1、 郑 重 声 明 本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。 本人签名： 日期： 1 摘 要 电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用 。 电梯 已 成为重要的运输设备 之一。 国内传统的电梯控制 是由继电器、接触器构成 的 。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点 ,而且在层数增加时 ,配线变化给制造及安装带来诸多不便 。 用 PLC 实现
2、对电梯电气系统的 控制， 大大的提高了系统控制的优越性，降低了成本，减小电气控制系统的的故障率。 该课题的设计任务 利 用可编程控制器 （ PLC） 进行 电梯的电气 系统的 控制，该课题的设计思路是采用 逻辑控制原理，根据 控制 的要求和 电梯自身的运输 规律，响应随机的外部呼叫信号。 经过 设计 分析 ， 选用三菱 FX2N 型 PLC 实现 货运 电梯 电气控制 系统 的 整个 程序设计的过程 ,并主要阐述 了三个方面 ：系统的 控制要求 、系统配置、软件设计 。 本系统的 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
3、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； 控制系统 ； 设计 2 ABSTRACT Elevator is widely applied in the national economy and life. The elevator has become one of the important transport equipment. Traditional domestic elevator control is composed of a relay, contactor. It is not only the exis
4、tence of poor reliability, high cost, high failure rate and shortcomings, but also in layers increases, changes to the wiring and installation of manufacturing has brought a lot of inconvenience. To achieve control of the elevator electrical system with PLC. Greatly improve the superiority of system
5、 control, reduce cost, reduce the fault rate of electric control system. The subject of design tasks using the programmable controller (PLC) for electrical control freight elevator, the subject of design thinking is the logic control principle, according to the transport rule control requirements an
6、d its own elevator, in response to random external call signal. Through the design analysis, selection of Mitsubishi FX2N type PLC electric control system offreight elevators throughout the design process, and mainly discusses three aspects: the requirements of the control system, configuration, sys
7、tem software design. The core control part of the use of the software program control, in order to ensure the normal operation of the elevator, the requirements of the situation, greatly improve the elevator fault inspection and repair convenience and easy, but also overcomes some brought by manual
8、operation of human disturbance factors, the expected results had a good effect . Key words： elevator ;PLC ;control system ; design 3 目 录 第 1章 绪论 . 1 1.1 电梯的发展背景 . 1 1.2 电梯的基本结构 . 2 1.3 电梯的工作原理 . 3 第 2章 可编程控制器的简介 . 5 2.1 PLC 的产生与发展 . 5 2.2 PLC 的特点 . 6 2.3 PLC 的基本结构 . 8 第 3章 可编程控制器的机型选用 . 12 3.1 基于 PL
9、C 的电梯电气控制系统的分析 . 12 3.2 输入输出分配 . 13 3.3 机型的确定 . 13 第 4章 硬件和软件设计 . 14 4.1 电梯的曳引电机及门电机电路图 . 14 4.2 PLC 接线 图 . 15 4.3 程序流程图 . 16 4.4 程序语句 . 17 第 5章 程序运行 . 28 5.1 电梯安装调试 . 28 5.2 程序的调试与运行监控 . 28 5.3 PLC 运用注意事项 . 29 5.4 PLC 控制系统的外部干扰 . 30 参考文献 . 32 致谢 . 34 1 第 1 章 绪论 1.1 电梯的发展背景 电梯进入人们的生活已经 150 年了。一个半世纪的
10、风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。 1854 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙 格雷夫斯 奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳 。 令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中 奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。 “ 一切安全，先生们。 ” 站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到， 这就是人类历史上第一部安全升降梯 1。 人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前
11、 2600 年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统 的基本原理至今仍无变化 ,即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。 1203 年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉 汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。在这些升降梯的基础上，一代又一 代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。然而，一个关键的安全问题始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故 2。 奥的斯先生
