PLC電梯控制系統(tǒng)設計

1、目錄摘要1前言2.3第一章節(jié) 緒言31.1本課題設計的意義和目的31.1.1本課題設計的意義31.1.2利用PLC設計電梯系統(tǒng)的目的31.2 電梯的發(fā)展4第二章 可編程PLC的概述52.1可編程控制器（PLC）的簡介52.1.1可編程控制器的定義52.1.2可編程控制器PLC的特點：52.1.3 PLC的基本結構62.1.4 PLC的工作原理72.2PLC其它控制系統(tǒng)的比較8(1)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)10(2)微機控制系統(tǒng)10(3)PLC控制系統(tǒng)10第三章 VVVF變頻電梯的控制系統(tǒng)113.1變頻調速電梯系統(tǒng)及其驅動技術113.2變頻調速電梯系統(tǒng)的控制技術123.3控制系統(tǒng)的主流程13第四章

2、 PLC控制單臺電梯的方案144.1電梯控制系統(tǒng)的運行方式及組成144.1.1電梯運行工作情況144.1.2電梯控制系統(tǒng)的組成154.1.3電梯的結構164.2PLC控制單臺電梯I/O點分析184.2.1PLC I/O地址分配184.2.2 PLC控制程序的編制方法214.3電梯控制程序21致謝28參考文獻29摘要隨著科學技術不斷地發(fā)展，人們物質文化生活水平的不斷的提高，大批的高樓大廈拔地而起，伴隨建筑業(yè)的發(fā)展，為建筑提供上下交通運輸的電梯工業(yè)也在日新月異地發(fā)展著。電梯已不僅是一種生產環(huán)節(jié)的重要設備，更是人們一種工作和生活中的必需設備。而PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計算機，它的發(fā)

3、展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要，它以其可靠性高、適應性強、編程方便、操作簡單、能耗低等優(yōu)點，廣泛應用于繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的眾多控制領域。本課題主要對PLC的結構、特點、性能以及與現(xiàn)場控制對象的連線進行具體的研究，并通過PLC實現(xiàn)電梯的自動控制。市建設的不斷發(fā)展，城市迅速的崛起，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。它是采用電力拖動方式，將載有乘客或貨物的轎廂，運行于垂直方向的兩根剛性導軌之間，運送乘客和貨物的固定式提升設備。所以，電梯是為高層建筑運輸服務的設備，它具有運送速度快、安全可靠、操作簡便的優(yōu)點。但傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采

4、用繼電器接觸器進行控制，其缺點是觸點多，幫障率高、可靠性差、維修工作量大等，而采用PLC組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述問題，使電梯運行更加安全、方便、舒適。關鍵詞：電梯 PLC 控制 編程 前言電梯控制系統(tǒng)主要由調速部分和邏輯控制部分構成。調速部分的性能對電梯運行時乘客的舒適感有著重要作用，目前，大多選用高性能的變頻器，利用旋轉編碼器測量曳引電機轉速，構成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。通過對變頻器參數的合理設置，不僅使電梯在運行超速和缺相等方面具備了保護功能，而且使電梯的起動、低速運行和停止更加平穩(wěn)舒適。變頻器自身的起動、停止和電機給定速度選擇則都有邏輯控制部分完成，因此，邏輯控制部分是電梯安全可靠運行

5、的關鍵。V80 系列 PLC 以其可靠性高、運算速度快、產品成本低和電梯專用客制化服務等優(yōu)點，已在多家電梯廠家中的電梯生產及改造中獲得了應用。本文以一臺五層五站的電梯控制系統(tǒng)為例，闡述了三菱 FX2N系列 PLC 在電梯控制系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)方案。電梯從手柄開關操縱電梯、按鈕控制電梯發(fā)展到了現(xiàn)在的群控電梯，為高層運輸做出了不可磨滅的貢獻。PLC在電梯升降控制上的應用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關控制功能。由于PLC且有邏輯運算，計數和定時以及數據輸出的功能。在電梯升降過程中，各種邏輯開關控制與PLC很好的結合，很好的實現(xiàn)了控制。通過本課題的介紹，讓我們能更多了解PLC和更好的使用它。第一章節(jié) 緒言1

