基于plc的电梯控制系统设计

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毕业论文题目基于PLC的电梯控制系统设计学号姓名赵明专业班级学院电气工程学院指导教师 基于PLC的电梯控制系统设计摘要近些年来，由于世界大环境的发展，各国人们水平也不断提高。高层建筑作为城市化的产物也得以突飞猛进的发展，高层建筑的发展直接带动了电梯的发展，电梯的变化也比较大，更新换代也是日新月异。从目前的趋势来看，电梯不论是在高层建筑里，还是在许多多层建筑里，电梯都是非常重要的生活工具。本文介绍的是基于PLC系统控制的电梯。由于PLC的特点，使它在近年来应用非常广泛，就电梯控制系统来说，它成功的取代了原始的继电器控制电梯。本次控制系统是由PLC以及相应的逻辑电路组成，具体的包括：按钮开关、行程开关、交流异步电动机、继电器、七段显示数码管、变频器等。并使用三菱公司出产的PLC对系统进行编程与控制。关键词可编程逻辑控制器,电梯控制,三菱FX2N-80MRABSTRACTInrecentyears,asthedevelopmentoftheworldenvironment,therisinglevelofpeopleallovertheworld.Theproductasacityofhigh-risebuildingscanalsomakeaspurtofprogressofdevelopment,thedevelopmentofthehigh-risebuildingdirectlytothedevelopmentoftheelevator,theelevatorchangesarerelativelylarge,renewalandchangerapidly.Fromthecurrenttrend,elevatorsinhigh-risebuilding,orinmanymultistorybuilding,theelevatorisaveryimportanttoolforlife. ThispaperintroducestheelevatorPLCcontrolsystembasedon.BecauseofthecharacteristicofPLC,soitiswidelyusedinrecentyears,ontheelevatorcontrolsystem,itsuccessfullyreplacedtheoriginalrelaycontrolelevator.ThecontrolsystemiscomposedofPLCandthecorrespondinglogiccircuit,including:buttonswitch,travelswitch,ACasynchronousmotor,relay,sevendigitaltubedisplay,andfrequencyconverter.AndcarriesontheprogrammingandcontrolofthesystemusingtheMitsubishiCoproductionofPLC.KeyWords:PLCElevatorcontrolMitsubishiFX2N-80MR目录 1.绪论11.1设计电梯的目的11.2设计电梯的意义21.3电梯的国内外发展现状22.电梯的总体方案设计32.1电梯控制系统的组成32.2电梯的分类与选择52.2.1按用途分类52.2.2按拖动系统分类52.3电梯的工作方案设计62.3.1电梯内、外部部件功能设计62.3.2电梯的工作状态62.3.3电梯上/下行分析72.3.4电梯的控制要求72.3.5电梯的安全系统83.电梯控制系统的硬件设计93.1电梯PLC的选型93.1.1PLC组成及特点93.1.2PLC的接口设计103.1.3PLC的选择123.2电梯变频器的选型133.2.1变频调速在电梯中的应用133.2.2变频器对电梯的控制143.3电梯控制系统电路图设计163.3.1系统的主电路设计163.3.2曳引电动机和门电机的选择163.3.3系统的保护电路设计183.4显示部分的设计193.5井道信号系统设计203.5.1井道系统的设计203.5.2干簧管感应器的设计214.电梯控制系统的软件设计234.1电梯控制系统的主流程图234.2电梯控制系统的梯形图244.2.1电梯的开门环节244.2.2电梯的关门环节264.2.3开关门保护及其对应的故障显示电路274.2.4楼层信号产生与清楚环节294.2.5内选信号环节304.2.6外呼信号环节314.2.7停层信号的产生与消除环节334.2.8定向环节354.2.9停车环节36 4.2.10自动运行环节374.3电梯控制系统的MCGS仿真385．