毕业设计论文基于PLC的电梯控制系统设计

摘 要电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具、是机电一体化的复杂运输设备。它涉及电子技术、机械工程、电力电子技术、微机技术、电力拖动系统和土建工程等多个科学领域。目前电梯的生产情况和使用数量已成为一个国家现代化程度的标志之一。随着现代化城市的高速发展，每天都有大量人流及物流需要输送。为节约用地和适应经贸事业的发展，一幢幢高楼拔地而起，这些高层建筑的垂直运输是一个突出问题，与人们的工作和生活紧密相关。本设计采用的控制系统为可编程控制系统，即PLC控制系统。可编程控制器简称PC机，是采用微处理器控制、可执行逻辑判断、定时、计数、记忆等功能，并具有高可靠性的输入输出电路，能直接应用于工业环境中的通用自动控制设备。时至今日，PC已拥有门类齐全的各种功能模块和强大的网络通讯能力，其控制范围由单机自动化、简单生产过程直至大型集散系统，可以覆盖现代工业的各个应用领域，满足绝大部分受控对象的不同控制要求。关键词：PLC；电梯；梯形图；程序设计目 录前言-1第一章 电梯的概述1.1 电梯的基本结构-21.2 电梯的控制背景-31.3 电梯控制系统的组成-4第二章 PLC的概述2.1 PLC的产生和发展-52.2 PLC的基本结构及其各部分的作用-62.3 可编程控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较-7第三章 PLC电梯控制的方案论证3.1 确定电梯的控制方式、拖动调速方式和运行方式-83.2 选择PLC的机型与I/O点数-93.3 分配I/O点，设计控制系统的I/O接线图-103.4 设计梯形图、编制程序-113.5 系统调试-123.6 PLC用于电梯控制系统中优势-13第四章 交流双速电梯的基本原理4.1 交流双速电梯的主电路-144.2 电梯的主要电气设备-15第五章 可编程序控制器的系统设计5.1 PLC外部接线图-165.2 控制程序-175.2.1 内指令信号的登记、消除与显示-185.2.2 厅外召唤信号的登记、消除与显示-195.2.3 层楼位置显示-205.2.4 电梯定向环节-215.2.5 选层换速环节-225.2.6 电梯门电路环节-23第六章 结束语及参考文献-24前 言在现代都市里，作为垂直运输工具的电梯得到了最广泛的应用。电梯应用，大大的改善了劳动条件，减轻了劳动强度。可以这么说，当今世界电梯的使用量已成为衡量现代化程度的重要标志之一。电梯也随之成为现代化社会中作为垂直运输工具中其他交通工具不能替代的重要设备。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。而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。综合国内外的发展状况，电梯已进入了全面发展的阶级：在电气控制方面，大量使用微机和可编程序控制器（PLC）；在电梯操纵方面，出现声控电梯；在速度方面，出现了10m/s以上的电梯；在导向方面，已研制出了无导轨电梯；在牵引方面，利用聚氨基甲酸脂减振器代替了传统的弹簧及橡胶减振器；在品种方面，出现了高效率双层电梯，大吨位集装箱电梯，节省了空间螺旋扶梯等；并且还发展出音响指层，有触觉操纵等适合伤残人使用的电梯。因而在现代社会中，电梯已经成为不可缺少的运输设备。电梯的存在使得每幢高层建筑的交通更为便利。电梯控制技术的发展主要经历了三个阶段：继电器控制阶段，微机控制阶段，现场总线控制阶段。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后，控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数，判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。随着经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。电梯是现代高层建筑的垂直交通工具，其设计要求稳定性、安全性及高。随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，电梯得到了快速发展，当前电梯总的发展趋势主要体现在电梯驱动技术、电梯运行速度、曳引机技术等方面。我国国产电梯多为继电器和PLC控制方式，PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点.本次设计由PLC控制方式来实现、研究、分析电梯的逻辑关系，进而实现控制。