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1、1 引言随着科学技术和社会经济的发展，高层建筑已经成为现代城市的标志。电梯作为垂直运输工具，承担着大量的人流和物流的输送，在建筑物中有相当重要的作用。是现代城市生活中必不可少，且应用最广泛的垂直交通运输工具1。1.1 设计背景电梯是垂直运行的电梯(通常可简称为电梯)、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。伴随我国城镇化进程的加速，电梯已成为城镇居民生产、生活不可或缺的垂直交通工具，在提升公众的生产、生活效率与质量的同时，其安全工作也成为一项民生工程，其安全状况倍受公众与媒体关注。(一)安全形势总体平稳在电梯数量快速增加情况下，电梯事故稳中有降，保持了总体平稳的安全形势。
2、从2005年开始，平均每年电梯事故起数在40起、死亡人数在30人左右。电梯万台事故率和万台死亡人数稳步下降，2010年电梯万台事故率0.26，万台死亡人数0.17，均小于特种设备平均水平，也小于锅炉压力容器等其他特种设备1。(二)近年事故原因分类近年电梯事故中，违章操作引发的事故较为突出，事故中受到伤害的人员以普通乘客最多。事故产生原因中，违章操作62.7%，设备缺陷22.7%，意外8.0%，非法使用设备6.6%。事故中受伤害人员中普通乘客50%，维护保养人员13%，安装工人12%，电梯操作人员4%，其它包括保安等未经培训的人员21%。 (三)电梯数量快速增长截至2010年底，全国在用电梯总数
3、已经达到162.8万台，并以每年20%左右的速度高速增长，每年新增电梯数在30万台以上，占全球每年新增电梯总量的一半以上。上海、北京等几个城市在用电梯数量已超过10万台。目前，我国电梯年产量、电梯保有量、年增长量均世界第一。上海超过纽约成为全世界电梯最多的城市5。1.2 电梯的起源与趋势公元前236年,古希腊的阿基米德设计出一种人力驱动的卷筒式卷扬机。1850年，美国人亨利沃特曼制作出世界第一台以蒸汽机为动力的卷扬机。1854年, 美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯向世人展示了历史上第一部安全升降梯。1889年，美国奥的斯公司制造出由直流电动机通过蜗杆蜗轮减速器带动卷筒卷绕绳索悬挂并升降轿厢的电动升降
4、机。1892年，美国亨利华特列昂那得发明了用调节电动机励磁场来调速的电动机-发电机电力驱动系统。1900年, 交流感应电动机被使用到电梯驱动中。1903年，美国奥的斯在电梯传动机构中采用了曳引驱动代替卷筒方式。70 年代，电梯控制柜的控制电路逐渐从模拟电路向数字化电路发展，数字技术显著的提高了电梯的可靠性和运性精度。70 年代末到 80年代初，高速无齿轮和有齿轮快速电梯都应用微机作为控制的主要部件，而且每部电梯使用的微机不止一部。80 年代，大功率晶体管模块的问世以及微机和数字调节技术的不断成熟，人们开始利用PWM(脉宽调节)技术来控制换流器，实现对电梯中交流电动机进行调压调频(VVVF)，达
5、到线性调速的目的3。90年代，电梯控制系统由并行信号传输向以串行信号为主的信号传输方式过度。21世纪电梯产业将实现A信息化、网络化。B驱动系统使用永磁同步无齿曳引机。C一绿色发展为基本理念。1.3 本文的研究目标本次毕业设计以五层电梯作为控制对象，以PLC作为工具对电梯控制系统进行了设计。在设计过程中，对六层电梯的硬件部分作分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。然后，根据需要画出控制面板图，再根据控制面板图计算出I/O点数，确定所选PLC机型，选定变频器型号，画出连线图，然后在进行软件设计，写出控制系统的流程图，梯形图，写出语句5。2 电梯控制系统整体设计要想设计出可靠而使用的电梯控制系统
6、，就要考虑到有关电梯的方方面面如电梯的快速性、电梯的舒适度等。这就要求我们编写符合实际的程序，并根据实际情况选择合适的硬件设备，以完成任务。2.1 电梯的概述2.1.1 电梯工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他
