1、 1 / 53【摘 要】：隨著現代城市的發展，高層建筑日益增多，電梯成為人們日常生活必不可少的代步工具。電梯性能的好壞對人們生活的影響越來越顯著，因此必須努力提高電梯系統的性能，保證電梯的運行既高效節能又安全可靠。傳統的電梯控制系統采用的是繼電器邏輯控制電路，這種控制易出故障，維護不便，運行壽命短，占地空間大，正逐步被淘汰。為了提高自動控制系統的可靠性和設備的工作效率，設計了一套以PLC為核心控制器的電梯自動控制系統，用來取代以往的較復雜的繼電器接觸器控制。系統的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生產的FX2N-80型PLC，因為在核心控制部分采用的是軟件程序控制，從而在保證電梯正常運行這

2、個要求的情況下，大大的提高了電梯故障檢查與維修的方便性和容易性，同時還克服了手動操作所帶來的一些人為干擾因素，取得了良好的預期效果。關鍵詞：電梯、PLC、梯形圖【Abstract】：With the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator bee an indispensable means of transport of daily life. The quality of the lift performance of the impact on peoples l

3、ives being more and more obvious, it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. The traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash,

4、maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually.For raising the credibility of the automatic control system and the work efficiency of the equipments, design a set of take PLC as the core controller of the elevator auto co

5、ntrol system, using to replace former more plicated of after electric appliances-the contact machine control. The core part(control part) of the system used a Japanese Mitsubishi pany to produce of the FX2N - 80 type PLC is the software procedure control in the core because of what to control the pa

6、rt adoption, thus Be promising the elevator circulates normally under the circumstance ofwith this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for maintain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in the meantime, obtain

7、 the good results.KEYWORDSKEYWORDS: Elevator, PLC, Ladder Diagram I / 53目目錄錄前言 1第 1 章緒論 21.1 電梯繼電器控制系統的特點及存在問題 21.1.1 電梯繼電器控制系統的優點 21.1.2 電梯繼電器控制系統存在的問題 21.2 PLC 及其在電梯控制中的應用特點 21.2.1 PLC 的特點 21.2.2 PLC 控制電梯的優點 41.3 課題的提出 41.4 課題的主要討論容 41.5 電梯的功能要求 5第 2 章 三菱 FX2N 系列可編程序控制器介紹 62.1.可編程控制器的基礎認識 62.2 可編程

8、序控制器的工作方式 82.3 PLC 的編程語言 9第 3 章 電梯設備及電梯發展動態 113.1 電梯的出現及發展 113.2 電梯設備 123.2.1 電梯的分類 123.2.2 電梯的主要組成部分 123.2.3 電梯的安全保護裝置 133.2.4 電梯技術發展情況 133.2.5 電梯發展展望 13第 4 章 PLC 的選擇及其軟件開發 154.1 可編程控制器（PLC）的選型 154.2交流雙速電梯的主電路 154.3 門機電路、抱閘電路、門鎖及安全運行電路 17 II / 534.4電梯的主要電氣設備 174.5輸入輸出設計 204.5.1算法說明 234.5.2 程序中相關中間繼

9、電器的說明 244.6 梯形圖的設計 254.7 梯形圖程序 27第 5 章 電梯模擬調試及安裝 485.1 電梯模擬調試 485.2 電梯安裝調試 485.3 程序的調試與運行監控 49第 6 章 總結 51致 52參考文獻 53附錄 541.電梯的主電路圖 542. I/O 連接圖 55 1 / 53前前 言言近年來我國的經濟飛速發展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住條件得到了巨大的改善。電梯作為建筑物的垂直交通運輸工具，與人們的生活息息相關。傳統的電梯曳引電動機采用接觸器來實現電動機工作狀態的改變，另外，傳統的電梯控制系統由繼電器接觸器控制邏輯組成，存在著電氣元件多、功能弱、電氣故障頻繁

10、，可靠性差和工作壽命短等缺陷?？删幊炭刂破鳎≒LC）是根據順序邏輯控制的需要而發展起來的，是專門為工業環境應用而設計的數字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被 PLC 控制代替。同時，由于電機交流變頻調速技術的發展，電梯的拖動方式已由原來直流調速逐漸過渡到了交流變頻調速，不僅能滿足乘客的舒適感和保證平穩的精度，還可以降低能耗，節約能源，減小運行費用。因此，PLC 控制技術加變頻調速已成為現代電梯行列的一個熱點。本課題的研究題目“基于 PLC 的電梯控制系統的設計”做詮釋如下 PLC 控制是指電梯信號控制由 PLC 及其軟件來實現，控制系統的核心為 PLC。其次

11、課題開發的主要任務和容是：建立“PLC 控制的電梯系統”的總體框架；信號控制系統利用 PLC 集中處理電梯運行方式、安全保護信號、指令信號、外召喚信號、井道信號、門區信號、開關門及限位信號等信號，并顯示電梯所到樓層、運行方向及呼梯應答等，實現開關門控制；拖動控制系統中曳引機的啟動、運行、制動停止，包括正反轉信號及多種速度信號，經 PLC 運算、判斷后通過電機來實現。達到的要：通過深入的理論研究和編程實踐，全面認真的完成上述幾個容。本課題的核心問題有兩個：一是運行效率、平層精度和安全性的要求；二是 PLC 實現電梯信號控制及其軟件開發。對于第一個問題，通過選擇合適的 PLC，進行合理的設計和編程