总结40致谢41参考文献42 1.绪论1.1设计电梯的目的随着科学技术在近几年的快速发展，我国的电梯生产技术同样也是得到了突飞猛进的发展，现在国内各大驰名电梯公司也在不断地进行改进生产技术，逐步淘汰落后的技术，利用新技术生产更新型的电梯，电梯由两大重要部分组成，即机械系统与控制系统，微电子技术与自动控制理论的发展，促成了电梯的控制方式与手段均发生了很大的变化，但当前电梯拖动仍以交流调速为主要发展方向，普通电梯控制系统主要有以下三种，如继电路控制、PLC（可编程逻辑控制器）控制、微机控制，继电器控制系统存在故障率高、可靠性差、控制方法不灵活，以及功耗大等一些缺点，这些缺点，注定着它被淘汰，计算机控制系统，虽然有一个强大的智能控制功能，但其抗干扰性非常差，系统设计也非常复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术，目前大家公认PLC比较好，因为控制系统的可靠性、维修方便、抗干扰能力强、设计和调试周期短等，这些倍受人们的关注，该控制方法是最常用的控制方法，也普遍用于传统继电器控制系统的技术改造[1]。PLC控制系统有以下几大优点,如（1）可靠性高；（2）操作简单（3）设计方便灵活，PLC不需要大量的活动元件和连线电子元件，系统的维修简单，维修时间短，具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低，PLC有多种程序设计语言可供使用，容易掌握和理解，操作十分灵活方便，监视和控制变量十分容易，PLC的操作包括程序输入和程序更改，程序的输入直接可接显示，更改程序 的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找，然后进行更改，所以，PLC控制器在电梯业运用非常广泛[2]。1.2设计电梯的意义现今国家实力不断发展，各国人们的生活水平显著提高，城市化程度越来越高，随之而来，建筑业也得到迅猛发展，电梯被称为室内的交通工具，是随着高层建筑的发展而发展的垂直运输工具。电梯的应用很广泛，在住宅、仓库、工厂、商场、宾馆以及矿井等地，都是不可或缺的。对于电梯技术的成熟与发展，电梯安全已经被人们越来越重视起来，若何设计出安全、高效、环保的电梯控制系统，不知是人们安全的保证，也是电梯业的发展方向。所以，电梯的发展足以表现一个国家的发展状况[3]。1.3电梯的国内外发展现状自从1852年来，美国纽约杨克斯的机械工程师奥的斯先生发明了世界第1台安全升降机；之后该公司又由玻璃等外观材料制作成升降机形式的电梯；后来又生产出了蒸汽式与水压式的电梯；到十七世纪九十年代，又安装了直接的连接式的电梯；后来，电梯就发展成为了电力驱动的了，直到现在，这就是电梯的模型。电梯再从设计出以后，在国外的发展速度非常快，电梯的更新换代也是非常迅速的，这一点从电梯的发展史就能看出来，各项技术的发展直接带动了电梯的发展，由此可知，电梯是与人们的日常生活与工作息息相关的。后来电梯在中国也得广泛的应用，特别是改革开放以后，我国经济迅速发展，电梯被带到了广大人们群众的身边。 近年来，PLC技术得到了快速的发展，这无疑给电梯产业带来了又一次革命。PLC技术以其安全可靠、操作简单等优点，使其在电梯行业中得到了广泛的应用，更是由于PLC有其他继电器形式的系统无法相比的优势，使其已经几乎取代了原始的控制方式。2.电梯的总体方案设计2.1电梯控制系统的组成图2-1电梯控制系统的原理图如图2-1所示，为电梯控制系统的原理图，其具体的组成如以下几点：（1）曳引系统主要的电梯动力系统，由钢丝绳，滑轮等组成，通过钢丝绳来进行对电梯的拖拽，是电梯垂直上下的运行。（2）导向系统导向系统为轿厢的运行提供了轨道，对轿厢和对重的自由度进行了限制，使轿厢只能沿着导轨做垂直上下的运行。（3）轿厢 轿厢为电梯主要部分之一，轿厢的上下运动可以运送乘客和物品。（4）门系统电梯的门系统由内门和外门组成。内门为轿厢的入口部分，外门为楼层的入口部分，开门机和门锁控制门系统的打开与关闭。内门只有一个,外门每一层都有一个。（5）重量平衡系统平衡系统主要部分是对重，它与电梯的轿厢通过钢丝绳连接，对重的重量可以用来平衡轿厢的重量，使电梯运行正常。（6）电力拖动系统电力拖动系统主要由曳引电机构成，电梯的运动拖动电梯的上下运行。（7）电气控制系统电气控制系统对电梯的正常运行进行控制，由各种电气部件构成。