基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計

I 基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 本文介紹了電梯在七層建筑中的工作過程 ,PLC 控制系統(tǒng)的硬件及軟件，著重分析了電梯的自動平層、開關(guān)門、平層、層樓顯示等梯形圖的研究。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，電梯技術(shù)的可靠性越來越高，已經(jīng)進(jìn)入了一個嶄新的時代，其應(yīng)用越來越廣。電梯作為現(xiàn)代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關(guān)，隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其邏輯控制也由 PLC 代替原來的繼電器控制。電梯采用了 PLC 控制 ,用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控 制，可靠性大大提高。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。另外可方便地增加或改變控制功能。 將可編程序控制器 (PLC)應(yīng)用于 7 層電梯進(jìn)行邏輯控制，大大提高了電梯可靠性、可維護性以及靈活性，延長了使用壽命，同時縮短了電梯的開發(fā)周期。 系統(tǒng)中 PLC 是系統(tǒng)的核心，電梯的各種信號送到 PLC，然后又由 PLC 發(fā)出控制信號和指示信號給門控裝置和樓層顯示器去控制電梯的運行狀態(tài)， PLC 根據(jù)輸入信號和呼叫信號對目前電梯所處的位置自動確定電梯的運行方向，到達(dá)目的層后，自動的平層、停車、開關(guān)門，在運行過程中顯示電梯的實際位置和運行方向，同 時完成對呼叫信號的登記、保號、銷號等工作； 本文在軟件方面主要完成了層樓顯示回路、選向回路、選層回路、指令和召喚回路的設(shè)計。 采用 PLC 對電梯進(jìn)行控制，通過合理的選擇和設(shè)計，提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達(dá)到了較為理想的控制效果。 關(guān)鍵詞： 電梯，可編程控制器，梯形圖 II The elevator control system based on PLC ABSTRACT Introduced in the seven layers of elevator work process and PLC control hardware and software of the system are analyzed, and the automatic sliding layer, elevator opened and closed, floor of the study showed ladder diagram. Along with the rapid development of Chinese economy, microelectronics technology, computer technology and automatic control technology is rapidly developing, the reliability of the technique for elevator, has entered a new era, the more and more wide application. As a modern high-rise building of elevator traffic tools, vertical is closely related to peoples lives, with people to improve their requirements, elevator has been developed rapidly, the logic of PLC control also replace original relay control. Elevator adopts PLC control, use software to realize the automatic control of elevator running, reliability, improve greatly. Control system structure is simple, external circuit simplified. Another can easily add or change control function. Will programmable logic controller (PLC) is applied to 7 elevator for logic control, and greatly improve the flexibility and reliability, maintainability, and prolong the life, and shorten the development cycle of the elevator. PLC system is the core of the system, all kinds of elevator signal to PLC, then sent by PLC control signal and instructions for door control signal devices and control of elevator to the floor monitor PLC operation state, according to the input signal and call for signals place elevator running direction can be determined, the elevator, after the arrival of the automatic adjustment layers, parking, open and closed in the