基于三菱FX2N系列PLC的六層電梯控制

1、 成 都 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （論 文） 設(shè)計（論文）題目：基于三菱FX2N系列PLC的六層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 系 部 名 稱： 專 業(yè)： 班 級： 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師： 二O一四 年 月第2頁摘要隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，高層建筑日益增多，電梯成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚拇焦ぞ?。電梯性能的好壞對人們生活的影響越來越顯著，因此必須努力提高電梯系統(tǒng)的性能，保證電梯的運行即高效節(jié)能又安全可靠。傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)采用的是繼電器邏輯控制電路，這種控制易出故障，維護不便，運行壽命短，占地空間大，正逐步被淘汰。為了提高自動控制系統(tǒng)的可靠性和設(shè)備的工作效率，設(shè)計了一套以PLC為核

2、心控制器的電梯自動控制系統(tǒng)，用來取代以往的較復雜的繼電器接觸器控制。系統(tǒng)的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-80型PLC，因為在核心控制部分采用的是軟件程序控制，從而在保證電梯正常運行這個要求的情況下，大大的提高了電梯故障檢查與維修的方便性和容易性，同時還克服了手動操作所帶來的一些人為干擾因素，取得了良好的預期效果。關(guān)鍵詞：電梯 PLC 梯形圖IIIAbstractWith the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indi

3、spensable means of transport of daily life. The quality of the lift performance of the impact on people's lives becoming more and more obvious, it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. The traditio

4、nal elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually. For raising the credibility of the automatic control system

5、 and the work efficiency of the equipments, design a set of take PLC as the core controller of the elevator auto control system, using to replace former more complicated of after electric appliances-the contact machine control. The core part(control part) of the system used a Japanese Mitsubishi com

6、pany to produce of the FX2N - 80 type PLC is the software procedure control in the core because of what to control the part adoption, thus Be promising the elevator circulates normally under the circumstance ofwith this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for ma

7、intain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in the meantime, obtain the good results. Key Words: Elevator, PLC, Ladder Diagr目錄摘 要IAbstractII目錄III第1章 緒論11.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題21.1.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點21.1.2電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題21.2 PLC 及其在電梯控制中的應(yīng)用特點31.2.1 PLC 的特

8、點31.2.2 PLC 控制電梯的優(yōu)點31.3 課題的提出41.4 課題的主要討論內(nèi)容51.5 電梯的功能要求10第2章 三菱FX2N 系列可編程序控制器介紹102.1 三菱FX2N PLC的主要特點102.2.1 三菱FX2N PLC的主要結(jié)構(gòu)102.2.2 三菱FX2N PLC的主要特點102.2.3 PLC的性能指標和分類102.2 可編程序控制器的工作方式112.3 可編程控制器的編程語言11第3章 電梯設(shè)備和電梯發(fā)展動態(tài)103.1電梯的出現(xiàn)及發(fā)展113.2 電梯設(shè)備113.2.1電梯的分類113.2.2電梯的主要組成部分113.2.3電梯的安全保護裝置123.2.4電梯的發(fā)展與展望1

9、3第4章 PLC 的選擇及電梯的運動控制134.1可編程控制器（PLC）的選型144.2 門機電路、抱閘電路及安全運行電路144.3電梯的主要電氣設(shè)備154.4電梯運動過程分析154.4.1電梯的開關(guān)門環(huán)節(jié)154.4.2外呼信號的登記與消除環(huán)節(jié)164.4.3電梯的定向環(huán)節(jié)164.4.4樓層顯示174.5 PLC的輸入與輸出174.5.1 PLC控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)計算174.5.2 PLC的輸入與輸出口設(shè)計18第5章 程序的調(diào)試與仿真235.1調(diào)試程序235.2模擬仿真24結(jié) 論27參 考 文 獻28附件一：電梯運行流程圖29附件一：梯形圖30成都工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章 緒論近年來我國

10、的經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住條件得到了巨大的改善。電梯作為建筑物內(nèi)的垂直交通運輸工具，與人們的生活息息相關(guān)。傳統(tǒng)的電梯曳引電動機采用接觸器來實現(xiàn)電動機工作狀態(tài)的改變，另外，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)由繼電器接觸器控制邏輯組成，存在著電氣元件多、功能弱、電氣故障頻繁，可靠性差和工作壽命短等缺陷。可編程控制器（PLC）是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被 PLC 控制代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速，不僅能滿足乘客的舒

