毕业设计基于plc和mcgs在双电梯联动控制与模拟毕业设计论文

1、工学学士学位论文工学学士学位论文基于基于 PLCPLC 和和 MCGSMCGS 在双电梯联动控制与模拟在双电梯联动控制与模拟专业名称 电气工程及其自动化 学生姓名 陈静 指导老师 陈东雷 扬 州 大 学2012 年 5 月摘要随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯的系统的性能，保证电梯的运行既高效又安全可靠。采用 PLC 对电梯信号系统进行控制，开发出了完整的电梯控制软件，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。该系统具有先进，可靠，经济的特色。该电梯控

2、制系统具有手动和自动功能，并具有指层，厅召唤，选层，选向等功能。具有集选控制的特点。关键词：电梯，PLC，梯形图 AbstractWith the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indispensable means of transport of daily life. The quality of the life performance of the impact on peoples lives becoming more and

3、more obvious ,it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the life is safe , realiable and energy efficient. The use of PLC signals on the elevator control system, the development of a complete elevator control software, to improve the level of the elev

4、ator control and improve the operation of the elevator comfort, ao that the life to reach a more satisfactory control effect.The system has advanced reliable and economic characertics. The elevator control system has the drivers to run the operation and no drives or manual and automatic functions ,a

5、nd has means layer called the office of the election story , election to the functions. With a set of features to control the election. Keyword:Elevator, PLC, Ladder Diagram 目 录摘要.II1 绪论.01.1 课题研究的背景 .01.2 课题研究的意义 .11.3 课题的研究方法及内容 .11.3.2 课题的提出.12 西门子 S7-200 PLC 产品介绍.42.1 可编程控制器介绍 .42.1.1 可编程控制器的基本结

6、构.42.1.2 可编程控制器的特点.4一PLC 的特点.4二PLC 控制电梯的优点.62.1.3 PLC 的应用领域.62.1.4 PLC 的设计步骤.7一硬件设计.7二软件设计.72.2 西门子 PLC 系列产品介绍 .72.2.1 西门子 PLC 产品分类.72.2.2 西门子 PLC 产品简介.83 电梯的群控制.93.1 电梯简介 .93.1.1 电梯的分类.93.1.2 电梯的基本结构.93.1.3 电梯技术发展情况.133.1.4 电梯发展展望.133.2 电梯群控系统设计 .143.2.1 电梯群控系统的概述.143.2.2 电梯群控控制系统的发展现状与趋势.153.2.3 电

7、梯群控控制系统的实现方式.164 控制系统的主要硬件选型及实现.174.1 系统结构 .174.2 可编程序控制器的分析和选择 .184.2.1 PLC 选择原则.184.3 变频调速系统的分析及选择 .205 系统软件设计 .235.1 控制系统的软件设计 .235.2 程序框图 .245.3 PLC 编程 .255.3.1 电梯升降模块.255.3.2 二楼上升、下降梯形图.265.3.3 二楼向下指示灯.265.3.4 一楼、五楼指示灯梯形图.265.3.5 一楼内呼灯.265.3.6 轿内指令控制梯形图.275.3.7 门厅召唤控制梯形图.27图 5.8 门厅召唤控制梯形图.296 电

8、梯监控系统的 MCGS 组态设计.296.1 PLC 编程 MCGS 组态软件的系统构成 .296.2 MCGS 组态设计的一般过程 .306.3 建立电梯监控系统工程 .316.4 电梯监控画面的编辑与设计 .316.5 实时数据库的建立与动画连接 .326.6 电梯监控系统运行控制程序设计 .396.6.1 MCGS 的脚本程序.396.6.2 运行策略设计.406.6.3 电梯监控系统控制程序的设计.406.7 监控系统的报警功能 .426.7.1 MCGS 的报警处理.426.7.2 电梯监控系统的报警设计.437 设备的连接与监控系统的调试.457.1 电梯监控系统的设备连接 .45

9、7.2 电梯监控系统调试 .457.2.1 电梯监控系统的模拟调试.457.2.2 电梯监控系统的现场调试.46附录 程序清单.47结 论.1参考文献.31 绪论1.1 课题研究的背景课题研究的背景 电梯(elevator)是一种以电动机为动力的垂直升降机，它装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物（也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯） ，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间 ,轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。电梯系统由机械系统和电气控制系统两部分组成。其机械部分由曳引系统、轿厢和门系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成；而电气控制部分由

