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1、电梯是服务于规定楼层，运行在至少两列垂直或倾斜角小于15刚性导轨之间固定式升降设备。广义电梯概念包括载人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道等，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行箱体或者沿固定线路运动梯级（踏步），进行升降或者平行运送人或者货物机电设备。狭义电梯是指服务于规定楼层、有轿厢垂直升降设备，不包括自动扶梯、自动人行道。自动扶梯（Escalator）是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客固定电力驱动设备。自动人行道（Passengerconveyor）是带有循环运行式走道，用于水平或微倾斜输送乘客固定电力驱动设备。电梯分类按用途分类：乘客电梯、载货电梯、病床电梯、杂物电梯、服务电梯、
2、住宅电梯、特种电梯。 按驱动方式类：交流电梯，直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、直线电机驱动电梯。按速度分类：低速电梯（速度不大于1.75m/s）中速电梯(速度大于1.75m/s小于或等于2.5m/s)高速电梯(速度大于2.5m/s小于或等于6m/s)超高速电梯(速度大于6m/s)按有无减速器分类： 有减速器电梯：常用于梯速为2.0m/s以下电梯 无减速器电梯：常用于梯速为2.0m/s以上电梯 电梯工作原理一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜箱、导轨等主要部件组成。电梯在做垂直运行过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设
3、在最高楼。各站厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站召唤箱上各设置两个按钮。而电梯轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或和层站对应按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上按钮称外召唤按钮，操纵箱上按钮称指令按钮本设计主要研究六层六站电梯控制系统，分述其硬件设计和软件设计过程。设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：PLC电梯控制系统应具备：有司机、无司机、检修三种工作模式。系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。具有轿厢层楼显示（十进制方式），能自动显示电梯运行方向。具有电梯直
4、驶功能和反向最远停站功能，具有检修应急处理功能。电梯具有自动开关门和应急手动开门、关门按钮。电梯控制系统组成电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。（1）电梯电力拖动部分电梯主拖动类型有直流电动机拖动、交流电动机拖动、直流GM（即发电机电动机组供电）拖动、晶闸管供电（SCRM）直流拖动和交流双速电动机拖动、交流调压调速（AVCC）拖动、交流变频调速（VVVF）等。因直流电梯拖动电动机有电刷和换相器，维护量较大，可靠性低，现已被交流调速电梯所取代。为了得到较好舒适感，要求曳引电动机在选定调速方式下，电动机输出转矩总能达到负载转矩要求。考虑到电压波动、导轨不够平直造成运动阻力增大等因素，
5、电动机转矩还应有一定裕度。（2）电梯电气控制部分电气控制系统由控制柜、操纵箱、层楼指示、召唤箱及曳引电动机等几十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中电器元件构成。电气控制系统通过电路控制电力拖动系统工作程序，完成各种电气动作功能，保证电梯安全运行。电气控制系统决定电梯性能、自动化程度和运行可靠性。随着科技发展，电气控制系统发展迅速。继电器控制系统电梯故障率高，大大降低了电梯运行可靠性和安全性，所以基本上已经被淘汰。而PLC以其体积小、功能强、故障率低、寿命长、噪声低、维护保养简便、修改逻辑灵活、程序容易编制，易联成控制网络等诸多优点得到了广泛应用。可编程序控制器（PLC）组成可编程序控制