11、適感和保證平穩(wěn)的精度，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減小運行費用。因此，PLC 控制技術(shù)加變頻調(diào)速已成為現(xiàn)代電梯行列的一個熱點。PLC 控制是指電梯信號控制由 PLC 及其軟件來實現(xiàn)，該控制系統(tǒng)的核心為 PLC。其次課題開發(fā)的主要任務(wù)和內(nèi)容是：建立“PLC 控制的電梯系統(tǒng)”的總體框架；信號控制系統(tǒng)利用 PLC 集中處理電梯運行方式、安全保護信號、內(nèi)指令信號、外召喚信號、井道信號、門區(qū)信號、開關(guān)門及限位信號等信號，并顯示電梯所到樓層、運行方向及呼梯應(yīng)答等，實現(xiàn)開關(guān)門控制；拖動控制系統(tǒng)中曳引機的啟動、運行、制動停止，包括正反轉(zhuǎn)信號及多種速度信號，經(jīng) PLC 運算、判斷后通過電機來實現(xiàn)。達到的要求是：通

12、過深入的理論研究和編程實踐，全面認真的完成上述幾個內(nèi)容。本課題的核心問題有兩個：一是運行效率、平層精度和安全性的要求；二是 PLC 實現(xiàn)電梯信號控制及其軟件開發(fā)。對于第一個問題，通過選擇合適的PLC，進行合理的設(shè)計和編程便可以實現(xiàn)。本人選擇的PLC是日本三菱公司的 FX2N80 型可編程控制器。第二個問題，根據(jù)電梯所要實現(xiàn)的功能以及 PLC 的順序執(zhí)行程序的特點，編寫 PLC 程序主要是采取模塊化編程思想，即根據(jù)各功能實現(xiàn)的條件及原則編寫各個功能模塊來實現(xiàn)。1.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題1.1.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點1. 所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和

13、掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。2. 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。3. 大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格便宜。4. 多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，已形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉掌握的人員較多。（宋體小四固定值20 磅）1.1.2電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題1. 系統(tǒng)觸點繁多接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。2. 普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。3. 電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。4. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

14、龐大，能耗較高，機械動作噪音大。5. 由于線路復雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高；而且檢查故障困難，費時費工。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚擾。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故 。1.2 PLC 及其在電梯控制中的應(yīng)用特點1.2.1 PLC 的特點PLC 是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。PLC 與普通微機一樣。以通用或?qū)Ｓ?CPU 作為字處理器，實現(xiàn)字運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器（布爾處理器），進行點（位）運算與控制。PLC 控制一般具有可靠

15、性高、易操作、維修。編程簡單、靈活性強等特點。1 可靠性對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。（1） PLC 不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。（2） PLC 采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計，例如，冗余設(shè)計，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復等，提高了 MTTF（平均無故障時間），使可靠性提高。（3） PLC 有較高的易操作性，具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。（4） PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言

16、，編程錯誤率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計的硬件使可靠性大大提高。（5） 在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先進的工藝制造流水線制造；對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對電源的斷電保護；對存儲器內(nèi)容的保護等。（6） PLC 的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波等；軟件自診斷；簡化編程語言等。2 易操作性PLC 的易操作性表現(xiàn)在下列幾個方面：（1） 操作方便PLC 的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù) PLC 采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的 PLC，編程器采用了 CRT

17、屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進行搜索或順序?qū)ふ?，然后進行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 上顯示。（2） 編程方便PLC 有多種程序設(shè)計語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語言，十分有助于編程人員的編程。（3） 維修方便PLC 具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求減低。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。3 靈活性PLC 的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面：（1） 編程的靈活性。PLC 采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符

18、、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。（2） 擴展的靈活性。PLC 的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應(yīng)用和控制范圍的擴展。（3） 操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易1.2.2 PLC 控制電梯的優(yōu)點1. 在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。2. 去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。3. PLC 可實現(xiàn)各種復雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。4. PLC 可進行故障自動檢測報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。

