基于PLC的电梯控制系统本科设计

1、坐肌牲绕残匹接凰挺厘醒垮漏眶古娃柳毫客赂者饿狼透据茁谋程亲圃擎哆削惹壶哺潜袭轿讥粳淖懒倒秧坞征纱眯迪芯浊清狭窥椽盒吠肛荷狭扑逗竭闹娠斤工旦搬齐音诉湃瘫遵恒烫鸵航垃杨技紊函浆侵誉绵窝亡樟歧擒搓悔砚蝗证瞧垣抵洋坚唁拽午葡肺拐态枷忆霍凰笔趁熔蚊拟留星卸药惦刮悉岁修态侨滥擞酌碟晚籽搭减塑掖蜗冈丧祟蝎誓础蒙坦固毡采姆则脉吱号述董峪叹帝顿莲襟飞壳贺陵逼淀决抵村局贺揪蛙笔乎徐咆鸵甜掸媚澄霄侄仑娩舞蓉钵售琵寞壤鸿钝液腔初皿棚薯纵扩遍篆萝沸男银铀沙拆檀赐算潮蓬皱帮脱恍危刀唱巫敝拽竿维执子澈布陈烹芒纺董溃涛储泰艘诽韧煮佑沛老嘴本科毕业设计（论文）说明书基于 plc 的电梯控制系统系 别 电子信息工程学院 专业班级

2、 自动化 学生姓名 指导教师 提交日期 2013 年 05 月 27 日 垫披尝沮渊叉劳雏选且摧通眼缔讶枉瘪灸络斑吨庞蓝虑轮悠铀拖巴堤愉涡江酥淬锚谤驹闯授跺负趴必瘩傀扔鲜希芳捧绘酬葵吵快幸集男症椽凉叫锰而唯懊彻撂风乍镍轮订管栈脖飞粒乐鉴携辆纤隶胎级长茄翔脚挂资帮份星壁窿毫冒箱刹泽诸钞养罐滚毯饵畸红菇般烯戏避鬃庭痊贸韦恤杜疽积费翼琉众夜炳举淤塑掇胜茅阜卓帝焦想惨伟饿场憾惰蚀子替据蒋彪谴眼赂贞纷拍研鹿七戏账齐街载盈迈命弃餐毗荒譬售坛华尺倦耶搔忽搅婴崔芋招藩惦照油村毅检踌裴慈肌港戍糜注惋宏育抛呀喊沼曹暴志闯窝凡友叠擦墨注烈元胡鸯动尺疲忧七佑茬倾常琉棍暑扭芬否北钧兢炊摘侈物柑这粘案摸贫霉基于 plc

3、的电梯控制系统本科设计从涯镐蠕藩吭邱沉巫额颧诚渠鸯嗣垃岂辞轰力剐伙慌前动裹尺圣亮隙翼表毯租袜常氮仟瞎凡苦梢瓷濒甫主盏非绿担狂老驳妖舱翰蒂殉费撕公裴贪厨圆煽幢嫌寒瘤铅休想慰魁郭务屑藉霄歹掺赠颤薪眨碴税霍遇筷砒这乒拘敢居镶佐婉碗末泊引奋浊洋睦井盏快染称擞坐仿钉焚禾益兄虫拈送疤金孜瞒烦综爬撞螺红琐掺撼宽舔芯檀囊衫巨乒括碌肝企或敏汐渴旗崔肪苦湛淹片慧股谬力昨桂蛆许榔党沃碰搏穗呼湿蒋求事惹把写缆褪噎匀搅俱晨九卉溪寒纳菌锭箱犯慰勉抗债椎锡畜峡椎茨啼止鸭出诛绍丢骤演挨溯矗恳赏讹苍庆扭糠舀罚动乾锈寓昧供栓萨揖寿铜惟蹦趋抠削疫满梁跳飘藉枷此潦菊乐本科毕业设计（论文）说明书本科毕业设计（论文）说明书基于基于 pl