operation process of the actual position and display elevator running direction, and complete the registration of call signals, etc； XiaoHao, In this paper, some major software completed floor show circuit, choose to loop, selected layers circuit, instructions and summon circuit design. PLC control of elevator, through the rational choice and design, improve the elevator control level, and improve the operation of intimacy, the ideal to control effect. KEY WORDS: Elevator, PLC, ladder diagram III 目 錄 前 言 . 1 第 1 章 緒論 . 2 1.1 關(guān)于電梯 . 2 1.1.1 電梯的起源與現(xiàn)狀 . 2 1.1.2 電梯的研究意義 . 3 1.1.3 電梯控制系統(tǒng)的分類 . 4 1.1.4 電梯的基本原理結(jié)構(gòu) . 5 1.1.5 電梯控制系統(tǒng)方案選擇 . 5 1.1.6 PLC 控制電梯的優(yōu)點 . 9 1.1.7 控制系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 .10 第 2 章 電梯 的電氣系統(tǒng) .12 2.1 電力拖動系統(tǒng) .12 2.1.1 轎廂的升降運動 .12 2.1.2 廳門及轎門的開關(guān)運動 .12 2.2 電梯的 PLC 控制系統(tǒng) .13 第 3 章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 .14 3.1 控制系統(tǒng)的組成 .14 3.1.1 控制系統(tǒng)的主電路 .14 3.1.2 控制系統(tǒng)的控制電路 .14 3.2 I/O 點數(shù)的確定及 PLC 的選擇 .14 3.2.1 輸入設(shè)備的確 定 .14 3.2.2 輸出設(shè)備的確定 .15 3.2.3 PLC 的選擇 .15 3.2.4 建立 I/O 地址分配表 .16 第 4 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .19 4.1 編程思想 .19 4.2 功能實現(xiàn)流程 .20 4.3 開門和關(guān)門控制設(shè)計 .21 IV 4.4 樓層信號的產(chǎn)生 .22 4.5 外選層信號的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié) .23 4.6 內(nèi)選層信號的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié) .25 4.7 電梯的定向 .26 4.8 停層信號產(chǎn)生環(huán)節(jié) .28 4.9 停車制動及運行 .30 結(jié) 論 .32 謝 辭 .33 參考文獻(xiàn) .34 外文資料翻譯 .36 1 前 言 本文介紹了電梯在七層建筑中的工作過程 ,PLC 控制系統(tǒng)的硬件及軟件，著重分析了電梯的自動平層、開關(guān)門、平層、層樓顯示等梯形圖的研究。隨著我國 經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，電梯技術(shù)的可靠性越來越高，已經(jīng)進(jìn)入了一個嶄新的時代，其應(yīng)用越來越廣。電梯作為現(xiàn)代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關(guān)，隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其邏輯控制也由 PLC 代替原來的繼電器控制。電梯采用了 PLC 控制 ,用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。另外可方便地增加或改變控制功 能。 本文在使用少部分接觸器的基礎(chǔ)上，采用 PLC 對電梯進(jìn)行控制，通過合理的選擇和設(shè)計，提高了電梯的控 制水平，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達(dá)到了較為理想的控制效果。 2 第 1 章 緒論 1.1 關(guān)于電梯 1.1.1 電梯的起源與現(xiàn)狀 據(jù)考證，我國遠(yuǎn)在公元前 2000 年以前就已經(jīng)發(fā)展并使用桔槔的人力升降設(shè)備。戰(zhàn)國時期有一種用于戰(zhàn)場上觀察敵情的升降機，叫做“巢車”。公元前 236 年的古希臘人阿基米德設(shè)計出一種有繩和鼓輪的升降機械。工業(yè)革命之后，人們相繼發(fā)明了蒸汽梯，水壓梯，以及后來發(fā)展為采用油壓泵和控制閥的液壓梯。但這時的升降機各種功能很不完善，難以保證安全，故較少載人。直到 1889 年，美國奧的斯升降公司 設(shè)計了以電動機為動力的升降機，這才出現(xiàn)了名副其實的電梯。 1892 年美國美國人亨利發(fā)明了用調(diào)節(jié)電動機勵磁場來調(diào)速的電動機。這時的電梯使用直流電動機驅(qū)動，用改變串接在電樞回路中的電阻值的方法來調(diào)節(jié)電梯的運行速度。后來發(fā)明了交流感應(yīng)電動機，在 1900 法國人布瑞在美國安裝了第一臺無齒輪式電梯。最初的交流電動機只是單速的，電梯的運行性能很不理想。直到發(fā)明了交流雙速電動機，才基本滿足了電梯的運行要求。