基于三菱FX2N系列PLC的六层电梯控制

成都工业学院毕业设计〔论文〕设计〔论文〕题目：基于三菱FX2N系列PLC的六层电梯控制系统设计系部名称：专业：班级：学生姓名：学号：指导教师：二O一四年月摘要随着现代城市的开展，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系统的性能，保证电梯的运行即高效节能又平安可靠。传统的电梯控制系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以PLC为核心控制器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器—接触器控制。系统的核心局部〔控制局部〕使用了日本三菱公司生产的FX2N-80型PLC，因为在核心控制局部采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。关键词：电梯PLC梯形图AbstractWiththedevelopmentofmoderncities,anincreasingnumberofhigh-risebuilding,elevatorbecomeanindispensablemeansoftransportofdailylife.Thequalityoftheliftperformanceoftheimpactonpeople'slivesbecomingmoreandmoreobvious,itmuststrivetoimprovetheperformanceofelevatorsystems,andensuretheoperationoftheliftissafe,reliableandenergyefficient.Thetraditionalelevatorcontrolsystemuseslogicoftherelaytocontrolcircuit,thiskindofcontrolseasilytobecrash,maintainsinconveniently,themovementlifeisshort,andthatoccupyingalargeareaofspace,itbeingeliminatedgradually.Forraisingthecredibilityoftheautomaticcontrolsystemandtheworkefficiencyoftheequipments,designasetoftakePLCasthecorecontrolleroftheelevatorautocontrolsystem,usingtoreplaceformermorecomplicatedofafterelectricappliances-thecontactmachinecontrol.Thecorepart(controlpart)ofthesystemusedaJapaneseMitsubishicompanytoproduceoftheFX2N-80typePLCisthesoftwareprocedurecontrolinthecorebecauseofwhattocontrolthepartadoption,thusBepromisingtheelevatorcirculatesnormallyunderthecircumstanceof[with]thisrequest,raisedelevatortobreakdowncheckandtheconvenienceandeasyformaintainconsumedly,stillovercametomoveanoperationsomeartificialinterferencefactorsbringinthemeantime,obtainthegoodresults.KeyWords:Elevator,PLC,LadderDiagr目录摘要IAbstractII目录III第1章绪论11.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题2电梯继电器控制系统的优点2电梯继电器控制系统存在的问题21.2PLC及其在电梯控制中的应用特点3PLC的特点31.2.2PLC控制电梯的优点31.3课题的提出 41.4课题的主要讨论内容 51.5电梯的功能要求 10第2章三菱FX2N系列可编程序控制器介绍 102.1三菱FX2NPLC的主要特点 102.2.1三菱FX2NPLC的主要结构 102.2.2三菱FX2NPLC的主要特点 102.2.3PLC的性能指标和分类 102.2可编程序控制器的工作方式 112.3可编程控制器的编程语言 11第3章电梯设备和电梯开展动态103.1电梯的出现及开展113.2电梯设备113.2.1电梯的分类 113.2.2电梯的主要组成局部 113.2.3电梯的平安保护装置 123.2.4电梯的开展与展望 13第4章PLC的选择及电梯的运动控制134.1可编程控制器〔PLC〕的选型144.2门机电路、抱闸电路及平安运行电路144.3电梯的主要电气设备154.4电梯运动过程分析154.4.1电梯的开关门环节 154.4.2外呼信号的登记与消除环节 164.4.3电梯的定向环节 164.4.4楼层显示 174.5PLC的输入与输出174.5.1PLC控制系统的I/O点数计算 174.5.2PLC的输入与输出口设计 18第5章程序的调试与仿真235.1调试程序235.2模拟仿真24结论27参考文献28附件一：电梯运行流程图29附件一：梯形图30第1章绪论近年来我国的经济飞速开展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住条件得到了巨大的改善。电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具，与人们的生活息息相关。传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，另外，传统的电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器〔PLC〕是根据顺序逻辑控制的需要而开展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的开展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。PLC控制是指电梯信号控制由PLC及其软件来实现，该控制系统的核心为PLC。其次课题开发的主要任务和内容是：建立“PLC控制的电梯系统〞的总体框架；信号控制系统利用PLC集中处理电梯运行方式、平安保护信号、内指令信号、外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到楼层、运行方向及呼梯应答等，实现开关门控制；拖动控制系统中曳引机的启动、运行、制动停止，包括正反转信号及多种速度信号，经PLC运算、判断后通过电机来实现。