7、载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全3。2.1.2 电梯结构及分类(1)电梯的结构电梯的机械部分是电梯的躯体，同时电子电气是电梯的神经和大脑。机械部分与电子电气之间的有机结合，才能实现电梯的功能。它由曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、对重装置、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统等组成。电梯的结构如图2-1所示。(2)电梯的分类电梯的分类非常丰富，根
8、据使用性质、驱动方式、运行速度、有无司机、操纵控制方式等不同，有多种分类方法。图2-1 电梯的结构2.2 系统控制方案设计2.2.1 控制方式的选择继电器和PLC都可以控制电梯的运行方式,但控制方法的不同会使得电梯具有不同的特点,如表2-1为PLC与继电器控制系统功能与特点的比较。表2-1 PLC与继电器控制系统功能与特点的比较比较项目继电器控制PLC控制对生产工艺变化的适应性需进行重新设计与接线.适应性差只需对程序进行修改.适应性强控制功能的实现通过对继电器进行硬接线完成相应的控制功能对进行编程实现所需控制要求控制的实时性机械动作时间常数大，实时性差微处理器控制，实时性非常好复杂控创能力极差
9、很强可靠性元器件多、触点多，容易出现故障采用大规模集成电路.绝大部分是软继电器，可靠性高柔韧性和灵活性差具有种类齐全的扩展单元，扩展灵活占用空间与安装控制柜体积大、笨重，安较施工工作量大体积小，重量轻，安装工作量小使用寿命易损、寿命短寿命长维护复杂、工作量大工作量小价格极低较高 所以本系统最终能够选择以PLC控制电梯的运行方式。2.2.2 电梯控制系统的控制要求本设计主要设计一个五层层电梯控制系统，其主要控制要求如下：开关门控制当某一楼层的电梯指示灯一直亮时，表示该层电梯正在进行开门、延时、关门的动作。为保证电梯运行的安全性，电梯的开关门信号和故障报警信号必须是互锁的，也就是说，当故障报警信号
10、有效时，开关门信号都不会显示，同时楼层指示灯也不会亮。内外呼叫控制一旦有乘客按下某层的呼叫按钮，该层相应的电梯指示灯就亮起来，不过不能立即开门。呼叫信号要一直保持到电梯到达该层后且呼叫信号的指示与电梯的运行方向相同时才会被撤消。上下行控制电梯在每个楼层分别设置一个外呼按钮，电梯运行时楼层指示灯亮。但是上下行指示灯不能同时亮，各个楼层的指示灯也不可以同时亮。一个呼叫请求在完成之前如果收到另一个呼叫请求，则要判断两个呼叫请求是否是在同一个方向，如果是不再同一方向则不截车，反之则截车。在行车过程中，如果故障报警信号有效，则任何操作都无效，指示灯也不亮。在上下行期间，电梯的速度由变频器给定。2.2.3
11、 电梯控制系统总体方案的确定本系统是主要由PLC、变频器、控制箱、显示器、曳引电动机组成的交流变频调速系统（简称VVVF）。通过PLC去控制电梯的运行方式，可以使得控制系统的可靠行更高，结构显得更加紧凑。本系统的硬件框图如图2-2所示。图2-2 电梯控制系统框图从图3-2可以看出，该系统主要由两个部分组成，其中电梯控制的逻辑部分由PLC来实现。通过分析研究电梯的实际运行情况和控制规律，从而设计开发出电梯联动控制程序，使得PLC能够控制电梯的运行操作。电梯的调速部分则选用高性能的矢量控制变频器，配以脉冲发生器（编码器）测量鼠笼式曳引电动机的转速，从而够成电机的闭环矢量控制系统，实现鼠笼式曳引机电
12、动机交流变频调速（Variable Voltage Variable Frequency,简称VVVF）运行8。PLC首先接收来自电梯的呼梯信号、平层信号，然后根据这些输入信号的状态，通过其内部一系列复杂的控制程序，对各种信号的逻辑关系有序的进行处理，最后向直流门控电机、变频器和各类显示器适时地发出开关量控制信号，对电梯实施控制。在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随机性控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强，逻辑关系处理起来非常复杂，这就给PLC的编程带来很大难度。在PLC向变频器发出开关量控制信号的同时，为了满足电梯的要求，变频器又需要通过鼠笼式曳引电动