6、.1本課題設計的意義和目的1.1.1本課題設計的意義PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計算機，它以其編程方便、操作簡單尤其是它的高可控性優(yōu)點，在工業(yè)生產過程中得到了廣泛的應用。它應用大規(guī)模集成電路，微型機技術和通訊技術的發(fā)展成果，逐步形成了且有多種優(yōu)點和微型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的系列產品，應用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多控制領域。隨著社會的不斷發(fā)展，樓房越來越高，而電梯成為了高層樓房的必須設備。電梯從手柄開關操縱電梯、按鈕控制電梯發(fā)展到了現(xiàn)在的群控電梯，為高層運輸做出了不可磨滅的貢獻。PLC在電梯升降控制上的應用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關控制功能。由于PLC且有邏輯運

7、算，計數和定時以及數據輸出的功能。在電梯升降過程中，各種邏輯開關控制與PLC很好的結合，很好的實現(xiàn)了控制。通過本課題的介紹，讓我們能更多了解PLC和更好的使用它。1.1.2利用PLC設計電梯系統(tǒng)的目的本課題主要對PLC的結構、特點、性能以及與現(xiàn)場控制對象的連線進行具體的研究，并通過PLC實現(xiàn)電梯的自動控制。市建設的不斷發(fā)展，城市迅速的崛起，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。它是采用電力拖動方式，將載有乘客或貨物的轎廂，運行于垂直方向的兩根剛性導軌之間，運送乘客和貨物的固定式提升設備。所以，電梯是為高層建筑運輸服務的設備，它具有運送速度快、安全可

8、靠、操作簡便的優(yōu)點。但傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器接觸器進行控制，其缺點是觸點多，幫障率高、可靠性差、維修工作量大等，而采用PLC組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述問題，使電梯運行更加安全、方便、舒適。1.2 電梯的發(fā)展作為通用工業(yè)控制計算機，30年來，可編程控制器從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了從邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現(xiàn)了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用，因此，PLC的應用也就成為了一個熱點問題。在PL

9、C誕生之前，工業(yè)控制設備的主流品種是以繼電器、接觸器為主體的控制裝置。繼電器、接觸器是一些電磁開關，后來隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，使用繼電器電路構成工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷不斷地暴露出來，在20世紀6070年代，社會的進步要求制造出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本、高質量的產品以滿足市場需要，不斷的提出改善生產機械功能的要求。加上當時電子技術已經有了一定的發(fā)展，于是人們開始尋求一種以存儲邏輯代替接線邏輯的新型工業(yè)控制設備，這就是我們現(xiàn)在所說的PLC。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采用了嚴格的抗干擾技術，具有很高的可靠性，從PLC的機外電路來說，使用PLC構成

10、控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點以減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低，此外，PLC帶有故障電路的自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出報警信息，這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不足為怪了。隨著城市建設的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經濟和生活中有著廣泛的應用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。在許多交通設備中，電梯是自動化程度最高的先進設備的一種。以前的電梯主要采用單片機控制，其性能等各方面都不太完善，現(xiàn)在電梯控制系統(tǒng)多采用PLC，從電梯的性能、器件的靈活性及安全保障方面等都有了很大的提高。實際上電梯是根據外部呼叫信號以及

11、自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實現(xiàn)電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。第二章 可編程PLC的概述2.1可編程控制器（PLC）的簡介2.1.1可編程控制器的定義可編程控制器的定義可編程控制器簡稱PC（英文全稱：Programmable Controller），它經歷了可編程序矩陣

12、控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：Programmable Logic Controller）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義： “PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算 等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類

13、型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！?2.1.2可編程控制器PLC的特點：一、可靠性高，抗干擾能力強（1） 工作原理方面，采用循環(huán)掃描、集中輸入與集中輸出的特殊工作方式。（2） 硬件設計方面，采用模塊式結構并在I/O通道增加隔離、濾波、屏蔽、與聯(lián)鎖等一系 列先進的抗干擾措施；增加輸出聯(lián)鎖、環(huán)境控制和故障診斷與處理等電路；采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)或由三CPU構成表決式系統(tǒng)；采用性能優(yōu)良的開關電源。（3） 在軟件設計方面，系統(tǒng)程序中設置實時監(jiān)控、自診斷、信息保護與恢復等程序與硬件電路相配合，實現(xiàn)各種故障的診斷、處理、報警

14、顯示等功能。（4） 在制造工藝方面，采用超大規(guī)模集成電路芯片、扁平封裝電路和表面安裝技術，對電子器件進行嚴格的篩選和老化處理。二、編程簡單，易于掌握 三、組成靈活，使用方便 四、功能強，通用性好 五、開發(fā)周期短，成功率高 六、體積小，重量輕，功耗低 七、安裝簡單，維修方便 八、在成本上可與繼電器控制柜競爭2.1.3 PLC的基本結構 PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，如圖2-1所示：圖2-1 PLC硬件結構圖1.中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源

