电梯PLC控制系统的分析与研究

1、河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：电梯PLC控制系统的分析与研究ELEVATOR CONTROL SYSTEM PLCANALYSIS AND RESEARCH学生姓名：王海东所在院系：机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：宁欣完成时间：2009年5月20日摘要本文主要研究讨论利用西门子公司的可编程控制器对五层电梯的控制， 形成 电梯控制系统。 文中确定了电梯的控制方式、 拖动调速方式和运行方式； 选择了 PLC的机型及I /0分配；设计了梯形图，编制了 pic控制程序。通过运行检验， 得出PLC应用与电梯的优势与特点：由于PLC的应用，电梯控制系统的结构变的 简

2、单，实现了电梯系统的复杂运动， 而且可进行故障自动检测和报警功能， 提高 了运行安全性并便于检修。关键词：电梯；PLC控制系统；分析与研究 #Elevator control system plc Analysis and ResearchAbstractThis paper research on the use of Siemens AG for five-programmable controller of the elevator control, transform into Elevator Control System. The paper identified the elev

3、ator control, Drag Speed mode and operation mode; chosen PLC model and I / O distribution; design a ladder diagram, control procedures for the preparation of PLC. By running the test, Come to PLC applied to the strengths and characteristics of the lift: as a result of PLC applications, the structure

4、 of Elevator control system become very simple, achieved complex Sports of elevator system, and can be automated fault detection and alarm functions, improve the operation of security and ease of maintenance.Keywords: elevator; PLC; control system; Analysis and Study # 目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l b

5、ookmark12 o Current Document 1 绪论 I1.1 电梯的发展 1国内外电梯控制系统的发展 1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2 电梯简介 22.1 电梯的型号 2电梯的主要参数及规格尺寸 32.3 电梯控制技术 42.4 常用交流调速电梯的特点 6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.5 电梯的工作原理 7 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3 PLC 可编程控制器研究与分析 8PLC控制系统与其他控制系统的比较

6、 8PLC控制系统与继电器控制系统比较 8PLC控制系统与计算机系统比较 9PLC控制系统与几集散型控制系统的比较 10 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 4 PLC控制电梯的分析 11电梯运行的理想曲线 11电梯控制系统的特性 13I/O 点数及其分配 154.4电梯内部PLC编程 15电梯到达楼层后的停止 17电梯的开，关门程序 174.7电梯外部操作与显示PLC程序 17 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 5结语 19 HYPERLINK l bookmark24 o Current Do

7、cument 致谢 20参考文献 21 # 1 绪论1.1 电梯的发展电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。 多层厂房和多 层仓库需要有货梯； 高层住宅需要有住宅梯； 百货大楼和宾馆需要有客梯， 自动 扶梯等。在现代社会，电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输 工具。据统计，美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。 当今世界， 电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历 史，据说它起源于公元前 236 年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出 - 人力驱动的卷筒式卷扬机。 1858 年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现，继而 有在英国

8、出现水压梯。 1889 年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯 动力，这才出现名副其实的电梯，并使电梯趋于实用化。 1900 年还出现了第一 台自动扶梯。1949年出现了群控电梯，首批46台群控电梯在纽约的联合国大 厦被使用。 1 955年出现了小型计算机 (真空管)控制电梯。 1962年美国出现了速 度达 8 米/秒的超高速电梯。 1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控 制电梯。 1967 年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。 1971 年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。 1976 年微处理机开始用 于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期

9、。国内外电梯控制系统的发展根据电梯控制系统核心技术的特点，可把其演变分成如下四个发展阶段：继电器控制阶段。在计算机技术还没有广泛应用于工业控制领域时，继 电器一直充当着工业控制中的核心部件， 电梯控制系统领域也不例外。 上世纪八 十年代以前，继电器控制一直是我国电梯控制系统的全部。PLC控制阶段。PLC实际上是一种通用的工业控制技术，在进入电梯控制 系统以前， 已被广泛应用于其他各种工业控制领域。 在我国， 从上世纪八十年代 末开始，PLC逐渐被各电梯厂家成功应用到电梯控制系统中。九十年代，国内自 己开发、设计的电梯控制系统中，PLC系统占绝对主导地位。微机控制系统。 实际上， 在发达国家的著

10、名电梯生产厂家中， 如奥的斯、 三菱等，它们根本就没有用过PLC作为电梯控制系统。早在上世纪七十年代末期 或八十年代初， 专用的微机电梯控制系统已经投入市场。 直到上世纪九十年代中 期起，才逐渐有国内自行开发设计的的专用微机电梯控制系统产品投入市场。采用串行通信技术的新型电梯专用微机控制系统。早期的微机控制系统 和PLC控制系统一样，对外围所有开关和按钮信号的输入及点灯信号的输出都是 通过一对一方式实现的，这样带来的问题是系统接线很多， 对生产、安装和维修 保养都带来很大的不便。到了上世纪九十年代，随着计算机串行通信技术的不断 发展，该技术也被应用到了电梯控制系统中。 采用此技术的电梯专用微机

