基于plc的电梯控制系统

1、河南师范大学本科毕业论文河南师范大学本科毕业论文 学号： 1202324045基于PLC的电梯控制系统 学院名称： 物理与电子工程学院专业名称： 电气工程及其自动化年级班别：2012级姓 名：王文静指导教师： 伍博 2016年5月基于PLC的电梯控制系统摘要 本文首先介绍了电梯的基本内容，包括电梯的定义、基本结构和速度分析，根据这些给出了部分硬件的选择、分析与设计，这些硬件主要有变频器，PLC的I/O分配，用于轿厢位置检测的干簧管感应器以及旋转编码器，提出了电梯的控制性能要求，然后绘制出了电梯系统的部分电气控制图，楼层显示程序流程图和主程序流程图，最后给出了电梯运行基本功能的梯形图，这些环节包

2、括楼层显示、自动选向、外呼信号和内选信号的产生消除及显示、开关门控制、电梯平层控制、起动换速控制等。本文基于PLC技术设计出的电梯控制系统，能够有较强的稳定性，较好的舒适性，较方便的操作等特点，另外PLC对提高系统长时间持续运行安全性，相应动作的及时性等方面也发挥了重要作用。关键词电梯；PLC；控制系统；梯形图The Four Layers of Elevator Control System Based on PLCAbstract Firstly, this paper introduces the basic content of the elevator，including eleva

3、tor definition, the basic structure and velocity analysis,it also supply some selections of hardware.These parts are mainly the transducer, I / O assignment of PLC, dry reed tube sensors for detecting the position of the car and a rotary encoder. This paper presents the performance requirements of t

4、he elevator control,and then draw the electrical partial view of the elevator control system,floor display program flow and main program flow chart.In the end,the programs of ladder,about basic running functions of the elevator,are written.These links include open floor display, automatic selection

5、of orientation,the generation,elimination and display of the external call signals and the internal selection signals,door switch control, elevator leveling control, starting for speed control.The elevator control system is designed by application of PLC technology , it has strong stability, better

6、comfort, easy to operate, in addition to ,the PLC is also playing an important role to improve operational safety aspects of the system for a long period, timeliness of corresponding actions. Keywords elevator；PLC；control system；ladder目录摘要 IAbstract I前言11 电梯的基本内容31.1电梯的定义31.2电梯的基本结构31.3电梯速度简略分析71.3.

7、1调速原理71.3.2电梯运行速度曲线82 基于PLC电梯控制系统的硬件设计112.1变频器的选择及分析设置112.2 PLC的选择及I/O（输入/输出）分配142.3 轿厢位置检测方法的选择172.4 旋转编码器与 PLC 脉冲检测182.5 电梯系统部分电气控制图193 基于PLC电梯控制系统的软件设计203.1 电梯控制性能要求203.2 楼层显示与主程序流程图213.3 梯形图设计23结论31参考文献32致谢33III前言随着科技的发展以及人们对于日常生活的不断追求，电梯系统相关技术日渐纯熟，因而对电梯控制系统的各个参数及特性也有了更高的要求，例如更高的调速精度和安全系数、更广的调速范

8、围、更舒适的乘坐环境，更小的能耗等，而这些在很大程度上决定了电梯系统的好坏。并且电梯设计生产相关的各种标准也逐渐统一起来，比如GB 7588-2003，它规定了电梯的各个要求和性能。正是顺应这些市场需求，也由于PLC的优良特性：功能强大，适用面广，适应性强，体积小，能耗低等，基于PLC的电梯控制系统才会日渐流行。其实，电梯的发展背景源远流长，可以追溯到身为文明古国的中国和古埃及，而电梯就是来源于这个时期设计的卷场机，当然这时候的动力为人类劳动。几千年以后进入第一次工业革命，蒸汽机出现了，于是它作为卷场机的动力，不久第一台升降梯问世了，自然人们很快在很多领域发挥了升降梯的作用，同时动力发展历经水

9、压梯到现在以油压为主的液压梯。19世纪80年代末，悬挂式轿厢升降机出现，成为现代电梯的原型。20世纪伊始，电梯的传动设备开始改进，逐步简化，40年代末，成为集成电路控制，70年代后，控制电路也完成了从模拟到数字的转化。目前电梯发展衍生的种类多种多样，在动力方面，电梯早已不再由简单的蒸汽机驱动，而是电动机驱动；在速度及速度控制方面，电梯有低速电梯（以下）、快速电梯（）、高速电梯（）、超高速电梯（以上）的区别，在速度控制上，有直流调速，也有交流调速，在交流调速的发展中变频调速则逐渐成为主流；从电梯的外形来看也有了不小的变化，有垂直运行的轿厢式，直线运行的阶梯式，具体形式则可以根据建筑的形状进行协调

10、。电梯有基于继电器、PLC和微机这三种控制方式，由于继电器控制方式有接线复杂、结构庞大、能耗高等缺点，已经逐渐退出历史舞台，因而另外两种控制方式是电梯系统的普遍选择，并且它们的控制性能相差无几。这两者的区别主要在于它们分别以微机和PLC作为信号控制单元，可以完成相关控制信号搜集、运作状态设置、电梯的自动调度与集选控制等操作，另外电梯的拖动控制则由变频器完成。目前第二种方式是国内采取的主流方式，主要原因是采用PLC控制具有可靠性高、编程简单、体积小、结构紧凑等优点，并且PLC一般都具有自诊断、故障种类显示、故障报警等功能1。现在，国内外电梯生产设计的盛况空前绝后，美国日本是当仁不让的电梯市场的龙

