毕业设计（论文）电梯轿厢设计及PLC控制系统设计

1、成人教育学生毕业论文 汽车新材料的研究与应用 系部名称： 汽车工程系 专业班级： 交通运输 b02-2 班 学生姓名： 指导教师： 职 称： 副教授 黑龙江工程学院成人教育学院黑龙江工程学院成人教育学院 二七年六月哈尔滨 the graduation design for bachelors degree study on construction machinery hydraulic systems candidate：zhang xianfen specialty：construction machinery class：b02-2 supervisor：associate prof.

2、li chunxiang heilongjiang institute of technology 2006-06harbin 毕业设计（论文）任务书 题 目 一、设 计（论文） 内 容 打印文字用楷体小四号字（以下同） 二、设 计 （论文）要 求 三、设计完成后应提交的文件和图表 （一）计算说明部分 （二）图纸部分 四、设计进度分配及最后完成日期 五、主要参考资料 六、备 注 指 导 教 师 教研 室主任 教研 室地址 通讯联系 方式 固定指导 时间 固定指导 地点 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） i 摘 要 本文主要对电梯轿厢及 plc 控制系统进行设计。分析了电梯轿厢要求

3、实现的功能 要求和 plc 控制系统要求达到的标准，了解了电梯轿厢及 plc 控制系统的工作原理， 基本结构，系统组成及功能。本次研究主要是对客用电梯轿厢的设计及对 plc 控制系 统的研究。 电梯是一个简单的机电一体化产品，融合了红外技术，单片机，继电器，电机等 相关技术。其主要技术路线是通过 plc 系统控制，触发电机工作，通过控制电机的行 程来控制电梯的上下运动。 设计主要包括了电梯轿厢的结构，plc 控制系统设计。本文对设计中，轿厢的结 构图，装配图，零件图，都有详细的说明。 关键词关键词: :轿厢 plc 控制系统 继电器 单片机 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） ii

4、 abstract in this paper, i introduce the desgin of elevator car and plc control systems . analysis of the elevator car demands of the functional requirements and the plc control system requirements of the standard, understanding of the elevator car and plc control system works, the basic structure o

5、f the system components and functions. the study of the passenger elevator car on the design and plc control systems. elevator is a simple mechanical and electrical integration products and integration of infrared technology, scm, relays, electrical and other related technologies. the main routes th

6、rough the technology plc control system, triggering the electrical work, by controlling the motor trip to control the lift up and down movement. design includes the structure of the elevator car, plc control system design. in this paper, the design of the structure of the cabin, assembly, parts map,

7、 there have been detailed instructions. keywordskeywords：elevator car；plc control system；relay control；scm 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 目 录 摘 要.i abstract.ii 第 1 章 引言.1 1.1 设计的背景与意义.1 1.2 国内外的研究或设计开发情况.2 1.3 设计的性质和任务.3 第 2 章 电梯轿厢设计.3 2.1 基本概念 .3 2.1.1 轿厢 .3 2.1.2 轿底 .3 2.1.3 轿壁 .4 2.1.4 轿顶 .4 2.2 轿厢称重装置

8、.5 第 3 章 电梯的电气控制系统.5 3.1 电梯控制系统概述 .5 3.1.1 继电器-接触器控制系统 .6 3.1.2 半导体逻辑控制系统 .6 3.1.3 微机控制系统 .6 第 4 章 plc 在电梯电气控制系统中的应用.6 4.1 plc 的产生及发展.7 4.2 plc 控制的电气控制系统.8 4.3 plc 的硬件结构及其基本工作过程.9 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 第 5 章 plc 在电梯上的应用技术基础.10 5.1 概述 .10 5.2 plc 脉冲选层控制原理.10 5.2.1 电梯系统连接框图及信号传输说明 .10 5.2.2 利用脉冲计数实现

9、位移控制 .11 5.2.3 脉冲计数方式及防乱层措施 .12 5.3 脉冲计数软件设计 .13 5.3.1 各特殊继电器及数字寄存器的使用及说明 .13 5.3.2 井道层高自学习 .14 5.3.3 正常运行时的换速过程 .15 5.3.4 正常运行程序举例及说明 .16 第 6 章 设计总结.17 参考文献.19 致 谢.20 附 录.21 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 1 电梯轿厢及电梯轿厢及 plcplc 控制系统设计控制系统设计 第 1 章 引言 1.1 设计的背景与意义 电梯进入人们的生活已经 150 年了。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的 是历史的变迁，永恒不

10、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。 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 2600 年， 埃及人在建造金字塔时就使用了最

11、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。 奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那

12、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年来，电梯的材质由黑白到 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 2 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， 智

13、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；不同外形扇形、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。 1.2 国内外的研究或设计开发情况 电梯是机电一体化的高技术产品，目前国