11、控制系 统中，除主控制器外，在操纵箱中、每个召唤盒内都装有 CPU，它们与主控制 器之间通过串行通信传送大量信号。 这样，使各部件之间既能传递比过去更多的 信息，以完成更丰富、更先进的操作功能，又大大减少了系统的接线。未来电梯控制系统技术的发展将具有下面三个特色：一是节能。能源问题已经成为全世界都在关注的大问题， 通过采用一些新的 技术使电梯的运行更节能将是电梯控制系统技术发展的新方向；二是通用标准和即插即用配件。现在大部分的电梯控制系统使用的都是 CAN总线的通讯，随着市 场和技术的发展，使用统一的通信协议必定可以节省大量的开发成本，降低系统成本;三是智能化，信息化。如果电梯控制系统与楼宇监

12、控系统和社区的其他系 统自由交换信息，将使电梯的使用更加方便。2电梯简介2.1电梯的型号电梯的型号编制方法：型号，即采用一组字母和数字，以简单明了的方式， 将电梯的基本规格的主要内容表示出来。我国部颁标准中规定了如下的电梯型号 编制法。图1电梯型号识别图 表1品种（组）代号表产品品种代表汉拼音采用产品品种代表汉拼音采用字代号字代号乘客电梯客KEK杂物电梯物WUW载客电梯货HUOH船用电梯船CHUANC客货（两用）电梯两LIANGL观光电梯观GUANG病床电梯病BINGB汽车用电梯汽QIQ住宅电梯住ZHUZ表2类别代号表产品类别代表汉字拼音采用代号电梯液压梯梯TiT表3拖动方式代号表拖动方式代表

13、汉字拼音采用代号拖动方式代表汉字拼音采用代号交流交JIAOJ液压液YEY直流直ZHIZ齿轮齿条齿CHIC表4控制方式代号表控制方式代表汉字采用代号控制方式代表汉字采用代号手柄开关控制，自动门手，自SZ信号控制信号XH手柄开关控制，手动门手，手SS集选控制集选JX按钮控制，自动门按，自AZ并联控制并联BL按钮控制，手动门按，手AS梯群控制群控OK2.2电梯的主要参数及规格尺寸（1）牵引方式：常用的有平绕1:1的吊索法。轿厢的运行速度等于钢丝绳 的运行速度。半绕2:1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度的一半。 全绕1:1吊索法。轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。（2）额定速度（m/s）:

14、制造和设计规定的电梯运行速度：（3）电气控制系统：包括控制方式，拖动系统的形式等。如交流电动机或 直流电动机拖动。轿内按钮控制或集选控制等。（4）停层站数（站）：凡在建筑物内各楼层用于出入轿厢的地点均为站。（5）提升高度（mr）由顶层端站楼面至楼顶站楼面之间的垂直距离。（6）顶层高度（mrj）:由顶层端站楼面至机房楼楼板或隔音层楼板下最突出 构件之间的垂直距离，电梯运行速度越快，顶层高度一般越高。匚Co(a) 平绕1 : 1吊索法；(b) 2 : 1吊索法；(c)全绕1 : 1吊索法对重装置；牵引绳；导向轮牵引绳；对重轮；轿厢；复绕轮；轿顶轮；图2电梯吊索类型图底层深度(mm :有底层段站楼面

15、至井道之间的垂直距离。电梯的运行 速度越快，底坑一般越深。井道高度(mm)：由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之 间的垂直距离。井道尺寸(mm)：宽*深2.3电梯控制技术所谓电梯控制技术是指电梯的传动系统及操纵系统的电气自动控制。作为我国20世纪70年代电梯的主要标志是交流双速电梯。其调速方法是采用改变电梯 牵引电动机的极对数，两种或两种不同级对数的绕组，其中极数少的绕组称为高 速绕组，极数多的绕组称为低速绕组。 高速绕组用于电梯的起动及稳速运行， 低 速绕组用于制动及电梯的维修。20世纪80年代盛行的交流调压调速电梯，其性能优越于交流双速电梯。调 压调速方法是改变三相异步电机的定子

