基于PLC的电梯控制系统Word文档下载推荐.docx

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4.3.13电梯下行主程序段22

4.3.14过载检测22

4.3.15确定电梯下行最近目标子程序段23

4.3.16电梯运行速度的控制23

结束语25

参考文献26

致谢27

机械电子工程系李明岩

指导教师周景雷

摘要：

随着科学技术和社会经济的发展，高层建筑已成为现代城市的标志。

电梯作为垂直运输工具，承担着大量的人流和物流的输送，其作用在建筑物中至关重要。

与此同时，人们对电梯的性能要求也越来越高，比如可靠性，操作方便，舒适性，低噪音，低能耗等等。

随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。

采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，能够有效的提高电梯的控制水平，极大地改善了电梯运行的舒适感，使电梯的控制达到了比较理想的控制效果。

为了满足电梯舒适感提高及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。

人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。

为了获得良好的舒适感，本设计的电梯起制动速度曲线由两段抛物线（S曲线）及一段直线构成，将加速时间和S曲线加速时间配合调整，获得了较为理想的起动/制动曲线。

本文在介绍电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，重点分析了电梯系统设计中如何用PLC实现控制系统并编制控制程序，研究并提出了基于PLC和变频器的变频调速（VVVF）电梯控制系统的实现方案，针对这些问题对电梯系统进行了新的设计.设计出了新的采用PLC进行逻辑控制，用变频器调速的电梯控制系统。

关键词：

电梯；

控制系统；

PLC

TheelevatorcontrolsystembasedonPLC

MechanicalandElectronicEngineeringLiMingyan

TutorZhouJinglei

Abstract：

Withscientificandtechnologicalandsocio-economicdevelopment,high-risebuildingshavebecomethehallmarkofmoderncities.Asaverticalliftequipment,alotofpeoplebearthetransportationandlogistics,itsroleinbuildingessential.Atthesametime,ithastolifttheperformancerequirementsarealsoincreasing,suchasreliability,easytooperate,comfortablenature,lownoise,consumption,andsoon.Buttheelevatorasanimportanttrafficinskyscraper，italsohasdevelopedquicklywiththeimprovingrequirementofthePeople.It’sdraggingtechnologyhasdevelopedfromDCtimingtoACvariablefrequencytimingandIt’slogiccontrol-relaycontrolalsohasbeenreplacedbyPLC.usingPLCtocontroltheelevator，thereliabilityisimprovedandthefeelingofcomfort15betterthroughthereasonableselectionanddesign，sotheeffectofcontrolismoreideal.Inordertomeetthecomfort,improvetransportingefficiencyandreachtherightfloor,thegivencurveofanelevatorisakeypoint.Mostofpeople’ssensitivityonchangingspeedisaboutaccelerationmovement.Comfortmeansaccelerationanddecelerationonsmoothness.Toacquirefavorablecomfort,thestartingandbrakingcurvesdesignoftheelevatoriscomposedoftwos-curvesandonebeeline.Throughadjustingtheaccelerationtimeandthatofthes-curve’s,idealstartingandbrakingcurvesaregained.Thispaper,basedontheintroductionoftheelevator'

sbasicstructure,expatiatethedriveandcontrolprincipleofelevator,andanalyzeshowtousethePLCtoprogramcontrollingprocess.Theimplementationprojectofelevator'

sVVVFcontrolsystembasedonPLCandtransducerisstudiedandproposed.Thisarticlewaspreciselyhascarriedontheimprovementdesigninviewofthesequestionstotheexistingelevatorsystem.UsesPLCtocarryonthelogicalcontrol,modulatesvelocitytheelevatorcontrolsystemwiththefrequencychanger.

Keywords:

elevator；

controlsystem；

1前言

1．1电梯信号控制系统发展的现状

近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。

更新换代生产更新型的电梯，继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。

但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。

PLC最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，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己逐渐被PLC控制所代替。

同时，由于电机交流变频调速技术[1]的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。

因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。

1．2PLC及在电梯控制中的应用特点

PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。

目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。

由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。

因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义。

电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。

PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式[2]发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。

PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。

由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。

因此在工业控制方面得到了广泛应用。

自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。

并形成了一系列的定型产品。

在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。

电梯控制系统分调速部分和逻辑控制部分。

调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。

为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。

2电梯的概述

2.1电梯的结构

电梯是机电一体化产品。

其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。

尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置[3]组成；

电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。

其基本结构如图2—1所示。

图2—1电梯的基本结构

1—控制柜（屏）;

2一拽引机;

3—拽引钢丝绳;

4—限速器;

5—限速器钢绳;

6—限速器张紧装置;

7—轿厢;

8—安全钳;

9—轿厢门安全触板;

10—导轨;

11—对重;

