电梯设计 Microsoft Word 文档.docx

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独创性声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。

除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。

与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日

授权声明

本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：

有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。

本人论文（设计）中无原创性数据需要保密的部分（如没有，请填写“无”）：

签名：

　　　　　年　　月　　日

指导教师签名：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日

摘要

随着现代城市的发展，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，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。

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。

系统的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生产的FX2N-80型PLC，因为在核心控制部分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

Abstract

Withthedevelopmentofmoderncitiesanincreasingnumberofhigh-risebuildingbecomeanindispensablemeansoftransportofdailylife.Thequalityoftheliftperformanceoftheimpactonpeopleslivesbecomingmoreandmoreobviousitmuststrivetoimprovetheperformanceofelevatorsystemsandensuretheoperationoftheliftissafereliableandenergyefficient.Thetraditionalelevatorcontrolsystemuseslogicoftherelaytocontrolcircuitthiskindofcontrolseasilytobecrashmaintainsinconvenientlythemovementlifeisshortandthatoccupyingalargeareaofspaceitbeingeliminatedgradually.ForraisingthecredibilityoftheautomaticcontrolsystemandtheworkefficiencyoftheequipmentsdesignasetoftakePLCasthecorecontrolleroftheelevatorautocontrolsystemusingtoreplaceformermorecomplicatedofafterelectrecap-thecontactmachinecontrol.ThecorepartcontrolpartofthesystemusedaJapaneseMitsubishicompanytoproduceoftheFX2N-80typePLCisthesoftwareprocedurecontrolinthecorebecauseofwhattocontrolthepartadoptionthusBepromisingtheelevatorcirculatesnormallyunderthecircumstanceofwiththisrequestraisedelevatortobreakdowncheckandtheconvenienceandeasyformaintainconsumedlystillovercametomoveanoperationsomeartificialinterferencefactorsbringinthemeantimeobtainthegoodresults.

KEYWORDS:

ElevatorPLCLadderDiagram

1绪论

1.1选题意义

现今社会随着经济的发展，人们的生活水平也逐步提高；但是同时随着高楼大厦的建设需要电气化设备来代步，同时电梯的应用也越来越多与人们日常生活工作也密不可分。

目前我国的电梯数量在世界上处于第二位，成为人民日常生活中的重要组成部分。

这就要求电梯的设计要安全合理以人为，本尽量减少电梯的故障和遇到危险时保护人身的安全。

电梯是现代高层建筑的垂直交通工具，其设计要求稳定性、安全性非常高。

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多。

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。

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以及安全性，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。

系统的核心部分（控制部分）使用了德国西门子公司生产的S7-200型PLC，因为在核心控制部分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，传统的电梯控制系统主要采用继电器—接触器进行控制，其缺点是触点比较多，故障高，可靠性差、体积大、维修工作量大等缺点，正逐步被淘汰。

世界上各主要PLC生产厂家几乎都有运动控制功能，它的运动控制功能广泛地应用于各种机械，如金切削机床、金属成型机械、电梯等；随着计算机控制的发展，近年来国外工厂自动化通信网络发展很快，各个著名的PLC厂家都推出了自己的网络系统。

这有利于电梯向智能化方向发展，而PLC控制系统的开关柜制作、现场施工和梯形图设计可以同时进行，梯形图可以在实验室模拟调试，发现问题后修改起来非常方便。

1.2研究现状

如今电梯已成为人们进出高层建筑不可缺少的代步工具，而且作为载人工具，人们在运动的平滑性、高速行、准确性和高效性等一系列静动态性能方面对它提出了更高的要求。

由于早期的电梯继电器控制方式存在故障较多、可靠性较差、接线较复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。

可编程序控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口和维修方便等诸多高品质性能，又采用一种可编程运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入、输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

因此，现在PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。

随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程序控制器更多的具有计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有数据处理、通信、网络等功能。

由于它可以通过软件来改编控制过程，而且体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。

在发达的工业国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，随着可编程序控制器的性能价格比不断提高，过去许多使用计算机的场合可以使用可编程序控制器。