（8）安全保护系统该部分主要保护电梯安全运行，以及确保人身安全。（9）平层装置平层装置的作用是检测电梯的位置，由两个平层的感应器和隔磁板组成，电梯运动过程中两个隔磁板先后被隔磁板插入，分别起到减速和停车的作用。（10）停层装置电梯在井道中运行时，传感器会根据平层感应器所处的位置来判断电梯的位置，从而来检测并产生平层信。 2.2电梯的分类与选择2.2.1按用途分类（1）乘客电梯：主要的功能是为了运送乘客，此类电梯基本安装在人们活动比较多的地方。电梯的运行迅速，自动化程度高。（2）住宅电梯：主要用于生活区域，此类功能强，不仅能乘人，还能乘轻巧的物品。（3）载货电梯：主要为了货物的运输而设计，用于仓库和商场的场所，常有专业人员操作，此类电梯装修简单，速度比较慢。（4）医用电梯：主要为医院运输病床所设计，根据病床的需要而设计的比较狭长，通常有前后贯通的门，一般有专业人员操作。（5）杂物电梯：此类电梯可以运送很多种物品，例如：饭店运输食物；办公室运输文件；图书馆运输图书等，一般不允许乘坐人员。（6）车用电梯：主要用于垂直运输车辆，现在多用于立体车库等地，此类电梯设计要求结实耐用，轿箱无顶且大，载重量大。（7）观光电梯：此类电梯的轿厢是是透明的，乘坐电梯的乘客可以观光风景。通常安装于建筑物的外侧。（8）船载电梯：通常按装在大型船舶，电梯的载重量比较小。（9）建筑电梯：安装于建筑工地，用于运输建筑用品以及人员。（10）其他类型电梯：电梯的种类多种多样，用途不已，差别也很大，例如：消防电梯、矿井电梯、电厂电梯等等。2.2.2按拖动系统分类（1）交流双速的电梯 （2）交流变频调速的电梯（3）交流调压调速的电梯根具以上两种分类，本次设计的电梯为垂直型的客用电梯，用交流变频调速的方法控制电梯。2.3电梯的工作方案设计2.3.1电梯内、外部部件功能设计在电梯内部由按钮和显示器组成，其中按钮包括选层和开关门按钮；显示器包括层数显示和运行方向显示器。乘客乘坐电梯时，按下相应的选层按钮来选择所去的目的地。电梯有自动开门关门按钮，也可以通过开门和关门按钮来控制门的状态。内部层数显示器可以显示电梯此时所在的位置。上升和下降显示器能清楚的显示电梯目前的运行方向。电梯的外部的5个楼层设计有所不同，显示部分都相同，有楼层显示和方向显示。2、3、4层都有上选和下选按钮，1层和五层分别只有上选按钮和下选按钮。2.3.2电梯的工作状态（1）初始状态下（电梯在1楼）①呼叫指示灯都处于灭的状态；②所有显示器都置为1；③各电梯们均处于关闭状态；（2）运行状态下①外部进行呼叫，此层记忆灯记忆，控制系统响应此呼叫；②接到命令后，电梯运行到该层； ③电梯响应期间，各个显示器的显示随之改变；④电梯运行期间，电梯门保持关闭；⑤电梯运行时，其它按钮均可操作；（3）结束状态后下①电梯到达目标层后，自动开门，经过延迟后关门，在此期间，手动开、关门功能同样支持；②各显示器均显示此层的楼层号，各指示灯均熄灭；2.3.3电梯上/下行分析假设电梯处于上/下行时，当其他楼层有呼叫的时候，分析如下：（1）当呼叫层在电梯目前层之上/下目的层之下/上时，此操作有效，系统记忆并执行，运行至呼叫层之后，再依次完成相应呼叫。（2）当呼叫层在电梯目前层之下/上时，则电梯不响应此呼叫，知道电梯响应完之前命令后，才响应当前呼叫。2.3.4电梯的控制要求（1）所有的按钮的命令均有效，系统将记忆并执行。（2）电梯在停泊期间，此时与之相同层有外呼命令时，电梯执行开门操作。若非是相同层的外呼命令，则电梯会议最优的运行原则执行命令。（3）电梯运行时遵守不换项原则例如电梯目前处在3楼和4楼中间，如果出现如下3个呼叫：3楼上呼叫，4楼下呼叫，4楼上呼叫，则电梯一次响应4楼上呼叫，4楼下呼叫，3楼上呼叫。（4）每一楼层都会有上或下的平层感应，一层和五层分别只有下平层、上平层感应，来感应电梯是否到达该层。 （5）每个呼叫按钮都会有相应的指示灯，指示灯记录按钮操作并保持，系统执行完该命令后熄灭。（6）电梯在运行状态下禁止开门，电梯停泊状态下，支持手动开关门。（7）楼层显示器显示电梯当前所在层，电梯运行期间，其结果会不断变化。2.3.5电梯的安全系统安全窗、安全钳、限速器、限位开关、强迫停止开关以及极限开关是保护电梯正常运行的重要组成部分。安全窗开在电梯轿厢的顶部，目的是有紧急情况时供乘客逃生所用，安全窗打开后，电梯被禁止运行。安全钳是一种机械装置，当电梯超速运行和曳引钢绳断裂是起到保护作用，出现以上状况时，就爱那个电梯夹在轨道上，避免电梯坠落。限速器也是一种机械装置，目的是检测电梯的运动速度，当检测到带电梯超速时，会动作，同时带动安全钳动作，使电梯停止运行。