10、电力拖动系统、运行逻辑功能控制系统和电气安全保护系统组成。各系统相互联系，共同构成一个电梯系统。它由曳引系统、轿厢和门系统、重量平衡系统、导向系统、机械安全保护装置、电气安全保护装置、电力拖动系统、电气控制系统部分等组成。曳引式电梯靠曳引力实现电梯的相对运动，曳引式电梯的曳引传动关系如图 1.1 所示。安装在机房的电动机通过减速器、制动器等组成曳引机，使曳引钢丝绳通过曳引轮，一端连接轿厢，一端连接对重装置，轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮绳槽内产生摩擦力，这样电动机一转动就带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重相对运动。轿厢上升，对重下降；轿厢下降，对重上升。于是，轿厢就在井道

11、内沿导轨上下、反复运动【3】。与电梯类似的这种升降设备，起源于古代农业和建筑业中的原始起重升降机械。1765 年英国瓦特等人发明了蒸汽机后，到 1835 年在英国的一家工厂里装用了一台蒸汽机拖动的升降机。1845 年，英国“汤姆逊”制作了第一台水压式升降机，这就是现代液压式升降机的雏形。1853 年美国制造商奥的斯发明了以蒸汽做动力的载人升降机。现代电梯兴盛的原因是采用电力作为动力的来源。1831 年英国的法拉第发明了发电机。1880 年德国最早出现用电力拖动的升降机电梯。1900 年交流感应电机问世以后，使电梯的速度提高，并改善电梯的平层准确度和舒适感。与此同时，第一台自动扶手电梯试制成功。

12、1915 年，电梯平层控制系统设计成功。1933 年，出现 6m/s 的高速电梯。1949 年，出现了群控电梯。1955 年，出现了小型计算机控制的电梯。1962 年，8m/s 的高速电梯投入市场。1963 年，制成无触点半导体逻辑控制电梯。1971 年，集成电路应用于电梯。1976 年，微机开始用于电梯，使电梯的电气控制，进入一个新的发展时期。1989 年，出现了第一台直流电动机电梯。现在的电梯更具有高度的安全性和可靠性，已向超高速、低噪音、高效节能、全电脑智能方向发展。1.2 课题研究的意义课题研究的意义 PLC 的过程控制应用已被广泛应用于连续过程控制领域，而且基于连续过程控制技术的发展

13、趋势正在进一步得到增长。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以 PLC 发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。近年来，可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推

14、动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。1.3 课题的研究方法及内容课题的研究方法及内容1.3.2 课题的提出课题的提出PLC 以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国内 7080 年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯

15、，取得了良好效果。利用 PLC 和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。1.PLC 在电梯中的应用已很成熟 ,图 1.1 是 PLC 应用于电梯控制的控制框图。PLC 作为主控制器，一方面通过采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面把采集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯的运行。图 1.1 控制方框图2.我们利用 PLC 内的条件跳转和主控制指令，把对电

16、梯的控制程序划分为几个程序段：检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段（如图1.2）。当给电梯送电时， PLC 就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是否接通、厅门轿门是否关闭、电梯处在何种状态。正常自动状态时，PLC 检测门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时，进入待机状态，此时收到指令信号电梯即起动。当电梯到达减速楼层时，通过比较楼层的基数脉冲和换速点脉冲是否相等，相等时给出电梯减速信号,电梯减速运行；判断电梯是否到达平层区，若到达平层区，则给出平层、开门信号；否则电梯继续减速。图 1.2 运行流程图3.我们乘坐电梯除要操作开关门按

17、钮外，还要给出要去的目的层指令，PLC根据电梯现在所在的楼层判断运行方向，然后起动运行。根据当今电梯控制系统和电梯拖动系统的发展趋势，本设计采用西门子 S7-300 PLC，结合安川 VS-616G5 通用变频器，实现了两台电梯的联动控制系统。2 西门子 S7-200 PLC 产品介绍2.1 可编程控制器介绍可编程控制器介绍2.1.1 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。PLC 以基本代替传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，它已跃居工业自动化三大支柱的首

