PLC在电梯升降控制毕业论文.doc

摘 要3ABSTRACT4前 言51概述71.1PLC的概述71.1.1PLC的基本概念71.1.2 PLC的特点71.1.3 PLC的分类81.2电梯的发展、分类81.2.1电梯的定义及现状81.2.2电梯的分类91.2.3电梯的基本结构91.2.4电梯定性分析122变频技术在电梯控制中的应用132.1 变频拖动系统132.1.1电梯变压变频（VVVF）拖动控制系统的原理132.1.2电梯变频矢量控制原理142.2 变频电梯系统运行原理142.3电梯拖动调速系统153 PLC电梯控制系统的组成173.1可编程序逻辑控制器（PLC）173.2输入、输出部分183.3电梯控制过程184 FX2N系列PLC集选控制四层四站交流双速电梯控制系统184.1控制要求194.2PLC的机型和I/O点的点数选择194.3I/O编号分配194.4拖动回路、门电路及系统连接214.5控制系统各环节的作用及其梯形图实现224.6系统的调试运行295PLC电梯位移控制应用295.1硬件电路305.1.1主电路305.1.2PLC控制电路305.1.3电流、速度双闭环电路315.1.4位移控制电路315.2程序设计315.2.1楼层计数325.2.2快速换速及原理325.2.3门区信号345.2.4脉冲信号故障检测346FX2N系列PLC在电梯变频调速控制系统中的应用346.1系统总体构成356.2电梯驱动系统介绍356.3控制系统介绍366.3.1硬件系统组成366.3.2软件部分说明376.4电梯逻辑控制系统416.5控制系统特点41结论43致 谢44参考文献45摘 要PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。 随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。 PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对升降的控制。本文介绍了电梯的发展以及PLC在电梯控制中的应用。具体的阐述了利用三菱公司的PLC技术对电梯进行速度的控制以及用PLC控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现电流、速度、位移三环控制。关键字：PLC；电梯；变频ABSTRACTPLC (Programmable Logical Controller) took one kind most important, the application situation most industries control microcomputer, it is convenient, operation simple in particular by its programming merit and so on redundant reliability, obtained the widespread application in the industrial production process. It applies the large scale integrated circuit, the miniature machine technology and the communication technology development achievement, gradually formed had the many kinds of merits and miniature, medium, large-scale, ultra large-scale and so on each kind of specification series product, applied to monitors between the computer from the control system many controls domain. Along with societys unceasing development, the building is more and more high, but the elevator became the high level building to have the equipment. After humanitys more than centuries unremitting endeavors, the elevator already from the handle switch operation elevator, the push-button control elevator develops to the present group control elevator, has made the indelible contribution for the high level transportation. PLC in the control in the elevator the application mainly to manifest in its logical switch control function. This