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1、摘 要随着科技的进步，社会的发展，电梯越来越在人们的生活中被使用，高楼，大厦，船舶，医院等等地方随处可以见到各式各样的电梯。电梯已经成为了人们生活中不可缺少的一部分。如何确保电梯在这么频繁的使用下保障人们的安全呢是我们要研究的一个重要课题。我们都知道电梯是现代建筑中一种重要的交通工具，之所以能够像汽车那样广泛的被人们所使用，是因为电梯具有安全可靠、乘坐舒适、停层准确、操作简便、运输效率高等特点。在我国，大部分的厂家和人们所使用的方法普遍采用的是可编程控制器（PLC），因为这种方法，它的成本更低，可靠性高，编程方便灵活。所以本文主要探讨了如何使用PLC来控制电梯。关键词: 电梯，可编程控制器，梯
2、形图，PLC控制，自动化1摘 要I1 绪论31.1 设计本课题的背景介绍.31.2 设计本课题的意义介绍.32 电梯的基本设备42.1 电梯是如何产生的.42.2 电梯的基本设备介绍.42.3 电梯中常用的参数类别52.4 电梯中常用的安全保护装置类别63 电梯控制系统的原理图.73.1 变频器的基本分类73.2 变频器的型号选择83.3 VS-616G5通用变频器的简介.94 PLC的类型选择以及控制系统的设计方案104.1 PLC所具有的特点.104.2 电梯中控制系统的具体设计方案.114.3 PLC的具体性能指标简介.114.4 PLC点数的分配和机型的选择方法125 系统软件研发14
3、5.1 系统软件的具体研发流程.145.2 停层信号的登记与消除环节155.3 外呼信号的登记与消除环节165.4 电梯开关门的设计175.5 电梯的上升与下降设计196 电梯运行的梯形图.21致谢32参考文献331 绪论1.1 设计本课题的背景介绍随着新中国建立以来，社会经济快速的发展，各个城市中的高楼大厦也随之越来越多，高楼大厦中必不可少的电梯也成为了人们日常生活中每天都会接触到的日常工具。而同时，随着各个城市中的老龄人也越来越多，许多的普通住宅的电梯使用也变得越来越生活化。可编程控制器（PLC: Programmable Logic Controller）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起
4、来的，它是专门为工业环境应用所设计的数字运算操作的电子装置，它的可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能。鉴于其各种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。1.2 设计本课题的意义介绍在所有的高楼大厦中电梯被广泛的运用，人们的上班下班，出门回家，都会乘坐电梯，所以，电梯对于人们也越来越重要。PLC作为新型的控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。由于大部分老式电梯的安全性不高，可靠性不强，因此，研究电梯技术,研究如何使用PLC控制电梯具有十分重要的意义。2 电梯的基本设备2.1 电梯是如何产
5、生的现在社会对于电梯的需求越来越大，电梯之所以能发展的又快又好，是因为尼古拉特斯拉在18世纪末发明并制造出了世界上第一台交流发电机，并且随着电机技术的不断持续发展，推动了交流双速电动机的出现，大大改善了电梯的实用性。1853年9月20日，Elisha Otis先生销售了它的第一部电梯并且成立了奥的斯公司。1855年，奥的斯电梯开始闻名全球，并且在.20世纪30年代，奥的斯电梯公司美国组约市的102层摩天人楼制造和安装了74台速度为6.0ms的心梯。从这以后，电梯这个人们每天都会用到的通行工具，一直在世界各地高速发展着。2.2 电梯的基本设备介绍电梯的分类有各式各样：1.乘客电梯,主要是为运送乘
6、客而设计的电梯。常用于饭店、宾馆、商务楼、高档公寓楼等场所。高速、高档电梯基本都属于乘客电梯。2.载货电梯,主要为运送货物而设计的电梯，并且可以有人员跟随。它的载重量相当大，面积非常宽阔。经常被应用在工矿企业、物流仓库、商场仓库等处。3.医用电梯,主要是为运送病床（包括病人）及医疗备设计的电梯。最大特点就是轿厢较深，便于病床进出，要求运行平稳，一般对速度的要求不高。4.杂物电梯,主要是供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯，禁止载人。5.观光电梯,特意为游客游览设计的电梯，方便游客进行全方位的游览，有的观光电梯的厅门和轿门都采用了透明玻璃。6. 车辆电梯,专门为运送车辆而设计的