12、便可以實現。本人選擇的 PLC 是日本三菱公司的 FX2N80 型可編程控制器。第二個問題，根據電梯所要實現的功能以及 PLC 的順序執行程序的特點，編寫 PLC 程序主要是采取模塊化編程思想，即根據各功能實現的條件及原則編寫各個功能模塊來實現。方案選擇是通過多種方案的比較和對照，完成電梯控制系統中控制方法的選擇。 2 / 531.1.緒緒 論論1.1 電梯繼電器控制系統的特點及存在問題1.1.1 電梯繼電器控制系統的優點（1） 所有控制功能及信號處理均由硬件實現，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術人員和技術工人所掌握。（2） 系統的保養、維修及故障檢查無需較高的技術和特殊的工具、儀器。

13、（3） 大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格便宜。（4） 多年來我國一直生產這類電梯，技術成熟，已形成系列化產品，技術資料圖紙齊全，熟悉掌握的人員較多。1.1.2 電梯繼電器控制系統存在的問題（1） 系統觸點繁多接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。（2） 普通控制電器及硬件接線方法難以實現較復雜的控制功能，使系統的控制功能不易增加，技術水平難以提高。（3） 電磁機構及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統控制精度難以提高。（4） 系統結構龐大，能耗較高，機械動作噪音大。（5） 由于線路復雜，易出現故障，因而保養維修工作量大，費用高；而且檢查故障困難，費時費

14、工。電梯繼電器控制系統故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚擾。且電梯一旦發生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現人身事故 。1.2 PLC 及其在電梯控制中的應用特點1.2.1 PLC 的特點PLC 是一種用于工業自動化控制的專用計算機，實質上屬于計算機控制方式。PLC 與普通微機一樣。以通用或專用 CPU 作為字處理器，實現字運算和數據存儲，另外還有位處理器（布爾處理器） ，進行點（位）運算與控制。PLC 控制一般具有可靠性高、易操作、維修。編程簡單、靈活性強等特點。1、可靠性對可維修的產品，可靠性包括產品的有效性和可維修性。（1） P

15、LC 不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統的維修簡單，維修時間短。（2） PLC 采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，例如，冗余設計，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復等，提高了 MTTF（平均無故障時間） ，使可靠性提高。 3 / 53（3） PLC 有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發生操作的錯誤。（4） PLC 是為工業生產過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程錯誤率大大降低，而為工業惡劣操作環境設計的硬件使可靠性大大提高。（5） 在 PLC 的硬件方

16、面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先進的工藝制造流水線制造；對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對電源的斷電保護；對存儲器容的保護等。（6） PLC 的軟件方面，也采取了一系列提高系統可靠性的措施。例如，采用軟件濾波等；軟件自診斷；簡化編程語言等。2、易操作性PLC 的易操作性表現在下列幾個方面：（1） 操作方便PLC 的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數 PLC 采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的 PLC，編程器采用了 CRT 屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據所需要的地址編號或接點號進行搜索或

17、順序尋找，然后進行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 上顯示。（2） 編程方便PLC 有多種程序設計語言可供使用。對電氣技術人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語言，十分有助于編程人員的編程。（3） 維修方便PLC 具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求減低。當系統發生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。3、靈活性PLC 的靈活性表現在以下幾個方面：（1） 編程的靈活性。PLC 采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應用面拓展。（2） 擴展的靈活性

18、。PLC 的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據應用的規模不同，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制圍的擴展。（3） 操作的靈活性。操作十分靈活方便，監視和控制變得十分容易1.2.2 PLC 控制電梯的優點（1） 在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實現對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。 4 / 53（2） 去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統結構簡單，外部線路簡化。（3） PLC 可實現各種復雜的控制系統，方便地增加或改變控制功能。（4） PLC 可進行故障自動檢測報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。（5） 用于群控調配和管理，并提高電梯運行效率。（6） 更改控制方案時不需改動硬

19、件接線。此外，微機控制系統雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統設計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術等缺陷而沒被廣泛采用。PLC控制系統由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設計和調試周期短等優點，倍受人們重視等優點，已成為目前在電梯控制系統中使用最多的控制方式。1.3 課題的提出PLC 以其優越的性能，在很多領域中得到了廣泛的應用。在電梯業也是如此，目前國 7080 年代安裝完成的電梯絕大部分是繼電器控制，線路復雜，節點接線多，故障率高，系統結構龐大，能耗較高，機械動作噪音大，嚴重地影響電梯運行質量。應對這些電梯進行更新和改造。但是更新需要大量資金，對使用單位來說有一

20、定困難，所以對電梯進行局部改造是經濟的、實際的。近年來，采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（PLC）來控制電梯，取得了良好效果。利用 PLC 和變頻器對舊電梯進行改造，不但可以增加電梯的舒適感、安全性、可靠性，還可以降低能耗，節約能源，減少運行費用。1.4 課題的主要討論容課題所研究的容主要是用可編程控制器（PLC）改造在用電梯自動控制系統。由于大部分老式電梯的電控系統可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統進行改造，以節約資金。因此，對電梯控制技術進行研究，找出一條適合國產老式電梯的改造之路，并進而提高國產電梯的技術水平和質量，具有十分重要的意義。針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存