上、下限位开关和上、下强迫停止开关以及极限开关共同保护着电梯的安全，并且依次带动触发。如果电梯到达停车位置后仍然不停止运动时，就会触动上、下限位开关，发出信号，是电梯停止运行；若电梯仍然不停止运动，将会触动上、下强迫停止开关，会强制使电梯停止运行；若电梯仍然不停止运行，极限开关将会被触发，此开关控制着主电路的电源，主电路会停止工作，达到停车的目的。 3.电梯控制系统的硬件设计3.1电梯PLC的选型3.1.1PLC组成及特点如图3-1所示，PLC的主要组成包括：中央处理器CPU、存储器、输入单元、输出单元、外设I/O接口、I/O扩展接口。其中中央处理器CPU又包括运算器和控制器；存储器又包括RAM和EPROM。图3-1可编程控制器内部结构基于现代工业生产的多种多样，所以对控制的需求的差别很大。由于可编程控制器的特点，从而非常受工程技术人员及工人的欢迎。（1）安全可靠，很好的抗干扰的能力（2）可以用于多种场合，应用灵活方便（3）程序编译容易，应用效果好（4）设计简单、安装方便、调试容易（5）结构简单，易于修理（6）功能完善 3.1.2PLC的接口设计经过分析，以及PLC系统的各个变量的设置以及对电梯整体模型的设计可以列出电梯系统的的元件表，如表3-1所示。表3-1电梯系统的元件表元件符号名称及作用元件符号名称及作用KM1开门接触器SQ19上行强迫停止开关KM2关门接触器SQ20下行强迫停止开关SB1开门按钮3KR3楼感应器SB2关门按钮4KR4楼感应器SB3上行启动按钮5KR5楼感应器SB4下行启动按钮6KR上部平层感应SB5-SB91-5楼轿厢内选按钮7KR下部平层感应1SB1-4SB11-4楼上行外呼按钮SA基站开关2SB2-5SB22-5楼下行外呼按钮1HL-5HL1-5层层楼指示灯SQ0极限开关6HL、7HL上行、下行的指示灯SQ电源开关HL6、HL7上下行指示记忆灯SQ1安全窗开关HL81楼上呼记忆灯SQ2安全钳开关HL92楼上呼记忆灯SQ3限速器开关HL102楼下呼记忆灯SQ4轿内急停开关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SQ11-SQ151-5楼厅门锁开关HL155楼下呼记忆灯SQ16轿门关闭到位开关HL16正常运行指示灯SQ17上限位开关HL17门锁指示灯SQ18下限位开关HL18报警灯JL报警铃如图3-2所示，为PLC的输入/输出电路，由开关元件、指示灯组成，开关进行对PLC输入控制，构成输入电路；指示灯受PLC输出控制，组成输出电路。 图3-2PLC的输入/输出电路 本次设计为基于五层五站式电梯的设计，由于在电梯的变量中，开关量的原件比较多，而模拟量的相对来说较少，电梯控制系统对系统的要求来说也很一般，所以，市场上一般的PLC都可以满足这个要求，基于三菱公司的PLC操作简单、接个便宜、体积较小等原因，我对本次设计的PLC选择三菱旗下的FX2N系列PLC。3.1.3PLC的选择三菱FN系列的PLC与其他品牌的PLC相比有很多优点。三菱系列的PLC相对来说属于小型PLC,价格便宜，但是功能很强大。在编程方面，虽然没有西门子扩展性强，可是编程简单也成为他的优点。在当今社会的发展情况来看，三菱FN系列PLC已经能满足很多方面的使用。三菱PLC采用了一类的可编程的存储器，可以将程序储存到内部，来执行顺序控制、逻辑运算、计数、定时、和算术操作等指令，这些指令时面向用户的，能通过模拟和数字输入/输出来控制各类的机械设施和生产过程。三菱FN系列的PLC，内部存在编程软元件，它乐意支持机型编程语言，即使这样，它与真实的元件也有很大差别。FN系列的模块中，FX2N系列PLC是最好的，它的速度快、功能强、控制全面。基于三菱PLC的众多优点，所以选择三菱FX2N系列PLC。FN系列的PLC在梯形图中的编程元件的名字组成为字母加数字，表示的意思为元件的类型及元件号，例如：X1、M100。输入与输出的数字部分为八进制编排，如表3-2所示，为FX2N系列接口点数。 表3-2为FX2N系列接口点数型号FX2N-16MFX2N-32MFX2N-48MFX2N-64MFX2N-80MFX2N-128M输入X0-X78点X0-X1716点X0-X2724点X0-X3732点X0-X4740点X0-X7764点输出Y0-Y78点Y0-Y1716点Y0-Y2724点Y0-Y3732点Y0-Y4740点Y0-Y7764点根据本次设计的输入/输出电路可知输入/输出接口分别为34个和29个，所以可以选择FX2N-80MR的PLC对系统进行控制。