电气控制课程设计说明书--电梯 2 - 用于合并

1、 电气控制课程设计说明书五层电梯模型 PLC 控制系统设计与调试 院 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 黄柏燊 指导教师： 罗雪莲 职称 教授 专 业： 自动化 班 级： 自本1101班 完成时间： 2014年6月 摘 要随着经济的发展，现代城市中的高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。而电梯性能的好坏，除了电机等硬件以外，电梯控制系统是其核心因素。PLC（Programmable logic controller）因其简单易用、可靠性高、维修养护方便和抗干扰能力强等优点，在电梯控制领域应用极为广泛。五层电梯控制系统以三菱FX2N系列PLC为例，以五层电梯为设计对象，分

2、别从电梯控制系统的构成及工作原理，系统PLC配置方案，PLC软件设计，PLC软件的调试仿真和电梯硬件选取等方面，详细的阐述了PLC在电梯控制系统中的应用，形成了以PLC为控制系统的完整的电梯模型，使电梯在更精确、更可靠、更快速的控制平台上运行。 关键词：模型电梯；电器可编程控制器；调试ABSTRACTWith the development of economy, an increasing number of high-rise building in modern cities, elevator become an indispensable means of transport of

3、daily life.The core of elevators function is control system besides hardware. PLC（Programmable logic controller）have wide use for its many advantages,such as convenience, high reliability and antijamming. This article taking Japanese Mitsubishi FX2） series PLC for example,fifth floor elevator as the

4、 design, details the plcs application in the elevator control system, through the reference and working mechanism of elevator control system, configuration program of PLC, software designing of PLC, emulation software of PLC and hardware choosing the elevator. This paper work out a complete model of

5、 the elevator controlled by PLC.This PLC control system can make elevator running in a accurate,credible and fast way.Key words: model of elevator；plc；debug目 录1 绪论11.1 引言11.2 可编程控制器的特点11.3 PLC的应用领域21.4 PLC的设计步骤21.4.1 硬件设计21.4.2 软件设计22 电梯控制的原理与实现32.1 电梯控制系统构成32.2 电梯的工作原理32.2.1 输入输出回路32.2.2 PLC单元43 电梯

6、控制系统硬件设计53.1 主电路设计53.2 PLC的选择63.2.1 输出方式选择63.2.2 存储器容量选择63.2.3 输入输出点数选择63.2.4 PLC的机型选择63.3 其它硬件的选择73.3.1 轿厢位置检测装置选择73.3.2 牵引电机的选择93.3.3 开关门电机的选择113.3.4 继电器的选择123.3.5 熔断器的选择133.4 PLC外部接线153.4.1 系统信号的确定以及软元件的选取153.4.2 PLC的外部接线184 电梯控制系统软件的设计204.1 控制系统的工作流程204.2 控制系统的功能要求224.2.1 电梯内外部功能224.2.2 电梯运行状态的分

7、析224.2.3 电梯的控制要求234.3 系统梯形图的设计244.3.1 开门环节244.3.2 关门环节264.3.3 楼层显示环节264.3.4 内呼信号的登记与消除环节304.3.5 外呼信号的登记与消除环节314.3.6 定向环节334.3.7 启动环节354.3.8 制动环节364.3.9 抱闸环节385 系统整体调试395.1 硬件安装395.2 软件调试39结束语40参考文献41致 谢42附录 PLC控制电梯总梯形图431 绪论1.1 引言可编程控制器（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

8、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。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。1.2 可编程控制器的特点20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。

9、(1) 靠性高，抗干扰能力强；(2) 接口模块功能强、品种多； (3) 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强； (4) 编程方法简单、直观； (5) 系统的设计/安装、调试工作量少； (6) 维修工作量小、维护方便； (7) 体积小、耗能低、重量轻。1.3 PLC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。1.4 PLC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

10、分。1.4.1 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。1.4.2 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 电梯控制的原理与实现2.1 电梯控制系统构成电梯控制系统主要由输入输出单元以及 PLC 单元构成，如图1所示，P

11、LC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。图1 电梯控制系统框图2.2 电梯的工作原理2.2.1 输入输出回路输入输出单元为 PLC 的 I/O 接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。（1） 输入单元厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除；轿箱内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；开关门按钮，输入 PLC 控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；上下平层装置

12、，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层；上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入 PLC，PLC 发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运