function enable PLC to have the logic operation, counts with fixed time as well as the data feeds output function. Rises and falls in the process in the elevator, each logical switch control and PLC very good union, very good realization to fluctuation control. This article introduced the elevator development as well as PLC in theelevator control application. The concrete elaboration has carried onthe speed using Mitsubishi Corporations PLC technology to theelevator the control as well as controls the frequency conversionvelocity modulation realization electric current, in the speed doubleclosed loop foundation with PLC, in does not increase the hardwareequipment under the condition, the realization electric current, thespeed, move three links controls. Essential character: PLC; Elevator; Frequency conversion前 言可编程控制器简称PLC，它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，用在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作指令并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械生产或生产过程。它可靠性高，抗干扰能力强;配套齐全，功能完善，适应性强；系统设计周期短，维护方便改造容易等特点。电气控制技术在工业生产、科学研究以及其它各个领域的应用十分广泛，以经成为实现生产过程自动化的重要手段之一。尽管电器控制设备种类繁多、功能各异，但其控制理论、基本线路、设计基础是类似的。电气控制与可编程控制器技术是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术的一种新兴技术，是实现工业生产、科学研究及其它领域自动化的法宝，电梯的实现，就是两种技术的结合与发展。电梯作为在高层建筑中运输人员或货物的提升工具，以方便、灵活、安全的特点广泛应用于各个工厂，商场，住宅等高层建筑物，是一种不可缺少的垂直运输设备。其运行特点是启动、停止、升降变化频率和承载变化大。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活。本设计在用PLC控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现电流、速度、位移三环控制。本设计的特点，首先是强调实践性，但又不失系统性。设计时在取材方面，对一般文献中反映较多的内容，仅作简要叙述以保持内容的连贯性，而将重点放在工程中的实际问题上，安排了完整的工程设计实例贯穿于本设计，本设计还注重内容的新颖性，按中国自动化学会电气自动化委员会最近在“战略发展建议”中担出的学科范围，力求在某种程度上反映近年来国内外的最新发展，其中包括设计者本人的工程实践和研究结果。 本设计内容具有一定的广泛性，讨论了可靠性设计有关问题等。根据当前电梯的发展趋势，注重反映新的PLC技术，将其融合到电梯控制中。使本设计更加接近当今控制技术，力求具有实用性、先进性和系统性。在本次毕业设计中，存在了不少的困难。但在老师和同学们的帮助和支持下，特别是本次毕业设计指导教师李花老师的热情辅导，及时更正了设计中出现的错误和不妥之处，深表感谢！1概述本章重点介绍关于PLC和电梯的基础知识。关于PLC的特点和分类，以及电梯的发展、分类和定性分析等内容。将PLC应用到电梯技术当中，使之更加的完善。1.1PLC的概述1.1.1PLC的基本概念可编程序控制器是在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上发展起来的一种新型工业自动控制设备。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，目前被广泛应用于自动化控制的各个领域中。国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器是一中数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。