19、5. 用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。6. 更改控制方案時不需改動硬件接線。在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可大大的提高。去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。PLC 可實現(xiàn)各種復雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。PLC 可進行故障自動檢測報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。更改控制方案時不需改動硬件接線。1.3 課題的提出PLC以其優(yōu)越的性能，在很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在電梯業(yè)也是如此，目前國內(nèi) 7080 年代安裝完成的電梯絕大部分是繼電器控制，線路復雜，節(jié)點接線多，故障率高，系統(tǒng)結(jié)

20、構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大，嚴重地影響電梯運行質(zhì)量。應(yīng)對這些電梯進行更新和改造。但是更新需要大量資金，對使用單位來說有一定困難，所以對電梯進行局部改造是經(jīng)濟的、實際的。近年來，采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（PLC）來控制電梯，取得了良好效果。利用 PLC 和變頻器對舊電梯進行改造，不但可以增加電梯的舒適感、安全性、可靠性，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減少運行費用。1.4 課題的主要討論內(nèi)容課題所研究的內(nèi)容主要是用可編程控制器（PLC）改造在用電梯自動控制系統(tǒng)。由于大部分老式電梯的電控系統(tǒng)可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統(tǒng)進行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制技術(shù)進行研究，

21、找出一條適合國產(chǎn)老式電梯的改造之路，并進而提高國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和質(zhì)量，具有十分重要的意義。針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（PLC）來控制電梯。論文的主要內(nèi)容如下：首先對電梯系統(tǒng)及可編程控制器（PLC）作了比較全面的總結(jié)和介紹。接著闡述了電梯控制系統(tǒng)的分類及特點，電梯的控制系統(tǒng)分為調(diào)速和信號控制兩大部分。確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由 PLC 來實現(xiàn)電梯信號控制，有雙速電機實現(xiàn)調(diào)速，完成了電機和可編程控制器（PLC）的選擇。然后是系統(tǒng)硬件開發(fā)，完成了 PLC 的選型、I/O 點數(shù)分配與 PLC 的連

22、接。在分析了電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法基礎(chǔ)上，設(shè)計出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，介紹了控制系統(tǒng)的流程。編寫出控制程序，最后結(jié)合程序?qū)Ω脑旌蟮碾娞菹到y(tǒng)進行模擬調(diào)試仿真。1.4 電梯的功能要求1.電梯運行到指定位置后應(yīng)具有手動或自動開/關(guān)門的功能。2.利用指示燈顯示電梯轎廂外的呼喚信號、電梯轎廂內(nèi)的指令信號和電梯的到達信號。3.能自動判斷電梯的運行方向，并發(fā)出響應(yīng)的指示信號。4.電梯的上行下行有一臺交流雙速電機牽引。電機正傳，電梯上升；電梯反轉(zhuǎn)，電梯下降。5.電梯轎廂門由另一臺小功率電機驅(qū)動。電機正傳，轎廂門打開；電機反轉(zhuǎn)，轎廂門關(guān)閉。6.每一層樓設(shè)有呼叫按鈕；轎廂內(nèi)設(shè)有開關(guān)轎廂門按鈕；轎廂內(nèi)

23、的層面指令按7.電梯啟動、運行、到站實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。8.行車時，廳門和轎廂都不能開門。開門之后不能行車，有門連鎖保護。平層時可自動開門、手動開門，夾人時自動開門。第2章三菱FX2N 系列可編程序控制器介紹2.1 可編程控制器的基礎(chǔ)認識2.1.1 三菱FX2N PLC的主要結(jié)構(gòu)可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：1.電源可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采

24、取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去2.中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝

25、置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。3.存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。4.輸入輸出接口電路（1）現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。（2）現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。5.功能模塊如計數(shù)、定位等功能模塊

26、。6.通信模塊2.1.2 三菱FX2N PLC的主要特點1.集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。 2.對6種基本單元，可以以最小8點為單元連接輸入輸出擴展設(shè)備，最大可以擴展輸入輸出256點。 3.高速運算 （1）基本指令：0.08s指令 （2）應(yīng)用指令：1.52幾百s指令 4.安全、寬裕的存儲器規(guī)格 （1）內(nèi)置8000步RAM存貯器 （2）安裝存儲盒后，最大可以擴展到16000步。 5.豐富的軟元件范圍 （1）輔助繼電器：3072點，定時器：256點，計數(shù)：235點 （2）數(shù)據(jù)寄存器；8000點 6.除了具有輸入輸出16256點的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。 7.面