18、位。PLC 控制系统的硬件是由微处理器（CPU） 、存储器（ROM 和 RAM） 、输入/输出（I/O）单元、电源单元及外围设备等组成硬件结构如图 1 所示。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。图 2.1 PLC 结构框图2.1.2 可编程控制器的特点可编程控制器的特点一一PLCPLC 的特点的特点PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC 与普通微机一样。以通用或专用 CPU 作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器） ，进行点（位）运算与控制。PLC 控制一般具有可靠性高、易操作、维修。编程简单、灵活性强等特点。1、可靠

19、性对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。(1) PLC 不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。(2) PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性提高。(3) PLC 有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。(4) PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。(5) 在 PLC

20、 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。(6) PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。2、易操作性PLC 的易操作性表现在下列几个方面：(1) 操作方便PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数 PLC 采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的 PLC，编程器采用了 CRT 屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点

21、号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 上显示。(2) 编程方便PLC 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。(3) 维修方便PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。3、灵活性PLC 的灵活性表现在以下几个方面：(1) 编程的灵活性。PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。(2)

22、扩展的灵活性。PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。(3) 操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。二二PLCPLC 控制电梯的优点控制电梯的优点(1) 在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。(2) 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。(3) PLC 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。(4) PLC 可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(5) 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。(6) 更改控制方

23、案时不需改动硬件接线。此外，微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷而没被广泛采用。PLC 控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。2.1.3 PLC 的应用领域的应用领域目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：（1） 开关量逻辑控制（2） 运动控制（3） 闭环过程控制（4） 数据处理（5） 通信联网2.1.4 PLC

24、 的设计步骤的设计步骤开发应用 PLC 的设计任务分为硬件和软件设计两部分。一硬件设计一硬件设计硬件设计主要包括：（1） 确定安排 PLC 的输入、输出点；（2） 设计外围电路，包括主电路；（3） 选购 PLC 并进行现场安装接线等内容。二软件设计二软件设计大多数用梯形图和指令程序，主要包括：（1） 设计控制流程，根据工艺要求先画出工作循环，如有必要再画详细的状态流程图；（2） 根据工作循环图，画出虚拟的电路图-继电器梯形图；（3） 按梯形图编写指令程序表；系统调试：根据设计要求，对程序进行调试和修改，必要时还可对硬件进行修改，直到符合要求为止。2.2 西门子西门子 PLC 系列产品介绍系列产

25、品介绍2.2.1 西门子西门子 PLC 产品分类产品分类SIMATIC PLC 是德国西门子公司在 1995 年推出的性能价格比较高的 PLC 系统。其中，微型的有 SIMATIC S7-200 系列，中小型的有 SIMATIC S7-300，中高档性能的有 S7-400 系列。SIMATIC S7 系列 PLC 都具有模块化、无排风扇结构和易于用户掌握等特点，使得 S7 系列 PLC 成为各种从小规模到中大规模应用的首选产品。1.SIMATIC S7-200 系列可编程控制器相比较 S7-300，S7-200 针对的是中小系统，他的模块可以扩展多达 32 个模块，背板总线也在模块内集成，它的

26、网络连接已比较成熟和流行，有 MPI（多点接口） 、Profibus 和工业以太网，使通讯和编程变的简单和多选性，并可以借助于 HWConfig 工具可以进行组态和设置参数。S7-200 的模块稍微多一点，除了信号模块（SM）和 200的 EM 模块同类型之外，它还有接口模块（IM）-用来进行多层组态，把总线从一层传到另一层；占位模块（DM）-为没有设置参数的信号模块保留一个插槽或为以后安装的接口模块保留一个插槽；功能模块（FM）-执行特殊功能，如计数、定位、闭环控制相当于对 CPU 功能的一个扩展或补充；通讯处理器（CP）-提供点对点连接、Profibus 和工业以太网。CPU 设计模式选择

27、器有：MRES=模块复位功能；STOP=停止模式，程序不执行；RUN=程序执行，编程器只读操作；RUN-P=程序执行，编程器可读写操作。状态指示器：SF，BATF=电池故障；DC5V=内部 5 V DC 电压指示；FRCE=表示至少有一个输入或输出被强制；RUN=当 CPU 启动时闪烁，在运行模式下常亮；STOP=在停止模式下常亮，有存储器复位请求时慢速闪烁，正在执行复位时快速闪烁。MPI 接口用来连接到编程设备或其他设备，DP 接口用来直接连接到分布式I/O。2.2.2 西门子西门子 PLC 产品简介产品简介S7-200 是模块化小型 PLC 系统，能满足中等性能要求的应用。其模块化结构设计