他采用可编程序的存储器，在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”事实上，PLC就是配置了输入/输出模块的工控计算机。1.1.2 PLC的特点 可编程控制器是面向用户的专业工业控制计算机，具有许多明显特点。1）可靠性高由于制造PLC时在硬件和软件两个方面采用了一系列抗干扰措施，如评比、滤波、隔离、故障诊断等，使PLC具有很强的抗干扰能力，其平均无故障运行时间可达到5万10万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。2）编程简单PLC是面向工控现场设计的，考虑到大多数电气工程技术人员熟悉电气控制电路的特点，他经常采用的是一种面向控制过程的梯形图语言，梯形图语言与继电器原理图相类似，具有形象直观，易学易懂的优点，熟悉电气原理图的工程技术人员只需要几天的时间就可熟悉梯形图的语言3）使用方便使用PLC时只需进行和输入、输出接口相关的少量电气接线，当控制要求发生改变时梯形图程序修改非常容易。PLC的功能强大，目前的PLC一般有逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、数据处理等基本功能，有的PLC还有A/D、D/A转换，通信联网的功能。1.1.3 PLC的分类PLC通常可按输入/输出点数多少及结构特征两种方法分类。按输入/输出点数多少PLC可分为微型、小型、中型及大型机。微型、小型PLC输入/输出点数小于128点，以上两种机型通常为低档PLC；中型PLC输入/输出点数为128512点；大型PLC输入/输出点数在512点以上。按结构特征PLC可分为整体式、模块式、整体模块混合式三种类型。整体PLC一般都是小型或微型机，集中CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等部件都集成到一个机壳内。模块式PLC是将CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等分别制成模块，在应用中可以按照需要进行模块组装，大、中型PLC一般都是模块式结构，整体模块混合式PLC将CPU、电源模块、通信模块及一定数量的输入/输出单元集成到一个机壳内，当其中的输入/输出模块不够使用时再进行模块扩展。1.2电梯的发展、分类1.2.1电梯的定义及现状随着现代化城市高速发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也迅速发展起来。电梯不仅是生产运输的主要设备，更是人们生活和工作中必备的交通工具。和汽车一样，电梯已成为人们频繁使用的交通运输设备。在高层建筑中，电梯的作用在一定程度上比建筑物本身更为重要，设计上稍有疏忽，就很容易降低建筑物的使用功能，或造成垂直交通拥挤。因此，在现代建筑物中，电梯和扶梯的设计、使用和监控管理有着举足轻重的地位。电梯的安装、使用和控制方式的好坏，直接影响着整个建筑的使用效率。生活中，人们经常在使用电梯和自动扶梯，而很多人对电梯和自动扶梯没有正确的概念，甚至将电梯和自动扶梯都称为电梯。这是不对的，那究竟什么是电梯，什么是自动扶梯呢？正确的定义如下：电梯服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构型式便于乘客出入或装卸货物。自动扶梯带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜送乘客的固定电力驱动设备。自动人行道带有循环运行（板式或带式）走道，用于水平或倾斜不大于12输送乘客的固定电力驱动设备。由此可见，自动扶梯和自动人行道是电梯家族的一个分支或近亲，但不同与电梯。1.2.2电梯的分类电梯的分类有多种方式，可按以下几种形式分类。一、按用途分类：乘客电梯（客梯）、载货电梯（货梯）、客货两用梯、住宅电梯、杂物梯（服务电梯）、病床电梯、特种电梯。二、按速度分类：低速电梯、快速电梯、高速电梯、超高速电梯。三、按驱动方式分类：交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条式电梯。四、按有无减速器分类：有减速器的电梯、无减速器的电梯。五、按曳引机房的位置分类：机房位于井道上部的电梯、机房位于井道下部的无机房电梯。六、按控制方式分类：轿内手柄开关控制的电梯、轿内按钮控制的电梯、轿内或外按钮控制的电梯、信号控制的电梯、集选控制的电梯、2台或3台并联控制的电梯、梯群控制的电梯。七、按拖动形式分类：交流异步单速电动机拖动的电梯、交流异步双速电动机变极调速拖动的电梯、交流异步双绕组双速电动机调压调速拖动的电梯、交流异步单速电动机调频调压调速拖动的电梯、直流电动机调压调速拖动的电梯。1.2.3电梯的基本结构曳引式电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯，现将其基本结构介绍如下。1曳引系统曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个数可以是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。