27、向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格為大量實際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能： 開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬IO，高速計數(shù)器。對每一個FX2N主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。2.1.3 PLC的性能指標和分類1.PLC的主要性能指標l (1)輸入輸出點數(shù)（IO點數(shù)）IO點數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標志著可以接多少個開關(guān)、按鈕和可以控制多少個負載。l (2)存儲容量存儲容量是指可編程序控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以步為單位，二進制16位即一個字為一步。l (3)掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需時間來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需

28、時間來計算的，單位用µs/步。l (4)功能擴展能力可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用的需要，如AD模塊、DA模塊、位置控制模塊等。l (5)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指一臺可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強弱的主要指標。2. PLC的分類通常，PLC產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進行分類。按結(jié)構(gòu)形式不同, 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型PLC三種類型。開始內(nèi)部處理通信處理RUN方式？輸入掃描程序執(zhí)行輸出處理NY2.2 可編程序控制器的工作方式1. PLC的掃描工作方式可編程序控制器在進入RU

29、N狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描，并周而復始地重復進行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖2-1所示，包括五個階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關(guān)。2. PLC的程序執(zhí)行過程 圖2-1 PLC的掃描過程PLC的程序的執(zhí)行過程一般可分輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖2-2所示。輸入端子輸入映象寄存器輸出映像寄存器輸出鎖存器輸出端子輸入

30、.輸出程序執(zhí)行階段輸入采樣階段輸出刷新階段X001Y001Y001M1讀讀圖2-1 PLC的掃描過程3. PLC的掃描周期在PLC的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時間。4. PLC的IO響應(yīng)時間PLC采用集中IO刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產(chǎn)生了PLC的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。2.3

31、 PLC的編程語言PLC的用戶程序，是設(shè)計人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過PLC編程語言的編制規(guī)范，按照實際需要使用的功能來設(shè)計的。只要用戶能夠掌握某種標準編程語言，就能夠使用PLC在控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)各種自動化控制功能。根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準（IEC1131-3），PLC有五種標準編程語言：梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）、結(jié)構(gòu)文化本語言（ST）。1. 梯形圖語言梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設(shè)計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣

32、泛的歡迎和應(yīng)用。梯形圖編程語言的特點是：與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計人員易于掌握。梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點是，梯形圖中的能流不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，應(yīng)用時，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。2. 指令表語言指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無計算機的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進行編制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應(yīng)，在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。 指令表表編程語言的特點是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記

33、憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計算機的場合進行編程設(shè)計；與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系。其特點與梯形圖語言基本一致。3. 功能模塊圖語言功能模塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。功能模塊圖編程語言的特點：功能模塊圖程序設(shè)計語言的特點是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達功能，直觀性強，對于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計人員很容易掌握的編程；對規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關(guān)系，使編程調(diào)試時間大大減少。4. 順序功能

34、流程圖語言順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復雜的場合。順序功能流程圖編程語言的特點：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶程序理解；避免梯形圖或其他語言不能順序動作的缺陷，同時也避免了用梯形圖語言對順序動作編程時，由于機械互鎖造成用戶

35、程序結(jié)構(gòu)復雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大大縮短。本畢業(yè)設(shè)計中主要使用梯形圖語言。第3章 電梯設(shè)備及電梯發(fā)展動態(tài)3.1 電梯的出現(xiàn)及發(fā)展1854 年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明-歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150 年以來，她已經(jīng)發(fā)展成為世界、亞洲和中國領(lǐng)先的電梯公司。自從我國實行改革開放政策以來，全國各地高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為高樓的垂直交通工具電梯，其需求量日益增長。各種類型、規(guī)格繁多的電梯已在高樓內(nèi)投入運行。為了