11、头，我国在这方面的进步不容小觑，但与世界前端水平相比，之间的距离还需要我们不懈努力，我们甚至可以把电梯的产量和使用状况作为一个国家经济发展、工业化程度的重要衡量指标。有调查显示，在美国电梯每年承载人次将近是其他交通工具的7倍，可见其无与伦比的需求，而我国也在不断加大对电梯的投入，电梯预测将以每年20%的速度增长，其销售金额以百亿美元衡量。当然电梯与先进技术的结合也更加紧密，例如变频技术，微机处理技术，数字调节技术，节能技术等。可以说，电梯是在不断提出更高要求，然后在先进技术的带领下不断完成蜕变的，它在人类生活中早已经是不可缺少的运输工具。电梯是一个人机交互式的操控系统，因为它是依据硬件设备参数

12、设定和程序编程所确定的规律来运行，因为运行状态由外部随机选择的呼叫信号决定，因此，不用顺序或逻辑控制而选择随机逻辑的方式控制1。本文将针对普通箱状吊舱式电梯进行运行分析。1 电梯的基本内容1.1电梯的定义电梯是根据路线往返起终点的承载人或货物的交通运输工具，它的动力是电动机，其中吊舱式电梯其箱体沿两列刚性导轨垂直上下；梯级式电梯装有履带，在履带上设置踏步板形成台阶，可以沿着固定路线运行，并且按照要求其刚性导轨的倾斜角小于15度2。1.2电梯的基本结构虽然市场上电梯的种类很多，但都从讲求实用的角度出发，电力拖动、钢丝绳曳引式结构成为目前的首选。电梯的基本结构如图1-1所示。图1-1 电梯的基本结

13、构图一个完整的电梯控制系统能够通过选择升降停留于各个设定楼层，它可细分为八大系统，这八个部分的结构功能介绍如下。(1)电力拖动系统该系统一般装于电梯顶部，它的基本环节有供电设备、曳引电动机、速度反馈装置和电动机调速装置，主要用于调节电梯所需要的运行速度。供电设备为电动机供电使其带动系统运作；依据目前的电梯配置，曳引电动机有直流、交流和永磁三种选择；速度反馈系统通常用测速发电机或速度脉冲发生器检测出电梯的运行速度，并将其反馈给调速系统，与相应指令控制下的给定速度比较，实现调速目的；调速装置，顾名思义，就是依据信号对曳引电动机进行速度调节的机械结构，例如电磁制动器，限速器等1-3。电力拖动系统通过

14、控制电动机的转速，再经过减速装置控制曳引轮带动电梯运行，若正转电梯上行，则反转电梯下行，电梯的加减速及稳定时的匀速运行与电动机对应。该系统决定了加、减速、平层精度、舒适度等参数，这些参数直接影响电梯的调节性能4。(2)电气控制系统该系统主要是对电梯的各个环节进行操控，完成电梯行驶方向及电梯与门机的起动、稳定运行、制动等操作,同时完成显示，调速控制，内选外呼，各种安全保护等功能。该系统主要由安装在机房中的控制柜上的控制装置、电梯内外两个按钮箱构成的操纵装置、使厅门和轿厢的地坎持平的平层装置及轿内和厅门的指示灯构成的层站位置显示装置四部分组成。此外，在一些电梯中，电气控制系统还包括端站强迫换速开关

15、、限位开关、位置检修箱等装置，该系统直接影响了电梯的自动化程度及运行性能1，2，3，4。(3)曳引系统该系统是在拖动轿厢做升降运动中完成电梯输出和传递动力功能的主要的拖曳器械。该系统有四个部分：曳引机是整个曳引系统的核心，依据不同类型的曳引机的不同特点，适用于不同的电梯系统，低速及快速电梯选用有齿轮型的，高速及超高速电梯选用无齿轮型的2，5；曳引钢绳为轿厢与配重的“连接线”，钢绳过度使用会磨损，因而要定期更换检修，防止断绳坠梯事故；导向轮控制轿厢和对重之间的距离，即将轿厢和对重分别引到合适的位置，如果采用复绕型钢丝绳还可以增加曳引力；反绳轮减小曳引机的输出功率和力距，一般安装在轿顶3。(4)导

16、向系统导向系统用来控制轿厢和对重的稳定性，避免轿厢和对重发生横向的搬动和振动等超出允许范围外的位置偏移，使轿厢和对重只在一定自由度下顺着导轨作定向运动3。该系统有三个部分：导轨其连接、长度、材料、表面粗糙度、安装精度都有专门的技术要求，其连接不允许采用焊接和螺栓,需要用特定的连接板连接，其长度一般为3-5m；导靴一般采用滑动（包括固定式滑动和弹性滑动）和滚动两种方式；导轨架:主要用于固定导轨和导靴2。(5)门系统在电梯控制中，门系统实际上是重要的安全保护措施，对防止人员与物品与井道相碰撞等危险的发生起着重要的作用。该系统有门（层门和轿厢门），门机及门锁装置三部分1-3。(6)轿厢轿厢作为运送人