14、产电梯的技术水平和产品质量都已进入世界 先进行列，但电梯运行中关人、夹人、蹲底、冲顶等事故时有发生，电梯的质量焦点反映 在运行可靠性上。电梯运行可靠性的提高一方面要通过改进设计、提高制造、安装质量来 解决，另一方面要依靠完善的维修保养体系和先进的信息管理系统来解决。由于电梯是一 种非常繁忙的运输工具，最繁忙时每小时起、制动达240次之多，电梯的运行部件（如层门 等）多，操作按钮多，乘坐人员素质差异很大，所以可靠性的提高更大程度上是依靠维修 保养。目前国际上电梯技术进步的侧重点已转向售后和物业服务，美国、口本、欧洲的电 梯公司都利用现代化的通讯手段和计算机技术开发了各自的电梯信息管理系统。把自己

15、负 责维修保养的电梯置于监控网络之中。当电梯出现故障时，能够在第一时间发现故障，并 在此瞬间既把故障情况自动通知信息管理系统，同时又立即呼叫专职维修人员来排除故 障。由于该系统能够储存电梯的日常运行数据和日常发生的故障记录，这就使得厂家和用 户对一段时间内特定电梯的运行情况有一个全面的了解。改革开放以来，我国电梯保有量 迅速增长，如何保证每台电梯都能够可靠运行，已成为提高物业管理水平和我国电梯技术 进步的关键所在。 据统计，我国在用电梯34.6多万台，每年还以约5万6万台的速度增长。电梯服务中 国已有100 多年历史，而我国在用电梯数量的快速增长却发生在改革开放以后，目前我国 电梯技术水平已与

16、世界同步。 100多年来，中国电梯行业的发展经历了以下几个阶段 ： 对进口电梯的销售、安装、维保阶段(19001949年)，这一阶段我国电梯拥有量仅 约1100多台； 独立自主，艰苦研制、生产阶段（19501979年），这一阶段我国共生产、安装电 梯约1万台； 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 3 建立三资企业，行业快速发展阶段（自1980年至今），这一阶段我国共生产、安装 电梯约40万台。目前，我国已成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国。 本课题根据实际生活中最常用的客梯轿厢及plc控制系统进行设计，总结经 验，尝试突 1.3 设计的性质和任务 近年来，我国自己已经能生

17、产出质量很高的电梯了，但是与发达国家电梯 生产厂家比起来还是有所不足，我国自己的电梯厂家与美国奥的斯、瑞士迅达、 芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等老牌电梯生产厂家之 间还是有一定的差距的，无论是从安全性，耐久性，舒适性等方面都存在着差 距。因此要通过对先进知识的学习，不断提高我国生产电梯的技术水平。 开展国产电梯轿厢安全舒适性及 plc 控制系统的研究工作。加强对电梯轿 厢及 plc 控制系统的理论方面的研究，改进其工艺参数，提高产品质量。加强 对电梯各方面的了解，提高硬件部分的质量和软件部分的稳定性，一方面要通 过对工人的生产技术的培训，另一方面技术人员要通过不断的学习先进

18、的知识， 不断完善自身的设计。 我国电梯行业已经存在了100多年。100多年来我国电梯业的技术人员通过 不断的对国外先进技术的学习使我国电梯业越来越壮大，与国外老牌电梯厂家 的差距也越来越小，生产的 电梯的种类也越来越多，安全高速稳定的电梯也渐渐进入人们的生活，而 人们生活对于电梯的需求也有增无减使电梯业有着广阔的发展前景。 第 2 章 电梯轿厢设计 2.1 基本概念 2.1.1 轿厢 一般电梯的轿厢由轿底，轿壁，轿顶，轿门等机件组成，轿厢出入口及内 部净高度至少为2m，轿厢的面积应按gb75882003的8.2条规定进行有效控制。 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 4 2.1.

19、2 轿底 轿底用 6-10 号槽钢和角钢按设计要求的尺寸焊接成框架，然后在框架 上铺设一层 3-4mm 厚的钢板或木板而成。一般货梯在框架上铺设的钢板多为花 纹钢板。普通客，医梯在框架上批社的多为普通平面无纹钢板，并在钢板上粘 贴一层塑料地板。高级客梯则在框架上铺设一层模板，然后在模板上铺放一块 地毯。 高级客梯的轿厢大多设计成活络轿厢，这种轿厢的轿底，轿顶与轿架之间 不用螺栓固定，在轿顶上通过四个滚轮限制轿厢在水平方向上作前后和左右摆 动。而轿底的结构比较复杂，需要一个用槽钢和角钢焊接的轿底框，这个轿底 框通过螺栓与轿架的立梁连接，框的四个角各设置一块 40-5-mm 厚，大小为 200mm