15、、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區(qū)或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 2、存儲器 (1)存放系統(tǒng)

16、軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 (2)存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。3、電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去 2.1.4 PLC的工作原理掃描技術 當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 (1) 輸入采樣階段 在輸入采樣階

17、段PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (2) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷

18、新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系 統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。(3) 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)

19、內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。2.2PLC其它控制系統(tǒng)的比較圖2-2 PLC掃描過程可編程序控制器與繼電器、微機在電梯控制中的應用比較中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區(qū)或數據寄存

20、器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 (1)存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PL

21、C直接連接到交流電網上去 當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的

22、順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系 統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下

23、面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。在可編程序控制器與繼電器、微機在電梯控制中的應用比較在電梯的電氣系統(tǒng)中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統(tǒng)必須起動各種控制信號和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動機以及電子元件、電力電子器件等），要達到這些控制目的，其方法有：(1)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)是早期電梯多采用的一種控制系統(tǒng)。優(yōu)點：與其它控制系統(tǒng)比

24、較，其簡單、易于理解和掌握、價格便宜。缺點：動合觸點易磨損，且電接觸不良：體積大：控制系統(tǒng)耗能大、動作噪聲大：維修保養(yǎng)工作量大、費用高。因此這種控制系統(tǒng)僅用于速度不高、性能要求也不高的電梯中。(2)微機控制系統(tǒng)電梯的微機控制系實質上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過程序存貯器中的程序來完成的控制系統(tǒng)。因此對于有不同功能要求的電梯控制系統(tǒng)，只要改變程序存貯器中的程序指令即可，而無需變更或增減硬件系統(tǒng)的元件或布線。因此，十分方便于使用和管理，并提高系統(tǒng)的可靠性，減小控制系統(tǒng)體積，降低了能耗及其維修保養(yǎng)費用。雖然微機控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優(yōu)越性。但是，對一般的電梯而言

25、，應用微機控制也有其局限性和不足之處。其缺點是：微型計算機是按數字運算的需要而設計的，功能比較齊全，結構比較復雜；而一般的電梯控制只需要進行簡單的邏輯運算，運算方式多為“與”、“或”、“非”幾種，運算位數只需用1位，即“1”與“0”。因此，使用微機就有“大材小用”之嫌。此外，微機的接口電路沒有標準件，而且一般不控制強電。但在電梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用電設備，如用戶專門配備接口電路既不方便又不可靠。綜上所述，造成用微機控制的成本、運行和維修費均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機控制在經濟上不合算。(3)PLC控制系統(tǒng)PLC充分利用了微型計算機的原理和技術，保留計算機控

26、制的優(yōu)點，而克服了它的缺點。它具有強大的生命力，各工業(yè)部分紛紛用它來改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果?？傊?，PLC是采用微機技術制造的通用怎么控制設備，它能控制開關量、模擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強、并具有完成邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術、運算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設備。它不僅有用于控制機械設備、流水線和各種設備的運行過程，將PLC用于控制電梯各種操作和處理相關信息也時可行的。第三章 VVVF變頻電梯的控制系統(tǒng)3.1變頻調速電梯系統(tǒng)及其驅動技術采用PLC控制的變頻調速電梯系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示。圖3-1 PLC控制的變頻調速電梯系統(tǒng)原理框圖在電梯系統(tǒng)中要處理的信

27、號十分多而且復雜，在設計時必須仔細考慮對信號快速準確的處理問題。采用許多的先進驅動和控制技術就很有必要，其中包括矢量變換控制技術、高速CPU技術、DSP技術和采用新型大功率器件IGBT的高性能變頻調速器。圖1中PLC主要處理一些監(jiān)控信號，主要有樓層計數信號，呼梯、選層信號，定向信號，換速信號，主控制信號等。此外還有開、關門控制，樓層顯示，呼梯、選層顯示，單、雙控制，安全條件自動檢測，自動平層、消防等各種控制信號。將變頻器用于電梯時，常稱為VVVF電梯。一般變頻器有交交、交直交兩種類型。對于交直交變頻器，可以按直流環(huán)節(jié)電壓、電流的特點（由濾波的電容量和電感量決定）劃分為電壓型和電流型變頻器。電梯