17、及货物的载体，是由厢架与厢体结合的非严格意义上的封闭空间（且内部有必要的出入口和通风孔），因此轿厢内禁止产生有害气体和烟雾。轿厢架的作用是固定和悬吊轿厢,而且它作为承重机构可以将轿厢的负荷（包括自重和载重）传递到曳引钢丝绳。轿厢体高度大于 2 米，电梯钢绳承重有限，因而箱体面积要受额定载重量及额定乘客人数而定,按照标准轿厢额定载重量约为，额定载人数按人均75千克确定2，3。(7)重量平衡系统该环节有对重和重量补偿两组装配，主要是用对重平衡轿厢自重和部分额定载重，并且这里是相对平衡，即在电梯载重量不断变化的情况下，维持两方的重量差在限定范围内，以确保曳引拖动无故障6，此系统主要是减小曳引机输出功

18、率而设。重量平衡计算公式如式（1-1）。 （1-1）其中对重侧的总重量 轿厢侧的总重量 电梯的额定载重 平衡系数，一般在之间7。重量补偿装置为轿厢和对重下悬挂的补偿绳或者链条。两侧曳引钢绳会在高层电梯运作中产生改变，该装置就是为了补偿这种改变所带来的对电梯平衡设计的影响4。(8)电梯的安全保护装置安全、稳定、无差错、无故障运行是电梯的基本要求，一旦电梯设备发生故障，要及时采取有效措施，避免生命财产损失，因而要有各类安全保护装置构成电梯的安全保护系统，电梯常见故障及其解决方法如图1-2所示6，8。钢丝断绳制动器失效终端极限开关因故急停关门不到位电动机抱轴曳引机打滑超载门锁故障各类开关动作曳引机故

19、障轿厢故障安全故障端站未停电源故障维修门锁断电低速滑行超速滑行电梯报警断电缓冲器断、错相电磁制动器盘车救人安全触板动作安全窗救人缓冲器限速器制动安全钳动作电梯停止运行需进行维修限位开关失效图1-2 常见的电梯故障及其解决办法根据图1-2所示及电梯实际运行情况对电梯的安全保护装置作如下说明：1 限速器和安全钳保护系统：若发生钢绳断裂、制动失效、曳引机打滑等故障时，致使电梯超速时，首先限速器会开始紧急制动，然后它的动作会带动安全钢索及连杆机构，最后带动执行机构安全钳机械制动9，直至轿厢停止动作。2 电磁制动器：通常选则采用直流形式，并将其装于曳引机机轴上10。电磁制动器工作原理如下：在正常运行时，

20、电梯启动后制动器通电，松开电闸，电梯方能上下行，停层后制动器断电开始制动3；在事故时，通过响应启动该装置，使电梯停运修理。3 缓冲器可用于冲顶和撞底事故中，它的作用就是吸收、消耗电梯轿厢和对重动能，通常也称轿厢、对重弹簧缓冲装置9。4 限位开关：正常情况下，轿厢在目标端站平层位置应该停车，若未停止则属故障，此时限位开关动作10，强制停车，一般有上限位开关和下限位开关。5 终端极限开关：设置于井道的顶端和底部，在限位开关失效之后起作用9，主要防止冲顶或者撞底事故。当电梯失去控制时，终端极限开关随即同时切断控制电路和总电源，便可制止电梯继续运动9。 6 强迫减速开关：装于井道顶部和底部两处，当电梯

21、发出同层指令时轿厢仍未减速或者电梯失控时触发此开关，强迫电梯减速停止11。 7 超载开关：若检测到超载即触发此开关，发出警报短鸣，电梯无法正常关门运行10。8 安全触板：是常见的机电一体式关门防夹安全装置，为关门安全开关的一种（另一种常见的关门安全开关是红外线开关），在轿门关闭过程中夹到物品，该装置起作用，门就会马上开启9，防止人员或物品被夹受损。9 门机力矩安全装置：可以同时关闭轿厢门和层门，其原理就是门机使用一定的力矩达到关闭效果。在轿门接触到人客或物品，关门力矩上升，通过其连接的行程开关使轿厢门和厅门自动重新打开9，在这方面与安全触板装置相辅相成 。10 急停按钮：突发状况下，该按钮可断

22、开电源，紧急制动停止电梯11。 11 门锁装置：形成门安全信号，电梯在该信号发出后才获准启动，若运行中信号中断，马上停止11。 1.3电梯速度简略分析1.3.1调速原理顾名思义，调速就是按照一定的需求对电梯的速度进行调节，现在市场上的电梯大都是电动机进行驱动，驱动电机转速决定了电梯速度，这里对直流、交流两种类型电动机的不同调速原理分别进行说明。直流电动机转速特性 （1-2）其中电动机的参数分别是转速 端电压 电枢电流 电枢回路总电阻 电动势系数 气隙磁通由式（1-2）可见，改变直流型电动机的转速，可以有三种方式：改变电枢回路的串联电阻；减小气隙磁通，改变电枢端电压，因为对于已经生产出的直流电动