自 20 世紀(jì) 80 年代以來，微機在在各個領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用，國外電梯制造商已成功的把微機技術(shù)應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)，并取得了相當(dāng)驚人 的成績，國內(nèi)幾家電梯企業(yè)也相繼推出一些不同的微機控制系統(tǒng)從而導(dǎo)致電梯群控系統(tǒng)的出現(xiàn)?？梢?，電梯自問世以來經(jīng)歷了從單梯運行到雙梯并聯(lián)運行、再到電梯群控系統(tǒng) 電梯與人們的工作和生活息息相關(guān)，隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，電梯用戶對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求。同時由于電梯高度的增加、電梯速度的提高由此引起的噪聲等問題也越來越來越嚴(yán)重，電梯的舒適性與安全性是評定電梯質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此電梯的安裝調(diào)試、性能測試、狀態(tài)監(jiān)測就尤為重要。在電梯控制技術(shù)方面，早期在電梯控制中 繼電器和接觸器在電梯的控制中占主導(dǎo)地位，繼電器器接觸器器采用固定接線的硬件實現(xiàn)控制邏輯，如果任務(wù)發(fā)生變化必須重新設(shè)計，改變硬件結(jié)構(gòu)，這樣造成大量的時間和資金的浪費。此外使用的繼電器數(shù)量多，體積大，耗電多，且繼電器為機 3 械觸電，工作頻率低，在頻繁動作的情況下壽命較短。應(yīng)用可編程控制器(PLC)取代繼電器控制邏輯實現(xiàn)閉環(huán)控制，可進(jìn)一步提高電梯的性能和可靠性，并降低現(xiàn)場調(diào)試要求，是電梯控制技術(shù)的一大進(jìn)步。 目前，國內(nèi)七十、八十年代安裝完成的電梯絕大部分為繼電器線路邏輯控線路復(fù)雜，接點接線多，故障率較高。其曳引系統(tǒng)采 用直流調(diào)速系統(tǒng)或交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，直流調(diào)速系統(tǒng)維護困難，交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)雖然維護方便，但屬于能型調(diào)速，效率低，調(diào)速性能指標(biāo)較差，嚴(yán)重影響電梯運行質(zhì)量。九十年代國內(nèi)合資廠家生產(chǎn)的電梯以及進(jìn)口電梯，采用變頻調(diào)速技術(shù)和計算機控制技術(shù)，利用軟件邏輯控制電梯運行，硬件明顯減少，但技術(shù)含量有了很大提高，電梯運行安全可靠 .少數(shù)效益好的電梯用戶，拆除了老式的繼電器線路控制的電梯，更換了新式的計算機控制的電梯，老電梯的拆除造成了很大浪費。由于大部分老式電梯的機械部分沒有太大問題，主要是電控系統(tǒng)可靠性欠佳，因此，大部分老式電梯 的用戶尋求對電梯的電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，以節(jié)約資金。然而，電梯改造工作量大，利潤低，電梯生產(chǎn)廠家對此不予重視，把主要精力放在出售安裝新電梯。因此，對電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，找出一條適合國產(chǎn)老式電梯的改造之路，并進(jìn)而提高國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和質(zhì)量 1.1.2 電梯的研究意義 隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已進(jìn)入一個嶄新的時代，其應(yīng)用越來越廣。而電梯作為現(xiàn)在高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關(guān)， 有了電梯，摩天大樓才得以崛起，現(xiàn)代城市才得以長高。 電梯已成為人類現(xiàn)代生活中廣泛使用的人員運輸工具。 隨著人們對 電梯運行安全性、高效性、舒適性等 要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由 PLC 代替原來的繼電器控制。 繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進(jìn)入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯。 4 可編程序控制器（ PLC） 最早是根據(jù)順序邏輯控制的需求發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒 于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被 PLC 控制所代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式已由原來的直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此， PLC 控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)已成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。本設(shè)計在已有通用變頻器的基礎(chǔ)上，采用 PLC 對電梯進(jìn)行控制，通過合理的選擇和設(shè)計提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達(dá)了到較為理想的控制效果。 1.1.3 電梯控制系統(tǒng)的分類 （ 1） 繼電器控制系統(tǒng) 繼電器已有上百年的歷史，它是一種用弱電信號控制強電信號的電磁開關(guān)。在復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除是非常困難的，可能會花費大量時間，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。