1、電信學院畢業設計開題報告姓名蔣喜強專業電氣工程及其 自動化班級電氣8班學號11230829指導教師馮小林題目類型工程設計題目電梯控制系統設計一、選題背景及依據(簡述題目的技術背景和設計依據，說明選題目的、意義，列出主 要參考文獻)技術背景隨著城市建設的不斷發展，城市的發展也非常迅速，高層建筑的不斷增多，電梯作 為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密切相關。電梯是采用電力拖動 方式，將載有乘客或貨物的箱體，運行于垂直方向的兩根剛性導軌之間，運送乘客和貨 物的固定式提升設備。因此，電梯是為高層建筑的運輸工具，所以它具有運送速度快、 安全可靠、操作簡便的優點。但傳統的電梯控制系統主要采用

2、繼電器一接觸器進行控制， 其缺點是觸點多，故障率高、可靠性差、維修工作量大等，而采用PLC組成的控制系 統可以很好地解決上述問題，使電梯運行更加安全、方便、舒適。電梯具有多種控制控制方式，如繼電器控制，PLC控制等。PLC控制電梯有如下的 特點：可靠性高，PLC的平均的無故障時間一般可達3到5萬小時，而且能在工業環境 下可靠地工作；編程簡單。目前，關于電梯技術的發展主要體現在以下幾個方面：.電梯的速度要求越來越高，高速以及超高速的電梯；.電梯的拖動技術有了較大的發展，直流電梯由于能耗大，維修大等缺點。逐漸被 交流電梯所替代，液壓電梯由于運行平穩，機房靈活等優點，使得在低樓層場合得到越 來越廣泛

3、的應用。交流拖動電梯更是得到迅速發展，已有以前的變級調速(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，對 加速度的控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒服感大為改善；.電梯的的邏輯控制已有過去簡單的繼電器一一接觸器控制發展可為可編程序控 制器(PLC)和微機控制，控制方式也從手柄控制，信號控制發展成為集選控制，并聯 控制，群控等，電梯可靠性得到極大提高；.電梯的管理功能不斷加強，電梯廣泛采用微機控制技術，不斷滿足用戶的使用功 能要求，如緊急停車操作，消防員專用，防搗亂系統等等；.機械傳動方面，由于國際上機械加工水平的不斷提高，使斜齒傳動和

4、行星齒輪傳 動在電梯上的應用日益廣泛，以使電梯的傳動形式多樣化。設計依據PLC是以微處理器為基礎的新型工業控制裝置，是將計算機技術應用于工業環境下 的嶄新產品。它把邏輯運算、順序控制、定時、計數、算術運算等控制功能，以一系列 指令形式存儲在存儲器中，然后根據存儲的程序，通過數字或模擬量輸入輸出部件對過 程進行控制。利用PLC進行電梯的設計可以方便地進行程序的修改，控制模式的轉換， 同時也提高了系統的可靠性、靈活性和通用性等。目前國內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

5、更新和改造。但 是更新需要大量資金，對使用單位來說有一定困難，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。選題目的、意義隨著人們生活水平的不斷提高，人們對健康，安全生活環境尤為關注，而建筑業的 迅速發展，高樓層建筑不斷出現，因此建筑內提供上下交通運輸的電梯工業的發展空間 在不斷擴大，已成為工作和生活中的必需設備。針對飛速發展的電梯產業，提供安全、 高效、環保的電梯控制系統，使每一部電梯

6、都能安全高效地運行，成為電梯產業得以健 康發展、人們的日常生活得以正常進行的重要保證。可編程邏輯控制器（PLC）既保留了繼電器控制系統的簡單易懂、控制精度高、可 靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計算機通信和維修方便等諸多高品質性能，這 也彌補了傳統電梯的觸點多，故障率高、可靠性差、維修工作量大等的缺點，所以對電 梯施行PL控制的改進非常重要。主要參考文獻彭瑜.何衍慶.IEC 61131-3編程語言及應用基礎，機械工業出版社；王仁祥.王小曼.西門子S7-1200PLC編程方法與工程應用，中國電力出版社；馬寧.孔紅.S7-300PLC和MM440變頻器的原理與應用，機械工業出版社；程逢科.電氣