21、在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（PLC）來控制電梯。論文的主要容如下：首先對電梯系統及可編程控制器（PLC）作了比較全面的總結和介紹。接著闡述了電梯控制系統的分類及特點，電梯的控制系統分為調速和信號控制兩大部分。確定了系統的總體結構，由 PLC 來實現電梯信號控制，有雙速電機實現調速，完成了電機和可編程控制器（PLC）的選擇。然后是系統硬件開發，完成了 PLC 的選型、I/O 點數分配與 PLC 的連接。在分析了電梯系統的軟件設計方法基礎上，設計出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，介紹了系統的軟件開發。最后對改造后的電梯系統進行

22、模擬調試。1.5 電梯的功能要求（1）電梯運行到指定位置后應具有手動或自動開/關門的功能。（2）利用指示燈顯示電梯轎廂外的呼喚信號、電梯轎廂的指令信號和電梯的到 5 / 53達信號。（3）能自動判斷電梯的運行方向，并發出響應的指示信號。（4）電梯的上行下行有一臺交流雙速電機牽引。電機正傳，電梯上升；電梯反轉，電梯下降。（5）電梯轎廂門由另一臺小功率電機驅動。電機正傳，轎廂門打開；電機反轉，轎廂門關閉。（6）每一層樓設有呼叫按鈕；轎廂設有開關轎廂門按鈕；轎廂的層面指令按（7）電梯啟動、運行、到站實現速度的調節。（8）行車時，廳門和轎廂都不能開門。開門之后不能行車，有門連鎖保護。平層時可自動開門、

23、手動開門，夾人時自動開門。2.2.三菱三菱 FXFX2N2N 系列可編程序控制器介紹系列可編程序控制器介紹2.1.可編程控制器的基礎認識1. 三菱 FX2N PLC 的主要特點：1)集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。 對 6 種基本單元，可以以最小 8 點為單元連接輸入輸出擴展設備，最大可以擴展輸入輸出 256 點。 2)高速運算 基本指令：0.08s指令 應用指令：1.52幾百 s指令 3)安全、寬裕的存儲器規格 置 8000 步 RAM 存貯器 安裝存儲盒后，最大可以擴展到 16000 步。 4)豐富的軟元件圍 輔助繼電器：3072 點，定時器：256 點，計數：235 點 數

24、據寄存器；8000 點 5)除了具有輸入輸出 16256 點的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。 6)面向海外的產品適合各種安全規格為大量實際應用而開發的特殊功能： 開發了各個圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬 IO，高速計數器。對每一個 FX2N主單元可配置總計達 8 個特殊功能模塊。 2. PLC 的性能指標和分類1) PLC 的主要性能指標 (1)輸入輸出點數（IO 點數）IO 點數是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數的總和。它標志著可以接多少個開關、按鈕和可以控制多少個負載。 (2)存儲容量 6 / 53存儲容量是指可編程序控制器部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以

25、步為單位，二進制 16 位即一個字為一步。 (3)掃描速度一般以執行 1000 步指令所需時間來衡量，單位為 ms/k 步，也有以執行一步指令所需時間來計算的，單位用 s/步。 (4)功能擴展能力可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應各種特殊應用的需要，如 AD 模塊、DA 模塊、位置控制模塊等。 (5)指令系統指令系統是指一臺可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強弱的主要指標。2) PLC 的分類通常，PLC 產品可按結構形式、控制規模等進行分類。按結構形式不同, 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規模大小、則可以分為小型、中型和大型PLC 三種類型

26、。3. PLC 系統的組成PLC 是一種以微處理器為核心的工業通用自動控制裝置，其硬件結構與微型計算機控制系統相似。PLC 也是由硬件系統和軟件系統兩大部分組成的。1) PLC 的硬件結構一套 PLC 系統在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口、部電源） 、IO 擴展單元及外部設備組成。2) PLC 的軟件PLC 的軟件系統指 PLC 所使用的各種程序的集合，它由系統程序（系統軟件）和用戶程序（應用軟件）組成。系統程序：包括監控程序、輸入譯碼程序及診斷程序等。用戶程序是用戶根據控制要求，用 PLC 的編程語言（如梯形圖）編制的應用程序。2.2 可編程序控制器的工作方式1.