如果工藝要求發(fā)生變化，控制柜內(nèi)的元件和接線需要做相應(yīng)的變動，這種改造的工期長、費用高，以至于有的用戶寧愿扔掉舊的控制柜，另外制作一臺新的控制柜?？傊?，繼電器控制系統(tǒng)的動作緩慢，壽命短，可靠性差，體積大，耗電多，設(shè)計制造周期長，程序修改費時，不能實現(xiàn)與計算機對話，現(xiàn)在已經(jīng)被逐漸淘汰。 （ 2）計算機控制系統(tǒng) 小型計算機用于開關(guān)控制系統(tǒng)顯 然存在著“大馬拉小車”的情況，因為小型計算機的編程復(fù)雜，要求有較高水平的編程人員和操作人員；需要配套非標(biāo)準(zhǔn)的外部接口，對環(huán)境和現(xiàn)場條件的要求過高；功能過剩，機器資源未能充分利用；且造價高昂。但微機控制多臺電梯運行是電梯控制技術(shù)的發(fā)展趨勢。 （ 3） PLC 控制系統(tǒng) 可編程序控制器（ PLC）是以計算機技術(shù)為核心的通用自動控制裝置，它的功能強，可靠性極高，編程簡單，使用方便，體積小巧，近年來在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，被譽為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。它不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、運 動控制、模擬量 PID 控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，其應(yīng)用已擴展到樓宇自動化、家庭 5 自動化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。用可編程序控制器結(jié)合變頻器控制電梯的運行，能使電梯平穩(wěn)運行并準(zhǔn)確?？?。應(yīng)用可編程控制器 (PLC)取代繼電器控制邏輯實現(xiàn)閉環(huán)控制，可進(jìn)一步提高電梯的性能和可靠性，并降低現(xiàn)場調(diào)試要求，是電梯控制技術(shù)的一大進(jìn)步 1.1.4 電梯的基本原理結(jié)構(gòu) 根據(jù)電梯工作的特點，電梯控制系統(tǒng)可分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對電梯運行 時乘客的舒適感有著重要影響，調(diào)速部分選用可以選擇高性能的變頻器，利用旋轉(zhuǎn)編碼器測量曳引機電機轉(zhuǎn)速，構(gòu)成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)由變頻器本身構(gòu)成電流閉環(huán)。通過對變頻器參數(shù)的合理設(shè)置，對超速、缺相等進(jìn)行了有效的保護。變頻器的起動、停止、電機的給定速度選擇等，由邏輯部分進(jìn)行控制，具有起動、停止平穩(wěn)，低速特性好。節(jié)電效果明顯等突出優(yōu)點，并可實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速加速。度變化率 dt2 的有效控制，表現(xiàn)在電梯運行上為運行平穩(wěn)、舒適感好。但是變頻調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，價格比較按貴。簡單的交流調(diào)速系統(tǒng)，在速度為 1.5m/s 以下的中底速電梯中經(jīng) 常采用交流雙速電梯。而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運行的關(guān)鍵。邏輯控制部分選用高可靠性的 PLC，利用軟件邏輯進(jìn)行邏輯控制。 電梯的種類很多，電梯按拖動系統(tǒng)來分有交流單速 /雙速拖動電梯、交流調(diào)壓調(diào)速電梯、直流發(fā)電機 電動機可控硅勵磁電梯、 VVVF 變頻調(diào)壓電梯等，按控制方式有信號控制電梯、集選控制電梯、下集選控制電梯等。由轎箱、開關(guān)門機構(gòu)、曳引機構(gòu)、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。 曳引 電機是由 安裝在機房的電動機通過減速箱、制動器等組成，使曳引鋼絲繩通過曳引輪，一端連接轎廂，一端連接對重裝置，轎廂與對重裝置的重力使曳引鋼絲繩壓緊 在曳引輪繩槽內(nèi)產(chǎn)生摩擦力，這樣電動機一轉(zhuǎn)動就帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動鋼絲繩，拖動轎廂和對重作相對運動。 電梯自產(chǎn)生以來，就一直在不斷發(fā)展，但是對 不同的電梯，不論采用何種控制方式，總是按轎廂內(nèi)指令，層站召喚信號要求，向上或向下起動，起行，減速，制動，停站。電梯的控制主要是指對電梯原動機及開門機的起動，減速，停止，運行方向， 樓 層顯示，層站召喚，轎車內(nèi)指令，安全保護等指令信號進(jìn)行管理。操縱是實行每個控制環(huán)節(jié)的方式和手段 。 6 1.1.5 電梯控制系統(tǒng)方案的選擇 電梯是高層建筑內(nèi)部的重要設(shè)施之一，電梯的質(zhì)量好壞在很大程度 上是由拖動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分決定的。 電梯的拖動系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜的過程。目前用于電梯的驅(qū)動系統(tǒng)主要有：單、雙速交流電動機拖動系統(tǒng)；交流電動機定子調(diào)壓、調(diào)速拖動系統(tǒng)；直流發(fā)電機 電動機、晶閘管勵磁拖動系統(tǒng)；晶閘管直接供電拖動系統(tǒng)； VVVF 變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng)。 