2 导向系统导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用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。导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。3门系统门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。4轿厢轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。5重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。6电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联。调速装置对曳引电机实行调速控制。7电气控制系统电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。位置显示是指轿内和层站的指层灯。层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。8安全保护系统安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源的极限保护等。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。1-减速箱；2-曳引轮； 3-曳引机底座；4-导向轮； 5-限速器；6-机座； 7-导轨支架；8-曳引钢丝绳； 9-开关碰铁；10-紧急终端开关； 11-导靴； 12-轿架； 13-轿门； 14-安全钳； 15-导轨； 16-绳头组合； 17-对重， 18-补偿链； 19-补偿链导轮； 20-张紧装置； 21-缓冲器； 22-底坑； 23-层门； 24-呼梯盒； 25-层楼指示灯； 26-随行电缆； 27-轿壁； 28-轿内操纵箱； 29-开门机； 30-井道传感器； 31-电源开关； 32-控制柜； 33-曳引电机； 34-制动器图1-1电梯的基本结构剖视图1.2.4电梯定性分析一.电梯理想运行曲线根据大量的研究和实验表明,人可接受的最大加速度为am1.5m/s2,加速度变化率m3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即+m跳变到-m或由-m跳变到+m的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用。智能变频器是为电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的电梯专用变频器，可配用通用的三相异步电动机，并具有智能化软件、标准接口、菜单提示、输入电梯曲线及其它关键参数等功能。其具有调试方便快捷，而且能自动实现单多层功能，并具有自动优化减速曲线的功能，由其组成的调速系统的爬行时间少，平层距离短，不论是双绕组电动机，还是单绕组电动机均可适用，其最高设计速度可达4m/s，其独特的电脑监控软件，可选择串行接口实现输入/输出信号的无触点控制。变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置410cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。2变频技术在电梯控制中的应用2.1 变频拖动系统2.1.1电梯变压变频（VVVF）拖动控制系统的原理 交流电动机的转速公式为：n=60f(1-s)/p；其中：f为定子的供电频率，P为电动机极对数，s为电动机转差率。 电梯是恒转矩拖动系统，为了获得最佳的舒适感，在电梯的拖动中一般采用恒转矩调速方式。而电动机转矩M=K（U/F）2，K为常数，由此可知，为了获得恒定转矩的调速特点，获得最佳的舒适感，必须保证u/f不变，在变频的同时按比例供给电动机电压。这种控制即为变频（VVVF）控制。 变压变频（VVVF）拖动控制在调速过程中从高速到低速都可以保证有限的转差，电磁损耗小，因此全部调速范围内效率高，具有宽范围和高精度的调速性能。并且在VVVF电梯的启动和制动过程中，通过均匀地改变电动机供电的频率和电压，达到平滑调节电梯速度的目的，可以获得良好的乘坐舒适感。 VVVF电梯与其他拖动控制方式电梯比较，应用在位能负载条件下，节能约40%，可以最佳地利用电网能量。同时VVVF系统还可以提高功率因素，降低电梯线路设备的容量和电动机的容量20%以上。2.1.2电梯变频矢量控制原理变频器内部带有自动电流调节器即电流反馈系统，保证输出的力矩；通过编码器采样的脉冲作为速度反馈，变频器组成自动速度调节器，ASR，通过带编码器的矢量控制，逆变器能控制满量程电机的转矩脉动量，包括0HZ，是电梯乘坐舒适，平层精度好。目前这是电梯高性能变频控制的主要采用的方式。2.2 变频电梯系统运行原理电力电网送来的380V动力电源变为空控的支流电，经微电脑全数字化正弦SPWN的脉冲调制，转变为可调的，频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行。