20、x200mm 左右的弹性橡胶垫。和一般轿底结构相似，与轿顶和轿壁紧固成 一体的轿底放置在轿底框的四块弹性橡垫上。由于这四块弹性橡胶垫的作用， 轿厢能随载荷的变化而上下移动。若在轿底装设一套机械和电气的检测装置， 就可以检测电梯的载荷情况。若把载荷情况转变为电信号送到电气控制系统， 就可以避免电梯在超载的情况下运行，减少事故发生。 2.1.3 轿壁 轿壁多采用厚度为 1.2-1.5mm 的薄钢板制成槽钢形式，壁板的两头分别焊 一根角钢做堵头。有的电梯轿壁上还设有安全门，必要时撤离轿厢内人员。轿 壁间以及轿壁与轿顶，轿底间多采用螺栓紧固成一体。壁板长度与低体的类别 及轿壁的结构形式有关，宽度一般不

21、大于 1000mm，为了提高轿壁板的机械强度， 减少电梯在运行过程中的噪声，在轿壁的背面点焊用薄板压成需要形状的加强 筋。大小不同的轿厢，用数量和宽度不等的轿壁板拼装而成。为了美观起见， 有的在各轿壁板之间还装有铝镶条，有的还在轿壁板面上贴一层防火塑料板， 并用 0.5mm 厚的不锈钢板包边，有的还在轿壁板上贴一层 0.3-0.5mm 厚，具有 图案或花纹的不锈钢薄板等等。对乘客电梯，轿壁上还装有扶手，整容镜等。 观光电梯轿壁可使用厚度不小于 10mm 的夹层玻璃，玻璃上应有供应商名称 或商标，玻璃形式和厚度的永久性标志。在距轿厢地板 1.1m 高度以下，若使用 玻璃做轿壁，则应在 0.9-1

22、.1m 的高度设一个扶手。这个扶手应牢固固定。 2.1.4 轿顶 轿顶的结构与轿壁相仿。轿顶装有照明灯，有的电梯还装有电风扇。除杂 物电梯外，有的电梯轿顶还设置安全窗，以便发生事故或故障时，司机或检修 人员上轿顶检修井道内的设备，必要时乘用人员还可以通过安全窗撤离轿厢。 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 5 由于检修人员经常上轿顶保养和检修电梯，为可确保电梯设备和维修人员 的安全，电梯轿顶应能承受三个带一般常用工具的检修人员的重量。 轿厢是乘用人员直接接触的电梯部件。因此，各电梯制造厂对轿厢的装潢 是比较重视的，特别是高级客梯的轿厢在装潢上更下功夫，除常在轿壁上贴各 种类别的装潢

23、材料外，还在轿厢地板上铺地毯，轿顶下面加装各种各样吊顶， 如青天白云，满天星吊顶等等，给人以豪华，舒适的感觉 2.2 轿厢称重装置 当轿厢载荷超重时电梯应不能启动运行，发出报警声，只有当轿厢中载荷 等于或小于额定载荷时电梯才能启动运行。完成载荷称重功能的装置为轿厢称 重装置，按工作原理一般有三类：机械式，橡胶块式，压力传感式。 它可以分为设在轿底下的机械称重装置和设在轿顶或机房的机械称重装置。 它利用磅秤原理，当轿厢受载荷后，连接块在重力作用下向下移动，当轿内重 量达到设定值时，轿底的下移使连接块上的开关碰块碰触微动开关，电梯控制 线路被切断。此时电梯不能起动，警报器响，超载灯亮。称量值可以通

24、过移动 秤砣和副砣来调节。 轿顶或机房机械式称重装置利用的是杠杆原理，称重装置与轿顶或机 房中绳头悬挂板结合在一起，维修保养比较方便，但由于钢丝绳及补偿绳的长 度变化，称重值必须修正。 第 3 章 电梯的电气控制系统 3.1 电梯控制系统概述 就一般集选控制系统而言，大致有以下几部分组成：轿内指令登记与消号， 厅外召唤登记与消号，安全保护线路，定向选层线路，启动线路，减速平层线 路，楼层指示线路，开关门控制线路，驱动回路控制线路，检修运行线路，消 防运行线路，主控回路等。这几部分共同构成电梯的控制系统，实现电梯的登 记，开关门，启动，运行，减速，平层等各种功能。 在电梯的电气自动控制系统中，逻

25、辑判断起着主要作用，而逻辑判定中， 逻辑运算的支配是十分重要的。电梯的电气自动控制系统必须启动各种控制信 号元件，如：接触器，继电器，发光指示器，电动机等。 从系统的实现方法来看，电梯的控制系统经历了继电器控制，可编程控制 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 6 （plc） ，单片机控制，多微机控制等多种形式，这些控制方式代表了不同时期 电梯控制系统的主流，并且随着大规模集成电路和计算机技术的发展而逐步推 成出新。 3.1.1 继电器-接触器控制系统 继电器电梯控制系统是我国20世纪80年代运用最广泛的一种电梯控制方式。 由这种控制方式实现的电梯控制逻辑线路具有简单，直接，易于理解