36、確保電梯正常運行、安全使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護好電梯。 20世紀初，美國出現(xiàn)了曳引式電梯，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，從圖中可見，鋼絲繩懸掛在曳引輪上，一端與轎廂連接，而另一端與對重連接，隨曳引輪的轉(zhuǎn)動，靠鋼絲繩與曳引輪槽之間的摩擦力使轎廂與對重作一升一降的相反運動。顯然，鋼絲繩不用纏繞，因此鋼絲繩的長度和股數(shù)均不受限，當然轎廂的載重以及提升高度就得到了提高，從而滿足了人們對電梯的使用需求。因此，近一百年來，曳引式電梯一直受到重視，并發(fā)展沿用至今在后來的幾十年里，電梯的自動平層控制系統(tǒng)以及1轎廂 2曳引輪 3對重通過變換電動機極數(shù)的調(diào)速方法來調(diào)整電梯的運行速度的技術(shù)相繼研制成功

37、，1933年世界上第一臺運行速度為6m/s的電梯被安裝在美國紐約的帝國大廈。第二次世界大戰(zhàn)后，建筑業(yè)的發(fā)展促使電梯進入了高峰發(fā)展時期，代表新技術(shù)的電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電梯領(lǐng)域的同時，陸續(xù)出現(xiàn)了群控電梯、超高速電梯、交流變頻變壓調(diào)速電梯。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，晶閘管變流裝置越來越多地用于電梯系統(tǒng)，使電梯的拖動系統(tǒng)簡化，性能提高。同時交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的研制和開發(fā)，使交流電梯的調(diào)速性能有了明顯的改善。進入20世紀80年代，通過控制電動機定子供電電壓與頻率電梯運行速度的調(diào)壓調(diào)頻技術(shù)研制成功，出現(xiàn)了交流變壓變頻（VVVF）調(diào)速電梯，開拓了電梯拖動的新領(lǐng)域。1993年，日本生產(chǎn)了12.5m/s的世界高速

38、交流變壓變頻調(diào)速電梯，結(jié)束了直流電梯獨占高速領(lǐng)域的歷史。電梯發(fā)展的今天，在使用需求和新技術(shù)應(yīng)用方面都進入到全面發(fā)展時期，隨著智能化、信息化建筑的興起與完善，要求電梯不只是完成垂直運輸?shù)幕竟δ?，還應(yīng)以人為本提高舒適度，從電梯運行的控制智能化角度考慮，電梯的優(yōu)質(zhì)服務(wù)不再是單一的“時間最短”問題，而是采用模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等方法，以期實現(xiàn)單梯與群控管理的最佳模式。合理的配置與使用遠程監(jiān)控與故障診斷、節(jié)能以及減少環(huán)境污染等。本文中著重研究電梯的升降控制邏輯，不著重主電動機的升降速度以及電梯的安全保護措施 3.2 電梯設(shè)備 3.2.1 電梯的分類 1. 按速度分類 低速電梯 1m/s以下 高

39、速電梯 2-3m/s超高速電梯 3-10m/s2. 按用途分類 乘客電梯 住宅電梯 觀光電梯 載貨電梯客貨兩用電梯 車輛電梯 其他電梯3. 按拖動方式分類 交流電梯 直流電梯 液壓電梯 齒輪齒條電梯螺桿式電梯4. 按有無司機分類 有司機電梯 無司機電梯 有/無司機電梯5. 按控制方式分類 手柄操縱控制電梯 按鈕控制電梯 6. 信號控制電梯 集選控制電梯 群控電梯7. 按曳引機結(jié)構(gòu)分類 有齒曳引機電梯 無齒曳引機電梯3.2.2 電梯的主要組成部分 1. 曳引部分：通常有曳引機和曳引鋼絲繩組成。電動機帶動曳引機旋轉(zhuǎn)使轎廂上下運動。2. 轎廂和廳門：轎廂由轎架，轎底，轎壁和轎門組成；廳門一般有封閉式

40、、中分式、雙折中分式和直分式等。3. 電器設(shè)備及控制裝置：有曳引機，選層器傳動及控制柜、轎廂操縱盤、呼梯按鈕和廳外指示器組成。其它裝置：對重裝置、補償裝置等3.2.3 電梯的安全保護裝置1. 電磁制動器：裝于曳引機軸上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層后斷電制動。2. 強迫減速開關(guān)：分別裝于井道的頂部和底部，當轎廂駛過端站換速未減速時，轎廂上撞塊就觸動此開關(guān)，通過電器傳動控制裝置，使電動機強迫減速。3. 限位開關(guān)：當轎廂經(jīng)過端站平層位置后仍未停車，此限位開關(guān)立即動作，切斷電源并制動，強迫停車。4. 行程極限保護開關(guān)：當限位開關(guān)不起作用，轎廂經(jīng)過端站時，此開關(guān)動作。5. 急停按鈕：裝

