绪论

　XX学院

　毕业论文

　基于PLC的自动门控制系统设计

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　学科、专业

　 技师机电一体化

　 学号

　班级 技师机电

　绪论

　随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种工作和生活中的必需设备，随着社会的发展，电梯在人们物质文化生活中的地位将日益提高成为重要的运输设备之一，继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计数字运算操作的电子装置，其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。选择该课题作为毕业设计就是因为继电器控制的弱点越来越明显，而PLC控制的优点越来越突现。就发展看来PLC终究会代替继电器控制。

　 2. 总体设计方案

　2.1 PLC控制系统和其他工业控制系统的比较

　目前，电梯行业在我国迅速的发展，在一定程度上占有很大的市场。而在今天选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器—接触器转变成可编程序控制器（PLC）。

　个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功能，有丰富的软件支持，但是它们是为办公室自动化和家庭设计的，对环境要求很高，抗干扰能力不强，一般不适合在工业现场使用。

　 单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制，还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大，要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践经验。

　 继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。

　工业控制计算机（简称工控机）也是为工业控制设计的，目前比较流行的是PC总线工控机，它与个人计算机兼容。工控机采用总线式结构，各厂家产品的兼容性强。工控机一般是在通用微机的基础

　上发展起来的，有实时操作系统的支持，因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。工控机的价格较高，将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。工控机的外部I/O接线一般都用多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。

　 以上各种计算机用语控制的程序一般都是用汇编语言编写的，不像可编程续控制器的梯形图语言那样易于被工厂的电气人员掌握。

　 可编程序控制器是专为工厂现场应用环境设计的，结构上采取整体密封或插件组合型，对印刷电路板、电源、机架、插座的制造和安装，均采用了严密的措施。可编程序控制器由于具有前述的各种优点，在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。

　 当然在电梯的控制领域也具有重要的地位，把可编程序控制器用于电梯运动的核心部分是很合理的选择，而且可编程序控制器现在在市场上也是一种成熟的产品。总之，经上述比较可得，我确定选用PLC控制电梯的运行。PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器，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。PLC控制系统优点如下：

　 (1)在电梯控制中采用了PLC，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与报警显示，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。

　 2.2 电梯PLC控制系统的构建

　（1）机房

　机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房可以设置在井道顶部，也可设置在井由自部。当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方式。这种方式结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大，只有在机房无法顶置时才使用。对于绝大多数电梯，椭均设于井道顶部。机房必须有足够的面积，高度、承重能力及良好的通风条件。

　（2)曳引系统

　曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮组成。曳引机由电动机联轴器、制动器、减速器、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源；曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重装置（或者两端固定在机座房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢的升降；导向轮的作用是分开轿厢和对重装置的距离，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或重梁上。当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个数可以是1个、2个，甚至3个，这与曳引比有关。

　（3)导向系统

　导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导轨固定在导轨架上；导轨架是支承导轨的组件，与井道壁联接；导靴装在轿厢和对重架上，与导导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。

　（4)门系统

　门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门社在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成；层门社在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴和门锁装置及开锁装置组成；开门机社在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。

　（5)轿厢

　轿厢是用以运送乘客和货物的电梯组件。它由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架。是由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成；轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组成；轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。

　（6)门厅

　每一层电梯门口装的门，门上带有机器锁及电气接点。客梯多为自动开关门，开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的，而轿厢门是由轿厢上的开关门装置驱动的。

　（7)井道

　井道由围壁、顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重的有限空间。为了出人，在每个层站开有入口。

　（8)围壁

　围壁的作用是将电梯与外界分隔开，当导轨架直接安装在围壁上时，它还应承受费切力。围壁的结构分为封闭式和空格式。

　（9)顶板

　井道的顶部是机房，它是维修人员工作的地方。因此顶板必须是封闭型的，将井道与机房完全隔离。顶板还具有阻止机房即传向井道的作用。对于快、高速电梯，为了取得良好的隔声效果，常在井道顶部设隔音层，此时的井道顶成了双层结构。