26、和掌握的 优点。但由于该类系统是由若干个继电器和接触器构成，使用一段时间后其触 点往往接触不良，所以电梯故障率较高；另一方面，众多的继电器，接触器动 作噪声较大，控制系统的能量消耗大，整个控制柜体积也很大；由于继电器， 接触器触点动作的时滞性，接点闭合缓慢，使其存在机械和电磁惯性的影响。 由于系统有上述诸多弊病，继电器-接触器系统仅仅应用于电梯速度和控制要求 不高的场合。 3.1.2 半导体逻辑控制系统 20世纪60年代末随半导体技术及其器件的发展和广泛应用，晶体二极 管，三极管等电子器件替代了继电器-接触器的有触点系统。这种控制技术避免 了上述继电器-接触器系统存在的缺点，因其没有接点的磨损

27、或接触不良问题， 也不存在使用寿命问题，其可靠性得到极大提高。特别是随着计算机技术在工 业控制系统中的广泛应用，由可编程控制器（plc） 取代继电器而工程的电梯控制系统开始大量涌现。通过可编程控制器可以 实现由继电器实现的逻辑控制功能，而最主要的是可编程控制器的“可编程功 能” ，当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，而不需要像继电器控制系 统那样接线。可编程控制器组成的电梯控制系统与继电器电梯控制系统相比， 可靠性提高，故障率下降，维修方便，噪声降低。 3.1.3 微机控制系统 随着大规模集成电路的出现和反站，尤其自20世纪70年代末和80年代初开始， 微机在各个领域内的广泛应用，国外电

28、梯制造商已成功地把微机技术应用于电 梯控制系统，并取得了相当惊人的成就。国内的几家电梯合资企业也相继推出 了一些不同的微机控制系统。因为微机在电梯中的应用不仅却带了大部分继电 器和选层器，而且整个系统更加可靠，灵活性进一步得到增强；可以方便地实 现电梯的集选功能，群控管理，故障指示，防捣乱功能等。用微机给定电梯速 度运行曲线，可以提高运行效率和改善乘坐舒适感。因此，目前越来越多的电 梯采用了微机控制技术，是今后发展的主要方向。 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 7 第 4 章 plc 在电梯电气控制系统中的应用 随着微型计算机的迅速发展与普及应用，微机技术在国防，工业，农业， 企

29、业管理，日常生活等各个领域被日益广泛的应用着，起着越来越重要的作用。 在工业控制方面，采用微机技术的可编程控制器（俗称plc，以下简称plc） ， plc是一种工业控制微机。在控制功能方面，由于plc与单板机或通用微机相比， 工作更稳定可靠，而且编程简单，使用方便，应用设计和调试周期可大大缩短， 加之又能在恶劣的工业环境下和强电一起工作，容易实现机电一体化，因此身 手人们的欢迎。我国自20世纪80年代末明令停止采用中间继电器作为电梯运行 过程管理控制作的主要器件后，近十几年来生产的数十万台电梯中，有多半采 用plc作为电梯运行管理控制装置。而且国内自20实际5080年代末生产的十多 万台电梯中

30、，又几乎全是继电器控制的，对这部分老式继电器控制电梯进行技 术升级换代改造时，又多采用plc取代中间过程管理控制继电器因此采用plc作 为运行管理控制的电梯数量很大。作为电梯的从业安装，维修人员，了解掌握 plc的结构原理和应用技术也十分必要的。 plc在我国的应用有着十余年的历史，而且日趋广泛。在电梯行业里，近十 多年来，更是以异常快的速度发展着。采用plc控制的各类电梯，由于plc的可 靠性高，易于掌握，维修方便，而倍受广大用户的欢迎。 4.1 plc 的产生及发展 （1）plc的定义 据有关资料介绍，国际电工委员会（iec）曾于1982年和1985年先后两次颁 布有关plc的标准，标准对

31、plc作如下定义： “可编程序控制器的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算，顺序控制， 定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式，模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于 与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的设计原则。 ” （2）plc的产生及其设计思想 据有关资料介绍，美国最大的汽车公司，美国通用汽车公司为适应汽 车不断更新换代，不断更新汽车自动生产线上专用设备的需要，与1986年曾设 想把具有“功能完备，灵活，通用”等优点的微机技术和具有“简单易懂，操 作方便，价格低廉”等优点的继电器系统结合起来。把微机的编程方法和程序 输入