到达的要求是：通过深入的理论研究和编程实践，全面认真的完成上述几个内容。本课题的核心问题有两个：一是运行效率、平层精度和平安性的要求；二是PLC实现电梯信号控制及其软件开发。对于第一个问题，通过选择适宜的PLC，进行合理的设计和编程便可以实现。本人选择的PLC是日本三菱公司的FX2N－80型可编程控制器。第二个问题，根据电梯所要实现的功能以及PLC的顺序执行程序的特点，编写PLC程序主要是采取模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原那么编写各个功能模块来实现。1.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题1.1.1电梯继电器控制系统的优点所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。大局部电器均为常用控制电器，更换方便，价格廉价。多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。〔宋体小四固定值20磅〕1.1.2电梯继电器控制系统存在的问题系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。电磁机构及触点动作速度比拟慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和平安性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。1.2PLC及其在电梯控制中的应用特点1.2.1PLC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。可靠性对可维修的产品，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，提高了MTTF〔平均无故障时间〕，使可靠性提高。〔3〕PLC有较高的易操作性，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的易操作性表现在以下几个方面：〔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〕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1.2.2PLC控制电梯的优点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。去掉了选层器及大局部继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。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。PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行平安性，并便于检修。用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。更改控制方案时不需改动硬件接线。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，可大大的提高。去掉了选层器及大局部继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。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。PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行平安性，并便于检修。用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。更改控制方案时不需改动硬件接线。1.3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70～80年代安装完成的电梯绝大局部是继电器控制，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，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、平安性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。1.4课题的主要讨论内容课题所研究的内容主要是用可编程控制器〔PLC〕改造在用电梯自动控制系统。由于大局部老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器〔PLC〕来控制电梯。论文的主要内容如下：首先对电梯系统及可编程控制器〔PLC〕作了比拟全面的总结和介绍。接着阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大局部。确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，有双速电机实现调速，完成了电机和可编程控制器〔PLC〕的选择。然后是系统硬件开发，完成了PLC的选型、I/O点数分配与PLC的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法根底上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了控制系统的流程。编写出控制程序，最后结合程序对改造后的电梯系统进行模拟调试仿真。1.4电梯的功能要求1. 电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。2. 利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯的到达信号。3. 能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。4. 电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。5. 电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门翻开；电机反转，轿厢门关闭。6. 每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按7. 电梯启动、运行、到站实现速度的调节。8. 行车时，厅门和轿厢都不能开门。开门之后不能行车，有门连锁保护。平层时可自动开门、手动开门，夹人时自动开门。