PLC六层电梯控制系统模板.doc

PLC六层电梯控制系统模板

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2020年4月19日
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电梯是服务于规定楼层，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间的固定式升降设备。
广义的电梯概念包括载人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道等，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯级（踏步），进行升降或者平行运送人或者货物的机电设备。
狭义的电梯是指服务于规定楼层、有轿厢的垂直升降设备，不包括自动扶梯、自动人行道。自动扶梯（Escalator）是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。自动人行道（Passenger conveyor）是带有循环运行式走道，用于水平或微倾斜的输送乘客的固定电力驱动设备。
电梯的分类
按用途分类：乘客电梯、载货电梯、病床电梯、杂物电梯、服务电梯、住宅电梯、特种电梯。 
按驱动方式类：交流电梯，直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、直线电机驱动的电梯。
按速度分类：
低速电梯（速度不大于1.75m/s）
中速电梯(速度大于1.75m/s小于或等于2.5m/s)
高速电梯(速度大于2.5m/s小于或等于6m/s)
超高速电梯(速度大于6m/s)
按有无减速器分类：
有减速器的电梯：常见于梯速为2.0m/s以下的电梯
无减速器的电梯：常见于梯速为2.0m/s以上的电梯
电梯的工作原理
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
本设计主要研究六层六站的电梯控制系统，分述其硬件设计和软件设计过程。
设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：
PLC电梯控制系统应具备：有司机、无司机、检修三种工作模式。
系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。
具有轿厢层楼显示（十进制方式），能自动显示电梯运行方向。
具有电梯直驶功能和反向最远停站功能，具有检修应急处理功能。
电梯具有自动开关门和应急手动开门、关门按钮。
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G－M（即发电机－电动机组供电）拖动、晶闸管供电（SCR－M）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。电气控制系统经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。
电气控制系统决定电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。随着科技的发展，电气控制系统发展迅速。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，因此基本上已经被淘汰。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。
可编程序控制器（PLC）的组成
可编程序控制器PLC的主机是由中央微处理器（简称CPU），存储器（包括系统程序存储器和用户程序存储器），输入/输出（INPUT/OUTPUT）单元，外设I/O接口、I/O通道接口、编程器及电源等部分组成。
PLC各个部分或模块之间均经过总线进行信息交换。总线根据其功能的不同能够分为电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。根据实际应用中的工艺要求，配备不同的外部设备，可构成不同控制功能的PLC控制系统。常见的外部设备一般有编程器、盒式磁带机、打印机、EPROM写入器等。PLC也能够经过通信接口或通信模块实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间的数据通信，构成PLC工业控制局域网或集散型控制系统。
可编程序控制器PLC系统结构如图2.1所示：

图2.1 PLC系统结构图
电梯系统是一个庞大的系统，作为机电一体化的典范，其涉及的知识面很宽。电梯又同人的生命枚关，为了保证安全，不得不增加各种附属装置以提高电梯的安全性，导致电梯控制系统结构相当复杂。另外，随着电梯技术的发展和人民生活水平的提高，人们对电梯的要求不断提高，这样不得不增加控制系统的复杂性，以满足人们的需要。电梯控制系统框图如下：

图3.1 电梯控制系统框图
由上图能够看到，电梯控制系统主要由电梯电力拖动控制系统（调速控制变频器系统）和电梯电气控制系统构成。电梯电力拖动系统部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要的影响，而电气控制部分是电梯安全可靠运行的关键。
电梯电力拖动控制系统
电梯在起动过程中为了限制起动电流，减小起动的加速度，改进乘客乘坐的舒适感和防止对机件的冲击，一般在定子电路中串入电抗、电阻或电抗与电阻的组合体进行降压起动。随着速度的提高，逐级将电阻或电抗器短接切除，使电梯逐步加速，最后进入稳速运行。
而本次电梯控制系统的设计我采用变频器来实现对电动机的控制和产生电梯运行时序，保证电梯按照速度给定曲线运行，实现无级变速。
变频电梯系统运行原理
（1）变频器组成及工作原理
变频器一般由主电路、控制电路和保护电路组成。主电路如图3.2所示。
主电路包括整流器、逆变器和中间直流环节。

图3.2 变频器主电路图
（2）变频器的类型
按电源的性质来分：电压型变频器，电流型变频器
按输出电压调节方式分：PAM方式，PWM方式，高载波变频率PWM方式
按控制方式分：U/f控制，转差频率控制，矢量控制
按电压等级分：低压变频器，高压大容量变频器
按用途分：通用变频器，高性能专用变频器，高频变频器，小型变频器
电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，她的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容，另外电梯节约用电也日益受到重视。综合考虑各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器，它具有转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，能够最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。
PLC接线图
按照I/O点的分配和项目描述的控制要求，设计PLC的接线图如图17-2所示。因为考虑余量，选择PLC为FX2N-48MR

电梯控制的参考程序。根据工艺分析设计控制程序。其控制要求如下
电梯模型结构
（1）电梯模型的主体结构与控制柜
图3-4为六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。

