电梯控制系统设计wn.pdf

目 录 1 绪论3 1.1 PLC 简介3 1.2 PLC 的发展历史 3 1.3 PLC 的工作原理 4 1.4PLC 的程序设计方法5 2控制系统方案设计6 2.1 PLC 控制系统与其他控制方式的比较6 2.2 电梯控制系统方案设计8 2.3 电梯控制系统原理框图设计8 2.4 电梯控制系统硬件结构框图9 3 电气控制部分10 3.1 交流双速电梯的主电路10 3.2 电梯的主要电气设备11 4 PLC 控制部分 14 4.1 PLC 的选择14 4.2 输入/输出电路的设计15 4.3 梯形图设计15 5 结论27 致谢28 参考文献29 1 1 绪论 1.1 PLC 简介 可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器 PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司。PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。70年代中期以后，PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 PLC 已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能。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控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，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。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。可靠性高，抗干扰能力强、编程直观、简单、适应性好、功能完善，接口功能强。1.2 PLC 的发展历史 1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台 PLC。1969年，美国研制出世界第一台 PDP-14。1971年，日本研制出第一台 DCS-8。1973年，德国研制出第一台 PLC。1974年，中国研制出第一台 PLC 发展：20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的 PLC2 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.3、PLC 的工作原理 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(一)输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(二)用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能3 发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。(三)输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是 PLC 的真正输出。1.4 PLC 程序设计方法 1、分析控制系统的控制要求。熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。2、选择适当类型的 PLC。根据生产工艺要求，确定 I/O点数和 I/O 点的类型（数字量、模拟量等），并列出 I/O 点清单。进行内存容量的估计，适当留有余量。根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于 I/O总数乘以 8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要 100 个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要 200 个存储器字。确定机型时，还要结合市场情况，考察 PLC 生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的 PLC 机型。3、硬件设计。根据所选用的 PLC 产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。4、软件设计。（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。（2）模拟调试。将设计好的程序下载到 PLC 主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。5、现场调试。在模拟调试合格的前提下，将 PLC 与现场设备连接。现场调试前要全面检查整个 PLC 控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O 连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将 PLC 的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。4 2 控制系统方案设计 2.1 PLC 控制系统与其他控制方式的比较 2.1.1 PLC 控制系统与继电器控制系统的比较 继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被 PLC 控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC 控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。