基于PLC的六层电梯控制系统的设计

专业技术实习报告基于PLC的电梯控制系统设计专业年级姓名学号09——指导老师完成日期2013年1月10日电梯控制系统背景及设计思想1.1 电梯设计概述1.1.1 设计背景随着人们生活水平的提高，人们对住房工作条件要求也越来越高。

而电梯作为建筑内重要的垂直交通工具，与我们的生活有着越来越紧密的关系。

传统的电梯采用接触器来实现电动机状态的改变，此外控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，因此存在元件多、功能弱、故障频繁、可靠性差及工作寿命短等诸多缺点。

为了提高电梯系统的性能，保证其运行的可靠安全，电梯控制系统越来越多的采用PLC控制。

PLC控制较继电器控制有着许多的优点，同时，鉴于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已渐渐过渡到了交流变频调速，满足乘客的舒适感，保证平稳的精度，降低能耗，节省运行开支，节约能源。

1.1.2 电梯的运行工作情况电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜／箱、导轨等主要部件组成。

电梯在运行的过程中有起点站也有终点站。

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。

电梯的自动化程度比较高，一般电梯的乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。

1.2 PLC及其电梯PLC控制的特点1.2.1 PLC的特点PLC实质上属于计算机控制方式，与普通微机一样。

以通用或专用 CPU 作为字处理器，实现字运算和数据存储，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。

可靠性：对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。

如：（1）PLC无需大量的活动元件和接线电子元件（2）PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计（3）PLC有较高的易操作性，编程简单，操作方便，维修容易等易操作性:PLC 的易操作性表现在下列几个方面：操作，编程，维修容易。

灵活性:PLC的灵活性表现在以下几个方面：编程，扩展等1.2.2 PLC在电梯控制中的特点（1）采用PLC控制电梯，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。

1.3 电梯的功能要求1）电梯运行指定位置后具有手动或自动开/关门的功能。

2）利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯的到达信号。

3）能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。

4）电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。

电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。

5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。

电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿厢门关闭。

6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。

8）行车时，厅门和轿厢都不能开门。

开门之后不能行车，有门连锁保护。

平层时可自动开门、手动开门，夹人时自动开门。

三菱FX2N可编程控制器介绍2.1 可编程控制器的基础认识1. 三菱FX2N的PLC控制器的主要特点：1)集成型高性能。

CPU、电源、输入输出三为一体。

2)高速运算基本指令：0.08μs／指令应用指令：1.52～几百μs／指令3)安全、宽裕的存储器规格内置8000步RAM存贮器安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。

4)丰富的软元件范围辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数：235点数据寄存器；8000点5)除了具有输入输出16～256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。

6)面向海外的产品适合各种安全规格2. PLC的性能指标和分类1) PLC的主要性能指标(1)输入／输出点数（I／O点数）I／O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。

它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。

(2)存储容量存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。

(3)扫描速度一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用µs/步。

(4)功能扩展能力可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如A／D模块、D／A模块、位置控制模块等。

(5)指令系统指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。

2). PLC系统的组成PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。

PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。

2.2 可编程控制器的工作方式1、PLC 的扫描工作方式：可编程序控制器在进入RUN 状态之后，采用循环扫描方式工作。

从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。

然后再从头开始扫描，并周而复始地重要进行。

可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-1所示，包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。

PLC 完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。

扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。

图2-1 PLC 的扫描过程2. PLC 的程序执行过程PLC 的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-2所示。

图2-2 PLC 的程序执行过程3. PLC在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。

即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。

4. PLC的I／O响应时间PLC采用集中I／O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。

输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。

2.3 可编程控制器的编程语言PLC的编程语言有梯形图语言、指令表、顺序功能图语言等。

其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。

本课题所采用的编程语言为梯形图语言。

2.4 可编程控制器与继电器在电梯控制中的应用比较在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方法有：1. 继电器—接触器控制系统这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。

优点：与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。

缺点：动合触点易磨损，且电接触不良；体积大；控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。

因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。

2. PLC控制系统PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。

它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。

总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。

PLC控制系统与变频器3.1 PLC控制系统设计图3-1是PLC控制系统设计步骤的流程图。

详细步骤如下：（1）了解和分析被控对象的控制要求，确定输入、输出设备的类型和数量。

（2）根据输入、输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数，并选择相应点数的PLC机型。

（3）合理分配I/O点数，绘制PLC控制系统输入、输出端子接线图。

（4）根据控制要求绘制工作循环图或状态流程图。

（5）根据工作循环图或状态流程图编写梯形图、指令语句、汇编语言或计算机高级语言等形式的用户程序。

（6）用编程器将用户程序输入到PLC内部存储器中，进行程序调试。

（7）程序调试。

先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。

（8）调试过程结束，整理技术资料，投入使用。

3.2 变频器的分类变频器的种类有很多，根据不同的分类方法将变频器分为：按交换环节方法分：交-直-交变频器；交-交变频器。

按主电路工作方式分：电压型变频器；电流型变频器。

按电压的调制方式分：PAM变频器；PWM变频器。

按工作原理分：V/f控制变频器；转差频率控制变频器；矢量控制变频器；直接转矩控制变频器。

按用途分：通用变频器；高性能变频器；具有电源再生功能的变频器；风机、水泵用变频器；其他专业变频器。

3.3 变频器的选择3.3.1 选择变频器的规格及满足条件按照变频器标称功率进行选择，在实际中常常可能会行不通。

根据具体的工程情况，可以有以下的几种选择方式：（1）按照标称功率选择：一般做为初步投资估算依据。

（2）按照电动机额定电流选择：多用于恒转矩负载的新设计项目。

（3）按照电动机实际运行电流选择：多用于改造工程。

（4）照转矩过载能力选择。

且选择的变频器应满足以下条件：（1）根据被控设备的负载特性选用通用变频器的类型。

（2）所选用通用变频器的类型与被控异步电动机的参数匹配。

（3）为降低电梯成本，选用通用变频器。

（4）电梯的启动和停车都要平稳。

（5）变频器带有防止失速功能。

表3-1 VS-616G5变频器主要参数设置（6）变频器具有优良的转矩特性。

3.3.2 VS-616G5变频器VS-616G5变频器属于电压型变频器，包括4种控制方式：V/F控制、带PG反馈的V/F控制、无传感器的磁通矢量控制和带PG反馈的磁通矢量控制。

VS-616G5只需简单的参数设置就可以用于广泛的应用领域。

其主要参数设置如表3-1所示。

表3-2示出了控制电路端子的功能说明。

变频器的输入信号包括对运行/停止、正转/反转、点动等运行状态进行操作的数字操作信号。

变频器通常利用继电器触点或晶体管集电极开路形式得到这些运行信号PLC的输出端口可以和变频器的上述信号端子直接相连接，从而实现PLC对变频器的控制。

变频器的监测输出信号分为开关量检测信号和模拟量检测信号两种，用来和其他设备配合以组成控制系统。

模拟量检测输出信号既可根据需要送给电流表或频率表，也可以送给PLC的模拟量输入模块。

对于开关量检测信号，由于是通过继电器触点或晶体管集电极开路的形式输出，额定值均在24V/50mA之上，符合FX 系列PLC对输入信号的要求，所以将变频器的开关量检测信号FX系列PLC的输入端直接相连接，从而实现信号的反馈控制。