PLC的参数如表3-3所示。表3-3PLC的参数表模型I/O总数输入输出数目类型数目类型FX2N-80MR8040漏型40继电器3.2电梯变频器的选型3.2.1变频调速在电梯中的应用利用电动机交流变频是技术来控制电梯的优点突出，它的节能省电功能响应者国家的可持续发展战略和节能减排战略，使电梯逐步走向绿色化。交流变频技术也可以充分的提高产品的质量，充分的改善周围的环境。另外，由于变频调速这项技术本身的发展，也充分的带动了与之相关的其他行业的发展,比如其在电梯技术中的发展。以前的电梯进行调速使非常麻烦的，会在电梯的主电路中串联电阻和电感，当需要调速时，会利用接触器来改变串联电阻的阻值，通过改变电路中的阻值来控制电动机的转速。这种改变阻值的方法可靠性低，原件容易出现故障，降低电梯的安全性。 变频调速在电梯中应用有很多特点，简单介绍以下几点：（1）电梯的升降主要靠电动机来实现，电动机的正、反转可以实现对电梯运行方向的改变，在使用变频调速的电梯中，控制的是异步电动机，异步电动机相比于直流电动机的优点也比较显著。例如，异步电动机的体积小、所占的地方小、简单易操作、比较可靠、间隔便宜等。（2）电梯的变频调速的技术非常先进，其中包含了SPWM技术，对电梯的改善效果有很大的提高，电梯的安全性得到保障的前提下，是乘坐电梯的乘客感觉更加舒适、更加自然，仅仅基于这个效果就能使交流调速技术在电梯中广泛应用。（3）这种技术出了自身性能外，节能减排效果也非常明显。电梯和空调作为两个最好能的设施，对资源的占有率比较大，如果能让这个最大耗能的设施节约能源，减小开支，那么这个作用就太大了。3.2.2变频器对电梯的控制在电梯控制系统中，曳引电动机控制着电梯的上升与下降，在上升与下降的过程中不时恒定速度不变的，乘坐电梯时都希望电梯会比较舒适自然，所以就要对电梯的启动、运行、停止进行调速控制，使电梯起步时有一个加速状态；停止时有一个减速状态，这样会使乘客乘坐电梯时不会有晕电梯的按觉。最重要的是其可靠性差，设备容易损坏，不易维修，乘客的安全受到很大威胁。电梯的上行、下行、调速都受到变频器的控制。乘坐电梯是，我们都希望电梯会比较舒适自然，所以就要对电梯的启动、运行、停止进行调速控制，使电梯起步时有一个加速状态；停止时有一个减速状态，这样会使乘客乘坐电梯时不会有晕电梯的按觉。 为了使乘坐电梯的乘客有舒适感，所以电梯的速度就采用了“S”型的运行状态，将速度转换为频率曲线，如图3-3所示。图3-3电梯运行频率变化曲线当控制系统发出信号上升或下降后，系统会发出高速运行的信号，此时变频器收到信号，由0Hz至50Hz启动开始，设置启动时间为1S,运行过程中会以恒定的50Hz的频率运行；当收到减速信号后，控制系统会发出低速运行信号，变频器接收到低速信号后，变为低速频率运行，设置低速频率为6Hz，由50Hz装换到6Hz的时间设置为1S，；当有平层信号发出时，变频器的频率会由6HZ变到0，电梯停车。为了达到平稳运行的目的，曳引电动机用变频器控制，控制变量上，控制难度小，变频器应选择操作简单，可靠性好，价格便宜。所以选择欧姆龙系列变频器，型号为3G3JV，其主要参数如表3-4所示。表3-43G3JV变频器参数品牌型号供电电压额定电压（V）额定功率（KW）欧姆龙3G3JV低压AC3800.75图3-4变频器接线图 3.3电梯控制系统电路图设计3.3.1系统的主电路设计如图3-5所示，曳引电动机为双速笼型异步电动机，。KM1和KM2是两个接触器控制电动机开门和低速关门运行的，两个电动机同是接在三相电源上，对KM1与KM2会控制电梯门的打开与关闭。控制主电路的三相电分别为U、V、W，U、V、W是通过变频器转换的电源，电源之后先后接有电源开关SQ和极限开关SQ0，SQ的作用是切断电源的打开与关闭。极限开关SQ0的作用是极限控制，当电梯到达一楼平层与五楼平层时还不停止运行，就会触发SQ0，强制电梯停止运行。图3-5电梯控制的主电路图3.3.2曳引电动机和门电机的选择曳引电动机是控制电梯上下运行的设施，根据电梯实际应用时工作状态的考虑可知，电动机工作状态是短时的，启动和停止的频率较高，对于如此频繁的启动于制动，对电机本身的硬件考研非常大。为了满足以上等要求，选择交流双速异步电动机。 此种电动机和鼠笼型电动机相似，双速电机比鼠笼型电动机多了一套绕组而由双套绕组，分别为高、低速绕组。(4-1)(4-2)4-1、4-2分别为计算转速的的表达式，由公式可知，异步电动机的同步转速n可由磁极对数p控制，n随着p的增大而减小。