直流電動機具有調(diào)速性能好，調(diào)速范圍大的特點，因此很早就已應(yīng)用于電梯，采用發(fā)電機 電動機組形式驅(qū)動，它控制的電梯速度達(dá) 4m/s，但是，機組結(jié)構(gòu)體積大、耗電大、維護工作量較大，且造價高，因此常用于對速度，舒適感要求較高的建筑物中。晶閘管直接供電 系統(tǒng)在工業(yè)上早有應(yīng)用，但用于電梯卻要解決舒適感（尤其是低速度段）問題，因此應(yīng)用較晚，它幾乎與微機同時應(yīng)用。比起直流發(fā)電機 電動機組形成的直流電梯，它有很多優(yōu)點。如：機房占地節(jié)省 35%，重量減輕 40%，節(jié)能 25% 35%，世界上最高速的 10m/s 電梯就是采用這種系統(tǒng)，調(diào)速比達(dá) 1： 1200。 電梯是一種機電結(jié)合很緊密的大型工業(yè)產(chǎn)品，近年來發(fā)展十分迅速。目前電梯主要有 VVVF 變頻變壓交流調(diào)速電梯和 PLC 控制的交流雙速電梯。 1984 年，第一臺用變頻變壓（ VVVF）系統(tǒng)控制的電梯問世。它采用交流電動機驅(qū)動，卻可以達(dá)到 直流電動機的水平。目前速度已達(dá) 6m/s。它的體積小、重量輕、效率高，節(jié)省能源，幾乎包括了以往電梯的所有優(yōu)點，已成為目前最新的電梯拖動系統(tǒng)。 交流單、雙速交流電動機拖動系統(tǒng)雖然具有舒適感較差（尤其反映在減速上）的缺點，但具有結(jié)構(gòu)緊湊、維護簡單的特點，又采用開環(huán)控制方式，線路簡單，價格較低，因此得到了廣泛的使用。同時人們將渦流制動，能耗制動等方式用于交流電梯上，因此可得到滿意的舒適感和平層準(zhǔn)確度，因而更增加了它的普遍適應(yīng)性。況且現(xiàn)在國內(nèi)的電梯產(chǎn)品和正在運行的電梯大多采用繼電器組成的控制系統(tǒng)，其缺點是觸點多 ，故障率高，可靠性差和體積龐大等，采用 PLC 控制是解決上述問題的重要途徑。本設(shè)計是設(shè)計的交流雙速電梯，故采用的是雙速交流電動機拖動系統(tǒng)。 由于在 PLC 之前，所有的電梯都是用繼電器控制的。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng) 7 由繼電器接觸控制邏輯組成。而繼電器系統(tǒng)的可靠性差，復(fù)雜的繼電器系統(tǒng)，其故障診斷與排除均非常困難，平均修復(fù)時間長，其控制功能被固定在線路之中，功能單一，不易修改，靈活性差，繼電器控制是靠觸點的機械動作來實現(xiàn)的，使用的繼電器越多，反應(yīng)速度越慢，還存在觸點動作時的抖動問題。為了保證控制的安全可靠，設(shè)置了許多復(fù)雜的連鎖 電路。加之至今還沒有一套通用的容易掌握的繼電器電路設(shè)計方法。因此，設(shè)計復(fù)雜的繼電器電路既困難又費時，設(shè)計出的電路也很難閱讀和理解。 單片機只是一片集成電路，不能直接將它與外部 I/O 信號相連。要將它用于工業(yè)控制，還要附加一些配套的集成電路和 I/O 接口電路，硬件設(shè)計、制作，而程序設(shè)計的工作量相當(dāng)大，要求設(shè)計者具有較強的計算機領(lǐng)域的理論知識和實踐經(jīng)驗。 工業(yè)控制機（簡稱工控機）也是為工業(yè)控制設(shè)計的。它有實時操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實時性強、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占有優(yōu)勢，但其價格較高，將它用于開關(guān)量控制以取代繼 電器系統(tǒng)有些大材小用，其控制的程序一般是用匯編語言編寫的，不易被工廠的電氣人員掌握。 可編程序控制器是專門為工廠現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模板式的輸入和輸出來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。結(jié)構(gòu)上采取整體密封或插件組合型，對印刷板、電源、機架、插座的制造和安裝，均采取了嚴(yán)密的措施，具有編程方法簡單易學(xué)、可靠性高、抗干擾能 力強，體積小、能耗低，維修工作量小、維修方便，系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小等優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有不可比擬的競爭力。 可編程序控制器的特點： （ 1）編程方法簡單易學(xué) 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天的時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 （ 2）功能強，性能價格比高 8 一臺小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個內(nèi)部繼電器、幾十到幾百個定時器和計數(shù)器、幾十個特殊用途繼電器，有 很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價格比。一臺可編程序控制器可以同時控制幾臺設(shè)備，也可以通過聯(lián)網(wǎng)通信，實現(xiàn)分散控制，集中管理。 （ 3）硬件配套齊全，用戶使用方便，實用性強 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。可編程序控制器有較強的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。 硬件配置 確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速的適應(yīng)工藝條件的變化。 （ 4）無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。觸點和接線一多，難免接觸不良，因此容易出現(xiàn)故障?？