第一章 电梯的概述1.1 电梯的基本结构电梯是机、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。各部分通过控制部分调度密切协同，使电梯可靠运行。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、钢丝绳曳引式结构。一、曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行。曳引系统主要由曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成。二、导向系统导向系统的主要功能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。导向系统主要由导轨、导靴和导轨架组成。三、轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。四、门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门、层门、开门机、门锁装置组成。五、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额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。六、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。电力拖动系统由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置，电动机调速装置等组成。七、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,位置显示装置、控制屏(柜)、平层装置、选层器等组成。八、安全保护系统保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生。由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置组成。1.2 电梯的控制背景自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、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率较高、可靠性差、接线复杂、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。目前电梯的控制普遍采用了两种方式：1）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；2）控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。1.3 电梯控制系统的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） 电梯的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）的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。因直流电梯的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。为了得到较好的舒适感，要求曳引电动机在选定的调速方式下，电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素，电动机转矩还应有一定的裕度。（2） 电梯的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的电器元件构成。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。电梯一般是由电动机来拖动的，其运行过程大多包括启动、正（反）转、停止等，这整个过程是由电气控制系统来完成。具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。其操纵是实行各个控制环节的方式和手段。电梯电气控制系统与电力拖动系统比较，变化范围比较大。当一台电梯的类别、额定载重量和额定运行速度确定后，电力拖动系统各零部件就基本确定了，而电气控制系统则有比较大的选择范围，必须根据电梯安装使用地点、乘载对象进行认真选择，才能最大限度地发挥电梯的使用效益。电气控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。随着科学技术的发展和技术引进工作的进一步开展，电气控制系统发展换代迅速。