设计电梯的基本参数如表3-5所示表3-5设计电梯的参数额定载重（kg）额定速度（m/s）平衡系数（Kp）总传动效率100010.450.8（4-3）式中：P—电机功率（kw）；Q—电梯的额定载重（kg）；V—电梯的额定运行速度（m/s）；Kp—电梯的平衡系数；—曳引机的传动总效率。根据参数表中的数据以及公式4-3所计算出的结果可以选择电动机的型号。根据计算选择YD160L-8/4交流双速异步电机，参数如表4-8所示，外观如图4-12。表3-6YD160L-8/4交流双速异步电机参数型号类型额定功率(KW)额定电压(V)额定转速r/minYD160L-8/4三相异步电动机7/11380730-1460 门电机也采用三相交流电源的异步电动机，电动机工作状态是短时的，启动和停止的频率较高，对于如此频繁的启动于制动，非常考验电动机绝缘材料的等级和起动的惯性及机械强度。门电机不会有这么大的强度，也不需要有向曳引电动机的起动的惯性和机械强度。作为门电动机，开门和关门的频率也使非常大的，所以在电动机的选择上也同样会考虑其绝缘材料的等级以及使用频率小等的因素，故也选择于曳引电动机同一系列的电动机，功率比曳引电动机小。门电动机选择YD132M-8/4的电动机，电动机主要参数如表3-7所示。表3-7YD132M-8/4交流异步电动机主要参数型号类型额定功率(KW)额定电压(V)额定转速r/minYD132M-8/4三相异步电动机3/4.5380720-14403.3.3系统的保护电路设计如图3-6所示，门锁继电器KA1由所有的门锁开关组成，开关的通断控制着电梯的运行，所有开关都接通时，电梯才正常运行。安全运行电路由所有的安全开关组成。门锁安全运行电路图3-6保护电路电路图 3.4显示部分的设计电梯内部显示部分如图3-7所示，电梯的显示部分包括内显示部分和外显示部分。内显示部分和外显示部分略有不同。当乘客需要乘坐电梯时，只需要在外部按下上或下按钮就可以了，不需要按选择楼层按钮，控制系统会根据乘客所登记的记录来定向并以最优的方式运行，所以外部显示只有上和下按钮。但是一楼和五楼是不同的，由于一楼只能上，五楼只能下，所以一楼只设置向上按钮，五楼只设置向下按钮。电梯内部的显示部分也成为轿厢显示。轿厢内有一至五层的按钮、手动开门和手动关门、楼层显示器、上下方向显示器。通过一至五层的按钮，乘客可以按下自己想去的楼层。当电梯门关闭或是打开过程中，乘客可以进行手动的开门与关门，来改变电梯门原有的状态。楼层显示器与方向显示器和厅外的显示器作用是一样的，都是状态显示。图3-7电梯内部显示模块图3-8七段数码显示示意图 楼层的显示是由七段显示数码管组成，PLC通过译码器连接七段显示数码管，从而把数据传输给显示屏，PLC输出的是BCD码，即“8421”编码，此编码不能被数码管直接使用，所以要通过译码器进行装换。译码器的A、B、C、S分别就接Y31至Y34，Y0至Y6分别接在七段显示数码管的a至g。译码器的引脚图如图。一至五层的转换结果如3-8表所示。图3-9译码器表3-8数码管显示表ABCDEFG一楼0110000二楼1101101三楼1111001四楼1110001五楼10110113.5井道信号系统设计3.5.1井道系统的设计如图3-10所示，为电梯井道系统的示意图，电梯在正常运行工作中，会随时提供它目前所处的位置，来告诉乘坐电梯的乘客和正在等电梯的乘客。我们可以通过传感器来知道电梯所在的位置和运行方向，干簧管可以满足这样的要求 。干簧管传感器相对于其他的的传感器来说，还是比较有保证的，安全可靠。将干簧管传感器安装在电梯的顶部，井道中每层都安装一个隔磁板，电梯运行过程中，隔磁板就会插入干簧管感应器，来判断电梯所在的层数。电梯抱死时，会达到平层位置，平层位置的含义是电梯停止运行时，门厅的地面和轿厢的底在同一平面上。平层基本都有规定的尾差范围，一般规定内外平面的差不大于5mm，电梯平层的过程是先减速，减速过后再停车，之后发出信号开门，这样会使乘客的舒适度大大提高。1对重2隔磁板3上平层感4下平层感应5轿厢图3-10井道示意图3.5.2干簧管感应器的设计干簧管感应器是用来检测轿厢位置的，所有也会称之为选层器。本次设计的楼层检测器是干簧管感应器，干簧管是利用磁场来接通于断开开关的装置。干簧管感应器要设置在轿厢的顶部，可以检测出电梯所在的位置和发出减速于平层信号，可以说它是井道部分最重要的设备之一了。 1干簧管2常闭触点3转换触点4常开触点5永久磁铁6隔磁图3-11干簧管感应器如图3-10所示，为干簧管感应器，感应器呈“U”型。