删幊绦蚩刂破饔密浖娲罅康闹虚g繼電器和時間繼電器，盡剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量接線，一般為繼電器控制系統(tǒng)接線的十分之一到百分之一，因觸點接觸不良造成的故障減少了很多。 可編程序控制采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，如濾波、隔離、屏蔽、自診斷、自恢復(fù)等，使之具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達(dá)到 數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，可編程序控制器已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 （ 5）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。 可編程序控制器的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計梯形圖所花的時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路花的時間要少的多。 號的狀態(tài)可以觀察可編程序控制器上有關(guān)的發(fā)光二極管，調(diào)試好后將 9 可編 程序控制器安裝在現(xiàn)場統(tǒng)調(diào)。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，調(diào)試的時間比繼電器系統(tǒng)少的多。 （ 6）維修工作量少、維修方便 可編程序控制器的故障率很低，并且有完善的自診斷和顯示功能。可編程序控制器或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)可編程序控制器上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速的排除故障。 （ 7）體積小、能耗低 對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用可編程序控制器后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，而可編程序控制器的體積僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因 此可將開關(guān)柜的體積縮小的原來的 1/2 1/10。 可編程序控制器的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線少的多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，加上開關(guān)柜體積的縮小，可以節(jié)約大量的費用。電梯的運行是一個復(fù)雜的過程，為了實現(xiàn)安全、方便、舒適、高效和自動化運行，除了需要良好的拖動系統(tǒng)以外，還必須要有一套完善，可靠的控制系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種危險計算機控制系統(tǒng)，從而大大簡化了控制線路，提高了運行可靠性和自動化程度。控制系統(tǒng)主要是對大量的輸入輸出開關(guān)量進(jìn)行邏輯運算和處理?，F(xiàn)在國內(nèi)的電梯產(chǎn)品和正在運行 的電梯大多采用繼電器組成的控制系統(tǒng)，其缺點是觸點多，故障率高，可靠性差和體積龐大等。微機控制和 PLC 控制是解決上述問題的兩個重要途徑。 PLC 控制更以研制周期短和可靠性高等優(yōu)越性受到了電梯生產(chǎn)廠家的青睞。近年來，國內(nèi)有些電梯生產(chǎn)廠家利用可編程序控制器的優(yōu)點，采用 PLC 來控制電梯，取得了良好的效果。從電梯的拖動情況看，交流雙速電梯其控制部分采用 PLC，拖動部分采用交流接觸器，電機定子繞組串接阻抗用接觸器進(jìn)行切換的方法進(jìn)行加、減速控制，端站安全保護采用機械式強迫換速開關(guān)、限位開關(guān)及極限開關(guān)等方式。此種設(shè)計盡管能滿 足運轉(zhuǎn)需要，但在使用中可能出現(xiàn)接觸器觸點粘連、彈簧失效、觸頭不能復(fù)位、電器元件誤動作、開關(guān)機械損壞等故障時仍會發(fā)生“沖頂或蹲底”事故。防止發(fā)生此類故障，除了提高施工質(zhì)量和元器件質(zhì)量外，我們可利用 PLC 中未充分利用的定時器和繼電器，借助 PLC 的故障診斷功能，用程序?qū)崿F(xiàn)端點保護，彌補上述不足，從而提高電梯的安全可靠性。 10 為了跟上時代的步伐，本課題也采用 PLC 來控制電梯。 1.1.6 PLC 控制電梯的優(yōu)點 （ 1）在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。 （ 2）去掉了選層器 及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。 （ 3） PLC 可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 （ 4） PLC 可進(jìn)行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。 （ 5）用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。 （ 6）更改控制方案時不需改動硬件接線。 1.1.7 控制系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 系統(tǒng)設(shè)計的原理 電梯是由提升曳引系統(tǒng)、引導(dǎo)系統(tǒng)、安全裝置和電氣系統(tǒng)等組成。電氣系統(tǒng)又由控制系統(tǒng)、指示呼叫系統(tǒng)和電氣安全裝置等組成。故電梯設(shè)計時應(yīng)對以下幾個組成部分進(jìn)行考慮。 （ 1）控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)是電梯的指揮系統(tǒng)，它控制轎廂按指令方向和電梯進(jìn)行速度沿導(dǎo)軌往復(fù)升降運行。