三菱FX2NPLC在控制电梯中的应用设计

摘 要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。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。本文主要讨论研究利用三菱公司FX2N系列的可编程控制器对五层电梯的控制，形成电梯控制系统。 关键词：PLC；电梯；逻辑控制；程序设计目录第1章 电梯的简介1 1.1电梯的起源与现状1 1.2电梯的基本结构、原理和控制要1 1.3电梯控制系统的组成2 1.3.1电梯的电力拖动部分2 1.3.2电梯的电气控制部分2第2章三菱FX2N 系列可编程序控制器介绍4 2.1可编程控制器的基础认识4 2.1.1三菱FX2N PLC的主要特点 4 2.1.2 PLC的性能指标4 2.1.3 PLC的分类4 2.1.4 PLC系统的组成4 2.2可编程序控制器的工作方式及编程语言6 2.2.1 PLC的工作方式6 2.2.2 PLC的编程语言7 2.3 PLC控制电梯系统的优点7第3章PLC控制单台电梯的分析8 3.1 PLC电梯控制系统功能介绍8 3.1.1 PLC电梯控制系统三种工作方式介绍8 3.1.2 PLC电梯控制系统的工作流程8 3.2根据功能设计电梯模型9 3.2.1电梯模型的主体结构与控制柜9 3.2.2电梯层门11 3.2.3轿厢内控制屏11 3.3 PLC控制电梯系统的输入、输出点分配12 3.4 PLC控制系统的内部继电器及楼层显示16第4章PLC电梯控制系统部分基本功能梯形图分析17致谢26参考文献27附录28第1章电梯的简介1.1电梯的起源与现状电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯；高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出-人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批46台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。如今，出现了PLC控制电梯。PLC控制电梯有如下的特点：1，可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达35万小时。而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2，编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积小，重量轻，便于安装。一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能，便于操作和维修人员检查，可以较容易通过更换模块插件来迅速排除故障。PLC的结构紧凑，它与被控对象的硬件连接方式简单、接线少，便于维护。1.2电梯的基本结构、原理和控制要求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。电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼。各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。本课题主要研究单台五层电梯的PLC控制方法，分述其硬件设计和软件设计过程。设计（1）程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：（2）PLC电梯控制系统应具备：有司机、无司机、消防三种工作模式。（3）系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。（4）具有轿厢层楼显示，能自动显示电梯运行方向。（5）具有电梯直驶功能和反向最远停站功能。具有消防应急处理功能。（6）电梯响应登记后自行停站开门，红外开关控制关门时间。（7）具有应急自动开门、关门功能。（8）具有减速功能。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。1.3.1 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。因直流电机的拖动电动机有电刷和换向器，维护量较大，可靠性低，现已被交流调速电机所取代。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。1.3.2 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。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。