智能电梯控制系统设计

1、湖南文理学院课程设计报告课程名称：自动化系统课程设计专业班级：自动化 11班 学号学生姓名：指导教师：完成时间：2014 年 11 月 20 日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期湖南文理学院制目录一、 设计题目.1二、 设计要求.1三、电梯控制系统控制系统设计作用与目的.1四、 所用设备及软件 .1五、 智能电梯控制系统设计控制系统设计方案.25.1系统总体设计 .25.2程序流程图 .3六、智能电梯控制系统的硬件设计.46.1电梯控制的要求 .46.1.1电梯轿厢的控制要求 .46.1.2电梯门的控制要求 .56.2主电路的设计 .56.2.1拖动电机电路的设计 .5七、智能电梯控制系统设计软

2、件设计.87.1PLC 单台电梯控制系统的工作流程.87.1.1控制面板 .97.1.2超重报警 .97.2PLC I/O 地址分配 .97.3总流程设计 .127.4各模块梯形图设计 .137.4.1电梯运行状态选择程序 .147.4.2楼层指令输入 .157.4.3电梯上下行判断程序 .167.4.4最近上行目标楼层确定程序 .187.4.5上行运行程序 .197.4.6最近下行目标楼层确定程序 .207.4.7下行运行程序 .217.4.8开关门程序 .22八、心得体会 .27参考文献 .28附录 程序 .29一、设计题目智能电梯控制系统设计二、设计要求利用 PLC 与变频器实现电梯的变

3、频调速控制， 该电梯控制系统具有同时呼梯控制、各楼层单独呼梯控制、上升、下降运行控制、轿厢位置显示等功能，电梯至少五层以上。三、电梯控制系统控制系统设计作用与目的随着我国经济的高速发展， 微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，电梯也已成为人类现代生活中广泛使用的运输工具。 随着人们对电梯运行的安全性、 舒适性等要求的提高， 电梯得到了快速发展， 其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC 代替原来的继电器控制。可编程控制器（ PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用最广泛的通用工业控制装置， 成为当代工业自动化的主要支柱之

4、一。电梯控制要求接入设备使用简便，对应系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过PLC 对程序设计，提高了电梯的控制水平， 并改善了电梯的电梯运行的舒适感。 本文争对以上优点，对电梯运行进行了改进，使其达到了比较理想的控制效果。四、所用设备及软件本设计除了需要计算机 , 实验设备 THPFSL-1/2 还会用到两款软件：作图软件 Altim Desinger 、编程软件 GX-developer 。简介如表 1 所示。表 1 软件简介软件或设备名称软件图标主要特点作用备注Altium Designer 是 PC环境下以独特设计管理和协作技术为核心的印制电

5、路板设计软件系是基于 Windows95/98/2000/NT绘制电路图Altium Designer的全 32 位 EDA设计系统。它主和 PCB板要采用了Smart Doc 技术、Smart Tool 技术、 Smart Team技术。11.GX Developer能够制作 Q系列， QnA系列， A 系列 ,FX 系列 的 数 据 , 能 够 转 换 成GPPQ,GPPA格式的文档。 2. 利GX-developer用 Windows 的优越性，使操作编写程序性飞跃上升能够将 Excel,Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。可直观地进行 PLC的基本指令练习、多个 PLC

6、实际应用的模拟及实物控制。装置配备的主可编程控制器实验机采用日本三菱FX 系列可编硬件调试装置（THPFSL-1/2）程控制器，配套SC-09 通信编程电缆、三相鼠笼异步电机，配套 SC-09 通信编程电缆、三相鼠笼异步电机等。五、 智能电梯控制系统设计控制系统设计方案5.1系统总体设计系统总体结构原理图液晶显示及主梯控制器RS485键盘控制器呼梯控制器 1络呼梯控制器 2网线总N呼梯控制器 MA呼梯控制器 NC轿厢控制器系统总体结构原理图2主控制器是整个电梯的核心。不但要保证整个系统的稳定运行，而且要在极短的时间内对系统所有的任务进行响应。其任务包括：接收、处理电梯的各种状态，并做出相应的动