电梯电气控制系统设计方案
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分析。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。
FX2N系列PLC的基本构成如下表：
表3-2 FX2N系列PLC基本单元
型 号
输入 点 数
输出
点数
扩展模块
可用点数
继电器输出
晶闸管输出
晶体管输出
FX2N-16MR-001
FX2N-16MS
FX2N-16MT
8
8
24--32
FX2N-32MR-001
FX2N-32MS
FX2N-32MT
16
16
24--32
FX2N-48MR-001
FX2N-48MS
FX2N-48MT
24
24
48--64
FX2N-64MR-001
FX2N-64MS
FX2N-64MT
32
32
48--64
FX2N-80MR-001
FX2N-80MS
FX2N-80MT
40
40
48--64
FX2N-128MR-001
——
FX2N-128MT
64
64
48--64

表3-3 FX2N系列扩展单元
型 号
输入点 数
输出
点数
扩展模块
可用点数
继电器输出
晶闸管输出
晶体管输出
FX2N-32ER
FX2N-32ES
FX2N-32ET
16
16
24--32
FX2N-48ER
——
FX2N-48ET
24
24
48--64
本设计为六层的电梯控制系统，根据需要控制的开关、设备大约有32个输入点，28个输出点需进行控制，同时留有20%的裕量，综合考虑，故选择日本三菱公司的FX2N-80MR机型。
2. PLC的 I/O地址分配
根据本设计中的电梯控制系统实现的控制功能和其实际的操作工艺过程，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。
3. PLC输入信号的确定
操作面板上应有各层的选层指令按钮，6层共有6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，检修时对应有检修开关，在开门和关门时应该有开关门限位开关，需要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，6层共需10个输入按钮。
其它输入有司机/无司机方式选择、电梯上下终端的限位等开关或触点。
轿厢通风信号及超载重量下需要2点输入。
经以上分析，可知共需34点开关量输入端口。
表3-4 输入地址分配表
输入地址口
含义
输入地址口
含义
X001
上终端限位开关
X021
内呼去2楼按钮
X002
下终端限位开关
X022
内呼去3楼按钮
X003
一楼上召唤按钮
X023
内呼去4楼按钮
X004
二楼上召唤按钮
X024
内呼去5楼按钮
X005
三楼上召唤按钮
X025
内呼去6楼按钮
X006
四楼上召唤按钮
X026
强迫向上按钮
X007
五楼上召唤按钮
X027
强迫向下按钮
X010
二楼下召唤按钮
X030
检修运行按钮
X011
三楼下召唤按钮
X031
司机/自动运行方式
X012
四楼下召唤按钮
X032
安全触板信号
X013
五楼下召唤按钮
X033
直驶按钮
X014
六楼下召唤按钮
X034
基站开关
X015
门锁信号
X035
开门限位开关
X016
开门信号
X036
关门限位开关
X017
关门信号
X037
超重信号输入端
X020
内呼去1楼按钮
X040
CO2传感器检测输入
PLC输出信号的确定
控制电梯的上行、下行（即电机正、反转）需2点输出。
上下行指示灯2点输出。
开门、关门需2点输出。
由于采用十进制显示方式，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6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，6层共需10个输出显示。
轿厢照明与轿厢通风需要2点输出，故障报警也需要1点输出。
经分析共需28点开关量输出端口。
表3-5 输出地址分配表
输出地址
含义
输出地址
含义
Y001
楼层显示（高位）
Y017
电梯下行显示
Y002
楼层显示（中位）
Y020
一楼上召唤信号登记显示
Y003
楼层显示（低位）
Y021
二楼上召唤信号登记显示
Y004
KM1电动机正转
Y022
三楼上召唤信号登记显示
Y005
KM2电动机反转
Y023
四楼上召唤信号登记显示
Y006
开门继电器
Y024
五楼上召唤信号登记显示
Y007
关门继电器
Y025
二楼下召唤信号登记显示
Y010
内呼1楼指示灯
Y026
三楼下召唤信号登记显示
Y011
内呼2楼指示灯
Y027
四楼下召唤信号登记显示
Y012
内呼3楼指示灯
Y030
五楼下召唤信号登记显示
Y013
内呼4楼指示灯
Y031
六楼下召唤信号登记显示
Y014
内呼5楼指示灯
Y032
轿厢通风输出继电器
Y015
内呼6楼指示灯
Y033
轿厢照明输出继电器
Y016
电梯上行显示
Y034
故障报警指示
内部继电器的确定
表3-6 内部继电器地址分配表
内部继电器
功能
内部继电器
功能
M1
向上运行监视
M101
1楼层楼继电器
M2
向下运行监视
M102
2楼层楼继电器
M3
上方向选择
M103
3楼层楼继电器
M4
下方向选择
M104
4楼层楼继电器
M5
向上方向控制继电器
M105
5楼层楼继电器
M6
向下方向控制继电器
M106
6楼层楼继电器
M7
减速输出继电器
M150
平层继电器
M11
强迫向上
M200
自运行开门禁止继电器
M12
强迫向下
M201
开门辅助继电器
M13
关门启动继电器
M202
关门辅助继电器
M14
启车继电器
T0
门锁信号延时继电器
M15
运行继电器
T1
停站延时时间继电器
M16
安全触板继电器
T2
加速时间继电器
M17
直驶继电器
T3
减速时间继电器
M18
停层继电器
T4
照明延时时间继电器
轿厢层楼位置显示方式的确定
当前常见的轿厢层楼位置的显示方式有：二进制显示、直接位置显示、十进制显示。为了节省三菱FX2N-80MR PLC的I/O点数，故采用十进制的显示方式。即Y0Y1Y2输出经过译码器译码后，再经过驱动器点亮对应的段。“1”表示亮，“0”表示暗（共阴极显示），共可显示层，即0～7（000～111），应用在电梯轿厢层楼显示中，即可显示第1层～7层，本系统只是需要显示第1～6层。
PLC控制程序的编制方法
PLC梯形图的编制采用模块化设计。模块化程序结构清晰、便于调试。如：层楼继电器回路、召唤信号的登记与清除、内选信号指令登记与清除、开关门、运行方向的选择等。模块间不完全独立，它们之间存在着有机联系，且编程时要考虑各条指令间的逻辑关系。
电梯电气控制系统软件设计
电梯的运行过程：当乘客进入轿厢后，由乘客根据欲前往的层站，逐一按下相应层站的选层按钮，便完成了运行指令的预先登记，电梯便自动决定运行方向。再按启动按钮，电梯自动关门，当门完全关闭后，门锁微动开关闭合，使门锁继电器吸合，电梯开始启动、加速，直至稳速运行。当电梯到达欲停靠的目的层站前方某一距离位置时，由井道内的行程开关向电梯控制系统发出转换信号，电梯便自动减速准备停靠。当轿厢进入到平层区(即停靠层站上方或下方的一段有限距离)时，井道平层传感器动作，发出平层信号控制轿厢准确平层，并自动取消，自动开门。对某类电梯，如果在平层时平层精度超过标准要求，则电梯进行校正运行，电梯以最低的速度慢行到准确平行位。如果继续平向运行，司机只需按下启动按钮，电梯便按预先登记的楼层，按序逐一自动停靠，自动开门。在电梯运行过程中，如果厅外有人按下厅门召唤电钮，只要此时的召唤申请乘梯方向符合此时电梯的运行方向，则电梯能被顺向截停。当同向登记指挥都已被执行以后，电梯便自动换向运行，执行另一方向的运行登记指令。如果电梯在某一层站关门时，有人或物碰触了门安全触板，或被非接触式的光电式、电子式装置检测到关门障碍时，电梯便停止关门并立即转为开门。如果欲乘电梯的乘客正逢电梯关门时，可按下外上、下召唤按钮中与电梯欲行方向相同的一个按钮，电梯便立即开门，这种操作，用于为本层开门。如果由于乘客过多而超载，则电梯超载检测装置发出超载信号，阻止电梯启动并开门，直到满足限载要求，电梯方能恢复正常运行。如果停层时间到，便自动关门启动、加速，直至稳速运行。在运行过程中，可根据各楼层厅外召唤信号，对符合运行方向的召唤信号，将逐一应答，自动停靠，自动开门。在完成同向全部登记以后，如有反向厅外召唤信号，则电梯自动换向运行，应答反向厅外召唤信号。如果没有召唤信号时，电梯便自动关门停机，或自动驶回基站待命。如果某一楼层再有召唤信号，电梯便自动启动前往应召。电梯的主程序流程图如图3.8所示。