6、器PLC主机是由中央微处理器（简称CPU），存储器（包括系统程序存储器和用户程序存储器），输入/输出（INPUT/OUTPUT）单元，外设I/O接口、I/O通道接口、编程器及电源等部分组成。PLC各个部分或模块之间均通过总线进行信息交换。总线根据其功能不同可以分为电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。根据实际应用中工艺要求，配备不同外部设备，可构成不同控制功能PLC控制系统。常见外部设备通常有编程器、盒式磁带机、打印机、EPROM写入器等。PLC也可以通过通信接口或通信模块实现PLC和PLC之间、PLC和上位机之间数据通信，构成PLC工业控制局域网或集散型控制系统。可编程序控制器PLC系统结
7、构如图2.1所示：图2.1 PLC系统结构图电梯系统是一个庞大系统，作为机电一体化典范，其涉及知识面很宽。电梯又同人生命枚关，为了保证安全，不得不增加各种附属装置以提高电梯安全性，导致电梯控制系统结构相当复杂。另外，随着电梯技术发展和人民生活水平提高，人们对电梯要求不断提高，这样不得不增加控制系统复杂性，以满足人们需要。电梯控制系统框图如下：图3.1 电梯控制系统框图由上图可以看到，电梯控制系统主要由电梯电力拖动控制系统（调速控制变频器系统）和电梯电气控制系统构成。电梯电力拖动系统部分性能对电梯运行时乘客舒适感有着重要影响，而电气控制部分是电梯安全可靠运行关键。电梯电力拖动控制系统电梯在起动过
8、程中为了限制起动电流，减小起动加速度，改善乘客乘坐舒适感和防止对机件冲击，一般在定子电路中串入电抗、电阻或电抗和电阻组合体进行降压起动。随着速度提高，逐级将电阻或电抗器短接切除，使电梯逐步加速，最后进入稳速运行。而本次电梯控制系统设计我采用变频器来实现对电动机控制和产生电梯运行时序，保证电梯按照速度给定曲线运行，实现无级变速。变频电梯系统运行原理（1）变频器组成及工作原理变频器通常由主电路、控制电路和保护电路组成。主电路如图3.2所示。主电路包括整流器、逆变器和中间直流环节。图3.2 变频器主电路图（2）变频器类型按电源性质来分：电压型变频器，电流型变频器按输出电压调节方式分：PAM方式，PW
9、M方式，高载波变频率PWM方式按控制方式分：U/f控制，转差频率控制，矢量控制按电压等级分：低压变频器，高压大容量变频器按用途分：通用变频器，高性能专用变频器，高频变频器，小型变频器电梯调速要求除了一般工业控制静态、动态性能外，他舒适度指标往往是选择中一项重要内容，此外电梯节约用电也日益受到重视。综合考虑各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器，它具有转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化场合。PLC接线图按照I/O点分配和项目描述控制要求，设计PLC接线图如图17-2所示。因为考虑余
10、量，选择PLC为FX2N-48MR电梯控制参考程序。根据工艺分析设计控制程序。其控制要求如下电梯模型结构（1）电梯模型主体结构和控制柜图3-4为六层电梯简化模型和控制柜示意图。电梯主体包括升降电机、轿厢、滑轮、钢丝绳、行程开关等。升降电机为交流可逆电动机，轿厢套在钢丝绳上，电机带动钢丝绳正转或反转时，轿厢对应上升或下降。每层楼均安装行程开关，利用机械碰撞，给出各楼层层信号。电梯电气控制系统设计方案PLC电梯控制系统控制核心是PLC。哪些信号需要输入PLC，PLC需要输出哪些信号，以及采用何种编程方式都需要仔细分析。输入输出点确定是设计整个控制系统首要问题，决定系统程序及硬件线路方案。FX2N系
11、列PLC基本构成如下表：表3-2 FX2N系列PLC基本单元型 号输入 点 数输出点数扩展模块可用点数继电器输出晶闸管输出晶体管输出FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT8824-32FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT161624-32FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT242448-64FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT323248-64FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT404048-64FX2N-128MR-001FX2N-128MT646448-64表3-