当电梯检修时，是点动运行方式电梯主板或PLC向变频器发出方向和检修运行信号，同时将预先编制好的速度指令（模拟信号或数字信号）输出给变频器（一般点动频率为10HZ），变频器再驱动机上作上、下慢速运行。当电梯正常运行时，电梯主板或PLC向变频器发出方向或快速运行信号，同时将预先编制好的速度指令（模拟信号或数字信号）输出给变频器（一般满速频率为45HZ）运行。当需要减速时，断开高速指令，输出沿理想曲线下降至停止。在降速过程中，由于系统的惯性作用将动能通过能量回馈装置消耗在制动电阻上，因此牵引电机不会发热，可以不用强迫冷却风机变频器内部带电流反馈或速度反馈。电梯的速度通过编码器反馈回变频器，当实际速度高于或低于给定速度时，变频器会自动调节输出电压（电流）和频率，使两者想等。电梯的速度总是跟随理想曲线的变化而变化的。由于VVVF调速具备优异的调速性能和节能潜力，目前国内外均已研制生产出电梯专用变频器。所以，电梯拖动调速方式以调频调速为主流，PLC+变频器的电梯控制系统应用非常广泛。控制系统中，PLC主要完成逻辑控制，变频器主要完成曳引拖动的调速控制。这种控制形式在旧电梯的改造中也得到广泛应用。2.3电梯拖动调速系统拖动电动机采用国产CVF-160L-4电梯专用变频电动机，其功率15kW，额定电压330V，Y形接法，转速1450r/min。与变频电动机配套，选用华为TD3100-4T0150E电梯专用变频器。变频器额定容量21KVA,额定电压380V，三相交流供电，额定输出电流32A，适配电动机15kW。该变频器综合了国内外多种电梯专用变频器的特点，采用双DSP+MCU结构和先进的模块化设计，最高速为4.0m/s,最高楼层50层。图2-1所示为该变频器用于电梯拖动的典型结构。TD3100具有理想的电梯控制方式。（1）精确的距离控制 可运用其智能井道自学习功能，通过运行井道自学习程序，准确地测出每层的层高（脉冲数），并将其记忆在变频器当中。这样虽然不在井道中设置减速感应器，却能准确地确定每层的减速点，提高运行控制精度。（2）优化的速度控制功能 在传统的速度控制基础上，增加了灵活的S字曲线设定计算功能，具有加加速度、减减速度设置及加减速度S字设置。在保证电梯舒适感的同时，大大简化了逻辑控制系统中对电梯速度的控制任务。S字曲线如图2-2所示。图2-1 变频器用于电梯拖动的典型结构图2-2 加速S字曲线（3）强迫减速控制 为防止轿厢冲顶和墩底，当上、下强迫减速开关动作时，如果检测到电梯的实际速度大于设定的强迫减速值，表明电梯未正常减速，变频器会立即按强迫减速曲线减速至爬行速度，停车。（4）特殊运行方式控制 设有专门用于电梯检修的运行方式，一旦检修输入有效，立即将速度设定在检修速度（低速）；设有停电应急运行方式，当停电时，变频器会依靠蓄电池供电，自动、控制电梯在就近层停靠、放人。（5）完善的保护功能 除变频器自己的保护外，TD3100在电梯运行的安全性方面设置了保护功能。有超速、输入输出故障、强迫减速信号故障、接触器抱闸故障、平层信号错等保护功能。在设计中，充分利用TD3100的功能特点，一方面提高电梯拖动系统乃至整个控制系统的性能，另一方面大大简化逻辑控制系统的设计任务。设计时，只需将PLC的有关信号与变频器进行对接，便可完成PLC与变频器的连接。如运行方向、强迫减速、平层信号、检修信号、变频器保护动作信号、安全保护信号等。由于变频器具有485通信接口，使得变频器与PLC的数据通信更加方便。3 PLC电梯控制系统的组成PLC电梯控制系统的组成如图3-1所示。主拖动控制电磁制动器自动开关门控制召唤指示指令指示层楼指示报警器输出（O）端子PLC CPU输入（I）端子召唤按钮指令按钮层楼平层感应器运行方式安全开关检修开关图3-1 PLC电梯控制系统的组成3.1可编程序逻辑控制器（PLC）PLC采用8为或16位微处理器为核心，配置有可编程序存储器对指令存储，具备逻辑、顺序、计数、计时、算术运算、数据比较、数据传送等功能。工作原理是：采用循环扫描方式，对输入信号（来自按钮、传感器和行程开关等输入部件）不断地进行采样，根据检测到的信号状态，通过根据控制系统的要求设计和存储的程序随即作出反应，并将这些反应以输出信号的形式，由输出部件输出，输出信号控制系统的外部负载，如继电器、电动机、指示灯和报警器等，产生相应的动作。通过以上过程完成对电梯的控制。3.2输入、输出部分输入、输出部分涵盖了控制系统与电梯各个部位及与部件有联系的所有信号，将电梯中发出指令或检测信号的按钮、开关、传感器（如基站总电源钥匙开关、轿内指令选层按钮、厅门呼梯按钮、安全钳开关、超速开关、安全触板开关、限位开关、厅轿门连锁开关、安全窗开关、换速感应器、平层感应器、门区感应器等）作为PLC的输入，同时在系统中设有有/无司机操作的转换开关及检修慢车开关，以实现有/无司机转换和检修状态下的要求。这些信号通过PLC的输入端子进入PLC内部，作为控制、系统分析判断的第一手资料。将控制系统经过分析判断后产生的输出信号（控制命令）送到相应的执行部件，如拖动控制部分（包括速度、方向和电磁制动器）、轿内和厅外层楼指示灯、指令和召唤指示、运行方向指示、门机的开关门、开关门减速控制、报警器等。3.3电梯控制过程1有司机操作2无司机操作3检修慢车状态4停电保持5应急处理4 FX2N系列PLC集选控制四层四站交流双速电梯控制系统4.1控制要求实现四层四站集选控制电梯的控制系统，主拖动采用交流双速电动机进行拖动，集选控制，有/无司机方式，门机驱动采用直流门电动机。