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制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2章三菱FX2N 系列可编程序控制器介绍2.1可编程控制器的基础认识2.1.1三菱FX2N PLC的主要特点：（1）一个程序包的单元型可编程控制器（2）采用装卸式端子台（3）内装RUN/STOP开关（4）程序存储器（5）钟表功能（6）RUN写入（7）元件注解（8）利用键盘保护程序（编程手册，外围设备手册）（9）丰富的输出入扩展设备（10）丰富的特殊扩展设备（11）用SFC表现的编程（12）简便的应用指令群（13）高速处理2.1.2 PLC的性能指标（1）输入输出点数（IO点数）IO点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。（2）存储容量存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。（3）扫描速度一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用s/步。功能扩展能力可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如AD模块、DA模块、位置控制模块等。（4）指令系统指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。2.1.3 PLC的分类通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同, 可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。2.1.4 PLC系统的组成PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。(1)PLC的硬件结构一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入输出接口、内部电源）、IO扩展单元及外部设备组成。图2-1为PLC的硬件结构图。输入电路CPUEPROMRAM输出电路基本单元内部电源扩展I/O接口各种外设接口输出信号现场输入信号主机编程器打印机PC机输入电路输出电路扩展单元输出信号扩展连接电缆至其他扩展单元现场输入信号图2-1 PLC的硬件结构图图2-2为三菱FX2N小型PLC产品主机示意图。本课题中FX2N48MR为基本单元，带有48个IO点(24入、24出)，M表示主机、R表示该单元为继电器输出型。(2)PLC的软件PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。系统程序：包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。用户程序是用户根据控制要求，用PLC的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。图2-2 三菱FX2N小型PLC产品主机示意图2.2 可编程序控制器的工作方式及编程语言开始内部处理通信处理RUN方式？输入扫描程序执行输出处理NY2.2.1 PLC的工作方式（1）PLC的扫描工作方式图2-3 PLC的扫描过程可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-3所示，包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。（2） PLC的程序执行过程PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-4所示.输入端子输入映象寄存器输出映像寄存器输出锁存器输出端子输入 .输出程序执行阶段输入采样阶段输出刷新阶段X001Y001Y001M1读读图2-4PLC的程序执行过程（3） PLC的扫描周期在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。（4） PLC的IO响应时间PLC采用集中IO刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。2.2.2 PLC的编程语言PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。本课题所采用的编程语言为梯形图语言。2.3PLC控制电梯系统的优点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，其方法主要有：（1） 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） 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3章PLC控制电梯的分析3.1PLC电梯控制系统功能介绍3.1.1 PLC电梯控制系统三种工作方式介绍电梯主要有三种工作方式有司机方式、无司机方式、消防方式。（1） 有司机方式是指由专职司机操纵电梯运行。具有以下特点： 电梯上行下行启动由司机决定 电梯开门、关门时间由司机控制 电梯是否直驶（不再响应外召唤）由司机决定（2）无司机方式是指由乘客自己操纵电梯，这种电梯具有集选控制功能。