7、电梯，载重量非常大而且空间相较于其他电梯要大很多7. 船舶电梯，专门为船只运送货物而设计的电梯，同时也是大型豪华游艇的主要工具8. 建筑施工电梯,专门为建筑工人运送货物，维修建筑所涉及的电梯9. 客货电梯，主要是为客人提供方便的运输方式10. 其它类型的电梯，除了上面提到的一些电梯，还有一些用途比较特殊的电梯，比如餐厅的冷冷库电梯，钻井电梯，电站电梯等等。2.3 电梯中常用的参数类别1.额定载重量（kg）设计制造部门按国家规范下进行设计和制造，在正常保养维护前提下，对电梯规定的最大安全载重量2.轿厢尺寸（mm） 是电梯用来承载和运送人员和物资的箱型空间，一般用宽*深*高表示3.轿门形式 轿门一
8、般分为中分门，双折门和双折中门等等4.开门宽度（mm）电梯两边门都开启后的做大距5.开门方向 人在电梯外面，正对着电梯，相左开门的叫左开门，向右开门的叫右开门，两边一起开的叫中开门6. 顶层高度 底层最低平面到顶层最高点的垂直距离7.额定速度（m/s）设计制造部门按国家规范下进行设计和制造，在正常保养维护前提下，对电梯规定的最大安全速度8.停层站数（站）在建筑内用于停靠电梯的地方9.提升速度（mm）从底层到达顶层的速度10.低速度 低速梯是指vlm/s的电梯。11.中速梯 中速梯是指lm/sv2m/s的电梯。12.高速梯 高速梯是指2m/sv2m/s的电梯。13.其他梯型如：人们所用的电梯为客
9、梯、拉货运货所用的电梯为货梯、游客观赏所用的电梯为观光梯、有无机房、同步还是异步电机等2.4 电梯中常用的安全保护装置类别1.防止超越行程的保护：强迫减速开关、限位开关、极限开关； 2.防电梯超速和断绳得保护：限速器、安全钳； 3.防人员剪切和坠落得保护：门、门锁和门电气安全触点联合承担； 4.报警和救援装置： 报警装置包括：警铃、对讲装置、内部直线报警电话； 救援装置包括：曳引机的紧急手动操作装置和层门的人工开锁装置、紧急电动运行装置、井道安全门，轿厢安全门、轿厢安全窗 5.停止开关和检修运行装置：停止开关一般称急停开关，并且在电梯顶部，底部安装停止开关。检修运行装置的目的是更好的方便维修维
10、护6.机械伤害的防护 7.电气安全防护：直接触电的防护、间接触电的防护、电气故障防护防电源断相8.错相的保护； 9.电气安全装置：直接切断驱动主机电源接触器或中间继电器的安全触点；不直接切断上述接触器或中间继电器的安全触点。3 电梯控制系统的原理图电梯控制系统原理图如图3-1所示 图3-12-1图3-1电梯控制系统原理框图3.1 变频器的基本分类 变频器的大致类别简介变频器的非常多，可以根据不同的分类方法对变频器进行分类：根据主电路不同的工作方式进行分类：有 电压型的变频器 有 电流型的变频器根据不同的开关方式进行分类：有 PAM控制的变频器有 PWM控制的变频器根据不同的工作原理进行分类：有
11、 V/f控制的变频器有 转差频率控制的变频器有 矢量控制的变频器等按照用途分类：有 通用的变频器有 高性能专用的变频器有 频率非常高的变频器有 单相，三相的变频器按变换的环节分类： 有 电压型变频器 有 电流型变频器 3.2 变频器的型号选择变频器就是变频调速系统里面的核心的设备，那它的质量品质的好坏就直接影响了系统的可靠性，所以我们在选择品牌的时候，变频器的质量品质，尤其是与可靠性相关的质量品质，就会是我们选择变频器时考虑的非常重要的一个地方。同时，变频器的平均使用时长的长短也是我们考虑的一个重要的方面，所以根据预期的使用时长的长短来选择的变频器的品牌，自身的经验和其品牌的口碑仍然是选择的主
12、要的依据。在同一品牌中选择具体型号时，主要依据己经确定的变频调速方案、负载类型以及应用所需要的一些附加功能来决定的。按照不同的工程的情况，又以下几种不同的选择方法：1.按照变频器的额定功率进行选择：通常情况下选择适合自己当下项目工程的变频器2.按照电动机额定电流进行：额定电流通常定义为能够持续长时间通过的最大电流。一般选择变频器的时候，额定电流都是大于电机的额定电流的3.按照电动机实际运行电流进行选择:多数情况下适用在改造工程上面。4.温度和湿度;温度对变频器的影响：温度与湿度对变频器的影响非常大，一旦高于变频器的适用范围，就会直接影响它的使用寿命。综上所述，选择变频器的时候应该依据变频器的口
13、碑和经验，根据确定的变频调速方案，负载类型来决定，大多数情况下变频器的功率应该与电动机的功率相同，少数情况下需要大一点，因此，我认为放大一级功率来选择变频器是可以的，并且由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。根据以上要求，我选择VS-616G5通用变频器.它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以在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，特别的适合电梯类负载频繁变化的场合。3.4 VS-616G5通用变频器的简介VS一616G5型变频器是安川电机公司为面向世界推出的21世纪通用型变频器。这种变频器不但