图3.8 PLC控制电梯程序流程图
层楼继电器回路的实现
要对电梯进行控制首要的问题是反映电梯实际所在的位置即楼层。传统的继电器控制层楼电路，需要在每层装设感应器，这种方法虽然简单直观，但由于设置感应器太多，占用PLC的I/O口也太多。
由于PLC具有数据传送、算术计算、数据比较处理等功能，因此用PLC很容易实现层楼电路。启用一数据寄存器D0，电梯在最下层端站是将1送入D0，最上层端站时，将最高层数6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中始终存放的是楼层的层数，然后将D0分别与1、2、、3、……6相比较，等于几就说明电梯在几层，这时驱动相应的层楼继电器实现层楼电路。按照上述方法，六层六站的层楼继电器电路梯形图如3.9所示：

图3.9 层楼继电器电路

停车制动环节：
电梯在停车制动之前，首先确定其停层的信号，即确定要停车的楼层，应该根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿厢内的选层信号比较后得到。例如现有一个人要从四楼下降到三楼，则电梯在运动到三楼楼层中的楼层限位开关后，给PLC一个减速信号，而此信号就作为PLC控制变频器减速变频的控制信号。X041作为三楼的楼层限位开关，使用它触发一个时间继电器（减速时间继电器），是电梯按照设定好的频率下降曲线进行减速。减速时间是由现场设备决定的，经过电梯的安装调试能够准确的设定电梯在每层的减速时间。

PLC六层电梯控制系统设计

学院：电气与信息学院
班级：电化1204班
姓名：王贵星
学号：A19120688