4.2PLC的机型和I/O点的点数选择系统采用三菱FX2N系列PLC，根据四层四站交流双速电梯的控制要求，选用FX2N-48MR，24点输入，24点输出，满足系统I/O点要求。4.3I/O编号分配系统I/O分配如表4-1所示。内部辅助继电器使用分配如表4-2所示。表4-1 I/O分配表I/O点作用I/O点作用X0换速信号X1上终端限位X2下终端限位X31内指令（含1上行召唤）输入X42内指令输入X53内指令输入X64内指令输入X72上行召唤输入X103上行召唤输入X112下行召唤输入X123下行召唤输入X13门锁信号输入X14平层信号输入X15门区信号输入X16开门信号输入X17关门信号输入X20强迫向上按钮输入X21强迫向下按钮输入X22司机/自动运行方式X23检修运行方式X24安全触板信号输入X25直驶信号按钮输入Y0换速动作输出Y1、Y2、Y3层楼指层BCD码输出）Y41内指令继电器Y52内指令继电器Y63内指令继电器Y74内指令继电器（含4下行召唤）Y102上行召唤继电器Y113上行召唤继电器Y122下行召唤继电器Y133下行召唤继电器Y14上方向指示Y15下方向指示Y16上运行继电器Y17下运行继电器Y20快车继电器Y21快加速继电器Y22慢车继电器Y231慢减速继电器I/O点作用I/O点作用Y242慢减速继电器Y253慢减速继电器Y26开门继电器Y27关门继电器表4-2 内部辅助继电器使用分配表 辅助继电器、时间继电器作用辅助继电器、时间继电器作用M1011楼层楼继电器M1022楼层楼继电器M1033楼层楼继电器M1044楼层楼继电器M106换速微分信号M1向上运行监视M2向下运行监视M3上方向选择M4下方向选择M5上方向控制继电器M6下方向控制继电器M7上行召唤速M8下行召唤速M9指令换速M11强迫向上M12强迫向上M13关门启动M14启车继电器M15运行继电器M16安全触板继电器M17直驶继电器T0快加速时间继电器T1停站时间继电器T21慢减速时间继电器T32慢减速时间继电器T43慢减速时间继电器T5开门执行时间继电器4.4拖动回路、门电路及系统连接1主拖动回路电梯控制的主拖动回路如图4-1所示。2门电路及安全回路门电路及安全回路如图4-2所示。3系统连接系统连接如图4-3所示。图4-1 电梯控制主回路图4-2 门电路及安全回路4.5控制系统各环节的作用及其梯形图实现1层楼继电器电路的实现要对电梯进行控制，首要的问题就是反映电梯实际所在位置（层楼）。层楼继电器回路就是完成这一功能的。每一层对应一个层楼继电器，电梯在哪一层，对应楼层的层楼继电器就会动作。传统的继电器控制层楼电路，需要在每层均设置感应器，这种方法虽然简单直观，当某层感应器出现故障时，只影响本层，但由于设置感应器太多，占用PLC的I/O点也太多。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很容易能实现层楼电路。启用一数据寄存器D0，电梯在最下层端站时可将1送入D0，最上层端站时，将最高层数送入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中存放的始终是层数；然后，将D0分别与1、2、3、相比较，等于几就说明电梯在几层，这时驱动对应的层楼继电器，实现层楼电路。按上述方法，四层四站的层楼继电器电路梯形图如图4-4所示。2指令和召唤回路指令和召唤回路的作用是：将轿内指令和厅外召唤信号记忆并指示，将电梯响应后自动将其消除。记忆和消除可用PLC的SET和RST指令实现。(1)指令回路 指令回路梯形图如图4-5所示。(2)召唤回路 由于除两个端站外，其他各层均有两个召唤（上行召唤、下行召唤），而且召唤的响应是顺向响应。另外，若电梯在直驶运行时不响应召唤，此时召唤应保留。所以，召唤回路与电梯的运行方向及是否直驶关系密切，为此在召唤回路中加入了反映直驶和方向监视的继电器M1和M2。召唤回路梯形图如图4-6所示。图4-5 指令回路梯形图图4-6 召唤回路梯形图 当电梯的层站数较多时，此时内指令和外召唤的个数就会迅速增加，内指令和外召唤的个数为3N-2，N为层站数，这样占用PLC的I/O点数就非常多，造成系统成本增加（同一系列的PLC，一般情况下I/O点决定价格）。所以，当N较大时，召唤和指令输入采用外部矩阵扫描输入或编码输入，内部译码分解的形式；输出采用内部编码，外部译码的形式。当然，一般的PLC均具备串行通信接口，也可采用串行通信手段进行召唤和指令信号的输入，同样串行通信也可用于其他信号的输入。3选向回路选向回路的作用是根据目前的位置和指令、召唤的情况，决定电梯的运行方向是向上或是向下。电梯方向的选择，实际就是将指令和召唤的位置与电梯实际位置相比较。若前者在上，（位置的上、下）电梯则选择向上，相反则选择向下。方向的实现：首先由层楼继电器形成选向链，然后将每层的指令和召唤对应接入。决定电梯的运行方向有一下三种情况。（1）自然选向 根据前文分析，电梯自动判断，选择方向。（2）强迫选向 若电梯工作在有司机方式，可通过操纵箱上的向上或向下按钮，来干预电梯的运行方向，即强迫使其向上或向下。（3）检修选向 若电梯工作在检修方式，同样可使用向上或向下按钮，使电梯以检修的速度向上或向下运行。考虑以上因素，电梯的选向回路梯形图如图4-7所示。