可编程序控制器的应用范围不断扩大，正在成为工业控制领域的关键设备。

可编程序控制器的推广应用在我国更是得到了迅猛发展，大量地应用于引进设备和国产设备中。

伴随着现代高新技术带动传统产业发展的时代潮流，可编程序控制器在我国产业发展领域中将会有展示自己强大魅力的崭新舞台。

2系统控制方案的确定

2.1电梯的基本要求

1电梯运行到指定位置后有手动或者自动开、关门装置停层时延时2秒后自动开门或手动开门，有内选信号时，延时2秒自动关门或手动直接关门。

无内选信号时可以手动关门，但不会自动关门。

行车时不能手动开门，开门时不能行车。

2利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯内的指令信号和电梯的到达信号。

3自动判断电梯的运行方向、并发出相应的指示信号行车途中如遇呼梯信号时，顺向截车，反向不截车。

4电梯的上行和下行有一台交流双速电机牵引。

电梯正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。

5电梯厢们有另一台小功率电机驱动。

电机正传，箱门打开；电机反转，箱门关闭。

6．由于电梯对控制系统的可靠性和安全性要求极高，主要以逻辑控制为主，通常采用PLC作为控制系统的核心，所以，应用PLC来设计一个5层电梯控制器具有一定的现实意义。

7．轿厢内部：

操作面板两块，包括所有必要的按纽；报警按纽及三方对讲系统（连接机房CCTV）；嵌入式电话机盒，内装挂式无按纽电话（连接酒店电话总机房）；背景音乐广播喇叭安置在轿厢顶上（兼作应急广播）；至少有一只灯必须具有应急功能，即带浮充电装置，并能保持1.5小时使用；到站钟声；如装修要求轿厢地面为石材，应考虑底板与门槛的高差≥2cm；CCTV摄像机预留位置。

8.其他要求：

所有有关的应急功能，如：

消防控制、应急供电、自动回首层等；CCTV监控室必须要有电梯楼层显示装置。

推荐采用字符发生器；通过摄像机视频线将楼层字符叠加在监视屏图象上；多台梯群控功能；其他功能根据电梯公司提供进行选择，以满足酒店运行的需要；

2.2电梯控制方法的分析

随着科学技术的发展，近年来，我国的电梯生产技术也得到了迅速的发展。

目前电梯控制系统上主要有三种控制方法：

继电器控制系统、plc控制系统、微机控制系统。

继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方法不灵活、以及消耗功率达等缺点，目前已经被淘汰。

微机控制系统虽然在智能控制方面有较强功能，但也存在抗干扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。

而plc控制技术由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，备受人们重视，已成为目前电梯控制系统中使用最多的控制方法，目前也被运用与传统电梯的改造。

目前国内学多老的电梯仍在运用继电器接触器控制系统，接线复杂故障率高维修比较困难许多已处于闲置状态，其牵引系统多采用交流双速电机系统换速，效率横笛调速性能比较差严重影响电梯的质量和安全性能。

由于这些电梯多采用交流电压调速系统交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适性较差，交流调压调速系统属于能耗性调速系统机械部分没有大问题，为节约资金大部分老客户希望对电梯电气控制系统进行改造提高点天的运行性能和安全指标因此对电梯控制系统进行研究。

进入现代社会电梯是高层建筑的重要组成部分与人们的日常生活紧密相连，plc作为新一代工业的控制器以高可靠性和技术先进在电梯控制中广泛运用从而使电梯有传统的继电气控制方法发展为计算机控制成为当前点的主要控制方法

研发投入

2.3电梯的工作原理

牵引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在牵引轮和导向轮上。

牵引电动机通过减速器变速后代动迁引论转动，考牵引绳和摩擦轮产生牵引力，实现轿厢和对重的升降运动达到运输目的。

安装在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道上的固定到导轨往复升降运动，防止交响在运动中偏斜或者摆动。

常闭块吃制动器在电动机工作时松闸，让电梯运转，在停电情况下制动，让轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。