28、一般采用電壓型變頻器。改變電動機定子的電源頻率，就可實現(xiàn)對異步電動機的調速。但為了保持調速時電動機最大轉矩不變，需要維持磁通恒定，應滿足壓頻為常數，即變頻時應協(xié)調地變壓。目前，雖有電梯專用變頻器，但其價格昂貴，因此可以采用通用型變頻器，通過合理設計，可使其達到專用變頻器的控制效果。為滿足電梯控制上的要求，參數設置比專用型變頻器要復雜得多。為減少啟動沖擊及增加調速的舒適感，其速度環(huán)的比例系數宜小些（3s），而積分時間常數宜大些（5s）。為了提高運行效率，快車頻率應選為工頻（50Hz），而爬行頻率要盡可能低些（4Hz），以減少停車沖擊，檢修慢車頻率可選10Hz。為了保證平層精度及運行的可靠性，曳引

29、電機的轉速采用閉環(huán)控制，其轉速由旋轉編碼器檢測。為使變頻器工作在最佳狀態(tài)，需使變頻器對所驅動的電機進行自學習，其方法是：將曳機制動輪與電機軸脫離，使電機處于空載狀態(tài)，然后啟動電機，變頻器便可自動識別并存儲電機有關參數，使變頻器能對該電機進行最佳控制。圖3-2電梯硬件系統(tǒng)控制柜圖3.2變頻調速電梯系統(tǒng)的控制技術電梯系統(tǒng)的控制主要可分為拖動系統(tǒng)的調速控制與選層系統(tǒng)的邏輯控制。VVVF電梯拖動調速系統(tǒng)的實質就是采用交流異步電動機驅動及矢量變換控制技術。VVVF電梯調速系統(tǒng)的特點是：電梯啟動采用降頻軟啟動，電機啟動電流很小，不超過額定電流。在電梯的制動段，電梯調速系統(tǒng)工作在發(fā)電制動狀態(tài)，不需從供電網中

30、取得電能，從而降低了電能的消耗，避免了電機過熱，調速系統(tǒng)的功率因數比較高（接近1）。調速控制是指對電梯從啟動到平層整個過程中速度的變化規(guī)律進行控制，從而減輕人在乘坐電梯時由于啟、制動過程中加、減速產生的不舒適感（上浮、下沉感），并保證平層停車準確可靠。與選層系統(tǒng)的邏輯控制相比，調速控制更為復雜，其控制性能的優(yōu)劣在很大程度上決定著電梯的性能和質量。電梯的運行可分為啟動、穩(wěn)速、制動三個階段。穩(wěn)速運行時考慮到節(jié)能和對電網的干擾，系統(tǒng)采用開環(huán)控制，而啟、制動運行時為使運行速度跟隨給定理想速度運行，采用閉環(huán)控制。理想速度運行綜合了舒適感（滿足人體對加速度及加速度變化率要求）、運行效率及電機調速性能，按位

31、置原則存儲于程序存儲器中。調速控制系統(tǒng)由主回路和控制回路兩部分組成，主回路包括曳引電動機（三相異步電動機）驅動及功能電路，速度反饋信號來自與電機轉子同軸的脈沖發(fā)生器，其輸出脈沖的頻率對應電梯運行速度。速度的控制由系統(tǒng)通過改變觸發(fā)脈沖的控制角（移相角）實現(xiàn)，經相應的移相角延時時間后，根據電梯實際速度與給定速度之差情況控制主回路工作狀態(tài)。由于負載變化、電網波動、鋼絲繩打滑、伸縮等因素，使減速過程可能不符合直接?？康钠綄右?，為此，在離層樓100-200mm處設置1-2個平層校正器，當轎廂運行到此校正點時，將實際速度與該點由平層校正器發(fā)出的平層速度給定值進行比較，如無差，則按原減速曲線運行；若有差，

32、則用差值校正原速度給定曲線斜率，使之保證準確平層。3.3控制系統(tǒng)的主流程用PLC構成的控制系統(tǒng)可以把主要精力用于軟件編程,實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能.現(xiàn)在市上的各種PLC都有比較強的軟件功能,尤其是各類功能指令(或稱應用指令),其功能更為豐富.三菱FX2系列用以替代繼電器、接觸器控制系統(tǒng)的基本邏輯指令有20條，但其功能指令就有100條之多，可以直接進行各種數據的算術運算、邏輯運算、傳送比較、移位循環(huán)等，還有一些直接的外部I/O指令，編程的靈活性毫不比單片機遜色。圖3-2給出了用PLC實現(xiàn)的電梯控制系統(tǒng)的主流程。程序主流程很簡潔，其作用主要是控制程序的執(zhí)行，進入各功能子程序。在我們研制的PLC電梯控制系