41、于轎廂司機操縱盤上，發(fā)生異常情況時，按此按鈕切斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。6. 廳門開關(guān)：每個廳門都裝有門鎖開關(guān)。僅當廳門關(guān)上才允許電梯啟動；在運行中如出現(xiàn)廳門開關(guān)斷開，電梯立即停車。7. 關(guān)門安全開關(guān)：常見的是裝于轎廂門邊的安全觸板，在關(guān)門過程中如安全觸板碰到乘客時，發(fā)出信號，門電機停止關(guān)門，反向開門，延時重新開門，此外還有紅外線開關(guān)等。8. 超載開關(guān)：當超載時轎底下降開關(guān)動作，電梯不能關(guān)門和運行。9. 其它的開關(guān)：安全窗開關(guān)，鋼帶輪的斷帶開關(guān)等。3.2.5 電梯發(fā)展展望1. 結(jié)構(gòu)不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化。隨著新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的發(fā)展，電梯的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化

42、、體積小型化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯在新世紀將會有較大速度發(fā)展。2. 技術(shù)含量更高，性能更好。電梯行業(yè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的VVVF 電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標準配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更潔凈、更安全、更安靜、更經(jīng)濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流；由于永磁技術(shù)的先進性，將來很有可能取代VVVF 技術(shù)。另外，網(wǎng)絡(luò)控制和智能群控系統(tǒng)以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。3. 安裝更方便、更快捷（1） 高效、安全、可重復使用的無腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式，隨著技術(shù)的

43、開發(fā)、應(yīng)用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。（2） 此外，電梯的雙向安全裝置、無底坑、無線控制、綠色環(huán)保安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適，也將是未來電梯的重要發(fā)展方向。（3） 程序的基本控制流程如圖4-5所示。（其中不包括檢修及司機開關(guān)電梯環(huán)節(jié)，只是電梯運行的基本流程圖）第4章 PLC 的選擇及電梯的運動控制4.1 可編程控制器（PLC）的選型考慮到本次設(shè)計的電梯系統(tǒng)有六層，且開關(guān)量居多，模擬量較少；對于開關(guān)量控制為主的系統(tǒng)而言，一般PLC的響應(yīng)速度足以滿足控制的要求，在小型PLC中整體式比模塊式的價格便宜，體積也小，綜合考慮后，系統(tǒng)選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N系列

44、PLC。FX2N 系統(tǒng) PLC 具有以下幾方面的優(yōu)點：1. FX2N配置靈活，除主機單元外，還可擴展 I/O 模塊，A/D 模塊，D/A模塊和其它特殊功能模塊。2. FX2N指令功能豐富，有各種指令 107 條，且指令執(zhí)行速度快。3. FX2N可用內(nèi)部輔助繼電器 M，狀態(tài)繼電器 S，定時器 T，寄存器 D，計數(shù)器 C 的功能和數(shù)量滿足了系統(tǒng)控制要求的需要。4. FX2N的編程可用編程器，也可以在 PC 機上使用三菱公司的專用編程軟件包 MELSOFT系列的GX Developer來進行。編程語言可用梯形圖或指令表。尤其是可用 PC 機對系統(tǒng)實時進行監(jiān)控。為調(diào)試和維護提供了極大的方便。 4-1

45、門機、抱閘運行電路圖4.2 門機電路、抱閘電路及安全運行電路圖4-1為電梯的門機、抱閘及安全運行電路。門電動機為他勵直流電動機，可由KM3、KM4控制其正反轉(zhuǎn)。KM3接通時，電阻R2與電動機電樞并聯(lián)，電流由電樞左端流向右端，電動機正轉(zhuǎn)實現(xiàn)開門， KM4接通時，電動機將反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)關(guān)門。當電梯上下運行時，抱閘應(yīng)打開，其線圈KM5應(yīng)通電。電梯停止運行時，抱閘應(yīng)抱死，其線圈應(yīng)斷電。將所有廳、轎門開關(guān)串聯(lián)在一起，控制關(guān)門繼電器KM4，實現(xiàn)全部門關(guān)閉后電梯才能運行的控制。將安全窗開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器開關(guān)、轎內(nèi)急停開關(guān)、上下強迫停止開關(guān)、基站開關(guān)梯開關(guān)以及熱繼電器觸點FR1、FR2串聯(lián)在一起，構(gòu)成安全回