13、行状态，泊梯状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电；称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出数字信号给 PLC，根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。（2） 输出单元楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作。2.2.2 PLC单元利用PLC内部自带的继电器线圈进行辅助输出的控制、自锁功能的实现和避免程序梯形图的双线圈问

14、题。利用PLC内部自带的定时器实现电梯的关门计时、开门到位计时、制动计时、抱闸计时和低速计时的功能。 3 电梯控制系统硬件设计3.1 主电路设计系统的电气主接线图如图2所示。图2 电梯控制系统主电路图电气主接线图中有两个电机，一个为曳引机的牵引电机，为交流异步电机；另一个为开关门电机，为直流电机。KM1与KM2的切换，可以实现异步电机的正反转，即控制电梯的上下行。当KM3闭合时，定子绕组接成三角形接法，电梯低速运行；当KM4闭合时，定子绕组接成双星形接法，电梯高速运行。KM6与KM7的切换，可以实现直流电机的正反转，即控制电梯的开关门。3.2 PLC的选择考虑到设计的电梯系统有五层，且开关量居

15、多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，从输出方式的特点、存储容量的特点和输入输出点数的数量方面考虑。3.2.1 输出方式选择由电梯系统控制的要求，PLC的输出方式选择继电器输出接口电路。工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。3.2.2 存储器容量选择根据电梯

16、系统控制要求，PLC的存储器应选择具有记忆功能的半导体电路的存储器，可分为系统程序存储器和用户存储器。（1） 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。（2） 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。3.2.3 输入输出点数选择经过分析，本五层电梯控制系统中共需26个输入量、30个输出量。3.2.4 PLC的机型选择综合考虑后，五层电梯控制系统的PLC选择日本三菱公司生产的FX2N系列中的FX2N-64MR-001型PLC

17、。该PLC参数见表1和外星如图3所示。该PLC的机型具有以下的优点：(1) FX2N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) FX2N指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。 (3) FX2N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) FX2N的编程可用编程器，也可以在 PC 机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSE MEDOC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。表1 PLC参数PLC型号

18、输入电源输出类型输入点数输出点数FX2N-64MR-001AC电源 DC24V继电器输出3232图3 FX2N-64MR-001外观图3.3 其它硬件的选择3.3.1 轿厢位置检测装置选择轿厢位置检测装置俗称选层器，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

19、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） 用于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或几个磁感应器，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。由于系统是五层电梯的控制故选用永磁感应器检测轿厢位置。永磁感应器的参数如表2所示和外形如图4所示。表2 永磁感应器参数产品型号YG-1产品概述永磁感应器又称电梯感应开关，用于电梯平层限位控制，也可用其它限位控制。产品接点用防酸、防

20、朝结构的真空继电器，在磁场的作用下动作，不需要电源工作。接点控制阻性1A，能控制直流和交流380V以下的电源电压。感应器机械寿命12万次。产品优点1、体积小 2、控制大 3、使用简单图4 电梯感应开关（永磁感应器）3.3.2 牵引电机的选择因为牵引电梯的动力电机都是短时工作制，其基本上都是工作在起动、恒速、制动、停止四个状态，这样频繁的起动、制动工作就要求所选的电机要有起动和过载能力惯性机械强度大、绝缘材料等级高的特点。所以根据电梯这种特殊的运行状态，考虑使用异步电动机，因为其具有结构简单、制造方便、价格便宜、维护次数和费用都低以及运行方便的特点，但考虑到电梯到了制定层要减速运行时需要调速，所

21、以所选电机应具有调速能力。其次，电梯也对拖动的电机有以下要求：（1） 高速或低速运行时要有较大的堵转转矩和较小的堵转电流。低速制动时产生的制动转矩应使制动效果明显而制动电流又不能过大，以保证电动机的可靠运行。（2） 高速运行时电动机有较高的效率和功率因数。（3） 为了使电梯平稳、舒适，电机应具有良好的机械特性。考虑到以上几个方面决定选用交流双速异步电动机。双速电动机其实就是笼型异步电动机，只不过在其定子绕组上有两套绕组，一套高速绕组，一套低速绕组。或者是一套绕组在不同的运行速度下接法不同。无论是怎样的绕组，其目的都是在电机运行时通过改接绕组的方法，使电机定子绕组的极对数改变，当极对数变化后电机