继电器控制系统的电梯故障率高，大大降低了电梯的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的应用。第二章 PLC的概述2.1 PLC的起源和发展在可编程控制器诞生之前，继电器控制系统已广泛的用于工业生产的各个领域，继电器控制系统通常可以看承由输入电路，控制电路，输出电路和生产现场这4个部分组成的。其中输入电路也是由按钮，行程开关，限位开关，传感器等构成。用已向系统送入控制信号。输出电路部分是由接触器，电磁阀等执行元件构成，用以控制各种被控制对象，如电动机，电炉，阀门等。继电器控制电路部分是控制系统的核心部分。它通过导线将各个分立的继电器，电子元器件连接起来对工业现场实施控制；生产现场是指被控制的对象（如电动机等）或生产过程。继电器控制系统在传统的工业生产中曾起着不可替代的重要作用，随着生产规模的逐步扩大，市场经济竞争日趋激烈，继电器控制系统已越来越难以适应。因为继电器控制电路通常是针对着某一固定的动作顺序或生产工艺而设计的。它的控制功能也仅仅只局限于逻辑控制，定时、计数等这样一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须进行重新设计、布线、装配、和调试。显然，这样的控制系统完全无法满足日新月异且竞争激烈的市场经济发展的需要。这就迫使人们要放弃原来已占统治地位的继电器控制系统，研制可以替代继电器控制系统的新型的工业控制系统。出于上述考虑，美国通用汽车公司（GM）于1968年提出了公开招标研制新型的工业控制器的设想。第二年，即1969年美国数字设备公司（DEC）就研制出了世界上第一台可编程序控制器。在这一时期，可编程序控制器虽然采用了计算机的设计思想，但实际上只能完成顺序控制，仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能。所以人们将可遍程序控制器称之为PCL（Programmable Logical Controller），即可编程序逻辑控制器。20世纪70年代末80年代初，微处理器技术日趋成熟，使可编程序控制器的处理速度大大提高，增加了许多特殊，如浮点运算、函数运算、查表等。这样可编程序控制器不仅可以进行逻辑控制，还可以对模拟量进行控制。因此，美国电气制造协会NEMA（National Electrical Manufacturers Association）将之正式命名为PC（Programmable Controller）。值得注意的是，因为个人计算机的简称也是PC（Personal Computer），有时为了避免混淆，人们习惯上仍将可编程序控制器简称PLC（尽管这是早期的名称）。本书采用PLC的称呼。20世纪80年代后，随着大规模和超大规模集成电路的迅猛发展，以16位和32位微处理器够成的微机化可编程序控制器得到了惊人的发展，使之在概念上，设计上，性能价格比等方面有了重大突破。可编程序具有了高速计数，中断技术，PID控制等功能，同时联网通信功能也得到了加强，这些都使得可编程序控制器的应用范围和领域不断扩大。为了使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化。国际电工委（IEC）制定了PLC的标准，并给出了它的定义。2.2 PLC的结构及其各部分的作用PLC的硬件系统由基本单元、I/O扩展单元及外部设备组成。图21所示为PLC的硬件系统结构框图。图21 PLC的硬件系统结构框图2.2.1 微处理器（CPU）与通用计算机一样，CPU是PLC的核心部件，在PLC 控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，整个PLC 工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的。它的主要功能有以下几点：1、接收从编程器输入的用户程序和数据，送入存储器存储；2、用扫描方式接收输入设备的状态信号，并存入相应的数据区（输入映像寄存器）；3、监测和诊断电源、PLC 内部电路工作状态和用户程序编程过程中的语法错误；4、执行用户程序，完成各种数据的运算、传递和存储等功能；5、根据数据处理的结果，刷新有关标志们的状态和输出状态寄存器表的内容，以实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。2.2.2 存储器PLC配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器存放在程序，用户存储器用来存放用户编制的控制程序。常用的存储器类型有CMOS RAM、EPROM和EEPROM。