1、 本科 毕业设计 四层实物电梯模型 PLC 控制设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 在现代社会中，随着计算机技术、自动控制技术和电力电子技术迅速发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。尤其是在高层建筑中，电梯已经成为 必需的垂直运输设备。 目前 ,电梯控制系统主要有三种控制方式：继电 器 控制系统、 PLC 控制系统、微机控制系统。 由于可靠性高，抗干扰能力强，编程直观、简单，适应性好，功能完善，接口功能强 , PLC控制系统已成为在电梯控制系统中使用最多的控制方式。 本设计将可编程控制器 (PLC)应用于四层电梯进行逻辑
2、控制。不仅提高电梯可靠性、可维护性以及灵活性，并且还延长了电梯使用寿命，缩短了电梯开发周期 ,使电梯达到了较为理想的控制效果。该电梯控制系统具有指层、厅门召唤、选层、开关门运行、电梯上下行控制、手动和自动等功能。 在介绍 电梯基本结构的基础上，进一步分析了电梯的工作原理和电梯变频调速，阐述了PLC 的优点及特点，分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于 PLC 电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结。 关键词 ： PLC 控制；变频器；变频调速 II Abstract In modern society, with the development of compu
3、ter technology, automatic control technology and power electronic technology, the elevator has become a symbol of urban material. Especially in the high-rise building, the elevator is necessary for vertical transportation equipment. At present, the elevator control system mainly has three control mo
4、des: Relay control system, PLC (Programmable Logic Controller) control system, microcomputer control system. Because of high reliability, high anti-interference capability, visual, simple programming, good adaptability, functional improvements, strong functional interface, PLC control system become
5、the most control modes in the elevator control system. The design uses a programmable logic controller (PLC) for four-storey elevator control logic, which not only improve the reliability of the elevator, maintainability, and flexibility, but extend the life and short the development cycle of the el
6、evator .So the elevator can reach a more satisfactory control effect. The elevator control system has many functions, such as, the layer instructing, the hall calling, the layer selecting, the door opening and closing, the elevator controlling up and down, manual and automatic functions and so on. O
7、n the basic structure of the elevator, the working principle of the elevator and the frequency control of motor speed are analyzed. The merits and characteristics of PLC are stated. The design of elevator hardware and software is also analyzed deeply. Research and come up with the realization of the
8、 elevator control system based on PLC. Finally, the research of this thesis is summarized. Keywords: PLC control; Inverter; VVVF inverter III 目录 前言 . 1 第 1 章 绪论 . 2 1.1 课题的研究背景 . 2 1.2 电梯的定义及分类 . 2 1.3 PLC 及在电梯控制中的应用 . 2 1.3.1 PLC 简介 . 2 1.3.2 PLC 的特点 . 3 1.3.3 PLC 控制电梯的优点 . 3 1.4 本课题研究的相关内容和意义 . 4
9、1.4.1 研究课题的相关内容 . 4 1.4.2 课题研究意义 . 4 第 2 章 四层透明电梯的机械及电气系统 . 5 2.1 电梯 的机械系统 . 5 2.1.1 曳引系统 . 5 2.1.2 导向系统 . 5 2.1.3 层门和轿门及开关门系统 . 5 2.1.4 机械安全保护系统 . 5 2.2 电梯的电气控制系统 . 5 2.2.1 拖动控制部分 . 6 2.2.2 使用操纵部分 . 6 2.2.3 井道信息采集部分 . 6 2.2.4 安全防护部分 . 6 第 3 章 变频器的使用 . 9 3.1 三菱 FR-S540 端子接线图 . 9 3.2 FR-S540主回路端口说明 .
10、 10 3.3 FR-S540操作面板 的认识 . 10 3.4 电梯程序通过端子控制需设定的参数 . 11 第 4 章 PLC 控制系统硬件设计 . 12 IV 4.1 输入输出（ I/O）点数的估算 . 12 4.2 机型的选择 . 13 4.3 主回路和变频器控制系统 . 14 4.4 直流电源电路图 . 15 4.5 安全保护电路图 . 15 4.6 电梯的开关门控制 . 16 4.7 轿厢照明和风扇 . 16 4.8 电梯总原理图 . 17 第 5 章 软件设计 . 18 5.1 软件控制要求 . 18 5.2 软件流程图 . 19 5.3 轿厢位置信号产生及确定程序 . 20 5.