具有以下特点： 电梯开门关门上、下客时间均由定时器定时 电梯门关闭后自动定向（3）消防方式是指大楼发生火灾时，电梯运行控制的一种特殊工作方式。具有以下特点： 正在运行的电梯控制系统一旦收到消防信号：a) 处于上行时立即返回底楼停站开门b) 处于下行时立即直驶底楼停站开门c) 处于底楼以外停站开门的电梯立即关门返回底楼停站开门 电梯返回底楼并在底楼开门后，电梯处于消防工作状态。此时，电梯不再响应外召唤信号，电梯的关门起动运行和准备前往层站由消防员控制操作。当电梯就近到达某层站后，立即清除其它所有指令信号登记，是否继续上行依火势大小决定。3.1.2 PLC电梯控制系统的工作流程图3-4为PLC电梯控制系统工作流程图，从图中可知控制一台电梯正常工作，主要需要如下信号：控制信号、层楼信号、指令信号、召唤信号和消防信号。这些信号分别来自轿厢控制面板、井道行程开关、层面控制铵钮和层面火警开关。来自井道行程开关的层楼信号进行层楼定位并参与自动定向，同时显示所在层楼位置。来自轿厢控制面板的指令信号和来自层面控制按钮的召唤信号分别进行指令登记和召唤登记，同时进行信号登记显示。这两种信号也参与自动定向，和层楼信号一同对电梯进行运行控制，包括开关门、上下行和停站。当来自层面的火警开关发出消防控制信号时，立即消除指令登记和召唤登记，直接控制电梯下行至底楼并开门。此外，当有来自轿厢控制面板发出控制信号，如：有司机直驶状态，则略过召唤信号，直接响应指令信号。运行控制电梯的同时进行运行显示和驱动电动机正转或反转，即电梯上行或下行。控制信号指令信号召唤信号层楼信号层楼定位指令登记召唤登记自动定向运行控制（开/关门、上/下行、停站）运行显示电动机驱动控制消防控制置位置位清除清除来自轿厢控制面板来自井道行程开关来自轿厢控制面板来自层面控制按钮来自层面火警开关显示显示显示图3-4 PLC单台电梯控制系统工作流程图 3.2根据功能设计电梯模型3.2.1 电梯模型的主体结构与控制柜图3-1为五层电梯的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，给出各楼层的层信号。电动机减速器行程开关TCP/IP12345RS232轿厢电梯控制柜继电器/接触器FX2N 64MR PLCRS422配重LED显示电路开关电源电梯控制柜图3-1五层电梯的简化模型和控制柜示意图电梯控制柜是电梯电气控制系统完成各种主要任务，实现各种性能的中心。主要包括FX2N-64MR PLC、继电器/接触器、显示部分、开关电源。LED显示部分主要包括轿厢运行方向显示、楼层显示。3.2.2 电梯层门电梯层门是为了确保安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门。图3-2为电梯层门示意图。电梯层门旁装有消防按钮、上召唤按钮和下召唤按钮（最底层只有上召唤按钮、最高层只有下召唤按钮）,并有召唤登记指示灯。层门上方装有LED数码管，以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。ZXF图3-2 电梯层门示意图3.2.3 轿厢内控制屏轿厢内控制屏示意图如图3-3所示。其中包括上行、下行显示及LED层楼位置的显示。另外还有1楼5楼的指令按钮及登记显示和有司机无司机的选择按钮。在有司机工作状态下还有指令专用开关，即只响应指令信号，不响应召唤信号。此外，还有消防按钮，当发生火灾时，立即清除所有指令信号和召唤信号，电梯直达底楼后开门。需要说明的是，本实验装置在无司机状态下，利用红外感应开关控制开门、关门和上下客时间；有司机状态下，则直接由司机控制开门、关门和上下客时间。12345SJZS图3-3 轿厢内控制屏示意图3.3PLC控制电梯系统的输入、输出点分配PLC电梯控制系统的控制核心是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推敲。输入输出点的确定是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序及硬件线路的方案。根据电梯操作的工艺过程及对控制系统的要求，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的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内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。（1） PLC输入信号的确定先考察电梯轿厢内的操作。操作面板上应有各层的选层指令按钮，5层共有5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。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，5层共需8个输入按钮。5层电梯需5个行程开关来控制是否到了某一层，因此需5点输入。开关门限位开关共需2点输入。红外感应开关需1点输入。其它输入有消防、有司机/无司机方式选择等开关或触点。经以上分析，可知共需26点开关量输入端口。