五层电梯模型PLC控制系统设计[吴阿强]

咸阳职业技术学院机电工程系毕业设计五层电梯PLC控制系统
设计者: 杨恒
学号： *********
专业班级：电机与电器0801
指导老师：**
目录
一电梯的概述 (1)
1.1 电梯的定义 (1)
1.2 电梯的分类 (1)
1.3 电梯的主要机械部件 (2)
二电梯的拽引 (4)
2.1三相交流双速异步电动机的拽引系统.......... .. (4)
三电梯的电力驱动系统 (5)
3.1电梯电力驱动系统的定义及构成 (5)
3.2电梯电力驱动系统的要求 (5)
3.3交流感应电动机的转速调节及其评价 (5)
3.4交流调速电梯的运行工艺过程 (6)
3.5 交流双速电梯的主驱动系统 (7)
四PLC在电梯控制中的应用 (9)
4.1 电梯的启动所需条件 (9)
4.2 电梯停车所需的条件 (9)
4.3 设备选型 (9)
4.4 电梯控制系统原理框图 (9)
4.5 输入输出分配表 (10)
4.6 程序的编写 (10)
结束语.......................................... . (17)
致谢.............................................. (18)
参考文献.......................... ................. .. (19)
附录................. ............. .. ............... (20)
一电梯的慨述
随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，伴随建筑业的发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。

电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。

为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、管理电梯、维护好电梯。

1.1电梯的定义
电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。

它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的倾角小于15度的钢性导轨之间。

轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。

它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。

1.2 电梯的分类
1、按用途分类
(1) 客梯代号K 为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置.
(2) 货梯代号H 为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装置.
(3) 客货梯代号L 主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同.
(4) 病床电梯代号B 为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点.
(5) 住宅电梯代号Z 供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢内部装饰较简单.
(6) 杂物电梯代号W 供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置.
(7) 船舶电梯代号C 用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作.
(8) 观光电梯代号G 轿厢壁透明供乘客观光之用.
2、按驱动系统分类
(1) 交流电梯曳引电动机是交流电机.
当电机是单速时,称为交流单速电梯
当电机是双速时,称为交流双速电梯
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当电机具有调压调速装置时,称为交流调速电梯.
当电机具有调压调频调速装置时,称为变频调速电梯.
(2) 直流电梯曳引电动机是直流电机
分为直流有齿和直流无齿电梯.
(3) 液压电梯靠液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置式.
(4) 齿轮齿条式电梯(一般为工程电梯)
3、按操作控制方式分类
(1) 门外按钮控制小型杂物电梯
(2) 内外按钮控制自动门电梯
该电梯是一种乘客自己操作的电梯，电梯在各层站分别设有一个召唤按钮。

轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，某一层等待电梯的乘客按下召唤按钮，就能使不被占用的轿厢到来，电梯停靠时立即自动开门，乘客进入轿厢后，按下他要去的楼层的指令按钮，电梯就自动关门，自动行驶到该站。

每次停靠时，电梯自动进行减速、平层、开门。

(3) 集选控制电梯
该电梯是一种乘客自己操作或有时也可以有专职司机操作的自动电梯。

电梯在底层和顶层分别设有一个向上或向下的，而在其它层站设有向上、下两个召唤按钮。

集选控制轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，当进入轿厢的乘客按下指令按钮，指令信号就被登记。

电梯在向上过程中按登记的指令信号和向上召唤信号逐一停靠，直到有这些信号登记的最高层站和有向下召唤登记的最底层为止，然后又反向向下安置指令及向下召唤信号逐一停靠。

每次停靠时电梯自动进行减速、平层、开门。

1.3 电梯的主要机械部件
1、轿厢
2、电梯门
3、开关门机构
4、层门门锁
5、机械安全装置
电梯中，限速器、安全钳装置是十分重要的机械安全保护装置。

它的作用在
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于：因机械或电气的某种原因，例如断绳或失控使电梯超速下降时当下降速度达到一定限值时，将轿厢擎停在导轨上。

不论是限速器还是安全钳都不能单独完成上述任务。

上述任务的完成是靠它们的配合动作来完成的。

图1-1是电梯的基本结构剖视图及机械部件说明：
1-减速箱；2-曳引轮；
3-曳引机底座；4-导向轮；
5-限速器；6-机座；
7-导轨支架；8-曳引钢丝绳；
9-开关碰铁；10-紧急终端开
关；
11-导靴；12-轿架；
13-轿门；14-安全钳；
15-导轨；16-绳头组合；
17-对重，18-补偿链；
19-补偿链导轮；20-张紧装置；
21-缓冲器；22-底坑；
23-层门；24-呼梯盒；
25-层楼指示灯；26-随行电缆；
27-轿壁；28-轿内操纵箱；
29-开门机；30-井道传感器；
31-电源开关；32-控制柜；
33-曳引电机；34-制动器
1-1 电梯的基本结构剖视图
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二电梯的拽引
拽引电机是驱动电梯上下运行的动力源，其运行情况比较复杂。

