1、1 三菱 FX2N PLC在电梯控制中的应用 摘要 本文主要介绍可编程控制器 （ PLC)在电梯电气控制系统中的应 用，通过对系统硬件设计方法和程序设计思路的介绍，给出了 5层 电梯逻辑控制部分的方法。主要涉及 5层电梯的 PLC控制系统的总 体设计方案、组成及模块化程序设计。 关键词： PLC； 电梯；逻辑控制；程序设计三菱 FX2N PLC在电梯控制中的应用 2 The Application of Mitsubishi FX2N PLC in Elevator Control Abstract The implement of PLC (Programmable Logic Contro
2、ller) in elevator electric control system is presented in this paper. The method of logic control part of five-floor elevator is also described by providing system hardware design and program design clues. This paper include of main design method, composition, program design in this elevator control
3、 system. Key words: PLC; elevator; logic control; program design1 三菱 FX2N PLC在电梯控制中的应用 随着人口的増加，科学技术日新月异地发展，人们物质文化生活水平的逐步提高，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。电梯己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。
4、 一、电梯的概述 (一）电梯的发展简史 据国外有关资料介绍，公元前 28 年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过 由人力驱动的升降机械。公元 1765年瓦特发明了蒸汽机后， 1858年美国研制出以蒸汽为 动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的 电梯。 1878年英国的阿姆斯特朗发明了水压 梯。并随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又出现了液压泵和控制阀以及直接柱塞式 和侧柱塞式结构的液压梯。这种液压梯至今仍为人们所采用。 但是，电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。 18世纪末发明了 电机，并随着电机技术的发展， 19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交 流电
5、梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。在 20世纪初，美国 奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为 后来的高速 度、高行程电梯的发展奠定了基础。 20世纪 30年代美国纽约市的 102层摩天 大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了 74台速度为 6.0m/s的电梯。从 此以后，电梯这个产品，一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多， 自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。随着电子工业的发展，可编程序控制器 (PLC)和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运行 效果显著提高。 (二）
6、电梯的运行工作情况 一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜 /箱、导轨等主要部件组成。电梯在 做 垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点 站之间还三菱 FX2N PLC在电梯控制中的应用 2 设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼。 各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在 起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢 内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供 司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指 令
7、按钮。 电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控 制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训 和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按 钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平 层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信 号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。 尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之 处，其中乘 客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在
8、运行方向前方 的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运 行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般 一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行 任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般 都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。 本课题主要研宄单台五层电梯的 PLC控制方法， 分述其硬件设计和软件设计过程。设 计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求： 1) PLC电梯控制系统应具备：有司机、无司机、消防三种工作模式。 2) 系统应具