16、供电电压实现电动机的调速。由于电梯制动减速性能要求较高，所以采用的制动方法也有所不用。通常多为能耗制动。在能耗制动中，将电机定子绕组接至直流电源，再加上采用闭环控制方式， 从而有效地控制了能耗制动转距，使制动减速过程快速平稳，且制动精度高。20世纪90年代，调压调频调速电梯开始占领市场。调压调频调速电梯(简 称VVVF电梯)的调速方法是调节电机定子绕组供电电压的幅值及频率。在VVVF 电梯的传动系统中， 大量采用了微机控制技术及脉冲宽度调制技术， 脉冲宽度调 制器（简称PWM制器）保证了由逆变器输送至三相异步电机定子电压波形为等 效正弦波形。 调压调频调速电梯传动系统中还广泛的采用了矢量变换技

17、术。 使交 流电机转速的控制类似直流电机。 VVVF电梯由于其体积小。重量轻，运行效率 高，又节约能源， 几乎包括了以往所用的电梯的优点， 再加上极为完善的调速性 能，因此它的应用几乎完全可以和直流电梯相媲美。 大家都知道交流电动机具有 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，因此目前仍在电梯上广泛应用。但它的缺点是舒适感较差， 所以一般被用于载货电梯上。这种系统控制的电梯速度在 1 米/秒以下。交流电动机定子调压调速拖动系统国外已大量应用于电梯。 这种系统采用可 控硅闭环调速， 加上能耗或涡流等制动方式， 使得它所控制的电梯能在中低速范

18、 围内大量取代直流快速和交流双速电梯。 它的舒适感好， 平层准确度高， 而造价 却比直流电梯低，结构简单，易于维护，多用于 2 米/ 秒以下的电梯。直流电动机具有调速性能好，调速范围大的特点，因此很早就应用于电梯， 采用发电机 - 电动机组形式驱动。 它控制的电梯速度达 4米/秒，但是，机组结构 体积大，耗电大，维护工作量较大，造价高，因此常用于对对速度，舒适感要求 较高的建筑物中。可控硅直接供电拖动系统在工业上早有应用， 但用于电梯上却要解决舒适感 问题。 （ 尤其是低速段 ）应此应用较晚，它几乎与微机同时应用，比起电动机 -发 电机组形式的直流电梯，它有很多优点。如 : 机房占地节省 35

19、%，重量减轻 40%， 节能 25%到 35%。世界上最高速度的 10 米/ 秒电梯就是采用这种系统，其调速比 达 1:1200 。80年代初，VVVF变频变压系统控制的电梯问世。它采用交流电动机驱动， 却可以达到直流电动机的水平，目前控制速度已达 6米/ 秒。它的体积小，重量 轻，效率高， 节省能源等几乎包括了以往电梯的所有优点。 是目前最新的电梯拖 动系统。总之，从理论上讲，电梯是垂直运动的运输工具，无需旋转机构来拖动，更 新的电梯拖动系统实际上就是直线电机拖动系统。电梯在垂直运行过程中， 有起点站也有终点站。 对于三层楼以上的建筑物的 电梯，起点站和终点站之间还没有停靠站， 起点站设在一

20、楼， 终点站设在最高六。 设在一楼的起点站称为基站， 起点站和终点站称为两端站， 两端站之间称为中间 站。各站厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或触 钮，一般电梯在两端站的召唤箱上各设置一只按钮或触钮。 中间层站的召唤箱各 设置两只按钮或触钮。 对于无司机控制的电梯， 在各层站的召唤箱上均设置一只 按钮或触钮。而电梯的轿厢内部设置有（杂物电梯除外）操纵箱。操纵箱上设置 有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮， 操纵箱上的按钮或触钮城内指令按钮或 触钮。外指令按钮或触钮发出的电信号称为外指令信号， 内指令按钮或触钮发出 的电信号成为内指令信号。 20 世纪 80年代中期后，触钮

21、已被微动按钮所取代。作为电梯基站的厅外召唤箱， 除设置一只召唤按钮或触钮外， 还设置一只钥 匙开关，以便下班关电梯时。 司机或管理人员把电梯开到基站后， 可以通过专用 钥匙扭动该钥匙开关。 把电梯的厅门关闭妥当后， 自动切断电梯控制电源或动力 电源。 12.4 常用交流调速电梯的特点 能源消耗低异步电动机的速度与供电频率有关。 在启动期间， 电动机电流随频率和速度 增加而增加， 并以最小转速运行， 对每种速度都可获得最佳效率。 能节约能量达 45%。因电动机产生的热量相当小，故在机房内不需要专用的通风降温系统，没 有额外的能量损耗。 电路负载低，所需紧急供电装置小在加速阶段，所需起动电流小于

