I 基于 PLC 的電梯控制系統設計 摘 要 本文介紹了電梯在七層建筑中的工作過程 ,PLC 控制系統的硬件及軟件，著重分析了電梯的自動平層、開關門、平層、層樓顯示等梯形圖的研究。隨著我國經濟的高速發展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發展，電梯技術的可靠性越來越高，已經進入了一個嶄新的時代，其應用越來越廣。電梯作為現代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關，隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速發展，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 ,用軟件實現對電梯運行的自動控 制，可靠性大大提高。控制系統結構簡單，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)應用于 7 層電梯進行邏輯控制，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周期。 系統中 PLC 是系統的核心，電梯的各種信號送到 PLC，然后又由 PLC 發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， PLC 根據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，到達目的層后，自動的平層、停車、開關門，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計。 采用 PLC 對電梯進行控制，通過合理的選擇和設計，提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達到了較為理想的控制效果。 關鍵詞： 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 關于電梯 . 2 1.1.1 電梯的起源與現狀 . 2 1.1.2 電梯的研究意義 . 3 1.1.3 電梯控制系統的分類 . 4 1.1.4 電梯的基本原理結構 . 5 1.1.5 電梯控制系統方案選擇 . 5 1.1.6 PLC 控制電梯的優點 . 9 1.1.7 控制系統設計方案的確定 .10 第 2 章 電梯 的電氣系統 .12 2.1 電力拖動系統 .12 2.1.1 轎廂的升降運動 .12 2.1.2 廳門及轎門的開關運動 .12 2.2 電梯的 PLC 控制系統 .13 第 3 章 控制系統的硬件設計 .14 3.1 控制系統的組成 .14 3.1.1 控制系統的主電路 .14 3.1.2 控制系統的控制電路 .14 3.2 I/O 點數的確定及 PLC 的選擇 .14 3.2.1 輸入設備的確 定 .14 3.2.2 輸出設備的確定 .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 控制系統的軟件設計 .19 4.1 編程思想 .19 4.2 功能實現流程 .20 4.3 開門和關門控制設計 .21 IV 4.4 樓層信號的產生 .22 4.5 外選層信號的產生與清除環節 .23 4.6 內選層信號的產生與清除環節 .25 4.7 電梯的定向 .26 4.8 停層信號產生環節 .28 4.9 停車制動及運行 .30 結 論 .32 謝 辭 .33 參考文獻 .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 控制系統的硬件及軟件，著重分析了電梯的自動平層、開關門、平層、層樓顯示等梯形圖的研究。隨著我國 經濟的高速發展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發展，電梯技術的可靠性越來越高，已經進入了一個嶄新的時代，其應用越來越廣。電梯作為現代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關，隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速發展，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 ,用軟件實現對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高?？刂葡到y結構簡單，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上，采用 PLC 對電梯進行控制，通過合理的選擇和設計，提高了電梯的控 制水平，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達到了較為理想的控制效果。 2 第 1 章 緒論 1.1 關于電梯 1.1.1 電梯的起源與現狀 據考證，我國遠在公元前 2000 年以前就已經發展并使用桔槔的人力升降設備。戰國時期有一種用于戰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計出一種有繩和鼓輪的升降機械。工業革命之后，人們相繼發明了蒸汽梯，水壓梯，以及后來發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 設計了以電動機為動力的升降機，這才出現了名副其實的電梯。 1892 年美國美國人亨利發明了用調節電動機勵磁場來調速的電動機。這時的電梯使用直流電動機驅動，用改變串接在電樞回路中的電阻值的方法來調節電梯的運行速度。后來發明了交流感應電動機，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 80 年代以來，微機在在各個領域內廣泛應用，國外電梯制造商已成功的把微機技術應用于電梯控制系統，并取得了相當驚人 的成績，國內幾家電梯企業也相繼推出一些不同的微機控制系統從而導致電梯群控系統的出現?？梢?，電梯自問世以來經歷了從單梯運行到雙梯并聯運行、再到電梯群控系統 電梯與人們的工作和生活息息相關，隨著社會的發展，建筑物規模越來越大，樓層越來越多，電梯用戶對電梯的調速精度、調速范圍等靜態和動態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重，電梯的舒適性與安全性是評定電梯質量的重要指標，因此電梯的安裝調試、性能測試、狀態監測就尤為重要。