23、机来说，电枢路电阻和气隙磁通不容易改变，但是电枢端电压容易改变和控制，所以成为主要方法。目前主要两种方式可以调节机端电压:一种是可控整流供电，一种是直流斩波器供电12。交流电动机转速 （1-3）其中电动机的参数含义为转速 转差率 供电电源频率 定子绕组极对数由式（1-3）可以看出，调速方式如下所述：（1）改变极对数调速；（2）改变电机供电电源频率调速；（3）改变转差率调速，通过减少定子绕组电压和改变转子回路电阻等方法实现12。交流双速电梯通常用方式（1）调节速度，交流调压调速电梯用方式（2）调节速度，另外也可调节定子绕组电压大小调节速度。对方式（3），我们可以通过合适的转差率s来防止电机超速运

24、行或欠速运行，因为电梯在50Hz下运行是平衡状态，而空载时可能导致电梯超速,转差补偿选-0.5Hz，满载状态,电梯可能欠速运行,转差补偿取+0.5Hz，以此保证各种状态下轿厢运行速度基本一致2，13。1.3.2电梯运行速度曲线根据大量实验分析后得出，载人电梯的两种运行速度与人体舒适度关联密切，一种为加速度，另一种为加速度变化率，另外电梯响应时间尽可能短会提高效率，因而合理选取这两种数值可保证舒适度与效率，根据实际情况得出，电梯的加、减速度范围为,加、减速度变化率范围为以内，一般两种速度不取0值2，13。常规的的电梯速度曲线如下图1-314。图1-3 常规速度控制曲线由图1-3，AB、BC及CD

25、三段分别表示加速段、匀速段，减速段，可以控制参数使加、减速度与平衡速度合适，但是曲线中，速度变化处不平滑，又可看出在A、B、C、D点处加速度变化率是无穷大，而在其它时刻的加速度变化率是0，并未控制在理想范围内2。这种情况下，会使乘客感到不舒服，从而影响电梯品质，对上诉缺陷进行改进可以得到如下图1-4所示的电梯速度曲线。图1-4 改进后的电梯速度曲线该曲线由两段S曲线和中间的一段直线构成，BC直线段仍然为平衡时的匀速运行阶段，与图1-3区别在于电梯加、减速段AMNB和CEFD较为平滑，这样可以保证电梯舒适度，并可以提高平层准确度。通过调整加速度斜率与S曲线的变化率可以优化曲线。其中加速度是由转速

26、从0上升到额定速度所需要的时间确定，于是起动加速时间不同，决定了起动曲线斜率不同，起动快斜率大，起动慢斜率小。同样，调整S曲线变化率可改变起动曲线弯曲处的缓和度，改变S曲线起始、终了加速时间即可实现S曲线变化率的大小。本设计选用的变频器可直接设置不同S曲线加速时间值，即可使起动曲线理想化。同理，制动曲线也可按此方法调整15-16。2 基于PLC电梯控制系统的硬件设计2.1变频器的选择及分析设置本设计采用交流变频调速，我们可以从以下几个角度综合考虑变频器的选择问题：首先由以上对电梯速度的分析可知，要想获得较好的舒适度，必须有合适的加速值、减速值和平稳时的运行速度，即尽可能使电梯运行曲线接近理想的

27、给定速度曲线，故要求变频器能够使电梯调速具有良好的静态、动态性能；其次，从能源方面考虑，则希望电梯系统耗能占比越小越好；最后就是经济问题，虽然市场上不乏有电梯专用变频器，其优势不容忽视：使用方便灵活，功能强大，但是价格昂贵，故在很多场合使用受限。综上所述选则安川VS一616G5型变频器,只要经过恰当的配备，巧妙的设定，准确的编程，其效果足以替代电梯专用变频器。变频器主要通过控制电机影响电梯系统，实践证明，将VS-616G5变频器应用与电梯系统能够显著提高电机的功率因数和效率，并且降低电机运行损耗，可得到较高的启动转矩和调速范围，并且可以使电梯处于静噪音状态。此外该变频器要和PG卡和旋转编码器配

28、合，来完成电动机的测速与反馈。以下给出VS一616G5型变频器的标准规格如表2-1，并根据本设计需要列出其基本参数和参数设置，详见表2-2和表2-311。表2-1 VS一616G5型变频器的标准规格容量范围1.21100KVA1.4460KVA电源电压频率200V：三相200/200/208/220V400V:三相380/400/415/460V电压允许变动 +10% -15%频率允许变动15%控制方式控制方式正弦波PWM控制：（1）无传感器矢量控制（无PG）（2）带传感器矢量控制（带PG）（3）V/F控制（4）带传感V/F控制（用参数切换）启动转矩150%Hz(无 PG) 150% r/mi

29、n(带 PG) 速度控制范围1:100(无 PG) 1:1000(带 PG) 速度控制精度±0.2%(无 PG) 0.02%(带 PG) 速度响应5Hz(无 PG) 30Hz(带 PG)转矩极限有转矩精度±5% 转矩响应20Hz(无 PG)以上 150Hz(带 PG)以上 频率控制范围0.1400Hz频率精度(温度变动)数字式指令±0.01%(-10+40) 模拟式指令±0.1%(25+10) 频率设定分辨率、(运算分辨率)数字式指令 0.01Hz/100Hz 模拟式指令 0.03Hz/60Hz 过载量额定输出电流的 150%频率设定信号-10V10V，

