燕山大学本科毕业论文中期报告

燕山大学

本科毕业设计（论文）中期报告

课题名称：电梯控制系统的研究

学院（系）：电气工程学院

年级专业：09 过控2 班

学生姓名：高会

指导教师：赵新秋

完成日期：2013 年5 月6 号

1 毕业设计进展情况

研究的基本内容：运用可编程控制器PLC 作为电梯的控制系统，完成

电梯上行、下行、停车基本功能。电梯的电气控制部分和电力拖动部分是要

进行主要深入考虑的两大部分，这个过程占用设计中的大部分时间。通过这么长时间的学习，我拟定了设计的主题思路，完成了硬件设计及设备选型，

并对其中各个环节做出了准确定位，完成了电梯电力拖动部分的设计和电气

控制系统的部分设计。

主要解决的问题：1）三菱系列FX-2N 硬件设计及程序流程图的设计。

2）变频器型号为三菱专用变频器FR-A700。

3）通过串行通信将PLC 的控制信号传递给变频器。

4）主要通过旋转编码器将电梯的运行状态，位置反

馈给PLC。

经过上一阶段的学习，已经基本对四个方面的内容有了一定程度的掌

握。简要介绍一下硬件结构设计：

（1）查阅PLC的外部接线图

首先我查找了以前做过的实验指导书，关于小车加速、减速、延时动作的一个实验。通过回忆和翻看指导书我顺利的将电源和PLC的输入端子接到了一起。同时为了不至于出错，我又将从图书馆借来的

两本书仔细观察里面的PLC接线图，尤其观察电源端是怎么连接的。

并且参照了相关案例，结合自己的思考绘出了如下的连接法。

（2）变频器型号的确定及其与PLC的连接

变频器的功能是将一定的频率转换成频率从一定范围内连续可调的频率，从而实现电梯速度的控制。通过对几种变频器的比较，最终我选择了三菱专用变频器FR—A700。一般而言对于相应的可编程控

制器，都有其专用的变频器，能够比较合理的配合相应的控制器进行

工作，完成相应的功能操作。

（3）变频器型号确定了，下一步考虑怎么利用其控制电梯的速度。

毫无疑问，PLC作为控制器，电梯的速度控制也离不了它的间接控制。

查阅了相关资料，PLC和变频器的连接情况有三种，现总结如下：

①用操作面板控制运行时：没有控制配线，直接使用操作面板即

可进行控制操作；

②用控制端子控制运行时：通过PLC的模拟量输入输出模块控制

变频器的操作。注意接线必须采用屏蔽电缆；

③通过串行通信口控制运行：PLC为RS485接口时，可直接将PLC

的RS485口与控制板的通信端子相连，若PLC为RS232接口，需

使用RS485/RS232协议转换器。

根据本文的控制方案，采用的是第三种连接方案。FX2N通过增加通信

模块FX2N-485-BD控制变频器实现启动、停止、速度控制等功能，易于实现

其功能。另外，从整体角度来看使整个接线图美观大方。

下图是整个电梯控制信号的输入输出部分，如下

运行方式信号运行控制安全保护信号

楼层显示

输输

内指令信号入PLC

出呼梯显示

部部

外召唤信号分分运行显示

开关门信号开关门控制

门区或平层信号拖动系统

（4）利用旋转编码器检测电梯的运行状态和位置并反馈给PLC

在寻找电梯位置的反馈方式时查阅了大量资料，进行了比较和优化，最终选择了旋转编码器和井道磁开关共同完成位置检测。在某种程度上来说，

位置检测装置决定了电梯速度运行的高低、速度控制的精度和电梯乘坐的舒适感。

旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，由一个中心有轴的光电码盘，

其中有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取。旋转编码器的中心轴通过弹性联轴器与曳引轮的中心轴相连，当曳引轮带动轿厢及对重上下运行的同时也带动了与之相连的旋转编码器作相应的正反转。电梯每上升或下降一段距离，旋转编码器的脉冲信号数就相应的增加或减少来控制轿厢的平

层位置。它将被测的角位移直接转换成数字信号( 高速脉冲信号) 。因此可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。输出脉冲的相数，获得两组正弦波信号组成A、B两相，每个正弦波相差90度相位差。A、B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。

为了兼顾成本和精度，本文采用的位置检测方式是旋转编码器和井道磁

开关共同完成位置检测。轿厢在井道中的位置可以通过旋转编码器输出的脉

冲通过换算得到，同时为了克服曳引绳的打滑和伸缩对平层精度的影响，在每层的平层位置，需要安装一个井道磁开关，作为平层校正开关和计数器复位标志。另外，为了提高系统的安全可靠性，控制系统的上下强迫换速位置以及上下极限位置也必须由井道磁开关来完成。

软件的程序流程图如下：

初始化

Y

是否门厅呼叫

N

N

是否轿厢呼叫

Y

确认本层和目标层

Y 目标层和本层是否同层

N

电梯选向

起动加速

电梯高速运行

楼层检测

N

是否目标层

Y

电梯减速

平层检测

电梯制动

开门

延时关门

N

是否停止运行

Y

停止

2 毕业设计实施方案

此次设计主要采用日本三菱公司生产的PLC，FX2N系列作为电梯的控制器。同时根据用户要求归纳输入输出点数，最终确定型号为FX2N-64MR的PLC。由于对于电梯有要求乘坐舒适的要求，那么要求速度从一定的范围内可调，

且调速平缓。所以连接变频器必不可少。变频器采用三菱专用变频器

FR-A700，通过串行通讯的方式将其和PLC连接到一起，两者都是标准通讯

口RS-485，可直接连在一起。PLC通过程序控制变频器启动停止速度等，从

而实现整个系统的功能。变频器另一端连接交流电机，由于它具有快速启停的优良性能，可以很好的实现电梯的运行功能，门电机采用直流电机，它不用完成太过复杂的动作，用它完成开关门动作，省时省电。

3 毕业设计查阅的主要文献资料

[1] 毛宗源等，微机控制电梯[M] ，国防工业出版社出版，1996

[2] 李鼎培，当前电梯研制开发技术动态[J] ，中国电梯，1995

[3] 梁延东主编。电梯控制技术[M] 。中国建筑工业出版社，1997

[4] 张汉杰，王锡钟编著。现代电梯控制技术[M] 。哈尔滨工业大学出版社，

1996

[5] 雷鹏. 电梯拖动系统与振动问题的研究: 硕士学位论文J七京: 北京科技大

学，2002

[6] 李雪枫，武丽梅，李立新. 电梯机械系统的动态特性分析. 机械工程师，

2007

[7] 哈尔滨工业大学理论力学教研室理论力学北京: 高等教育出版社，1995

[8] 程耀东机械振动学( 线性系统). 杭州: 浙江大学出版社，2001

[9] 盛洪江某雷达伺服系统的分析、辨识与仿真: 硕士学位论文国防科技大

学，2002

[10] 郑亚民，蒋保臣基于simulink 的电机拖动系统动态仿真. 计算机与自动

控制，2004

[11] 诸小鹏. 电梯曳引系统控制及节能技术的研究. 中国制造业信息化，2006

[12] 余志良. 中国电梯产业的技术创新实证研究: 硕士学位论文. 广州: 华南

理工大学，2000

[13] 余海洲. 交流电梯变频控制器的研究: 硕士学位论文. 武汉: 华中科技大