电梯继电器控制系统的优点：所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握；系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器；大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜；多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。但是，电梯继电器控制系统存在很多的问题：系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高；普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高；电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高；系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大；由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高，而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧，且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。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。5 PLC 控制电梯的优点：(1)在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。(2)去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。(3)PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。(4)PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(5)用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。(6)更改控制方案时不需改动硬件接线。为便于比较 PLC 控制系统与继电器控制系统优缺点现列表如下，详见表2-1。表 2-1 PLC 控制系统与继电器控制系统 比较项目 继电器控制系统 PLC 控制系统 控制功能 实现 有许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能 各种控制功能通过编制的程序来实现 对控制要求变更适应性 适应性差，需要重新设计，改变继电器和接线 适应性强，只需针对程序进行修改 控制速度 低，靠机械动作实现 极快，靠微处理器进行处理 特殊功能 一般没有 有 安装，施工 连线多，施工繁 安装容易，施工方便 可靠性 差，触点多，故障多 高，因元器件采取了筛选和抗老化等可靠性措施 寿命 短 长 可扩展性 困难 容易 维护 工作量大，故障不易查找 有自诊能力，维护工作量小 从表 2-1 可以看出，PLC 控制系统具有继电器控制系统无法比拟的优点，因此传统的继电器控制系统将逐渐被 PLC 控制系统所取代是大势所趋。2.1.2 PLC 控制系统与计算机控制系统比较 计算机控制系统在工业控制领域中，其主机一般采用能够在恶劣工业环境下可靠运行的工控机。工控机有通用微机应用发展而来，在硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，能提供实时操作系统的支持，故对要求快速，实时性强，模型复杂的工业对象的控制占有优势。但是，它的使用和维护要求工作人员应具有一定的专业知识，技术水平较高，且工控机在整机水平上尚不能适应恶劣工作环境。可编程控制器对此进行了改进，变通用为专用，有利于降低成本，缩小体积，提高可靠性等特性，更适应过程控制的要求。PLC 控制系统与计算机系统比较见表 2-2。6 表 2-2 PLC 控制系统与通用计算机系统的比较 比较项目 通用计算机系统 PLC 控制系统 工作目的 科学计算 工业自动控制 工作环境 对工作环境要求高 对工作环境要求低，可在恶劣的工业现场工作 工作方式 中断处理方式 循环扫描方式 系统软件 需配备功能较强的系统软件 一般只需简单的监控程序 采用的特殊措施 掉电保护等一般性措施 采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，可在线维修 编程语言 汇编语言，高级语言，如 BASIC，C等 梯形图，助记符语言，SFC 标准化语言 对操作人 员的要求 需专门培训，并具有一定的计算机基础 一般的技术人员，稍加培训即可操作使用 对内存的要求 容量大 容量小 价格 价格高 价格低 其他 若用于控制，一般需自行设计 机种多，模块种类多，易于集成系统 从表 2-2 可见，在控制功能方面，PLC 与通用计算机相比，工作更稳定可靠，而且编程简单，使用方便，应用设计和调试周期可大大缩短，加之又能在恶劣的工业环境下和强电一起工作，容易实现机电一体化。2.2 电梯控制系统方案设计 本设计通过多种方案的比较和参照，可看出 PLC 控制具有显著的优点：在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高；可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能；可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性和可靠性，并便于检修；用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。综上所述，本设计采用 PLC 控制。2.3 电梯控制系统原理框图设计 电梯控制系统原理框图如图 2.1 所示，主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及 PLC 电路等组成的。