12、的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，搭乘升降梯不再是 “ 勇敢者的游戏 ” 了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。 1889年 12 月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。 1892 年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。 生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。 150 多 年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新 手柄开关操2 纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，
13、智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形 三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品 的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保 一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好 3。 中国最早的一部电梯出现在上海，是 美国奥的斯公司于 1901 年安装的。1932
14、 年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951 年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十 一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。 1.2 电梯的 基本结构 电梯是机电合一的大型复杂产品 ,机械部分相当于人的躯体 ,电器部分相当于人的神经 。 机与电的高度合一 ,使电梯成了现代科学技术的综和产品 。 对于电梯的结构而言 ,传统的方法是分为机
15、械部分和电气部分 ,但以功能系统来描述 ,则更能反映电梯的特点 。 下面简单介绍电梯机械部分的结构 ,而我们的主要目的是怎样来控制它 4。 (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 3 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
16、。 (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，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，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安 全钳、缓冲器、安全触板、层门
17、门锁 、限位开关装置组成 5。 1.3 电梯的工作原理 电梯的工作原理是由 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。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳
18、引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。 电气系统实现对电梯运动的控制，同时4 完成选层、平层、测速 。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全 6。 (1) 电梯在各服务层站设有层门、轿厢运行方向指示灯、数学显示轿厢、运行位置指层器和召唤电梯按钮。电梯召唤按钮使用时，上楼按上方向按钮，下楼掀按下方向按钮。 (2) 轿厢到达时，层楼方向指示即显示轿厢的运动方向，乘客判 断欲往方向和确定电梯正常后进入轿厢，注意门扇的关闭，勿在层门口与轿厢门口对接处逗留。 (3) 轿厢 内有位置显示器、操纵盘及开关门按钮和层楼选层按钮。进入轿厢后， 先 按欲往层楼的选层按钮。若要轿厢
19、门立即关闭，可 先 按关门按钮。轿厢层楼位置指示灯显示抵达层楼并待轿厢门开启后即可离开。 5 第 2 章 可编程控制器的简介 2.1 PLC 的产生与发展 在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生 产工艺变化的适应性差。 1968 年美国通用汽车公司（ G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、
20、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。 1969 年美国数字设备公司（ DEC）根据美国通用汽车公司 的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来 7。 早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制 ,通常称为可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller ）。随着微电子技术和计算机技术的发展，
21、 20 世纪 70 年代中期微处理器技术应用到 PLC 中，使 PLC 不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。 20 世纪 80 年代以后，随着大规模、超大规模 集成电路等微电子技术的迅速发展， 16 位和 32 位微处理器应用于 PLC 中，使 PLC 得到迅速发展。 PLC 不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使 PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器 8。 自从第一台 PLC 出现以后，日本、德国、法国等也
22、相继开始研制 PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有 200 多家 PLC 厂商， 400 多品种的 PLC 产品，按地域可分成美国、欧洲、 和日本等三个流派产品，各流派 PLC 产品都各6 具特色，如日本主要发展中小型 PLC，其小型 PLC 性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。著名的 PLC 生产厂家主要有美国的 A-B（ Allen-Bradly）公司、 GE（ General Electric）公司，日本的三菱电机（ Mitsubishi Electric）公司、欧姆龙（ OMRON）公司，德国的 AEG 公司、西门子（ Siemens）公司，法国的 TE（ T
23、elemecanique）公司等 9。 我国的 PLC 研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更 为突出。在20 世纪 70 年代末和 80 年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的 PLC。此后，在传统设备改造和新设备设计中， PLC 的应用逐年增多，并取得显著的经济效益， PLC 在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产 PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门 A-B 公司等。 从近年的统计数据看，在世界范围内 PLC 产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量
24、一直以每年 15%的比率上升。 PLC 已成为工业自动化控制领域中占主导地位的通用工业控制装置 10。 2.2 PLC 的特点 PLC 技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。主要有以下特点： (1) 可靠性高、抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。 PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触 点接触不良造成的故障大为减少。 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线