在電梯控制技術方面，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地位，繼電器器接觸器器采用固定接線的硬件實現控制邏輯，如果任務發生變化必須重新設計，改變硬件結構，這樣造成大量的時間和資金的浪費。此外使用的繼電器數量多，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。應用可編程控制器(PLC)取代繼電器控制邏輯實現閉環控制，可進一步提高電梯的性能和可靠性，并降低現場調試要求，是電梯控制技術的一大進步。 目前，國內七十、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雜，接點接線多，故障率較高。其曳引系統采 用直流調速系統或交流調壓調速系統，直流調速系統維護困難，交流調壓調速系統雖然維護方便，但屬于能型調速，效率低，調速性能指標較差，嚴重影響電梯運行質量。九十年代國內合資廠家生產的電梯以及進口電梯，采用變頻調速技術和計算機控制技術，利用軟件邏輯控制電梯運行，硬件明顯減少，但技術含量有了很大提高，電梯運行安全可靠 .少數效益好的電梯用戶，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進行改造，以節約資金。然而，電梯改造工作量大，利潤低，電梯生產廠家對此不予重視，把主要精力放在出售安裝新電梯。因此，對電梯控制技術進行研究，找出一條適合國產老式電梯的改造之路，并進而提高國產電梯的技術水平和質量 1.1.2 電梯的研究意義 隨著我國經濟的高速發展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發展，交流變頻調速技術已進入一個嶄新的時代，其應用越來越廣。而電梯作為現在高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關， 有了電梯，摩天大樓才得以崛起，現代城市才得以長高。 電梯已成為人類現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，電梯得到了快速發展，其拖動技術已經發展到了調頻調壓調速，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是最早的一種實現電梯控制的方法。但是，進入九十年代，隨著科學技術的發展和計算機技術的廣泛應用，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） 最早是根據順序邏輯控制的需求發展起來的，是專門為工業環境應用而設計的數字運算操作的電子裝置。鑒 于其種種優點，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速技術的發展，電梯的拖動方式已由原來的直流調速逐漸過渡到了交流變頻調速。因此， PLC 控制技術加變頻調速技術已成為現代電梯行業的一個熱點。本設計在已有通用變頻器的基礎上，采用 PLC 對電梯進行控制，通過合理的選擇和設計提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達了到較為理想的控制效果。 1.1.3 電梯控制系統的分類 （ 1） 繼電器控制系統 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。在復雜的繼電器控制系統中，故障的查找和排除是非常困難的，可能會花費大量時間，嚴重地影響生產。如果工藝要求發生變化，控制柜內的元件和接線需要做相應的變動，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?，繼電器控制系統的動作緩慢，壽命短，可靠性差，體積大，耗電多，設計制造周期長，程序修改費時，不能實現與計算機對話，現在已經被逐漸淘汰。 （ 2）計算機控制系統 小型計算機用于開關控制系統顯 然存在著“大馬拉小車”的情況，因為小型計算機的編程復雜，要求有較高水平的編程人員和操作人員；需要配套非標準的外部接口，對環境和現場條件的要求過高；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的發展趨勢。 （ 3） PLC 控制系統 可編程序控制器（ PLC）是以計算機技術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，近年來在工業生產中得到了廣泛的應用，被譽為當代工業自動化的主要支柱之一。它不僅能實現對開關量的邏輯控制，還具有數學運算、數據處理、運 動控制、模擬量 PID 控制、通信聯網等功能。在發達的工業化國家，可編程序控制器已經廣泛地應用在所有的工業部門，其應用已擴展到樓宇自動化、家庭 5 自動化、商業、公用事業、測試設備和農業等領域。用可編程序控制器結合變頻器控制電梯的運行，能使電梯平穩運行并準確停靠。應用可編程控制器 (PLC)取代繼電器控制邏輯實現閉環控制，可進一步提高電梯的性能和可靠性，并降低現場調試要求，是電梯控制技術的一大進步 1.1.4 電梯的基本原理結構 根據電梯工作的特點，電梯控制系統可分為調速部分和邏輯控制部分。調速部分的性能對電梯運行 時乘客的舒適感有著重要影響，調速部分選用可以選擇高性能的變頻器，利用旋轉編碼器測量曳引機電機轉速，構成閉環矢量控制系統，內環由變頻器本身構成電流閉環。通過對變頻器參數的合理設置，對超速、缺相等進行了有效的保護。變頻器的起動、停止、電機的給定速度選擇等，由邏輯部分進行控制，具有起動、停止平穩，低速特性好。節電效果明顯等突出優點，并可實現對電機轉速加速。度變化率 dt2 的有效控制，表現在電梯運行上為運行平穩、舒適感好。但是變頻調壓調速系統，價格比較按貴。簡單的交流調速系統，在速度為 1.5m/s 以下的中底速電梯中經 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鍵。邏輯控制部分選用高可靠性的 PLC，利用軟件邏輯進行邏輯控制。 