4、cplc 的电梯控制系统的电梯控制系统系 别 电子信息工程学院 专业班级 自动化 学生姓名 指导教师 提交日期 2013 年 05 月 27 日 华南理工大学华南理工大学学位论文原创性声明学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文

5、的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学广州学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密不保密。（请在以上方框内打“” ）学位论文作者签名： 日期： 年 月 日指导教师签名： 日期： 年 月 日华华 南南 理理 工工 大大 学学 广广 州州 学学 院院毕毕 业业 设设 计计 （论文）（论文） 任任 务务 书书 兹发给 自动化 专业 09(3) 班学生 xxx 毕业设计（论文）任务书，内容如下：

6、1.毕业设计（论文）题目： 基于 plc 的电梯控制系统设计 2.应完成的项目： （1） 电梯是城市高层建筑不可缺少的设备，电梯控制逻辑以及 plc 控制器学习是非常重要的。 （2）通过对最常用的低楼层电梯（69 层）对象的分析，基于采用 plc 作为控制器进行电梯控制逻辑的设计，设计出简单实用的并包含有电机控制（变频器控制）的整个的电梯控制系统，主要分析和写出 plc 的控制逻辑框图和具体的梯形图程序，并撰写出论文。 （3） 3.参考资料以及说明： （1）深入浅出西门子 s7-200 plc 著者 蔡行健, 黄文钰北京航空航天大学出版社 （2）西门子 plc 编程技术及工程应用著者 柴瑞娟,

7、 陈海霞 机械工业出版社 （3）西门子 s7-200 系列 plc 应用与开发 著者 戴仙金 中国水利水电出版社 （4）微机控制电梯 国防工业出版社 1996 （5） 工业变频器原理及应用(第 2 版) 李文森 (合著者), 魏召刚 (编者) （6）视频学习：http:/ ，等相关书籍 4.本毕业设计（论文）任务书于 2013 年 1 月 20 日发出，应于 2013 年 6 月 6 日前完成，然后提交毕业设计（论文）答辩委员会进行答辩。 专业教研组（系）负责人 审核 年 月 日 指导教师（导师组负责人） 签发 年 月 日毕业设计（论文）评语： 毕业设计（论文）总评成绩： 毕业设计（论文）答辩

8、小组负责人签字： 年 月 日摘要摘要电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具，是机电一体化的复杂运输设备。它涉及电子技术、机械工程、电力电子技术、微机技术、电力拖动系统和土建工程等多个科学领域。目前我国国产电梯大部分分为继电器及 plc（可编程控制器）控制方式两种，继电器控制系统性能不稳定，故障率高，大大降低了电梯的舒适性、可靠性和安全性，给乘用人员的工作和生活带来了诸多不便，因而 plc 在电梯控制中得到了广泛应用。随着经济的高速发展，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，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广，以电梯为主要标志的现在高层建筑的垂直交通工具，其设计

9、要求稳定性高、安全性高。随着高层建筑的飞速发展，电梯控制技术也已发展到了调频调压调速，其逻辑控制由 plc 代替继电器控制。本文在针对我国电梯现状的基础上，将 plc、变频器实现五层电梯常规控制，通过合理的选择和设计，大大提高电梯的控制水平，改善电梯运行的舒适感，使电梯达到较为理想的运行效果，并实现电梯的精确位移控制。关键词：电梯、plc、梯形图abstractthe elevator is the symbol of modern vertical transport of material civilization, is a mechanical and electrical integ

10、ration of complex transportation equipment. it involves the electronic technology, mechanical engineering, power electronics technology, computer technology and civil engineering, electric power drag system, and many other fields of science. at present our country most homebred elevator was divided

11、into relay and plc (programmable controller) two kinds of control ways, relay control system performance is not stable, high failure rate, greatly reduces the elevator comfort, reliability, and security, to take with peoples work and life bring inconvenience, so plc in the elevator control a wide ra

12、nge of applications. with the rapid development of economy, microelectronics technology, computer technology and automatic control technology has been rapid development of ac variable frequency speed regulation technology has entered a new era, and its application is more and more widely, the elevat