46、路，控制安全運行繼電器KA2，用KA2的觸點控制PLC的RUN口，只有當該KA2吸合時，才允許PLC處于運行狀態(tài)。這樣可以節(jié)省PLC的輸入口，又可以實現(xiàn)在多種緊急情況下的立即停車。4.3電梯的主要電氣設(shè)備1. 牽引電動機 齒輪牽引機為電梯的提升機構(gòu)。主要由驅(qū)動電動機，電磁制動器（也稱電器包閘），減速器牽引輪組成。2. 自動門機 用來完成電梯的開門與關(guān)門。電梯的門分為廳門（每層站一個）與轎門（只有一個）。只有當電梯?？吭谀硨诱緯r，此層廳門才允許開啟（由門機拖動轎門，轎門帶動廳門完成）；也只有當廳門，轎門全部關(guān)閉后才允許啟動運行。3. 層樓指示燈 層樓指示燈也叫層顯，安裝在每層站廳門的上方和轎箱內(nèi)

47、轎門的上方，用以指示電梯的運行方向及電梯所處的位置。過去常由低壓燈泡構(gòu)成，現(xiàn)多由LED組成，且與呼梯盒做成一體結(jié)構(gòu)。4. 呼梯盒 用以產(chǎn)生呼叫信號。常安裝在廳門外，離地面一米左右的墻壁5. 上?；九c底站只有一只按鈕，中間層站由上呼叫與下呼叫兩個按鈕組成6. 操縱箱 操縱箱安裝在轎箱內(nèi)，供乘客對電梯發(fā)布動作命令。其上面設(shè)有與電梯層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕。7. 平層及開門裝置 該裝置如圖4-2所示。由平層感應(yīng)器及樓層感應(yīng)器組成。上行時，上磁鐵板先觸發(fā)樓層感應(yīng)器，發(fā)出減速停車信號，電梯開始減速，至平層感應(yīng)器觸發(fā)時，發(fā)出開門及停車信號，電動機停轉(zhuǎn)，抱閘抱死。下行時，下磁鐵板出發(fā)樓層感應(yīng)器，發(fā)出減速停車

48、信號，電梯開始減速，至平層感應(yīng)器觸發(fā)時，發(fā)出開門及停車信號。8. 轎廂位置檢測裝置俗稱選層器，它檢測電梯轎廂運行狀態(tài)，所處位置，及時向控制系統(tǒng)發(fā)出所需要的信號。其主要功能是：根據(jù)登記的內(nèi)選與外呼信號和轎廂的位置關(guān)系，確定運行方向；當電梯將要到達所需停站的樓層時，給曳引電動機減速信號，使其換速；當平層停車后，發(fā)出信號以消去已應(yīng)答的選層、呼梯信號，并指示轎廂當前位置，選層器種類較多，通常分為三大類，即機械選層器、繼電器選層器和微機選層器。其中機械選層器與繼電器選層器將隨著繼電器控制電梯的逐步淘汰而淘汰。由于本畢業(yè)設(shè)計是六層電梯的控制故選用感應(yīng)器檢測轎廂位置。圖4-2 電梯的平層、停層裝置示意圖4.

49、4 電梯運動過程分析4.4.1 電梯的開關(guān)門環(huán)節(jié)1. 電梯自動運行停層時的開門。電梯在停層時，至平層位置，繼電器M227-M232接通，電梯開門計時繼電器T0開始計時。2. 手動開門。開關(guān)門均為手動狀態(tài)，由開關(guān)門按鈕X30和X31實施開門與關(guān)門。3. 呼梯開門。電梯到達某層站后，如果沒有人繼續(xù)使用電梯，電梯將?？吭谠搶诱敬?，若有人在該層站呼梯，電梯將首先開門，以滿足用梯的要求。若其他層站有人呼梯，電梯將首先定向，并起動運行，到達呼梯層時再開門，此時的開門按自動運行停層開門處理。4. 電梯停用后的關(guān)門。此時電梯到達基站，人員離開轎廂，電梯自動延遲5秒關(guān)門 。5. 電梯自動運行時的關(guān)門。停站時間