7、二次回路應用入門M.北京：中國電力出版社,2009；陳家盛電梯結構原理及安裝維修，機械工業出版社，第五版；馬宏騫石敬波電梯及控制技術，電子工業出版社；陳繼文董明曉電梯控制遠離及其應用，北京郵電大學出版社；常國蘭電梯自動控制技術，機械工業出版社；任雙艷.開發基礎與應用指南M.北京：機械工業出版社,2009；ConfiguSTEP7ring Hardware and Communication ConnectionSTEP7M.德 國：西門子自動化集團，2006；Programming with STEP7M.德國：西門子自動化集團，2006；梁錦鑫.WinCC基礎及應用開發指南M.北京：機械工業

8、出版社,2009；廖常初.西門子人機界面（觸摸屏）組態與應用技術（第2版）M.北京：機械工業出版社，2008；姚福來.變頻器、PLC及組態軟件實用技術速成教程M.北京：機械工業出 版社,2010；崔堅.西門子工業網絡通信指南M.北京：機械工業出版社,2005； HYPERLINK / / HYPERLINK /mems/automation/en/Pages/automation-technol /mems/automation/en/Pages/automation-technology.aspx HYPERLINK / / HYPERLINK /download/ /download/ H

9、YPERLINK /bbs/ /bbs/二、主要設計(研究)內容、設計(研究)思想、解決的關鍵問題、擬采用的技術方案 及工作流程主要設計內容本設計的是一個三層的客用電梯，單層高度為3.1m，整體高度為12.7m。其基本任 務是根據不同樓層客戶需求，及時響應，實現自動平層，開關門，超重提示，實現上下 限位，門層聯鎖保護等，并根據不同的需求實現合理的響應。在整個運行過程中，檢測狀態參數以及各種反饋信號等，確保電梯安全穩定運行， 在故障情況下，制定相應的安全策略。具體設計要求如下：轎內指令的登記與清除。轎外召喚的登記與清除。自動開關門，電梯到達預定層并停靠后應自動將門打開。電梯未平層后運行時， 開門

10、按鈕和關門按鈕均不起作用。有專職司機狀態下，按下關門按鈕，關門后自動 運行；無專職司機狀態下，延時后自動運行。樓層指示。電梯運行層顯示為數字顯示。自動選向電梯應根據所處樓層和轎內指令確定的目的樓層(無司機狀態還應包 括召喚信號確定的目的樓層)自動的選擇運行方向。實現順向截車和最遠層站的反 向截車。自動運行。運行過程中的加速、減速等速度變化應該自動進行。換層、平層等 位置控制應該采用較、先進的相對計數方式。應具有各種相應的安全保護以及報警、照明等功能。如電梯具有消防運行控制， 具有超載不開電梯功能，具有防夾人功能等。電梯運行狀態由三擋位鑰匙開關實現。電梯運行狀態由司機，無司機和檢修三 種狀態組成

11、。檢修狀態時，點動控制開門，電梯慢速點動上下，以利于維修。（9）在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升（后下降）途中，任何方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應，但如果某反向外呼梯信號前方再無其他內、外呼梯信號時， 則電梯響應應該外呼梯信號。（10）電梯應當具有最遠反向外呼梯響應功能。如，在電梯轎廂在一樓，而同時有二 層向下外呼梯信號。設計思想利用PLC的結構簡單，編程容易，可靠性高，抗干擾能力強等優點，對電梯施行更 全面，更有效的控制。根據電梯實際控制的要求，首先設置兩個獨立的數據通道，即當 前位置通道和呼梯指令通道。電梯當前層位置信號與當前樓層號相對應，當前樓層號以 十進制立即數的形式作為當前位置

12、200里的內容被“記憶”保存，表明電梯當前所處的 位置。同理，每一個呼梯信號也都對應一個十進制立即數，指令通道201專門用來存放 當前呼梯信號所對應的最大立即數。呼叫信號的處理應該進行綜合處理，對應樓層的綜 合呼梯信號應該按照高樓層優先的原則進行信號優先級排隊。解決的關鍵問題在本設計當中，和現如今的電梯的要求大同小異，主要有兩個核心問題需要解決：一是運行效率，平層精度和安全性的要求；對于第一個問題，選擇合適的PLC， 進行合適的編程和設計就可以實現，對于本設計，我選用的PLC是西門子S7-1200型可 編程控制器；二是PLC實現電梯信號控制和軟件開發。對于第二個問題，要根據本設計中電 梯的要求