22、2.5 倍的额定电流。且起动电流峰值时间短。 由于起动电流大幅度减小， 故功耗和供电缆线直径可减小很多。 所需的紧急供电 装置的尺寸也比较小。 可靠性高，使用寿命长。具有先进的半导体变频器把交流换成直流。 再把直流逆变成电压幅度和频率 可变的交流。由于元器件性能可靠性可靠，工艺先进，经久耐用。在系统中由电 动机转速调节不会增加电机的发热， 而且还能减小电机的应力， 使电梯运行性能 非常可靠，延长使用寿命。 舒适感好在整个运行过程中。 其驱动系统具有良好的调节性能。 故乘坐电梯舒适感极 好。电梯运行是跟随最佳给定的速度曲线运行的。 其特性可适应人体感受， 并保 证运行噪声小，制动平稳 平层精度高

23、采用现在传感技术和数字软件控制系统。 在整个运行期间准确地给位置信号 加上精确地按楼层距离直接停靠的调节系统，在 VVVF控制系统中其直接停靠由 PC 机，变频器，曲线卡三个方面组成。曲线卡的输入信号有起动信号，转换信 号。输出信号有运行信号，总控信号，转换应答信号等。曲线卡在接受到起动信 号时，给变频器一条运行曲线，输出运行信号，电梯开始运行；在受到换速信号 时，给变频器调节装置一条减速曲线，当到达停车位置时，曲线卡撤消运行信号， 电梯即直接停靠楼层平面，完成一次运行，故使电梯在每个楼层都能准确平层， 便于乘客进出不会绊倒。运行平稳无噪声在轿厢内，机房内及邻近区域确保噪声小。因为其系统中采用

24、了高时钟频率。 始终产生一个不失真的正弦波供电电流。 电动机不会出现转距脉动。因此，消除 了振动和噪声。直流调速方式有G-M调速，相位控制调压调速和斩波控制（PWM调压调速 等不同的电气驱动技术。其调速系统的变流方式与交流的变流方式有所不同， 见 表5。表5各种调速方式对比图调速方式一次变流二次变流三次变流直流电机G-M系统机械机械直流电机相控调速方式电子机械直流电机PWh系统电子电子机械交流电机”交-直-交”变频系统电子电子交流电机”交-交”变频系统电子交流电机调压系统电子上述反复一次变流的最后两种调速方式，由于不能达到很宽的调速范围和很 好的性能。故只能在有限的场合中适用。其他四种调速方式

25、都可以达到很高的性 能。因此在性能电梯中得到广泛的使用。 但使用直流电机系统时，不管采用何种 方式都必须进行机械变流。显然，这就是直溜电机的致命缺陷，是直流电机最终 被交流电机代替的根本原因。2.5电梯的工作原理当曳引机组的曳引轮旋转时，依靠嵌在曳引轮槽中的钢丝绳与曳引槽之间的 摩擦力，驱动钢丝绳来升降轿厢，曳引钢丝绳一端挂着轿厢，另一端悬挂对重， 产生拉力分别为S1和S2。当S1和S2的差值等于或小于绳槽之间摩擦力时，电 梯正常运行，绳槽之间无打滑现象。具体图形见下图3曳引钢丝绳与曳引轮槽不打滑的条件是：（1）当轿厢满载，并以额定速度下降制动时：S1 . 5二（es2式中：S1曳引钢丝绳轿厢

26、一边的拉力（N ； S2曳引钢丝绳对重一边的拉力(N ; B曳引绳在曳引轮上的包角，一般日=1301500 ;复绕时日330，计 算时用弧度值图3电梯原理图自然对数底数e=2.71828 ； f钢丝绳与曳引轮槽间的当量摩擦系数，它的大小与轮槽的形型尺寸及钢丝绳和轮间的摩擦系数f有关，常取f = 0.06- 0.1f4(sin sin j)f(2)2 2g -sin 2 ? sin 2式中，sin ，sin , sin2 ，sin2 :中的，：，的值用角度值代入；2 ， 2 -中的值用弧度值代入。2 9001200 ; 2 = 140016O0。式(1)中的 si =(G Q)(1： /g)，

27、s2 二W(1 - ： / g)上式中：G-轿厢自重(N); Q-额定载重量(N); W对重装置重量(N); a - 电梯加速度。(2)当轿厢空载时，以额定速度上升制动时，(3)s1 =G(1/g)，s2 =W(1 ： /g)3 PLC可编程控制器研究与分析PLC控制系统与其他控制系统的比较PLC控制系统与继电器控制系统比较表6 pic与继电器控制系统比较表比较项目继电器控制系统PLC控制系统控制功能的实现由许多继电器，采用接线的方式各种控制功能是通过编制的程来完成控制功能序来实现的对生产工艺过程变更适应性差。需要重新设计，改变适应性强，只需对程序进行修改的适应性继电器和接线控制速度低。靠机械