4选择电路电梯运行中，在有些楼层停，在有些楼层不停，这是由选层电路决定的。选层意味着要减速（换速）准备平层停车。电梯的选层分指令选层和召唤选层，即因某层有召唤或有该层的指令使用电梯在该层停车。其中，指令选层为绝对的：即若电梯运行正常，指令一定能使电梯在该层减速停车。召唤选层是有条件的：一是召唤选层必须满足同向，即与电梯的运行方向一致，所谓“顺向截车”；二是直驶时可将召唤屏蔽，即电梯直驶时，即使同向的召唤也不能使电梯减速停车。根据以上情况，电梯选层回路梯形图如图4-8所示。5电梯的运行线路运行线路是电梯控制系统的核心。电梯是有曳引电动机拖动（主回路），主回路的工作受运行线路的控制，以形成如图4-9所示的速度曲线，决定电梯何时启动加速，何时运行，何时减速，何时平层停车。所以电梯的主要性能指标（额定速度、舒适感、平层精度等）由运行线路决定。（1）启动 电梯的启动，方向是首要条件，门锁（厅门轿门是否关好）等安全因素也是必要的。（2）减速 当电梯选中某层，意味着将在该层停车，达到换速点就应减速，为平层停车做准备。图4-8 电梯选层回路梯形图图4-9电梯运行速度曲线 （3）平层停车 当减速运行到平层点时，说明轿门门砍与厅门门砍基本平齐，可以停车，即将主回路曳引电动机电源断开，并实施电磁抱闸。一般平层感应器置于轿厢顶上。注意：当上、下平层感应器全部动作后，表示到平层点。6电梯门的控制门电路是电梯控制系统中较为独立的单元。它的作用是实现电梯门的开和关。电梯的门有两种：一是轿门，即轿厢的门，门电路通常是轿厢的门的控制线路，轿门是主动的，它由专门的门电动机拖动，实现门的开、关，门电路的主回路如图4-2所示：另一种门是厅门，即各层门厅的门，厅门是被动门，不能自行开、关，只能由轿门带动实现开、关，一般情况下，当轿厢到达某层停车后，轿厢门上带有门刀，会自动插入厅门的门锁中，使门锁打开，此时厅门在轿门的带动下实现开、关，所以电梯若没到该层，其厅门处于锁闭状态，不能打开，这是安全保障的要求。门电路和控制系统的联系就在于这一点，由各厅门和轿门的门锁电气限位开关的常开触点串联后，作为门锁信号（X13）。X13为ON，表示全部门安全关闭，可正常运行，否则不能运行。开、关门由门电动机驱动，通过开、关门继电器KMJ、GMJ控制M的正、反转实现。因此，设计门的控制时只需考虑开门和关门的情况，驱动相应的继电器KMJ或GMJ。（1）开门情况 上班开门、按钮开门、触板开门和门区提前开门。（2）关门情况 下班关门、按钮关门、停战自动延时关门和强迫向上（向下）启动关门。考虑以上因素后，门电路的控制梯形图如图4-10所示。图4-10 门电路的控制梯形图7厅门、轿厢中的信号与PLC的连接为减少PLC的I/O点个数，减少井道中的电缆布线，同时为系统的维护提供方便，厅门和轿厢中的输入、输出信号与PLC采集串行通信方式。用89C51单片机设计开发专用通信板：一方面实现PLC与厅门和轿厢的通信；另一方面完成厅门和轿厢输入信号的采集，以及输出信号的放大驱动。不同通信板中的I/O信号占用不同的地址与PLC对应通信，为了提高厅门通信板的通用性，特在其中设置地址开关用于多机通信地址设置。厅门通信板完成各厅门外召唤信号的采集与指示、楼层指示器的指示、运行方向的指示。厅门通信板原理结构图4-11所示。基站通信板除以上配置外，还需设置开关门钥匙开关、消防开关等。轿厢通信板完成轿内指令信号、运行方式、开关门指令、强迫方向指令、安全信号的采集，轿内指令信号、楼层指示器、运行方向的指示，还有自动门机的控制等。由于轿厢通信板的通信地址可事先固定，因而不设地址开关。轿厢通信板原理结构如图4-11所示。图4-11 厅门通信板原理结构图图4-12 轿厢通信板原理结构图4.6系统的调试运行1.将以上各单元梯形图进行编程。2.将指令输入PLC。3.调试运行。调试时应充分运用PLC的监控、测试手段。首先进行各单元的调试运行，然后再整体调试。在进行系统调试时，必须弄清各单元之间的联系，找出几个关键的元件。系统正常运行时，关门启动继电器M13和启车继电器M14在电梯启动时非常重要。换速继电器Y0在选层减速时起关键作用，在调试时，应引起注意。5PLC电梯位移控制应用本章采用PLC和变频器实现电梯常规控制的基础上，利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈，实现电梯的精确位移控制。通过PLC程序设计实现楼层计数、换速信号、门区和平层信号的数字控制，取代井道位置检测装置，提高了系统的可靠性和平层精度。5.1硬件电路图5-1电路原理图系统硬件结构图如图5-1 所示，其各部分功能说明如下。Q1三相电源断路图K1电源控制接触器K2负载电机通断控制接触器VS变频器BU制动单元RB能耗制动电阻M主拖动曳引电机5.1.1主电路 主电路由三相交流输入、变频驱动、曳引机和制动单元几部分组成。由于采用交-直-交电压型变频器，在电梯位势负载作用下，制动时回馈的能量不能馈送回电网，为限制泵升电压，采用受控能耗制动方式。5.1.2PLC控制电路选用OMRON公司C系列60P型PLC。PLC接收来自操纵盘和每层呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号。5.1.3电流、速度双闭环电路采用YASAKWA公司的VS-616G5 CIMRG5A 4022变频器。