30、010V，420MA加减速时间0.016000.0S制动转矩约 20% 带制动选择 150% 抑制高次谐波电源直流电抗器变频器内自带，且有200V/24KVA、400V/26KVA两种选择12相整流不能变动 主要控制功能瞬停再起动、下降、转矩和零点伺服控制等操作配置16 字×2 线液晶显示器 接通插件板可选择16 种(最多可装3块) 保护功能电机保护、变频过载、瞬间过电流、电压下降、过电压、输入缺相表2-2 VS一616G5变频器常用参数含义参数功用A组确定控制模式B 组选择运行功能C 组确定加、减速时间和转矩补偿时间D 组选择频率E 组确定运行压频曲线F 组保护设置H 组确定偏差标

31、准表2-3 VS一616G5变频器主要参数设计参数设定值说明A1-014存取级别为：ADVANCEDA1-023带 PG 的矢量控制B1-010主速来自 D1-01C1-013S加速时间为 3SC1-023S减速时间为 3SC2-010.8S加速开始时的 S 曲线特性时间C2-020.8S加速完成时的 S 曲线特性时间C2-030.8S减速开始时的 S 曲线特性时间C2-040.8S减速完成时的 S 曲线特性时间C5-015速度环增益，舒适感较好时范围在 540之间C5-021S速度环节积分时间常数，舒适感较好时范围在0.55S之间D1-0250Hz快车速度D1-036Hz爬行速度D1-091

32、0Hz慢车速度E1-01380V输入电压E1-0450Hz最高输出频率E1-05380V最大电压输出E2-0124.4A按电动机铭牌输入的额定电流E2-046按电动机铭牌输入的电极级数H2-0137变频器输出端子 9-10 为运转中 H3-051F选 D1-02 不选端子 16 输入L3-040失速防止无效L6-014过转矩检出动作选择L6-0310S过转矩检出时间L6-044过转矩检出动作选择 L6-05200过转矩检出标准 L6-062S过转矩检出时间 L8-011制动电阻过热L8-051输入缺相L8-071输出缺相F1-01600PG 脉冲数F1-051/0编码器方向错时更改2.2 PL

33、C的选择及I/O（输入/输出）分配按照4层电梯的操纵要求进行设计，需要I、O点各33个，另外加入裕量的考量，而且本系统采用旋转编码器地位，因而PLC需要有高脉冲输入，所以本设计采用西门子 S7-200 系列 CPU226 PLC（CPU226的I/O点数为24/16） 为主机，扩展模块选用EM223DC 24V （其数字量I/O点数均是16），两者进行组合，I/O点数分别可以达到40/32，可以达到系统控制要求9。由输入输出情况，基于PLC的电梯控制系统的结构框图如图2-19，17。PLC输入单元 扩展模块EM223 主机 PLC -CPU226 输出单元电梯内选信号电梯外呼信号平层信号安全保

34、护信号门信号楼层显示运行方向显示呼梯信号显示警铃、到站提醒开关门控制变频器（配PG卡）电动机减速器旋转编码器电梯运行曳引轮图2-1 PLC控制的电梯系统结构框图根据本次电梯系统设计的控制要求，可以完成图2-1结构框图部分功能，设计中接入扩展模块EM223的输入信号有：检修、直使、自动选择、消防和检修选择等信号；扩展模块EM223的输出信号有：位置显示、报警警铃输出、加速以电动检修接触器动作信号；接入主机PLC CPU226输入信号有：门安全与开关门、外呼内选、急停、各种感应、强制以及警铃输入等信号；PLC CPU226输出信号为：上下行方向选择、速度（快慢速）操控、开关门动作、外呼内选显示信号

35、。正是由于这些输入输出信号构成了多层站控制的电梯运输系统。I/O位址编号如图2-2，输入位址分配如表2-3，输出位址分配如表2-5。图2-2 主机及扩展模块I/O位址分配图表2-4 输入分配表输入点电梯接口输入点电梯接口I0.0门安全信号I0.1外呼按钮 1 上I0.2外呼按钮 2 上I0.3外呼按钮 3 上I0.4外呼按钮 2 下I0.5外呼按钮 3 下I0.6外呼按钮 4 下I0.7急停按钮I1.01 层感应干簧管I1.12 层感应干簧管I1.23 层感应干簧管I1.34 层感应干簧管I1.4内选按钮去 1 楼I1.5内选按钮去 2 楼I1.6内选按钮去 3 楼I1.7内选按钮去 4 楼I