因为系统程序用来管理PLC系统，不能由用户直接存取，所以，PLC产品样本或说明书中所列的存储器类型及其容量，系指用户程序存储器而言。如FX224M的存储器容量在4K步，即是指用户程序存储器的容量。PLC所配的用户存储器的容量大小差别很大，通常中小型PLC的用户存储器存储器容量在8K步以下，大型PLC的存储容量可达到或超过256K步。2.2.3 输入输出(I/O)部件PLC输入/输出模块的电路框图如图22所示。I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。为了提高抗干扰能力，一般的输入/输出模块都有光电隔离装置。在数字量I/O模块中广泛采用发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器，在模拟量I/O模块中通常采用隔离放大器。来自工业生产现场的输入信号经输入模块进入PLC。这些信号有的是数字量，有的是模拟量，有的是直流信号，有的是交流信号。使用时要根据输入信号的类型选择合适的输入模块。PLC具有多种I/O模块，常见的有数字量I/O模块和模拟量I/O模块，以及快速响应模块、高速计数模块、通信接口模块、温度控制模块、中断控制模块、PID控制模块和位置控制模块等种类繁多、功能各异的专用I/O模块和智能I/O模块。I/O模块的类型、品种与规格越多，PLC系统的灵活性越好，I/O模块的I/O容量越大，PLC系统的适应性越强。图22 I/O接口电路结构框图A)输入接口 B)输出接口2.2.4 电源部件PLC配有开关式稳压电源的电源模块，用来将外部供电电源转换成供PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需的直流电源。PLC的电源部件有很好的稳压措施，因此对外部电源的稳定性要求不是很高，一般允许外部电源电压的额定值在+10%-15%的范围内波动。小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专用电源部件。2.2.5 编程器编程器是PLC的最重要的外围，也是PLC不可缺少的一部分。它不仅可以写入用户程序，还可以对用户程序进行检查、修改和调试，以及在以线监视PLC的工作状态。它通过接口与CPU联系完成人机对话。编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。编程器一般分为简易编程器和图形编程器两类。简易编程器功能较少，一般只能用语名表形式进行编程，通常需要连机工作。简明编程器使用时直接与PLC的专用插座相连接，由PLC提供电源。它体积小、重量轻、便于携带，适合小型PLC使用。图形编程器既可以用指令语句进行编程，又可以用梯形图编程，既可以连机编程又可以脱机编程，操作方便、功能强，有液晶显示的便携式和阴极射线式丙种。图形编程器还可以与打印机、绘图仪等设备连接，但价格相对较高。通常大中型PLC多采用图形编程器。2.2.6 其他外部设备PLC还配有生产厂家提供的其他一些设备，如外部存储器、打印机、EPROM等。2.2.7 I/O扩展单元I/O扩展单元用来扩展输入、输出点数。当用户所需的输入、输出点数超过PLC基本单元的输入、输出点数时，就需要加上I/O扩展单元来扩展，以适应控制系统的要求。2.3 可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方法有：2.3.1 继电器接触器控制系统这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。优点：与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。缺点：动合触点易磨损，且电接触不良；体积大；控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。2.3.2 微机控制系统电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。因此，十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。其缺点是：微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需1位，即“1”与“0”。因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。但在电梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。 2.3.3 PLC控制系统PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。