12-厅门；

13—缓冲器

2.2电梯的控制要求

人们对现代电梯的自动化程度和智能行越来越高，可以有下列基本功能，这些功能有的是厂家作为标准功能配置在电梯上，有的是可按用户要求配置。

但是由于本次设计工作的时间有限，不可能实现下面的所有控制要求，只能完成其中的一些主要的最基本的控制要求。

1司机操作。

由司机关门启动电梯运行，由轿内指令按钮选向，厅外召唤只能顺向截梯，自动平层。

2集选控制。

集选控制是将轿厢内指令与厅外召唤等各种信号集中进行综合分析处理的高度自动控制功能。

它能对轿厢指令、厅外召唤登记，停站延时自动关门起动运行，同向逐一应答，自动平层自动开门，顺向截梯，自动换向反向应答，能自动应召服务。

3下行集选。

只在下行时具有集选功能[4]，因此厅外只设下行召唤按钮，上行不能截梯。

4独立操作。

只通过轿内指令驶往特定楼层，专为特定楼层乘客提供服务，不应答其它层站和厅外召唤。

5特别楼层优先控制。

特别楼层有呼唤时，电梯以最短时间应答。

应答前往时，不理会轿内指令和其它召唤。

到达该特别楼层后，该功能自动取消。

6停梯操作。

在夜间、周末或假日，通过停梯开关使用电梯停在指定楼层。

停梯时，轿门关闭，照明、风扇断电，以利节电、安全。

7满载控制。

当轿内满载时，不响应厅外召唤。

8清除无效指令。

清除所有与电梯运行方向不符的轿内指令。

9开门时间自动控制。

根据厅外召唤、轿内指令的种类以及轿内情况，自动调整开门时间。

10按客流量控制开门时间。

监视乘客的进出流量，使开门时间最短。

11开门时间延长按钮。

用于延长开门时间，使乘客顺利进出轿厢。

12故障重开门。

因故障使电梯门不能关闭时，或者在关门的过程中又有乘客进入的时候，使门重新打开再试关门。

13强迫关门。

当门被阻挡超过一定时间时，发出报警信号，并以一定力量强行关门。

14光电装置。

用来监视乘客或货物的进出情况。

15光幕感应装置。

利用光幕效应[5]，如关门时仍有乘客进出，则轿门未触及人体就能自动重新开门。

16副操纵箱。

在轿厢内左边设置副操纵箱，上面设有各楼层轿内指令按钮，便于乘客较拥挤时使用。

17电子触钮。

用手指轻触按钮便完成厅外召唤或轿内指令登记工作。

18灯光报站。

电梯将到达时，厅外灯光闪动，并有双音报站钟报站。

19停电时紧急操作。

当市电电网停电时，用备用电源将电梯运行到指定楼层待机。

20火灾时紧急操作。

发生火灾时，使电梯自动运行到指定楼层待机。

21故障检测。

将故障记录在微机内存（一般可存入8～20个故障），并以数码显示故障性质。

当故障超过一定数量时，电梯便停止运行。

只有排除故障，清除内存记录后，电梯才能运行。

大多数微机控制电梯都具有这种功能。

3硬件选型

3.1PLC的定义和特点

1PLC的定义

由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。

1980年PLC问世后，由美国电气制造商协会（NationalElectricManufacturerAssociationNEMA）对PLC下过如下的定义:

PLC是一种数字式的电子装置。

它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制[10]。

1982年，国际电工委员会（InternationalElectricalCommitteeIEC）颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义:

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，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照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置[6]，它有与其他顺序控制装置不同的特点。

2PLC的特点

PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点：

一可靠性。

对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。

二PLC的易操作性。

PLC的易操作性表现在下列三个方面:

（1）操作方便对PLC的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。

（2）编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。

（3）维修方便PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。

三灵活性。

PLC的灵活性表现在下列三方面：

（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、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。

（2）扩展的灵活性PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。

（3）操作的灵活性操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。

四机电一体。

化为了使得工业生产过程的控制更平稳、更可靠，向优质高产低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化——仪表、电子、计算机综合的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。

因此，它已成为当今数控技术、工业机器人、过程流程控制等领域的主要控制设备[7][8][9]。

3.2PLC的主要功能和应用

PLC的主要功能和应用如下:

（1）开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。

它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。

（2）模拟控制在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。

为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。

特别是在系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置所无法比拟的优势。

另外某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。

（3）定时控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时与计数器。

其定时时间间隔可以由用户加以设定。

对于计数器，如果需要对于频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数器。

（4）数据处理新型PLC都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些PLC还可以进行浮点运算、函数运算。

（5）信号连锁系统信号连锁是安全生产所需的。

在信号连锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求。

对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和连锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的PLC实现。