运行过程中需要频繁的起动、制动、正转、反转，而且负载变化很大，经常工作在重复短时状态、电动状态、再生制动状态的情况下。

因此，要求拽引电机不但应能适应频繁起制动要求，而且要求起动电流小、起动力距大、机械特性硬、噪声小，当供电电压在额定电压7％的范围内变化，还能正常起动和运行。

2.1 三相交流双速异步电动机的拽引系统
（1）此种交流电动机具有两种速度，这样可以使起动与稳定运行时具有较高的速度，从而可太大的提高电梯的输送能力。

同时它又具有准确停层所需的较低速度，也保证了电梯停层准确度（对额定速度为1.OM／S时，一般停层准确度为＜3 OMM。

所以电梯的运行效率较单速电梯时大大提高。

（2）该驱动系统虽然比单速电梯的复杂，但相对其他电梯来说还是比较简单的。

系统虽然有级调速，但可以分别对高低速进行控制和调节。

因此电梯的运行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动程序系统在一般低速电梯中得到广泛的应用。

（3）这种电梯驱动系统和减速过程是采用低绕组的再生发电制动原理，即在减速开始的瞬间，快速绕组虽已从电网撤出，并立即把低速绕组接入电网而电动机的实际转述因电梯机械传动系统的惯性，仍维持在原快速状态时的转速。

因此，对低速绕组来说，此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速，从而在低速绕组中产生发电制动减速过程。

对低速绕组来说，电动机处于发电机的工作状态，即把在快速运行时所具有的动能反馈到电网中去。

这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对较少。

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三电梯的电力驱动系统
3.1 电梯电力驱动系统的定义及构成
电梯的电力驱动系统分为两大类：交流驱动系统和直流驱动系统，由以下几部分组成。

（请看图3-1）
图3-1
3.2 电梯电力驱动系统的要求
电梯的电力系统要求是：“快、稳、准”
3.3 交流感应电动机的转速调节及其评价
以三相交流感应电动机为驱动的交流电梯中，在现有的条件下，交流电梯的运行速度一般均在1M/S用以下。

而lM／S＜V＜2．0M／S则属交流调速（或称快速）电梯的范畴。

（1）改变三相交流感应电动机定子电压转速调节特性
这种调速方法的拽引电机工作在非正常状态下，如果长期处于低于额定电压下的运行，虽达到调速的墓顶，但其能耗、特性硬度、最大转矩等特性均低于额定电压时的情况，因此这种调速方法是不经济的，且性能也不理想，故这种调速方法今仅用于起动和制动的短暂时间内，以限制起动电流和改善电梯的舒适感。

由公式n0＝60f/p中可知，当电动机的极对数P改变时交流感应电动机的同步转速n0也将改变。

所以，交流电梯中也常用改变电动机及对数P的方法获得电梯所需的转速调节特性。

这种具有二种以上及对数的电动机，我们通常称之为双速、三速电动机。

这种电动机的定于绕组有两种结构形式：A．各独立统组的多速电动机（例如JTD
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系列电动机）；B．按特殊接线方法而改变极对数的单绕组多速电动机（例如YTD 系列电动机）。

（2）改变三相交流感应电动机定于绕组的极对数时的转速
只能是有极的调节交流感应电动机的转速而不是无极的，因此在转速的调节过程中，即从一个极对数相对应的速度调节至另一极对数相对应的转述过程中，必定要采取有效措施防止电梯系统给乘客带来不舒服感觉和对机械传动系统产生冲击，这样为了转速的调节需添置众多的附加设备（例如接触器、电阻或电抗器等）。

假若在改变电动机极对数P的调节过程中，如保持其他参数基本不变，则从前面的式于和图中可以看出，对同一电动机的不同极对数P时的机械特性曲线基本上是平行的。

这是我们十分希望的调速特性。

也就是希望其调速后新的机械特性硬度p保持不变，这样才能保证交流双速电梯在不同负荷时其停层准确且保持不变。

由于在同一定于内需要布置两套三相统组（或改变单相统组的不同接线方法），则其不同极对数时相应的磁通量和功率是不一样的，因而极对数P越大，其最大转矩Mk也将有稍许变化。