第三章 PLC电梯控制的方案论证PLC是可编程序控制器的简称，它是一种数字运算操作的电子系统。它采用可编程的存储器存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并可实现开关量或模拟量的输入、输出。所以，PLC实际是一种具有逻辑与算术等运算能力，具有标准化的IO接口及部件的，可靠性、稳定性极高和通用性极强的工业控制计算机。一、PLC作为电梯的核心部分，在电梯的应用中起到不可或缺的作用，所以要对电梯进行控制首先要反映到对PLC的应用上。PLC采用8位或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。系统的具体设计步骤：3.1 确定电梯的控制方式、拖动调速方式和运行方式控制方式有按钮控制、信号控制、集选控制、两台电梯的并联运行和多台电梯的群控运行等；拖动调速方式有交流调速(包括交流变极调速、交流调压调速、VVVF等)、直流调速和同步电动机调速等，不同拖动调速方式的特点与性能指标参见资料。运行方式是指有无司机控制的方式。根据控制要求，应合理选择电梯的控制方式、拖动调速方式和运行方式。3.2 选择PLC的机型和IO点的点数根据控制的需要及电梯的层站数，在保留一定余留点数的前提下，合理选择PLC的机型和IO点的点数。3.3 分配IO点，设计控制系统的IO接线图根据系统IO的需要，对系统所有输入信号和输出信号进行IO分配。之后，依据IO分配绘制控制系统的IO接线图。3.4 设计梯形图，编制程序根据确定的控制方式、拖动调速方式和已分配的IO点，依据电梯系统的控制要求和系统组成，分模块设计控制系统梯形图。设计梯形图时，不但要注意电梯控制要求的实现，同时还特别注意控制中的安全连锁保护。与此同时，还应考虑PLC除逻辑控制功能外的其他功能的应用，尤其是功能指令的应用，最大程度发挥PLC工业控制计算机的功能，提升电梯控制系统的技术水平。3.5 系统调试依据系统的IO接线图，连接好系统，并将程序输入PLC，按照系统调试的要求，对控制系统进行调试，直到符合要求为止。二、召唤指示和召唤按扭召唤是厅外乘用人员向电梯发出的呼唤信号。在下端站只装一个上行召唤按钮，上端站只装一个下行召唤按扭，其余一般装上行召唤按扭和下行召唤两个按扭，各按扭内均装有指示灯。当按向上或向下按扭时，控制系统就会将该信号记忆，相应的指示灯立即点亮。当电梯到达某一站时，响应了该层召唤后，指示灯就熄灭。从作用上，召唤电路与指令电路的作用是相同的，但电路形式和结构上看召唤按钮比指令按钮要复杂的多，这是因为，每层厅外各有两个召唤指令（向上或向下）。一般情况下，电梯采用顺向截车选层方式，所以召唤的消除也是有方向的，既带电梯到达某层，响应与运行方向相同的召唤，而与运行方向相反的召唤保留，不消除。三、指令指示和指令按扭操作盘上装的有与层数数字相符的按扭是指令按扭，按扭内装有指示灯。乘客进入电梯后安下某指令按扭，该指令被登记，相应的指示灯亮；当电梯到达预选层楼时，相应的指令被消除，指示灯也就熄灭；未到达的预选层楼指示按扭内的指示灯仍然亮，直到指示响应之后方才熄灭。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指示，当电梯响应后自动将其消除。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。电梯完成一个呼叫响应的步骤如下：（1）电梯在检测到门厅或轿箱的召唤信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向模块进行运行选向。（2）电梯开始起动，通过变频器驱动电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度由低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至目标层。（3）当电梯检测到目标层减速点后，电梯进入减速状态，由高速变为低速，并以低速运行至平层点停止。（4）平层后，经过一定延时开门，直至碰到开门到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到安全触板开关动作。四、楼层指示楼层指示主要反映到选层和对层楼的控制上。要对电梯进行控制，首先的问题就是放映到电梯实际所在的位置（楼层）。层楼继电器回路是完成这一功能的。有了层楼信号一方面可以指示电梯所在的位置（层楼），另一方面为下一步的选向、选层及指令和召唤的消除提供可靠信息。每一层对应一个楼层继电器，电梯在哪一层，对应楼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IO点也太多。