28、动作实现极快。靠微处理器进行处理计数及其他特殊功能一般没有有安装，施工连线多，施工繁安装容易，施工方便可靠性差，触点多，故障多高，因兀器件采用了筛选和老化 等可靠性措施寿命短长可扩展性困难容易维护工作量大，故障不易查找有自诊能力，维护工作量小结论：由于PLC控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点，因此,在今后的控制系统中，传统的继电器控制系统被PLC控制系统所代替是大势所趋。23.1.2 PLC控制系统与计算机系统比较20世纪60年代，由于小型计算机的出现，有人曾试图用小型计算机来取代 当时占统治地位的继电器控制系统， 结果未获成功，代只的却是PLC的出现。通 过计算机与PLC本身的工

29、作目的，原理和方式上都存在着较大的差异，其结果比 较见下表。表7 PLC与计算机系统比较表比较项目通用计算机系统PLC控制系统工作目的科学计算，数据管理等工业自动控制工作环境对工作环境要求比较咼对环境要求低，可在恶劣的工业现场工作工作方式中断处理方式循环扫描方式系统软件需配备功能较强的系统的软件一般只需要简单的监控程序采用的特殊措掉电保护等一般性措施采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，施可在线维修编程语言汇编语言，咼级语言梯形图，助记符语言，SFC标准化语言对操纵人员的需专门培训，并具有疋的计一般技术人员，稍加培训即可操作使用要求算机基础对内存的要求容量大容量小价格价格高价格较低其他若用于控

30、制，一般需自行设计机种多，模块种类多，易于集成系统结论一般情况下，在工业自动化工程中采用 PLC可靠，方便，易于维护。3 进入20世纪70年代，采用微处理器的工业控制计算机出现了。它与PLC共同推动着传统工业的技术改造。经过较长时间是实践，人们又发现，PLC与一 般的工业控制计算机相比，PLC还是有着较强的优势，其原因是 PLC专为在工业 环境下的应用而设计，在PLC中采用了如下的硬件和软件措施： 光电耦合隔离和 R-C 滤波器，有效地防止了干扰信号的进入。 内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。 采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰。具有良好的自诊断功能可对 CPU等内部电路进行检测，一旦出错

31、，立即报警。 对程序及有关数据有电池供电进行后备，一旦断电或运行停止，有关状 态及信息不会丢失。 对采用的器件都进行了严格的筛选和简化，排除了因器件问题而造成的 故障。 采用了冗余技术进行一步增强了可靠性。对某些大型PLC还采用了双CPU 构成冗余系统，或三CPU构成表决式系统。 随着构成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相应的提高。一 般PLC的平均无故障时间可达到几万小时以上。某些 PLC的生产厂家甚至宣布， 今后生产PLC不再标明可靠性这一指标，因为对PCL来讲这一指标已毫无意义了。 经过大量时间人们发现 PLC系统在使用中发生的故障大是是由于 PLC的外部开 关，传感器，执行

32、机构引起的，而不是 PLC本身发生的。另外，PLC程序设计简单，易学易懂易维护，更适合于工程技术人员。 因此，PLC在工业控制方面获得了极大成功，成为工业控制中的主流。但是必须 指出的是：计算机在信息处理方面还是优于 PLC，所以在一些自动化控制系统中， 常常将两者结合起来，PLC做下位机进行现在控制，计算机做上位机信息处理。 计算机与PLC之间通过通信线路实现信息的转换和交换。这样相辅相成，构成一 个功能较强的完整的控制系统。 43.1.3 PLC 控制系统与几集散型控制系统的比较由前所述可知，PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来的。而集散型控制系 统 DCS(Distribution Co

33、ntrol System)是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统，它在模拟量处理，回路调节等方面有一定的优势。 而PLC随微电 技术，计算机技术和通信技术的发展，无论在功能上，速度上，智能化模块以及 联网通信上，都用很大的提高。并开始与小型计算机联成网络，构成了以PLC为重要部件的分布式控制系统。随着 PLC网络通信功能不断增强，PLC与 PLC及 计算机的互联， 可以形成大规模的控制系统， 在数据告诉公路上 (Data Highway) 挂接在线通用计算机， 实现在线组态， 编程和下装，进行在线监控整个生产过程， 这样就已具备了集散控制系统的形态，加上PLC的价格和可靠性优势，使之可以

34、与传统的集散控制系统相互竞争4 PLC控制电梯的分析随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有 着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密 不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统， 单纯用顺序控制或逻辑控制 是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。 目前电梯 的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的 采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制 则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器