14、考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能和无速度传感器电流矢量控制，容易得到高起动转矩与较高的调速范围。VS一616G5变频器的特点如下:包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。有丰富的内藏与选择功能。由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。保护功能完善、维修性能好。4 PLC的类型选择以及控制系统的设计方案4.1 PLC所具有的特点PLC是在计算机技术和自动控制技术的基础条件下展而来的,可以说PLC是去两者的精华集合在一起的。无论是在系统结构上还是软硬件组成上都有它突出的一面。不仅如此，PLC控制的可靠性极高，靠干扰能力极强，使用非常安全，而且操作简单
15、，维修起来也很方便，最重要的是功耗很小，性价比特别高!1.PLC的可靠性1.PLC接口很简单，所以维修起来很方便2.PLC操作也非常简单，编程语言很直观，指令少，语法简单，不需要专业的人员进行操作，很多人都可以在最短的时间内掌握操作方法3.PLC具有比一般计算机更简单的编程语言。它所使用的是精简后的编程语言，因此编程错误率会大大的降低。2.PLC的易操作性1.操作方便。PLC是建立程序控制逻辑的，用程序来控制接线，编写程序相对于接线，改写程序相对于改变线路，当然是更方便了2.编程方便。PLC内部的逻辑器件非常多，而且它内部的继电器都可以千记，并且这些继电器的接点都可以无数次的使用3.维修方便。
16、PLC都有很多的故障提示信号，而且它本身就可以做故障情况记录3.PLC的灵活性PLC的灵活性表现在以下几个方面：1.编程的灵活性。PLC使用的编程语言有梯形图，功能表图等等，编程的方法多种多样。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。4.2 电梯中控制系统的具体设计方案 PG门电机呼叫信号位置信号楼层显示呼叫显示光电编码器曳引机PLC变频器电源图4-1原理框图图4-4控制系统原理图如图4-1,它是由光电编码器，曳引机，PLC，门电机，变频器和电源组成的。电路由PLC为中心来进行控制，它接受呼叫，位置，
17、楼层等信号，反馈给变频器，门电机和楼层显示。4.3 PLC的具体性能指标简介1 PLC的输入输出（I/O）点数PLC的I/O点数是由外部输入端子和外部输出端子相加在一起的总数2PLC的存储容量一般PLC的存储器都是通过系统程序的存储器，用户的程序存储器以及数据库的存储器三者结合组成的，它的容量是由用户的程序存储器和数据库的存储器相加在一起的总数决定的3.PLC的扫描速度PLC的扫描方式是循环扫描方式，范围更广，更加深入，更加透彻，但是，PLC中的CPU类型，处理器的温度，文字的长短等等因素都会影响它的扫描速度。4.指令系统指令系统，简单的来说就是PLC中所有指令加在一起的总数目。5.通信功能P
18、LC具有两大通信功能，一种是PLC之间的自我通信功能，另一种是PLC于外部其他设备之间的通信功能。4.4 PLC点数的分配和机型的选择方法按照系统的要求，PLC需要满足每个楼层的触控与现实，电梯内需要连接到达每个楼层的按钮。根据程序总共有23个输入,26个输出点得出I/O分配表,如表4-2所示表4-2 I/O分配表1层内呼X01层内呼指示Y02层内呼X12层内呼指示Y13层内呼X23层内呼指示Y24层内呼X34层内呼指示Y31层外呼上X41层外呼上指示灯Y42层外呼下X52层外呼下指示灯Y52层外呼上X62层外呼上指示灯Y63层外呼下X73层外呼下指示灯Y73层外呼上X103层外呼上指示灯Y1
19、04层外呼下X114层外呼下指示灯Y11开门开关X12电梯上行Y12关门开关X13电梯下行Y131层平层X14门电机开Y142层平层X15门电机关Y153层平层X16电梯上行指示灯Y164层平层X19电梯下行指示灯Y17开门限位X20楼层指示灯Y20-Y26关门限位X21上级限位X22下级限位X23根据I/0分配表输入输出的关系,加上选用的是三菱FX2N-48-MR,模拟出四层电梯模型的电气原理图,如图2-1所示图 4-3 电气原理图5 系统软件开发5.1 系统软件的具体开发流程系统流程图，如图5-1开始置初始状态输入外召唤信号输入内指令信号减速启动关门平层位置到？到？NN关门结束？平层NY启