27、PLC 的掃描工作方式圖 2-1 PLC 的掃描過程可編程序控制器在進入 RUN 狀態之后，采用循環掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執行程序，即按順序逐條執行程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描，并周而復始地重復進行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖 2-1 所示，包括五個階段：部處理、通信處理、輸入掃描、程序執行、輸出處理。PLC 完成一次掃描過開始內部處理通信處理RUN 方式？輸入掃描程序執行輸出處理NY 7 / 53程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關。2. PLC 的程序執行過程PLC 的

28、程序的執行過程一般可分為輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個主要階段，如圖 2-2 所示。圖 2-2 PLC 的程序執行過程3. PLC 的掃描周期在 PLC 的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應包含自診斷及與外設通信等時間。4. PLC 的 IO 響應時間PLC 采用集中 IO 刷新方式，在程序執行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發生變化，輸入映像寄存器區的容也不會改變，還會影響本次循環的掃描結果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產生了 PLC 的輸入輸出響應滯后現象

29、，最大滯后時間為 2-3 個掃描周期。2.3 PLC 的編程語言PLC 的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被采用。本課題所采用的編程語言為梯形圖語言。（1）.可編程序控制器與繼電器、微機在電梯控制中的應用比較在電梯的電氣系統中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統必須起動各種控制信號和執行元件（如接觸器、繼電器、發光指示器、電動機以及電子元件、輸入端子輸入映象寄存器輸出映像寄存器輸出鎖存器輸出端子輸入 .輸出程序執行階段輸入采樣階段輸出刷新階段X001Y001Y001M1讀讀 8 / 53電力電子器件等） ，要達到這些控制目的

30、，其方法有：1. 繼電器接觸器控制系統這種控制系統是早期電梯多采用的一種控制系統。優點：與其它控制系統比較，其簡單、易于理解和掌握、價格便宜。缺點：動合觸點易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統耗能大、動作噪聲大；維修保養工作量大、費用高。因此這種控制系統僅用于速度不高、性能要求也不高的電梯中。2. 微機控制系統電梯的微機控制系統實質上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過程序存貯器中的程序來完成的控制系統。因此對于有不同功能要求的電梯控制系統，只要改變程序存貯器中的程序指令即可，而無需變更或增減硬件系統的元件或布線。因此，十分方便于使用和管理，并提高系統的可靠性，減小控制系統體積，降低了能

31、耗及其維修保養費用。雖然微機控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優越性。但是，對一般的電梯而言，應用微機控制也有其局限性和不足之處。其缺點是：微型計算機是按數字運算的需要而設計的，功能比較齊全，結構比較復雜；而一般的電梯控制只需要進行簡單的邏輯運算，運算方式多為“與” 、 “或” 、 “非”幾種，運算位數只需 1 位，即“1”與“0” 。因此，使用微機就有“大材小用”之嫌。此外，微機的接口電路沒有標準件，而且一般不控制強電。但在電梯控制中，往往要求能直接控制 110V 或 220V 的用電設備，如用戶專門配備接口電路既不方便又不可靠。綜上所述，造成用微機控制的成本、運行和維修費用均

32、較高，因此，如在一般的電梯上使用微機控制在經濟上不合算。3. PLC 控制系統PLC 充分利用了微型計算機的原理和技術，保留計算機控制的優點，而克服了它的缺點。它具有強大的生命力，各工業部門紛紛用它來改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果?？傊?，PLC 是采用微機技術制造的通用自動控制設備，它能控制開關量、模擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強、并具有完成邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術、運算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設備。它不僅能用于控制機械設備、流水線和各種設備的運行過程，將 PLC 用于控制電梯各種操作和處理相關信息也是可行的。3.3.電梯設備及電梯發展動態電梯設備及電梯發展動態

33、3.1 電梯的出現及發展1854 年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙格雷夫斯奧的斯第一次向世人展示了他的發明-歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界圍得到了廣泛應用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150 年以來，她已經發展成為世界、亞洲和中國領先的電梯公司。自從我國實行改革開放政策以來，全國各地高層 9 / 53建筑不斷涌現，作為高樓的垂直交通工具電梯，其需求量日益增長。各種類型、規格繁多的電梯已在高樓投入運行。為了確保電梯正常運行、安全使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護好電梯。20 世紀初，美國出現了曳引式電梯，其結構如圖 1-1 所示

34、，從圖中可見，鋼絲繩懸掛在曳引輪上，一端與轎廂連接，而另一端與對重連接，隨曳引輪的轉動，靠鋼絲繩與曳引輪槽之間的摩擦力使轎廂與對重作一升一降的相反運動。顯然，鋼絲繩不用纏繞，因此鋼絲繩的長度和股數均不受限，當然轎廂的載重以及提升高度就得到了提高，從而滿足了人們對電梯的使用需求。因此，近一百年來，曳引式電梯一直受到重視，并發展沿用至今。 圖 3-1 曳引式電梯示意圖在后來的幾十年里，電梯的自動平層控制系統以及 1轎廂 2曳引輪 3對重 通過變換電動機極數的調速方法來調整電梯的運行速度的技術相繼研制成功，1933 年世界上第一臺運行速度為 6m/s 的電梯被安裝在美國紐約的帝國大廈。第二次世界大戰

35、后，建筑業的發展促使電梯進入了高峰發展時期，代表新技術的電子技術被廣泛應用于電梯領域的同時，陸續出現了群控電梯、超高速電梯、交流變頻變壓調速電梯。隨著電力電子技術的發展，晶閘管變流裝置越來越多地用于電梯系統，使電梯的拖動系統簡化，性能提高。同時交流調壓調速系統的研制和開發，使交流電梯的調速性能有了明顯的改善。進入 20 世紀 80 年代，通過控制電動機定子供電電壓與頻率電梯運行速度的調壓調頻技術研制成功，出現了交流變壓變頻（VVVF）調速電梯，開拓了電梯拖動的新領域。1993 年，日本生產了 12.5m/s 的世界高速交流變壓變頻調速電梯，結束了直流電梯獨占高速領域的歷史。電梯發展的今天，在使