7、作，控制电梯的总体运行，实施对电梯驱动部分的控制，包括抱闸的松放、门机的开关、变频器低、中、高速的给出等控制。 接收轿厢控制器送来的内选信号，执行内选外呼指令，向轿厢控制器、呼梯控制器发送楼层指示信号，实施安全保护等。为了实现电梯状态监控的需要，主控制器还加入了基于LCD 显示的电梯参数设置、监控系统。5.2 程序流程图模块式 PLC包括 CPU模块， I/O 模块，内存模块，电源模块，底板或机架。这些输中接入央口接处部口理件部单输件元出电 源 模 块图 1.1 PLC 结构框图2.系统工作原理采用循环扫描方式。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循

8、环扫描工作。当 PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段称作一个扫描周期。 在整个运行期间， PLC的 CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样阶段在输入采样阶段， PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。 输入采样结束后， 转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的3相应单元的状态和数据也不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号， 则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。用

9、户程序执行阶段在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 ( 梯形图 ) 。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态； 或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。输出刷新阶段当扫描用户程序结束后， PLC就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路， 再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是 P

10、LC的真正输出。六、智能电梯控制系统的硬件设计启动6.1电梯控制的要求电梯的主要任务是根据厢内外的控制指令，将电梯运行到指令楼层，同时，根据每个楼层的控制命令开、关门，以实现各个楼层的要求。主要工作步骤有：接收厢内 / 外指令，判断电梯上行还是下行，到达目的楼层前在其他楼层是否有开门指令，到达目的楼层后是否又有新的指令，根据这一新的指令再次判断是上行还是下行。如此循环，如果没有指令的话就停止在上一个指令的目的楼层。 其工作过程如右图 6-1 所示。6.1.1电梯轿厢的控制要求选向：根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿厢所在的楼曾位置决定电梯的运行方向。输入指令上行 /下行到达指定楼层停止图

11、 6-1电梯工作示意图选层换速：指电梯能够根据轿厢内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。并且在每次平层的时候都能够换速。4楼层位置的指示：选用发光二极管作为指示灯显示的方法。6.1.2 电梯门的控制要求当电梯平层的时候， 电梯门自动打开， 经过 2 秒钟后电梯门自动关上。 如果遇到有人在门中间的情况， 电梯会因为机械安全触板开关的作用而自动开门， 也可以手动控制开门和关门。为了避免乘客被正在关闭的门扇伤害，在门系统中大都设置安全检测系统，以检测关门时是否还有乘客从电梯门上通过。当轿厢门正在关闭时， 如果此时有乘客欲进、出入电梯轿厢( 包括乘客位于轿厢门前某段距离或乘客阻

12、挡轿厢门关闭 ) ，则轿厢门应该停止关闭，且重新打开。轿厢门打开则不必有此过程。目前的安全系统主要大都采用光电式装置 ( 如光敏元件 ) ，也有的采用电磁式装置。 在一些高性能的电梯系统中， 都设置了大厅内乘客检测装置， 确定乘客是否全部进入电梯。当乘客或物体仍在门检测区域内时， 电梯的门系统能自动延时关门， 确保乘客全部进入电梯。 目前主要采用光电装置和红外光幕保护装置来检测乘客或物体。有的门机系统还采用热敏电磁装置和图像采集系统检测乘客或物体， 由于受到性能和成本的限制，应用的并不多。6.2 主电路的设计电力拖动系统是电梯的动力来源， 它驱动电梯部件完成相应的运动。 在电梯中主要有如下两个

13、运动： 轿厢的升降运动， 轿门及厅门的开关运动。 轿厢的运动由曳引电动机产生动力， 经曳引传动系统进行减速、 改变运动形式 （将旋转运动改变为直线运动）来实现驱动，其功率在几千瓦到几十千瓦，是电梯的主驱动。轿门及厅门的开与关则由开门电动机产生动力， 经开门机构进行减速、 改变运动形式来实现驱动，其驱动功率较小（通常在 200W以下），是电梯的辅助驱动。6.2.1 拖动电机电路的设计电梯的电力拖动系统对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速起着控制作用。拖动系统的优势直接影响电梯的起动，制动加减速度， 平层精度， 乘坐的舒适性等指标。电梯的拖动系统经历了由简单到复杂的过程。 到目前为止应用于电梯的拖