50、繼電器T0延時結(jié)束后，電梯自動關(guān)門。停站時間未到，可通過關(guān)門按鈕實現(xiàn)提前關(guān)門。4.4.2外呼信號的登記與消除環(huán)節(jié)1. 人員在轎廂門外呼梯時，X1-X12輸入外呼信號，呼梯信號應(yīng)被接收和記憶在繼電器M100-M109中。當電梯到達該樓層，且定向方向與目的地方向一致時(基層與頂層除外)，呼梯要求已滿足，呼梯信號應(yīng)被消除。2. 按下外呼按鈕時，相對應(yīng)的外呼輔助繼電器M100-M109Q接通，外呼按鈕下的指示燈Y6-Y17會點亮，表示呼梯要求已被電梯接收并記憶。而該信號的消除環(huán)節(jié)是由當層平層信號的動斷觸點與運行方向信號的動斷并聯(lián)構(gòu)成。這樣安排是前邊提到過的電梯運行中只響應(yīng)同時同向呼梯的原則決定的。即電

51、梯運行方向與呼梯目的的地方向一致且到達呼梯樓層時，平層感應(yīng)器X21-X26被觸發(fā)，電梯將停止，呼梯要求已滿足，呼梯信號被消除，指示燈Y6-Y17中與之相應(yīng)的指示燈會熄滅。3. 電梯運行方向與呼梯目的地方向相反時，如電梯從一樓向上運行(上行)而呼梯要求從二樓向下，若有去三樓以上的內(nèi)選層要求及外呼梯要求，電梯到達二樓時(無二樓上行要求)依然停梯，但不會下降到一樓，只有當上升到二樓以上的呼叫信號都滿足，并消除時，才會顯示下降信息。4.4.3電梯的定向環(huán)節(jié)在自動運行狀態(tài)下，電梯首先應(yīng)確定方向，也即定向。電梯的定向只有兩種情況，即上行和下行。電梯處于待命狀態(tài)，接收到內(nèi)選和外呼信號時，應(yīng)將電梯所處的位置與

52、內(nèi)選和外呼信號進行比較，確定是上行還是下行。一旦電梯定向后，內(nèi)選與外呼對電梯進行順向運行的要求沒有滿足的情況下，定向信號不能消除。檢修狀態(tài)下運行方向直接由上行和下行起動按鈕確定，不需定向。梯形圖中M121及M122分別為定上行及定下行中間繼電器，它們線圈的工作條件觸點塊由內(nèi)外呼信號及電梯位置信號組成。電梯的定向是由最初的呼梯信號決定的，一旦確定，只有順向的所以呼梯信號滿足后才會停止定向。如電梯從一樓向上運行(上行)而呼梯要求從二樓向下，若有去三樓以上的內(nèi)選層要求及外呼梯要求，電梯到達二樓時(無二樓上行要求)依然停梯，但不會下降到一樓，會一直上升，只有當上升到二樓以上的呼叫信號都滿足，并消除時，

53、才會開始準備下降，但此時需要再次輸入呼叫信息。4.4.4樓層顯示PLC輸出端直接與七段數(shù)碼管連接，無需外部硬件譯碼器，由PLC軟件進行七段譯碼，直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示樓層。4.5 PLC的輸入與輸出4.5.1 PLC控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)計算根據(jù)電梯控制的特點，輸入信號應(yīng)該包括以下幾個部分：1. 轎廂內(nèi)及各層門廳外呼按鈕主要是轎廂內(nèi)的樓層選擇數(shù)字鍵16，各層門廳外呼按鈕，除一層只設(shè)置上升按鈕，六層只設(shè)置下降按鈕外，其他層均設(shè)置上升和下降兩個按鈕。一共需要16個輸入。2. 位置信號位置信號由安裝于各樓層的電梯?？课恢玫?個傳感器產(chǎn)生。平時為常開，當電梯運行到平層時關(guān)閉。需要6個輸入。3. 控制總開關(guān)，1個輸入4. 電梯門控制信號大部分電梯都具有開門、關(guān)門