32、方式加以简化，制成一种使那些不太熟悉计算机的工人，技术人员也能很 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 8 快地掌握，正确使用的新兴控制装置，并提出以下招标指标： 1）编程简单，并可在现场修改； 2）维护方便，最好是插件式； 3）可靠性高于继电器控制柜，体积小于继电器控制柜，价格可与继电器控 制柜竞争； 4）可将数据直接输入管理计算机； 5）输入可以是115v交流电，输出为115v，2a以上，可直接驱动电磁阀； 6）需扩展时，原有系统只需很少变动； 7）拥护存贮容量至少能扩展到4k。 美国数字设备公司（dec） ，按通用汽车公司的招标要求，于1969年试制成 功第一台新型控制装置，并

33、在通用汽车公司的自动生产线上试用成功。该新型 控制装置被定名为可编程序控制器，1980年美国汽车制造协会把可编程序控制 器命名为plc。 （3）plc的发展简况及其发展方向 1）plc的发展简况 早期的可编程序控制器，译名为可编程序逻辑器 （plc） ，它以准计算机的形式出现。在硬件结构上它简化了计算机的内部电路， 主要采用分立元件和中小规模集成电路可、结构和磁心存贮器。在接口电路上 作了适应工业控制要求的变化。在软件方面它简化了计算机的编程指令，并采 用面向拥护，接近自然语言的编程方式。 1975年以后，美国，日本，联邦的国等国家开始采用微处理器（cpu）作为 可编程序控制器的中央处理单元，

34、从而扩大了可编程序控制器的功能，提高了 可靠性，增加了灵活性，而且降低了成本。 我国70年代末已有几家研究所和企业开始引进plc生产技术，80年代初有个 别企业开始试生产。80年代末国内已有国营，合资的plc生产企业十余家，已具 有一定的产量和生产规模。 2）plc的发展方向 1980年美国plc年会上曾指出，plc正朝两个方向发展： 1.朝大型化，高功能化，分散型，多层分布式的工厂自动网络化方向发展。它 不但具有逻辑运算，计时，计数等功能。还具有数值运算，模拟调节，监控， 记录，显示，计算机借口，数据传送等功能。而且还能进行中断控制，只能控 制，过程控制，远程控制等等：2.朝简易，超小型方向

35、发展。以适应中小型， 分散，低要求的工业控制场合，以及单机控制和要求机电一体化的场合使用。 目前我国电梯行业使用的plc机，多采用原装进口的plc机，其功能都 比较丰富，用在电梯上存在资源浪费之处。 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 9 4.2 plc 控制的电气控制系统 plc机控制的电气控制系统，与继电器控制的电气控制系统比较，确有相同 之处。对于继电器控制系统，是通过国操纵元件输入的开关信息，直接推动继 电器和接触器等中间控制元件，按预定的逻辑控制程序动作（吸合或复位） ，达 到控制被控对象完成预定操作的目的。而plc机控制的电气控制系统，由于plc 机是一种专用微机，实现

36、中间逻辑程序控制的是微处理器和存储器之类的器件， 这些器件与继电器和接触器不同，操纵元件输入的电压，电流信号源，微机是 不能接受的，需先转换成微机能接受的低电平信号。同理，微机输出的低电平 信号，也需先转换成能推动输出设备的电压，电流信号。因此，继电器与plc机 控制的电气系统是不同的。 对不太熟悉微机的plc应用者，在开发应用和编程时，不必考虑plc机内部 的复杂结构，以及微处理器和存储器等是怎样工作的，只要把plc机看成其内部 具有许多类似继电器的“软继电器单元” ，按plc机使用说明书的提示和规定， 把指令程序通过编程器输入到plc机中去即可。 4.3 plc 的硬件结构及其基本工作过程

37、 cpu是plc的核心部件，事先编好的监控程序被固化在“rom”或 “eprom”存储器中。投入运行时，cpu对拥护程序作周期性循环扫描。一般是 自左而右，自上而下的扫描，并按顺序逐条解释拥护程序，逐条执行，先扫到 先解释先执行。 由于采用顺序扫描，解释，执行的工作方式，比较简单直观，既简化了程 序设计，又提高了plc机的运行可靠性。 cpu执行程序中的数据或信息，不是直接来自输入接口，而是来自“输入映 像寄存区” ，经cpu解释和执行后，再经“元件映像寄存区”输出。 plc的工作过程可分为输入采样，程序执行，输出刷新等三个阶段。在这三 个阶段中： 1）输入采样阶段 在输入采样阶段，cpu以扫