轿厢是运载乘客或者其他载荷的箱体部分，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。

补偿装用来补偿牵引绳运动中的张力和重量变化，使牵引电动机伏在稳定叫响的以准确停靠。

电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明的目的工作。

指示呼叫系统随时显示轿厢运动方向和所在楼层位置，安全装置保持电梯运行的安全。

2.4PLC及其电梯PLC控制的特点

2.4.1PLC的特点

PLC实质上属于计算机控制方法，与普通微机一样。

以专用或者通用cpu作为数字处理器实现字运算和数据存储另外还有位处理器进行点运算和控制。

PLC一般具有可靠性高、易操作、维修编程简单、灵活性强等特点。

1可靠性：

对产品而言可靠性报国产品的有效性和可维修性。

（1）PLC无需大量活动原件和接线电子元件他的接线大大减少。

（2）PLC通过一系列可靠性的方法进行设计，例如断电保护、故障诊断信息保护及恢复是可靠性大大提高。

（3）PLC具有操作简单、编程容易、维修容易、安全性高等特点。

（4）PLC是为工业生产过程控制而专门进行的控制设计，具有比技术安吉更简单的编程和更可靠的硬件，编程语言非常容易入手并且在恶劣环境下的生存能力大大提高。

（5）在PLC硬件和软件方面均采取了一系列提高可靠性措施：

对于干扰的屏蔽隔离和滤波；软件自诊断；简化语言。

2易操作性：

易操作性主要便现在以下几个方面：

（1）操作简单

（2）编程简单

（3）维修简单

3灵活性：

灵活性主要便现在以下几个方面

（1）操作灵活性

（2）编程灵活性

（3）扩展灵活性

2.4.2采用PLC控制电梯的优点

PLC控制电梯的优点：

（1）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。

（2）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。

（3）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。

（4）系统触点少、接线线路简单，不会经常出现故障。

（5）系统结构小，能耗低，输出开关量音量小。

2．5PLC的选型

随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。

近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。

PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。

因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。

1.输入/输出的选择

PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。

它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。

根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时应再增加10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。

对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。

根据估算这次设计的I/O点数为输入35点，输出34点。

2.软件选择

在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。

用户应当对所选择PLC产品的软件功能有所了解。

通常情况下，一个系统的软件总是用于处理控制器具备的控制硬件的。

但是，有些应用系统也需要控制硬件部件以外的软件功能。

3.机型的选择

PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。

目前，国内众多的生产厂家生产了多种系列功能各异的PLC，通过对输入/输出点的选择、对编程软件及机型的认识，决定选择三菱公司生产的FX2N系列的FX2N-80MR-D型号的可编程控制器作为电梯的控制器。

2.6变频器的选择

随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。

目前，有为电梯控制而设计的专业变频器，其功能较强，使用灵活，但其价格相对较贵。

因此，这次设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专业变频器的控制效果。

这是这次设计的特点之一。

目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。

根据自己对变频器掌握的程度以及本设计的要求，选择了熟悉的学校所用的FR-S520SE变频器。

2.7确定整体设计流程

综上所述，本设计就是一PLC为工具对升降电梯的各种操作进行控制。

上面部分对电梯的各种硬件进行了分析，下面看他要用到什么样的开关电机信号灯等部件然后画出它的控制面板图，再根据控制面板图估计一下I\O点数，这样就可以选定机型然后进行软件设计，写出流程图梯形图写出语句最后是进行调试看此程序是是否可行

3六层电梯的设计

3.1电梯硬件分析

（1）曳引系统

曳引系统主要功能是输出与传递动能使电梯运行。

曳引系统主要由牵引机牵引、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重要组件，是电梯的工作部分。

轿厢由轿厢架和轿厢体组成。

（4）门系统

门系统中、的主功能是风逐层站入口和轿厢入口。

门系统由厢门、层门、开机门、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定额之内，保证电梯的牵引系统正常运行。

（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。

电力拖动系统由牵引电动机、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、位置显示转职、控制屏、平层装置、层选器等组成。