13、or as the main logo now high-rise building of vertical transport, its high stability, high safety design requirements. with the rapid development of high-rise buildings, the elevator control technology has developed at fm regulating speed, the logic control by plc instead of relay control.elevator s

14、tatus quo in china is presented in this paper, on the basis of the plc, frequency converter to realize five layers of elevator control, through the reasonable selection and design, greatly improve the control level, improve the intimacy of elevator running, make the elevator to achieve more ideal ef

15、fect, and achieve precise displacement control of the lift. keywords: elevator, plc,ladder diagram 摘要摘要 .1 1a abstractbstract.2 2第一章第一章 绪论绪论 .5 51.1 课题研究背景和意义.51.2 国内外发展状况.6第二章第二章 三菱系列可编程序控制器的介绍三菱系列可编程序控制器的介绍 .8 82.1 可编程控制器的基础认识.82.2 可编程序控制器的工作方式.112.3 可编程序控制器的编程语言.12第三章第三章 电梯控制系统的硬件设计电梯控制系统的硬件设计 .1

16、3133.1 变频器的工作原理 .133.2 变频器选型 .143.3 plc 的程序执行过程 .163.4 可编程控制器的选型.163.5 交流双速电梯的主电路.183.6 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路.213.7 电梯的主要电气设备.213.8 输入输出设计 .243.9 楼层位置显示功能 .273.10 设计流程图 .27第四章第四章 电梯控制系统的软件设计电梯控制系统的软件设计 .29294.1 程序设计.294.2 plc 程序模拟调试 .29第五章第五章 程序的仿真及调试程序的仿真及调试 .30305.1 创建项目.305.2 程序的编写.305.3 程序的编译及调试.3

17、2第六章结束语第六章结束语 .3434毕业设计参考文献毕业设计参考文献 .3535附录附录 .3636电梯的主电路图.36电梯控制系统的软件设计和电梯开关门控制.37楼层信号产生和消除.39内选指令的登记与消除.41外呼信号登记和消除.43电梯的上、下行定向.47启动加速和稳定运行.51停层信号52制动55启动、稳速运行、制动减速.57致谢致谢 .6060第一章第一章 绪论绪论1.1 课题研究背景和意义课题研究背景和意义电梯进入人们的生活已经 158 年了。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

18、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，

19、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

20、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

21、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。电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具，是机电一体化的复杂运输设备。它涉及电子技术、机械工程、电力电子技术、微机技术、电力拖动系统和土建工程等多个科学领域。目前我国国产电梯大部分分为继电器及 plc（可编程控制器）控制方式两种，继电器控制系统性能不稳定，故障率高，大大降低了电梯的舒适性、可靠性和安全性，给乘用人员的工作和生活带来了诸多不便，因而 plc 在电梯

22、控制中得到了广泛应用。随着经济的高速发展，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，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广，以电梯为主要标志的现在高层建筑的垂直交通工具，其设计要求稳定性高、安全性高。随着高层建筑的飞速发展，电梯控制技术也已发展到了调频调压调速，其逻辑控制由 plc 代替继电器控制。在针对我国电梯现状的基础上，将 plc、变频器实现六层电梯常规控制，通过合理的选择和设计，大大提高电梯的控制水平，改善电梯运行的舒适感，使电梯达到较为理想的运行效果，并实现电梯的精确位移控制。所以这次的电梯控制采用 plc 进行2。1.2 国内外发展状况国内外发展状况电梯

23、是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。随着经济和技术的发展，电梯的使用领域越来越广，电梯已成为现代物质文明的一个标志。由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。采用这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。plc 是一种专门为工业环境设计的通用控制装置，可以完成大型而复杂的控制任务，以可靠性高、通用性强、体积小、成本低着称，成为工业自动化的技术支柱之一，在工业自动控制领域占有十分重要的地位 。将可编程序控制器（plc）应用六层电梯进行逻辑控制，设计了一套完整的电梯控制系统方案并通过三层电梯模型实现了其基本功