35、（ PLC取代微机实现信号 集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家 大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置 成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠 等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。4.1电梯运行的理想曲线根据大量的研究和实验表明，人可接受的最大加速度为am 1.5m/s2，加速度变化率P mrc 3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正 弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难， 而三角形曲线最大加速度和在 启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大

36、于梯形曲线，即+p m跳变到-p m或由-p m跳变到+ p m的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且 有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用，采用梯形加速度曲线电梯的理想 运行曲线如图4所示：图4理想运行曲线智能变频器是为电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的电 梯专用变频器，可配用通用的三相异步电动机，并具有智能化软件、标准接口、 菜单提示、 输入电梯曲线及其它关键参数等功能。 其具有调试方便快捷， 而且能 自动实现单多层功能， 并具有自动优化减速曲线的功能， 由其组成的调速系统的 爬行时间少，平层距离短，不论是双绕组电动机，还是单绕组电动机均可适用， 其最高设计

37、速度可达4m/s，其独特的电脑监控软件，可选择串行接口实现输入 / 输出信号的无触点控制。 变频器构成的电梯系统， 当变频器接收到控制器发出的 呼梯方向信号， 变频器依据设定的速度及加速度值， 启动电动机， 达到最大速度 后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器 以设定的减速度将最大速度减至爬行速度， 在减速运行过程中， 变频器的能够自 动计算出减速点到平层点之间的距离， 并计算出优化曲线， 从而能够按优化曲线 运行，使低速爬行时间缩短至 0.3s ，在电梯的平层过程中变频器通过调整平层 速度或制动斜坡来调整平层精度。 即当电梯停得太早时， 变频器增大低速度值或

38、减少制动斜坡值， 反之则减少低速度值或增大制动斜坡值， 在电梯到距平层位置 4 10cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层， 从而达到平层的准确可靠。（1）电梯速度曲线：电梯运行的舒适性取决于其运行过程中加速度a 和加速度变化率 p 的大小，过大的加速度或加速度变化率会造成乘客的不适感。 同时， 为保证电梯的运行效率，a、p的值不宜过小。能保证a、p最佳取值的电梯运行 曲线称为电梯的理想运行曲线。电梯运行的理想曲线应是抛物线 -直线综合速度 曲线，即电梯的加、减过程由抛物线和直线构成。电梯给定曲线是否理想，直接 影响实际的运行曲线。（2）速度曲线产生方法：采用的 F

39、X2-64MRPLC并考虑输入输出点要求增 加了 FX-8EYTFX-16EYRFX-8EYF三个扩展模块和 FX2-40AW双绞线通信适配器， FX2-40AW用于系统串行通信。利用 PLC扩展功能模块D/A模块实现速度理想曲 线输出，事先将数字化的理想速度曲线存入 PLC寄存器，程序运行时，通过查表 方式写入D/A，由D/A转换成模拟量后将速度理想曲线输出。（3） 加速给定曲线的产生：8位D/A输出05V/010V,对应数字值为16 进制数00FF,共255级。若电梯加速时间在2.53秒之间。按保守值计算， 电梯加速过程中每次查表的时间间隔不宜超过10ms由于电梯逻辑控制部分程序最大，而P

40、LC运行采用周期扫描机制，因而采用通常的查表方法，每次查表的 指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。在PLC运行过程中，其CPU与各设备之间的信息交换、 用户程序的执行、 信号采集、 控制量的输出等操作都 是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查 询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，基本要完 成六个步骤的工作， 包括运行监视、 与编程器交换信息、 与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内， CPU对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长 的扫描时间， 直接影

41、响系统对信号响应的效果， 在保证控制功能的前提下， 最大 限度地缩短CPU的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行 时间最短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过10ms尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜超过10ms为满足系统的实时性要求， 在速度曲线的产生方式中， 采用中断方法， 从而有效地克服 了 PLC扫描机制的限制。起动加速运行由定周期中断服务程序完成。 这种中断不 能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运 行条件需放在中断服务程序中，

42、在不满足运行条件时，中断即返回。(4)减速制动曲线的产生：为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制 动条件判断和减速点确定。 在减速点确定之前， 电梯一直处于加速或稳速运行过 程中。加速过程由固定周期中断完成， 加速到对应模式的最大值之后， 加速程序 运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以 对应模式的最大值运行， 在该模式减速点到后， 产生高速计数中断， 执行减速服 务程序。在该中断服务程序中修改计数器设定值的条件， 保证下次中断执行。 在 PLC的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次“表 指针加 1”操作，则下一次中断的查表值将小于本