在电梯运行时，电梯在有些楼层自动停靠，而有些楼层不停靠，即电梯的选层。选层意味着要减速（换速）准备平层停车。选层原理如下：电梯的选层分指指令选层和召唤选层两种情况，即因某层有召唤或有该层的指令使电梯在该层停车。其中，指令选层为绝对的（指令选层优先），即若电梯进行正常，指令一定能使电梯在该层减层，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。根据选层原理，在所有的上行召唤选层回路中串入上控制方向继电器的特点，在所有下行召唤选层回路中串入下控制方向继电器的特点，实现顺向选层；所有选层回路通过直驶继电器的特点接入号控制点元，在直驶运行时，不选层、不换速停战。3.6 PLC用于电梯控制系统中的优势（1）PLC具有强大的逻辑处理能力，适应电梯复杂的逻辑控制要求。（2）PLC具有顺序控制、定时、计数和算术运算等处理能力，可改善和优化传统的继电器控制方法。（3）PLC控制可靠性高，稳定性好。PLC允许输入信号阈值比通常的微机大部电路均得多，它与外经过光电隔离，具有很强的抗干扰能力，能适应恶劣的环境，胜任电梯控制的要求。（4）维护检修方便。PLC具有完善的监视诊断功能，工作状态、通信状态IO状态和异常状态等均有显示，维护检修非常方便。另外，电梯的各个控制环节的故障可以用代码表示，大大提高维修的准确性和效率。若采用智能型IO模块后，还可以把外部故障检测和判断功能从CPU中分离，从而提高了外部故障的检测效率。（5）编程简单，扩展方便。目前PC机普遍采用继电器控制形式的“梯形图”编程方式，极易为电气、自控技术人员所接受。设计人员可根据实际需要，选用不同类型和不同数量的IO模块，方便灵活组建系统，最大限度地降低系统成本。第四章 交流双速电梯的基本原理4.1 交流双速电梯的主电路图41是XPM交流双速电梯的主电路。 图41 交流双速电梯的主电路图41中，M1为YTD系列电梯专用型双速笼型异步电动机；KM1、KM2为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或低速运行；KM5为起动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗与电阻，与KM5KM8配合实现对电机的加减速控制。当KM1或KM2与KM3通电吸合时，电梯将进行上行或下行起动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电动机转为低速接收，串入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6KM8依次通电吸合，用来控制制动过的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接触器全部断电释放，机械抱闸，电梯停止运行。在检修状态时，电梯只能在低速接法下点动运行。表41 XPM五层五站电梯元件表元件符号名称及作用元件符号名称及作用KM1上行接触器1HL5HL15层层楼指示灯KM2下行接触器6HL7HL上行、下行指示灯KM4低速接触器HL6HL7操纵箱上下行指示灯记忆灯KM5起动加速接触器HL81楼外呼记忆灯KM6KM8制动减速接触器HL92楼上呼记忆灯KM9开门接触器HL102楼下呼记忆灯KM10关门接触器HL113楼上呼记忆灯SQ5基站开关HL123楼下呼记忆灯SQ6开门到位开关HL134楼上呼记忆灯SQ7关门到位开关HL144楼下呼记忆灯SQ8开门调速开关HL155楼下呼记忆灯SQ9、SQ10关门调速开关SA1运行状态选择钥匙开关SQ11Q1515楼厅门锁开关SA2基站开关梯钥匙开关SQ16轿门关闭到位开关SQ1安全窗开关SQ17上限位开关SQ2安全钳开关SQ18下限位开关SQ3限速器开关SQ19上行强迫停止开关SQ4轿内急停开关SQ20下行强迫停止开关1KR一楼感应器SB1开门按钮2KR二楼感应器SB2关门按钮3KR三楼感应器SB3上行起动按钮4KR四楼感应器SB4下行起动按钮5KR五楼感应器SB5SB915楼轿内选层钮6KR上平层感应器1SB1SB114楼上行外呼钮7KR开门感应器2SB25SB225楼下行外呼钮8KR下平层感应器SQ0极限开关SQ电源开关第五章 可编程序控制器的系统设计5.1 PLC外部接线图 交流双速电梯控制系统接线图如下图51所示。外部接线图中，快车接触器KC与慢车接触器MC通过常闭触点MC、KC互锁，上行接触器SC与下行接触器XC。上极限行程开关SDK为上行第二限为开关，当上行第一限位开关失灵，或由于其他原因造成电梯轿厢超越上端站一定距离时，它切断上行接触器电源，强迫电梯立即停止运行。