1、1 目 录 前 言 . 1 1.绪 论 . 2 1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 . 2 1.1.1 电梯继电器控制系统的优点 . 2 1.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题 . 2 1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点 . 2 1.2.1 PLC 的特点 . 2 1.2.2 PLC 控制电梯的优点 . 4 1.3 课题的主要讨论内容 . 4 1.5 电梯的功能要求 . 5 2.1.可编程控制器的基础认识 . 6 2.2 可编程序控制器的工作方式 . 7 2.3 PLC 的编程语言 . 9 3.电梯设备及电梯发展动态 .10 3.1 电梯的出现及发展 .10 3.2 电梯设备
2、 .12 3.2.1 电梯的分类 .12 3.2.2 电梯的主要组成部分 .12 3.2.3 电梯的安全保护装 置 .12 3.2.4 电梯技术发展情况 .13 3.2.5 电梯发展展望 .13 4.PLC 的选择及其软件开发 .14 4.1 可编程控制器（ PLC）的选型 .14 4.2 交流双速电梯的主电路 .14 4.3 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路 .15 4.4 电梯的主要电气设备 .16 4.5 输入输出设计 .18 4.5.1 算法说明 .21 4.5.2 程序中相关中间继电器的说明 .22 2 4.6 梯形图的设计 .23 4.7 梯形图程序 .25 5.1 电梯模拟
3、调试 .46 5.2 电梯安装调试 .46 5.3 程序的调试与运行监控 .47 6.总结 .49 致 谢 .50 参考文献 .51 附录 .52 1.电梯的主电路图 .52 2. I/O 连接图 .53 3 摘 要 随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保 证电梯的运行既高效节能又安全可靠。 传统的电梯控制系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。 为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以 PLC为核心控制
4、器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器 接触器控制。系统的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生产的 FX2N-80型 PLC，因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带 来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。 关键词 ： 电梯、 PLC、梯形图I 1 前 言 近年来我国的经济飞速发展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住条件得到了巨大的改善。电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具，与人们的生活息息相关。传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，另外，传统的
5、电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器（ PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的 电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被 PLC 控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。因此， PLC 控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。 本课题的研究题目 “基于 PLC 的电梯控制系统的设计”做诠释如下
6、 PLC 控制是指电梯信号控制由 PLC 及其软件来实现，控制系统的核心为 PLC。其次课题开发的主要任务和内容是：建立“ PLC 控制的电梯系统”的总体框架；信号控制系统利用 PLC 集中处理电梯运行方式、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到楼层、运行方向及呼梯应答等，实现开关门控 制；拖动控制系统中曳引机的启动、运行、 制动停止，包括正反转信号 及多种速度信号，经 PLC 运算、判断后通过电机来实现。达到的要求是：通过深入的理论研究和编程实践，全面认真的完成上述几个内容。 本课题的核心问题有两个：一是运行效率、平层精度和安全性的要
7、求；二是 PLC 实现电梯信 号控制及其软件开发。对于第一个问题，通过选择合适的 PLC，进行合理的设计和编程便可以实现。本人选择的 PLC是日本三菱公司的 FX2N 80 型可编程控制器。第二个问题，根据电梯所要实现的功能以及 PLC 的顺序执行程序的特点，编写 PLC 程序主要是采取模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则编写各个功能模块来实现。 方案选择是通过多种方案的比较和对照，完成电梯控制系统中控制方法的选择。 2 1.绪 论 1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 1.1.1 电梯继电器控制系统的优点 （ 1） 所有控制功能 及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握
8、，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 （ 2） 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 （ 3） 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。 （ 4） 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。 1.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题 （ 1） 系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良， 因而故障率较高。 （ 2） 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能， 使系统的 控制功能不易增加，技术水平难以提高。 （ 3） 电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度 难以提
9、高。 （ 4） 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 （ 5） 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故 。 1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点 1.2.1 PLC 的特点 PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC 与普通微机一样。以通用或专用 CPU 作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）
10、运算与控制。 PLC 控制一般具有可靠性高、易操作、维修。编程简单、灵活性强等特点。 1、可靠性 对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。 （ 1） PLC 不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。 3 （ 2） PLC 采用了一系列可靠性设计的方 法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了 MTTF（平均无故障时间），使可靠性提高。 （ 3） PLC 有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。 （ 4） PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有
11、比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 （ 5） 在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用 先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。 （ 6） PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。 2、易操作性 PLC 的易操作性表现在下列几个方面： （ 1） 操作方便 PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数 PLC 采用编程器进行输入和
12、更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的 PLC，编程器采用了 CRT 屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接 根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 上显示。 （ 2） 编程方便 PLC 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。 （ 3） 维修方便 PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。 3、灵活
13、性 PLC 的灵活性表现在以下几个方面： （ 1） 编程的灵活性。 4 PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。 （ 2） 扩展的灵活性。 PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。 （ 3） 操作的灵活性。 操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易 1.2.2 PLC 控制电梯的优点 （ 1） 在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。 （ 2） 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单， 外部线路
14、简化。 （ 3） PLC 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 （ 4） PLC 可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 （ 5） 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 （ 6） 更改控制方案时不需改动硬件接线。 1.3 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
15、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，有双速电机实现调速，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
16、造后的电梯系统进行模拟调试。 5 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 （ 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
17、。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。 6 2.三菱 FX2N 系列可编程序控制器介绍 2.1.可编程控制器的基础认识 1. 三菱 FX2NPLC 的主要特点： 1)集成型高性能。 CPU、电源、输入输出三为一体。 对 6 种基本单元，可以以最小 8 点为单元连 接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出 256 点。 2)高速运算 基本指令： 0.08 s指令 应用指令： 1.52几百 s指令 3)安全、宽裕的存储器规格 内置 8000 步 RAM 存贮器 安装存储盒后，最大可以扩展到 16000 步。 4)丰富的软元件范围 辅助继电器： 3072 点
18、，定时器： 256 点，计数： 235 点 数据寄存器； 8000 点 5)除了具有输入输出 16 256 点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。 6)面向海外的产品适合各种安全规格 为大量实际应用而开发的特殊功能： 开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要 -模拟 I O，高速计数器。对每一个 FX2N主单元可配置总计达 8 个特殊功能模块。 2. PLC 的性能指标和分类 1) PLC 的主要性能指标 (1)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。 (2)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。 (3)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
