电梯控制系统Word文件下载.docx

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目前电梯设计使用可编程控制器（PLC），要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。

因而电梯的电气驱动系统和电气控制系统应能提供可靠和舒适的乘坐环境。

关键词：

电梯、PLC、梯形图

[abstract]theelevatorbelongstohoistingmachinery,isakindofintermittentmovementofthehoistmachinery,themainresponsibilityofverticaltransporttask.Inmodernsociety,theelevatorhasbecometheindispensabletransportationequipment.Elevatorforeveryhighbuildingtransportationmoreconvenient.Elevatorhasnowbecomeakindoffashion,thecircuitdesign,improvingthetraditionalwalkingupanddown,simpleoperation,andimprovetheconditionsofuse,especiallyforthedisabled,theoldman,whobringinconveniencetotheactionofthegreatconvenience.Anelevatorisamodernbuildingoneoftheindispensablefacilities.

Anelevatorismodernhigh-risebuilding,theverticaltransportationsafetyandstability,thedesignrequirements.Elevatorbelongstohoistingmachinery,isakindofintermittentmovementofthehoistmachinery,themainresponsibilityofverticaltransporttask.CurrentlyelevatordesignUSESprogrammablelogiccontroller（PLC）,flexible,simpleprogrammingfunction,lownoise,lowmalfunction.Thustheelevatorelectricaldrivesystemandelectricalcontrolsystemshouldbeabletoprovidereliableandcomfortableonenvironment.

Keywords：

Elevator，PLC，LaderView

目录

引言4

一、PLC编程简介5

（一）PLC的基本概念5

（二）PLC的定义5

（三）PLC的特点6

（四）PLC的基本结构6

1、电源6

2、中央处理单元（CPU）6

3、存储器7

4、输入输出接口电路7

5、功能模块7

6、通信模块7

（五）PLC的工作原理8

1、扫描技术8

（六）PLC内部运作方式10

（七）PLC发展历史10

二、电梯的结构及工作原理11

（一）电梯的结构12

（二）电梯的工作原理13

三、系统设计要求及方案14

（一）设计要求15

（二）设计方案15

四、PLC控制系统的应用设计17

（一）电梯设计的结构17

（二）I/O口配线图18

（三）PLC指令表19

（四）梯形图20

小结23

参考文献：

24

引言

随着建筑技术的发展，大楼变得越来越高，电梯也就成为高层建筑中垂直运输的重要工具，舒适、高效的把乘客送往目的地。

因此，电梯控制系统对于每一个电梯的平稳安全运行是至关重要的。

它告诉电梯什么顺序来启停，何时开关电梯门，是否有重大的安全问题。

传统的电梯电气控制系统是一种继电器控制系统，具有电路复杂，故障高和可靠性差等缺点，大大影响了电梯的运行质量，因此，我们经过在自己生活的区域看来，我们决定利用PLC技术改进居民楼中继电器控制系统电梯的电器控制系统。

结果表明，改进后的系统运行可靠，维护方便。

一、PLC编程简介

（一）PLC的基本概念

可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。

（二）PLC的定义

PLC一直在发展中，所以至今没有对旗下最后的定义。

国际电工学会（IEC）曾先后于1982.12、1985.1和1987.2发布了PLC标准草案的第一、二、三稿。

在第三稿中，对PLC作了如下定义：

PLC是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

该定义强调了PLC是：

1、数字操作的电子系统—也是一种计算机;

2、专为在工业生产环境下而设计；

3、面向用户指令—编程方便；

4、逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作；

5、数字量或模拟量输入输出控制；

6、易于与控制系统联成一个整体；

7、易于扩充；

（三）PLC的特点

1、为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC有以下特点：

2、可靠性高，抗干扰能力强；

3、通用性强，控制程序可变，使用方便；

4、功能强，适应面广；

5、编程简单，容易掌握；

6、减少了控制系统的设计及施工的工作量；

7、体积小、重量轻、功耗低、维护方便。

（四）PLC的基本结构

　　PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

　　1、电源

PLC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PLC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PLC的控制中枢。

它按照PLC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PLC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映象区或数据寄存器内。

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寄存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PLC的可靠性，近年来对大型PLC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PLC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寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC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

如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等

（五）PLC的工作原理

　　1、扫描技术

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；

或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；

或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；

相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

　　在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。

即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

　　（3）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

如图是PLC扫描过程示意图：

接通电源

内部处理

通信服务

CPU运行方式STOP方式

RUN方式

输入采样

程序执行

输出处理

PLC扫描过程示意图

（六）PLC内部运作方式

　　虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。

因此能大大减少控制器所需之硬件空间。

实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。

在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：

　　步骤一“输入状态检查”：

PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1或0代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。

步骤二“程式执行”：

将阶梯图程式逐行取入CPU中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。

输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。

步骤三“输出状态更新”：

将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。

此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC之反应时间，PLC输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。

每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。

（七）PLC发展历史

　　起源：

1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。

1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

　　1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

　　1971年，日本研制出第一台DCS-8

　　1973年，德国研制出第一台PLC

　　1974年，中国研制出第一台PLC

　　发展：

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。

　　20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

　　20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

　　20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

　　20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

二、电梯的结构及工作原理

（一）电梯的结构

电梯是机电合一的大型复杂产品.机械部分相当于人的躯体.电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一.使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言.传统的方法是分为机械部分和电气部分.但以功能系统来描述.则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构.而我们的主要目的是怎样来控制它。

1、曳引系统

曳引系统的主要功能是输出与传递动力。

使电梯运行。

曳引系统主要由曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成。

2、导向系统

导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度、使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。