（3）外力口涡流制动器等的转速调节特性
在交流电梯中除了三相交流感应电动机的本身进行速度调节外，还可以利用外加器件调节交流感应电动机的最后输出速度。

这种情况常见的有：在电机内的一个独立统组中加一个可控制的直流电流或在交流感应电动机的轴端加一个可控制的涡流制动器。

但比较理想且控制方便的是涡流制动器的速度调节方法。

虽然这种调速方法的机械特性曲线较为理想，但其能量消耗是大的，而且把电动机的原有动能全部消耗在涡流制动器的发热上了。

3.4 交流调速电梯的运行工艺过程
首先接通电梯的总电源及控制电源、照明电源；把电梯的层门和轿厢门打开；司机进入电梯轿厢内，合上轿厢内操作箱上应该合上的各种开关，并点亮轿厢内的照明灯；司机根据轿厢内乘客欲往的楼层或轿厢内无乘客时根据某个楼层的厅外召唤信号，司机锨按操作箱上相应的一个楼层或几个楼层数的指令按钮；自动定出电梯的运行方向；司机锨按起动开车按钮；自动关门；自动起动；分级加速
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至稳速运行；在接近目的楼层时，井道内该层永磁开关自动发出减速信号；
自动分级减速制动；自动平层停车；自动开门，让乘客出入电梯轿厢；司机再次掀按起动开车按钮，电梯内可以有专职司机操作，也可以有进入轿厢内的乘客自己操作，也可以有某个或几个楼层的厅外召唤信号而把电梯召唤来，而且在运行应答完最后一个（即最远一个）召唤信号后，电梯即可自动换向。

但是楼层厅外召唤信号的作用只有在电梯门关闭后方可起作用，此即所谓电梯轿厢内的指令信号“优先”于厅外召唤信号。

3.5 交流双速电梯的主驱动系统
1、主驱动系统的结构原理
此交流双速电梯的主驱动系统结构原理：三相交流异步电动机定于内具有两个不同极对数的绕组。

国内一般为6极（同步转速为1000r／min）和24极（同步转速为250r／min）两个统组。

这两个统组可以是各自独立的双绕组（例如JTD 系列电动机），也可以是单绕组双速（通过工艺接线法使一个统组获得两种极对数），这种主驱动系统的工作过程如下：快速绕组（6极）作为起动和稳速（即额定速度）运行之用；而慢速绕组（24极）作为制动，减速平层停车之用。

起动按时间原则，串电阻，电抗一极加速；而减速制动也按时间原则进行两极在发电制动减速，以慢速绕组进行低速稳定运行，直到平层车。

2、交流双速电梯的主要性能与特点
（1）这种电梯的交流电动机具有两种速度，这样就使起动与稳定运行时具有较高的速度，从而可以大大提高电梯的输送能力。

同时它又具有准确停层所需的较低速度，也保证了电梯的停层准确度。

所以该电梯的运行效率比单速电梯有很大的提高。

（2）主驱动系统虽然比单速电梯的复杂，但相对其他电梯来说还是比较简单的。

系统虽然有级调速，但可以分别对高低速进行控制和调节。

因此电梯的运行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动系统在一般低速电梯中得到广泛的应用。

（3）这种电梯主驱动系统的制动和减速过程是采用低速绕组的再生发电制动原理，即在减速开始的瞬间，快速绕组虽然从电网撤出，并立即把低速绕组接入
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电网而电动机的实际转速因电梯机械传动系统的惯性，仍维持在原快速状态时的转速。

因此，对低速绕组来说此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速，从而在低速绕组中产生再生发电制动减速过程。

