1、I 摘 要 PLC 具有 可靠性高，维护方便，开发周期短， 与 各种逻辑开关控制很好地结合，易于实现了对电梯控制 的特性。 论文基于 此， 采用三菱 FX2N-128 对五层楼梯控制系统进行 设计。首先，在对电梯结构和工作原理做详细了解后，分析现代电梯要达到的控制要求，制定电梯控制系统硬件设计方案，方案包括电梯层门、轿厢及其主电路的设计。然后分析电梯系统的整体工作流程，分配 PLC 的 I/O和根据工作流程制定层序，层序设计包括（开 /关门控制，外呼信号的登记与消除，楼层信号的显示，电梯箱内选择停层与显示及电梯的定向、起步运行，制动）。最后用三菱模拟仿真 软件仿真 ，科学的证明制定的设计方案可
2、行。通过这次毕业设计，在提高理论知识的同时，增强了在分析，处理和解决实际问题的能力。并且促进了对电梯较系统的认识。 关键词 ： 五层电梯 ; PLC; 控制系统 II ABSTRACT PLC has high reliability, easy maintenance, short development cycle, with a variety of well integrated switch control logic, easy to implement features of elevator control. Based on this thesis, the Mitsubis
3、hi FX2N-128 has been used to five stairs control system designer. First, the elevator in the structure and working principle of a detailed understanding, of the modern elevator control requirements to be achieved, development of the elevator control system hardware design, the program includes the e
4、levator floor door, car and its main circuit. Then analyze the overall elevator system workflow, distribution of PLCs I/O and developed according to the workflow sequence, sequence design includes (open / close control, outbound registration and elimination of the signal, signal display floor, the e
5、levator box choice stop layer and the display and lift the orientation, start running, braking).Finally, the Mitsubishi simulation software simulation, scientific proof of the design is feasible to develop. With this graduation project, in improving the theoretical knowledge, enhance the analysis, p
6、rocessing, and solve practical problems, and promoted a more systematic understanding of the elevator. Keywords： Five elevators; PLC; control system III 目 录 1. 绪论 . 1 1.1 课题的研究背景及意义 . 1 1.2 电梯的国内外发展状况 . 2 1.3 PLC 在电梯控制中的应用以及发展前景 . 3 1.4 课题研究的内容 . 4 2. 电梯的结构 . 5 2.1 电梯的结构 . 5 2.2 电梯的工作原理 . 6 3. 电梯控制系
7、统 的硬件设计 . 7 3.1 电梯控制的要求 . 7 3.1.1 电梯轿箱的控制要求 . 7 3.1.2 电梯门的控制要求 . 7 3.2 电梯模型结构 . 7 3.2.1 电梯层门 . 7 3.2.2 电梯轿厢内控制 . 8 3.3 主电路的设计 . 8 3.3.1 拖动电机电路的设计 . 8 3.3.2 门电机电路的设计 . 9 3.4 变频器调速 . 9 3.4.1 变频器的结构和变频调速的特点 . 9 3.4.2 变频调速的特点 . 10 3.4.3 变频器的选型 . 10 4. 电梯 PLC 控制系统的设计 . 10 4.1 PLC 单台电梯控制系统的工作流程 . 10 IV 4.