13、机同轴连接的脉冲发生器和PG卡，对电动机完成速度检测及反馈，形成闭环系统。脉冲发生器输出脉冲，PG卡接收到脉冲以后，再将此反馈给变频器内部，以便进行运算调节。根据脉冲的相序，可判断出电动机的转动方向，并可以根据脉冲的频率测得电动机的转速10。3 系统硬件设计一个完整的控制系统总是包括硬件系统和软件系统,本章集中介绍电梯控制系统涉及到的硬件设计。本章给出了五层电梯的硬件设计包括电梯的调速系统、井道信号系统、电梯的硬件选型以及各硬件的参数设置。3.1 电梯调速系统设计3.1.1 电梯的快速性要求电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的。快速则可节省时间，这对于处在快节奏的现代社会中的乘客
14、是非常重要的。快速性主要通过以下方法得到：提高电梯额定速度V，则电梯的额定速度提高，运行时间缩短，达到为乘客节省时间的目的。集中布置多台电梯，通过电梯数量的增加来节省乘客候梯时间。尽可能的减少电梯起、停过程中的加、减速时间。上诉三种方法中，前两种需要增加设备投资，第三种方法通常不需要增加设备投资，因此在电梯设计时，应尽量采用第三种方法减少起、制动时间。但是起、制动时间缩短意味着加、减速度的增大，而加、减速度的过分增大和不合理的变化有将造成乘客的不舒适感。因此，对电梯又提出了舒适性的要求。3.1.2 电梯舒适度的要求电梯引起乘客生理不适主要是由于以下两点原因造成的：由加速度引起的不适。人在加速上
15、升或减速下降时，加速度引起的惯性力叠加到重力之上，使人产生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或减速上升时，加速度产生的惯性力抵消部分重力，使人产生上浮感，感到内脏不适，头晕目眩。考虑到人体生理上对加、减速度的承受能力，GB/T158-1997电梯技术条件中规定：“电梯的起制动应平稳、迅速，加、减速度最大值不大于1.5 m/s2。”由加速度变化率引起的不适。大量实验证明，人体不但对加速度敏感，对加加速度（或称加速度变化率）也比较敏感。我们用a来表示加速度，用来表示加加速度，则当加加速度较大时，人的大脑就会感到晕眩、痛苦，它的影响比加速度a的影响还严重。我们也称加加速度为生理系数，在电梯行
16、业一般限制生理系数不超过1.3 m/s211。而促进电梯舒适度的途径有以下几种途径：选用品质优良、稳定的曳引机曳引机是电梯运行的驱动装置，其性能直接关系到电梯运行的舒适感。曳引机的机械间隙对电梯的影响主要体现在电梯在加减速过程中，在电机速率发生变化时，电动运行和发电运行状态将发生切换，造成电梯的振动，极大地影响了电梯的舒适感。在电梯S曲线加减速过程中，一般各有一两次明显失重或者超重感觉，并伴随曳引机发出异响。另外，对于一些改造的双速旧梯用曳引机，由于多次高低速切换的巨大冲击，造成连接套轴中的橡胶垫片严重磨损，也会造成上述现象。因此，要想使得电梯具有良好的舒适性,必须选用品质优良、稳定的曳引机.
17、选用品质优良的驱动电机在保证曳引机质量的前提下，与曳引机配套的电机的性能也直接关系到电梯的起制动过程的性能，问题主要表现为启动舒适感的好坏。如果电机的启动转矩大，在电梯松闸的时刻产生的倒溜就会很小。选用性能优良的变频器异步电机矢量控制是完全基于电机参数的矢量控制，因此电机参数必须能够进行自动学习。否则，取得不了优越的性能。因此，首先必须选用能够进行电机参数自学习的变频器。其次，变频器必须具有零速150%以上的转矩输出，可以保证良好的启动和停车舒适感。另外，需要非常好的过载能力，110%的额定负载，必须连续运行，特别对于高层电梯，需要满载运行超过30S以上的，更要考虑这一点12。3.1.3 电梯
18、的速度曲线在电梯拖动控制系统中速度曲线图形直接影响着电梯的平层准确度和舒适感。如果电梯在启动加速和减速制动时，速度曲线图性的加、减交界处不圆滑，乘客会感觉很不舒服，为了满足舒适感提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。因此有必要设计电梯运行的速度曲线，让轿厢按照这样的速度曲线运行，既能满足快速性的要求，又能满足舒适性的要求，科学、合理的解决快速性与舒适性的矛盾。图3-1 中曲线 ABCD 就是这样的速度曲线。其中 AEFB 段是由静止起动到匀速运行的加速段速度曲线；BC 段是匀速运行段，其梯速