9、备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤 )。 3) 具有轿厢层楼显示（二进制方式或十进制方式 )。能自动显示电梯运行方向。 4) 具有电梯直驶功能和反向最远停站功能。具有消防应急处理功能。 5) 电梯开门时间设为 3秒，电梯关门时间也设定为 3秒。 6) 具有应急手动开门、关门按钮。 在单台电梯控制系统的基础上进一步探讨用一台 PLC控制多台电梯协调运行的实施方3 案。 (三）电梯控制系统的组成 电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。 1. 电梯的电力拖动部分 电梯主拖动类型有直流电动机拖动、交流电动机拖动、直流 G M (即发电机一电动机 组供电 ） 拖动、晶闸管供电 （ SC
10、R M)的直流拖动和交流双速电动机拖动、交流调压调速 (AVCC)拖动、交流变频调速 （ VVVF)等。因直流电梯的拖动电动机有电刷和换相器，维 护量较大，可靠性低，现己被交流调速电梯所取代。为了得到较好的舒适感，要求曳引电 动机在选定的调速方式下，电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。考虑到电压的波 动、导轨不够平直造成的运动阻力増大等因素，电动机转矩还应有一定的裕度。 2. 电梯的电气控制部分 电气控制系统由控制柜、操纵箱、层楼指示、召唤箱及曳引电动机等几十个分散安装 在电梯井道内 外和各相关电梯部件中的电器元件构成。电气控制系统通过电路控制电力拖 动系统工作程序，完成各种电气动作功能，
11、保证电梯安全运行。 电梯一般是由电动机来拖动的，其运行过程大多包括启动、正（反）转、停止等，这 整个过程是由电气控制系统来完成。具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停 止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。其操纵是实行各个控制环 节的方式和手段。 电梯电气控制系统与电力拖动系统比较，变化范围比较大。当一台电梯的类别、额定 载重量和额定运行速度确定后，电力拖动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。随着科学技
12、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。继电器控制系统的电梯故障率 高，大大降低了电梯的运行可靠性和安全性，所以基本上己经被淘汰。而 PLC以其体积 小、功能强、故障率低、寿命长、噪声低、维护保养简便、修改逻辑灵活、程序容易编 制，易联成控制网络等诸多优点得到了广泛的应用。 .菱 FX PLC在电梯控制中的应用 4 二、三菱 FX2N系列可 编程序控制器介绍 (一）可编程控制器的基础认识 1. 三菱 FX2N PLC的主要特点： 一个程序包的单元型可编程控制器 采用装卸式端子台 内装 RUN/STOP开关 程序存储器 钟表功能 RUN写入 元件注解 利用键盘保护程序（编
13、程手册，外围设备手册） 丰富的输出入扩展设备 丰富的特殊扩展设备 用 SFC表现的编程 简便的应用指令群 高速处理 2. PLC的性能指标和分类 1) PLC的主要性能指标 输入 /输出点数 （ I/O点数） I/O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个 开关、按钮和可以控制多少个负载。 存储容量 存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单 位，二进制 16位即一个字为一步。 扫描速度 一般以执行 1000步指令所需时间来衡量，单位为 ms/k步，也有以执行一步指令所需 5 编程器 打印机 PC机 内部电源 各种外设接口 输入电路
14、CPU EPROM RAM 基本单元 输出电路 扩展I/O接口 输入电路 扩展单元 输出电路 扩展连 接电缆 现 场 输 入 信号 输出信号 至其他扩展单元 C2 | Xi | |X1D |X12 |X1 + |xie|： |X22 |x2i |X36 1 - 1 | L | N | - |2i+| X1 | | M5 | XT |X11 |： 13 | X1S |X1T |X21 | XZ3 | ： X25 |X2T | MITSUBISHI MELSEG FX2N-拟 MR o o o oo oo ooo ooo o I fij 1 2 3 i 5 6 T 5 9 1D 11 12 13
15、OOOOOOOOOOOOOO U 1S 16 17 15 19 a 21 22 23 2i 25 2? 1 2 3 i 5 6 T 5 9 1D 11 12 13 UT OOOOOOOOOOOOOO U 15 16 17 15 19 a 21 22 23 2i 25 25 2? OOOOOOOOOOOOOO POWER RUN BATIV PORG-E CPU-E | VD | V2 | | Yi | V6 | |Y1D | Y12 | - | Y1i | Y16 | Y3 |V22 |Y2i | Y35 |：Oi.e| |c Ml| Y1 | V3 |c llz| | ?7 |： P. Y1
16、1 | Y13 |c H4| Y15 |Y1T |1 | Y33 | Y25 |YZT | 5 % )琶 )% w. % M m m % % % 图 2-3 PLC的扫描过程 8 输入 输入端子 输入映象寄存器 X001 Y001 Y001 M1 输出映像寄存器 输出锁存器 输出端子 输出 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増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
17、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。 2) 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 2-4所示。 3) 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。 4) 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。 2. 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。 输入采样阶段 程序执行阶段 乂 输出刷新阶段 乂 读 读 图 2-4 PLC的程序执行过程