7 图 2.1 电梯控制系统原理框图 2.4 电梯控制系统硬件结构框图 系统由曳引机构、开、关门机构、轿厢、控制系统等组成，如图2.2所示。曳引系统的主要功能是输出和传递动力，使电梯运行。门系统的功能是封住层站入口和轿厢人口。而轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的主要工作部分。图 2.2 电梯控制系统硬件结构框图 8 3 电气控制部分 3.1 交流双速电梯的主电路 下图 3.1 为交流双速电梯的主电路图。图中，M1 为 YYYD 系列电梯专用型双速笼型异步电动机（4/16 极），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 为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8 为减速制动时的接触器；L1、L2 与 R1、R2 为串入电动机定子电路中的电感与电阻，与 KM5-KM8 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启动，延时后 KM5 通电吸合，KM3 断电释放，KM4 通电吸合，电动机转为低速接法，串入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且 KM6-KM8 依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动舒适度，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。图 3.1 交流双速电梯的主电路图 9 3.2 电梯的主要电气设备 3.2.1 曳引电动机 曳引电动机作为电梯的提升机构，主要由驱动电动机、电磁制动器（也称电磁抱闸）、减速器及曳引轮组成。3.2.2 自动门机 用来完成电梯的开门与关门：电梯的门的有厅门（每层站一个）和轿门（中有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许启动运行。3.2.3 层楼指示 层楼指示也叫层显，过去常有低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿门内轿门的上方；现多由数码管或 LED 点阵结构组成，与呼梯盒，运行方向指示做成一体结构。3.2.4 呼梯盒 呼梯盒用以在每层站召唤电梯。常安装在厅门外，离地面 1 米左右的墙壁上。基站与顶站有一个按钮，中间层站由上呼与下呼两个按钮组成。按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯号已被接收并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层开门时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上，常带有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。3.2.5 操纵箱 操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作指令。操纵箱上设有与电梯经层站数相同的内选层按钮（带有标记），上下层启动按钮（带有上，下行指示灯，检修时用），开关门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行，还是检修状态）以及风扇，照明等的控制开关。3.2.6 平层及开门装置 该装置如图 4 所示，由磁铁板和上、下平层感应器 1KR、2KR 组成。上行时，1KR 首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至 2KR 插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，2KR 首先插入隔梯铁板，发出减速信号至 1KR 插入隔梯铁板时，发出停车及开门信号。10 图 3.2 电梯的平层、停层装置示意图 3.2.7 停层装置 图 3.2 所示，在电梯的井道内每层站装有一只磁铁板，当轿厢运行到相应层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电梯所处位置和平层信号。3.2.8 开关装置 安全窗及其开关,安全钳及其开关，限速器及其开关，上，下限位开关，上下强迫停止开关，极限开关 电梯的轿厢顶部开有安全窗，供紧急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不允许运行。安全钳是为防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在是述情况下，将轿厢夹持在导轨上。限速器是用以检测电梯运行速度的机械装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使电梯停止运行。以上三种装置的动作 通过其相应天关来检测。当电梯运行至上，下极限位置时仍不停车，上，下限位开关动作，发出停车信号，若不能停车，将压下上，下强迫停止开关，强制电梯停止运行；若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关 SQ0 动作，切断电梯曳引电动机的电源，以达到停车的目的，避免电梯出现冲顶与蹾底事故。