表3-1 输入地址分配表输入信号名称PLC输入地址含义SXX000向上行驶按钮XXX001向下行驶按钮SJX002有/无司机选择开关1YCX003一楼行程开关2YCX004二楼行程开关3YCX005三楼行程开关4YCX006四楼行程开关5YCX007五楼行程开关1ZX010一楼指令按钮2ZX011二楼指令按钮3ZX012三楼指令按钮4ZX013四楼指令按钮5ZX014五楼指令按钮ZSX015指令专用开关（直驶）ZXFX016置消防开关1ZSX017一楼上召唤按钮2ZSX020二楼上召唤按钮2ZXX021二楼下召唤按钮3ZSX022三楼上召唤按钮3ZXX023三楼下召唤按钮4ZSX024四楼上召唤按钮4ZXX025四楼下召唤按钮5ZXX026五楼下召唤按钮KXX027开门限位开关GXX030关门限位开关HWX031红外感应开关（2） PLC输出信号的确定控制电梯的上行、下行（即电机正、反转）2点输出。上、下行指示灯2点输出。运行显示1点输出。减速控制需1点输出。开门、关门、门关闭需3点输出。由于采用二进制显示方式，LED七段显示器需3点输出。电梯轿厢内输出各层的指令信号登记显示，共5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，5层共需8个输出显示。经分析共需25点开关量输出端口。表3-2 输出地址分配表输出信号名称PLC输出地址含义KMY000开门显示GMY001关门显示MGBY002门关闭显示SY003上行继电器XY004下行继电器SXXY005上行显示XXXY006下行显示YXY007运行显示AY010LED七段显示器A段发光二极管BY011LED七段显示器B段发光二极管CY012LED七段显示器C段发光二极管1ZDXY013一楼指令信号登记显示2ZDXY014二楼指令信号登记显示3ZDXY015三楼指令信号登记显示4ZDXY016四楼指令信号登记显示5ZDXY017五楼指令信号登记显示1SZDXY020一楼上召唤信号登记显示2SZDXY021二楼上召唤信号登记显示2XZDXY022二楼下召唤信号登记显示3SZDXY023三楼上召唤信号登记显示3XZDXY024三楼下召唤信号登记显示4SZDXY025四楼上召唤信号登记显示4XZDXY026四楼下召唤信号登记显示5XZDXY027五楼下召唤信号登记显示DY030LED七段显示器D段发光二极管EY031LED七段显示器E段发光二极管FY032LED七段显示器F段发光二极管GY033LED七段显示器G段发光二极管JXY034减速控制继电器（3）硬件图图3-4 PLC硬件接线图3.4PLC控制系统的内部继电器的确定表3-3 内部继电器地址分配表PLC内部继电器地址功能M0指令优于召唤M1停站信号M2本站厅外开门M3消防时到过底楼开过门且在任意层楼停过M4消防时到过底楼开过门或非消防时M5关门条件M6清一楼指令登记M7清二楼指令登记M8清三楼指令登记M9清四楼指令登记M10清五楼指令登记M40清一楼上召唤登记M41清二楼上召唤登记M42清二楼下召唤登记M43清三楼上召唤登记M31轿厢到二楼M33轿厢到四楼M35中间继电器M44清三楼下召唤登记M45清四楼上召唤登记M46清四楼下召唤登记M47清五楼下召唤登记M13消防到过底楼开过门M14轿厢不在任何层楼面上M15轿厢位于某层楼面后，延迟1秒断开M16有司机直驶状态M17消防时电梯上行M19到站延时时间（1秒）形成停站脉冲用M21未定向M22未定向M30轿厢到一楼M32轿厢到三楼M34轿厢到五楼第4章PLC电梯控制系统部分基本功能梯形图分析（1）召唤信号登记响应及清除功能位于层楼面的乘客欲前往任意一层楼，可通过按下电梯层门旁的上下召唤按唤来召唤电梯。当电梯到达乘客所召唤的那一层楼面时，立即清除该召唤信号。图4-1为一楼上召唤登记响应及清除功能梯形图。当在非消防状态下，即常闭X016得电。X017为一楼上召唤按钮输入常开触点，若此时有人按下此开关，X017得电，同时线圈Y020得电，常开Y020自保，即一楼上召唤信号登记显示。若电梯此时就在一楼时，直接清除一楼上召唤登记显示。若电梯不在一楼，则下行到达一楼后，一楼行程开关X003得电后，线圈M40得电，常闭M40变常开，线圈Y020就失电，清除一楼上召唤登记显示。若在消防状态下，常开X016变常闭得电，直接清除一楼上召唤登记显示。图4-1 一楼上召唤信号登记响应及清除功能梯形图（2） 指令信号登记响应及清除功能当司机乘客消防人员进入到电梯轿厢中时，就要用到轿厢内控制屏上的指令按钮。当电梯到达乘客所要去的那一层楼面时，立即清除该指令登记信号。图4-2为一楼指令登记及清除梯形图。从图中可知，要使指令登记信号有效必须满足两个条件：1） 消防到过底楼开过门； 2） 非消防时；当电梯处于非消防状态时，线圈M4直接得电，满足指令登记信号有效的条件。当电梯处于消防状态时，常开X016变常闭。电梯到达一楼时，一楼行程开关X003得电，此时线圈M13得电，与开门信号相配合，电梯此时处于消防到过底楼开过门的状态。常开M13变常闭，线圈M4得电，也满足使指令登记信号有效的条件。图4-2 一楼指令信号登记响应及清除功能梯形图此时，电梯开始接收指令登记信号。