　（10)底坑

　井道的底坑深入地面，用于安装缓冲器、限速器、钢丝绳涨紧装置等。由于深人了地面，因此要求防水，最好有排水设施。

　（11)重量平衡系统

　该系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成，对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重；重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯设计影响的装置。

　（12)电力拖动系统

　该系统由曳引机、供电系统、速度反馈装置、调速装置和变频器等组成。对电梯实行速度控制。曳引电动机是电梯的动力源，根据电梯的配置可用交流电动机或直流电动机；供电系统是为电动机提供电源的装置；速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号，一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电动机相连；调速装置对曳引电动机实行调速控制；变频器可以通过改变频率的大小来控制其运行速度的快慢。

　（13)电器控制系统

　该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成，它起着操纵和控制电梯运行的作用。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急；位置显示装置是指轿内和层站的指层灯；层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站；控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件（或板）组成，是电梯实行电气控制的集中组件；选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。它可由机械式、继电器式或电子式组成。

　（14)安全保护系统

　电梯上设有机械和电气的各类保护系统，以保证电梯安全使用。机械方面的有限速器和安全钳，起超速保护作用；缓冲器，起冲顶和撞底保护作用；切断总电源的极限保护。

　 2.3 电梯控制系统实现的功能

　(1)一台电机控制上升和下降。

　 (2)各层设上/下呼叫开关(最顶层与起始层只设一只)。

　 (3)电梯到位后具有手动或自动开门关门功能。

　 (4)电梯内设有层楼指令键，开关门按键，警铃风扇及照明按键。

　 (5)电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯。

　 (6)待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客。

　 (7)自动关门与提早关门。在一般情况下，电梯停站4-6秒应能自动关门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作。

　 (8)按钮开门。在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开。

　 (9)内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。

　 (10)自动定向。当轿厢内操纵盘上，选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。

　 (11)呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。

　 (12)自动换向。当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。

　 (13)自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。

　 2.4 电梯的安全保护装置

　(1)电磁制动器，装于曳引机轴上，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，其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，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，每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中

　如出现厅门开关断开，电梯立即停车。

　 (7)关门安全开关，常见的是装于轿厢门边的安全触板，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，当超载时轿底下降开关动作，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。

　 2.5 电梯控制系统原理图

　电梯控制系统原理图如图2-2所示

　图 2-2 电梯控制系统原理图

　2.6 设计要求及选型

　可编程序控制器是由继电器逻辑控制而来的，所以它在开关量处理、顺序控制方面具有一定的优势，发展初期主要侧重于开关量顺序控制。随着计算机技术的发展，可编程序控制器增加了数值运算、PID闭环调节功能，并开始与个人计算机或小型计算机联网，它本身也可以构成网络系统。

　 可编程序控制器的应用领域，在发达的工业国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，随着可编程序控制器的性能价格比的不断提高，过去许多使用专用计算机的场合也可以使用可编程序控制器。比如用在开关量的控制，这是可编程序控制器最基本最广泛的应用，它的输入和输出信号都是只有通、断状态的开关量信号，这种控制与继电器控制最为接近，可以用价格较低，仅有开关量控制的功能的可编程序控制器作为继电器控制系统的替代物。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动线生产线，如机床控制、冲压、铸造机械、运输带、包装机械的控制，同样也可以用于电梯的控制。

　 通过上述的简述，我希望在控制系统中能够达到如下要求：

　（1）乘坐舒适感

　根据人们生活中的经验证明，在运动速度不变的情况下，速度值的大小对人们的器官基本上没有什么影响，这只是指人们沿地面或空中的沿与地面平行的任意方向运动的情况而言的。高速的升降运动就和上述运动有所不同。这是由于在升降运动中，人体周围气压的迅速变化，对人们的器官产生影响。例如耳膜会感到压力而嗡嗡响等等。只要采取一定措施，这些影响是可以消除的。所以目前电梯的运行速度虽已高达10m/s。仍能使乘客无大的不适感。

　（2）电梯理想运行曲线

　根据大量的研究和实验表明，人可接受的最大加速度为am≤1.5m/s2，加速度变化率ρm≤3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即