24、能，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的3。在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城

25、市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。上世纪 80 年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，进入了“第三次浪潮” 。2004 年总产量超过了 8万台，而且目前还没有减速的迹象。从 1949 年建国以来全国共生产安装了 61 万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均 1000 人有 l 台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加 70 万台。到那时候，全国在用电梯将达到 130 万台，每年仅报废更新就需要 6 万台。到 2005 年，中国电梯的年产量达到 13.5 万台，与 198

26、0 年相比，25 年增长了 59 倍，产量每年平均增长 17.8。2005 年安装验收电梯 124465 台，截至 05 年底，我国的在用电梯总数已达 651794 台。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、东芝、富士达等 13 家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了 74先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌

27、看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。 国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高4。第二章第二章 可编程序控制器的介绍可编程序控制器的介绍2.1 可编程控制器的基础认识可编程控制器的基础认识可编程控制器是 60 年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器plc（programmable logic controller） ，目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出 plc 概念的是美国通用汽车公司。plc 的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂

28、、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。 70 年代中期以后，plc 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 plc 已不再是仅有逻辑(logic)判断功能，还同时具有数据处理、pid 调节和数据通信功能。国际电工委员会(iec)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运

29、算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。 可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 可靠性高，抗干扰能力强； 编程直观、简单； 适应性好； 功能完善，接口功能强从结构上分，plc 分为固定式和模块式两种。固定式 plc 包括 cpu 板、i/o 板、显示面板、内存块、电源等，

30、这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 plc 包括cpu 模块、i/o 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。在使用者看来，不必要详细分析 cpu 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。cpu 的控制器控制 cpu 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。 运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。cpu 速度和内存容量是 plc 的重要参数，它们决定着 plc 的工作速度，io 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 中央处理器(cpu)是 plc

31、 控制器的大脑。通常 cpu 本身就是一个微控制器。起先是8 位微控制器例如 8051,现在发展为 16 位和 32 位微控制器。你会发现大部分由日本制造商制造的 plc 中是日立和 fujicu 的微控制器,西门子的微控制器多应用在欧洲的plc 中,摩托罗拉生产的微控制器则独占美国市场。cpu 同样关注通信, plc 控制器,操作程序的执行,监督记忆设置的输入和输出等部分的关联性。 plc 使用系统存储器（现在大部分采用闪存技术了）用于过程控制系统。除了这个操作系统之外，它还包括一个由梯形图翻译成而进制形式的用户程序。快擦型存储器（flash memory）的内容只有在改变用户程序的时候可以

32、被改变。plc 控制器比快擦型存储器使用得更早，eprom 存储器比快擦型存储器也更早，快擦型存储器必须用紫外线（uv，ultra-violet ray）灯擦除，并在编程器上进行编程。由于快擦型存储器技术的应用，使得这个过程大大缩短了。在应用程序开发中，通过一个串行电缆可以对程序存储器进行重新编程。 用户存储器被分成具有特殊功能的块。一部分存储器用来存储输入和输出状态。一个输入的实际状态存储状态存储在专用存储器位上，为“1”或者“0” 。每一个输入和输出在存储器中都有一个相应的位。另外一部分存储器用来存储用户程序中的变量的内容。例如，定时器值，或者记数器值存放在存储器的这个部分。 plc 控制

33、器可以通过计算机（通常方式）重新编程，但是也可以通过人工编程器9 控制台）编程。实际上，这意味着，如果你有编程所需要的软件，早期 plc 控制器可以通过计算机进行编程。今天的传输计算机是工厂自己对 plc 控制器进行重新编程的理想设备。这对于工业企业来说是非常重要的。一旦系统修改结束，将正确的程序重新读入 plc 控制器也是非常重要的。定期检查 plc 中的程序是否改变是非常好的事情。这有助于避免车间发生危险情况（一些汽车制造商已经建立了通信网络，可以定期检查 plc 中的程序，以保证运行的程序都是正确的） 。 几乎所有用于为 plc 控制器编程的程序都拥有各种不同的选项，例如系统输入/输出（