33、統(tǒng)中，“數據采集與顯示”就是通過子程序調用來實現(xiàn)，“呼梯判斷|”及上行下行處理都有相應的程序。圖 3-3系統(tǒng)主程序流程圖第四章 PLC控制單臺電梯的方案4.1電梯控制系統(tǒng)的運行方式及組成4.1.1電梯運行工作情況一部電梯主要由轎廂、對重、曳引機、控制柜/箱、導軌等主要部件組成 。電梯在做垂直運行我過程，有起點站了終點站。對于三層以上的建筑物內的電梯，起點站和終點站之間還設有?？空?。起點站高在一樓，終點站設在最高樓。 各站的廳外設有召喚箱，箱上設置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點站和終點站上各設置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設置兩個按鈕。而電梯的轎廂內都設置有操縱箱，操縱箱上設

34、置有手柄開關或與層站對應的按鈕，供乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕。電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動、加速、?？康热康热克緳C控制操作，而且在運行過程中可能遇到的情況比較復雜，因此汽車司機必須經過來格的培訓和考核。而電梯的自動化程度比較高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制下達一個指令信號，電梯就能自動關門、定向、起動、在預定的層站平層?？块_門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和?？?，依次完成全部指令任務。電梯控制程序軟件設計的要求:(1) 系統(tǒng)應具備自

35、動響應層樓召喚信號(上召喚和下召喚)。(2) 具有轎廂層樓顯示（二進制方式或十進制方式），能自動顯示電梯運行方向(3) 具有電梯直駛功能和反向最遠停站功能。(4) 電梯開門時間設為3秒，電梯關門時間也設定為3秒。(5) 具有消防應急處理功能。(6) 具有應急手動開門、關門按鈕。4.1.2電梯控制系統(tǒng)的組成電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。一 、電梯的電力拖動部分電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直G-M（即發(fā)電機-電動機組供電）拖動、晶閘管供電（SCR-M）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調壓調速（AVCC）拖動、交流變頻調速（VVVF）等。二、電梯的電氣控制

36、部分電梯控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳及曳引電動機等幾十個分散安裝在電梯井道內餐和各相關電梯部件中的電器元件構成。電氣控制系統(tǒng)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度確定后，電力拖動系統(tǒng)各零件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據電梯安裝使用地點、乘載對象進行認真選擇才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電器控制、PLC控制、微機控制，其中繼電器控制

37、系統(tǒng)故障率高，微機控制系統(tǒng)抗干能力弱，而PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術先進性，成為目前電梯系統(tǒng)中使用最多的控制方式，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術改造的熱點之一。本課題采用三菱FX2N對單臺五層電梯進行邏輯控制。電梯控制系統(tǒng)硬件由轎廂操縱盤、廳門信號、PLC、變頻器、調速系統(tǒng)構成，控制系統(tǒng)結構圖如圖4-1圖 4-1 控制系統(tǒng)結構圖4.1.3電梯的結構圖4-2為五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖。電梯主體包括升降電機、轎廂、滑輪、鋼絲繩、行程開關等。升降電機為交流可逆電動機，轎廂套在鋼絲繩上，電機帶動鋼絲繩正轉或反轉時，轎廂對

38、應上升或下降。每層樓均安裝行程開關，利用機械碰撞，給出各樓層的層信號。 電梯控控制柜是電梯電氣控制系統(tǒng)完成各種主要任務，實現(xiàn)各種性能的中心。主要包括FX2NPLC、繼電器/接觸器、顯示部分、開關電源。LED顯示部分主要包括轎廂運行方向顯示、樓層顯示。圖4-2 五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖(1)電梯層門電梯層門是為了確保安全，而在各層樓的?？空荆ㄏ蚓赖娜肟谔?。圖4-3為電梯示意圖。電梯層門旁裝有消防按鈕、上召喚按鈕和下召喚按鈕（最底層只有上召喚按鈕、最高層只有下召喚按鈕）并有召喚登記批示燈。層門上方裝有LED數碼管，以顯示轎廂所在層樓位置，另外還有轎廂上行和下行指示燈。圖4-3 電梯層門