36、用需求和新技術應用方面都進入到全面發展時期，隨著智能化、信息化建筑的興起與完善，要求電梯不只是完成垂直運輸的基本功能，還應以人為本提高舒適度，特別從電梯運行的控制智能化角度考慮，電梯的優質服務不再是單一的“時間最短”問題，而是采用模糊理論、神經網絡、專家系統等方法，以期實現單梯與群控管理的最佳模式。合理的配置與使用遠程監控與故障診斷、節能以及減少環境污染等。本文中著重研究電梯的升降控制邏輯，不著重主電動機的升降速度以及電梯的安全保護措施。3.2 電梯設備3.2.1 電梯的分類電梯的分類有各式各樣：（1）按速度分類 低速電梯 1m/s 以下 高速電梯 2-3m/s 超高速電梯 3-10m/s（2

37、）按用途分類 乘客電梯 住宅電梯 觀光電梯 載貨電梯客貨兩用電梯 車輛電梯 其他電梯（3）按拖動方式分類 交流電梯 直流電梯 液壓電梯 齒輪齒條電梯 10 / 53螺桿式電梯（4）按有無司機分類 有司機電梯 無司機電梯 有/無司機電梯（5）按控制方式分類 手柄操縱控制電梯 按鈕控制電梯 信號控制電梯 集選控制電梯 群控電梯（6）按曳引機結構分類 有齒曳引機電梯 無齒曳引機電梯（7）其它分類方式按轎廂尺寸的大小分類時，經常使用“小型” 、 “超大型”等詞來描述電梯。按機房位置不同可分為：機房位于井道頂部的上置式電梯；機房底部的下置式電梯。3.2.2 電梯的主要組成部分（1） 曳引部分：通常有曳引

38、機和曳引鋼絲繩組成。電動機帶動曳引機旋轉使轎廂上下運動。（2） 轎廂和廳門：轎廂由轎架，轎底，轎壁和轎門組成；廳門一般有封閉式、中分式、雙折中分式和直分式等。（3） 電器設備及控制裝置：有曳引機，選層器傳動及控制柜、轎廂操縱盤、呼梯按鈕和廳外指示器組成。（4） 其它裝置：對重裝置、補償裝置等。3.2.3 電梯的安全保護裝置（1） 電磁制動器：裝于曳引機軸上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層后斷電制動。（2） 強迫減速開關：分別裝于井道的頂部和底部，當轎廂駛過端站換速未減速時，轎廂上撞塊就觸動此開關，通過電器傳動控制裝置，使電動機強迫減速。（3） 限位開關：當轎廂經過端站平層位置后仍

39、未停車，此限位開關立即動作，切斷電源并制動，強迫停車。（4） 行程極限保護開關：當限位開關不起作用，轎廂經過端站時，此開關動作。（5） 急停按鈕：裝于轎廂司機操縱盤上，發生異常情況時，按此按鈕切斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。（6） 廳門開關：每個廳門都裝有門鎖開關。僅當廳門關上才允許電梯啟動；在運行中如出現廳門開關斷開，電梯立即停車。（7） 關門安全開關：常見的是裝于轎廂門邊的安全觸板，在關門過程中如安全觸板碰到乘客時，發出信號，門電機停止關門，反向開門，延時重新開門，此外還有紅外線開關等。（8） 超載開關：當超載時轎底下降開關動作，電梯不能關門和運行。（9） 其它的開關：安全窗開關，

40、鋼帶輪的斷帶開關等。3.2.4 電梯技術發展情況（1） 電梯的速度要求越來越快，高速、超高速電梯的數量愈來愈多。（2） 電梯的拖動技術有了較大的發展，直流電梯由于能耗大、維修量大等缺 11 / 53點。逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運行平穩，機房位置靈活等特點，使得在低樓層場合得到愈來愈 廣泛的應用。交流拖動電梯更是得到迅速的發展，已由以前的變級調速（AC-VP）發展成為調壓調速（AC-VV）及調頻調壓調速（AC-VVVF） ，使得電梯的速度、加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。（3） 電梯的邏輯控制已從過去簡單的繼電器接觸器控制發展為可編程序控制器（PLC）和微機控制

41、，控制方式也從手柄控制、信號控制發展為集選控制、并聯控制、群控等，電梯可靠性得到很大的提高。（4） 電梯的管理功能不斷加強，電梯廣泛采用微機控制技術，不斷滿足擁護的使用功能要求。如緊急停車操作，消防員專用、防搗亂系統等。（5） 智能群控管理得到廣泛應用。（6） 機械傳動方面，由于國際上機構加工水平的不斷提高，使斜齒傳動和行星齒輪傳動在電梯上的應用日益廣泛，已使電梯的傳動形式多樣化。3.2.5 電梯發展展望（1） 結構不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化。隨著新技術、新結構、新材料、新工藝的發展，電梯的機械系統結構簡單化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯在新世紀將會