43、次中断的查表值。门区和平层 区的判断均由外部信号给出，以保证减速过程的可靠性。4.2 电梯控制系统的特性在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节， 而舒 适感又与加速度直接相关， 根据控制理论， 要使某个量按预定规律变化必须对其 进行直接控制， 对于电梯控制系统来说， 要使加速度按理想曲线变化就必须采用 加速度反馈，根据电动机的力矩方程式：M MZ=A M=J (dn/dt )，可见加速度的 变化率反映了系统动态转距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距厶M=MZ故在此段采用加速度的时间控制原则，当启动上升段速度达到稳态值的90%时，将系统由加速度控制切换到速度控制， 因为

44、在稳速段， 速度为恒值控制波动 较小，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度， 为制动段的精确平层创造条件。在系统的速度上升段和稳速段虽都采用 PI 调节 器控制，但两段的 PI 参数是不同的，以提高系统的动态响应指标。在系统的制 动段，即要对减速度进行必要的控制， 以保证舒适感， 又要严格地按电梯运行的 速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。在系统的转速降至 120r/min 之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控制为主，同时根据在每一制动 距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。例如在距离平层点的某一距离L处，速度应降为Vm/s，而实际

45、转速高为V m/s，贝U说明所加 的制动转距不够，因此计算出此处的给定减速度值 -ag后，使其再加上一个负偏 差，即使此处的减速度给定值修正为-(ag+)使给定减速度与实际速度负偏 差加大，从而加大了制动转距，使速度很快降到标准值，当电动机的转速降到 120r/mi n以后，此时轿厢距平层只有十几厘米，电梯的运行速度很低，为防止 未到平层区就停车的现象出现，以使电梯能较快地进入平层区，在此段采用比例 调节，并采用时间优化控制，以保证电梯准确及时地进入平层区，以达到准确可靠平层。呵表8 I/O 地址分配表说明对应的PLC地址说明对应的PLC地址外部1层上呼叫按钮R101内部2层呼叫灯RF外部2层

46、上呼叫按钮R102内部3层呼叫灯R10外部2层下呼叫按钮R103内部4层呼叫灯R11外部3层上呼叫按钮R104内部5层呼叫灯R12外部3层下呼叫按钮R105外部1层上呼叫灯Y1外部4层上呼叫按钮R106外部2层上呼叫灯Y2外部4层下呼叫按钮R107外部2层下呼叫灯Y3外部5层下呼叫按钮R108外部3层上呼叫灯Y41层行程开关R109外部3层下呼叫灯Y52层行程开关R10A外部4层上呼叫灯Y63层行程开关R10B外部4层下呼叫灯Y74层行程开关R10C外部5层下呼叫灯Y85层行程开关R10D1层位灯Y9内部1层呼叫按钮R10E2层位灯YA内部2层呼叫按钮R10F3层位灯YB内部3层呼叫按钮R11

47、04层位灯YC内部4层呼叫按钮R1115层位灯YD内部5层呼叫按钮R112电梯上升YE开门按钮R113电梯下降YF关门按钮R114上升指示灯Y10开门行程开关R115下降指示灯Y11关门行程开关R116电梯开门Y12内部1层上呼叫灯RE电梯关门Y13 图6楼层显示器梯形图 4.3 I/O点数及其分配本文以五层楼电梯为例。在编程过程中，所用到的I/O地址分配表如下，编 程过程可分为电梯内部和电梯外部两部分进行。4.4电梯内部PLC编程5层楼的内呼叫灯PLC程序电梯内部的5个呼叫按钮，指定的是电梯的运行目标。因此，在电梯未到达 指定目标时，该层呼叫灯一直有显示（为绿），因此输出时就应该使用保持继电

48、 器。另外，当电梯达到指定楼层时，呼叫灯因该灭掉，即保持继电器短开。先以1层内呼叫灯为例，所得的程序如图8所示。由此可得5层楼内呼叫等 的PLC梯形图程序如图5所示电梯内的楼层显示器楼层显示器是以电梯是否碰到行程开关来决定的。显示器同样有保持特性。另外要替换某一显示器的值，需要电梯接触到其上层或下层的行程开关， 程序如 图6。m图5内呼叫梯形图图7显示器梯形图 电梯内的电梯升降显示器升降显示器的状态工有3种：显示上升，显示下降，或都不显示。另外，无 论上升还是下降。都与电梯的呼叫有密切关系。上升包括了从第一层到第五层的上升运动。下降也是如此。因此程序应从最基本，简单的过程入手。现以电梯从 四层