第2章三菱FX2N系列可编程序控制器介绍2.1可编程控制器的根底认识2.1.1三菱FX2NPLC的主要结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构根本上与微型计算机相同，根本构成为：1. 电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去2. 中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据存放器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出存放器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。3. 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4. 输入输出接口电路〔1〕 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。〔2〕 现场输出接口电路由输出数据存放器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。5. 功能模块如计数、定位等功能模块。6. 通信模块2.1.2三菱FX2NPLC的主要特点1. 集成型高性能。CPU、电源、输入输出三为一体。2. 对6种根本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。3. 高速运算〔1〕 根本指令：0.08μs／指令〔2〕 应用指令：1.52～几百μs／指令4. 平安、宽裕的存储器规格〔1〕 内置8000步RAM存贮器〔2〕 安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。5. 丰富的软元件范围〔1〕 辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数：235点〔2〕 数据存放器；8000点6. 除了具有输入输出16～256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。7. 面向海外的产品适合各种平安规格为大量实际应用而开发的特殊功能：开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要模拟I／O，高速计数器。对每一个FX2N主单元可配置总计达8个特殊功能模块。2.1.3PLC的性能指标和分类1. PLC的主要性能指标(1)输入／输出点数〔I／O点数〕I／O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。(2)存储容量存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。(3)扫描速度一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用µs/步。(4)功能扩展能力可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如A／D模块、D／A模块、位置控制模块等。(5)指令系统指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。2.PLC的分类通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同,可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、那么可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。开始内部处理开始内部处理通信处理RUN方式？输入扫描程序执行输出处理NY1.PLC的扫描工作方式可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描工作。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2-1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.PLC的程序执行过程图2-1PLC的扫描过程PLC的程序的执行过程一般可分输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-2所示。输入端子输入端子输入映象存放器输出映像存放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①②③④⑤图2-1PLC的扫描过程3.PLC的扫描周期在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设〔如编程器、上位计算机〕通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。4.PLC的I／O响应时间PLC采用集中I／O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像存放器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。2.3PLC的编程语言PLC的用户程序，是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制标准，按照实际需要使用的功能来设计的。只要用户能够掌握某种标准编程语言，就能够使用PLC在控制系统中，实现各种自动化控制功能。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准〔IEC1131-3〕，PLC有五种标准编程语言：梯形图语言〔LD〕、指令表语言〔IL〕、功能模块语言〔FBD〕、顺序功能流程图语言〔SFC〕、结构文化本语言〔ST〕。梯形图语言梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢送和应用。梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。指令表语言指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言根本一致。功能模块图语言功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。功能模块图编程语言的特点：功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路根底的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。