12、3 FX2N系列扩展单元型 号输入点 数输出点数扩展模块可用点数继电器输出晶闸管输出晶体管输出FX2N-32ERFX2N-32ESFX2N-32ET161624-32FX2N-48ERFX2N-48ET242448-64 本设计为六层电梯控制系统，根据需要控制开关、设备大约有32个输入点，28个输出点需进行控制，同时留有20%裕量，综合考虑，故选择日本三菱公司FX2N-80MR机型。2. PLC I/O地址分配根据本设计中电梯控制系统实现控制功能和其实际操作工艺过程，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC输入点和输出点进行I/O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部输入继电器，
13、每个输出信号对应PLC内部输出继电器。3. PLC输入信号确定操作面板上应有各层选层指令按钮，6层共有6个。有司机时，应有司机直驶专用开关和上行、下行按钮，需3点输入，检修时对应有检修开关，在开门和关门时应该有开关门限位开关，需要3点输入。各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮，其它各层均设上下两个召唤按钮，6层共需10个输入按钮。其它输入有司机/无司机方式选择、电梯上下终端限位等开关或触点。轿厢通风信号及超载重量下需要2点输入。经以上分析，可知共需34点开关量输入端口。表3-4 输入地址分配表输入地址口含义输入地址口含义X001上终端限位开关X021内呼去2楼按钮X002下终端限位开
14、关X022内呼去3楼按钮X003一楼上召唤按钮X023内呼去4楼按钮X004二楼上召唤按钮X024内呼去5楼按钮X005三楼上召唤按钮X025内呼去6楼按钮X006四楼上召唤按钮X026强迫向上按钮X007五楼上召唤按钮X027强迫向下按钮X010二楼下召唤按钮X030检修运行按钮X011三楼下召唤按钮X031司机/自动运行方式X012四楼下召唤按钮X032安全触板信号X013五楼下召唤按钮X033直驶按钮X014六楼下召唤按钮X034基站开关X015门锁信号X035开门限位开关X016开门信号X036关门限位开关X017关门信号X037超重信号输入端X020内呼去1楼按钮X040CO2传感器
15、检测输入 PLC输出信号确定控制电梯上行、下行（即电机正、反转）需2点输出。上下行指示灯2点输出。开门、关门需2点输出。由于采用十进制显示方式，LED七段显示器需3点输出。电梯轿厢内输出各层指令信号登记显示，共6点输出。各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤登记显示，其它各层均设上下两个召唤登记显示，6层共需10个输出显示。轿厢照明和轿厢通风需要2点输出，故障报警也需要1点输出。经分析共需28点开关量输出端口。表3-5 输出地址分配表输出地址含义输出地址含义Y001楼层显示（高位）Y017电梯下行显示Y002楼层显示（中位）Y020一楼上召唤信号登记显示Y003楼层显示（低位）Y021二楼
16、上召唤信号登记显示Y004KM1电动机正转Y022三楼上召唤信号登记显示Y005KM2电动机反转Y023四楼上召唤信号登记显示Y006开门继电器Y024五楼上召唤信号登记显示Y007关门继电器Y025二楼下召唤信号登记显示Y010内呼1楼指示灯Y026三楼下召唤信号登记显示Y011内呼2楼指示灯Y027四楼下召唤信号登记显示Y012内呼3楼指示灯Y030五楼下召唤信号登记显示Y013内呼4楼指示灯Y031六楼下召唤信号登记显示Y014内呼5楼指示灯Y032轿厢通风输出继电器Y015内呼6楼指示灯Y033轿厢照明输出继电器Y016电梯上行显示Y034故障报警指示内部继电器确定表3-6 内部继电器
17、地址分配表内部继电器功能内部继电器功能M1向上运行监视M1011楼层楼继电器M2向下运行监视M1022楼层楼继电器M3上方向选择M1033楼层楼继电器M4下方向选择M1044楼层楼继电器M5向上方向控制继电器M1055楼层楼继电器M6向下方向控制继电器M1066楼层楼继电器M7减速输出继电器M150平层继电器M11强迫向上M200自运行开门禁止继电器M12强迫向下M201开门辅助继电器M13关门启动继电器M202关门辅助继电器M14启车继电器T0门锁信号延时继电器M15运行继电器T1停站延时时间继电器M16安全触板继电器T2加速时间继电器M17直驶继电器T3减速时间继电器M18停层继电器T4照