11、2 电梯楼层显示 . 22 5.3 内选信号产生及指示程序 . 22 5.4 厅召唤箱信号的登记和处理 . 23 5.5 开关门存在的情况 . 25 5.6 电梯上行和下行的判断 . 26 5.7 电梯的启停程序 . 27 第 6 章 电梯设备的调试 . 29 结论 . 30 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 31 附录 . 32 附录 1：指令表 . 32 附录 2：变频器参数设定 . 40 1 前言 电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。其特点是在高层建筑物中所占的面积很小，同时通过电器或其他的控制方式可以将乘客或货物安全、合理、有效地送到不同的楼层。方便了人们
12、的生活，既节省了时间，又节省了体力。在现代社会 ,电梯已经变得跟汽车、轮船一样 ,变成了人类生活中不可缺少的运输工具。如今世界 ,电梯已成为衡量现代化城市文明程度的重要标志之一。 自从 1889 年美国奥斯升降机公司推出世界第一部 升降机以来，电梯经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了两种不同的拖动方式 直流电机拖动和交流电机拖动。由于早期继电器控制方式控制电梯存在故障率高、可靠性较差、线路复杂、完成后不易更改等缺点。因此人们在电梯运动时的许多方面提出了更高的要求，如高效性、低故障率、运动平滑性等。所以人们需要研发出了一种安全、简单、高效的控制方式 可编程控制。可编程控制（ PLC）既
13、继承了继电器控制系统的通俗易懂，又精度高、可靠性好、控制程序可随时改变、易于计算机通讯和维修方便等诸多优点，并且可以通过数字模式或模拟模式输 入、输出来控制各种各样类型的机械设备和电气设备。同时还具有数据处理、通信、网络等功能。由于它编程简单、可靠性高、体积小、组装维护方便、抗干扰能力强等特点，使得机械与电气部件被有机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。已广泛应用于工业控制的各个领域。可编程控制器的出现，以其无可媲美的优越性，正在以惊人的速度取代继电器 -接触器系统。因此，现在 PLC 在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。 2 第 1 章 绪论 1.1 课题的研究背景 电
14、梯是人们生活中非常常用的一种机电类设备。电梯得以广泛使用的根本原因 在于采用了电力作为动力来源。 18 世纪末发明了电机，随着电动机技术的发展， 19 世纪初开始使用交流电动机拖动电梯，到现在普遍使用的变频器驱动交流电动机，显著改善了电梯的工作性能。目前，可编程控制器 (PLC)和微机已成为电梯主要控制系统，正飞速发展着。采用 PLC 控制的电梯可靠性高、故障率低、维护方便、开发周期短、环境适应能力强，己成为电梯控制的发展方向。 可编程控制器是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机。其可靠性高，可编程控制器的平均无故障时间长达 20 万 h，也就是说一台可编程控制器可连续运行 30 多年不出故
15、障，到目前为止尚无任何一种工业控制系统的可靠性超过 PLC。控制程序可变，具有很好的柔性。编程方法简单易学，大多数采用的是继电器相似的梯形图。功能强，性能价格比高。体积小，重量轻，能耗低。 未来电梯的发展以节能、新技术、安全技术等方面进行研究。例如：电梯节能：选择高效的驱动系统、 减小电梯机械系统的惯性和磨擦阻力 、 合理运用对重和平衡重 等。 1.2 电梯的定义及分类 电梯的定义： 电梯是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级 (踏板 )进行升降或者平行运送人、货物的机电设备。 电梯的分类比较复杂，目前 电梯的分类有以下几种，可按用途、速度、拖动、曳引机有无减速器等分类
16、。 1. 按用途分类 （ 1） 乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯。 （ 2） 载货电梯：为运送货物而设计并通常有人伴随的电梯。 （ 3） 病床电梯：为运送医院病人与其病床而设计的电梯。 （ 4） 杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等，但不允许人员进入轿厢的电梯。 （ 5） 住宅电梯：供住宅楼里上下运送乘客和家具而设计的电梯。 （ 6） 特种电梯：除上述常用的几种电梯外，还有为特殊环境、特殊条件、特殊用途而设计的电梯。如船舶电梯、观光电梯、防腐电梯、车辆电梯等。 2. 按速度分类 （ 1） 低速梯 :额定运行 速度 V 1.0m/s 的电梯。 （ 2） 快速梯：额定运行速度 1