导向系统主要由导轨、导靴和导轨架组成。

3、轿厢

轿厢是运送乘客和货物的电梯组件。

是电梯的工作部分。

轿厢由轿厢架和轿厢体组成。

4、门系统

门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。

门系统由轿厢门、层门、开门机、门锁装置组成。

5、重量平衡系统

系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内、保证电梯的曳引传动正常。

系统主要由对重和重量补偿装置组成。

6、电力拖动系统

电力拖动系统的功能是提供动力、实行电梯速度控制。

电力拖动系统由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等组成。

7、电气控制系统

电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。

电气控制系统主要由操纵装置、位置显示装置、控制屏（柜）、平层装置、选层器等组成。

8、安全保护系统

保证电梯安全使用、防止一切危及人身安全的事故发生。

由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置组成。

（二）电梯的工作原理

电梯的基本结构是：

一条垂直的电梯井内，放置一个上下移动的轿箱（Cab）。

电梯井壁装有导轨，与轿箱上的导靴限制轿箱的移动。

轿箱的支撑及升降有两种方法：

1、曳引式

多条钢缆，把轿箱悬挂在电梯井顶部机房的曳引轮之上。

钢缆另一端悬挂作平衡的对重。

对重一般为轿箱加上50%负载时的重量。

当轿箱移动时，对重会向反方向移动。

曳引轮是依靠钢缆的粗糙表面及引轮上坑纹之间的摩擦力来拉动轿箱。

因此当钢缆或曳引轮用旧之后，必须适时更换以防滑溜。

电动机负责带动曳引轮转动，提供动力升起或放下轿箱。

电动机可能是交流，亦有可能是直流。

部分电动机要使用齿轮带动曳引轮，较新及较快的电梯一般会采用无齿轮带动。

部分高层曳引式电梯还有重量补偿：

在轿箱及对重之下设有一条钢缆或锁链，连接到地上。

作用是补偿悬挂轿箱或对重的钢缆长度改变引起的重量变化。

曳引式电梯必定会有各种安全装置，防止轿箱因钢缆继裂、制动失灵等任何原因造成的堕落。

最低限度的安全装置包括：

在机房装设的钢缆限速器，在轿箱及对重上安装安全钳。

安全钳即奥的斯当年发明的机械安全装置，当加速到某一速度时会自动钳紧导轨，把轿箱或对重刹停。

在电梯井的底部，还会装有缓冲器，作为最后的保护。

电梯的工作原理图

曳引式电梯一般需要在电梯顶部设置机房。

近年设计新型的曳引式电梯，采用纤维－钢缆复合缆索，可以减少所需的润滑及维修。

此外新型的电动机体积

可以安装在井壁，免除机房设置。

2、液压式

轿箱由底下的柱塞支撑及升降，柱塞由液压推动。

部分柱塞可作望远镜式折叠，减少地底所需要的深度。

部分柱塞不可折，安装时地下必需挖一个洞。

因为柱塞的限制，液压式电梯一般只会在两至五层高的建筑物上使用（不多于20米）。

液压式电梯的优点是机房可设置在任何位置，而且占地较少，机械亦较为简单；

一般使用亦较少机会发生问题。

但是亦有耗电较多，速度低的缺点（秒速不高于1米）。

三、系统设计要求及方案

（一）设计要求

1、电梯停于1F或2F时，按3F按钮呼叫，电梯上升到3F才停止；

2、电梯停于1F时，按2F按钮呼叫，电梯上升到2F停止；

3、电梯停于3F时，按2F按钮呼叫，电梯下降到2F停止；

4、电梯停于1F，2F和3F均有按钮呼叫，电梯先上升到2F，暂停2S，然后上升到3F停止；

5、电梯停于3F，2F和1F均有按钮呼叫，电梯先下降到2F，暂停2S，然后下降到1F停止；

6、电梯上升途中或下降途中，任何反方向按钮呼叫均无效；

7、每层楼之间到达时间应在12S内完成，否则电梯停机；

8、电梯内有意外，有声光报警。

（二）设计方案

1、电梯在上升途中或下降途中运行过程中不响应反向呼梯信号;

2、电梯位置用LED7段数码管显示；

3、楼层呼叫电梯有LED指示灯显示；

4、电梯在上升或下降的过程是通过电动机的正反转来成。

起其具体控制情况如下：

序号

输入

输出

原停楼层

召唤楼层

运行方向

运行情况

1

2F或3F

1F呼

下降

电梯下降至1F停

2

1F

2F

上呼或2F下呼应

上升

电梯上升至2F停

3

3F

电梯下降至2F停

4

1F或2F

3F呼

电梯上升至3F停

5

1F呼、2F同时下呼应

电梯下降至2F停2S后继续下行至1F停

6

2F上、3F同时呼应

7

先2F上呼后

1F呼应

先下降后上升

电梯上升至2F停2S后继续上行至3F停

8

先2F下呼后3F呼应

先上升后下降

电梯下降至1F停2S后继续上行至2F停

9

先1F呼后

2F上呼应

停

反向召唤无效

10

先3F呼后

2F下呼应

四、PLC控制系统的应用设计

（一）电梯设计的结构

如下图为三层电梯结构，每楼层都有限位开关，分别是SQ1、SQ2、SQ3选择开关分别是SB1、SB2、SB3,指示灯分别是SL1、SL2、SL3。

其中上升启动KM1,下降则启动KM2。

电梯内装有紧急报警器，开关为继电器KM3控制。

如下是三层电梯结构图：

三层电梯结构图

（二）I/O口配线图

输入口/输出口

SB1

0001

SB2

0002

SB3

0003

SQ1

0101

SQ2

0102

SQ3

0103

KM1

0601

KM2

0602

SL1

0501

SL2

0502

0503

KM3

0603

（三）PLC指令表

步

指令

数据

0000

LD

OR

ANDNOT

UOT

0004

0005

0006

0007

OUT

0008

0009

0010

0011