11 为了便于对电梯的工作原理及 PLC 控制系统进行分析，现列出 5 层 5 站电梯的电见下表：5 层 5 站电梯电气元件表 元件符号 名称及作用 元件符号 名称及作用 KM1 上行接触器 1SB1-4SB1 1 楼-4 楼上行外呼按钮 KM2 下行接触器 2SB2-5SB2 2 楼-5 楼下行外呼按钮 KM3 高速接触器 1HL-5HL 1 楼-5 楼指示灯 KM4 低速接触器 6HL、7HL 上、下行指示灯 KM5 启动加速接触器 HL6、HL7 操纵箱上、下行指示记忆灯 KM6-KM8 制动减速接触器 HL8 1 楼外呼指示记忆灯 KM9 开门接触器 HL9 2 楼上呼指示记忆灯 KM10 关门接触器 HL10 2 楼下呼指示记忆灯 SQ5 基站开关 HL11 3 楼上呼指示记忆灯 SQ6 开门到位开关 HL12 3 楼下呼指示记忆灯 SQ7 关门到位开关 HL13 4 楼上呼指示记忆灯 SQ8 开门调速开关 HL14 4 楼下呼指示记忆灯 SQ9-SQ10 关门调速开关 HL15 5 楼下呼指示记忆灯 SQ11-SQ15 楼-5 楼厅门锁开关 SA1 状态运行选择钥匙开关 SQ16 轿门关闭到位开关 SA2 基站开关梯钥匙开关 SQ17 上限位开关 SQ1 安全窗开关 SQ18 下限位开关 SQ2 安全钳开关 SQ19 上行强迫停止开关 SQ3 限速器开关 SQ20 下行强迫停止开关 SQ4 轿内急停开关 SB1 开门按钮 1KR 上平层感应器 SB2 关门按钮 2KR 下平层感应器 SB3 上行启动按钮 3KR 开门感应器 SB4 下行启动按钮 SQ 电源开关 12 4 PLC 控制部分 4.1 PLC 的选择 传统的控制方法是采用继电器接触器控制。这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制,还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此，将可编程控制器应用于电梯控制，完全能满足控制要求。且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。在本控制系统中，所需的开关量输入为32点，开关量输出为29点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。由于本系统的控制是顺序控制，选用日本三菱电工公司生产的FX2N-80MR的PLC来控制整个系统。之所以选择这种PLC，主要考虑FX系列PLC有以下特点：（1）可靠性高、抗干扰能力强 PLC 是为工业控制而设计的，除了对器件的严格筛选外，在硬件和软件两个方面还采用可屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，其平均无故障时间达到30000h以上。（2）编程直观、简单 考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点，PLC没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用了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，形象直观，易学易懂，电气工程师和具有一定知识的电气技术人员都可在短时间内学会，计算机技术和传统的继电器控制技术间的隔阂在PLC上完全不存在。因此，许多国家生产的PLC都把梯形图语言作为第一用户语言。此外，还可采用指令表进行编程控制。（3）适应性好 PLC 是通过程序实现控制的。当控制要求发生改变时，只要修改程序即可。由于PLC 产品已标准化、系列化、模块化。因此能灵活方便地进行系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统。其适应能力非常强，既可控制一台机器，一条生产线，也可控制一个复杂的群控系统，既可以现场控制，又可以远距离控制。（4）功能完善、接口功能强 PLC 具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高；其接口功率驱动范围较大，不像普通的计算机输出信号需放大才能驱动负载，极大地方便了用户。其常用的数字量输入输出接口，就电源而言有110V、220V交流和5V、13 48V直流等多种。4.2 输入/输出电路的设计 4.2.1 PLC 的电源控制电路 PLC 采用 AC220V 供电，如下图4.1所示，电梯正常工作时，锁梯开关 SA2 接通，PLC电源接通，程序正常运行，锁梯时，SA2 断开，PLC 断电，电梯停止运行。图 4.1 PLC 电源控制电路 4.2.2 输入设备 启动、停止选择开关 SQ1 限位开关 SQ2SQ8 点动开关 SB1SB18 安全开关 SA1 门锁开关 SA2 自动 SA3 检修 SA4 上减速 SA5 下减速 SA6 4.2.3 输出设备 控制上行、下行、高速、低速、启动加速、制动减速、开门、关门电机的接触器 KM1KM10 工作方式指示灯 HL1HL15,楼梯层数字显示 HL16。将电梯运行过程中的各种输入信号，送入 PLC 的输入口构成其输入电路图。完成电梯运行的各种执行元件及指示电梯运行状态的各种指示灯，均要受到 PLC 输出口的控制，构成其输出电路。其输入/输出电路如下图 6 所示。由上述输入/输出电路可知输入输出点分别为 32 点和 29 点，故可选择 FX2N-80MR 的 PLC 构成其控制系统。PLC输入、输出接线图如下页图4.2所示。图6是PLC和外围设备的外部接线图，应说明的是PLC面板上标有“COM”标记的端子即可作为公共端。4.3 梯形图设计 梯形图的设计可以分成几个环节进行，然后再将这些环节组合在一起，形成完整的梯形图。14 4.3.1 开门环节 电梯的开门存在以下几种情况（1）电梯投入运行前的开门 此时电梯位于基站，将开关电梯钥匙手插入SQ1（程序中 X010）内，旋转至开关电梯位置，此时 PLC 电源接通，程序开始运行，电梯自动开门，乘客或司机进入轿厢，选层后电梯自动进行。(2)电梯检修时开门 检修状态下（X003 接通），开门均为手动状态，由开关门按钮 SB1（X004），图 4.2 5 层 5 站电梯 PLC 控制 I/O 图 SB2（X005）实施开门与关门。