22、的定子旋转磁场磁极对数就会发生变化。 （1） （2）式（1）是同步转速表达式，式（2）是转子实际转速表达式，由以上两式可以看出，异步电机的同步转速和磁极对数成反比，当磁极对数增加一倍时，同步转速n1下降到原转速的一半，电动机的额定转速n2也将下降近似一半。所以改变磁极的对数可以达到改变电机转速的目的。单绕组双速电动机定子绕组引出六根出线端，可以结成/2Y、2Y/Y、2Y/2Y等。图5所示为/2Y联结的定子绕组接线方式。图5 异步电动机/2Y联结方式当定子绕组的U1、V1、W1三个接线端接三相交流电源，而将U2、V2、W2三个接线端悬空，三个定子绕组接成三角形联结，电机以四极低速运行。当定子绕组

23、U2、V2、W2、三个接线端接三相交流电源，而U1、V1、W1三个接线端连在一起，则原来三相定子绕组的三角形联结变为双星形联结，电动机以二极高速运行。为保证电动机旋转方向不变，从一种联结变为另一种连接时，应改变电源的相序。根据设计电梯的基本参数（如表3所示）与计算公式（3），计算所需电机的功率。表3 电梯的基本参数额定载重（kg）额定速度（m/s）平衡系数Kp总传动效率1000kg1m/s0.450.8 （3）式中：P代表电机功率，单位kw；Q代表电梯的额定载重，单位kg；V代表电梯的额定运行速度，单位m/s；Kp代表电梯的平衡系数；代表曳引机的传动总效率。将表3中电梯的基本参数带入式（3）中

24、计算，得出计算结果。考虑到电机的可靠运行，电机的功率留有裕量，因此选用嘉兴巨能电机公司生产的YD160L-8/4交流双速异步电机。具体参数如表4所示，图6所示。表4 流双速异步电机参数电机型号级数功率（kw）电压（V）转速（r/min）电流（A）防护等级绝缘等级YD160L-8/48738073019IP44F级411145021图6 交流双速异步电动机3.3.3 开关门电机的选择直流电机是将直流电能与机械能相互转换的旋转电机，它具有：（1） 优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广。（2） 过载能力强，能承受频繁的冲击负载。（3） 可实现频繁的无极快速起动、制动和反转。（4） 能满足生产过

25、程自动化系统各种不同的特殊运行要求。鉴于直流电动机以上特点，我们选择直流电动机为开关门电机，其功率的计算如下：假设电梯门的质量m=30kg，在开关门时最大加速度为a=1m/s2，开门速度为v=0.5m/s，门对地的摩擦系数=0.3，电机总的传动效率=0.8。根据牛顿第二定律得 （4）计算得F=88.2N，再根据功率计算公式5。 （5）计算得P=55W，由于上述只是估算，实际需要电机的功率可能大于估算结果，为了避免所选电机功率不够，而造成电梯门打不开，烧毁电机的事故发生。所以选用温州超航机电有限公司的电梯开门直流电机，其具体参数如表5所示，图7所示。表5 电梯开门电机参数电机型号工作电压(V)额

26、定功率(W)工作电流(A)标称转速(r/min)寿命(次)转矩(N·m)YDJ-80110 DC801.165±5% 300000011.461图7 电梯开门电机3.3.4 继电器的选择（1） 交流继电器由于牵引电梯的电机交流异步电机，根据上述所选电机的参数，选用GJH系列交流固态继电器。它具有开关速度快，无噪声，耐腐蚀，抗干扰等优点，能与计算机系统、自动控制装置直接接口，其输入动作信号可由LED指示。其参数如表6所示，图8所示。表6 GJH25-W-3交流固态继电器型号控制电压(V)负载电压(V)负载电流(A)通态压降(V)绝缘电压(V)GJH25-W-34.532 DC

27、380 AC55 AC1.8 AC2500 AC图8 交流固态继电器（2） 直流继电器由于控制开关门的电机是直流电机，所以根据上述所选的直流电机参数，我们选用GZ系列的直流固态继电器。直流固态继电器输入输出光电隔离，抗干扰能力强，输出饱和压降小，功耗低。其具体参数如表7所示，图9所示。表7 GZ1-L直流固态继电器型号控制电压(V)负载电压(V)负载电流(A)通态压降(V)绝缘电压(V)GZ1-L4.532 DC110 DC1 DC1.8 DC2500 AC图9 直流固态继电器3.3.5 熔断器的选择当电动机在过载或者短路时，其上通过的电流会超过额定电流，这种情况很容易将电机烧毁，所以为了使电