電梯的種類很多，電梯按拖動系統來分有交流單速 /雙速拖動電梯、交流調壓調速電梯、直流發電機 電動機可控硅勵磁電梯、 VVVF 變頻調壓電梯等，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、開關門機構、曳引機構、控制系統等構成。 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 在曳引輪繩槽內產生摩擦力，這樣電動機一轉動就帶動曳引輪轉動，驅動鋼絲繩，拖動轎廂和對重作相對運動。 電梯自產生以來，就一直在不斷發展，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，轎車內指令，安全保護等指令信號進行管理。操縱是實行每個控制環節的方式和手段 。 6 1.1.5 電梯控制系統方案的選擇 電梯是高層建筑內部的重要設施之一，電梯的質量好壞在很大程度 上是由拖動系統和控制系統兩部分決定的。 電梯的拖動系統經歷了從簡單到復雜的過程。目前用于電梯的驅動系統主要有：單、雙速交流電動機拖動系統；交流電動機定子調壓、調速拖動系統；直流發電機 電動機、晶閘管勵磁拖動系統；晶閘管直接供電拖動系統； VVVF 變頻變壓調速拖動系統。 直流電動機具有調速性能好，調速范圍大的特點，因此很早就已應用于電梯，采用發電機 電動機組形式驅動，它控制的電梯速度達 4m/s，但是，機組結構體積大、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 系統在工業上早有應用，但用于電梯卻要解決舒適感（尤其是低速度段）問題，因此應用較晚，它幾乎與微機同時應用。比起直流發電機 電動機組形成的直流電梯，它有很多優點。如：機房占地節省 35%，重量減輕 40%，節能 25% 35%，世界上最高速的 10m/s 電梯就是采用這種系統，調速比達 1： 1200。 電梯是一種機電結合很緊密的大型工業產品，近年來發展十分迅速。目前電梯主要有 VVVF 變頻變壓交流調速電梯和 PLC 控制的交流雙速電梯。 1984 年，第一臺用變頻變壓（ VVVF）系統控制的電梯問世。它采用交流電動機驅動，卻可以達到 直流電動機的水平。目前速度已達 6m/s。它的體積小、重量輕、效率高，節省能源，幾乎包括了以往電梯的所有優點，已成為目前最新的電梯拖動系統。 交流單、雙速交流電動機拖動系統雖然具有舒適感較差（尤其反映在減速上）的缺點，但具有結構緊湊、維護簡單的特點，又采用開環控制方式，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確度，因而更增加了它的普遍適應性。況且現在國內的電梯產品和正在運行的電梯大多采用繼電器組成的控制系統，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。本設計是設計的交流雙速電梯，故采用的是雙速交流電動機拖動系統。 由于在 PLC 之前，所有的電梯都是用繼電器控制的。傳統的控制系統 7 由繼電器接觸控制邏輯組成。而繼電器系統的可靠性差，復雜的繼電器系統，其故障診斷與排除均非常困難，平均修復時間長，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的，使用的繼電器越多，反應速度越慢，還存在觸點動作時的抖動問題。為了保證控制的安全可靠，設置了許多復雜的連鎖 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計方法。因此，設計復雜的繼電器電路既困難又費時，設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，硬件設計、制作，而程序設計的工作量相當大，要求設計者具有較強的計算機領域的理論知識和實踐經驗。 工業控制機（簡稱工控機）也是為工業控制設計的。它有實時操作系統的支持，在要求快速、實時性強、功能復雜的領域中占有優勢，但其價格較高，將它用于開關量控制以取代繼 電器系統有些大材小用，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場應用環境設計的數字運算操作的電子系統，在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作指令，并通過數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過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于使工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。結構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，均采取了嚴密的措施，具有編程方法簡單易學、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，系統的設計、安裝、調試工作量小等優點，在工業控制領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 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術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有成百上千個內部繼電器、幾十到幾百個定時器和計數器、幾十個特殊用途繼電器，有 很強的功能，可以實現非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統相比，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備，也可以通過聯網通信，實現分散控制，集中管理。 （ 3）硬件配套齊全，用戶使用方便，實用性強 可編程序控制器產品已經標準化、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行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。可編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線?？删幊绦蚩刂破饔休^強的帶負載能力，可以直接驅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 傳統的繼電器控制系統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，因此容易出現故障。