28、使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。1S7-200 的结构体系中央处理单元(CPU)：各种 CPU 有不同的性能，例如，有的 CPU 上集成有PROFIBUS-DP 通讯接口等。 信号模块(SM)：用于数字量和模拟量输入输出。 通讯处理器(CP)：用于连接网络和点对点连接。 功能模块(FM)：用于高速计数，定位操作(开环或闭环定位)和闭环控制。 负载电源模块(PS)：用于将 SIMATIC S7-300 连接到 120230V 交流电源，或244860110V 直流电源。 接口模块(1M)：用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。S7-300 通过分布式的主机架(CR

29、)和 3 个扩展机架(ER)，可以操作多达 32 个模块。运行时无需风扇。 SIMATIC S7-200 适用于通用领域：高电磁兼容性和强抗振动冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。2优点S7-200 系统 PLC 具有以下几方面的优点：（1）S7-200 配置灵活，除主机单元外，还可扩展 I/O 模块，A/D 模块，D/A模块和其它特殊功能模块。（2）S7-200 指令功能丰富，有各种指令，且指令执行速度快。（3）S7-200 可用内部辅助继电器 M，状态继电器 S，定时器 T，寄存器 D，计数器 C 的功能和数量满足了系统控制要求的需要。（4）S7-200 的编程可用编程器，也可以在 PC

30、 机上使用西门子公司的专用编程软件STEP7-Micro/WIN 来进行。编程语言可用梯形图或指令表。尤其是可用 PC 机对系统实时进行监控。为调试和维护提供了极大的方便。 3 电梯的群控制3.1 电梯简介电梯简介3.1.1 电梯的分类电梯的分类（1）按用途分：乘客电梯、载货电梯、客货两用电梯、病床电梯、住宅电梯、杂货电梯、船舶电梯、观光电梯、车辆电梯、自动扶梯、自动人行道、其他电梯。（2）.按速度分：低速电梯、快速电梯、高速电梯。（3）.按拖动方式分：自流电梯、交流电梯、液压电梯。（4） 按有无司机分：有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。（5） 按控制方式分：手柄操纵控制电梯、按钮控制电

31、梯（轿外按钮电梯、轿内按钮电梯）、信号控制电梯、集选控制电梯、下集选控制电梯、并联控制电梯、梯群程序控制电梯、梯群智能控制电梯。3.1.2 电梯的基本结构电梯的基本结构从总体来讲，电梯有机械系统和电气系统两部分组成。其机械部分由曳引系统、轿厢和门系统、重力平衡系统、导向系统以及安全保护系统等部分组成；电气控制部分由电力拖动系统、运行逻辑功能控制和电气安全保护等系统组成。图3.1给出了电梯的基本结构剖视图。机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房可以设置在井道顶部，也可设置在井由自部。当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方式。这种方式结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大，只有在机房无

32、法顶置时才使用。对于绝大多数电梯，椭均设于井道顶部。机房必须有足够的面积，高度、承重能力及良好的通风条件。2.曳引系统曳引系统曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮组成。曳引机由电动机联轴器、制动器、减速器、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源；曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重装置（或者两端固定在机座房上） ，依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢的升降；导向轮的作用是分开轿厢和对重装置的距离，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或重梁上。当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个数可以是1个、2个，甚至3个，这与曳引比有关。3.导向系统导向系

33、统导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导轨固定在导轨架上；导轨架是支承导轨的组件，与井道壁联接；导靴装在轿厢和对重架上，与导导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。4.门系统门系统门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门社在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成；层门社在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴和门锁装置及开锁装置组成；开门机社在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。5.轿厢轿厢轿厢是用以运送乘客和货物的电梯组件。它由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架。是由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成；轿厢