電氣控制系統(tǒng)包括：控制柜、操作盤、選層器、平層器、自動門機構(gòu)、測速裝置等，隨自動化程度越高，而電梯的控制系統(tǒng)越復(fù)雜。 （ 2）指揮呼叫系統(tǒng) 顯示轎廂運行方向及所在位置，需要使用電梯時的呼叫裝置。 （ 3）電氣安全裝置 電氣安全裝置與機械安全裝置共同構(gòu)成了電梯的安全保護系統(tǒng)，電氣安全裝置 包括： 錯誤 !未找到引用源。 超速電氣保護裝置； 錯誤 !未找到引用源。 供電 系統(tǒng)斷相、錯相保護裝置； 錯誤 !未找到引用源。 超越上、下極限工作位置時的保護裝置； 錯誤 !未找到引用源。 層門鎖與轎門電氣 11 連鎖裝置； 錯誤 !未找到引用源。 操縱盤緊急開關(guān)； 錯誤 !未找到引用源。 超載開關(guān)； 錯誤 !未找到引用源。 自動門防夾開關(guān)。 所要實現(xiàn)的功能介紹 （ 1）司機操作：由司機關(guān)門啟動電梯運行，由轎內(nèi)指令按鈕選向，廳外召喚只能順向截梯，自動平層。 （ 2）集選控制：集選控制是將轎廂內(nèi)指令與廳外召喚等各種信號集中進(jìn)行綜合分析處理高度自動控制功能。 它對轎內(nèi)指令、廳外召喚登記，停站延時自動關(guān)門啟動運行，同向逐一應(yīng)答，自動平層自動開關(guān)門、順向截梯、自動換向服務(wù)。 （ 3）下行集選：只在下行時具有集選功能，因此廳外只設(shè)下行召喚按鈕，上行不能截梯。 （ 4）上行集梯：其功能類似于下行集選。 交流雙速電梯的工作原理 交流雙速電梯是一種電梯，他具有簡單，經(jīng)濟等特點，舒適感也特別好。因此本課題設(shè)計選用交流雙速電梯。交流雙速電梯的在啟動的過程中，為了限制啟動電流，改善乘客乘坐電梯的舒適感和防止對機件的沖擊，一般在定子電路中串入電抗、電阻、或電阻與電抗的組合體，進(jìn)行降壓啟 動。隨著速度的提高逐級將電阻或電感切除，使電梯逐步加速，最后進(jìn)入穩(wěn)速運行。啟動的過程中采用過程中采用依次切除電阻或電抗。 12 第 2 章 電梯的電氣系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)是電梯的指揮系統(tǒng) ,它控制轎廂按指令方向和電梯運行速度沿導(dǎo)軌往復(fù)升降運行 .電氣控制系統(tǒng)有由控制柜，操作盤、選層器、平層器、自動門機構(gòu)、測速裝置等組件構(gòu)成。電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能和自動化程度。自動化程度越高，電梯控制系統(tǒng)越復(fù)雜。 電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。電力拖動部分由曳引電動機，抱閘和相應(yīng)的開關(guān)門電路及開門機組成。本課 題設(shè)計中電梯速度底于 1.5m/s，所以只能實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)即可，而不必考慮電機的機械特性。制動時為滿足準(zhǔn)確停層的需要，定子回路可接入電抗器減速，最后再加上抱閘制動。 電氣控制部分又稱控制電路，它是電梯控制系統(tǒng)的核心。它包含兩部分：拖動控制電路和信號控制電路。拖動控制電路因電梯的拖動方式不同各異可以是接觸器及其相關(guān)的控制電路，也可以是電力電子器件的門極控制電路，對于有速度控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，還必須考慮含有電源、電壓、速度檢測電路和調(diào)節(jié)電路。信號控制電路與拖動的方式關(guān)系不大，主要與程序能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有直接的關(guān)系 。因此，不同的拖動方式的電梯可以采用同一信號控制電路。 2.1 電力拖動系統(tǒng) 2.1.1 轎廂的升降運動 轎廂的運動由曳引電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)曳引傳動系統(tǒng)進(jìn)行減速、改變運動形式（將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€運動）來實現(xiàn)驅(qū)動，其功率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅(qū)動。為防止轎廂停止時由于重力而溜車，還必須裝設(shè)制動器（俗稱抱閘）。 2.1.2 轎門及廳門的開關(guān)運動 轎門及廳門的開與關(guān)則由開門電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)開門機構(gòu)進(jìn)行減速、改變運動形式來實現(xiàn)驅(qū)動，其驅(qū)動功率較?。ㄍǔＴ?200W 以下），是電梯 13 的輔助驅(qū)動。開門機一 般安裝在轎門上部，驅(qū)動轎門的開與關(guān)，而廳門則僅當(dāng)轎廂停靠本層時由轎門的運動帶動廳門實現(xiàn)開或關(guān)。由于轎廂只有在轎門及所有的廳門都關(guān)好的情況下才可以運行，因此，沒有轎廂的樓層，其廳門應(yīng)是關(guān)閉的。如果由于特殊原因使沒有轎廂?？繕菍拥膹d門打開了，那么，外力取消后，該廳門由自動關(guān)閉系統(tǒng)靠彈簧力或重錘的重力予以關(guān)閉。 2.2 電梯的 PLC 控制系統(tǒng) 電梯 PLC 控制系統(tǒng)與其他類型電梯系統(tǒng)一樣主要由信號控制和拖動控制系統(tǒng)兩大部分組成。下圖為電梯 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 圖 2-1 電梯控制系統(tǒng)圖 與繼 電器控制系統(tǒng)相比較 ,去掉了用于呼提登記、定向、換速的大部分繼電器及機械選層器。