19、为额定梯速；CFED 段是由匀速运行制动到静止的减速度段速度曲线，通常是一条与起动段对称的曲线。加速段速度曲线AEFB段的AE段是一条抛物线，EF段是一条在E点与抛物线 AE 相切的直线，而 FB 段则是一条反抛物线，它与AE段抛物线以EF段直线的中点相对称。设计电梯的速度曲线时，主要就是设计起动加速段 AEFB 段曲线，而 CFED 曲线与 AEFB 段镜像对称，很容易由 AEFB 段的数据推出，BC段为恒速段，其速度为额定速度，无需计算。画出上述速度曲线的加速度、加加速度曲线15见图3-1所示。 A B1-速度 2-加速度 3-加加速度图3-1 速度曲线的加速度、加加速度曲线图3-1A中，
20、起动加速段 AEFB 中各小段的速度曲线、加速度曲线，加加速度曲线的函数表达式16分别是：AE段速度曲线: 是一条抛物线其加速度曲线： 是一条斜线段而加加速度曲线： 是一条水平的直线EF段速度曲线： 是一条斜率为aE的直线段其加速度曲线： 是一条水平的直线段而加加速度曲线： 是一条与横坐标轴重合的线段FB段速度曲线： 是一条反抛物线段其加速度曲线： 是一条下斜的斜线段而加加速度曲线： 是一条水平的直线段图3-1B给出了实际中的速度曲线，在高速电梯中，在运行距离较短（例如单层、二层、三层等）的情况下，都有尚未达到额定速度便要减速停车的问题，因此这种电梯的速度曲线中有的单层运行、双层运行、三层运行
21、等多种速度曲线，其控制规律也就更为复杂。3.1.4 电梯速度曲线的特点电梯的速度曲线与生产机械的速度曲线不同是由于乘客对电梯的舒适性的要求，电梯要兼顾快速性与舒适性。电梯的速度曲线在转弯处都是圆滑过渡的，处处可导，在图3-1中电梯的速度曲线的转弯处，专门设计了抛物线段，让其与前后的直线段相切，实现平滑过渡，从而保证加速度曲线是连续的，没有突跳，加加速度则被控制在允许值之下17。考虑到人对加速度引起的超重、失重的承受能力，加速、减速段的最大加速度数值不得大于 1.5m/s2，再加上抛物线段的逐渐过渡，使得电梯的加速、减速段的时间比较长。可调速电梯在加、减速段要实施严密的速度闭环控制，保证轿厢按设
22、计的速度曲线运行，不允许出现大的超调和振荡，以保证电梯的舒适性。3.2 井道信号系统设计(1)电梯位置的确定与显示轿厢内的乘客与门厅中等待电梯的乘客需要知道电梯目前所在位置,电梯要确定是否能够响应新的召唤指令及何时减速平层制动，这些都需要明确电梯当前的准确位置。通常电梯系统的位置信号是靠设置在井道中的位置开关来实现。(2)轿厢的平层与停车轿厢运行后需要确定停车楼层，平层是指停车时轿厢底与门厅地面齐平，不过在实际中无法达到百分之百的精确，通常都有平层误差规定。平层停车过程需在轿厢底与所停楼层的地面相平之前开始，先要开始减速，然后再制动，以减小冲击，提高平层停车的精确度和乘客的舒适感16。3.3
23、硬件选型3.3.1 变频器的概述及选型 (1)变频器的概述上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近 20 年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 两个大发展过程。这期间变频器的容量不断增大、体积越来越小、功能越来越多也更加的智能化，使得变频器的应用领域不断扩大20。(2)变频器的选型变频器容量计算变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。设电梯曳引机电机功率为P1，电梯运行速度为 v，电梯自重为W1，电梯载重为W2，配重为W3，重力加速度为 g，变频器功率为 P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为: (3-1)其中为摩
24、擦力，可忽略不计17。电机功率P1，变频器功率P应接近于电机功率P1，相对于P2留有安全裕量，可取。变频器制动电阻参数的计算由于电梯为位能负载，电梯运行过程中会产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能。虽然带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器能够将再生能量回馈电网，但造价太高。如果采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低且具有良好的使用效果。能耗制动电阻 Rz 的大小应使得制动电流工作时的值不超过变频器额定电流的一半，即 (3-2)其中U0为额定情况下变频器的直流母线电压.由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率22。变频器的选型电