（8）安全保护系统

保证电梯安全使用，防止一切危机人生事故的事情发生。

有限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置组成。

（9）平层即开门装置该装置如下图有平层感应器及楼层感应器组成。

上行时，上磁铁板先出法楼层感应器，发出减速停车信号；电梯开始减速至平台信号发出时，发出开门及停车信号电动机停转，电闸抱死。

下行时，下磁铁般触发楼层感应器。

发出键鼠停车信号电梯开始减速，自平层信号触发时发出开门及停车信号。

3.2总体设计方案

电梯控制系统的构成：

电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，电梯控制系统结构图，用来完成对电梯曳引电机及开关门机的启动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿厢内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。

变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成。

三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端U、V、W接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。

旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。

变频器输入信号为：

上、下行方向指令，零速、爬行、速度等各种速度编码指令、复位和使能信号变频器输出信号为：

（1）变频器准备就绪信号，在变频器运转正常时，通知控制系统变频器可以正常运行；

（2）运行中信号，通知PLC变频器正在正常输出；（3）零速信号，当电梯运行速度为零时，此信号输出有效并通知PLC完成抱闸，停车等动作。

输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要由厅外呼叫、轿厢内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、门锁、安全保护继电器、消防、泊梯等单元构成。

输入单元为：

（1）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，而且兼有无司机状态的“本层厅外开门”功能，全集选方式的呼梯信号为2N-2个（N为层站数），下集选方式的呼梯信号为N个；

（2）轿厢内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示，呼梯信号数为电梯停站层数N；

（3）开关门按钮，输入PLC控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；

（4）上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准备平层，通常设置在轿顶，电梯轿箱上行接近预选层站时，上平层感应器限进入遮磁板，电梯仍继续慢速运行，当下平层感应器再进入遮磁板时，上行接触器线圈失电，制动器抱闸停车；

（5）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；

（6）安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；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灯等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示放肆和点阵显示方式，本设计考虑情况用的是输出等和显示屏上的数字配合来报告到达的楼层；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，有变频门机完成开关门动作。

PLC单元为电梯控制系统的核心部分，有PLC提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度曲线调节运行方向和速度。

通过PLC的合理编程，实现自动平层、自动开关门、自动掌握停站时间、内外呼信号的登记与消除，顺向载梯及自动换向等集选控制功能。

3.3电梯自动门控制

通过红外探测能发现是否有人上电梯从而能够减少控制上电梯的按钮达到简化设计目的也更加方便。

3.4各种传感器

（1）热敏传感器：

用到各种传感器包括热敏传感器它通过对温度的检测当温度达到高于100°时会通过电路传达控制系统然后空控制系统发出预警。

（2）超重传感器：

当电梯内的人数达到上限后会发出超重的信号从而使控制系统发出预警直到达到重量下限后才使电梯门能够关上。

（3）烟雾浓度传感器：

当烟雾浓度达到一定浓度时会发出预警从而防止火灾或者减少人在电梯内抽烟，是电梯更加人性化

3.5可编程控制器的基础认识

3.5.1FX2N型PLC基本单元的外形结构

输入端子连接外部的输入元件，如按钮、控制开关、行程开关、接近开关、热继电器接点、压力继电器接点、数字开关等。

输出端子连接外部的输出元件，如接触器、继电器线圈、信号灯、报警器、电磁铁、电磁阀、电动机等。

3.5.2三菱FX2NPLC的主要特点：

（1）集成型高性能。

CPU、电源、输入输出三位一体。

对六种基本单元，可以最小8点为单元连接输入输出设备，最大可以扩展输入输出256点。

（2）高速运算

基本指令：

0.08um/指令

应用指令：

1.52-几百us/指令

（3）安心宽裕的存储规格

内置8000步RAM存储器

安装存储和后最大可以扩展到1600步

（4）丰富的软件范围

辅助继电器：

3072点，定时器：

256点，计数器：

235点

数据寄存器8000点

（5）除了具有输入输出16-256点的一般速度，还有模拟量控制，定位控制等特殊控制。

3.5.3FX2N型PLC的主要种类

按品种可分为基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊扩展设备。

基本单元由内部电源、内部输入输出、内部CPU和内部存储器组成，只有基本单元可以单独使用，当输入输出点数不足时可以进行扩展。

扩展单元由