13、和PLC順序執行程序的特點，PLC編程主要是采取模塊化編程思想，即根據各 模塊所要實現的功能及原則來編寫各個功能模塊來實現。擬采用的技術方案圖1為電梯PLC電梯控制系統框圖，主要硬件包括PLC主機及擴展、轎廂操縱盤、 廳外呼梯盤、安全裝置、顯示裝置、調速裝置與主拖動系統等。控制系統的核心為可編 程控制器（PLC），操縱盤、呼梯盒、位置、安全保護及變頻器工作狀態等信號輸入PLC， 經PLC運算處理后由輸出接口分別向顯示電路發出呼梯、定向等顯示信號，通過變頻器 向主拖動電動機發出控制信號。對于本設計中的電梯系統，從前面的設計內容可以看出 主要有三大塊需要我們來一一解決：主要包括信號控制系統，拖動控

14、制系統，還有可編 程序控制器部分。對于這三個方面，我們對其采用以下技術方案來進行解決。（1）信號控制系統電梯信號控制基本由PLC軟件實現，電梯信號控制系統如圖2所示，輸入到PLC的 控制信號有：運行方式選擇（如有/無司機、檢修等）、運行控制、轎內指令、層站召喚、 安全保護信息、旋轉編碼器、光電脈沖、開關門及限位信號、門區和平層信號等。圖1.電梯PLC信號控制系統框圖電梯控制系統主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成拖動控制系統電力拖動部分由拽引電機、抱閘和相應的開關電路以及開門機組成。由于所設計的 是一個辦公樓上的乘客電梯，梯速為1m/s，所以只要能實現電機的正反轉即可，而不必 考慮電機的機械特

15、性。制動時為滿足準確停層的需要，定子回路可接入電抗器減速最后 再加上抱閘制動。故在制動過程中采用了三檔延時切換控制。電氣控制電氣控制部分又稱控制電路，它是電梯控制系統的核心。它包含兩部分：拖動控制 電路和信號控制電路。拖動控制電路因電梯的拖動方式不同而各異。可以是接觸器線圈 及其相關的控制電路，也可以是電力電子器件的門極控制電路，對于有速度閉環控制 的系統，還必須考慮含有電源、電壓、速度檢測電路和調節電路。信號控制電路與拖動 的方式關系不大，主要與程序能夠實現的功能有直接的關系。因此，不同的拖動方式的 電梯可以采用同一信號控制電路。PLC系統部分電梯PLC控制系統不再使用繼電器控制系統中模擬轎

16、廂運動的機械選層器。電梯運 行過程中轎廂所處樓層位置如何檢測，PLC軟件如何根據給定的輸入信號及運行條件判 斷或計算樓層數，是電梯正常運行的首要問題，是正確定向和選層換速的前提。轎廂位置檢測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：根據登記的內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

17、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：用于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。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。利用旋轉編碼器。目前，PLC 一般都有高速脈沖輸入端或專用計數單元，計數準確， 使用方便，因而在電梯PLC控制系統中，可用編碼器測取電梯運行過程中的準確位 置，編碼器可直接與PLC高速脈沖輸入端相連，電源也可利用PLC內置24V直流電

18、源，硬件連接可謂簡單方便。可編程控制器(PLC)的選型根據以上選擇的轎廂樓層位置檢測法，要求可編程控制器必須具有高數計數器，而 且根據輸入和輸出點的個數。輸入信號：橋廂內的樓層選擇按鈕1-3，開門按鈕1個，關門按鈕1個，安裝與各 樓層的電梯停靠位置的3個傳感器，平時為常開，當電梯運行到平層時關閉；有/無師 傅1個，檢修1個，報警和超重感應器2個，上下平層感應器2個，即有輸入點27個；輸出信號：橋廂內呼叫指示指令有3個，分別表示一層到3層呼叫被接受，并在呼 叫指令完成后信號消失；電梯上和下指示2個，一到3層層數指示3個，報警顯示和超 重報警顯示2個，即有輸出點27個。綜合考慮后，選擇了西門子的s 7-1200芯片。變頻器的選擇及其容量設定基于本設計的閉環矢量系統的建立，在本設計中我選擇西門子MM440變頻器，適 用于一切傳動裝置，具有高級的矢量控制功能(帶有或不帶編碼器反饋)，可用于多 種部門的各種用途，其中用來控制電梯是最為理想的變頻