14、动系统主要有： (1) 单、双速交流电动机拖动系统； (2) 交流电动机定子调压调速拖动系统； (3) 直流发电机 - 电动机可控硅励磁拖动系统； (4) 可控硅直接供电拖动系统； (5)VVVF 变频变压调速拖动系统。5交流电动机具有结构紧凑， 维修简单等特点。 单、双速交流电动机拖动系统采用开环方式控制，线路简单，价格较低，因此在电梯上广泛应用。交流双速电梯拖动电机控制主电路如图6-2 所示。电梯启动时，首先接通上行或下行的接触器（ KMs或 KMx），同时也接通快速接触器KMk，这样就接通了快速绕组，电梯快速启动。为了减小电梯启动的加速度，提高乘坐的舒适感，接触器KM2断开，将电抗接入电

15、路，当电动机的转速达到一定数值后，闭合接触器KM2将电抗短路，电动机逐步加速至额定转速， 电梯最后稳定运行。 当电梯需要减速时， 先断开快速接触器 KMK，闭合慢速接触器 KMM，此时接通了慢速绕组，电动机开始减速。为了降低在减速过程中的加速度， 接触器 KM1断开，电路中接入了电抗器， 在电动机的转速降到一定程度后， 将解除其 KM1闭合，将电抗器短路使电动机逐步减速至停止。L1L2L3QFKMsKMxKMmKMk电抗KM1KM2FRM3 图 6-2 拖动电机控制主电路图6.2.2 门电机电路的设计电梯门机拖动系统作为一个子系统， 相对整个电梯系统来说， 是不容忽视的。它是电梯系统中动作最频

16、繁， 也是直接面对乘客的部分。 因此在实际应用中需要一个运行安全可靠、性能稳定的电梯门机控制系统，其设计就显得尤为重要。门机拖动系统从电流型式上分为直流调速拖动和交流调速拖动两大类，在交6流调速拖动中，异步电动机门机调速拖动系统和同步电动机门机调速拖动系统已发展成为占有相当比例的两类调速拖动系统。门电机主电路如图6-3 所示，通过电动机的正反转来实现门的开关。L1L2L3QFKM2KM1FRM3图 6-3门电机主电路图7七、智能电梯控制系统设计软件设计7.1 PLC 单台电梯控制系统的工作流程电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制的， 在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基

17、础上，根据随机的输入信号， 以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。电梯控制系统工作流程如图7-1 所示。来自轿厢来自井道来自轿厢来自层面控制面板行程开关控制面板控制按钮控制信号层楼信号指令信号召唤信号置位置位层楼定位指令登记召唤登记显清显显清除示除示示自动定向运行控制（开/关门、上 /下行、停站）运行显示电动机驱动控制图 7-1 PLC单台电梯控制系统工作流程图电梯的控制系统实现如下功能：1)行车方向由内选信号决定，顺向优先执行；2)行车途中如遇呼梯信号时，顺向截车，反向不截车；3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能，执行后解除；84)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示；5

18、)停层时可延时自动开门、 手动开门、 (关门过程中 )本层顺向呼梯开门；6)有内选信号时延时自动关门，关门后延时自动行车；7)无内选时延时 2s 自动关门，但不能自动行车；8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门，开门不能行车。7.1.1 控制面板在电梯控制系统的工作流程图中， 控制面板包括两个部分： 一部分安置于电梯厢内，用于乘客选择所要到的楼层；另一部分置于每个楼层，用于呼叫电梯，如右图7-2 所示。在图 7-2 所示的面板示意图中，每个楼层的控制按钮只有两个按键，即上行键和下行键，以及相关的显示单元，在底楼只有一个上行键，在顶楼只有一个下行键；在电梯厢内有楼层按键和开关门按键，以及相关显示单

19、元。图 7-2电梯控制系统面板示意图7.1.2 超重报警在电梯运行过程中，需要时刻测量电梯厢内的重量， 以防止超过最大载重量，造成安全事故，为此使用了传感器。通过不断地调试将传感器安装在适当的位置，使其能准确地判断出厢内重量是否超标，从而达到保护电梯安全运行的目的。如果厢内重量超过标准，则无法关门，电梯无法上/ 下运行。超重报警采用声光报警，选用既可发出闪烁信号，又可发出蜂鸣声的指示灯。7.2 PLC I/O 地址分配五层电梯控制系统的I/O 地址分配如以下表格所示。输入地址输入设备输入地址输入设备I0.0运行 / 维修按钮I1.7楼层 4下层限位器I0.1楼层 1 上行按钮I2.0楼层 5下