39、(2)轎廂內控制屏轎廂內控制屏示意圖如圖4-4所示。其中包括上行、下行顯示及LED層樓位置的顯示。此外，還有消防按鈕，當發(fā)生火災時，立即清除所有指令信號和召喚信號，電梯直達底樓后開門。其主要利用定時器控制開門、關門、和上下客時間圖4-4 轎廂內控制屏(3)PLC單臺電梯控制系統(tǒng)的工作流程 圖4-5為PLC單臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖，從圖中可知控制一臺電梯正常工作，主要需如下信號：控制信號、層樓信號、指令信號、召喚信號和消防信號。這些信號分別來自轎廂控制面板、井道行程開關、層面控制按鈕和層面火警開關；井道行程開關的層樓信號進行層樓定位并參與自動定向，同時顯示所在層樓位置；控制面板的指令信號和來自

40、層面控制按鈕的召喚信號分別進行指令登記和召喚登記，同時進行信號登記顯示。從而作用于驅動電動機正轉或反轉，即電梯上行或下行。圖4-5 PLC單臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖4.2PLC控制單臺電梯I/O點分析PLC電梯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC。哪些信號需要輸入PLC，PLC需要輸出哪些信號，以及采用何種編程方式都需要他細推敲。輸入輸出點的確定是設計整個控制系統(tǒng)的首要問題，決定系統(tǒng)的程序及硬件線路的方案。4.2.1PLC I/O地址分配根據電梯操作的工藝過程及對控制系統(tǒng)的要求,首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號和輸出信號;然后根據PLC的輸入點和輸出點進行I/O地址分配,使每個輸入信號對應PLC內部的輸入繼

41、電器,每個輸出信號對應PLC內部的輸出繼電器.(1)PLC輸入信號的確定先考察電梯轎廂內的操作.操作面板上應有各層的選層指令按鈕,5層共有5個；有司機時，應有司機直駛專用開關和上行、下行按鈕，需3點輸入，各層乘客召喚時，除底層和頂層只有一個召喚按按鈕，其它各層均設上下兩個召喚按鈕，5層共需8個輸入按鈕。5層電梯需5個行程開關來控制是否到了某一層，因此需5個點輸入。其它輸入有消防、有司機/無司機方式選擇等開關或觸點。可知共需23點開關量輸入端口。 表4-1 輸入地址分配表輸入信號名稱PLC輸入地址含義AYSX000向上行駛按鈕AYXX001向下行駛按鈕JSJX002有/無司機選擇開關IYCX00

42、3一樓行程開關2YCX004二樓行程開關3YCX005三樓行程開關4YCX006四樓行程開關5YCX007五樓行程開關A1JX010一樓指令按鈕A2JX011二樓指令按鈕A3JX012三樓指令按鈕A4JX013四樓指令按鈕A5JX014五樓指令按鈕AJX015指令專用開關（直駛）ZXFX016置消防開關A1SX017一樓上召喚按鈕A2SX020二樓上召喚按鈕A2XX021二樓下召喚按鈕A3SX022三樓上召喚按鈕A3XX023三樓下召喚按鈕A4SX024四樓上召喚按鈕A4XX025四樓下召喚按鈕A5XX026五樓下召喚按鈕(2)PLC輸出信號確定控控制電梯的上行、下行（即電機正、反轉）需求點輸

43、出。上、下指示燈2點輸出。開門、關門、門關閉、運行顯示需4點輸出。采用二進制顯示方式，LED七段顯示器需3點輸出；電梯轎廂內輸出各層的指令號登記顯示，共5點輸出；各樓層乘客如喚時，除底層和頂層只有一個召喚登記顯示，其它各層均設上下兩個召喚登記顯示，5層共需8個輸出端口。表4-2 輸出地址分配表輸出信號名稱PLC輸出地址含義KMY000開門顯示GMY001關門顯示MGBY002門關閉顯示DCSY003上行顯示DCXY004下行顯示SY005上行繼電器XY006下行繼電器YXY007運行顯示AY010LED七段顯示器A段發(fā)光二極管GY011LED七段顯示器G段發(fā)光二極管DY012LED七段顯示器D

44、段發(fā)光二極管1DJAY013一樓指令信號登記顯示2DJAY014二樓指令信號登記顯示3DJAY015三樓指令信號登記顯示4DJAY016四樓指令信號登記顯示5DJAY017五樓指令信號登記顯示1DASY020一樓上召喚信號登記顯示2DASY021二樓上召喚信號登記顯示2DAXY022二樓下召喚信號登記顯示3DASY023三樓上召喚信號登記顯示3DAXY024三樓下召喚信號登記顯示4DASY025四樓上召喚信號登記顯示4DAXY026四樓下召喚信號登記顯示5DAXY027五樓下召喚信號登記顯示內部繼電器的確定表4-3內部繼電器地址分配表PLC內部繼電器地址功能M0指令優(yōu)于召喚M1停站信號M2本站