36、2.0轿厢内的开门按钮I2.1轿厢内的关门按钮I2.2上平层感应干簧管I2.3下平层感应干簧管I2.4门区层感应干簧管I2.5上强迫减速开关I2.6下强迫减速开关I2.7警铃按钮I3.0检修慢上I3.1检修慢下I3.2直驶开关I3.3自动选择开关I3.4消防选择开关I3.5检修选择开关I3.6旋转编码器A相I3.7旋转编码器B相I4.0PG-B2位置1输出信号表2-5 输出地址分配表输出点电梯接口输出点电梯接口Q0.0上升接触器Q0.1下降接触器Q0.2外呼1上指示灯Q0.3外呼2上指示灯Q0.4外呼3上指示灯Q0.5外呼2下指示灯Q0.6快速接触器Q0.7慢速接触器Q1.0外呼3下指示灯Q1

37、.1外呼4下指示灯Q1.2内选去1楼指示灯Q1.3内选去2楼指示灯Q1.4内选去3楼指示灯Q1.5内选去4楼指示灯Q1.6开门输出信号Q1.7关门输出信号Q2.01 层位置指示Q2.12 层位置指示Q2.23 层位置指示Q2.34 层位置指示Q2.4快加速接触器Q2.5第一慢加速接触器Q2.6第二慢加速接触器Q2.7点动检修接触器Q3.0-Q3.7分别接8路变频器输入信号Q4.0报警警铃输出由表2-4和表2-5的PLC输入输出地址分配表知：（1）6个外呼按钮用于厅外乘客选择上下行至各楼层；4个内选按钮用于轿内选定各层。（2）4个楼层感应干簧管和3个平层感应干簧管的说明详见下一部分轿厢检测方法分

38、析。其中平层感应干簧管包括：上/下/门区平层感应干簧管。（3）2个强迫减速开关，上/下强迫开关分别安装在最高/低层站附近的适当位置。 （4） 门开关有5个，包括4个层门和一个轿门。由于只有所有开关均闭合，才会触发门安全信号，电梯才会运行，否则，电梯不工作，因此将这5个门开关联锁，可以达到节省输入点作用，如图2-3所示即为门联锁电路图。因为只有层门和轿厢门均闭合，电梯才能运行，所以图2-3中所有开关组合组成门安全信号，该信号对应门联锁继电器，从而减少了输入点。AC110V门联锁继电器1楼层门2楼层门3楼层门4楼层门轿门图2-3 门联锁电路（5）在现场输出信号中：8个接触器、14个指示灯信号、1个

39、报警警铃输出、开关门输出信号各1个。2.3 轿厢位置检测方法的选择轿厢位置检测也可以称为选层器，它将检测的轿厢运行状态和位置反馈给系统以完成相应的控制。轿厢位置检测在电梯系统中主要用于三个方面：（1）确定轿厢位置所在楼层，并与被记忆的内选和外呼信号决定的目的楼层比较，自动判断电梯运行方向；（2）检测到轿厢运行到所需停车楼层的换速点时，发出减速信号，通过换速控制使曳引电动机减速；（3）检测到轿厢到达目的层平层位置时，发出到站信号，相应做出楼层显示，同时消除已经执行的呼梯信号18。常用方法有干簧管磁感应器、稳态磁保开关和旋转编码器三类，它们原理不尽相同，优缺点各异。旋转编码器可以检测轿厢位置，同时

40、可以进行测速与反馈，由于使用干簧管磁感应器方式直观、简单，所以本设计选用该方法来检测轿厢位置，且梯形图编程也以该方法为基础编写，旋转编码器仅用于速度控制与检测中，以下根据本设计对干簧管磁感应器进行原理分析，它的结构如图2-4所示。图2-4 干簧感应器结构由图2-4看出干簧管感应器呈U型，其两侧分别装设的是永久磁铁和干簧管，在干簧管处引出常闭触点2、转换触点3和常开触点4。槽中无隔磁时，2和3的常闭触点闭合，当有隔磁钢板嵌入槽中，永久磁铁形成的磁场穿过气隙和隔磁钢板构成闭合磁路，于是在簧片弹性作用下，触点 2，3 断开，常开触点3，4 闭合15。本设计中楼较低，仅4层，故只需要4个楼层感应干簧管

41、，它们装在临近平层位置的地方，相应隔磁钢板安装在轿厢上，当电梯上升下降时，按上述原理发出控制信号，使电梯减速或者楼层显示。另外需要3个平层感应干簧管，置于厢体顶端，此时是与井道内的隔磁钢板配合，发出平层信号17。同时这种方法每楼均要配备一个磁感应器，需要大量使用PLC的输入点，因而从实际出发不适用较高楼层的情况。2.4 旋转编码器与 PLC 脉冲检测 由VS-616G5变频器使用要求及图2-1所示的PLC控制的电梯系统结构框图，本系统需要使用旋转编码器，这里对其工作原理进行简要说明。旋转编码器用以测量转动量，并把测出的结果转换成数字信号。在电梯控制中，旋转编码器通过转轴和曳引电动机相连，它的两

42、相输出可分别与PLC的输入端相连接，电源也可利用 PLC 内置 24V 直流电源。又由于它的输出脉冲频率较大，因此与之相连的主机CPU226输入端为高速计数器。正因为旋转编码器测量准确，硬件连接简单方便，优于其它方法，故逐渐跃升为检测电梯位置的主要方法11。并且需要说明都是，PLC的每一个高速计数器有 12 种工作模式，根据曳引轮的转轴方向及转动角度，旋转编码器的输出是两相互差一系列脉冲波，所以，高速计数器必须工作在模式 9-11模式之间，即工作在A、B两相正交计数模式，图2-5为模式9操作时序图19。正向转动，A超前B，逆向转动，A滞后B，以此判断进行正计数或者减计数。若在轿厢在底层时，高数