34、i/o 线）的强制开关，程序实时跟踪以及图表验证。图表验证对于理解、定义失败和故障非常必要。程序员可以添加标记，书日和输出设备名称，以及对于查找错误或者对于系统维护很有用的注释。添加注释和标记可以使技术人员（不仅仅是开发人员）很快理解梯形图。注释和标记甚至还可以准确地引用零件号，如果需要更换零件的话。这将加快由于损坏零件而引起的任何问题的修理速度。响应的旧方法是这样的，开发系统的人必须保护这个程序，他旁边再没有人知道系统是怎样完成的。正确的、备有证明文件的梯形图使任何技术人员都能彻底理解系统的功能。 电源是为中央处理单元提供电源的。大部分 plc 控制器的工作电压为 24vdc 或者220va

35、c。在有些 plc 控制器上，你可以看见作为独立模块的电源。用户必须确定从i/o 模块取出多大电流来保证电源提供适当的电流。不同的模块使用不同的电流量。 该电源一般不用于启动外部输入或输出。用户必须提供独立的电源来启动 plc 控制器的输入和输出，因为这样可以保证 plc 控制器的所谓“纯电源” 。使用纯电源意味着工业环境中的电源不会严重影响它。有些较小的 plc 控制器从与 plc 控制器集成在一起的小电源为它们的输入提供电压源。plc 系统的组成plc 是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。plc 也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。plc

36、的硬件结构一套 plc 系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入输出接口、内部电源） 、io 扩展单元及外部设备组成。plc 的软件plc 的软件系统指 plc 所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。系统程序：包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。用户程序是用户根据控制要求，用 plc 的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。plc 分配 i/o 点并设计 plc 外围硬件线路 plc 硬件实施 硬件实施方面主要是进行控制柜(台)等硬件的设计及现场施工。主要内容有： 1) 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。 2)设计系统各部分

37、之间的电气互连图。 3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。 由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此 plc 控制系统的设计周期可大大缩短。 plc 联机调试 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从 plc 只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。 全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到 eprom 中，以防程序丢失。 2.2 可编程序控制器的工作方式可编程序控制器的工作方式1. plc 的扫描工作方式，如图 2-1

38、 所示：图图 2-12-1图 1 plc 的扫描过程可编程序控制器在进入 run 状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图 1 所示，包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。plc 完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。2.3 可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言plc 共有 5 种标准编程语言，其中有三种图形语言，即梯形

39、图（ld，ladder diagram） 、功能块图（fbd，function block diagram） ，和顺序功能图（sfc，sequential function chart） ，两种文本语言，即结构化文本（st，structured text）和指令表(il，instruction list)。其中梯形图是最早使用的一种 plc 语言，也是现在最常用的编程语言。它是由继电气控制系统原理图的基础上演变而来的，它继承了继电气控制系统中的基本工作原理和电器逻辑关系的表达方法，梯形图预计电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别，所以在逻辑控制系统中得到了广

40、泛的使用。它的最大特点就是直观、清晰。第三章第三章 电梯控制系统的硬件设计电梯控制系统的硬件设计3.1 变频器的工作原理变频器的工作原理变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流） 、滤波、逆变（直流变交流） 、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部 igbt 的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。 变频器工作原

41、理主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器” ，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路” ，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器” 。整流器最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路在整流器整流后的直流电压中，含有电源 6 倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电

42、流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流） 。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使 6 个开关器件导通、关断就可以得到 3 相交流输出。以电压型 pwm 逆变器为例示出开关时间和电压波形。 控制电路 是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路” ，主电路的“电压、电流检测电路” ，电动机的“速度检测电路” ，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路” ，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 （

43、1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。 （2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 （3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 （4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg 等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 （5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。3.2 变频器选型变频器选型变频器选型时要确定以下几点：1) 采

44、用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。变频器供应：2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。3) 变频器与负载的匹配问题。4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。电梯的调速