38、描方式顺序读入输入端子的 接通/断开（on/off）状态，并将此状态存入输入映像寄存器，然后转入执行状 态。在程序执行期间，在一个扫描周期内，即使输入状态发生变化，输入映像 寄存器的内容也不会改变，只能在下个扫描周期才被读入。 2）程序执行阶段 在程序执行阶段，cpu总是以先左后右，先上后下的顺 序，对每条程序指令进行扫描，并从输入映像寄存器所存放的内容，也随程序 的执行情况而变化。 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 10 3）输出刷新阶段 每个周期的程序指令执行完后，：元件映像寄存器“中 所有输出继电器的通/断状态，通过输出锁存电路，驱动输出线圈，晶体管开关， 交流可控硅开关等

39、器件，输出相应信号。 plc投入运行后，总是重复执行以上三个阶段构成的周期。每个扫描周期的 长短与程序指令语句的长短有关。不同类型plc机的程序语句和扫描周期都有一 定的限制，超过了cpu不能工作。高档的plc内存丰富功能强，工作过程较为复 杂，程序语句和扫描周期也有一定限制，否则cpu也不能工作。 第 5 章 plc 在电梯上的应用技术基础 5.1 概述 采用plc取代传统控制技术中的继电器应用到电梯产品上,虽然是近十多年 来的事.但是由于plc具有可靠性高,抗干扰能力强,无故障时间长等突出优点.因 此,自20世纪80年代末至90年代期间,国内非合资企业生产的电梯中,绝大多数采 用plc机作

40、为电梯运行过程管理控制装置.进入21世纪后,随着微机硬件生产和软 件应用技术的发展,国内开始出现采用微机取代plc机作为电梯运行过程管理控 制装置的趋势.但在可预见的时期内,plc机仍是国内不少电梯制造,改造企业选 用的电梯运行过程管理控制装置之一. 在国内电梯行业采用的plc机中,由于国产plc机的规格品种少,因此大多数 电梯制造,改造维修企业选用的plc机多为原装进口的.在进口的plc机中,日本产 或日本与国内企业合资生产的占多数.在原装进口的plc机中,在电梯行业内,采 用的plc机有日本立石公司,日本三菱公司,日本富士公司,的国和美国公司等生 产的系列plc机,种类规格很多. 电梯控制

41、系统主要由调速部分和逻辑控制部分构成。调速部分的性能对电 梯运行时乘客的舒适感有着重要作用，目前，大多选用高性能的变频器，利用 旋转编码器测量曳引电机转速，构成闭环矢量控制系统。通过对变频器参数的 合理设置，不仅使电梯在运行超速和缺相等方面具备了保护功能，而且使电梯 的起动、低速运行和停止更加平稳舒适。变频器自身的起动、停止和电机给定 速度选择则都有逻辑控制部分完成，因此，逻辑控制部分是电梯安全可靠运行 的关键。 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 11 5.2 plc 脉冲选层控制原理 5.2.1 电梯系统连接框图及信号传输说明 图5.1为采用富士nb2 plc控制的电梯系统结构

42、框图。拖动系统主要由三相 交流电源、变频器、交流接触器k 、k 和驱动电动机m 等几部分构成，与电动 机同轴联接的旋转编码器pg产生a、b两相输出脉冲，经pg卡进入变频器，形成 速度反馈。为使plc对变频器进行有效的速度闭环控制，plc与变频器之间还存 在如下的信号传输。1)plc发往变频器的控制信号，主要有：plc检测电梯门 联锁、安全回路和系统工作正常，允许变频器工作的信号； 电梯运行方向信 号(上行或下行)； 电梯运行速度信号(检修运行、单层运行、多层运行、爬 行等)； 电梯减速和平层停车信号。2)变频器反馈给plc的信号。主要有： 变频器正常工作状态(变频器无报警输出，允许plc控制其

43、运行)； 电梯有速 度信号；速度一致n (变频器上的速度指令与电动机实际运行速度相匹配)； 减速及停车状态。图5.2.1中，从变频器之分频器引入plc 之x000端子的计数 脉冲线即为高速计数器0的计数输入信号线，通过高速计数器0对井道高度的脉 冲计数，可实现对电梯的位移控制。 图5.1 plc控制电梯系统连接图 5.2.2 利用脉冲计数实现位移控制 传统电梯是利用在井道内装设若干个上下换速隔磁板实现对电梯减速 控制，这种方法不仅废工废料，而且各个隔磁板的安装距离不可避免地存在一 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 12 定误差，从而使电梯减速时必须有一定的爬行来保证平层精度，致使

44、电梯运行 效率低，能耗也较大。而采用脉冲计数控制方式则能较好地解决上述问题，它 通过变频器的pg卡对旋转编码器脉冲进行分频，而后输出与电机转速及电梯位 移成比例的脉冲数，并将其引入pi c的高速计数器0的输入端x000进行脉冲计数， 电梯层高h按式(1)转化成脉冲数 （5-1）shi/ 式中： 脉冲数；i 层高，mm；h 计数精度，mm脉冲。s 由式(2)计算s (5-2) )/( 21 pi ids 式中： 曳引轮节圆直径，mm；d 曳引减速箱减速比； 1 i 曳引比； 2 i 电动机每转脉冲数，它等于旋转编码p 器输出脉冲除以分频比。 假设=620 mm，旋转编码器输出脉冲为1024，分频