43、计数器的当前值为零，随着轿厢的上升，高数计数器的值不断增加，当下降时，高速计数器的值不断下降，根据高数计数器的值的变化反映出轿厢所在楼层的精确位置。 图2-5 高速计数器模式9操作时序图2.5 电梯系统部分电气控制图图2-6 电梯系统部分控制电气图3 基于PLC电梯控制系统的软件设计在硬件选择和参数设计的基础上，软件设计部分给出了本设计中电梯主要的控制性能要求，并绘出了系统程序流程图，最后给出了系统的主要功能的梯形图，而且对其进行了简要的分析说明。3.1 电梯控制性能要求（1） 本设计以有司机方式进行控制和编程，司机可以控制开关门，外呼指令下，司机也会收到指示，并控制电梯运行方向；（2） 电梯

44、具有两种工作状态，即正常工作状态和强制工作状态，电梯运行时，会按照是否外呼，是否内选，是否强制工作的顺序进行判断，外呼和内选属于正常状态范围内；（3） 本设计的显示信号有：楼层数字显示，外呼和内选信号显示，电梯运行方向显示。其中楼层显示和电梯运行方向显示在厅外和轿厢内均有设置，外呼和内选信号可以记忆，但是每执行完一个指令，相应显示消除；（4） 电梯各个门均关好后，如需动作，计时时间为2秒，即开始加速起动，其他换速时间为5秒，开门无需延时，自动关门动作延时，手动关门不延时；（5） 因为设计的是四层电梯，故四楼只设下呼按钮，一楼只设上呼按钮，其他两层每层均有上下按钮；（6） 几种互锁情况：行车时，

45、各个门均只能处于关闭状态，开门状态，轿厢不能上下行；开门和关门互锁；上行和下行互锁；（7） 厅门与层门形成门联锁电路，形成门安全信号，作为行车前提；门完全关上前接触到人或者物品就会重新开启；电梯无指令等待时处于关门状态；只有平层手动开关门才能起作用；关门前手动按下关门开关提前关门，若选择开门则重新计时延迟关门；本层呼梯信号响应开门功能；（8） 电梯会根据相关信号进行自动换速；（9） 电梯上下行依赖曳引机拖动实现，开关门由门机正反转实现；（10） 电梯为集选控制，遵循顺向截梯和最远反向截梯原则，顺向截梯是指在确定运行方向后，依次按照内选楼层停靠，只有出现同向的外呼指令时，到相应楼层停靠，最远反向

46、截梯是指，在登记不止一个反向呼梯信号且执行完所有顺向指令后，先完成最远的那个指令20，并且这一过程，电梯自动换向；（11） 电梯超载时，发出报警短鸣，并且无法关门，超载解除，自动恢复运行；（12） 电梯内另外安装照明灯和通风扇，厅外和轿厢内的操作盒上具均有警铃按钮、自动选择开关、直驶开关、消防选择开关等，电梯可以根据不同故障自动或者人工进行处理；（13） 电梯完成所有指令，并且关门后仍无收到其他指令，则在最后所在楼层进行等待。（14） 停梯后，所有显示、照明、通风设备一律断电，轿厢停于一楼，轿门和各层门处于关闭状态。3.2 楼层显示与主程序流程图在电梯系统运行之前，要判断系统是否存在故障，也要

47、测试电梯是否按照指令正常运行，检测一切正常后，上电开始运行后，要进行初始化操作，初始化包括PLC控制状态（各项输入输出及中间变量参数）、PID运算参数和其他各项标志变量，如果有输入信号即进入主循环程序环节，依序进行判断和控制。在主循环程序中,根据语句判断输入指令，以此不断刷新相应的输出。本设计主循环程序要实现的控制功能有：楼层显示的处理；呼梯信号的处理；顺向截梯的处理；换速、平层、停车；检修运行(强制工作状态)；开关门控制等。电梯楼层显示和主程序流程图为图3-1和图3-220。Y楼层检测楼层是否改变送入数码管显示信号保持图3-1楼层显示程序流程图NYYYY开始初始化等待是否外呼确认本层与目标层

48、是否同层电梯选择运行方向电梯运行：起动、加速楼层检测是否目标层电梯减速平层检测电梯制动开门延时关门是否停止运行停止是否内选是否强制工作强制工作是否完成电梯高速运行NYYYYNNNNN图3-2 电梯系统主程序流程图3.3 梯形图设计本次设计的电梯控制系统功能较多，所以相应控制的梯形图较长，以下列出其中较典型的控制功能的梯形图，并进行简单说明（以有司机方式的四层电梯为例为例编程）。在涉及电梯上下行时，均假设假设电梯初始位置在一层。（1）楼层信号控制图3-3 楼层信号控制梯形图如图3-3所示的梯形图可以完成楼层信号显示功能，其输入I1.0-I1.3分别为1-4层感应干簧管信号，输出Q2.0-Q2.3