34、体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组成；轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。6.门厅门厅每一层电梯门口装的门，门上带有机器锁及电气接点。客梯多为自动开关门，开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的，而轿厢门是由轿厢上的开关门装置驱动的。7.井道井道井道由围壁、顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重的有限空间。为了出人，在每个层站开有入口。8.围壁围壁围壁的作用是将电梯与外界分隔开，当导轨架直接安装在围壁上时，它还应承受费切力。围壁的结构分为封闭式和空格式。9.顶板顶板井道的顶部是机房，它是维修人员工作的地方。因此顶板必须是封闭型的，将井道

35、与机房完全隔离。顶板还具有阻止机房即传向井道的作用。对于快、高速电梯，为了取得良好的隔声效果，常在井道顶部设隔音层，此时的井道顶成了双层结构。10.底坑底坑井道的底坑深入地面，用于安装缓冲器、限速器、钢丝绳涨紧装置等。由于深人了地面，因此要求防水，最好有排水设施。11.重量平衡系统重量平衡系统该系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成，对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重；重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯设计影响的装置。12.电力拖动系统电力拖动系统该系统由曳引机、供电系统、速度反馈装置、调速装置和变频器等组成。对电梯实行速度控制。曳引电动机是电梯的

36、动力源，根据电梯的配置可用交流电动机或直流电动机；供电系统是为电动机提供电源的装置；速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号，一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电动机相连；调速装置对曳引电动机实行调速控制；变频器可以通过改变频率的大小来控制其运行速度的快慢。13.电器控制系统电器控制系统该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成，它起着操纵和控制电梯运行的作用。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急；位置显示装置是指轿内和层站的指层灯；层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站；控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件（或

37、板）组成，是电梯实行电气控制的集中组件；选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。它可由机械式、继电器式或电子式组成。14.安全保护系统安全保护系统电梯上设有机械和电气的各类保护系统，以保证电梯安全使用。机械方面的有限速器和安全钳，起超速保护作用；缓冲器，起冲顶和撞底保护作用；切断总电源的极限保护。图 3.1电梯的基本结构剖视图1-减速箱； 2-曳引轮；3-曳引机底座；4-导向轮；5-限速器； 6-机座；7-导轨支架；8-曳引钢丝绳；9-开关碰铁； 10-紧急终端开关；11-导靴； 12-轿架；13-轿门； 14-安全钳；15-导轨； 16-绳头组合；17-对重； 1

38、8-补偿链；19-补偿链导轮； 20-张紧装置；21-缓冲器； 22-底坑；23-层门； 24-呼梯盒；25-层楼指示灯； 26-随行电缆；27-轿壁； 28-轿内操纵箱；29-开门机； 30-井道传感器；31-电源开关； 32-控制柜；33-曳引电机； 34-制动器3.1.3 电梯技术发展情况电梯技术发展情况(1) 电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。(2) 电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈 广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级

39、调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF） ，使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。(3) 电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控 制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。(4) 电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功能要求。如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。(5) 智能群控管理得到广泛应用。3.1.4 电梯发展展望电梯发展展望(1) 结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。随着新技术、

40、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。(2) 技术含量更高，性能更好。电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的 VVVF 电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代 VVVF 技术。另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。(3) 安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用

41、的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。(4) 理念是电梯发展趋势 不断改进产品的设计，生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等无润滑油污染曳引方式。电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。3.2 电梯群控系统设计电梯群控系统设计3.2.1 电梯群控系统的概述电梯群控系统的概述电梯群控系统(EGCS: Elevator Group Control System)，是一种对多台电梯(2 台或 2 台以上)进行优化调度的系统。即

42、在一座大楼内，根据大楼的功能及楼层人口分布状况，通过一个或多个控制器，将多台电梯互连组成电梯群。在控制器采集完每台电梯的召唤信号和状态信号之后，根据建筑物内交通量的变化，选择合理的群控算法，优化每台电梯的调度。电梯群控系统的基本结构包括召唤按钮、轿厢、电梯控制器、通信系统、电梯群控系统（调度模块、交通模式识别模块、数据管理模块等） 、其他辅助设备（如声音制导系统、显示系统、远程监控系统等） 。一般情况下，电梯群控系统的工作过程如下:乘客在某楼层按下厅外召唤按钮后，通信系统将此呼叫信号输入到电梯群控系统中。电梯群控系统选择与此时的交通模式相对应的群控算法，根据客流、呼叫信号情况及各台电梯的状态，