　 ρm跳变到-ρm或由-ρm跳变到 ρm的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用。

　 变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置4—10cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。（其速度曲线如图2-1所示）

　图2-1 抛物线——直线综合速度曲线

　抛物线—直线综合速度曲线的加速时间的起始阶段（ta/n）和最末段（ta/n）均为抛物线形速度曲线，而中间段（n-2）ta/n为直线形的速度曲线；n为起动时间系数。

　 通过上述的分析可知，我所选择的电梯载重量为1000kg,速度为1m/s,四层四站。电动机选用交流三相异步电动机，它具有结构简单、维护和操作简便、价格便宜、坚固耐用、工作可靠等优点；其缺点是调速性差、概率因数低。变频器选用安川变频器（616G5），它作为通用变频器适合任何应用场合,在低速下能够实现平稳启动（1%额定转速），并且极其精确地运行。它的自动调整功能可使世界各地生产的电动机达到高性能运行。具有如下优点：低速大转矩和全频域平稳加、减速；驱动普通电机能达到最佳的控制效果；操作简单灵活；具有扩展功能，既可单机使用也可联网使用；设计平均无故障时间：250000小时。

　 3. 硬件系统设计

　3.1电梯的主要参数及规格尺寸

　 （1）额定载重量（kg）：制造和设计规定的电梯载重量。

　（2）轿厢尺寸（mm）：宽×深×高。

　（3）轿厢形式：有单或双面开门及其它特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电风扇、电话的要求等。

　（4）轿门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。

　（5）开门宽度（mm）：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。

　（6）开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称为中分门。

　（7）曳引方式：常用的有半绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。全绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。

　（8）额定速度（m/s）：制造和设计所规定的电梯运行速度。

　（9）电气控制系统：包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。

　（10）停层站数（站）：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。

　（11）提升高度（mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离。

　（12）顶层高度（mm）:由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。

　（13）底坑深度（mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，底坑一般越深。

　（14）井道深度（mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。

　（15）井道尺寸（mm）：宽×深。

　 为了加强对电梯产品的管理，提高电梯产品的使用效果，国家曾于1974年颁布了JBI435-74、JBI816-74、JB/Z110-74等一批电梯产品的部标准。

　 电梯的主要参数是电梯制造厂和设计和制造电梯的依据。用户选用电梯时，必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等，按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物。否则会影响电梯的使用效果。

　 3.2 可编程控制器的选型

　3.2.1

　PLC的概述

　可编程控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器制造技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换成为要求输出的信息，进而在通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。

　 PLC有丰富的指令系统有各种各样的I/O接口，通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统因而具有以下基本功能：

　 ① 逻辑处理功能;

　② 数据运算功能；

　③ 准确定数功能；

　④ 高速计算功能；

　⑤ 中断处理功能；

　⑥ 程序与数据存储功能；

　⑦ 自检测，自诊断功能；

　可以说，凡是小型计算机能实现的功能，PLC也几乎都可以做到。

　 像PLC这样，集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统继电控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能，同时也为自动化行业的远程化，信息化及智能化创造了条件。

　 3.2.2

　PLC的选型

　PLC的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性价比。电梯PLC控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。电梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如何检测，PLC软件如何根据给定输入信号及运行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选层换速的必要前提。PLC是种算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。综合所述PLC具有以下特点：

　 (1)可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

　 (2) 配套齐全，功能完善，适用性强。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

　 (3)易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

　 (4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

　 PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

　 (1)FX系列是新一代微型程序控制器具有以下特点：

　 ①程序模块化和标准化，使得编程更加快速和灵活，提供了最先进的软件开发环境，指令系统为同等类型PLC中最丰富、功能最强大。

　 ②每毫秒29K步处理速度确保完成高性能、高精度的控制；最大I/O控制 8192点。

　 ③可以构成多CPU系统，提供PC-CPU模块。

　 ④体积小，价格低廉，性能价格比最高。

　 ⑤先进美观的外部结构。

　 ⑥提供多种子系列供用户选用。

　 ⑦灵活多变的系统配置。

　 ⑧功能强、使用方便。

　 (2)除此之外，FX还具有以下优点：

　 ①配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块、A/D模块、D/A模块和其他特殊功能模块。

　 ②指令功能丰富，指令执行速度快。

　 ③可用于内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C，其功能和数量满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器（C251等）能接受脉冲编码器脉冲。