42、有較大速度發展。（2） 技術含量更高，性能更好。電梯行業技術發展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的 VVVF 電梯，如今已成為電梯行業的標準配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節能、更潔凈、更安全、更安靜、更經濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流；由于永磁技術的先進性，將來很有可能取代 VVVF 技術。另外，網絡控制和智能群控系統以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的發展潮流。（3） 安裝更方便、更快捷高效、安全、可重復使用的無腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式，隨著技術的開發、應用，電梯的硬件系統給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。此外

43、，電梯的雙向安全裝置、無底坑、無線控制、綠色環保安全、環保、節能、舒適，也將是未來電梯的重要發展方向。4.PLC4.PLC 的選擇及其軟件開發的選擇及其軟件開發4.1 可編程控制器（PLC）的選型考慮到本次設計的電梯系統有六層，且開關量居多，模擬量較少；對于開關量控制為主的系統而言，一般 PLC 的響應速度足以滿足控制的要求，在小型 PLC中整體式比模塊式的價格便宜，體積也小，綜合考慮后，系統選擇了日本三菱公 12 / 53司生產的 FX2N系列 PLC。FX2N系統 PLC 具有以下幾方面的優點：1）FX2N配置靈活，除主機單元外，還可擴展 I/O 模塊，A/D 模塊，D/A模塊和其它特殊功

44、能模塊。2）FX2N指令功能豐富，有各種指令 107 條，且指令執行速度快。3）FX2N可用部輔助繼電器 M，狀態繼電器 S，定時器 T，寄存器 D，計數器 C 的功能和數量滿足了系統控制要求的需要。4）FX2N的編程可用編程器，也可以在 PC 機上使用三菱公司的專用編程軟件包 MELSOFT 系列的 GX Developer 來進行。編程語言可用梯形圖或指令表。尤其是可用 PC 機對系統實時進行監控。為調試和維護提供了極大的方便。4.2交流雙速電梯的主電路圖 4-1 是交流雙速電梯的主電路圖。圖中 M1 為電梯專用型雙速籠型異步電動機；KM1、KM2 為電動機正反轉接觸器，用以實現電梯上、下

45、行控制；KM3、KM4為電梯高低速運行接觸器，用以實現電梯的高速或者低速運行；KM5 為啟動加速接觸器；KM6、KM7、KM8 為減速制動接觸器，用以調整電梯制動時的加速度；L1、L2與 R1、R2為串入電動機定子電路中的電抗和電阻，當 KM1 或者 KM2 與 KM3通電吸合時，電梯將進行上行或下行啟動，延時后 KM5 通電吸合，切除 R1、L1，電梯將轉為上行或下行的穩速運行；當電梯接收到停層指令后，KM3 斷電釋放，KM4 通電吸合，電機轉為低速接法，接入阻抗制動，實現上升與下降的低速運行，且 KM6-KM8 依次通電吸合，用來控制制動過程的強度，提高停車制動時的舒適感；至平層位置時，接

46、觸全部斷電釋放，抱閘抱死，電梯停止運行。 13 / 53圖 4-1 主電路圖 14 / 534.3 門機電路、抱閘電路、門鎖及安全運行電路圖 4-2 為電梯的門機、抱閘、門鎖及安全運行電路。門電動機為他勵直流電動機，可由 KM9、KM10 控制其正反轉。KM9 接通時，電阻 R2 與電動機電樞并聯，電流由電樞左端流向右端，電動機正轉實現開門，壓下 SQ8 時，R2 部分被短接，實現開門調速。KM10 接通時，電動機將反轉，實現關門，并由 SQ9、SQ10 與 R3一起實現關門調速。當電梯上下運行時，抱閘應打開，其線圈應通電。電梯停止運行時，抱閘應抱死，其線圈應斷電。將所有廳、轎門開關串聯在一起

47、，控制門鎖繼電器 KA1，實現全部門關閉后電梯才能運行的控制。將安全窗開關、安全鉗開關、限速器開關、轎急停開關、上下強迫停止開關、基站開關梯開關以及熱繼電器觸點FR1、FR2 串聯在一起，構成安全回路，控制安全運行繼電器 KA2，用 KA2 的觸點控制 PLC 的 RUN 口，只有當該 KA2 吸合時，才允許 PLC 處于運行狀態。這樣可以節省 PLC 的輸入口，又可以實現在多種緊急情況下的立即停車。圖 4-2 門機、抱閘、門鎖及安全運行電路4.4電梯的主要電氣設備（1）牽引電動機 齒輪牽引機為電梯的提升機構。主要由驅動電動機，電 15 / 53磁制動器（也稱電器包閘） ，減速器牽引輪組成。（

48、2）自動門機 用來完成電梯的開門與關門。電梯的門分為廳門（每層站一個）與轎門（只有一個） 。只有當電梯停靠在某層站時，此層廳門才允許開啟（由門機拖動轎門，轎門帶動廳門完成） ；也只有當廳門，轎門全部關閉后才允許啟動運行。（3）層樓指示燈 層樓指示燈也叫層顯，安裝在每層站廳門的上方和轎箱轎門的上方，用以指示電梯的運行方向及電梯所處的位置。過去常由低壓燈泡構成，現多由 LED 組成，且與呼梯盒做成一體結構。（4）呼梯盒 用以產生呼叫信號。常安裝在廳門外，離地面一米左右的墻壁上。基站與底站只有一只按鈕，中間層站由上呼叫與下呼叫兩個按鈕組成。（5）操縱箱 操縱箱安裝在轎箱，供乘客對電梯發布動作命令。其

