很大一部分，使分流增加， RDl 上的电压降更大，电动机
21、MD 电枢端的电压更低，电机转速更低，关门速度更慢，直至轻轻地平稳地完全关闭为止，此时关门限位开关动作，使 KA83 失电复位。至此关门过程结束。对于开门情况完全与上述的关门过程一样，这里不再叙述。 当开关门继电器 (KA82， KA93)失电复位后，则电机 MD 所具有的动能将全部消耗在 R83 和 R82 电阻上了，也即进入强烈能耗 (因 R83 电阻由于 SA832 开关仍处于被接通状态，其阻值很小 )制动状态，很快的使 MD 电动机停车，这样直流伺服电动机的开关门系统中就无需机械制动器 (刹车 )来迫使电机停转。 4.3.3 电梯的方向控制环节 任何类别的电梯，其运行的充分与必要条件之一 “要有确定的电梯运行方向”，因此所有电梯的确定运行方向的控制环节 简称“定向环节”，在所有