43、选出一台最合适的电梯。所选电梯运动至该楼层时，发出声音、图像或数字等通知显示信息。停车开门后，乘客进入轿厢，登记目的楼层。电梯控制器将此目的楼层信号传输给电梯群控系统。电梯启动上行，到达目的楼层后开门，乘客走出轿厢。在这个过程中，电梯控制器接收电梯群控系统的指令，控制单台电梯的运行，并将电梯的状态反馈给电梯群控系统。电梯群控系统对电梯控制器发出控制指令，同时进行信息处理。3.2.2 电梯群控控制系统的发展现状与趋势电梯群控控制系统的发展现状与趋势电梯群控系统起源于 20 世纪 40 年代，最早的电梯群控系统被称为“自动模式选择系统” ，采用时间间隔控制。但是，这种群控系统由于存在线路复杂、功能

44、简单、故障率高等缺点，目前己经很少使用。到了 20 世纪 70 年代初期，随着集成电路开始应用于电梯群控系统中，电梯群控系统也由固定程序选择方式发展为召唤分配方式。集成电路的使用，克服了硬件复杂、可靠性低、维修困难和效率低等缺点，可进行较为复杂的逻辑计算。但是，这种群控系统不具备完善的运算能力，所以无法实现具有人工智能的预报调度功能。进入 20 世纪 70 年代中期，人们将计算机应用于电梯群控系统后，便进入到第 3 阶段电梯交通的动态特性研究阶段【7】 【8】。近年来智能控制算法的出现，开始使用基于专家系统、遗传算法、模糊控制、神经网络及模糊神经网络等人工智能技术来描述电梯交通系统的非线性、不

45、确定性、模糊性和扰动性，进一步提高了电梯交通系统的整体服务性能和电梯交通整体的优化配置【9】。与国外相比，我国对电梯配置和电梯系统特征的研究还处于相对落后状态。直到 1986 年，才开始对电梯的配置理论和电梯的系统特性进行研究。从 1990 年开始，对电梯系统的动态特性进行研究。近几年，我国在电梯群控方面的工作主要表现在引进国外先进技术和产品上，在此基础上力争推出自己的产品。 由于电梯群控系统的最优控制，是一种基于时间最优、能量最优的动态综合最优化策略。因此，电梯群控系统的发展趋势为：1电梯群控系统智能化 2电梯群控系统节能化 3电梯群控系统整体化4电梯群控系统网络化5群控系统产品市场化3.2

46、.3 电梯群控控制系统的实现方式电梯群控控制系统的实现方式1.继电器逻辑控制实现方式早期的电梯群空系统使用继电器触点控制，称作“自动模式选择方式”，它是电气群控的最简单实现方式，也称方向预选控制，它是用于两台或三台电梯组成的梯群，每台电梯靠方向预选控制来操作。这种群控系统触点繁多，线路复杂，在使用过程中触点容易烧坏磨损，可靠性差故障率高，似的保养维护工作量大，费用高；电器的电磁机构及触点动作速度较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高；存在控制系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪声大等缺点。2 无触点逻辑控制实现方式随着数字集成电路的发展和应用，电梯群控系统多由逻辑无触点逻辑元件实现。由于数

47、字集成电路可以完成比较复杂的逻辑运算，所以这种群控系统可以实现更加合理的群空调配方案。另外，群控系统可以制成电子线路板的形式，使它与个电梯的逻辑控制系统以插接方式连接而提高了可靠性。这种群控系统由于不具备完善的算术运算能力，故不能实现具有智能的预报调度功能。3计算机控制实现方式计算机技术的发展和应用及人工智能的出现，使电梯控制进入到了一个崭新的阶段。可编程控制器（PLC）的问世，为电梯控制带来了极大地生机，PLC 取到了中间继电器，编程简单，面向控制过程的梯形图语言预计电气原理图非常相似，在 PLC 中，传统的继电器控制技术与计算机技术间几乎没有隔阂。在电梯这样的控制逻辑十分复杂的大型电器控制