49、上面設有與電梯層站數相同的選層按鈕。（6）平層及開門裝置 該裝置如圖 4-3 所示。由平層感應器及樓層感應器組成。上行時，上磁鐵板先觸發樓層感應器，發出減速停車信號，電梯開始減速，至平層感應器觸發時，發出開門及停車信號，電動機停轉，抱閘抱死。下行時，下磁鐵板出發樓層感應器，發出減速停車信號，電梯開始減速，至平層感應器觸發時，發出開門及停車信號。（7）轎廂位置檢測裝置俗稱選層器，它檢測電梯轎廂運行狀態，所處位置，及時向控制系統發出所需要的信號。其主要功能是：根據登記的選與外呼信號和轎廂的位置關系，確定運行方向；當電梯將要到達所需停站的樓層時，給曳引電動機減速信號，使其換速；當平層停車后，發出信號

50、以消去已應答的選層、呼梯信號，并指示轎廂當前位置，選層器種類較多，通常分為三大類，即機械選層器、繼電器選層器和微機選層器。其中機械選層器與繼電器選層器將隨著繼電器控制電梯的逐步淘汰而淘汰。位置檢測方法主要有如下幾種：（1）用干簧管磁感應器或其它位置開關。這種方法直觀、簡單，但由于每層需使用一個磁感應器，當樓層較高時，會占用 PLC 太多的輸入點。（2）利用穩態磁保開關。這種方法需對磁保開關的不同狀態進行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，進行運算時需采用 PLC 指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大。 由于本文是六層電梯的控制故選用感應器檢測轎廂位置。 16 / 53圖

51、 4-3 電梯的平層、停層裝置示意圖4.5輸入輸出設計為了便于對電梯的工作原理及 PLC 系統進行分析，現列出電梯所用電器元件表。表 4-1 電梯電氣元件表 17 / 53元件符號名稱及作用元件符號 名稱及作用KM1上行接觸器1HL-5HL1-5 層層樓指示燈KM2下行接觸器6HL-7HL上行、下行指示燈KM3高速接觸器HL81 樓外呼記憶燈KM4低速接觸器HL92 樓上呼記憶燈KM5啟動加速接觸器HL102 樓下呼記憶燈KM6-KM8制動減速接觸器HL113 樓上呼記憶燈KM9開門接觸器HL123 樓下呼記憶燈KM10關門接觸器HL134 樓上呼記憶燈SQ5基站開關HL144 樓下呼記憶燈S

52、Q6開門到位開關HL155 樓下呼記憶燈SQ7關門到位開關1KR5KR各樓層感應器SQ8開門調速開關6KR上平層感應器SQ9、SQ10關門調速開關7KR下平層感應器SQ11-SQ161-6 樓廳門鎖開關1SB14SB11-4 樓上行外呼按鈕SQ17上限位開關2SB25SB22-5 樓下行外呼按鈕SQ18下限位開關SB1開門按鈕SQ19上行強迫停止開關SB2關門按鈕SQ20下行強迫停止開關SB3上行啟動按鈕SQ1安全窗開關SB4下行啟動按鈕SQ2安全鉗開關SB5-SB101-6 樓層選層按鈕SQ3限速器開關SA1運行狀態選擇鑰匙開關SQ4轎急停開關SA2基站開關梯鑰匙開關SQ16轎門關閉到位開關

53、SQ電源開關 18 / 538KR關門感應器HL165 樓上呼記憶燈HL176 樓下呼記憶燈KA1門鎖開關KA2安全運行按鈕SA1-1自動運行按鈕1SB11 樓上呼按鈕6SB26 樓下呼按鈕2SB12 樓上呼按鈕2SB22 樓下呼按鈕3SB13 樓上呼按鈕3SB23 樓下呼按鈕4SB14 樓上呼按鈕4SB24 樓下呼按鈕5SB15 樓上呼按鈕5SB25 樓下呼按鈕HL186 層層樓指示燈HL196 層選記憶燈綜合考慮輸入輸出要求，估計需要 PLC 輸入輸出點 73 左右。因此，采用三菱 FX2N-80 可編程控制器完成本次設計。其輸入輸出接口電路如圖 4-4 所示。 19 / 53圖 4-4

54、I/O 接線圖 20 / 534.5.1算法說明程序的基本控制流程如圖 4-5 所示。 （其中不包括檢修及司機開關電梯環節，只是電梯運行的基本流程圖） 。圖 4-5 程序基本流程圖4.5.2 程序中相關中間繼電器的說明 表 4-2 程序中間繼電器元件符號名稱及作用元件符號名稱及作用M100開門輔助繼電器M1301 層上行輔助繼電器M101關門輔助繼電器M1312 層上行輔助繼電器M102自動運行時開門禁止M1322 層下行輔助繼電器M103定上行輔助繼電器M1333 層上行輔助繼電器M104定下行輔助繼電器M1343 層下行輔助繼電器M105停車輔助繼電器M1354 層上行輔助繼電器M106制