17、.0m/s V 2.5m/s 的电梯。 （ 3） 高速梯：额定运行速度 V 2.5m/s 的电梯。 1.3 PLC 及在电梯控制中的应用 1.3.1 PLC 简介 PLC 即可编程控制器（ Programmable logic Controller）。在 1987 年国际电工委员会 IEC（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算 ,顺序控制，定时，计数与算术运算等操作的指令，并通过
18、数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。并通过3 数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 1.3.2 PLC 的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强 由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境。在软件方面，设置了自诊断、警戒时钟 WDT、信息保护和恢复等措施。此外， PLC 采用了周期扫 描、集中采用、集中输出的工作方式，也极其有效地提高了自身的抗干扰能力。平均无故障时间长达 30 万 h，也就是说一台可编程控制器可连续运行 30 年不出故障。被誉为“不会损坏的仪表”
19、。 2.功能完善，适用性强 现代 PLC 具有数字量和模拟量 I/O 模块，具有逻辑运算、算术运算、定时、计数、功率驱动、通信、人机对话、记录、检测等功能，使设备控制水平大大提高。 PLC 即可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。 PLC 还有许多特殊功能模块，适应于各种特殊控制场合。如定位控制模块、 CRT（阴极射线管）显示模块等。 3.易学易用，编程简单 PLC 的编程大多数采用类似于继电器控制电路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握，这是 PLC 控制优于计算机控制系统的一个特点。电气技术人员在了解到 PLC 工作
20、原理和它的编程技术后，就可迅速地结合实际需要进行应用设计，进而将 PLC 控制系统应用于实际控制系统中。它既继承了传统控制电路的清晰直观的风格，又考虑到大多数电气技术人员的读图习惯，所以非常容易掌握。它同时还提供了功能图、语句表等编程语言。对具体问题还设计了步进梯形图、功能梯形图及功 能指令等，既直观有易于接受。 4.功能强 现代 PLC 内部有成百上千的内部继电器、几十个特殊继电器、许多的数据寄存器、几十到几百的定时器和计数器，还开发了几十到几百的功能指令，所以它不仅具有逻辑运算、定时器、计数器、顺控等功能，还具有较强的数值处理功能、通讯联网功能、模拟输入功能等。此外，还能扩展为其它各种特殊
21、功能的智能模块。 5.体积小，重量轻，能耗低 1.3.3 PLC 控制电梯的优点 随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电 梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。 目前电梯的控制系统有继电器控制系统， PLC 控制系统，计算机控制系统。 PLC 控制系统与继电器控制系统比较， 继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能。 PLC 控制只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。 继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正
22、逐渐被淘汰。 传统的继电器控制大多数将被 PLC 所取代。 PLC 控制系统与计算机系统比较，计算机控制系统要求开发人员具有较高的计算机专 业知识和微机软件编程的能力。 PLC 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 ，便于推广应用。 PLC 是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。只有在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，计算机控制系统才能发挥其专长。 4 1.4 本课题研究的相关内容和意义 1.4.1 研究课题的相关内容 本设计以天煌公司生产的 THJDDT-2 型四层透明电梯实物模型为对象，电梯系统设计由机械装置部