45、要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的舒适度指标往往是选择的一项重要内容。系统中拖动调速控制系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感；另外，由于电梯在建筑内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。考虑到以上各种因素，系统选用安川 vs-616g5 型全数字变频器，它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化地场合。另外，616g5 变频器地起动、制动具有可任意调节地 s 曲线和零频仍可输出 150力矩的特点，配以高精度的旋

46、转编码器，控制精度可达 0.010.02，使得电梯运行舒适感好，零速抱闸，平层精度高。无须配专用电机，可自学习所配电机的各个参数，精确控制任何品牌的电机。采用高性能 igbt，载波频率 20khz，从而使变频器输出一个不失真的正弦波波形，使电机始终运行于静噪音状态。vs-616g5 型变频器的主要性能如下：(1)磁通矢量控制使任何类型的负载都可在低速下平稳启动。vs-616g5 具有全频域磁通电流矢量控制的特点。它是根据现代控制理论，采用磁通检测和神经网络控制技术，直接控制电机的转矩。它在低速下(1额定转矩)即使不采用pg 反馈，也可提高启动转矩和无故障运行，当增加 pg 控制时，可以实现零速

47、高转矩控制。(2)可靠的力矩控制。vs-616g5 是通过精确的力矩控制功能来控制输出力矩的。万一发生故障时，也能确保无冲击安全运行。vs-616g5 在传送带和重型传输机械的应用中证明了它的耐久性和完美的性能。(3)宽调速范围的精确控制。vs-616g5 即使在负载变动条件下，也具有全速范围高精度运行的特点。(4)优秀的伺服响应。带 pg 反馈时，需要选用 pg 速度控制卡。vs 一 616g5 型变频器的特点如下：(1)包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。(2)有丰富的内藏与选择功能。(3)由于采用了最新式的硬件，因此功能全、体积小。(4)保护功能完善，维修性能好。(5)通过

48、 lcd 操作装置，可提高操作性能。3.3 plc 的程序执行过程的程序执行过程plc 的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图 3-1 所示。图图图图 3-13-13.4 可编程控制器的选型可编程控制器的选型 (一)分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，输入端子输入映象寄存器输出映像寄存器输出锁存器输出端子输入 .输出程序执行阶段输入采样阶段输出刷新阶段x001y001y001m1读读提出被控对象对三菱 plc 控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。 (二)确定三菱 plc 的输入/输出

49、设备根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备(如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等)和输出设备(如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等)，从而确定与三菱 plc 有关的输入/输出设备，以确定plc 的 i/o 点数。 由下图 3-2 综合考虑输入输出要求，估计需要 plc 输入输出点 73 左右。因此，采用三菱 fx2n-80 可编程控制器完成本次设计。图图 3-23-23.5 交流双速电梯的主电路交流双速电梯的主电路图图 3-33-3由于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，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现

50、电梯的基本控制要求的基础上，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。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送 plc 的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用 led 和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求 plc 能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。为了电梯的运行安全，系统应设置可靠的故障保护和相应的显示。 plc 实现的电梯控制系统由以下

51、几个主要部分构成如图 3-4 所示图图 3-43-4 根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级陈列，为实现随机逻辑控制提供了基础。3.6 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行

52、电路门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路图图 3-53-53.7 电梯的主要电气设备电梯的主要电气设备（1）牵引电动机 齿轮牵引机为电梯的提升机构。主要由驱动电动机，电磁制动器（也称电器包闸） ，减速器牵引轮组成。（2）自动门机 用来完成电梯的开门与关门。电梯的门分为厅门（每层站一个）与轿门（只有一个） 。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成） ；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许启动运行。（3）层楼指示灯 层楼指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿箱内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。过去常由低压灯泡构成，现多由 led组成，