如果此时电梯不在一楼时，按下到一楼指令按钮，一楼指令按钮X010得电，线圈Y013得电，常开Y013自保，完成一楼指令登记显示。电梯下行到一楼时，一楼行程开关X003得电，线圈M6得电，常闭M6变常开，即清除了一楼指令登记。如果此时电梯就在一楼，按下一楼指令按钮的同时就清除一楼指令登记，因为电梯此时就在一楼。电梯处于消防工作状态且没有到达底楼开过门，常开X016变常闭，线圈M6也得电，电梯也清除指令登记，只有当电梯到达底楼开过门后，线圈M13得电，常闭M13变常开，才不清除指令登记。需要说明的是当常开M3得电变常闭时，电梯也清除指令登记。M3是消防到达底楼开过门并在任何层楼面停过站且有停站信号，就清除所有指令登记。这样做是为了当电梯到达某层后，消防人员可以依火势大小决定是否继续上行，如果不及时清除所有指令登记，电梯会继续上行，这样就不是非常安全。图4-3为实现此功能的梯形图。图4-3 消防到达底楼开过门并在任何层楼面停站 则清除所有指令登记功能梯形图（3） 自动定向功能电梯的换向即改变电梯的运行方向，实际就是改变电动机的旋转方向。电梯在无司机工作状态下，由程序决定上行或下行。当电梯发出召唤信号或指令信号时，PLC自动根据轿厢目前所在层楼位置，来判定是上行还是下行。若 召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 电梯上行召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 电梯下行召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 无法定向图4-4为电梯自动定向功能（部分）梯形图。无司机工作状态下，当三楼有指令信号Y015或上下召唤信号Y023、Y024发出时，PLC首先判断轿厢当前是否在三楼，如果就在三楼，则轿厢在三楼的常闭M32变常开，线圈Y003、Y004都不得电，电梯既不上行也不下行。如果电梯在一楼或二楼，则轿厢在三楼、四楼、五楼的常闭触点M32、M33、M34不得电，仍为常闭，且在非消防状态下，X016常闭得电，则线圈Y003得电，电梯定向为上行。如果电梯在四楼或五楼，则轿厢在一楼、二楼、三楼的常闭触点M30、M31、M32不得电，仍为常闭，则线圈Y004得电，电梯定向为下行。有司机工作状态下，X002变常闭，这时需由司机按下X000上行启动按钮，电梯才能上行。同样若司机按下X001下行启动按钮，电梯则下行。在消防工作状态下，常闭X016变常开，电梯停止上行；常开X016变常闭，线圈Y004得电，电梯下行到底楼。当电梯消防时到达底楼且开过门后M13常闭变常开，电梯不再下行。上行和下行同时有互锁常闭Y003和常闭Y004。在有司机工作状态下，如果电梯有运行信号Y007，则不再接收上行或下行信号。M0是一个特殊中间继电器，要求在无司机、门未关闭、既非上行也非下行条件下，指令优于召唤参加定向，这是为了在既有召唤信号也有指令信号的情况下，优先满足轿厢内的乘客需要。图4-4 自动定向功能（部分）梯形图（4）减速控制功能为了使轿箱内乘客在停站时更加舒适，电梯在加速、运行至到站前还应减速。当电梯运行到停站的前一层使其层控制行程开关闭合时，使线圈Y030,实现减速控制，电梯减速运行至下一站时，使其层控制行程开关闭合的同时使线圈Y030失电，取消减速控制信号。消防时X016常闭打开使线圈Y030不能得电，直至行驶到2层时减速。取消消防信号时恢复各层的减速功能。图4-5为减速控制功能（部分）梯形图。图4-5 减速控制功能（部分）梯形图（5） 停站控制功能图4-6为停站及1秒停站脉冲形成功能（部分）梯形图。从图中可知，停站信号形成有几种情况：1） 非消防及非有司机直驶时一楼到；2） 非消防及非有司机直驶时五楼到；3） 非消防时指令信号或召唤信号所指的层楼到；4） 非上行也非下行时，即未定向时；5） 消防时下行到达底楼开过门；6） 运行中且没有到达任何一层面；图4-6 停站及1秒停站脉冲形成功能（部分）梯形图非消防时，当上行继电器Y005和二楼上召唤按钮Y021或下行继电器Y006和二楼下召唤按钮Y022或二楼指令登记显示有任意一组同时满足时，且轿厢到达二楼时，二楼行程开关常开X004变常闭，1秒停站停冲脉冲形成后，停站信号线圈M1得电。消防时，电梯下行到底楼开过门后，常开M13变常闭，一楼行程开关常开X003变常闭，1秒停站脉冲形成后，停站信号线圈M1得电。同时如果一楼到X003变常闭，五楼到X007变常闭，未定向时，停站信号线圈M1也得电。1秒停站脉冲形成过程是这样的：如果轿厢既不在一楼、二楼、三楼、四楼、五楼时，线圈M14得电，常开M14变常闭，线圈M15得电，常开M15自保，启动定时器T3，定时1秒钟后，线圈M19得电，常闭M19变常开，M15失电。这样做的目的是，如果在停站信号中直接使用不延时1秒钟的常开M15，一旦电梯到达某一层面时，线圈M14失电，线圈M15失电，停站线路中仍为常开M15，与前面的任何层面的行程开关变常闭有所矛盾，这样线圈M1无法得电，电梯也就无法停站。因此，采用延时1秒钟的办法，让任何层面的行程开关先得电，M19也得电，延时1秒钟后再断开，让线圈M1能够得电，这样电梯就能顺利的停站。