20、动， 满速运行开门楼层到？N 停止运行N换速吗？YY停止NY图5-1控制系统流程图5.2 停层信号的登记与消除环节通过如图所示的操作，人们可以前往任何想要去的楼层，具体步骤如下，第一选择选层信号，选择要去的楼层，当信号被记忆后，相应的选层按钮的指示灯就会闪亮。当人们到达算的楼层后，停层的信号就会立刻消除，相应的指示灯就会熄灭了。如图5-2图5-2停层信号的登记与消除环节梯形图5.3 外呼信号的登记与消除环节当人们在电梯的外面呼叫电梯的时候，这时呼叫电梯的信号就会被电梯接收到并且记忆下来，随后电梯运行，当电梯到达指定的楼层后，并且到达的楼层与呼叫的楼层一致时，说明人们外呼电梯已经完成，那么，呼梯
21、的信号就会被取消！ 就拿一层的内部呼叫电梯举例，当人们按下X000按钮的时候，那么随机Y000就会被被接通并保持，一直到电梯到达一楼的时候，再利用X014常闭触点断开Y000。在按下X000的同时D1赋值为1，从而实现存储功能。当Y000失电时，D1和M0、M1、M2被清零。如图5-3图5-3内呼信号输入及存储程序梯形图再拿二楼向上外部呼叫电梯信号举例，如果电梯不在二楼，那么此时按下X006，D7赋值为2，M106得电并保持。如果此时电梯为下行，则M106、Y017常开闭合，Y006得电并且在电梯下降过程中一直保持。如果电梯处于上行阶段，则M106、Y016常开闭合，Y006得电并保持，直到电
22、梯上行到二楼时失电。Y006失电时，D7和M18、M19、M20被清零。如图5-4图5-4外呼信号输入及存储程序梯形图5.4 开关门环节电梯没有平层的时候，M30得电，此时手动开关门按钮X012和X013按下均无效，M31和M32不得电。电梯平层时，M33得电，轿厢门打开，延时3S后，自动关闭。程序中C0、C1的重要作用：在程序中C0、C1的作用是保证每次平层时只有一次开关门，防止轿厢一直上升或下降而不执行平层开关门程序，同时也防止电梯一直处于开关门状态。电梯平层以后，按下开门按钮或者开门限位开关被触发则C0得电；按下关门按钮或者关门限位开关被触发并且C0得电时，C1得电。在电梯上升或降价过程
23、中即电梯未平层时C0清零。当电梯平层并且C0被清零时，C1清零。程序运行时，首先开关门一次，所以C0、C1得电。如图5-5图5-5 开关门环节梯形图5.5 电梯的上升与下降在比较判断出轿厢上行以后，执行以下程序。首先是内呼信号，如果电梯在一楼，按下X001则M3接通，此时C1是接通的，所以M40得电并自锁直到轿厢在二楼平层时失电。如果电梯在一楼或二楼，按下X002则M6接通，M41得电并自锁直到轿厢到达三楼时失电。如果电梯在一楼、二楼或三楼，按下X003则M9接通，M42得电并自锁直到轿厢到达四楼时失电。外呼信号上行与内呼信号上行原理相同，只是加上外呼信号之后，需要给外呼信号和内呼信号之间加上
24、互锁。至于最远反向呼功能：如果电梯在一楼，按下二楼向下X005，则M72得电，电梯上行；如果再按下X007，则M72失电，M71得电，电梯到二楼不停下继续上行；如果再按下X011，则M71失电，M70得电，电梯直接运行至四楼。如图5-6图5-6电梯上升程序梯形图电梯下降程序和电梯上升程序的编程思路一样，如图5-7图5-7电梯下降程序梯形图2276.电梯运行的梯形图图6-1电梯运行的梯形图致谢经过这段时间的不断修改，终于完成了属于自己的论文写作，首先要感谢我的指导老师金卫国老师，由于前期的不重视，浪费了很多的时间，是金老师不断催促着我，一直关注我的论文进展情况，并且不断对我进行悉心的指导与鼓励，
25、促使着论文的诞生，真的非常感谢金卫国老师，如果不是他，我可能根本就完成不了这份毕业设计，在这里我要真诚对老师说一句，谢谢您，您辛苦了！3221英文文献翻译参考文献1许翏等编. 工厂电气控制设备. 第二版. 北京：机械工业出版社，2002.62 汪晓光.可编程控制原理及应用.机械工业出版社，2005：8123 王兆义.可编程控制器教程.机械工业出版社，2006：100-1204 陈宇.可编程控制器基础及编程技巧.华南理工大学出版社，20065 魏德仙.可编程控制器原理及应用.高等教育出版社，2009：45-606李雪枫，武丽梅，李立新.电梯机械系统的动态特性分析.机械工程师，2007， 7许翏等编. 工厂电气控制设备. 第二版. 北京：机械工业出版社，2002.68汪晓光等编. 可编程控制器原理及应用. 上册. 北京：机械工业出版社，20019 张桂香等编. 电器控制与PLC应用. 第二版. 北京：化学工业出版社，2006.310张桂香等编. 电器控制与PLC应用. 第二版. 北京：化学工业出版社，2006.333