49、到第五层的上升为例。若5层有呼叫，包括两种情况：电梯内呼叫，电梯外 呼叫。若电梯第4层上行至第5层，此时丫10灯亮，丫11灭，下降触点YF断开, 上升触点YE闭合。并列的条件还有4层外部上呼叫闭合，5层下呼叫闭合，这 些条件同样使的4层显示器改变，因此在编程时都要考虑。4层升5层的升降显 示器PLC程序如图8所示图84层升5层的升降显示器图在此基础上，可得由3层升至5层的升降显示器PLC程序如图9所示图9 3层升至5层的升降显示器图由上面的分析可以看出，整个电梯上升显示程序即是对各层的上升程序取程 序块并联逻辑操作，电梯下降的指示灯的程序编写方法与上升指示灯的编写方法 也是一样的。4.5电梯到

50、达楼层后的停止由于在电梯外部有上升呼叫和下降呼叫，所以当呼叫方向与电梯运行方向相 同时，电梯才能停止。下面以向下呼叫停止R201为例说明。而上升呼叫停止R200 的编程思路与下降呼叫停止 R201相似。电梯到达呼叫楼层后停止的 PLC程序如图10，卑冷畀勺图10到达呼叫楼层后停止图当电梯一直显示向下运行，即 Y11接通时，只有当每层楼的向下呼叫即 Y3, Y5, Y7和该层的行程开关接通时，电梯到达各层后R201才接通，否则并不接通。 另外，如果电梯一直停在某一层，不显示上升与下降，该层的上呼叫接通时R201 也接通。4.6电梯的开，关门程序电梯门的开，关注意事项前面己介绍过。以电梯的开门丫1

51、2程序为例说明。首先，只有当电梯既不上升也不下降时才能进行开门，既丫12才能输出。无论电梯的上升停止或下降停止，只要R200或R201有一个输出，电梯经过延时后都会 自动开门。如果电梯停在某一层，按下该层的外部呼叫也会输出R200或R201,电梯门也会开。当开门丫12输出时，关门丫断开。如果关门丫13接通时，丫12也 应立即断开。电梯开门PLC梯形图程序如图11，4.7电梯外部操作与显示PLC程序（1）外部呼叫电梯外部呼叫也类似的。一个呼叫灯的接通对应于相应的外部呼叫接通，其关闭条件为相应行程开关闭合。相应的升降指示灯闭合。另外，外部呼叫同样有 保持特性，故也应使用保持继电器作为输出。 需要指

52、出的是第一，第五层的呼叫 是单向的，故其关闭条件也相应变为行程开关闭合”AND电梯升降断开，故得程序如图12以2层为例J.1-驴-3-图11电梯开门PLC梯形图Yi-KF1 M11 1 1 1 1 1图12关闭梯形图1层电梯呼叫程序如下图13 一层电梯呼叫梯形图下降与上呼叫类似，不同之处在于关闭条件中的 丫10（上升指示）应换为丫11 （下降指示）（2）楼层的电梯位置指示灯外部楼层的电梯位置指示灯与电梯内的位置指示灯相同，这里不再赘述（3）电梯的上升与下降电梯上升降编程与电梯的升降指示灯编程思路类似，但其中也有一些不同。电梯上升时设电梯从1层到5层上升。由于电梯在第一层，此时构成电梯上升的 因

53、素包括：2层上/下呼叫，3层上/下呼叫，4层上/下呼叫，5层下呼叫，内2 层呼叫灯，内3层呼叫灯，内4层呼叫灯，内5层呼叫灯，这11种条件对于电 梯的上升是一种逻辑” OR的关系，而这些条件的产生的前提条件则是电梯此时 在1层，即1层位灯Y9有输出。可见Y9与前11个” OR逻辑是” AND的关系。 电梯从1层到5层上升的梯形图如图14所示电梯由2层上升到5层，3层上升到5层，4层上升到5层的编程思路与1 层上升到5层类似，不同之处为上升条件同某层位灯逻辑”AND运算之后还应排除电梯下降指示的情况，这里将电梯下降指示Y11的常闭触点与之串联。另外 由于电梯上升，电梯门应关门，电梯下降线圈 YF

54、应断电，这又是和以上程序块 取逻辑” AND与的过程。图14电梯从1层到5层上升的梯形图耳马马马笛马号乌平5结语经过对PLC电梯控制系统的研究与分析，发现使用PLC构成控制系统，和同 等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点以减少到数百甚至数千分之 一，故障也就大大降低，此外，PLC带有故障电路的自我检测功能，出现故障时 可及时发出报警信息。因此大大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和运行效果。 并利用旋转编码器发出的脉冲 信号构成位置反馈，实现电梯的精确位移控制。通过PLC程序设计实现楼层计数、 换速信号、开门控制和平层信号的数字控制，取代井道位置检测装置，提高了系 统的可靠性和平层精度致谢本人在论文写作期间， 得到了老师的精心指导。 宁老师治学严谨， 学识渊博， 思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。 授人以鱼不如授人以渔， 置身其