48、系统中采用 PLC 实现控制应是最佳选择，它具有功能强、故障率低、可靠性高的特点。能提高预测电梯到达某一层的准确性。4 控制系统的主要硬件选型及实现4.1 系统结构系统结构本系统主要是由 PLC、变频器、控制箱、显示器、曳引电动机组成的交流变频调速系统(Variable Voltage Variable Frequency，简称 VVVF)。通过一台 PLC 去控制两台电梯运行的方式，可以省去两台可编程控制器之间的相互通信,从而使得控制系统的可靠性更高,结构显得更加紧凑。本系统的硬件框图如图 4.1 所示。图 4.1 PLC 双电梯联动控制系统硬件框图从图 4.1 可以看出，该系统主要由两个部

49、分组成，其中电梯控制的逻辑部分由PLC 来实现。通过分析研究电梯的实际运行情况和控制规律，从而设计开发出一套双电梯联动控制程序，使得一台 PLC 能够控制两台电梯的运行操作。电梯的调速部分则选用高性能的矢量控制变频器，配以脉冲发生器(编码器)测量鼠笼式曳引电动机的转速，从而构成电机的闭环矢量控制系统，实现鼠笼式曳引电动机的交流变频调速(Variable Voltage Variable Frequency，简称 VVVF)运行。PLC 首先接收来自电梯的呼梯信号、平层信号，然后根据这些输入信号的状态，通过其内部一系列复杂的控制程序，对各种信号的逻辑关系有序地进行处理，最后向直流门控电机、变频器

50、和各类显示器适时地发出开关量控制信号，对两台电梯实施群控。在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随机性控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强，逻辑关系处理起来非常复杂，这就给 PLC 的编程带来很大难度。从某种意义上来说，PLC 编程水平的高低就决定整个系统运行质量的好坏。因此，PLC 应用在电梯控制中的编程技术就成为控制电梯运行的关键技术，这同时也是本系统设计的一个重点。在 PLC 向变频器发出开关量控制信号的同时，为了满足电梯的要求，变频器又需要通过与鼠笼式曳引电动机同轴连接的脉冲发生器和 PG 卡, 对电动机完成速度检测及反馈,形成闭环系统。脉冲发生器输

51、出 A、B 两相脉冲，PG 卡接收到脉冲信号以后，再将此反馈给变频器内部,以便进行运算调节。根据 A、B 脉冲的相序,可判断出电动机的转动方向,并可以根据 A、B 脉冲的频率测得电动机的转速。由于本设计选用的是通用型变频器，因此其参数设置和外部线路设计的复杂程度要远远地高于电梯专用变频器，其设置的好坏也将直接影响到电梯运行的实际效果。4.2 可编程序控制器的分析和选择可编程序控制器的分析和选择4.2.1 PLC 选择原则选择原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则:1.PLC 的

52、选择除了应满足技术指标的要求之外，特别指出的是还应重点考虑该公司产品的技术支持与售后服务的情况，一般应选择在国内特别是在所设计系统本地有着较为方便的技术服务机构或较有实力的代理机构的公司产品，同时应尽量选择主流机型。2.最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。3.在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。4.保证控制系统的安全、可靠。5.考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择 PLC 容量时，应适当留有裕量。当然对于不同的用户要求的侧重点有

53、所不同，设计的原则应有所区别，如果以提高产品产量和安全为目标，则应将系统可靠性放在设计的重点，甚至考虑采用冗余控制系统:如果要求系统改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化。4.2.2 PLC 的型号选择及 I/O 地址及分配电梯逻辑控制系统的控制核心是 PLC，由于 PLC 的品种、型号、规格、功能各不相同，需综合多种因素考虑，来选择 PLC。哪些信号需要输入至 PLC，PLC 需要驱动哪些负载,以及采用何种编程方式，都是需要认真考虑的问题，都会影响到其内部 I/O点数的分配。因此，I/O 点数的确定,是设计整个 PLC 电梯控制系统首先需要解决的问题,决定着系统硬件部分的设计

54、，也是系统软件编写的前提。本系统是为一幢 5 层大楼所设计,根据 PLC 的 I/O 节点使用原则,应留出一定的I/O 点以做扩展时使用。系统中实际需要输入点 47 点,输出点 40 点,因此我们选用西门子 S7-300 PLC，其中 CPU 的型号选为 CPU315，输入模块的型号选为 DI32xDC24V，总共需要两块，输出模块的型号选为 DO32xDC24V/0.5A，总共也需要两块。I/O 地址分配表如表 4.1 所示3。表 4.1 I/O 地址及分配(a) 输入点分配序号用途输入点序号用途输入点1门厅 1 楼上呼按钮I0.0251#红外感应器I3.02门厅 2 楼上呼按钮I0.126