28、机在过载或者短路时不被烧毁，我们在电机的进线端都加装了熔断器，它能在高电流时切断电路来保护电机。用来保护交流电机的熔断器参数如表8所示，图10所示。保护直流电机的熔断器参数如表9所示，图11所示。表8 用于交流电机的熔断器型号额定电压(V)熔断器额定电流(A)尺码重量(kg)RT14-63380 AC32 AC22×580.009表9 用于直流电机的熔断器型号额定电压(V)熔断器额定电流(A)尺码重量(kg)RL1-15110 DC2 DC14×510.015图10 RT14型交流熔断器 图11 RL1型直流熔断器3.4 PLC外部接线根据上述硬件的选择，将各硬件按照控制系

29、统的电气主接线图与PLC外部接线图相互连接就可以得到整个控制系统的硬件部分。3.4.1 系统信号的确定以及软元件的选取经过对电梯运行流程和电梯的控制要求，选取控制系统的软元件，软元件包括输入继电器、输出继电器、辅助继电器和定时器，其I/O分配表分别如表10、表11、表12所示。表10 输入信号及信号编码输入的信号名称信号的编码SB1一层内呼信号X1SB2二层内呼信号X2SB3三层内呼信号X3SB4四层内呼信号X4SB5五层内呼信号X5SB6手动开门X6SB7手动关门X7SB8一层外呼上X10SB9二层外呼上X11SB10二层外呼下X12SB11三层外呼上X13SB12三层外呼下X14SB13四

30、层外呼上X15SB14四层外呼下X16SB15五层外呼下X17SQ1一楼下平层X20SQ2二楼上平层X21SQ3二楼下平层X22SQ4三楼上平层X23SQ5三楼下平层X24SQ6四楼上平层X25SQ7四楼下平层X26SQ8五楼上平层X27SQ9开门到位X31SQ10关门到位X32S1零速返回信号X33表11 输出信号及信号编码输出的信号名称信号的编码HL1一楼内呼显示Y1HL2二楼内呼显示Y2HL3三楼内呼显示Y3HL4四楼内呼显示Y4HL5五楼内呼显示Y5HL6上行显示Y6HL7下行显示Y7七段码a七段码a显示Y11七段码b七段码b显示Y12七段码c七段码c显示Y13七段码d七段码d显示Y1

31、4七段码e七段码e显示Y15七段码f七段码f显示Y16七段码g七段码g显示Y17KM1上行（电机正转）Y20KM2下行（电机反转）Y21KM3电机低速Y22KM4电机高速Y23KM8抱闸Y24KM6开门输出Y25KM7关门输出Y26KM5电机制动Y27HL8一层上行外呼显示Y30HL9二层上行外呼显示Y31HL10二层下行外呼显示Y32HL11三层上行外呼显示Y33HL12三层下行外呼显示Y34HL13四层上行外呼显示Y35HL14四层下行外呼显示Y36HL15五层下行外呼显示Y37表12 定时器和中间继电器的编号和功能编号名称及作用T50关门计时（2s后没关门到位则开门）T51开门到位计时（

32、15s后自动关门）T52制动计时（制动1s后抱闸）T53抱闸计时（抱闸1s后开门）T54低速计时（低速1s后转为高速）M1轿厢在一楼中间继电器M2轿厢在二楼中间继电器M3轿厢在三楼中间继电器M4轿厢在四楼中间继电器M5轿厢在五楼中间继电器M8开门中间继电器M9关门中间继电器M10一楼内呼信号保持中间继电器M11二楼内呼信号保持中间继电器M12三楼内呼信号保持中间继电器M13四楼内呼信号保持中间继电器M14五楼内呼信号保持中间继电器M15一楼上外呼信号保持中间继电器M16二楼上外呼信号保持中间继电器M17二楼下外呼信号保持中间继电器M18三楼上外呼信号保持中间继电器M19三楼下外呼信号保持中间继