25、梯的调速除了对一般的工业控制的静态、动态性能的要求外，其舒适度的指标通常也要考虑。本设计中保证电梯按理想的给定速度曲线运行并保证舒适感的关键是电梯的拖动调速系统。考虑以上各种因素，本设计最终选用ORMON 3G2JV型变频器。3.3.2 位置检测元件的选型(1)用干簧感应器或其它位置开关干簧感应器如图3-3所示。1-干簧管；2-常闭触点；3-转换触点；4-常开触点；5-永久磁铁；6-隔磁图3-3 干簧感应器干簧感应器就是在U型槽的两侧分别放置干簧管与永久磁铁。当隔磁板没有插入U型槽内时，那么磁场作用下的常闭触点2、3闭合；隔板插入U型槽时，永久磁铁磁场经过隔磁板和空气间隙形成闭合磁路。那么，在
26、簧片的弹性作用下，触点2、3常开，4则闭合。于是根据电梯的控制要求，可将传感器安装在轿厢的顶部，隔磁板固定于井道相应位置的导轨上。采用这种方法具有直观、简单的优点，但是因为每层都需要一个感应器，当楼层较高时，就会占用过多的PLC输入点15。(2)用双稳态磁保开关该方法需要对磁保开关的不同状态进行编码，较麻烦。双稳态磁保开关如图3-4所示。图3-4 双稳态磁保开关(3)采用旋转编码器目前的PLC一般都具有专用计数单元或高速脉冲输入端，所以为获取电梯运行的准确位置，可采用编码器。编码器可以直接与PLC高速脉冲输入端相连，利用PLC内置24V直流电源作为其电源。编码器实物和原理如图3-5所示。图3-
27、5 旋转编码器实物图及工作原理旋转编码器是一种旋转式测量装置，安装于被测轴上并随被测轴一起转动，用来测量转动量(主要为转角)，并将其转换成数字形式的输出信号。电梯的轿厢所处的位置及运行速度用码盘来检测，检测所得的位置及速度作为位置反馈信号和速度指示信号。旋转编码器的转轴与曳引电动机转轴直接相连，当电动机转动时，编码器输出与转动量对应的脉冲数，通过累积脉冲数可以直接计算出轿厢对应的位置行程，从而确定电梯运行时轿厢所处的楼层位置，进而确定出换速点、开门地点、到站停车点等21。综上所述，旋转编码器有明显优于其它两种方法的优势，故本系统采用此法。3.3.3 PLC的概述及选型 (1)PLC的概述PLC
28、是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算式运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。 PLC具有以下特点高可靠性，强抗干扰能力配套齐全、功能完善、适用性强重量轻、体积小、能耗低系统设计、建造的工作量小，维护方便，易改造学用容易，深受欢迎18。(2)PLC的选型本系统按照5层电梯进行设计，根据控制要求，共需输入点数 33 点，输出点数29点，考虑大约12%的裕量。另外，由于要采用旋转编码器定位，需要 PLC 具有高速脉冲输入，故最终选择西门子 S7-20
29、0 系列 CPU226 PLC 为主机，并配以 EM223DC24V数字量16输入/16输出扩展模块。CPU226的输入/输出点数为24入/16 出，EM223为16 入/16出，形成输入点数共40点，输出点数32点，满足系统要求。如图3-6为PLC实物图。图3-6 PLC实物图3.4 电梯控制系统硬件电路设计本控制系统是采用ORMON 3G2JV型变频器和西门子S7-200 型 PLC 组成的频调速电梯控制系统,电气控制硬件框图如图3-7所示。图3-7控制系统框图它由曳引电机、门电机、变频器、可编程控制器 PLC 及其他电气元件构成。电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器,利用光电编码器测