45、比d49 1 i1:1:1 2 i 为16，经计算得：=64脉冲转， =0.62 mm脉冲。若对应于电梯快车运行ps 的电动机转速为1460 rmin，则高速计数器0的输入脉冲频率为， =146o64/60=1557hz。(3)之所以要对旋转编码器的输出脉冲进行分60/npf 频，目的在于减少输入到高速计数器之x000口的计数脉冲频率厂，厂值必须小 于高速计数器的脉冲响应速度，否则将出现计数混乱，无法使用。对于富士nb2 系列之plc，由端子x000和x001构成的16位高速计数器0的脉冲响应速度为 5khz，因此经上述分频处理后完全满足要求。 5.2.3 脉冲计数方式及防乱层措施 1） 脉冲

46、计数方式 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 13 通过计算输入脉冲数检测电梯轿厢位置，可以有2种计数方式，即绝对 计数和相对计数。所谓绝对计数，就是采用绝对坐标累计所有楼层脉冲数。如 假设层高=2.8 m(对应脉冲数为28000.62=4516脉冲)，则从1层到2层的脉冲h 数为o4516，2层到3层的脉冲数为45169 032，依此类推。这一计数方式的 特点是各层的位置信号对应的脉冲数均不相同，且是唯一的，因此不会出现乱 层，但程序处理较麻烦。相对计数方式则是采用相对坐标进行计数，每次从平 层点开始计数到下一平层点，然后高速计数器复位，每一层均从该层层高对应 脉冲值开始计数(减

47、计数)。当高速计数器的累计值与设定值一致时即发出中断 信号，准备换速。这种计数方式的优点是每层换速点的脉冲设定值相同，程序 处理简单。 2）防乱层措施 采用相对计数方式，固然有许多优点，但会出现乱层现象，且乱层后无法 自校正。为此，在编程时可将程序中自学习时的层高脉冲数(如：12层，23 层，8943 .)同步转换为累计层高脉冲数(如12层，13层，并预置预警 脉冲数，每次平层开门前，将层显对应的累计层高脉冲数和实际运行的累计层 高脉冲数相比较，如果比较结果达到或超过预警脉冲数，则发生中断信号，电 梯自动返回基站进行校号，否则电梯就开门并正常运行。 5.3 脉冲计数软件设计 5.3.1 各特殊

48、继电器及数字寄存器的使用及说明 nb2 plc的x000与x001端子一旦被设定为高速计数器0，其内部继电器 m0320m0381 和数据寄存器d000d0017将被划为高速计数器专用，不能再作其它用途， 否则plc将出现致 命故障，引起严重后果。在本系统中，分别对它们进行了如下定义，具体 见表5.1。 表5.1 部分特殊继电器及数字寄存器的定义和使 继电器或 寄存器 代号定 义 及 使 用 m0320 高速计数器 up/dw 即加减算法选择继电器，在进行井道层 高自学习时采用 up 即加计数，正常运行时选择 dw 即减计数。 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 14 m0321

49、高速计数器复位继电器，在电梯正常运行情况下高速计数 器不复位。 m0322 高速计数器计数停止继电器，其动作条件与 m0323 相同， 在电梯正常运行状态下计数不停止。 m0323 高速计数器中断许可继电器，在电源离开门区且有运行信 号的情况下允许其中断，为减速作准备。 m0326 计数器设定值预设定继电器，由于采用了相对计数方式， 因此该继电器的动作条件为离开门区时的微分信号。 m0327 计数器现在值预设定继电器，在正常运行状态下，其动作 条件为运行信号及离开门区时的微分信号。 m0387 中断门删除继电器，当告诉计数器的累计值与设定值一致 时，如果中断允许（m0323 置 on） 。将发

50、生中断，下面即使电 梯减速平层后，中断指针 i1000 将持续起作用，此后有可能电梯 刚开始运行即进行减速，为防止出现该情况，应在电梯减速进 入门区或运行指令消失后及时将 m0387 置 on，使中断信号复 位。 d0000现在值寄存器，所存数据即为高速计数器的累计值。 d0008 设定值寄存器，可以采用人工设定，d008-减速距离/脉冲精 度，设减速距离为 1400mm，脉冲精度为 0.62mm/脉冲，到 d0008-2258，d0008 还可以采用程序自动设定，即根据楼层高 度自学习结果将下校号脉冲值进至 d0008 d0010 现在值预设定寄存器，该值在 plc 扫描过程中自动地转入 现