当“U”型内没有隔磁板插入时，在永久磁铁的磁场作用下，2和3连接，当在“U”型感应器内插入隔磁板后，永磁铁通过空气会和隔磁板形成一个闭合的回路，在失去磁场的作用下，干簧管的簧片因为有弹性，所以此时2和3断开，3和4回接通。本次设计是将干簧管感应器放置在电梯轿厢的顶部，将隔磁板放在电梯的井道内，利用两个干簧管感应器来判断电梯的位置，以及电梯减速和制动的时间。干簧管相对于其他类机械开关来说有很多优点，如构造简洁、反应快、占空小、工作时间长；相对于其他电子开关来说，它的抗负载冲击能力比较强，工作可靠、性能好。此次设计的感应器选择YG-1永磁感应器。简介见表3-9所示。表3-9永磁感应器参数表型号电流方式电压（V）机械寿命控制方式YG-1直流380以下≤12万磁场 4.电梯控制系统的软件设计4.1电梯控制系统的主流程图电梯控制系统的主流程图如图所示，由初始状态到运行结束等三种状态，这三种状态包括：初始状态、运行状态、运行结束状态。通过主流程图可以清晰的显示出电梯运行及控制的状态。主流程图如图4-1所示。图4-1电梯控制系统主流程图 4.2电梯控制系统的梯形图4.2.1电梯的开门环节（1）初始开门此时，电梯没有运行，工作人员进行开启电梯，将电梯锁SA2（X10）打开，电梯接通电源，系统开始运行程序，电梯门会自动打开，进行正常工作。（2）检修开门接通X3，电梯处于检修状态下，只能进行手动开关门，按下开门按钮开门、按关门按钮关门。（3）呼叫开门如果没有新的命令时，电梯将会停在该层不动，处于待命状态；当有人在此层进行呼叫时，电梯门会打开，随后根据命令运行。（4）关门时重新开门当电梯关门过程中，如果有乘客需要进/出电梯，会选择重新开门，只需按下开门按钮X4，即可重新打开电梯门。（5）自动停层开门电梯到达命令层时，接到平层指令机会停止运行，此时M140接通，电梯门打开。（6）故障开门当电梯超载时，X36会接通，电梯门会重新打开；当关门过程中，如果有东西夹到电梯门时，电梯门会关不上，开关X37接通。（7）禁止开门电梯运行时，是禁止电梯门打开的。开门程序的梯形图如图4-2所示。 流程图如图4-3所示。图4-2开关门程序 图4-3开关门程序流程图4.2.2电梯的关门环节（1）停用关门需要结束电梯运行时，把电梯开到基站，乘客离开电梯后，电梯门自动关闭，用钥匙关闭SA2，此时电梯和PLC都断电而停止工作。（2）自动关门电梯开门后，会有一段时间的延时，延时时间到到后，电梯制动关门。（3）检修关门电梯检修过程中，只能手动关门。（4）提前关门在电梯延时关门时，如果需要提前关门，只需按下X5就可以实现。（5）禁止关门当电梯超重时，电梯门禁止关闭。电梯关门梯形图如4-4所示。 图4-4关门梯形图4.2.3开关门保护及其对应的故障显示电路在电梯关门时，有很多原因会只是电梯门关不上。电梯门不能关闭时就会重新打开，如果故障不能清除，电梯门会多次重复操作，可能会损坏电梯。所以对电梯进行设计，重复开关门5次后，电梯就会停止运动。楼层显示会出现0和2交替，知道恢复正常。图4-5开关门保护流程图 梯形图如图4-6至4-9所示。图4-6重复开关门电路梯形图图4-7故障显示梯形图当KA2断开时，故障显示0和1交替，如图所示图4-8主控及复位梯形图 图4-9故障显示梯形图4.2.4楼层信号产生与清楚环节当电梯在某一楼层时，楼层显示器会显示该层的号码。每上升一层会加一，每下降一层会减一。用D200来表示电梯的楼层数，PLC通过译码器来与显示数码管连接，从而显示出楼层数。梯形图如图4-10所示。图5-10楼层信号产生与消除流程图 图4-11楼层信号产生与消除梯形图4.2.5内选信号环节轿厢的内部有1-5楼的选择按钮，乘客按下选选择按钮是，相应的只是等点亮并保持，电梯响应命令。当电梯到达选择的楼层后，之前的选择信号别清楚，指示灯也随之熄灭。程序梯形图如图4-13所示。 图4-12内选信号流程图图4-13内选信号环节梯形图4.2.6外呼信号环节 电梯厅门处有呼叫装置，当乘客进行呼叫后，电梯将呼叫命令记忆。只有电梯运行条件满足一下两条件时，电梯系统才会相应命令：（1）电梯到达该层；（2）选择方向与电梯运行方向相同。电梯相应命令后会清楚命令记忆，并熄灭只是灯。外呼信号环节梯形图如图4-15所示。图4-14外呼信号流程图 图4-15外呼信号环节梯形图4.2.7停层信号的产生与消除环节电梯接收到停层信号后，才会制动停车，每一层的厅层信号由一个辅助信号确定，将M150-M154确定为1-5层的厅层辅助信号。电梯下到一层时会在一楼停层；电梯上到五层时会在五楼停层，其他三层的停层信号会根据电梯运行的方向和轿厢所处的位置确定。流程图如图4-16所示，梯形图如图4-17所示。