　 ④编程可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSE MEDOC 来进行。编程语言可以梯形图或指令表。可用PC机对系统进行监控，为调试和维护提供了极大的方便。

　 根据以上特点以及要求可编程控制器必须具有高数计数器。又因为电梯是双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。综合考虑后，本设计选择了日本三菱公司生产的FX系列机。

　3.3

　I/O地址的分配

　表3-1 I/0地址的分配

　输入地址

　输出地址

　一层限位行程开关（SQ1）

　X000

　电梯上行

　Y000

　二层限位行程开关（SQ2）

　X001

　电梯下行

　Y001

　三层限位行程开关（SQ3）

　X002

　电梯开门

　Y002

　四层限位行程开关（SQ4）

　X003

　电梯关门

　Y003

　开门完毕检测开关（SQ5）

　X004

　超重报警

　Y004

　关门完毕检察开关（SQ6）

　X005

　压力传感器

　Y005

　一层指令按钮

　X006

　二层指令按钮

　X007

　三层指令按钮

　X010

　四层指令按钮

　X011

　一层上行呼梯按钮

　X012

　二层上行呼梯按钮

　X013

　二层下行呼梯按钮

　X014

　三层上行呼梯按钮

　X015

　三层下行呼梯按钮

　X016

　四层下行呼梯按钮

　X017

　限重传感器

　X022

　压力传感器

　X023

　矫箱内开门按妞

　X020

　矫箱内关门按妞

　X021

　3.4七段数码管显示

　此数码管显示是由PLC控制，具体说是由行程开关控制，数码管分为七段，每一段由一个中间继电器控制，当行程开关被压住，楼层就显示几楼。例如：电梯碰到一楼的行程开关，则一楼的中间继电器带电并且中间继电器的辅助触头带动Y006、Y007带电从而使b、c段显示，从而显示1。（如图3-1所示）

　图3-1 七段数码管显示

　3.5 主回路原理图

　根据本设计要求，本次设计的电气控制系统主要回路原理图如3-2图所示。图中M1,M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1--KM4通过控制两台电机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1,FR2为己过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载是断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。

　 图3-2 主回路原理图

　3.6

　I/O接线图

　图3-3 I/O接线图4. 系统软件设计

　4.1 电梯开关运行回路

　(1)开关门控制

　开关门控制程序是按照双开门有/无司机控制来设计的。主要完成电梯的手动开门、无司机状态下的本层开门、电梯运行到达目的层站时的自动开门、手动关门、无司机状态下的自动延时关门、基站外启动时的开关门等功能。

　 ①本层开门

　本层开门是指电梯在停车状态和非检修（有/无司机）条件下，当轿厢所在层楼有上召唤且没有定下方向，或有下召唤而没有定上方向时，电梯自动开门，电梯本层开门的条件也可简化为：在停车状态下，当轿厢所在层楼有厅外召唤时，电梯自动开门。

　 ②开门控制及安全保护

　正常情况下，开门的条件有以下几种：本层开门、停车状态按轿内开门按钮、关门过程中有红外线检测信号（这种情况下将重新开门）、正常运行换速平层停车自动开门。

　 开门到位后，若没有碰到开门限位开关，或限位开关失灵，则由于开门继电器吸合，门电机会发生堵转，时间一长可能烧毁电机。为此，设计了门电机保护程序，当开门动作时间超过正常开门时间2～3S后，通过定时器计时自动断开开门信号，停止开门。

