题目：基于 PLC 的电梯控制系统的设计与调试随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯已成为人们日常生活必不可少的代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。传统的电梯控制系统采用的是继电器接触控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。 本文采用可编程控制器(PLC)代替传统的继电器接触控制，设计了六层电梯的控制系统。介绍了电梯的发展概况，电梯的分类及结构组成以及 PLC 的基本知识，该设计以三菱 PLC 为主控制器，采用交流异步电动机调速系统和集选控制方式。本文设计的电梯控制系统提高了电梯的控制水平，大大的提高了电梯故障检测与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。由于交流双速电梯成本较低，目前可用于货梯和调速系统要求不高的场合，同时为高层电梯及电梯的群控技术提供了理论依据。 关键词：电梯，PLC 控制系统，仿真 目 录第一章 绪论31.1 研究的背景及意义31.2 国内外研究的现状3第二章 电梯的基本知识32.1 电梯技术的发展状况32.2 电梯的结构组成42.3 电梯的安全措施及保护装置42.4 本章小结5第三章 电梯控制系统的硬件设计53.1 本设计中电梯控制系统的总体结构53.3 电梯的门机电路及安全运行回路73.4 本章小结8第四章 电梯控制系统的软件设计84.1 软件设计思想及主程序流程84.1.1 电梯的正常工作状态84.1.2 电梯的强制工作状态84.2电梯开门环节梯形图94.3 电梯关门环节梯形图114.4 照明及风扇控制梯形图124.5 本章小结12第五章 电梯运行的模拟调试及仿真135.1电梯运行过程的软件仿真135.1.1 电梯运行时梯形图的仿真方法及监控135.1.2 电梯运行时发生故障的仿真165.2 电梯运行过程的三菱 PLC 硬件模拟调试18总结与展望19参考文献20致谢21第一章 绪论1.1 研究的背景及意义 随着我国现代社会文明的不断发展，人们物质文化生活水平的不断提高。尤其是改革开放的深入和发展，各地高楼大厦像雨后春笋般地矗立起来，电梯已经成为各高层建筑不可或缺的垂直交通工具，或承担着货物的运输、或担负着人的交通，已经成为我们工作和生活中的必需设备。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛地应用着。 电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。近年来，人们对乘坐电梯的安全性和舒适性提出了更高的要求，这就要求电梯的研究者和开发者不断提高电梯控制技术，以满足人们对于乘坐电梯日益增长的要求。 本文针对当前电梯控制系统的发展趋势和潮流，采用可编程控制器(PLC)设计电梯控制系统，实现对电梯运行的信号控制，使得电梯的运行能够满足人们对于安全性和舒适性的要求。1.2 国内外研究的现状 我国现已成为世界上拥有电梯数量最多的国家，电梯控制技术也达到了世界领先水平。 在电梯飞速发展的今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到全面发展时期，随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应以人为本，提高运行过程的舒适度，特别是从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以及实现单梯与群控管理的最佳模式。合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。本论文中将重点研究电梯的升降控制逻辑以及电梯的整个运行过程，不着重介绍主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施。 第二章 电梯的基本知识2.1 电梯技术的发展状况 电梯的控制系统及其设备在随着社会的快速发展而不断改进，以前的电梯控制系统大部分采用继电器逻辑控制系统。现在，微机系统已经全面取代继电器逻辑控制系统实施闭环控制，进一步提高了电梯的性能和可靠性，并减少现场调试的工作量，它是电梯控制技术的发展方向，目前使用较多的微机控制系统主要有以下几类：PLC控制、单片机嵌入式系统和工业控制计算机。近几年，PLC控制的各类电梯，己经大批量地投向市场，由于PLC的可靠性、维修方便而受到广大用户的欢迎。 2.2 电梯的结构组成 电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。 2.3 电梯的安全措施及保护装置 (1)电磁制动器：装于曳引电动机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。 (2)强迫减速开关：将分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站时换速且未减速时，轿厢上的撞块就会触动此开关，通过电气传动控制装置，使电动机强迫减速。 (3)限位开关：当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并产生制动，强迫停车。 (4)行程极限保护开关：当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关将动作。 (5)急停按钮：装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。 (6)厅门开关：每个厅门都装有电梯门锁开关。仅当厅门关上时才允许电梯启动；在运行中如出现厅门开关断开时，电梯应立即停车。 (7)关门安全开关：常见的是装于轿厢门边的安全触板上，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。 (8)超载开关：当轿厢超载时轿厢底部的开关动作，电梯不能关门和运行。 (9)其它的开关：安全窗开关，钢带轮的断带开关等。 2.4 本章小结 本章首先介绍了电梯控制技术的发展状况，其次详细阐述了电梯的定义、分类、结构组成以及电梯的安全措施及保护装置。 第三章 电梯控制系统的硬件设计 3.1 本设计中电梯控制系统的总体结构 随着工业自动化技术的发展，电梯的控制技术经历了由继电器控制系统向 PLC 控制系统转变的过程。PLC 电梯控制系统和其他类型的电梯控制系统一样，主要由信号控制系统和拖动控制系统两大部分组成。电梯 PLC 控制系统的总体结构，主要硬件包括 PLC 主机及扩展、机械系统、轿厢操作盘、厅外呼梯盘、楼层指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为 PLC 主机，操作盘、呼梯盘、井道及安全保护等信号通过PLC输入接口送入PLC中去，然后通过软件程序控制向拖动系统发出信号，以满足电梯实现起动加速、制动减速、上下方向运行等功能。 本系统采用轿厢外召唤，轿厢内按钮控制方式的自动控制形式，电梯由安装在轿厢内的指令按钮进行操作，其操作内容为响应，轿厢内指令依层次指令运行起动电梯，使轿厢操作盘 厅外呼梯盘 安全装置 井道装置 楼层指示器 调速装置 主拖动控制 门机控制 电梯到达目标层。电梯上行、下行由一台交流电动机来驱动，电动机正转，电梯上升；电动机反转，电梯下降；并可以实现电梯的启动加速、稳定运行、制动减速等调速环节。电梯轿厢门由另一台它励直流电动机驱动，该电动机正转，轿厢门开，电动机反转，轿厢门关，每层电梯都设有呼叫按钮，轿厢内开门按钮，轿厢内关门按钮。电梯的厅门外每层都有楼层位置的数码管显示装置及电梯运行方向指示灯等装置。 3.2 交流双速电梯系统的主电路图及工作原理图 3.2 电梯调速系统主电路如图 3.2 所示为交流双速电梯控制系统的主电路图。图中 M 为 YYTD 系列电梯专用双速笼型异步电动机（4/16 极）；KM3、KM4 为电动机正反转接触器，用以实现电梯的上、下行控制；KM5、KM6 分别为电梯的高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或低速运行； KM7 为起动加速接触器；KM8、KM9、KM10 为制动减速过程接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2 与 R1、R2 为串入电动机定子电路中的电抗与电阻，与 KM7KM10 相配合实现对电动机的加减速控制。当 KM3 或 KM4 与 KM5 通电吸合时，电梯将进行上行或下行的起动，梯形图程序中设定延时 1.5S 后 KM7 通电吸合，切除 R1、L1，电梯将转为上行或下行的稳定速度运行过程；当电梯接收到停层指令时，KM5 断电释放，KM6 通电吸合，电动机转为低速接法，串入电抗制动，实现上升与下降的低速运行，且 KM8KM10依次通电吸合，程序中设定三个接触器动作的时间依次为 1S、1.5S、2S。用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感。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。电梯在检修状态下运行时，电梯只能在低速接法下实现点动运行。 3.3 电梯的门机电路及安全运行回路 如图 3.3 所示为电梯的门机电路及安全运行回路。门电动机为它励直流电动机，可由 KM1、KM2 控制其正反转。当 KM1 接通时，电阻 R2 与电动机电枢并联，电流由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门，压下 SQ11 时，R2 部分被短接，实现电梯开门调速。当 KM2 接通时，电动机将反转，实现关门，并由 SQ12、SQ13 与 R3 一起实现关门调速。 图 3.3 电梯的门机电路及安全运行回路图 3.3 中电气元件说明： SQ1-SQ6 电梯一层至六层的厅门锁开关 SQ7 电梯安全窗开关 SQ8 电梯安全钳开关 SQ9 电梯限速器开关 SQ10 电梯轿厢内急停开关 SQ11 电梯开门调速开关 SQ12、 SQ13 电梯关门调速开关 SA1 电梯上强迫停止开关 SA2 电梯下强迫停止开关 SA3 基站开关梯钥匙开关 KA1 电梯门锁继电器 KA2 电梯安全运行继电器 FR1、FR2 热继电器触点 当电梯上下运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。当电梯停止运行时，抱闸应抱死，其线圈应断电。将所有厅、轿门开关串联在一起，控制电梯门锁继电器 KA1，实现电梯门全部关闭后电梯才能运行的控制。将安全窗开关、安全钳开关、限速器开关、轿内急停开关、上下强迫停止开关、基站开关梯钥匙开关以及热继电器触点 FR1、FR2 串联在一起，构成电梯的安全运行回路，控制安全运行继电器 KA2，当安全运行继电器 KA2 断开时，可以实现在多种紧急情况下电梯的立即停车。