(3)电梯自动运行停层时的开门 电梯在停层时，至平层位置，M140 接通，电梯开门 15 (4)电梯关门过程中的重新开门 在电梯关门的过程中，当需要重新开门时，可以通过开门按钮 X004 实施重新开门。大多数电梯现采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，以达到重新开门的目的。(5)呼梯开门 电梯到达某层站后，若没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命；若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。电梯在运行的过程中，当有外呼梯信号时，若顺向运行，则电梯停层开门；若逆向运行，则电梯不停层。(6)防夹或超载开门 当电梯在关门的过程中，如有东西夹在门上，则电梯在关门的过程中关不上，会使 X037接通；或电梯超载，轿箱底下的称重开关 X036 接通，使程序中的 M20 接通，则电梯重新开门。(7)电梯在运行中禁止开门 开门环节的梯形图如下图 4.3 所示：4.3 开门环节程序梯形图 16 4.3.2 电梯的关门环节(1)电梯停用后的关门 此时电梯到达基站，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开、关梯钥匙插入SA2，旋转到关梯位置，电梯诉安全回路被切断，PLC 停止运行，电梯被关闭。（2）自动关门 电梯开门时开始计时，时间到后，电梯应自动关门。（3）提前关门 停站时间未到时，可以用按钮 X005 实现提前关门。（4）检修关门 考虑检修状态时的关门，检修关门不自锁。（5）电梯超重时禁止关门 关门环节的梯形图如图 4.4 所示：图 4.4 电梯关门环节程序梯形图 图 4.5 重复开关、关门电路和故障 显示程序梯形图 4.3.3 开关门保护及故障显示电路 电梯在关门地过程中因各种原因不能关门到位，电梯会重新关门，开门时间到后，又会自动关门，关门不到位又要开门。如此开、关门反复动作，如现场没人及时处理，门很容易被损坏，应此要求在出现这种情况时，开、关门动作出现 5 次，电梯停止运行。其程序梯形图如图 4.5 所示。关门时，M101 接通，如正常关门到位时，X001 接通，程序中常17 闭触点是断开的，M22 不能接通，T6 不接通，不会重新开门。如经过一段时间（3S）关门不能到位，X001 的常闭点是接通的 M22 得电，T6 的触点接通，电梯重新开门，开门计时时间到，T5 接通，又要关门，关门又不到位，T6 又接通，如此循环，当连续关门达到 5次时，C0 的触点接通，利用 C0 的触点，使电梯停止运行。且故障显示 0、2 交替出现。当电梯关门到位时，对 C0 复位。当电梯的安全继电器 KA2 断开时也即 X000 为 OFF 时，电梯停止运行，且故障显示 0、1 交替出现。其控制程序梯形图如图 4.6 和图 4.7 所示。利用主控和主控复位控制了程序的运行。图 4.6 4.7 主控、安全继电器断开时故障显示程序梯形图 4.3.4 层楼信号的产生与清除环节 当电梯位于某一层时，应产生于该楼层的信号，以控制楼层显示器显示楼层所处的位置，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号所取代。其梯形图如图 4.8 所示。D200 为电梯的楼层数，通过译码器用数码管显示出来。X040 是下强迫楼层显示开关，装在 1 楼，当电梯运行到 1 楼时，使 D200 为 1。在中间的某些楼层中，电梯上行时，每上一层时，D200加 1；当电梯下行时，每下一层，D200 减 1。另外电梯在 1 楼-5 楼时，分别使 M110M114置 ON。如果电梯楼层显示有误，只要将电梯开到顶层或一层，马上就能显示正常。18 图 4.8 层楼信号的产生与清除环节 图 4.9 内选信号的登记、消除和显示环节 程序梯形图 程序梯形图 4.3.5 内选信号的登记、消除和显示环节 乘客或司机通过轿厢内操纵盘上 1 楼-5 楼选层按钮的操作；可以选择欲去的楼层。选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。当电梯到达所选的楼层后，停层信号应被消除，指示灯也应熄灭。其程序梯形图如图 4.9 所示：4.3.6 外呼信号的登记、消除和显示环节 乘客在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。当电梯到达该楼层，且电梯运行方向与呼梯目的地方一致时（基层和顶层除外），呼梯要求满足，呼梯信号应被消除。其程序梯形图如图4.10 所示：19 图 4.10 外呼信号的登记、消除和显示环节程序梯形图 图中，按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器按通，外呼按钮下的指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。电梯运行方向与呼梯目的地方向一致时，至呼梯楼层时，电梯将停止并开门，呼梯要求满足，呼梯信号被消除。电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，如电梯从 1 楼向上运行，而呼梯要求从 2 楼向下，若有去 3 楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达 2 楼时不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除；若 3 楼以上无用梯要求，电梯将停在 2 楼，但呼梯信号不能立即消除，待乘客进入轿厢内，选层（去1 楼）后，电梯定下向，则 2 楼呼梯信号已满足，呼梯信号被满足。电梯停在该楼层时，按下外呼按钮（上行或下行），此时指示灯应该亮。4.3.7 电梯的定向环节 在自动运行状态下，电梯应首先确定运行方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况即上行和下行。