　 (2)关门控制

　关门的条件有以下几种：停车状态下按关门按钮、无司机状态下自动关门、时间到、锁梯时钥匙开关断开。

　 停止关门或不关门的条件：关门到位碰到关门限位开关、有开门信号、开门继电器吸合、超载开关动作。

　 在关门梯形图中也设置了关门安全保护，因为关门限位开关若不动作或失灵，同样容易将电机烧毁。在开始关门后通过定时器计时，超过正常关门时间，自动停止关门，以保护电机。

　 4.2 电梯的外召唤信号登记消除及显示回路

　轿内指令和厅外召唤登记的条件是按下要登记的按钮，若此时电梯处在正常运行状态，而且电梯又不在登记的层楼，则该登记即为有效。轿内指令登记消号的条件是当电梯正常运行至登记楼层时，指令登记即被消号。厅外召唤消号的条件是当电梯正常运行至厅外召唤的楼层且电梯的运行方向与召唤按钮的方向一致时，厅外召唤即被消号。当在安全回路继电器动作、轿内电锁断开、检修等状态下指令信号不予登记，登记的信号即刻消号。

　 (1)内指令信号处理

　内指令信号的处理包括信号的登记、显示基本层（停车）消息。信号的登记采用自锁原理，不论电梯上行或下行，当轿厢运行至有内指令的楼层时，均要换速停车，并消除登记信号，不需反射信号。

　 (2)外召唤信号的处理

　厅外召唤信号同样需要进行登记，显示本层停车信号，此外还具有反向进行保号功能。

　 4.3 电梯上行

　(1)当电梯停于1楼（1F）或2F、3F时，4楼呼叫(X011、X017)，当电梯门关上再上行，上行到4楼碰到行程开关(X003)后停止并自动或手动开门。

　 (2)电梯停于1F或2F，3F呼叫(X010、X015)，当电梯门关上再上行，碰到3楼行程开关(X002)后停止并自动或手动开门。

　 (3)电梯停于1F，2F呼叫(X007、X013)，当电梯门关上再上行，碰到2F(X001)行程开关后停止并自动或手动开门。

　 (4)电梯停于1F，2F(X007、X013)，3F(X010、X015)同时呼叫，当电梯门关上再上行，碰到2F行程开关(X001)后停5秒，并自动或手动开门，当电梯门关上再上行，继续上行到碰到3F行程开关(X002)后停止并自动或手动开门。

　 (5)电梯停于1F，3F(X010、X015)、4F(X011、X017)同时呼叫，当电梯门关上再上行，电梯上行到3楼碰到行程开关(X002)后，停5秒并自动或手动开门，当电梯门关上再上行，继续上行到碰到4F行程开关(X003)后停止并自动或手动开门。

　 (6)电梯停于1楼，2楼(X007、X013)、4(X011、X017)楼同时呼叫，当电梯门关上再上行，电梯上行到2楼碰到行程开关(X001)后停5秒并自动或手动开门，当电梯门关上再上行，继续上行到4楼行程开关(X003)停止并自动或手动开门。

　 (7)电梯停于1楼，2(X007、X013)、3(X010、X015)、4(X011、X017)楼同时呼叫，当电梯门关上再上行，电梯上行到2楼碰到行程开关(X001)后停5秒并自动或手动开门，当电梯门关上再上行，继续上行到3楼碰到行程开关(X002)后停5秒并自动或手动开门，当电梯门关上再上行继续上行到4楼碰到行程开关(X003)后停止并自动或手动开门。

　 (8)电梯停于2楼，3(X010、X015)、4(X011、X017)楼同时呼叫，当电梯门关上再上行，电梯上行到3楼碰到行程开关(X002)后停5秒并自动或手动开门当电梯门关上再继续上行到4楼碰到行程开关(X003)后停止并自动或手动开门。