20、层限位器I0.2楼层 2 上行按钮I2.1上平层限位器I0.3楼层 2 下行按钮I2.2门区限位器9I0.4楼层 3 上行按钮I2.3下平层限位器I0.5楼层 3 下行按钮I2.4开门到位限位器I0.6楼层 4 上行按钮I2.5关门到位限位器I0.7楼层 4 下行按钮I2.6楼层 1选择按钮I1.0楼层 5 下行按钮I2.7楼层 2选择按钮I1.1楼层 1 上层限位器I3.0楼层 3选择按钮I1.2楼层 2 上层限位器I3.1楼层 4选择按钮I1.3楼层 2 下层限位器I3.2楼层 5选择按钮I1.4楼层 3 上层限位器I3.3开门按钮I1.5楼层 3 下层限位器I3.4关门按钮I1.6楼层

21、4 上层限位器表 7-1数字量输入部分输入地址输入设备AIW0压力传感器表 7-2模拟量输入部分输出地址输出设备输出地址输出设备Q0.0上行继电器Q1.0楼层 5 指示灯Q0.1下行继电器Q1.1上行指示灯Q0.2快速运行继电器Q1.2下行指示灯Q0.3慢速运行继电器Q1.3厢体开门Q0.4楼层 1 指示灯Q1.4厢体关门Q0.5楼层 2 指示灯Q1.5抱闸停止Q0.6楼层 3 指示灯Q1.6超重报警Q0.7楼层 4 指示灯表 7-3数字量输出部分PLC的外部接线图如下图7-3 所示。10图 7-3五层电梯控制的I/O 接线图117.3总流程设计根据控制系统的功能要求， 交流双速电梯工作时主要

22、可分为两个部分： 一是维修状态；二是正常运行状态。在旋钮置于维修状态时， 不论电梯处于任何位置， 都将直接运行到楼层底部，忽略用户的其它指令。其工作流程如图 5-1 所示。至于正常运行状态时， 可根据电梯内外及各个楼层之间的用户指令， 以及电梯现在所处的位置， 自动判断电梯的运行方向， 根据 PLC接收到的其它外围设备的控制信号，完成用户的控制要求运行至指定的楼层。 交流双速电梯控制系统流程图如 7-3-1 所示图 7-3-1维修状态流程图12图 7-3-2交流双速电梯控制系统流程图7.4 各模块梯形图设计根据上述流程图， 采用模块化的程序设计， 为了便于程序设计， 以及程序修改和完善，简历如

23、表7-4-1 所示的元件设置表。元件意义内容备注M0.0维修状态标志on 有效M0.1正常运行标志on 有效M0.2上行运行标志on 有效M0.3下行运行标志on 有效M0.4开门完成标志on 有效M0.5关门完成标志on 有效M0.6楼层到达标志on 有效M0.7快速运行标志on 有效M1.0慢速运行标志on 有效M1.1抱闸停车标志on 有效M1.2开门启动标志on 有效M1.3关门启动标志on 有效13M1.4速度切换标志on 有效M1.5超重报警标志on 有效M2.0上行复位楼层1 寄存器on 有效M2.1上行复位楼层2 寄存器on 有效M2.2下行复位楼层2 寄存器on 有效M2.3

24、上行复位楼层3 寄存器on 有效M2.4下行复位楼层3 寄存器on 有效M2.5上行复位楼层4 寄存器on 有效M2.6下行复位楼层4 寄存器on 有效M2.7下行复位楼层5 寄存器on 有效VB0电梯现所在楼层寄存器VB1厢内楼层1 寄存器VB2厢内楼层2 寄存器VB3厢内楼层3 寄存器VB4厢内楼层4 寄存器VB5厢内楼层5 寄存器VB6楼层 1 上行寄存器VB7楼层 2 上行寄存器VB10楼层 2 下行寄存器VB11楼层 3 上行寄存器VB12楼层 3 下行寄存器VB13楼层 4 上行寄存器VB14楼层 4 下行寄存器VB15楼层 5 下行寄存器VB16目标楼层寄存器VW100传感器返回

25、值VW102重量标准值T37关门延时定时器202sT38开门延时定时器101s表 7-4-1元件设置7.4.1 电梯运行状态选择程序旋钮的默认开关状态为I0.0,在断开时中间继电器M0.0 闭合，不论电梯处于什么位置，电梯都直接下行到底层， 如果电梯就在底层， 则闸门上的限位器传送信号到 PLC 中，表示电梯已到达目标位置，延时一段时间后，闸门开启进行维修维护工作，其维修状态时的梯形图程序如图7-4-1 所示。14图 7-4-1维修状态时梯形图程序7.4.2楼层指令输入在正常运行状态时，接收每个楼层的上行 / 下行指令和厢内控制按钮的指令。在此程序中，先将收到的楼层指令存储到对应的寄存器中，然