下极限行程开关XDK，在电梯下行超越下端站一定距离时，切断下行接触器，强迫电梯立即停止运行。开、关门继电器通过彼此的常闭触点互锁。开门到位时，1KMK切断开门继电器电源，停止开门。关门到位时，1GMK切断关门继电器电源，停止关门。5.1.1 输入点和输出点分配(1)电梯控制系统I/O点分配见下表51所示。表51 PLC电梯控制系统I/O点分配输入输出开门KMAX0快速接触器KCY0关门GMAX1快加速接触器KJCY1安全触板开关APKX2慢车接触器MCY2安全运行继电器YJX3第一制动接触器1ZCY3门联锁MSJX4第二制动接触器2ZCY4上端站强迫换速SHKX5上行接触器SCY5下端站强迫换速XHKX6下行接触器XCY6厅外下召5（5AX）X7内指令1（1NA）X10内指令1指示1NALY10内指令2（2NA）X11内指令2指示2ANLY11内指令3（3NA）X12内指令3指示3NALY12内指令4（4NA）X13内指令4指示4NALY13内指令5 (5NA)X14内指令5指示5NALY14厅外上召1（AS）X15上召1指示1ASLY15厅外上召2 (2AS)X16上召2指示2ASLY16厅外上召3（3AS）X17上召3指示3ASLY17厅外上召4（4AS）X18上召4指示4ASLY18厅外下召2（2AX）X19下召2指示2AXLY19厅外下召3（3AX）X20下召3指示3AXLY20厅外下召4（4AX）X21下召4指示4AXLY211层楼位置感应器（1LG）X22下召5指示5AXLY222层楼位置感应器(2LG)X23上行指示SXLY233层楼位置感应器(3LG)X24下行指示XXLY244层楼位置感应器(4LG)X25指层1Y255层楼位置感应器(5LG)X26指层2Y26上平层感应器SPGX27指层3Y27门区感应器MQGX28指层4Y28下平层感应器XPGX29检修JXX30开门继电器KMJY30开门限位行程开关1KMKX31关门继电器GMJY31关门限位行程开关1GMKX32蜂鸣器FMQY32紧急呼叫JZHX33(2)辅助继电器、定时器分配及作用见表62表62 辅助继电器、定时器分配及作用元件作用元件作用M0检修继电器M511层选层继电器M2启动辅助器电器M522层选层继电器M3启动继电器M533层选层继电器M4快车辅助继电器M544层选层继电器M5安全触板继电器M555层选层继电器M6无选层信号继电器M112上召换速继电器M7下平层继电器M113下召换速继电器M8门区继电器M114内指令换速继电器M9上平层继电器M120上方向选择继电器M111层楼位置继电器M121下方向选择继电器M122层楼位置继电器M125运行继电器M133层楼位置继电器M126本层开门继电器M144层楼位置继电器M130换速继电器M155层楼位置继电器M131换速触发继电器M211层指令继电器M222层指令继电器T0换速辅助定时器M233层指令继电器T1快车加速定时器M244层指令继电器T2第一制动减速定时器M255层指令继电器T3第二制动减速定时器M311层厅外上召继电器T4开门安全保护定时器M322层厅外上召继电器T5自动关门定时器M333层厅外上召继电器T6关门安全定时器M344层厅外上召继电器M422层厅外下召继电器M433层厅外下召继电器M444层厅外下召继电器M455层厅外下召继电器5.2控制程序5.2.1 内指令信号的登记、消除与显示内指令信号的登记、消除与显示的梯形图如图52所示。 图52 内指令梯形图X010X014分别为轿内15层内指令按钮信号输入端，对应的内指令信号登记继电器是M21M25，由Y010Y014驱动指示灯显示相应内指令已登记。信号的登记采用自锁原理，软件上采用逻辑或运算实现。不论电梯上行还是下行，当电梯运行到有内指令的楼层时，均要换速停车，并消除登记信号（消号）。在登记继电器回路，串联相应的层楼位置继电器的常闭触点，可以实现消号。例如，按下内指令按钮2NA,X011为ON，M22为ON，内指令2NA登记。当电梯运行到二层时，层楼位置继电器M12得电，常闭触点断开，M22为OFF，消除2NA登记信号。5.2.2 厅外召唤信号的登记、消除与显示厅外召唤梯形图如图53所示，与内指令梯形图相似。 图53 厅外召唤梯形图信号登记采用自锁原理，信号消号通过串联层楼位置继电器常闭触点实现。常开触点M121与上召2AS、3AS回路的常闭点并联，M120与下召2AX、3AX回路的常闭点并联，起反向保号作用。例如，电梯在4层、2层乘客按下了厅外的2AS、2AX，3层乘客按下3AX，继电器M32、M42、M43为ON，信号被登记。电梯下行到3层，消除3AX信号登记，M43为OFF。电梯继续下行到2层，消除2AX信号登记，M42为OFF。