33、电器M20四楼上外呼信号保持中间继电器M21四楼下外呼信号保持中间继电器M22五楼下外呼信号保持中间继电器M23上行显示中间继电器M24下行显示中间继电器M25上行部分中间继电器（保证呼叫信号先内后外）M26下行部分中间继电器（保证呼叫信号先内后外）M27上行输出中间继电器M28下行输出中间继电器M29电机低速中间继电器M30电机高速中间继电器M31电机制动中间继电器M32抱闸中间继电器M33采集抱闸瞬间信号中间继电器M34抱闸延时开门中间继电器M35制动辅助中间继电器1M36制动辅助中间继电器2M37开门辅助中间继电器1（解决双线圈）编号名称及作用M39开门辅助中间继电器2（解决双线圈）M4

34、0关门辅助中间继电器1（解决双线圈）M41关门辅助中间继电器2（解决双线圈）3.4.2 PLC的外部接线PLC的外部接线图如图11所示。 图12 PLC外部接线图电梯的制动靠制动器来实现。制动器就是刹车，是使机械中的运动件停止或减速的机械零件，是电梯重要的安全装置，它的安全、可靠是保证电梯安全运行的重要因素之一。制动器的作用可以归纳为下面两条：（1） 能够使运行中的电梯在切断电源时自动把轿厢制停。（2） 电梯停止运行时，制动器应能保证在 125% 的额定载荷情况下，使轿厢保持静止，位置不变。从PLC的外部接线图上可以看到，制动输出和抱闸输出分别接KM5和KM8，继电器KM5和KM8分别控制制动

35、器的制动和抱闸。当KM5接通时，制动器开始制动，按程序设计，制动1s后KM8接通，制动器实施抱闸，使轿厢保持静止，位置不变。4 电梯控制系统软件的设计4.1 控制系统的工作流程根据电梯的工作流程可以将电梯的工作过程画成如图13所示的流程图。图中展示了电梯运行时的三种状态，即初始状态、运行中状态和运行后状态。直观的展示了电梯的工作流程。 根据电梯运行流程图，大致可将软件的设计分为以下几个大部分： （1） 开关门环节；（2） 楼层显示环节（七段码显示）；（3） 轿内呼叫信号的登记与消除环节；（4） 厅外呼叫信号的登记与消除环节；（5） 定向环节；（6） 启动环节； （7） 制动环节。图13 电梯运

36、行的流程图4.2 控制系统的功能要求4.2.1 电梯内外部功能在电梯内部，应该有5个楼层（15层）按钮、开门和关门按钮、楼层显示器以及上升和下降显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应有能让乘客按下的代表其要去的目的地的楼层按钮，称为内呼按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动打开，经过一定延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也应有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还应配有显示屏，用来显示电梯现在所在的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有远，电梯是上升还是

37、下降等。电梯的外部共分5层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持亮，它和上升指示灯，下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。5层楼中，1层只有上呼叫按钮，5层只有下呼叫按钮，其余3层都具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器，5层电梯均应该相同。4.2.2 电梯运行状态的分析电梯的运行状态可分为初始状态、运行中状态和运行后状态。（1） 电梯的初始状态此时电梯位于1层待命，电梯照明灯亮，各显示屏都被初始化，电梯处于以下状态： 各层呼叫灯均不亮。 电梯内部以及

38、外部各显示屏均为“1”。 电梯内部及外部各层电梯门均关闭。（2） 电梯在运行过程中电梯处于以下状态： 按下某层呼叫按钮（15层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。 电梯上行时，若呼叫层处于电梯当前运行之上目标运行层之下，则电梯在完成前一指令之前先上行至该层，完成该层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。 电梯上行时，若有多个下行呼叫且均位于当前楼层之上，则电梯到达最高的下行呼叫层，然后依次从高到低响应其它下行呼叫层。 电梯下行时，若呼叫层处于电梯当前运行之下目标运行层之上，则电梯在完成前一指令之

39、前先下行至该层，完成改层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令直至电梯重新处于待命状态为止。电梯下行时，若有多个上行呼叫且均位于当前楼层之下，则电梯到达最低的下行呼叫层，然后依次从低到高响应其它上行呼叫层。 各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。 运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开。 在电梯运行过程中支持其它呼叫。（3） 电梯运行后状态。在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直到新的命令给出。 电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，支持手动开门或关门。 各楼层显示值为该层所在位

40、置，且上行下行指示灯均灭。4.2.3 电梯的控制要求 （1） 接受每个按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。 （2） 电梯停在某一层（如4层）时，此时按动该层（4层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿厢不在该层（在其余4层），则等到电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。 （3） 电梯运行的不换向原则是指优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反向运行的呼叫。例如现在电梯位置在2层和3层之间上行，此时出现了2层上呼叫、3层下呼叫和4层上呼叫，则电梯首先响应4层上呼叫，然后