18、明延时时间继电器轿厢层楼位置显示方式确定目前常用轿厢层楼位置显示方式有：二进制显示、直接位置显示、十进制显示。为了节省三菱FX2N-80MR PLCI/O点数，故采用十进制显示方式。即Y0Y1Y2输出经过译码器译码后，再经过驱动器点亮对应段。“1”表示亮，“0”表示暗（共阴极显示），共可显示层，即07（000111），应用在电梯轿厢层楼显示中，即可显示第1层7层，本系统只是需要显示第16层。PLC控制程序编制方法PLC梯形图编制采用模块化设计。模块化程序结构清晰、便于调试。如：层楼继电器回路、召唤信号登记和清除、内选信号指令登记和清除、开关门、运行方向选择等。模块间不完全独立，它们之间存在着有
19、机联系，且编程时要考虑各条指令间逻辑关系。电梯电气控制系统软件设计电梯运行过程：当乘客进入轿厢后，由乘客根据欲前往层站，逐一按下相应层站选层按钮，便完成了运行指令预先登记，电梯便自动决定运行方向。再按启动按钮，电梯自动关门，当门完全关闭后，门锁微动开关闭合，使门锁继电器吸合，电梯开始启动、加速，直至稳速运行。当电梯到达欲停靠目层站前方某一距离位置时，由井道内行程开关向电梯控制系统发出转换信号，电梯便自动减速准备停靠。当轿厢进入到平层区(即停靠层站上方或下方一段有限距离)时，井道平层传感器动作，发出平层信号控制轿厢准确平层，并自动取消，自动开门。对某类电梯，如果在平层时平层精度超过标准要求，则电
20、梯进行校正运行，电梯以最低速度慢行到准确平行位。如果继续平向运行，司机只需按下启动按钮，电梯便按预先登记楼层，按序逐一自动停靠，自动开门。在电梯运行过程中，如果厅外有人按下厅门召唤电钮，只要此时召唤申请乘梯方向符合此时电梯运行方向，则电梯能被顺向截停。当同向登记指挥都已被执行以后，电梯便自动换向运行，执行另一方向运行登记指令。如果电梯在某一层站关门时，有人或物碰触了门安全触板，或被非接触式光电式、电子式装置检测到关门障碍时，电梯便停止关门并立即转为开门。如果欲乘电梯乘客正逢电梯关门时，可按下外上、下召唤按钮中和电梯欲行方向相同一个按钮，电梯便立即开门，这种操作，用于为本层开门。如果由于乘客过多
21、而超载，则电梯超载检测装置发出超载信号，阻止电梯启动并开门，直到满足限载要求，电梯方能恢复正常运行。如果停层时间到，便自动关门启动、加速，直至稳速运行。在运行过程中，可根据各楼层厅外召唤信号，对符合运行方向召唤信号，将逐一应答，自动停靠，自动开门。在完成同向全部登记以后，如有反向厅外召唤信号，则电梯自动换向运行，应答反向厅外召唤信号。如果没有召唤信号时，电梯便自动关门停机，或自动驶回基站待命。如果某一楼层再有召唤信号，电梯便自动启动前往应召。电梯主程序流程图如图3.8所示。图3.8 PLC控制电梯程序流程图层楼继电器回路实现要对电梯进行控制首要问题是反映电梯实际所在位置即楼层。传统继电器控制层
22、楼电路，需要在每层装设感应器，这种方法虽然简单直观，但由于设置感应器太多，占用PLCI/O口也太多。由于PLC具有数据传送、算术计算、数据比较处理等功能，所以用PLC很容易实现层楼电路。启用一数据寄存器D0，电梯在最下层端站是将1送入D0，最上层端站时，将最高层数6送入D0，电梯每上升一层，D0将自动加一，电梯每下降一层，D0将自动减一，这样使D0中始终存放是楼层层数，然后将D0分别和1、2、3、6相比较，等于几就说明电梯在几层，这时驱动相应层楼继电器实现层楼电路。按照上述方法，六层六站层楼继电器电路梯形图如3.9所示：图3.9 层楼继电器电路停车制动环节：电梯在停车制动之前，首先确定其停层信号，即确定要停车楼层，应该根据电梯运行方向和外呼信号位置和轿厢内选层信号比较后得到。例如现有一个人要从四楼下降到三楼，则电梯在运动到三楼楼层中楼层限位开关后，给PLC一个减速信号，而此信号就作为PLC控制变频器减速变频控制信号。X041作为三楼楼层限位开关，使用它触发一个时间继电器（减速时间继电器），是电梯按照设定好频率下降曲线进行减速。减速时间是由现场设备决定，通过电梯安装调试可以准确设定电梯在每层减速时间。PLC六层电梯控制系统设计学院：电气和信息学院班级：电化1204班姓名：王贵星学号：A19120688