顺序功能流程图语言顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；防止梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也防止了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。本毕业设计中主要使用梯形图语言。第3章电梯设备及电梯开展动态3.1电梯的出现及开展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创造历史上第一部平安升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。150年以来，她已经开展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具―电梯，其需求量日益增长。各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。为了确保电梯正常运行、平安使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。20世纪初，美国出现了曳引式电梯，其结构如图1-1所示，从图中可见，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力使轿厢与对重作一升一降的相反运动。显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的长度和股数均不受限，当然轿厢的载重以及提升高度就得到了提高，从而满足了人们对电梯的使用需求。因此，近一百年来，曳引式电梯一直受到重视，并开展沿用至今在后来的几十年里，电梯的自动平层控制系统以及1—轿厢2—曳引轮3—对重通过变换电动机极数的调速方法来调整电梯的运行速度的技术相继研制成功，1933年世界上第一台运行速度为6m/s的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。第二次世界大战后，建筑业的开展促使电梯进入了顶峰开展时期，代表新技术的电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯、交流变频变压调速电梯。随着电力电子技术的开展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显的改善。进入20世纪80年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频〔VVVF〕调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。1993年，日本生产了12.5m/s的世界高速交流变压变频调速电梯，结束了直流电梯独占高速领域的历史。电梯开展的今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到全面开展时期，随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的根本功能，还应以人为本提高舒适度，从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质效劳不再是单一的“时间最短〞问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最正确模式。合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。本文中着重研究电梯的升降控制逻辑，不着重主电动机的升降速度以及电梯的平安保护措施3.2电梯设备3.2.1电梯的分类按速度分类低速电梯1m/s以下高速电梯2-3m/s超高速电梯3-10m/s按用途分类乘客电梯住宅电梯观光电梯载货电梯客货两用电梯车辆电梯其他电梯按拖动方式分类交流电梯直流电梯液压电梯齿轮齿条电梯螺杆式电梯按有无司机分类有司机电梯无司机电梯有/无司机电梯按控制方式分类手柄操纵控制电梯按钮控制电梯信号控制电梯集选控制电梯群控电梯按曳引机结构分类有齿曳引机电梯无齿曳引机电梯3.2.2电梯的主要组成局部曳引局部：通常有曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。轿厢和厅门：轿厢由轿架，轿底，轿壁和轿门组成；厅门一般有封闭式、中分式、双折中分式和直分式等。电器设备及控制装置：有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅外指示器组成。其它装置：对重装置、补偿装置等3.2.3电梯的平安保护装置电磁制动器：装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。强迫减速开关：分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。限位开关：当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。行程极限保护开关：当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。急停按钮：装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。厅门开关：每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动；在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。关门平安开关：常见的是装于轿厢门边的平安触板，在关门过程中如平安触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。超载开关：当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。其它的开关：平安窗开关，钢带轮的断带开关等。3.2.5电梯开展展望结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。随着新技术、新结构、新材料、新工艺的开展，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开展。技术含量更高，性能更好。电梯行业技术开展非常迅速，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、更平安、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开展潮流。安装更方便、更快捷高效、平安、可重复使用的无脚手架安装，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。