49、分别为1-4层楼层显示（数字由LED数显管显示）。根据干簧管工作特性，从楼层显示某一层开始到电梯到达下一层楼层感应器之前，显示不变，到达后即改变显示，即电梯向上时，显示的数字连续增变化，反之，向下时连续减变化。故楼层信号是连续变化的。控制流程：电梯在一层，则I1.0常开触点闭合，Q2.0得电，由Q2.0输出的含义知一层位置指示动作，经译码后，楼层显示数字“1”。由于Q2.0 自锁（Q2.0常开触点处于闭合状态），在电梯到达 2 层感应干簧管位置前，依然可以维持Q2.0得电状态，故楼层显示依然为“1”。到达后，分析程序得Q2.1 上电，相应触点闭合，又Q2.0与Q2.1互锁（Q2.1的闭触点断开

50、）从而Q2.0失电，因而楼层位置指示“2”亮，同时“1”熄灭。电梯继续运行，则重复该运行过程。上述的控制过程适用于电梯不同初始位置、不同运行方向的各个情况。 （2）自动选向控制图3-4 自动选向控制梯形图如图3-4为自动选向控制梯形图。根据如图3-2所示系统流程图，电梯会先判断外呼指令，再判断内选指令，来确定目标层与本层不是同一层，若不同层会先进行选择方向操作，然后才会运行。图中M0.1 M0.4登记或消除各层内选信号， M3.0和 M3.1 负责选向，输出继电器 Q0.0/ Q0.1 对应上升接触器/下降接触器，执行上下动作，M3.0/ M3.1直接决定了Q0.0/ Q0.1的开关状态，所以

51、影响了电梯的运行方向17。分析：由于电梯运行方向是单向的，即不能同时上行和下行，故M3.0与M3.1要互锁，表现为图14中对应的常闭触点M3.0、M3.1；又由于电梯运行不是瞬时完成的，上下行是过程，故上行或者下行都需要自锁，以确保动作完整，依靠图15中的常开触点M3.0、M3.1。以电梯上行为例分析说明上行的条件：（1）内选指令登记；（2）电梯位置低于相应信号楼层数，例如开始时内呼去2楼指令被登记，则M0.2常开触点闭合，同时楼层均没有显示“2”、“3”、“4”，故Q2.1-Q2.3常闭均闭合，此时M3.0尚未得电，也就是还没有控制Q0.0得电，因而Q0.0常闭触点处于闭合状态，回路通路，M

52、3.0得电并自锁。（3） 内选指令信号控制图3-5中的程序完成电梯内选功能。其中输入I1.4-I1.7分别为去1-4层内选信号，其余各指令对应的含义不在赘述。若中间继电器被置位，即处于ON时，为登记，反之，被复位为消除。由于电梯为多选控制，故中间继电器的任意组合可以同时为ON。图3-5 内选功能控制梯形图 控制流程：假设Q0.0、Q0.1 均未得电，由初位置和楼层信号控制，知Q2.0得电，楼层显示为“1”。若内选去1层按钮按下，由于Q2.0常开指令动作，M1.0置位后，迅速清零，故不起记忆作用。若内选去2楼和4楼，则 I1.5、I1.7 常开触点闭合， M0.2、 M0.4 置位登记对应指令。

53、当电梯上行至2 层感应干簧管位置，Q2.1相应触点动作，M0.2被复位，楼层显示为“2”，内选去2楼信号消除。但是电梯未到4楼，也就是Q2.3的常开触点依然断开，M0.4复位前提未满足，去4层的记忆信号依然存在，直到电梯到达 4 层，同理M0.4 复位，楼层显示为“4”，执行完毕。 （4） 外呼指令信号控制图3-6 外呼功能控制梯形图图3-6中的程序完成外呼指令控制。I0.1-I0.3对应外呼按钮1-3层上，I0.3-I0.6对应外呼按钮2-4层下，中间继电器 M3.0/ M3.1 分别表示上/下方向控制，Q0.2-Q0.4对应外呼1-3上指示灯，Q0.4/Q1.0/Q1.1为外呼2/3/4下

54、指示灯。控制流程：乘客选择外呼 2 上、外呼3上、外呼2下，即表示2楼和3楼均闭合，电梯在一楼故Q2.1、Q2.2常闭闭合，由图 Q0.3/Q0.4/Q0.5均会动作，故而外呼2上/3上/3下指示灯亮。因为为有司机方式，一旦指示下达，司机控制电梯向上，M3.0 上电并保持（具体分析见选向环节）。当轿厢停靠于2层时，外呼2上信号清除，显示为“2”层，Q2.1 得电，其常开触点闭合，Q0.3 被复位失电。此时外呼3上和外呼 2下（此信号由I0.4与Q2.1常闭控制）信号仍然被登记，指示灯未灭，所以电梯继续上行。所有上行任务完成后自动换向，下行到 2 层时，M3.1动作，且楼层显示为“2”，Q2.1相应常闭触点闭合，Q0.5 复位，最后一个指令也被清除。上述过程体现了电梯的顺向截梯功能17。（5） 起动换速控制电梯速度的控制通过选择接通或者切断不同绕组来实现，改善电梯起动舒适感则通过串入和切除电抗器来实现。起动时接入快速绕组；