51、在值寄存器 d0000 中 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 15 5.3.2 井道层高自学习 层高自学习时，高速计数器设定为up(加计数)，每次从平层点开始计数到 下一平层点，此时将楼层高度值(d0000中累计的脉冲数)传送给对应的wl 存储 器，从下至上依次进行，直至上端站。 1）井道层高自学习步骤 轿顶、轿内检修开关置正常位置，控制柜检修开关置检修状态。 将电梯开至下端站，要求压断下限位，上门区开关x00c接通，下门区开 关断开，并保证上限位开关和上强迫减速开关都接通。 闭急停，同时按慢上和慢下按钮3 s，直至数显闪动，此时进入井道层 高自学习状态，控制柜及轿内有层楼指示，

52、而外呼盒无显示。 接通急停，电梯以检修速度上行，此时数显不闪动，碰压上强迫减速开 关后速度减半，改以寸动速度运行。 碰压上限位开关，电梯停止。 数显闪动，进行诊断。如果学习无误，数显3s后停止闪动，检修开关置 正常位置即可进行快车运行。 如果存在漏记或多记楼层数或层高测试脉冲有误(过大或过小)则数显一 直闪动，表明井道自学习失败。动作一下检修开关或急停按钮，即可使之复位。 待检查过井道并改正后即可重新进行自学习。 值得注意的是，当井道内或轿厢上的下述相关开关中的任一个位置发生移 动后，必须重新进行井道自学习。这些相关的开关器件分别是：平层感应器、 平层隔磁板、上下限位开关、上下强迫减速开关。

53、2） 井道自学习程序框图（见图5.2） 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 16 图5.2 井道自学习程序框图 5.3.3 正常运行时的换速过程 电梯正常运行时(高速计数器设定为dw减计数)，每到一平层位置，即取 出当前层高脉冲值，送到现在值寄存器中，然后执行减计数，当现在值寄存器 中的值与设定值(d0008的值)相等时，启动中断指针i1000，执行中断，若此时 对应的楼层有呼梯信号，则电梯减速，直至平层。图5.3为其程序框图。 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 17 图5.3 电梯正常运行时换速控制程序框图 5.3.4 正常运行程序举例及说明 图5.4为电梯从1楼平

54、层位置快速上行到2楼时的运行程序段，t017为自 学习正常运行选择信号，mo21o为运行信号，m00fi为门区信号，m8ooo为plc 运行正常信号，y033为上行信号，l0000为一楼位置信号，2nd和2sd分别为2楼 内召及外呼向上信号，m00fc为快速运行信号，m00eb为中间继电器，m00ab为换 速继电器。在plc初始上电时就已将设定脉冲值k2558赋给了设定值寄存器 d0008，因此运行时首先取出12层间的层高脉冲值wl010，赋给现在值预设定 寄存器d0010，并自动转入d0000，由于是正常运行，t017处于复位状态，m0320 置dw ，因此d0000执行减计数。随着电梯的不

55、断上行，d0000中的数值不断减少， 当d0000中的累计值与d0008中的设定值一致时，由于此时电梯有运行信号 (mo21o置on)并已离开一楼门区(m00f1复位)，因此中断允许继电器m0323置on状 态，允许启动中断指针i1000，执行中断，同时使中间继电器m00eb置on。这时 如果二楼有呼梯信号(2nd或2sd导通)且电梯快速运行信号m00fc置on，则使换速 继电器在m00ab置on 并自保，发出减速指令。电梯减速后继续运行到二楼门区 黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文） 18 时，中断闩删除继电器mo387导通，使中断指针复位，同时也使中间继电器 mooeb复位。 图

56、5.4 电梯快速运行梯形图 总的来说，采用可编程控制器之高速计数器的脉冲计数方式取代传统 井道中的换速隔磁板，实现对电梯的位置控制，不仅提高了运行效率，还提高 了平层精度，而且软件编程灵活，便于实现全数字化控制。采用上述方法进行 旧梯改造，经实践证明，系统硬件投入少，可靠性高，故障率低，运行效果良 好。 第 6 章 设计总结 这次电梯轿厢及plc控制系统设计使我受益匪浅，是对四年来大学学习的深 化和升华，是对我学习能力及实践能力的培养和检验。在方案的设计过程中， 我参阅了大量的资料，巩固了本学科的理论知识。特别是机电一体化的结合。 在此次设计中，不仅用到了机械设计的专业知识，还要用到控制 技术，单片机 通信技术等等。全面了锻炼我作为一个机电一体化专业毕业生对于软硬件 结合，机电一体化的认识。 此次设计基本上设计了大学几年来主干课程的知识，从设计构思到虚拟设 计，装配成形，从机械电子到机械制图，从控制硬件到软件编程，收