45、廳外開門M3消防時到底樓開過門且在任意層樓停過M4消防時到過底樓開過門或非消防時M5關門條件M6清一樓指令登記M7清二樓指令登記 M8清三樓指令登記M9清四樓指令登記M10清五樓指令登記M40清二樓上召喚登記M41清二樓下召喚登記M42清三樓上召喚登記M43轎廂到二樓M31轎廂到二樓M33轎廂到四樓M35中間繼電器M44清三樓下召喚登記M45清四樓上召喚登記M46清四樓下召喚登記M47清五樓下召喚登記M13消防到過底樓開過門M14轎廂不在任何層樓面上M15轎廂位于某層樓面后，延1秒斷開M6有司機直駛狀態(tài)M17關門時間3秒M20開門時間3秒M18無司機上、下客時間（4秒）M19到站延時時間（1秒

46、）-形成停站脈沖用M21未定向M22未定向M30轎廂到一樓M32轎廂到三樓M33轎廂到四樓M34轎廂到五樓4.2.2 PLC控制程序的編制方法PLC梯形圖的編制采用模塊化設計。模塊化程序結構清晰、便一調試。如定時器控制開/關門、外召喚、指令登記、上行、下行等。模塊間不完全獨立，它們之間存在著有機聯(lián)系，且編程時要考慮各指令間的邏輯關系。4.3電梯控制程序一、召喚信號登記響應及清除功能位于層樓面的乘客欲前往任意一層樓，可通過按下電梯層門旁的上/下召喚按鈕喚來召喚電梯。婁電梯到達乘所召喚的那一層樓面，立即清除該召喚信號。下圖為一樓上召喚登記響應及清除功能梯形圖。當在非消防狀態(tài)下，即常閉X016得電。

47、X017為一樓上召喚按鈕輸入常開觸點，若此時有人按下此開關，X017得電，同時線圈Y020得電，常開Y020自保，即一樓上召喚信號登記顯示。若電梯此時就在一樓時，直接清除一樓上召喚登記顯示。若電梯不在一樓，則下行到一樓后，一樓行程開關X003得電后，線圈M40得電，常閉M40變常開，線圈Y020就失電，清除一樓上召喚登記顯示。若在消防狀態(tài)下，常開X016變常閉得電，直接清除一樓上召喚登記顯示。圖4-6 一樓召喚信號登記響應清除功能梯形圖二、指令信號登記響應及清除功能圖4-7為一樓指令登記及清除梯形圖。從圖中可知，要指令登記信號有效必須滿足兩個條件：（1）消防到過底樓開過門；（2）非消防時；當電

48、梯處于非消防狀態(tài)時，線圈M4直接得電，滿足指令登記信號有效的條件。當電梯處于消防狀態(tài)時，常開X016變常閉。電梯到達一樓時，一樓行程開關X003得電，此時線圈M13得電，與開門信號相配合，電梯此時處于消防到底樓開過門的狀態(tài)。常開M13變常閉，線圈M4得電，也滿足使指令登記信號有效的條件。 圖4-7 一樓指令信號登記響應及清除功能梯形圖從上圖可知，電梯開始接收指令登記信號。如果此時電梯不在一樓時，按下到一樓指令按鈕，一樓指令按X010得電，線圈Y013得電，線圈M6得電，常閉M6變常開，即清除了一樓指令登記。如果此時電梯就在一樓，按下一樓指令按鈕的同時就清除一樓指令登記，因為電梯此時就在一樓。電

49、梯處于消防工作狀態(tài)且沒有到達底樓開過門常開MX016變常閉，線圈M6也得電，電梯也消除指令登記，只有當電梯到達底樓開過門后，線圈M13得電，常閉M13變常開，才不清除指令登記。需要說明的是當常開M3得電變常閉時，電梯也清除指令登記。M3是消防到達底樓開過門并在任何層樓面停過站且有停站信號，就清除所有指令登記。這樣做是為了當電梯到達某層后，消防人員可以依火勢大小決定是否繼續(xù)上行，如果不及時清除所有指令登記，電梯會繼續(xù)上行，這樣就不是非常安全。三、電梯自動定向功能電梯的換向即改變電梯的運行方向，實際就是改變電動機的旋轉方向。當電梯發(fā)出召喚信號或指令信號時，PLC自動根據廂目前所在層樓位置，來判定是