　 4.4 电梯下行

　(1)电梯停于4楼或3楼或2楼，1楼呼叫(X006、X012)，当电梯门关上再下行，电梯下行到1楼碰到行程开关(X000)后停止并自动或手动开门。

　 (2)电梯停于4楼或3楼，2楼呼叫(X007、X014)，当电梯门关上再下行，电梯下行到2楼碰到行程开关(X001)后停止并自动或手动开门

　(3)电梯停于4楼，3楼呼叫(X010、X016)，当电梯门关上再下行，电梯下行到3楼碰到行程开关(X002)后停止并自动或手动开门。

　 (4)电梯停于4楼，3楼(X010、X016)、2楼(X007、X014)同时呼叫，当电梯门关上再下行，电梯下行到3楼碰到行程开关(X002)后停止并自动或手动开门，停5秒，继续下行到2楼(X001)停止。

　 (5)电梯停于4楼，2楼(X007、X014)、1楼(X006、X012)同时呼叫，当电梯门关上再下行，电梯下行到2楼碰到行程开关(X001)后停5秒并自动或手动开门。当电梯门关上再下行，继续下行到1楼碰到行程(X000)开关后停止。

　 (6)电梯停于4楼，3楼(X010、X016)、2楼(X007、X014)、1楼(X006、X012)同时呼叫，当电梯门关上再下行，电梯下行到3楼碰到行程开关(X002)后自动或手动开门停5秒，当电梯门关上再下行继续下行到2楼碰到行程开关(X001)后自动或手动开门停5秒，当电梯门关上再下行，再碰到1楼行程开关(X000)后停止。

　 4.5

　电梯控制主程序流程图

　图4-1电梯控制主程序流程图

　5. 梯形图

　结论

　本设计基本上达到了最初设计目的。利用PLC实现了对电梯的控制，通过合理的设备选型、硬件和软件设计，提高了电梯运行的可靠性。本设计虽然只是针对四层楼设计的电梯系统，但是在我们稍加改进后，可用于更高曾楼的建筑，电梯PLC的控制系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、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，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。本设计在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。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。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。PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。更改控制方案时不需改动硬件接线。经过调查，利用PLC控制电梯，其费用仅仅是继电器控制电梯费用的三分之一还少，而且从安全这个角度来说更没有继电器控制电梯危险。但是，随着科学技术飞速的发展，电梯控制由硬件化逐步向软件化发展。并且不断在更新控制方式，利用PLC控制电梯这种方式将会全面发展到社会各个基层楼企事业单位。

　 致谢

　三年的大学生活即将结束，在这期间掌握了不少专业知识。毕业设计可以说是三年学习的总结和体现，在指导老师的指导和帮助下，我完成了毕业设计的初稿。尽管这篇论文还存在着有些不足和缺憾，但在这期间，给予我帮助、支持和鼓励的各位老师、同学我表示最真诚的谢意和良好的祝愿。

　 首先我应该感谢我的指导老师。他严谨细致、一丝不苟的作风是我工作、学习中的榜样，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，是他的指导才使我得以完成了本次设计。通过指导师的细心指导，我得以按时完成该毕业设计。在次，我对老师表示衷心的感谢。我还要向电气工程系的各位领导和老师，在三年的时间里对我的教诲和帮助表示感谢！

　再次我为我几个月来静心学习感到欣慰，我要感谢母校，向关心和支持我学习的所有老师和同学们表示真挚的谢意！感谢他们对我的关心和支持！

　最后，想在百忙之中抽身来评阅我的论文的各位老师致以最衷心的感谢！真诚地希望各位老师对我的论文提出宝贵意见！谢谢！

　参考文献

　[1] 杨长能.可编程序控制器(PC)基础及应用[M]. 重庆:重庆大学出版社，1999

　[2] 孙平.可编程序控制器原理及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2003

　[3] 廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M]. 重庆：重庆大学出版社，2001

　[4] 汪晓平.可编程控制器系统开发实例导航[M]. 北京：人民邮电出版社，2004

　[5] 郁汉琪.机床电气及可编程控制器实验课程设计指导书[M]. 高等教育出版社2001

　[6] 高勤.电器与PLC控制技术[M]. 北京：高等教育出版社，2002

　[7] 李建兴.可编程序控制器及其应用[M]. 北京：机械工业出版社，1999

　[8] 田瑞庭.可编程序控制器应用技术[M]. 北京：机械工业出版社，1994