对低速绕组来说，电动机处于发电机的工作状态，即把快速运行时所具有的功能反馈到电网中去。

这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对较少。

四PLC在电梯控制中的应用
目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。

而PlC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。

PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。

PLC控制技术在现今工业控制中的应用得到长足的发展，在电梯行业中，也得到广泛的应用，一般用于完成逻辑控制，拖动调速系统一般使用变极调速、调频调压调速等方式。

4.1 电梯的启动所需条件
（1）安全保护系统正常
（2）门锁锁闭
（3）定向部分选择好电梯的运行方向
4.2 电梯停车所需的条件
（1）选层部分选择好停车楼层
（2）电梯必须到达要停车楼层的减速点
（3）电梯到达目标楼层的平层位置
4.3 设备选型
PLC控制器选用西门子S7—200，CPU选择221XP
4.4 电梯控制系统原理框图
（见图4-1）
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图4-1 4.5 输入输出分配表
4.6 程序的编写
1．楼层感应控制梯形图
M130 X400
M100 M131 X405
M130 X401
M101 M131 X406
M130 X402
M102 M131 X407
M130 X403
M103 M131 X410
M130 X404
M104 M131 X411
M100
M105 M101 M105
M101
M106 M100 M101 M102
M102
M107 M101 M107 M103
M103
M110 M102 M110 M104
M104
M111
M103 M111
2.轿内指令控制梯形图
X500 M100
M112 M130 M112
M131
X501 M101
M113 M130 M113
M131
X502 M102
M114 M130 M114
M131
X503 M103
M115 M130 M115
M131
X504 M104
M116 M130 M116
M131
3.门厅召唤控制梯形图
X000
M119 M105 M119 M130
X505
M123 M106 M123 M131
X001
M120 M106 M120 M130
X506
M124 M170 M124 M131
X002
M121 M107 M121 M130
X507
M125 M110 M125 M131
X003
M122 M110 M122 M130
X510
M126 M111 M126 M131
4.选向控制梯形图
M112 M105 M133 Y430 M131
M130 M113 M106 M105
M114 M107 M106 M105 M130
M115 M110 M107 M106 M105
M116 M111 M110 M107 M106 M105
M116 M111 M132 Y431 M130
M131 M115 M110 M111
M114 M107 M110 M111 M131
M113 M106 M107 M110 M111
M112 M105 M106 M107 M110 M111
X004 X511
M132
X004 X512
M133
5.换速控制梯形图
M105 M114
M134
M113 M106
M114 M107
M115 M110
M111
M130 M131
M134
M105 M106 M107 M110 M111
M144
6.起动控制梯形图
X513 M130 M135 M134
M143 X411 M131
M141 M143 Y433
Y432
Y431 M141 Y432
Y433 Y430
7.电梯平层控制梯形图
X412
M140
X413
M141
X005
M142
T450 M143 M130 Y431
Y430 M141 Y433 Y430
Y432 M142 M143 M140
T450 M143 M131 Y430
Y431 M141 Y433 Y431
Y432 M140 M143 M142
结束语
电梯自动化的设计因设计角度和设计理念的不同和偏差，可能造成设计上的一些差异。

本论文中较为详细地介绍了交流双速电梯设计的方法和过程，论述了交流双速电梯的结构设计和工作流程与工艺设计。

但因为，自动化设计的内容量过大，涉及的专业较多，牵扯面也很宽。

仅仅一片专业课程设计实在无法全盘托出，有些地方的表述可能会存在不够准确，或者描述上存在未能描述到的地方。

致谢
本课程设计是在张科建老师的精心指导和严格要求下完成的。

从在做设计以来，我不仅在专业上有了很大的进步，而且恩师的严谨治学态度、务实工作作风、高度的责任心，也使我受益非浅。

在此，我要向张科建老师表示深深的敬意和衷心的感谢!
此外，作者在学习期间，还得到许多老师、同学、朋友的帮助，在此表示衷心的感谢!
在这三年里有许多让我感动的事和让我感激的人。

但由于时间的仓促和主客观条件的限制我们只是做出模型做演示，当然这与真正的实物相比，在工艺上还有很大差距，尽管有些不太完美的地方，但我们已经很努力了。

最后祝愿老师们工作顺利，身体健康！祝愿同学们前程似锦，一切顺利！
参考文献
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[5]胡寿松等.自动控制原理.北京：科学出版社，2004
[6]孙亮等.自动控制原理.北京：北京工业大学出版社，2001
[7]吴浩烈.电机及电力拖动基础.重庆：重庆大学出版社，2005
[8]顾绳谷.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社，2000
[9]邱阿瑞.电机与电力拖动.北京：电子工业出版社，2002
[10]陈伯时等.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，2002
[11]陈伯时等.交流调速系统.北京：机械工业出版社，2005
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[13]张进秋等.可编程控制器原理及应用实例. 北京：机械工业出版社，2004
[14]杨卫东.仪表技术杂志.2007（10）
附录
FU1
FR1
交流双速电梯的主电路图
门机、抱闸、门锁、安全运行电路
PLC电源控制路
控制主电路器件清单
序号符号名称型号单位数量单价总价（元）
1 CPU221XP PLC V80-M16DR-AC（/E）台 1 900 900
2 M 电机
3
4
5
6
元件清单
PLC端子接线图。