（6）厅外开门功能所谓厅外开门是指在无司机状态下，轿厢既非上行也非下行（未定向）且停在某层时，如果这层恰好有召唤登记信号，则自动开门。图4-7 二楼厅外开门功能梯形图图4-7为二楼厅外开门功能梯形图。在非上行显示常闭Y003、非下行显示常闭Y004、无司机常闭X002、无上下客常闭M20都得电时，二楼有向上或向下召唤登记，则电梯定向到达二楼，二楼行程开关常开X004得电变常闭，厅外开门M2线圈得电，实现厅外开门。(7)开、关门和下客控制功能电梯到站后，首先开门，然后上下客，红外开关检测有无人，若无人3秒则自动关门，此时若有人闯入，则自动开门，再次检测到无人3秒后关门。 在无司机状态下，自动控制开门。从图中可知，满足开门条件有以下几种情况： 非消防时有停站开门信号； 非消防时有厅外开门信号； 非消防时开始关门，有人闯入； 消防时到达底楼；在非消防状态时，PLC一旦发出停站开门信号或厅外开门信号，即常开M1变常闭或常开M2变常闭，开门信号线圈Y000得电，常开Y000自保，然后使开门限位开关X030置位，取消开门信号。在消防状态时，电梯下行至底楼开门，一楼行程开关X003得电，常开M13得电，PLC发出开门信号。在无司机状态下，由红外感应开关控制上下客时间。开门结束后由X027感应有无上下客，若无上下客，3秒后T1置位，同时符合关门条件，M5置位，启动关门信号。若此时有人闯入，则启动开门信号，3秒后启动关门信号。满足关门条件有以下几种情况： 无司机状态下，消防未到过底楼开过门，上下客时间满足； 有司机状态下，在上行下行显示情况下，按下上行下行驶按钮，； 消防到过底楼开过门后，响应指令登记信号，由消防人员控制电梯上行；关门条件线圈M5得电后，关门显示线圈Y001得电并自锁，开门Y000和门关闭Y002互锁，使关门限位开关XM职位后取消关门信号。消防且未到过底楼开过门的情况下，也要进行关门。图4-8 开、关门和上下客控制功能梯形图(8)有司机直驶控制功能图4-9为有司机直驶控制功能梯形图。有司机状态下，常开X002变常闭；指令状态下，常开X015变常闭，有司机直驶线圈M16得电，即只响应指令召唤。图4-9 有司机直驶控制功能梯形图(9)轿厢定位功能轿厢由行程开关给出所在层楼位置信号。图4-10 轿厢定位在二楼功能梯形图图4-10为轿厢定位在二楼功能梯形图。当二楼行程开关X004得电，轿厢在二楼线圈M31得电，常开M31自保。轿厢在一楼、三楼行程开关X003、X005互锁。（10）层楼位置显示功能层楼位置显示采用二进制显示方法。利用LED七段显示器的A、D、G三段发光二极管来显示一至五楼层楼位置，如图4-11所示。ABCDEFG一楼0110000二楼1101101三楼1111001四楼0110011五楼1011011 图4-11 LED数码管显示层楼位置示意图图4-12为轿厢到四楼LED段显示功能梯形图。当轿厢到四楼,常开M33得电，则LED B、C、F、G段发光二极管得电，显示轿厢到四楼。 图4-12 轿厢到四楼LED段显示功能梯形图（11）达上行下行、运行显示控制功能图4-13 马达上行下行、运行显示控制功能梯形图图4-13为马达上行下行、运行显示控制功能梯形图。在门关闭Y002得电为常闭情况下，且非停站，M1常闭，有上行显示Y003得电，则线圈Y005得电，马达上行；有下行显示Y004得电，则线圈Y006得电，马达下行。马达上行和下行均有互锁。在马达上行或下行过程中，电梯运行显示线圈Y007得电。致 谢毕业设计临近结束，也就意味着即将告别大学生活，作为大学阶段最后一个重要的环节，毕业设计是对整个大学学习的总结和实践，因此我费了很多的心思和精力。在此感谢我的指导老师吴尉尉，在我做毕业设计期间，每当遇到问题时能够及时的给与我帮助，使问题得以解决，同时他还指出毕业设计中的不足，使我的设计更加完善。 参考文献1 张汉杰.现代电梯控制技术.修订版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20012 陈家盛.电梯结构原理及安装维修.第2版.北京：机械工业出版社,20003 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社,20044 MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION FX2N系列微型可编程控制器使用手册.JAPAN：MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION, 19995 陈立定.电气控制与可编程控制器.广州：华南理工大学出版社,20006 梁延东.电梯控制技术.北京：中国建筑工业出版社,1997附录：三菱FX2N PLC单台电梯控制系统梯形图系统流程图开始有无消防信号行驶至1楼开门有无召唤信号比较信号小于停站层大于停站层等于召唤层开门门上行减速停站下行减速停站返回关门门有无关门信号有无人闯入有有无有无无有取消消防信号停站无有有无消防信号有无司机行驶至1楼开门司机控制电梯运行有无指令信号有无召唤信号无选择上下行运行有无无处理召唤信号有有无选择停站层减速停站门关闭门取消控制信号有无停站信号有无第 41 页 共 45 页