电梯处于待命状态下，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所外的位置与内选信号和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行，一旦电梯定向后，内选信号与外呼信号对电梯进行顺向运行要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。检修状态下运行方20 向直接由上行和下行启动按钮确定，不需定向。其程序梯形图如图 4.11 所示。图 4.11 定上行环节程序梯形图 图中 M121，M122，M123，M124 分别是 2、3、4、5 楼的内选辅助信号；M131，M132 是2 楼的外呼上行和下行的辅助信号；M133，M134 是 3 楼的外呼上行和下行辅助信号；M135，M136 是 4 楼的外呼上行和下行辅助信号；M137 是 5 楼的外呼下行辅助信号；M146 是下行互锁；X003 是检修选择开关；X002 是自动选择开关；M111，M112，M113，M114 分别是 2、3、4、5 的楼辅助信号；Y012 是上行指示灯；图中 M103 及 M104 在电梯上行及下行的全过程中，存在不能全程接通的情况，如上行至 5 楼时，一旦 5 楼层继电器 M114 接通时，M103 则立即断开，而此时电梯仍处于上行状态，至 5 楼平层位置时才能停止。为解决这一问题，引入 M134-M136，可能会发生下述情况：4 楼向上的外呼信号（不存在其他外呼及内呼信号）使电梯上行，电梯至 4 楼位置，M113 使 M103 断开，在电梯至 4 楼位置到电梯停层开门，乘客进入轿厢内选 5 楼之前的时间内，1、2、3 楼外呼信号可能使电梯在未完成 4 楼向上的运动之前定下行方向。根据同样的道理，定下行环节的程序梯形图如图 4.12 所示。图中 M120 是 1 楼的内选辅助；M130 是 1 楼的上向外呼；M144 是上行互锁；Y013 是下行指示。4.3.8 停层信号的产生和消除环节 电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确定要停靠的楼层，每一层产生一21 个停层辅助信号，1 楼-5 楼的停层辅助分别是 M150-M154。1 楼停层的条件是电梯下行到 1楼，5 楼的停层条件是电梯上行到 5 楼，中间层产生的条件是根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿厢内选层信号比较后得出。其程序梯形图如图4.13 所示。图 4.12 定下行环节程序梯形图 22 图 4.13 停层的产生和消除环节程序梯形图 外呼信号方向与运行方向一致时，产生外呼所在楼层的停车要求；内选层信号产生欲去楼层的停车要求，满足停车要求时，停车信号应被取消。电梯运行过程中，所处的楼层若呼梯方向与电梯运行方向相反时的停车问题。4.3.9 停车制动环节 停层信号产生后，与上、下平层感应器配合，进行停车制动。停车制动之前，应先产生停车制动信号 M105，然后由停车制动信号控制接触器实现停车制动。为解决电梯进入平层区间后才出现的停车信号致使电梯过急停车的问题，采用微分指令 X032 及 X033 变成短信号。其程序梯形图如图 4.14 所示。电梯上行时，先接通上行减速信号 X032，则 M106 接通，使 Y005、Y006、Y007 依次接通，电梯开始减速，当达到上平层信号 X033 接通时，电梯制动，同时使 M140 接通，电梯自动开门，稍后，T0 触点接通消除停层信号 M105。电梯下行时，先接通下行减速信号 X033，23 电梯开始减速，当接通 X032 时，电梯停止。图 4.14 停车制动环节程序梯形图 图 4.15 电梯的启动、加速和制动环节程序梯形图 4.3.10 自动运行时启动加速和稳定运行环节 电梯启动的条件是运行方向已确定，门已关好，。其程序梯形图如图 4.15 所示。上行时，定上行信号 M144 接通，当门关好后 X001 接通，则 Y000、Y002 置 ON，电梯高速上行，通过去 1S 延时，Y004 接通加速上行。下行时，定下行信号 M146 接通，门关好后 X001 接通，则 Y001、Y002 接通，电梯高速下行通过 1S 延时，电梯加梯下行。24 如果停车信号 M107 接通时，上行时，碰到上平层 X033，则 Y0 为 OFF，电梯制动。下行时，碰到下平层信号 X032，Y001 为 OFF，电梯制动。当需要检修时，接通检修开关 X003，通过按 X006 或 X007，电梯直接上行或下行，门是否关好不影响电梯运行，此时 Y003 接通，即电梯只能低速运行。上述过程以分析电梯的各种逻辑关系为生，电路部分为了分析问题方便进行简化，如电梯的锁梯、开关门电路、安全回路等都进行了简化。还有电梯的通信、监视和消防等功能在实际电梯控制中都应该考虑。25 5 结论 可编程序控制器是新一代的控制工具，因其核心是微处理器、接口电路、电源电路等具有很强的抗干扰能力,而梯形图的编程语言极易为工程技术人员所接受等特点,被称为真正的工业控制计算机,或“蓝领计算机”。尤其是随着微电子技术、计算机技术的发展,可编程序控制器的功能已远远超过替代继电器控制系统的初衷而广泛应用于开关量控制、模拟量控制等各种工业控制场合。电梯控制系统使用可编程控制器可使其硬件结构简捷,编程简单方便,可靠性进一步提高。26 致谢 本文是在西京学院王宁老师的悉心指导下完成的。从论文的选材、理论研究和模型试验的整个过程中处处渗透着老师的心血和辛劳。谨此向导师致以崇高的敬意和衷心的感谢!27 参考文献 1何衍庆.可编程序控制器原理及应用技巧M.北京：化学工业出版社,1998 2张福恩.交流调速电梯原理、设计及安装维修,北京-机械工业出版社E 3张汉杰.现代电梯控制技术 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社E 4江秀汉.可编程序控制器原理及应用M.