26、后电梯以此为目标在楼层间运行， 如果在运行过程中， 有其他楼层的按钮被按下，则经过 PLC的运算，按照输入的指令停止在指定的楼层上，在楼层指令输入梯形图程序如图7-4-2 所示。15图 7-4-2楼层指令输入梯形图程序7.4.3 电梯上下行判断程序如果电梯处于底层或者顶层，则运行时只有一个方向； 上行或者下行。 如果停留在中间任何一层，就需要通过PLC 的运行将电梯现在所在的楼层和输入指令的楼层进行比较，然后输出上行还是下行的指令，电梯上下行判断程序如图7-4-3 所示。16图 7-4-3电梯上下行判断程序（1）17图 7-4-3电梯上下行判断程序（2）7.4.4最近上行目标楼层确定程序当电梯

27、已经接收到目标楼层指令，且正在开始移动， 还没到达到目标楼层之前，例如，正在 1 层开始运动，有人在2 层按下了上行的按钮，则电梯的最近上行目标楼层应立刻更显为2，而如果此时 1 层按下上行按钮，则不会影响电梯上行的运动状态，最近上行目标楼层确定程序如图7-4-4 所示。18图 7-4-4最近上行目标楼层确定程序7.4.5上行运行程序在确定了最近的目标楼层后， 由 PLC输出的指令控制电梯向上运动，接近目标楼层后，通过目标楼层的下层限位器输入的信号，输入到 PLC中，然后调用速度切换程序，上行运行程序如图7-4-5 所示19图 7-4-5 上行运行定程序7.4.6最近下行目标楼层确定程序当电梯

28、接收目标楼层指令， 且正在向下开始移动， 在还没到达目标楼层之前，例如，正在从 3 层开始运动， 有人在 2 层按下了下行的按钮， 则电梯的最近下行目标楼层应立刻更改为 2，而如果此时在 3 层按下行按钮，则不会影响电梯下行的运行状态，其程序如图 7-4-6 所示。每个扫描周期 PLC都检测厢内和每个楼层的按钮状态， 若有按钮被按下， 且所在楼层低于之前的目标楼层， 则更改目标楼层数。20图 7-4-6 最近下行目标楼层确定程序7.4.7下行运行程序在确定了最近的目标楼层后， 由 PLC输出的指令控制电梯向下运动，接近目标楼层后，通过目标楼层的上层限位器输入的信号，输入到 PLC中，然后调用速

29、度切换程序，其程序如图7-4-7 所示。21图 7-4-7下行运行程序7.4.8开关门程序在电梯运行过程中， 即使按下开门的按钮， 电梯也不会打开； 同样如果电梯门没有完全关闭，电梯不进行上下运行， 为此保证乘客的安全， 其程序如图 7-4-8和图 7-4-9 所示。图 7-4-8 开门程序22图 7-4-9 关门程序7.4.9换速程序为了保证电梯运行的快速稳定，而且能提供给乘客一个舒适的乘坐环境，该控制系统采用双速运行方式。在电梯启动阶段， 速度较低， 然后增加到快速运行阶段，既能较快地到达目标楼层，也不会产生较强的不舒适感。电梯的切换程序如图 7-4-10 所示。23图 7-4-10换速程

30、序7.4.10门定位程序利用限位器对电梯门进行定位，并对所在楼层的寄存器进行复位处理，其程序如图 7-4-11 所示。2425图 7-4-11 门定位程序7.4.11超重报警程序在电梯运行过程中， 尤其是在乘客进入的时候， 需要不断采集电梯厢内的重量，以防止超过最大重量，造成安全事故，其程序如图7-4-12 所示。图 7-4-12超重报警程序26八、心得体会三周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情， 如何去做一件事情， 又如何完成一件事情。 在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练， 着是我们迈向社会， 从事职业工作前一个必不少的过程 ”千里之行始于足下”， 通过这次课程设计， 我深深体会到这句千古名言的真正含义 我今天认真的进行课程设计， 学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础通过这次嵌入式课程设计， 本人在多方面都有所提高。 通过这次嵌入式课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行