电梯下行，M121为ON，与M32回路的常闭点M12并联，并联，并联电路块为ON，所以M32继续为ON，实现了反向保号。只有当电梯上行到2层时，M32才为OFF，消除2AS的登记。5.2.3 层楼位置指示层楼位置指示梯形图如下图54所示。 图54 层楼位置指示梯形图电梯运行过程中，运行到指定层楼位置时，相应的层楼位置感应继电器触点闭合，对应的层楼位置继电器得电并自保持。例如电梯运行到4层，4LG触点闭合，X025为ON,M15得电并自保持。利用层楼位置继电器，编码驱动Y025、Y026、Y027,驱动数码管显示电梯轿厢的位置。5.2.4 定向环节定向控制梯形图如图55所示。图55所示 定向控制梯形图 由内指令登记继电器M22M26、厅外上召继电器M31M34、厅外下召继电器M42M45组合成选层信号M51M55。由选层信号M51M55、层楼位置信号M11M15比较形成定向信号。电梯所在层楼位置之上有选层，并且处于非下行状态，可以定向为上行。电梯所在层楼位置之下有选层信号，并且处于非上行状态，可以定向为下行。例如电梯停在2层，电梯上、下行继电器均为OFF。当3层或4层5层有选层呼梯信号时，M53、M54、M55为ON，常闭点M13、M14、M15为ON，检修继电器常闭继电器点M0为ON，下行定向继电器M121、下行继电器Y006常闭点为ON，上行定向继电器M120为ON，定向上行。 检修状态，检修继电器为ON，检修上行开关闭合时，电梯不受选层信号、层楼位置信号影响，直接定向为上行。若检修下行开关闭合，则直接定向为下行。5.2.4 选层换速电梯选层换速控制梯形图如图66所示。 图56 选层换速控制梯形图内指令选层换速信号通过内指令信号和层楼位置信号组合而成，采用逻辑与判断换速条件。当电梯到达内指令信号的楼层时，对应的选层信号、层楼位置的逻辑与为1，内指令选层继电器M114为ON。例如按下3NA按钮，M23登记继电器为ON，当电梯到达3层时，3层层楼位置继电器M13为ON，M23、M13串联支路为ON，M114为ON。厅外上召选层继电器换速、下召选层换速原理与内指令选层换速相同。上召选层换速回路串联上行定向继电器M120,使电梯在上行过程中响应上召唤呼梯信号。下召选层换速回路串联下行定向继电器M121，使电梯在下行过程中，响应下召唤呼梯信号。5.2.5 电梯门电路电梯的门分为轿门和厅门两类，轿门是装在轿厢上的门，为主动门，受电梯门电路控制而开、关。开、关门继电器受PLC控制，控制梯形图如图67所示。图57 开关门控制梯形图电梯的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。当电梯到达指定楼层停车后，轿门上的门刀插入厅门门锁，带动厅门随轿门开、关。这样可以保证电梯没到楼层的厅门处于锁闭状态，从而保障安全。由各层厅门、轿门门锁常开触点串联构成门锁控制信号，送PLC输入端X4=ON，则表示全部的门安全关闭，电梯可以正常运行。电梯开门电路包括本层开门、轿内开门和安全触板开门、换速到达门区提前开门等。本层开门指电梯在停车状态和非检修条件下，当轿厢所在层楼有上召唤且没有下方向，或者有下召唤且没有上方向时，电梯自动开门。电梯上召按钮信号X15X17分别与对应层楼位置信号M11M14逻辑与，再和上行定向继电器M120逻辑与，形成电梯上召本层开门信号；电梯下召按钮信号X18、X19、X20、X7分别与对应层楼位置信号M12M15逻辑与，再和下行定向继电器M121逻辑与，形成电梯下召本层开门信号。电梯上召本层开门信号、下召本层开门信号逻辑或，形成本层开门信号，再与非检修和停车条件逻辑与，驱动本层开门继电器M126。开门按钮X000、安全触板信号X002并联形成开门触发信号，串联停车条件（常闭点M125）,驱动安全开门触发继电器M5。电梯换速、进入提前开门区域时，门区继电器M8为ON，换速继电器M130为ON，M8与M130逻辑为ON，产生门区提前开门信号。安全开门触发信号、提前开门信号、本层开门信号逻辑或，形成电梯开门信号。当开门到位时，开门到位限位开关X030闭合，关断开门继电器Y030。开门到位后，若开门限位开关X030失灵，开门继电器仍吸合，门电动机会发生堵转，时间过长会造成电动机烧毁。当开门时间超过正常开门时间约23s后，通过开门保护定时器厅，自动切断开门信号，使开门继电器Y030，失电，停止开门。当关门时间超过正常关门时间23s后，通过关门保护定时器T6，自动切断关门信号，使关门继电器Y031失电，停止关门。开门到位后，启动关门定时器T5，定时2s，自动关门。关门过程中，若按下开门按钮或碰到安全触板，M5为ON，切断关门信号，自动停止关门。停车状态下，按下关门按钮X001，关门继电器Y031得电并自保持，自动关门。关门到位时，关门限位开关X034闭合，关断关门继电器Y031。第36 页