变频器本身设有电流检测装置，由此构成电流闭环；通过和电机同轴联接的旋转编码器，产生a、b两相脉冲进入变频器，在确认方向的同时，利用脉冲计数构成速度闭环。5.1.4位移控制电路电梯作为一种载人工具，在位势负载状态下，除要求安全可靠外，还要求运行平稳，乘坐舒适，停靠准确。采用变频调速双环控制可基本满足要求，但和国外高性能电梯相比还需进一步改进。本设计正是基于这一想法，利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入PLC的高速计数输入端口0000，通过累计脉冲数，经世式（1）计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。电梯位移： h=SI式中 I累计脉冲数S脉冲当量S = lpD / (pr) （1）本系统采用的减速机，其减速比l = 1/32，曳引轮直径D = 580mm，电机额定转速ned = 1450r/min，旋转编码器每转对应的脉冲数p = 1024，PG卡分频比r = 1/18，代入式（1）得 ： S = 1.0mm / 脉冲5.2程序设计利用变频器PG卡输出端（TA2.1）将脉冲信号引入PLC的高速计数输入端0000，构成位置反馈。高速计数器（CNT47）累加的脉冲数反映电梯的位置。高速计数器的值不断地与各信号点对应的脉冲数进行比较，由此判断电梯的运行距离、换速点、平层电和制动停车点等信号。理论上这种控制方式其平层误差可在1个脉冲当量范围。在考虑减速机齿轮啮合间隙等机械因素情况下，电梯的平层精度可达5mm内，大大低于国标15mm的标准，满足电梯起制动平滑，运行平稳，平层准确的要求。电梯在运行过程中，通过位置信号检测，软件实时计算以下位置信号：电梯所在楼层位置、快速换速点、中速换速点、门区信号和平层位置信号等。由此省去原来每层在井道中设置的上述信号检测装置，大大减少井道检测元件和信号连线，降低成本。下面针对在实现集选控制基础上新增添的楼层计数、快速换速、中速换速、门区和平层信号5个子程序进行介绍。5.2.1楼层计数本设计采用相对计数方式。运行前通过自学习方式，测出相应楼层高度脉冲数，对应4层电梯分别存入3个内存单元DM06 DM08。楼层计数器（CNT46）为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1或减1计数。楼层计数程序流程图如图5-2 所示。图5-2楼层计数子程序5.2.2快速换速及原理当高速计数器值与快速换速点对应的脉冲数相等时，若电梯处于快速运行且本层有选层信号，发快速换速信号。若电梯中速运行或虽快速运行但本层无选层信号，则不发换速信号。程序流程图如图4-3所示。中速换速与快速换速判断方法类似，不再重复。图5-3快速换速子程序快速换速工作原理介绍，梯形图如图5-4所示图5-4快速换速梯形图图中数据存储单元DM01为快速换速距离脉冲数，DM30为楼层间距脉冲数，DM31为快速换速点对应的脉冲数，DM34为高速换速比较区间下限，DM35为高速换速比较区间上限，HR01为快速换速点开始信号，1507为快速运行信号，1700为选层信号，0010为零速信号，0503为快速换速输出信号。以上行为例，DM31快速换速点对应的脉冲数是楼层间距DM30与快速换速举例DM01之差；DM31和DM30的值分别赋给DM34和DM35。运行时高速计数器不断累加脉冲数，每个扫描周期计数器的值与DM34 DM35区段进行比较。当其值进入DM34与DM35区段时，HR01置位，表示进入快速换速区间；若此时有选层信号且电梯为快速运行，则发快速换速信号（0503置ON）。5.2.3门区信号当高速计数器CNT47数值在门区所对应脉冲数范围内时，发门区信号。程序流程图如图5-5所示。平层信号与区信号判断方法类似，不再重复。图5-5门区信号子程序5.2.4脉冲信号故障检测脉冲信号的准确采集和传输在本系统中显得尤为重要，为检测旋转编码器和脉冲传输电路故障，设计了有无脉冲信号和错漏脉冲检测电路，通过实时检测确保系统正常运行。为消除脉冲计数累计误差，在基站设置复位开关，接入PLC高速计数器CNT47的复位端0001。运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出楼层计数信号，上行加1，下行减1。为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。6FX2N系列PLC在电梯变频调速控制系统中的应用6.1系统总体构成电梯的电气控制系统分为拖动调速部分和逻辑控制部分。拖动调速系统用电梯专用变频器，采用VVVF调速方式。逻辑控制系统采用PLC，充分发挥PLC控制系统接线简单、可靠性高、维护方便的特点。井道信号的采集，可充分利用专用变频器功能，采用直接距离控制，除保留平层感应器、上下终端强迫减速开关极限开关外，省去井道中的感应器。各厅门几轿厢与主控机房的电气连接。为简化接线，减少故障可能，在各厅门及轿厢设置通信板，采用RS-485通信总线，完成各厅门及轿厢与主机的信号通信。电梯电气控制系统的结构如图6-1所示。召唤盒厅门通信板召唤盒厅门通信板PLC变频器曳引机光电编码器轿厢通信板操纵箱轿厢操纵箱图6-1 电梯电气控制系统的结构