8、2 PLC I/O 地址分配 . 11 4.2.1 输入 /输出信号的确定 . 12 4.2.2 内部辅助继电器的确定 . 14 4.3 PLC I/O 硬件连接图 . 14 5. PLC 单台电梯控制系统基本功能梯形图分析 . 16 5.1 外呼信号的登记与消除 . 16 5.2 开门控制 . 19 5.3 关门控制 . 21 5.4 楼层信号的显示 . 23 5.5 电梯箱内选择停层与显示 . 25 5.6 电梯的定向环节 . 27 5.6.1 电梯定向（上行）环 节 . 28 5.6.2 电梯定向（下行）环节 . 30 5.7 电梯的起步、稳定运行环节 . 31 5.8 电梯的制动环节
9、. 33 6. 结论与展望 . 39 参考文献 :. 40 武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文 1 1. 绪论 1.1 课题的研究背景及意义 电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求 1。 电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造， 安装调试、售
10、后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已 “法规 2”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全 5 倍。掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为 80 亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540亿人次之多。目前，由可编程序控制器 (PLC)和微 机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用 PLC 控制的电梯可靠性高、
11、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。 可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自 1969 年针对工业自动控制的特点和需要而丌发的第一台 PLC 问世以来，迄今己 30 多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控 制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机
12、编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需 PLC武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文 2 后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将 PLC 应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了 “电脑 ”的 神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器 PLC 在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。 PLC 现已成为现代工业控制三大支柱 (PLC、 CAD CAM、 ROBO
13、T)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。 PLC 的应用深度和广 度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。 总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。 PLC 是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着 PLC 应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制
14、更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。 1.2 电梯的国内外发展状况 在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。作为建筑 的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观
15、上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成 |为全球最大的电梯市场。上世纪 80 年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，目自口进入了 “第三次 浪潮 ”， 2004 年总产量超过了 8万台，而且目前还没有减速的迹象。从 1949 年建国以来全国共生产安装了 6l万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均 1000 人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加 70 万台。到那时候，全国在用武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文 3 电梯将达到 130 万台，每年仅报废更新就需要 6 万台。到 2005 年，中国电梯的年产量达到
16、 13.5 万台，与 1980 年相比， 25 年增长了 59 倍，产量每年平均增长17.8 。 2005 年安装验收电梯 124465 台，截至 05 年底，我国的在用电梯总数已达 651794 台。如此庞大 的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台 . 我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、同本三菱、日立、东芝、富士达等 13 家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了 74 ”。先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁
17、波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产， 不但大量替代了进口，而且有一定的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自 1985 年我国参加了国际标准化组织 ISO TCl78 以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条
18、件。 中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售 量己达 l万台左右，约占亚洲市场的 1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。 世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的 51 。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。 1.3 PLC 在电梯控
19、制中的应用以及发展前景 武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文 4 目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、 PLC 控制和微型计算机控制三种。而 PLC 实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于 PLC 中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是 PLC 系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。 PLC 控制是三种控制方式中最具有可靠性 、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯
20、的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。 随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。电梯是载人的机电设备，要实现 “绿色 ”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。 1.4 课题研究的内容 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
21、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
22、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。最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。 武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文 5 2. 电梯的结构 2.1 电梯的结构 （ 1） 曳引系统 :曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。 （ 2） 导向系统 :导向系统的主要功能是限制轿厢和 对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。 （ 3） 轿厢 :轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成 。 （ 4） 门系统 :门系统的主要功能是封住层站
23、入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。 (5) 重量平衡系统 :系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。 (6) 电力拖动系统 :电力拖动系统的功能是提供动力，实行电 梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置 3，电动机调速装置等组成。 (7) 电气控制系统 :电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏 (柜 )，平层装置，选层器等组成。 (8) 安全保护系统 :保证电梯安全使用，防止一切危及
24、人身安全的事故发生。由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成 218。 武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文 6 2.2 电梯的工作原理 图 2-1 电梯的工作原理图 如图 2-1 电 梯的工作原理图 7， 曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置 218用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引整流滤 波电路 三相电源 主接触器 运行接触器 R S T M 开关门 楼层图示及远行方向 开关门按钮 门锁及其安全回路 弃道保护功能输入 检修 消防及泊梯 FX2N-128RM 准备就绪 运行中 零速 故障 上行 速度编码 复位 使能 楼触器控制 抱闸控制 厅外召唤 载荷数字信息 矫内召唤及控制信号 下行 变频器A700曳引机 矫箱 抱闸控制 旋转编码器 编码器反馈 矫内操重系统 对重