23、分和控制装置部分组成。机械装置部分包括电梯曳引机，轿厢，轿架，导轮，曳引钢丝绳对 重，厅门等组成；控制装置部分包括控制单元，变频器，召唤按钮箱，楼层指示灯箱，终端保护装置组成。曳引式电梯从控制功能上，可以满足集选控制、上下行集选、司机控制等。控制装置部分设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计部分，以 PLC 作为工具对 曳引 升降电梯的各种操作进行控制，对四层电梯的硬件部分作必要分析，看需要什么样的开关，传感器，电机，信号灯等，如何使用变频器。然后，画出它的原理图，再根据控制面板图，估计一下 I/O 点数，这样可以确定 PLC 所选机型。软件设计部分，写出流程图，梯形图，写出语句。最后是进行调试
24、，看看此程 序是否可行。 1.4.2 课题研究意义 随着社会的不断发展，而电梯成为了高层楼房的必须设备 。 由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳。存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，需要用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（ PLC）来控制电梯。 同时社会需要一批专业从事电梯产品设计开发和维修人员。 研究新型 电梯 控制系统，顺应 现今数字化 控制系统发展的潮流，对于降低 电梯 运输成本 、 节约能源 、 提高 电梯 安全性和可靠性以及促进 电梯 综合状态监控和故障诊断系统的发展 等方面都 具有重要的意义。 5 第 2 章 四层透明电梯的机械及电 气系统 2.1 电梯的机械
25、系统 电梯的机械系统由曳引系统、轿厢及对重装置、导向系统、层门和轿门及开关门系统、机械安全保护系统组成。 2.1.1 曳引系统 曳引系统由曳引机、制动器、导向轮、曳引钢丝绳和绳头组合等部件组成。 (1）曳引机；三相感应电动机，采用变频调速驱动方式，电梯启动时，变频器使定子电流频率从低频上升到额定频率。减速时，使转速从相应的额定频率下降到零。实现电梯平层，保证了电梯运行平稳。 （ 2）制动器：只有在电梯运行时松闸，当电梯停止时制动并保持轿厢位置不变，安装在曳引机上。 (3) 曳引钢丝绳 ：连接轿厢和对重装置的机件，承载着轿厢、对重装置、额定载重量等重量的总和。 2.1.2 导向系统 导向系统由井
26、道钢架、导轨、导靴等组成。 (1）透明电梯装置井道框架：相当于电梯附着的建筑物，为电梯提供支承、固定导轨。 (2）导轨：每台电梯均具有用于轿厢和对重装置的两组至少 4 列导轨，导轨是确保电梯的轿厢和对重装置在预定位置上下垂直运行的重要机件。 2.1.3 层门和轿门及开关门系统 层门和轿门及开关门系统由轿门、层门、开关门机构、安全触板、门套等部件组成。 (1）门安全触板：轿厢门的边缘，装有门安全触板。当关 门过程中，乘客或障碍物挡在门中间与门安全触板相接触时，将会带动安全触板相连的联杆，碰到装在轿厢门上的微动开关，使门重新打开，避免事故发生。 (2）门机力矩安全保护：门机用一定的力矩同时关闭轿厢
27、门和厅门。当有物品或人夹在门中时，就增加了关门力矩，于是通过相连的行程开关使轿厢门和厅门自动重新打开，从而避免事故发生。 (3）厅门自动闭合：电梯层门的开与关，是通过装在轿门上的门刀片来实现的。每个层门都装有一把门锁。层门关闭后，门锁的机械锁钩啮合，此时电梯才能启动运行。 2.1.4 机械安全保护系统 机械安全保护系统 由缓冲器、限速保护装置等部件组成。 (1）缓冲器是电梯极限位置的安全装置，当电梯因故障，造成轿厢或对重蹲底或冲顶时（极限开关保护失效），轿厢或对重撞击弹簧缓冲器，由缓冲器吸收电梯的能量，从而使轿厢或对重安全减速直至停止。 (2）超速安全保护：当电梯发生意外事故时，轿厢超速或高速下滑（如钢丝绳折断，轿顶滑轮脱离，曳引机蜗轮蜗杆合失灵，电机下降转速过高等原因）。这时限速器就会紧急制动，通过安全钢索及连杆机构，带动安全钳动作，使轿厢卡在导轨上而不会下落。 2.2 电梯的电气控制系统 电梯的电气控制系统主要由拖动控制 部分、使用操纵部分、井道信息采集部分、安全防护部分等组成。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。在国产电梯中，在中间逻辑控制方面，已淘汰了继电器控制，采用 PLC 和微机控制。基本实现乘用安全、可