（6）通信把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器[11][12]。

3.3PLC的系统硬件设计

1PLC控制系统设计的基本原则

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

1）最大限度地满足被控对象的控制要求

2）保证PLC控制系统安全可靠

3）力求简单、经济、使用及维修方便

4）适应发展的需要

为了完成设定的控制任务,主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定PLC的机型。

本系统为六层楼的电梯,采用集选控制方式。

所需输入/输出点数与内存容量估算如下:

1）输入/输出点的估算。

输入点有:

门厅按钮10个,轿厢内按钮9个,楼层感应传感器6个,轿厢门限开关2个,检修开关1个,平层传感器2个，减速传感器2个，过载测量传感器1个，PG卡1个，障碍检测光电传感器1个共35个。

输出点有：

轿厢内指示灯9个，门厅召唤按钮指示等10个，楼层显示用七段码显示器引脚7个，开关门电动机驱动线圈2个，变频器控制引脚8，电梯上下行指示灯2，总共38个。

2）内存容量的估算

用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。

因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度进行估算。

本系统有开关量I/O总点数有67个，模拟量I/O数为0个。

利用估算PLC内存总容量的计算公式:

所需总内存字数=开关量I/O总点数×

（10～15）+模拟量I/O总点数×

（150～250）再按30%左右预留余量。

估算本系统需要约2K字节的内存容量。

3）可编程控制器机型的选择

FX2，FX1,FX2C系列是三菱公司今年来推出的高性能小型可编程控制器，,FX0S,FX0N,FX2N是微型可编程控制器。

它们都体积都比较小，但功能强大，内置高速记数器，外观，高度，深度都差不多但性能价格有很大的差别。

如表3—1所示。

3—1FX0S,FX0N.FX2N性能比较

型号

I/O数

用户程序步数

功能指令

通信功能

基本指令执行时间

模拟量模块

FXOS

10-30

800步EEPROM

50

无

1.6~3.6微秒

FXON

24-128

2K步EEPROM

55

较强

有

FX2N

16-256

8K步RAM

298

强

0.08微秒

FX0S的功能简单，价格便宜，可以用与小型开关量的控制系统，FX0N可用于控制要求较高的中小型控制系统，FX2N的功能最强，可用与控制要求很高的控制系统。

根据输入/输出点数与内存容量的要求，再留出一定的I/O节点与内存空间以供扩展时使用，以及指令的执行速度，因此选用三菱公司的FX2N系列的FX2N-80MR。

它的输入继电X000-X047共40个，输出继电器Y000-Y047共40个，程序容量为8K字节,完全满足要求。

也给以后功能扩展留了足够的空间。

4）输入/输出模块的选择

根据系统控制的要求,本系统的输入选用直流24V的输入模块。

输出模块选用继电器输出形式。

开关量输出单元的作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。

按照现场执行机构使用的电源的不同，可分为直流输出单元（晶体管输出方式，或者继电器触点输出方式）和交流输出单元（晶闸管输出方式或者继电器触点输出方式[13]）。

在继电器输出方式中，继电器作为开关元件，同时又是隔离器件。

发光二极管（LED）构成输出状态显示器，当PLC输出一个接通信号时候，内部电路使继电器线圈K通电。

继电器触点闭合使得负载回路的的负载L接通得电，VD作为续流二极管以消除线圈的反电动势，同时状态指示LED导通点亮。

根据负载的需要，负载回路的电源既可以选用交流电源，也可以选用直流电源。

特别也指出的是，继电器模式具有断点确切，可以实际切断所控制的回路电器连接的作用，同时这种模式既适合于直流又适合于交流的情况，因此这种模式在开关频率不是太高的情况下是首先选择的输出控制方案。

下图给出了这种输出方案的原理图。

图3—1继电器模式输出单元

5）输入输出点的分配表见3—2

表3—2输入输出点的分配

输入信号

输入点

输出信号

输出点

轿厢内控制按器

楼层感应传感

门厅按钮

检修按钮

门限位继电

过载测量

光电传感器

平层传感器

减速传感器

PG卡

X0-X10

X11-X16

X17-X30

X31

X32-X33

X34

X35

X36-X37

X40-X41

X42

轿厢内按钮指示等

七段码显示器引脚

开关门电动机正反转

变频器控制信号

门厅召唤按钮指示等

电梯上下行指示等

Y0-Y10

Y11-Y17

Y20-Y21

Y22-Y26

Y43-Y45

Y27-Y40

Y41-Y42

4软件设计

4.1FX2N系列的基本逻辑指令

一、（LD/LDI/OUT）

下面把LD/LDI/OUT三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件以列表的形式加以说明：

表4-1输入输出指令

符号

功能

梯形图表示

操作元件

LD