55、動過程輔助繼電器M1364 層下行輔助繼電器M107停層輔助繼電器M1375 層下行輔助繼電器M1101 樓樓層信號輔助繼電器M141上平層感應輔助繼電器M1112 樓樓層信號輔助繼電器M142下平層感應輔助繼電器M1123 樓樓層信號輔助繼電器M143、M144上行輔助繼電器M1134 樓樓層信號輔助繼電器M145、M146下行輔助繼電器M1145 樓樓層信號輔助繼電器M1501 樓停車輔助繼電器M120選 1 層輔助繼電器M1512 樓停車輔助繼電器M121選 2 層輔助繼電器M1523 樓停車輔助繼電器M122選 3 層輔助繼電器M1534 樓停車輔助繼電器M123選 4 層輔助繼電器M

56、1545 樓停車輔助繼電器M124選 5 層輔助繼電器T50停層時間計時T51 啟動延時T52-T54減速延時 21 / 53M140平層開門M1156 樓樓層信號輔助繼電器M125選 6 層輔助繼電器M1605 層上行輔助繼電器M1616 層下行輔助繼電器M1556 樓停車輔助繼電器4.6 梯形圖的設計梯形圖的設計可以分成幾個環節進行，然后再將這些環節組合在一起形成完整的梯形圖。1. 開關門環節電梯的開關門，存在以下幾種情況：（1） 電梯投入運行前的開門。此時電梯位于基站，將開關梯鑰匙插入 SA2 旋轉至開梯位置，則電梯應自動開門。乘客或司機進入轎廂，選層后電梯自動運行。（2） 電梯檢修時的

57、開關門。檢修狀態下，開關門均為手動狀態，由開關門按鈕SB1、SB2 實施開門與關門。（3） 電梯自動運行停層時的開門。電梯在平層時至平層位置，M140 接通，電梯應開始開門。（4） 電梯關門過程中的重新開門。在電梯關門的過程中，若有人或物夾在兩門的中間，需重新開門。目前大多數電梯采用光幕或機械安全觸板進行檢測，自動發送重新開門信號，已達到重新開門的目的。（5） 呼梯開門。電梯到達某層站后，如果沒有人繼續使用電梯，電梯將?？吭谠搶诱敬娞輰⑹紫乳_門，以滿足用梯的要求。若其他層站有人呼梯，電梯將首先定向，并啟動運行，到達呼梯樓層時再開門，此時的開門按停層開門處理。 （6） 電梯停后的關門。此時

58、電梯到達基站，司機或乘客離開轎廂，電梯自動關門，司機將開、關梯鑰匙插入 SA2，旋轉到關梯位置，電梯的安全回路被切斷，PLC 停止運行，電梯被關閉。（7） 電梯自動運行時的關門。停站時間繼電器 T50 延時結束時，電梯應自動關門。停站時間未到時，可通過關門按鈕實現提前關門。2. 層樓信號的產生與清除環節 當電梯位于某一層時，指層感應器產生樓層信號，以控制指層燈的狀態，離開該層時，該樓層信號應被新的樓層信號所取代。3停層信號的登記與消除環節 乘客或司機通過對轎廂操作盤上 1-6 層選層按鈕的操作，可以選擇欲去的樓層。選層信號被登記后，選層按鈕下的指示燈亮。當電梯到達所選的樓層后，停層信號即被消除

59、，指示燈也應熄滅。4外呼信號的登記與消除環節 乘客或司機在廳門外呼梯時，呼梯信號應被接收和記憶。當電梯到達該層，且定向方向與目的地方向一致時（基層和頂層除外） ，呼梯要求已滿足，呼梯信 22 / 53號應被消除。按下外呼按鈕時，相對應的外呼輔助繼電器接通，外呼鈕下的指示燈亮，表示呼梯要求已被電梯接收并記憶。該信號的消除環節是由當層信號的動斷觸點與運行方向的動斷并聯構成的（M103 為上行輔助繼電器，M104 為下行輔助繼電器） 。這樣可以使電梯運行方向與呼梯目的方向一致且到達呼梯樓層時，電梯將停止，呼梯要求已滿足，呼梯信號被消除。電梯的運行方向與呼梯目的方向相反時，如電梯從一樓向上運行，而呼梯

60、要求從二樓向下，若有去三樓以上的選層要求及外呼梯要求，電梯到達二樓時不停梯，呼梯要求沒有滿足，呼梯信號不能消除；若三樓以上無用梯要求，電梯將停在二樓，但呼梯信號不能立即消除，待乘客進入轎廂選層后，電梯定向下，則二樓下呼梯信號已滿足，呼梯信號被消除。5電梯的定向環節 在自動運行狀態下，電梯應首先確定運行方向，也即定向。電梯的定向只有兩種情況，即上行和下行。電梯處于待命狀態，接受到選和外呼信號時，應將電梯所處的位置與選和外呼信號進行比較，確定是上行還是下行。一旦電梯定向后，選與外呼對電梯進行順向運行的要求沒有滿足的情況下，定向信號不能消除。檢修狀態下運行方向直接由上行和下行啟動按鈕確定，不需定向。