50、上行還是下行：若召喚或指令要到的層樓轎廂目前所在層樓； 電梯上行召喚或指令要到的層樓轎廂目前所在層樓； 電梯下行召喚或指令要到的層樓=轎廂目前所在層樓； 電梯無法定向圖4-8為電梯自動定向功能（部分）梯形圖。無司機工作狀態(tài)下，當三樓有指令信號Y015或上下召喚信號Y023、Y024發(fā)出是，PLC首先判斷轎廂當膠是否在三樓，如果就在三樓，則轎廂在三樓的常閉M12變常開，線圈Y003、Y004都不得電，電梯既不上行也不下行。如果電梯在一樓或二樓，則轎廂在三樓、四樓、五樓的常閉觸點M32、M33、M34不得電，仍為常閉，且在非消防狀態(tài)下，X016常閉得電，則線圈Y003得電，電梯定向為上行。如果電梯

51、在四樓或五樓，則轎廂在一樓、二樓、三樓的常閉觸點M30、M31、M32不得電，仍為常閉，則線圈Y004得電，電梯定向為下行。有司機工作狀態(tài)下，X002變常閉，這時需由司機按下X000上行啟動按鈕，電梯才能上行。同樣若司機按下X001下行啟動按鈕，電梯則下行；在消防工作狀態(tài)下，常閉X016變常開，電梯停上上行；常開X016變常閉，線圈Y004得電，電梯下行到底樓。當電梯消防時到達底樓且開過門后M13常閉變常開，電梯不再下行。上行和下同時有互鎖常閉Y003和常閉Y004。在有司機工作狀態(tài)下，如果電梯有運行信號Y007，則不再接收上行或下行信號。M0是一個特殊中間繼電器，要求在無司機、門未關閉、既非

52、上行也非下行條件下，指令優(yōu)于召喚參加定向，這是為了在既有召喚信號也有指令信號的情況下，優(yōu)先滿足轎廂內的乘客需要。圖4-8 自動定向功能（部分）梯形圖四、開門時間、上/下客時間、關門時間、門關閉控制功能電梯到站后，首先開門3秒，然后上/下4秒，最后關門庭若市秒。時間均為定時器控制。(1) 開門時間控制功能圖4-9 開門時間控制功能梯形圖(2)上/下客時間控制功能圖4-10 上/下客時間控制功能梯形圖在無司機狀態(tài)下，X002常閉；無開門顯示，Y000常閉；非關門顯示，Y001常閉；門未關閉；Y002常閉；定時器線圈T2得電，定時時間為4秒，4秒后，M18線圈得電，上/下客時間結束，啟動關門信號。(

53、3)關門時間控制功能圖4-11 關門時間控制功能梯形圖從圖中可知，滿足關門條件有以下幾種情況：1、無司機狀態(tài)下，消防未到過底樓開過門，上/下客運秒鐘后。2、有司機狀態(tài)下，在上行/下行顯示情況下，按下/上行駛上行。消防到過底樓開過門后，響應指令登記信號，由消防人員控制電梯上行。關門條件線圈M5得電后，關門顯示線圈Y001得電，開門Y000和門關閉Y002互鎖，同時定時器線圈T0得電，定時3秒后，線圈M17得電，常閉變常開，關門顯示線圈Y001失電，定時器復位。消防且未到過底樓開過門的情況下，也要進行關門。(4) 轎廂定位功能轎廂由行程開關給出所在層樓位置信號。圖4-12 轎廂定位在二樓功能梯形圖當二樓行程開關X004得電，轎廂在二樓線圈M31得電，常開M31自保。轎廂在一樓、三樓行程開關X003、X005互鎖。（5）層樓位置顯示功能由于三菱FX2NPLC輸入輸出點數的限制，層樓位置顯示采用二進顯示方法。利用。利用LED七段顯示器的A、D、G三段發(fā)光二極管來顯示一至五樓層樓位置，如圖圖4-13 LED顯示層樓示意圖當轎廂到四樓，常開M33得電；或轎廂到五樓，常開M34得電，則LEDA段發(fā)光二極管線圈Y010得電。圖4-14 LED A段顯示功能梯形圖(6)馬達上行/下行、運行顯示