可編程序控制器用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，盡剩下與輸入和輸出有關的少量接線，一般為繼電器控制系統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、自恢復等，使之具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到 數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，可編程序控制器已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。 （ 5）系統的設計、安裝、調試工作量少 可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、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計法。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，設計梯形圖所花的時間比設計繼電器系統電路花的時間要少的多。 號的狀態可以觀察可編程序控制器上有關的發光二極管，調試好后將 9 可編 程序控制器安裝在現場統調。調試過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決，調試的時間比繼電器系統少的多。 （ 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?？删幊绦蚩刂破骰蛲獠康妮斎胙b置和執行機構發生故障時，可以根據可編程序控制器上的發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 對于復雜的控制系統，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于幾個繼電器的大小，因 此可將開關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，加上開關柜體積的縮小，可以節約大量的費用。電梯的運行是一個復雜的過程，為了實現安全、方便、舒適、高效和自動化運行，除了需要良好的拖動系統以外，還必須要有一套完善，可靠的控制系統。隨著科學技術的發展，各種危險計算機控制系統，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?？刂葡到y主要是對大量的輸入輸出開關量進行邏輯運算和處理。現在國內的電梯產品和正在運行 的電梯大多采用繼電器組成的控制系統，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越性受到了電梯生產廠家的青睞。近年來，國內有些電梯生產廠家利用可編程序控制器的優點，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行切換的方法進行加、減速控制，端站安全保護采用機械式強迫換速開關、限位開關及極限開關等方式。此種設計盡管能滿 足運轉需要，但在使用中可能出現接觸器觸點粘連、彈簧失效、觸頭不能復位、電器元件誤動作、開關機械損壞等故障時仍會發生“沖頂或蹲底”事故。防止發生此類故障，除了提高施工質量和元器件質量外，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，用程序實現端點保護，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 控制電梯的優點 （ 1）在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實現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，控制系統結構簡單，外部線路簡化。 （ 3） PLC 可實現各種復雜的控制系統，方便地增加或改變控制功能。 （ 4） PLC 可進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 控制系統設計方案的確定 系統設計的原理 電梯是由提升曳引系統、引導系統、安全裝置和電氣系統等組成。電氣系統又由控制系統、指示呼叫系統和電氣安全裝置等組成。故電梯設計時應對以下幾個組成部分進行考慮。 （ 1）控制系統 電氣控制系統是電梯的指揮系統，它控制轎廂按指令方向和電梯進行速度沿導軌往復升降運行。電氣控制系統包括：控制柜、操作盤、選層器、平層器、自動門機構、測速裝置等，隨自動化程度越高，而電梯的控制系統越復雜。 （ 2）指揮呼叫系統 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成了電梯的安全保護系統，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； 錯誤 !未找到引用源。 超載開關； 錯誤 !未找到引用源。 自動門防夾開關。 所要實現的功能介紹 （ 1）司機操作：由司機關門啟動電梯運行，由轎內指令按鈕選向，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指令與廳外召喚等各種信號集中進行綜合分析處理高度自動控制功能。 它對轎內指令、廳外召喚登記，停站延時自動關門啟動運行，同向逐一應答，自動平層自動開關門、順向截梯、自動換向服務。 （ 3）下行集選：只在下行時具有集選功能，因此廳外只設下行召喚按鈕，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，經濟等特點，舒適感也特別好。因此本課題設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，最后進入穩速運行。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 電氣控制系統是電梯的指揮系統 ,它控制轎廂按指令方向和電梯運行速度沿導軌往復升降運行 .電氣控制系統有由控制柜，操作盤、選層器、平層器、自動門機構、測速裝置等組件構成。