55、1#上行限位I3.13门厅 2 楼下呼按钮I0.2271#下行限位I3.24门厅 3 楼上呼按钮I0.328电梯使用开关I3.35门厅 3 楼下呼按钮I0.4292#1 楼内呼按钮I4.06门厅 4 楼上呼按钮I0.5302#2 楼内呼按钮I4.17门厅 4 楼下呼按钮I0.6312#3 楼内呼按钮I4.28门厅 5 楼上呼按钮I0.7322#4 楼内呼按钮I4.391#1 楼内呼按钮I1.0332#5 楼内呼按钮I4.4101#2 楼内呼按钮I1.1342#1 楼感应器I4.5111#3 楼内呼按钮I1.2352#2 楼感应器I4.6121#4 楼内呼按钮I1.3362#3 楼感应器I4.7

56、131#5 楼内呼按钮I1.4372#4 楼感应器I5.0141#1 楼感应器I1.5382#5 楼感应器I5.1151#2 楼感应器I1.6392#上平层感应器I5.2161#3 楼感应器I1.7402#下平层感应器I5.3171#4 楼感应器I2.0412#开门按钮I5.4181#5 楼感应器I2.1422#关门按钮I5.5191#上平层感应器I2.2432#开门到位I5.6201#下平层感应器I2.3442#关门到位I5.7211#开门按钮I2.4452#红外感应器I6.0221#关门按钮I2.5462#上行限位I6.1231#开门到位I2.6472#下行限位I6.2241#关门到位I2

57、.7(b) 输出点分配序号用途输出点序号用途输出点77门厅 1 楼上呼灯Q8.0971#开门输出Q10.678门厅 2 楼上呼灯Q8.1981#关门输出Q10.779门厅 2 楼下呼灯Q8.2991#高速运行Q11.080门厅 3 楼上呼灯Q8.31001#低速运行Q11.181门厅 3 楼下呼灯Q8.41012#1 楼内呼灯Q12.082门厅 4 楼上呼灯Q8.51022#2 楼内呼灯Q12.183门厅 4 楼下呼灯Q8.61032#3 楼内呼灯Q12.283门厅 5 楼下呼灯Q8.71042#4 楼内呼灯Q12.3851#1 楼内呼灯Q9.01052#5 楼内呼灯Q12.4861#2 楼内

58、呼灯Q9.11062#BCD 码低位Q12.5871#3 楼内呼灯Q9.21072#BCD 码中位Q12.6881#4 楼内呼灯Q9.31082#BCD 码高位Q12.7891#5 楼内呼灯Q9.41092#上行指示灯Q13.2901#BCD 码低位Q9.51102#下行指示灯Q13.3911#BCD 码中位Q9.61112#上行输出Q13.4921#BCD 码高位Q9.71122#下行输出Q13.5931#上行指示灯Q10.21132#开门输出Q13.6941#下行指示灯Q10.31142#关门输出Q13.7951#上行输出Q10.41152#高速运行Q14.0961#下行输出Q10.511

59、62#低速运行Q14.14.3 变频调速系统的分析及选择变频调速系统的分析及选择80 年代初，通用变频器实现了商品化。在近 20 年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 两个大的进展过程。目前从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，几乎都可采用交流调速传动。因此可以说在电气调速传动领域内，以变频器应用技术为代表的交流调速传动已经成为电气调速传动的主流。电梯调速除了要求一般工业控制的静态、动态性能外，舒适度是一项重要指标。本设计中拖动调速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

60、，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当大的比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素，通过对各主要生产厂家的产品的性能指标价格比分析，选用日本安川公司的变频器。带 PG(脉冲发生器)矢量控制方式的调速范围宽广，速度控制精度高，可以用于各种伺服驱动、高精度速度控制和力矩控制。但是带有 PG 矢量控制功能的变频器(例如安川的 G7 系列)的价格相当高，基于性价比方面因素的考虑，本次电梯调速控制的设计选用的是 VS-616G5 型通用变频器, 选择有 PG 矢量控制作为曳引鼠笼式电动机的控制方式。VS-616G5 型变频器是安川电机公司面向世界推出的 21 世纪通用型变频器。