系統(tǒng)的控制核心為 PLC 主機 ,操縱盤、呼梯盒、井道及安全保護信號通過 PLC 輸入接口送入 PLC 主機，由存儲在存儲器的PLC 軟件運算處理 ,然后輸出接口分別向指層裝置及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號 ,向主拖動和門電機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號 ,并即時接收來自門電機裝置及調(diào)速拖動控制裝置反饋來的信號。 14 第 3 章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 控制系統(tǒng)有主電路和控制電路兩部分組成 。 3.1 控制系統(tǒng)有主電路和控制電路兩部分組成 3.1.1 控制系統(tǒng)的主 電路 主電路包括拖動轎廂上、下運行的牽引電動機的控制主電路及門機電路。 3.1.2 控制系統(tǒng)的控制電路 控制電路的核心是 PLC。 PLC 根據(jù)輸入的內(nèi)指令信號、召喚信號及各傳感信號產(chǎn)生控制電梯運行、提示等輸出信號。 3.2 I/O 點數(shù)的確定及 PLC 的選擇 由于樓層數(shù)量不同，所配電梯的規(guī)模就有差別， I/O 數(shù)量相差不大，本題的七層電梯有 33 個輸入信號，輸出信號有 32 個。選擇 FX2N-128MR可滿足要求。 3.2.1 輸入設(shè)備的確定 先考擦電梯轎廂內(nèi)的操作。操作廂上應(yīng)有各層的選層按鈕， 7 層共有 7個。應(yīng)有開 關(guān)門按鈕，上行、下行限位，需 2 點輸入?？紤]到乘客安全，電梯在門未關(guān)好的情況下禁止啟動，對轎廂門及廳門的開關(guān)極限均應(yīng)設(shè)極限開關(guān)，需 2 點輸入，再考慮井道與轎廂的關(guān)系。井道內(nèi)每層都應(yīng)設(shè)置感應(yīng)器，以便感知轎廂當(dāng)前所在層，每層設(shè)置一個，需 7 點輸入。 各門廳乘客召喚時，除底層和頂層只有一個召喚按鈕外，其它各層均設(shè)上下兩個召喚按鈕， 7 層共需 12 個輸入按鈕。經(jīng)以上分析，可知共需 33 點開關(guān)量輸入端口。 15 3.2.2 輸出設(shè)備的確定 控制電梯的上行、下行（即電機正、反轉(zhuǎn)）需兩點輸出。開關(guān)門繼電器 2 點輸出，上行、下行指示燈 2 點輸出。 樓層指示燈 7 點輸出。轎廂內(nèi)指示燈 7 點輸出。電梯上下行指示燈、 7 層共 12 點輸出，即 1 層為 1 樓上行燈， 7 層為 7 樓下行燈。其他中間 5 層各需要兩個指示燈即上下行指示燈。經(jīng)分析共需 32 點開關(guān)量輸出端口。 門廳及轎廂內(nèi)部分輸入輸出見圖 4-1 圖 3-1 門廳及轎廂內(nèi)部分輸入輸出圖 3.2.3 PLC 的選擇 本課題主要研究的是一棟 7 層樓載重量為 2 噸 PLC 的客貨梯，的電梯為例，主要運行方式和功能進(jìn)行總體分析，確定電梯所要具備的基本功能，明確所需 要的運行方式等。通過測算該電梯的控制系統(tǒng)實際需要輸人點為56 點，輸出點為 46 點 (電梯 1 樓為對開門集選控制 )，根據(jù) PLC 的 I/O 節(jié)點使用原則，即留出一定的 1/0 點以供擴展時使用。因此選用日本三菱公司的 FX2N-128MR，分基本單元和擴展單元。這種機型有輸人點 64 點，輸出點 64 點，編程指令 100 多條，程序內(nèi)存 2000 多步，并配有相應(yīng)的編程軟件 MEVOC，可通過手編對 PLC 進(jìn)行編程，也可在 PC 機上進(jìn)行編程、調(diào)試，電梯簡單的控制只有開關(guān)量輸入和輸出，對時間的響應(yīng)要求也不高，只是輸入輸出點數(shù)選用 128 點的已經(jīng)足夠。 所以不需要再配一塊 I/O 擴展 16 單元（如 FX 16EYR） 2。在某些場合也可結(jié)合編碼器和譯碼器節(jié)約 I/O點，從而可以選擇較少點數(shù)的 PLC，節(jié)約成本。 3.2.4 建立 I/O 地址分配表 I/O 分配表見 3-1 表 3-1 I/O 分配表 輸入 輸出 S 門鎖輸入 X000 KM1 開門繼電器 Y000 SB1 開門按鈕 X001 KM2 關(guān)門繼電器 Y001 SQ1 開門限位 X002 KM3 上行繼電器 Y002 SB2 關(guān)門按鈕 X003 KM4 下行繼電器 Y003 SQ2 關(guān)門限位 X004 L 上 上行指示燈 Y004 SQ3 上行限位 X005 L 下 下行指示燈 Y005 SQ4 下行限位 X006 L1 一層指示燈 Y020 S1 一樓內(nèi)選 X026 L2 二層指示燈 Y021 S2 二樓內(nèi)選 X027 L3 三層指示燈 Y022 S3 三樓內(nèi)選 X028 L4 四層指示燈 Y023 S4 四樓內(nèi)選 X029 L5 五層指示燈 Y024 17 S5 五樓內(nèi)選 X030 L6 六層指示燈 Y025 S6 六樓內(nèi)選 X031 L7 七層指示燈 Y026 S7 七樓內(nèi)選 X032 Z1 一樓內(nèi)指示 Y027 1SB1 一樓上行 X034 Z2 二樓內(nèi)指示 Y028 2SB2 二樓上行 X035 Z3 三樓內(nèi)指示 Y029 2SB2 二樓下行 X036 Z4 四樓內(nèi)指示 Y030 3SB3 三樓上行 X037 Z5 五樓內(nèi)指示 Y031 3SB3 三樓下行 X040 Z6 六樓內(nèi)指示 Y032 4SB4 四樓上行 X041 Z7 七樓內(nèi)指示 Y033 4SB4 四樓 下行 X042 Z8 一樓上行燈 Y034 5SB5 五樓上行 X043 Z9 二樓上行燈 Y035 5SB5 五樓下行 X044 Z10 二樓下行燈 Y036 6SB6 六樓上行 X045 Z11 三樓上行燈 Y037 6SB6 六樓下行 X046 Z12 三樓下行燈 Y040 7SB7 七樓下行 X047 Z13 四樓上行燈 Y041 18 1KR 一樓感應(yīng)器 X011 Z14 四樓下行燈 Y042 2KR 二樓感應(yīng)器 X012 Z15 五樓上行燈 Y043 3KR 三樓感應(yīng)器 X013 Z16 五樓下行燈 Y