電氣控制系統決定著電梯的性能和自動化程度。自動化程度越高，電梯控制系統越復雜。 電梯控制系統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，抱閘和相應的開關門電路及開門機組成。本課 題設計中電梯速度底于 1.5m/s，所以只能實現電機的正反轉即可，而不必考慮電機的機械特性。制動時為滿足準確停層的需要，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控制系統，還必須考慮含有電源、電壓、速度檢測電路和調節電路。信號控制電路與拖動的方式關系不大，主要與程序能夠實現的功能有直接的關系 。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 2.1.1 轎廂的升降運動 轎廂的運動由曳引電動機產生動力，經曳引傳動系統進行減速、改變運動形式（將旋轉運動改變為直線運動）來實現驅動，其功率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅動。為防止轎廂停止時由于重力而溜車，還必須裝設制動器（俗稱抱閘）。 2.1.2 轎門及廳門的開關運動 轎門及廳門的開與關則由開門電動機產生動力，經開門機構進行減速、改變運動形式來實現驅動，其驅動功率較?。ㄍǔＴ?200W 以下），是電梯 13 的輔助驅動。開門機一 般安裝在轎門上部，驅動轎門的開與關，而廳門則僅當轎廂停靠本層時由轎門的運動帶動廳門實現開或關。由于轎廂只有在轎門及所有的廳門都關好的情況下才可以運行，因此，沒有轎廂的樓層，其廳門應是關閉的。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，該廳門由自動關閉系統靠彈簧力或重錘的重力予以關閉。 2.2 電梯的 PLC 控制系統 電梯 PLC 控制系統與其他類型電梯系統一樣主要由信號控制和拖動控制系統兩大部分組成。下圖為電梯 PLC 控制系統的結構框圖。 圖 2-1 電梯控制系統圖 與繼 電器控制系統相比較 ,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出顯示信號 ,向主拖動和門電機控制系統發出控制信號 ,并即時接收來自門電機裝置及調速拖動控制裝置反饋來的信號。 14 第 3 章 控制系統的硬件設計 控制系統有主電路和控制電路兩部分組成 。 3.1 控制系統有主電路和控制電路兩部分組成 3.1.1 控制系統的主 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 控制系統的控制電路 控制電路的核心是 PLC。 PLC 根據輸入的內指令信號、召喚信號及各傳感信號產生控制電梯運行、提示等輸出信號。 3.2 I/O 點數的確定及 PLC 的選擇 由于樓層數量不同，所配電梯的規模就有差別， I/O 數量相差不大，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 輸入設備的確定 先考擦電梯轎廂內的操作。操作廂上應有各層的選層按鈕， 7 層共有 7個。應有開 關門按鈕，上行、下行限位，需 2 點輸入?？紤]到乘客安全，電梯在門未關好的情況下禁止啟動，對轎廂門及廳門的開關極限均應設極限開關，需 2 點輸入，再考慮井道與轎廂的關系。井道內每層都應設置感應器，以便感知轎廂當前所在層，每層設置一個，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，其它各層均設上下兩個召喚按鈕， 7 層共需 12 個輸入按鈕。經以上分析，可知共需 33 點開關量輸入端口。 15 3.2.2 輸出設備的確定 控制電梯的上行、下行（即電機正、反轉）需兩點輸出。開關門繼電器 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。經分析共需 32 點開關量輸出端口。 門廳及轎廂內部分輸入輸出見圖 4-1 圖 3-1 門廳及轎廂內部分輸入輸出圖 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 PLC 的 I/O 節點使用原則，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，程序內存 2000 多步，并配有相應的編程軟件 MEVOC，可通過手編對 PLC 進行編程，也可在 PC 機上進行編程、調試，電梯簡單的控制只有開關量輸入和輸出，對時間的響應要求也不高，只是輸入輸出點數選用 128 點的已經足夠。 所以不需要再配一塊 I/O 擴展 16 單元（如 FX 16EYR） 2。在某些場合也可結合編碼器和譯碼器節約 I/O點，從而可以選擇較少點數的 PLC，節約成本。 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 關門繼電器 Y001 SQ1 開門限位 X002 KM3 上行繼電器 Y002 SB2 關門按鈕 X003 KM4 下行繼電器 Y003 SQ2 關門限位 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 一樓內選 X026 L2 二層指示燈 Y021 S2 二樓內選 X027 L3 三層指示燈 Y022 S3 三樓內選 X028 L4 四層指示燈 Y023 S4 四樓內選 X029 L5 五層指示燈 Y024 17 S5 五樓內選 X030 L6 六層指示燈 Y025 S6 六樓內選 X031 L7 七層指示燈 Y026 S7 七樓內選 X032 Z1 一樓內指示 Y027 1SB1 一樓上行 X034 Z2 二樓內指示 Y028 2SB2 二樓上行 X035 Z3 三樓內指示 Y029 2SB2 二樓下行 X036 Z4 四樓內指示 Y030 3SB3 三樓上行 X037 Z5 五樓內指示 Y031 3SB3 三樓下行 X040 Z6 六樓內指示 Y032 4SB4 四樓上行 X041 Z7 七樓內指示 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 一樓感應器 X011 Z14 四樓下行燈 Y042 2KR 二樓感應器 X012 Z15 五樓上行燈 Y043 3KR 三樓感應器 X013 Z16 五樓下行燈 Y