41、再依次响应3层下呼叫和2层上呼叫。 （4） 电梯在每层设上、下平层感应（1楼只有下平层、5楼只有上平层），当到达平层点且该层有呼叫信号时，电梯开始减速平层停车，否则继续高速通过该层。（5） 当按动某个呼叫按钮后，响应的指示等亮并保持，直到电梯完成该呼叫为止。（6） 当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内部的关门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。（7） 当电梯运行到某层后，相应的指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。4.3 系统梯形图的设计根据电梯运行流程，把电梯控制系统分为如下九块：开门环节、关门环节、楼层显示环节、内呼信号登记与

42、消除环节、外呼信号登记与消除环节、定向环节、启动环节、制动环节和抱闸环节。分块设计如下。4.3.1 开门环节开门环节应该满足如下几点要求： （1） 按下轿厢内的手动开门按钮，开门输出； （2） 电梯到所选楼层（外呼和内呼），平层抱闸后自动开门； （3） 电梯在某层停用，本层外呼，开门输出。开门环节的梯形图如图14所示。图14 开门环节梯形图为满足以上要求，设计中添加了中间继电器M37（开门辅助继电器1）和M39（开门辅助继电器2），此中间继电器的另外一个功能是避免了双线圈。其中平层抱闸开门输出的启动条件是抱闸至电机停转，所以加了计时器T53，令抱闸后1s开门，此处的时间设为1s并无确实依据，显

43、示中，要根据实际情况设置此时间。开门输出断开的条件是开门到位，当门完全打开，开门到位触点接通，利用开门到位信号，把开门输出断开，开关门直流电机停转。4.3.2 关门环节 关门环节应该满足的要求： （1） 轿厢内按下手动关门按钮，关门输出； （2） 开门到位15s后自动关门。此环节的梯形图如图15所示。图15 关门环节梯形图同开门环节，为满足上述条件，设置了中间继电器M40（关门辅助继电器1）和M41（关门辅助继电器2），同时避免了双线圈的出现。其中T51是开门到位计时器，当开门到位15s后，自动输出关门。关门输出的关断条件是关门到位，即关门输出时开关门直流电机运转，当关门到位，关门到位触点接通

44、，关门输出被关断，开关门直流电机停转。4.3.3 楼层显示环节楼层显示环节应该满足的条件是： （1） 轿厢不运行时，七段码要显示所在楼层； （2） 轿厢运行时，电梯在两层之间运行时要正确显示所在楼层，如从一楼上行，首先要碰到一楼下平层感应触点，虽然此触点被接通，但电梯仍在一楼，所以显示楼层要显示一楼；直至二楼上平层感应触点接通，显示变为二楼。其余楼层以此类推。楼层的登记与消除部分和楼层显示部分组成了完整的楼层显示环节。楼层显示用七段码显示，七段码显示图解如图16所示，各段标号依此图为准。其中一、二、三、四、五楼显示分别是：bc段、abdeg段、abcdg段、bcfg段和acdfg段。楼层确定由

45、M1、M2、M3、M4和M5登记和保持。其中七段码的输出分别为：Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16和Y17。+代表或的关系，通过元件的并联实现；·代表与的关系，通过元件的串联实现。图16 七段码显示M1、M2、M3、M4、M5和七段码的逻辑关系是：； ；。 登记与消除部分的梯形图如图17所示。图17 楼层的登记与消除部分梯形图 楼层显示环节的梯形图如图18所示。图18 楼层显示部分梯形图4.3.4 内呼信号的登记与消除环节内呼信号由轿厢内的选层按钮产生，内呼信号被登记后，要由程序完成保持，直至电梯到达内选确定的楼层后信号才被消除。内呼信号被保持的阶段，内呼信号输出要一直导

46、通，即内呼显示灯要一直亮。内呼信号的登记与消除环节梯形图如图19所示。图19 内呼信号的登记与消除环节梯形图内呼信号的消除条件是：电梯到达所选楼层，且电梯牵引电机抱闸停转。由此条件可知，若乘客进入轿厢内呼当前楼层，内呼信号是不会被登记的。4.3.5 外呼信号的登记与消除环节外呼信号的登记与消除环节类似于内呼，都经过登记-保持-消除三个步骤。虽然电梯运行过程中要碰到很多的情况，比如，电梯在三楼正上行，此时二楼和五楼同时外呼，虽然外呼信号都要被登记和保持，但是并不影响电梯的正常运行，因为定向环节会确定电梯的运行方向，如此一来，虽然外呼信号都被登记，但有一些不会对电梯的运转产生影响。外呼信号的消除条