此外，电梯的双向平安装置、无底坑、无线控制、绿色环保——平安、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要开展方向。程序的根本控制流程如图4-5所示。〔其中不包括检修及司机开关电梯环节，只是电梯运行的根本流程图〕第4章PLC的选择及电梯的运动控制4.1可编程控制器〔PLC〕的选型考虑到本次设计的电梯系统有六层，且开关量居多，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廉价，体积也小，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的FX2N系列PLC。FX2N系统PLC具有以下几方面的优点：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。FX2N指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。FX2N可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，存放器D，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要。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MELSOFT系列的GXDeveloper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。4-1门机、抱闸运行电路图4.2门机电路、抱闸电路及平安运行电路图4-1为电梯的门机、抱闸及平安运行电路。门电动机为他励直流电动机，可由KM3、KM4控制其正反转。KM3接通时，电阻R2与电动机电枢并联，电流由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门，KM4接通时，电动机将反转，实现关门。当电梯上下运行时，抱闸应翻开，其线圈KM5应通电。电梯停止运行时，抱闸应抱死，其线圈应断电。将所有厅、轿门开关串联在一起，控制关门继电器KM4，实现全部门关闭后电梯才能运行的控制。将平安窗开关、平安钳开关、限速器开关、轿内急停开关、上下强迫停止开关、基站开关梯开关以及热继电器触点FR1、FR2串联在一起，构成平安回路，控制平安运行继电器KA2，用KA2的触点控制PLC的RUN口，只有当该KA2吸合时，才允许PLC处于运行状态。这样可以节省PLC的输入口，又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。4.3电梯的主要电气设备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。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。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，且与呼梯盒做成一体结构。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。平层及开门装置该装置如图4-2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。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控制电梯的逐步淘汰而淘汰。由于本毕业设计是六层电梯的控制应选用感应器检测轿厢位置。图4-2电梯的平层、停层装置示意图4.4电梯运动过程分析4.4.1电梯的开关门环节电梯自动运行停层时的开门。电梯在停层时，至平层位置，继电器M227-M232接通，电梯开门计时继电器T0开始计时。手动开门。开关门均为手动状态，由开关门按钮X30和X31实施开门与关门。呼梯开门。电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，假设有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。假设其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并起动运行，到达呼梯层时再开门，此时的开门按自动运行停层开门处理。电梯停用后的关门。此时电梯到达基站，人员离开轿厢，电梯自动延迟5秒关门。电梯自动运行时的关门。停站时间继电器T0延时结束后，电梯自动关门。停站时间未到，可通过关门按钮实现提前关门。4.4.2外呼信号的登记与消除环节人员在轿厢门外呼梯时，X1-X12输入外呼信号，呼梯信号应被接收和记忆在继电器M100-M109中。当电梯到达该楼层，且定向方向与目的地方向一致时(基层与顶层除外)，呼梯要求已满足，呼梯信号应被消除。按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器M100-M109Q接通，外呼按钮下的指示灯Y6-Y17会点亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。而该信号的消除环节是由当层平层信号的动断触点与运行方向信号的动断并联构成。这样安排是前边提到过的电梯运行中只响应同时同向呼梯的原那么决定的。即电梯运行方向与呼梯目的的地方向一致且到达呼梯楼层时，平层感应器X21-X26被触发，电梯将停止，呼梯要求已满足，呼梯信号被消除，指示灯Y6-Y17中与之相应的指示灯会熄灭。电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，如电梯从一楼向上运行(上行)而呼梯要求从二楼向下，假设有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时(无二楼上行要求)依然停梯，但不会下降到一楼，只有当上升到二楼以上的呼叫信号都满足，并消除时，才会显示下降信息。4.4.3电梯的定向环节在自动运行状态下，电梯首先应确定方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。电梯处于待命状态，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比拟，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选与外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。检修状态下运行方向直接由上行和下行起动按钮确定，不需定向。梯形图中M121及M122分别为定上行及定下行中间继电器，它们线圈的工作条件触点块由内外呼信号及电梯位置信号组成。