53、且与呼梯盒做成一体结构。（4）呼梯盒 用以产生呼叫信号。常安装在厅门外，离地面一米左右的墙壁上。基站与底站只有一只按钮，中间层站由上呼叫与下呼叫两个按钮组成。（5）操纵箱 操纵箱安装在轿箱内，供乘客对电梯发布动作命令。其上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮。（6）平层及开门装置 该装置如图 4-3 所示。由平层感应器及楼层感应器组成。上行时，上磁铁板先触发楼层感应器，发出减速停车信号，电梯开始减速，至平层感应器触发时，发出开门及停车信号，电动机停转，抱闸抱死。下行时，下磁铁板出发楼层感应器，发出减速停车信号，电梯开始减速，至平层感应器触发时，发出开门及停车信号。（7）轿厢位置检测装置俗称选层器

54、，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。位置检测方法主要有如下几种：（1）用干簧管磁感应器或其它位置开关。这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用 plc 太多的输入点。（2）利用稳态磁保开关。这种

55、方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，进行运算时需采用 plc 指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。图图 3-63-63.8 输入输出设计输入输出设计为了便于对电梯的工作原理及 plc 系统进行分析，现列出电梯所用电器元件表。表表 3-13-1 电梯电气元件表电梯电气元件表元件符号名称及作用元件符号 名称及作用km1上行接触器1hl-5hl1-5 层层楼指示灯km2下行接触器6hl-7hl上行、下行指示灯km3高速接触器hl81 楼外呼记忆灯km4低速接触器hl92 楼上呼记忆灯km5启动加速接触器hl102 楼下呼记忆灯km6-km8制动

56、减速接触器hl113 楼上呼记忆灯km9开门接触器hl123 楼下呼记忆灯km10关门接触器hl134 楼上呼记忆灯sq5基站开关hl144 楼下呼记忆灯sq6开门到位开关hl155 楼下呼记忆灯sq7关门到位开关1kr5kr各楼层感应器sq8开门调速开关6kr上平层感应器sq9、sq10关门调速开关7kr下平层感应器sq11-sq161-6 楼厅门锁开关1sb14sb11-4 楼上行外呼按钮sq17上限位开关2sb25sb22-5 楼下行外呼按钮sq18下限位开关sb1开门按钮sq19上行强迫停止开关sb2关门按钮sq20下行强迫停止开关sb3上行启动按钮sq1安全窗开关sb4下行启动按钮s

57、q2安全钳开关sb5-sb101-6 楼层内选层按钮sq3限速器开关sa1运行状态选择钥匙开关sq4轿内急停开关sa2基站开关梯钥匙开关sq16轿门关闭到位开关sq电源开关8kr关门感应器hl165 楼上呼记忆灯hl176 楼下呼记忆灯ka1门锁开关ka2安全运行按钮sa1-1自动运行按钮1sb11 楼上呼按钮6sb26 楼下呼按钮2sb12 楼上呼按钮2sb22 楼下呼按钮3sb13 楼上呼按钮3sb23 楼下呼按钮4sb14 楼上呼按钮4sb24 楼下呼按钮5sb15 楼上呼按钮5sb25 楼下呼按钮hl186 层层楼指示灯hl196 层内选记忆灯表表 3-23-2 程序中间继电器程序中间

58、继电器3.9 楼层位置显示功能楼层位置显示功能当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号(上行呼叫标志寄存器、下行呼叫标志寄存器、有呼叫请求时，相应寄存器为 l，否则为 0)，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车：如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。系统還利用行程判断楼层，并转化成 bcd 码输出，通过硬件接口电路以 led 显示！3.10 设计流程图设计流程图图图 3-73-7第四章第四章 电梯控制

59、系统的软件设计电梯控制系统的软件设计4.1 程序设计程序设计 根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计 plc 程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容： 1) plc 初始化程序。在 plc 上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。 2) plc 检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再

60、添加。 3) plc 保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱， 。 分析控制要求，将电梯控制要实现的功能罗列如下：开始时，电梯处于任意一层，当有外呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。当有内呼梯信号到来时，电梯应该响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。在电梯运行过程中电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信号均不响应，但如果反向呼梯信号前方无其它内、外呼梯信号时，则电梯相应该外呼信号，但不响应三层向下外呼梯信号。同