47、件亦是：电梯到达所选楼层，且电梯牵引电机抱闸停转。同样电梯在某层停转，乘客外呼本层，外呼信号不会被登记。但是若电梯在某层停用，即不运转，也没有内外呼，此时虽然外呼信号不能被登记，但是轿厢的门会自动打开，这是由开门环节决定的。外呼信号的登记与消除环节的梯形图如图20所示。图20 信号的登记与消除环节梯形图4.3.6 定向环节定向环节分为两个部分，即定上行和定下行。由于定上行和定下行的情况基本类似，故只以定上行为例介绍定向环节的原理。上行要满足的条件： （1） 电梯在一楼，楼上只要有外呼，或有内呼，电梯就上行； （2） 轿厢在二楼及以上楼层时，上级楼层有外呼，且外呼满足此时运行方向条件，则上行。

48、（3） 定向时，内呼信号的优先级要高于外呼信号。定上行部分的梯形图如图21所示。图21 定上行部分梯形图为了确定内呼信号的优先级高于外呼信号，设置了中间继电器M25，通过对M25的置位和复位以确保内呼信号的高优先级。上下行显示由轿厢内和门厅外的上下行显示灯显示。同定上行一样，定下行部分的梯形图如图22所示。图22 定下行部分梯形图当上行和下行条件同时满足时，定向环节会由惯性原则确定方向，即当同时满足上行和下行条件时，由此时电梯的运行状况决定；若此时电机上行，则定向为上行；若此时为下行，则定向为下行；若此时电机停转，则由定向信号被登记的时间先后决定。电梯在运行过程中，定向程序的执行只是在电梯停层

49、阶段，也就是说，电梯只要在楼层停层都会定向一次，当电梯运行中间，定向程序是不会被执行的。电梯的定向输出控制轿厢牵引电机的正反转来实现上下行，即上行时牵引电机正转，下行时牵引电机反转。定向输出信号的消除条件是：电梯到达某个楼层停层后关门输出。比如电梯在二楼登记上行信号，要求在三楼停层，此时电梯上行，在二楼登记的上行信号保持到电梯在三楼停层再关门。此时在二楼登记的上行信号被消除，定向程序重新执行，重新判断电梯的运行方向。4.3.7 启动环节本程序设计的启动环节其实包括低速启动和高速平稳运行两个部分。电梯的启动条件是：轿厢门关好，定向完成以及牵引电机停转。启动条件满足，牵引电机开始低速启动，低速启动

50、后1s电梯进入高速平稳运行阶段。启动环节的梯形图如图23所示。图23 启动环节梯形图低速启动信号由高速信号断开，高速运行信号由制动信号断开。电机的高低速运行的实现，在程序控制的基础上，由外部电机的接线完成（电机外部接线详见第五章）。电梯启动平稳运行后进入制动环节。4.3.8 制动环节制动环节程序设计时也分上行制动和下行制动两块来分析和设计，最后把两块整合，即为完整的制动环节程序。以上行制动为例，阐述制动环节的设计思路。上行制动有如下几种情况： （1） 电梯正上行，内选m楼（上级楼层），m层上平层触点接通，牵引电机开始制动； （2） 电梯在m层定上行，n层有外上呼（n>m），n层上平层触点接通，牵引电机开始制动； （3） 电梯上行，目标层为m层，此时m以上楼层均无内外呼信号，m层有外下呼信号，当m层上平层触点接通，牵引电机开始制动； （4） 电梯行上至五楼必制动。下行制动类似，特殊情况：下行至一楼必制动。制动信号由平层感应触点触发，上行由上平层感应触点触发，轿厢碰到上平层感应触点到电梯停层位置还有一段距离，此程序中设置了制动后1s抱闸，此处时间的设置，并无确实依据，现实中要根据实际情况设置，使其制动时间结束，抱闸开始，轿厢正好达到停层位置。制动信号由抱闸输出信号断开，即抱闸信号产生的同时，制动信号被断开。其间制动信号一直保持，电机一