电梯的定向是由最初的呼梯信号决定的，一旦确定，只有顺向的所以呼梯信号满足后才会停止定向。如电梯从一楼向上运行(上行)而呼梯要求从二楼向下，假设有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时(无二楼上行要求)依然停梯，但不会下降到一楼，会一直上升，只有当上升到二楼以上的呼叫信号都满足，并消除时，才会开始准备下降，但此时需要再次输入呼叫信息。4.4.4楼层显示PLC输出端直接与七段数码管连接，无需外部硬件译码器，由PLC软件进行七段译码，直接驱动数码管显示楼层。PLC的输入与输出PLC控制系统的I/O点数计算根据电梯控制的特点，输入信号应该包括以下几个局部：轿厢内及各层门厅外呼按钮主要是轿厢内的楼层选择数字键1~6，各层门厅外呼按钮，除一层只设置上升按钮，六层只设置下降按钮外，其他层均设置上升和下降两个按钮。一共需要16个输入。位置信号位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的6个传感器产生。平时为常开，当电梯运行到平层时关闭。需要6个输入。控制总开关，1个输入电梯门控制信号大局部电梯都具有开门、关门按钮，以方便手动开关门。一共需要2个输入。模拟电梯到位按钮由于需要模拟仿真，所以本设计设置了到位按钮。电梯一共四层，所以设置了6个到位按钮，一共需要6个输入。综上所述，共需要输入点27个。输出信号应该包括：内呼指示信号内呼指示信号有六个，分别用来表示1~6层楼层内呼的指令被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。外呼指示信号外呼指示信号共有六个，分别用来表示1~6层楼层外呼的指令被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。电梯轿厢上下行，电梯上下行指示信号，共四个。门电机开关指示，共需两个输出点。综上所述，共需要输出点22个。PLC的输入输出接口的设计结合三菱FX2N-80MR-D型号PLC，设计出图4-3所示的输入输出接线图。输入接口X01-X32结合了内外呼输入按钮，平层感应信号输入，开关门输入按钮和其他输入信号。输出接口结合了开关门指示信号，楼层指示等指示信号。图4-3PLC输入输出接线图表4-1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HL17开门指示灯KM2下行接触器HL18关门指示灯KM3开门接触器HL11楼外呼记忆灯KM4关门接触器HL22楼上呼记忆灯KM5抱闸接触器HL32楼下呼记忆灯SB11楼上外呼HL43楼上呼记忆灯SB22楼上外呼HL53楼下呼记忆灯SB32楼下外呼HL64楼上呼记忆灯SB43楼上外呼HL74楼下呼记忆灯SB53楼下外呼HL85楼上呼记忆灯SB64楼上外呼HL95楼下呼记忆灯SB74楼下外呼HL106楼下呼记忆灯SB85楼上外呼HL111楼内呼记忆灯SB95楼下外呼HL122楼内呼记忆灯SB106楼下外呼HL133楼内呼记忆灯SB111楼内呼HL144楼内呼记忆灯SB122楼内呼HL155楼内呼记忆灯SB133楼内呼HL166楼内呼记忆灯SB144楼内呼HL19上行指示灯SB155楼内呼HL20下行指示灯SB166楼内呼DPY-aLED层显示a段SQ上下限位开关DPY-bLED层显示b段SB31轿厢内开门DPY-cLED层显示c段SB32轿厢内关门DPY-dLED层显示d段FR热继电器DPY-eLED层显示e段DPY-fLED层显示f段DPY-gLED层显示g段表4-2PLC的输入、输出点分配表输入X输出Y01层外呼上X0010抱闸Y00012层外呼上X0021上行Y00122层外呼下X0032下行Y00233层外呼上X0043开门Y00343层外呼下X0054关门Y00454层外呼上X0065KV线圈故障Y00564层外呼下X00761层外呼上指示Y00675层外呼上X01072层外呼上指示Y00785层外呼下X01182层外呼下指示Y01096层外呼下X01293层外呼上指示Y011101层内呼X013103层外呼下指示Y012112层内呼X014114层外呼上指示Y013123层内呼X015124层外呼下指示Y014134层内呼X016135层外呼上指示Y015145层内呼X017145层外呼下指示Y016156层内呼X020156层外呼下指示Y017161层平层信号X021161层内呼指示Y020172层平层信号X022172层内呼指示Y021183层平层信号X023183层内呼指示Y022194层平层信号X024194层内呼指示Y023205层平层信号X025205层内呼指示Y024216层平层信号X026216层内呼指示Y02522上下限位X02722开门指示Y02623轿厢内开门按钮X3023关门指示Y02724轿厢内关门按钮X3124上行指示Y03025热继电器X3225下行指示Y03126LED楼层显示aY03227bY03328cY03429dY03530eY03631fY03732hY040表4-3内部继电器点对应信号功能点对应信号M1001楼上升外呼按钮用，用于记忆外呼按钮呼梯信号，平层解除M111上升综合信号M1012楼上升M112M1022楼下降M113M1033楼上升M114M1043楼下降M115M1054楼上升M116下降综合信号M1064楼下降M117M1075楼上升M118M1085楼下降M119M1096楼下降M120M5011楼平层信号平层用，用以记忆平层信号，到达其他平层时解除M121上升记忆信号M5022楼平层信号M122下降记忆信号M5033楼平层信号M2271层有效开门信号M5044楼平层信号M2282层有效开门信号M5055楼平层信号M2293层有效开门信号M5066楼平层信号M2304层有效开门信号M201内呼去1楼用于要到达的楼层，平层时解除M2315层有效开门信号M202内呼去2楼M2326层有效开门信号M203内呼去3楼M240已正常关门信号M204内呼去4楼M2411层手动开门M205内呼去5楼M2422层手动开门M206内呼去6楼M2433层手动开门M2111楼上升开关门时有效外呼M2444层手动开门M2122楼上升M2455层手动开门M2132楼下降M2466层手动开门M2143楼上升M247手动开门信号综合M2153楼下降T0关门时间M2164楼上升T1开门时间M2174楼下降T3运行后不在平层时间M2185楼上升T4没有呼叫会基站时间M2195楼下降M2206楼下降M221内呼去1楼开关门有效内呼M222内呼去2楼M223内呼去3楼M224内呼去4楼M225内呼去5楼M226内呼去6楼第5章程序的调试与仿真5.1调试程序程序的调试与仿真都GXDesignere2和GTSimulator2触摸屏系列仿真软件上进行。如右图所示，翻开GXDeveloper编程软件，翻开之前已绘制的电梯PLC控制梯形图程序，如左