图4-16停层信号的产生与消除环节流程图 图4-17停层信号的产生与消除环节梯形图 4.2.8定向环节在自动运行条件下，电梯可以定向上行，也可以定向下行。电梯在待命状态下，会根据所接受的内部和外部、自己所处的位置来确定是上行还是下行。检修状态时，只能根据上行或是下行按钮来控制运动方向。无需定向。流程图如图4-18所示。梯形图如图4-19所示。图4-18定向环节流程图 图4-19定向环节梯形图4.2.9停车环节上、下平层感应器的位置变化会给系统发出减速信号与停层信号。期间电梯的每个状态都要受到各种信号的控制。本设计中，上下平层信号会转换为脉冲信号。流程图如图4-20所示。程序的梯形图如图4-21所示。 图4-20定向环节流程图图4-21停车环节梯形图4.2.10自动运行环节自动运行环节有如下两种情况： （1）自动运行环节中启动加速；（2）自动运行环节中稳定运行。程序梯形图如图4-22所示。图4-22自动运行环节梯形图4.3电梯控制系统的MCGS仿真打开组态软件，新建用户窗口，在用户窗口界面上设计电梯的模型。电梯的整体模型包括门厅控制部分、轿厢内部控制部分以及控制室部分。其中门厅部分有厅门、楼层显示器、运行方向显示器、选择按钮。交箱内部控制部分有楼层显示器、运行方向显示器、楼层选择按钮、手动开关门按钮。控制室有报警控制装置。电梯模型如图4-23所示。 图4-23电梯模型模型设计完成之后，就要对相应的变量进行设计，以至于组态界面各个部分能相互作用与控制，使之动起来。组态界面各部分变量设计完成之后要进行循环策略的设计。包括外部门控制、内部选层控制、内部开关门控制、上运行、下运行、上调用、下调用以及报警。循环策略部分如图4-24所示。图4-24循环策略部分 5．总结通过本次对电梯整体模型设计、硬件设计、软件的设计以及最后的仿真，基本达到了对系统设计的要求。设计初期选择了用PLC对电梯系统进行控制，开始只是查资料了解到控制系统选择PLC的优点，在后期的设计中，充分的认识到它的正确性。PLC的功能强大、运用灵活，使设计简便的很多。三菱FX2N系列的PLC在对梯形图编写与仿真时的功能也非常的优越，写梯形图时操作简单，仿真明了，让我编写程序与检查结果时很方便。此次设计也有不足之处，由于对变频器了解甚少，所以对其功能的开发不够，对变频器的利用率也不足。许多地方还是在用行程开关，没有更好的用好传感器。在以后的学习与工作中应继续研究相关方面的知识，不断提高自己的能力水平。 致谢经过几个月来的学习与设计，终于完成本人的首次毕业论文的设计。在这次的毕业设计中，充分的感觉到了学习知识的重要性，由于对一些专业知识学习的不踏实，使我在论文的设计中遇到了很多麻烦，最后在杨伟新老师和同学们的帮助下得以解决。在这次设计中，杨老师给予了我很大的帮助，如果没有杨老师的指导，我的毕业设计不会这么早就完成，甚至有可能完不成设计。杨老师平时工作非常繁忙，但是还不忘对我们进行督促和指导，在这里我再一次对杨老师指导表示真诚的感谢！还要感谢四年来所有任课的老师，你们辛苦了！此次的论文设计的也是一个学习的过程，虽然遇到了很多问题与麻烦，但是也促进了我对学习的渴望，使我了解了很多从没涉及的领域，无论对我的现在，还是以后的工作，都有很大益处。 参考文献[1]王泽欣.基于PLC的电梯控制系统设计[D].大连：大连理工大学.2007[2]王朝纲.Z8F型机大梁带铺放机总体概念设计[D].天津：天津工业大学.2006[3]朱桂英.应用于挺杆的火焰淬火设备的研究[D].河北：河北工业大学.2010[4]廖长初.可编程控制器应用技术[M].重庆：重庆大学出版社.1997[5]程子华.PLC原理与编程实例分析[M].北京：国防工业出版社.2007[6]刘建华.三菱FX2N系列PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社.2010[7]张浩风.PLC梯形图设计方法与应用实例[M].北京：机械工业出版社.2008[8]王亚东.FX2N系列PLC在电梯控制系统中的应用.[J].工程技术.2007[9]蔡红斌.电气与PLC控制技术[M].北京：清华大学出版社.2011[10]王兆义.小型可编程控制器实用技术[M].北京：机械工业出版社.2002[11]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社.2005[12]张浩风.PLC梯形图设计方法与应用实例[M].北京：机械工业出版社.2008[13]王永华.现代电器控制及PLC应用技术[M].北京：北京航天航空大学出版社.2008