30、量曳引电机的转速,构成闭环矢量控制系统。电路的逻辑部分由 PLC 来实现, PLC 接受来自现场的呼叫、转速、楼层、位置等信号。发给调速系统的速度信号、门机的开关门信号、楼层显示及呼叫显示信号18。3.4.1 PLC 控制系统的系统配置及 I/O 地址分配本系统为5 层电梯设计，根据控制要求，共需输入点数 33 点，输出点数29 点，考虑10%-15%的裕量。另外，由于要采用旋转编码器定位，需要 PLC 具有高速脉冲输入，故最终选择西门子 S7-200 系列 CPU226 PLC 为主机，配以 EM223DC24V 数字量 16入/16出扩展模块。CPU226S 输入/输出点数为 24 入/1
31、6 出，EM223 为 16 入/16 出，共形成输入点数 40 点，输出点数 32 点，满足系统要求，其地址编号如图3-8所示。图3-8 PLC 主机、扩展模块 I/O 分配PLC 输入信号有：外呼按钮、内选按钮、旋转编码器输出信号、限位开关、轿厢开/关按钮、手动开关等。输出信号有：外呼信号指示、内选信号指示、电梯上/下行信息、楼层显示信息、变频器控制信号、语音提示信号等。输入/输出信号的具体分配如表3-1 所示。表3-1 I/O 地址分配表PLC输入点电梯实物内部接口（I/O）PLC输入点电梯实物内部接口（I/O）I0.0编码器高速计数输入 A 相Q0.0RHI0.1编码器高速计数输入 B
32、 相Q0.1RLI0.2轿厢安全开关Q0.2STFI0.3底层外呼上按钮Q0.3STRI0.4一层外呼下按钮Q0.5关门驱动I0.5一层外呼上按钮Q0.6开门驱动I0.6二层外呼下按钮Q0.7底层外呼上指示I0.7二层外呼上按钮Q1.0一层外呼上指示I1.0三层外呼下按钮Q1.1一层外呼下指示I1.1三层外呼上按钮Q1.2二层外呼上指示I1.2四层外呼下按钮Q1.3二层外呼下指示I1.3四层外呼上按钮Q1.4三层外呼上指示I1.4五层外呼下按钮Q1.5三层外呼下指示I1.5下基准限位开关Q1.6四层外呼上指示I1.6下极限限位开关Q1.7四层外呼下指示I1.7检修开关Q2.0五层外呼下指示I2
33、.0手动开门按钮Q2.1显示驱动 AI2.1手动关门按钮Q2.2显示驱动 BI2.2手动上行按钮Q2.3显示驱动 CI2.3手动下行按钮Q2.4显示驱动 DI2.4急停按钮Q2.5电梯上行指示I2.5消防按钮Q2.6电梯下行指示I2.6关门限位开关Q2.7五层内呼指示I2.7开门限位开关Q3.0四层内呼指示I3.0五层内呼按钮Q3.1三层内呼指示I3.1四层内呼指示Q3.2二层内呼指示I3.2三层内呼指示Q3.3一层内呼指示I3.3二层内呼指示Q3.4底层内呼指示I3.4一层内呼指示Q3.5电子报站I3.5底层内呼指示I3.6轿厢开门按钮I3.7轿厢关开门按钮I4.0上极限位开关3.4.2 旋
34、转编码器与PLC脉冲检测旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，并随被测轴一起转动，用以测量转角，并将其转换成数字形式的输出信号。旋转编码器的两相输出分别与PLC的I0.0、I0.1 点相连。由于旋转编码器输出的脉冲频率较高，普通计数器无法计数，必须采用高速计数器。CPU226 拥有 6 个高速计数器，分别为HSC0-HSC5。每一个高速计数器又分12 种工作模式，可分成四类：无外部方向输入信号的单相加/减计数器、有外部方向输入信号的单相加/减计数器、有加计数时钟和减计数时钟输入的双相计数器、有A/B相正交计数器。因为旋转编码器的输出是两相互差900的脉冲，所以，高速计数器必须工作
35、在模式9-模式11 之间，即工作在A/B相正交计数模式。在这里以模式9 为例，说明正交计数的工作原理。当工作模式 为9 时，HSC以I0.0、I0.1 为A、B两相计数源，若A相时钟脉超前B相 ，为正计数，若A相时钟脉冲滞后B相90O，则为减计数。A/B相正交计数器工作时，还可设定为 1 倍速正交模式或 4 倍速正交模式。1 倍速正交模式，即在接收到一个计数脉冲时计一个数。图3-9示出了高速计数器工作在模式 9，4 倍速正交的时序图19。图3-9 高速计数器模式 9 操作时序图旋转编码器与曳引机的转轴相连，根据曳引轮的转轴方向及转动角度，编码器输出A/B相相位差900的一系列脉冲波，正向旋转时
36、，A超前B，逆向旋转时，B超前A。高速计数器就根据相位超前情况，进行正计数或者减计数。若当轿厢在底层时，高数计数器的当前值为零，随着轿厢的上升，高数计数器的值就会不断增加，当下降时，高速计数器的值则不断下降，根据高数计数器值的变化可反映出轿厢所在楼层的精确位置。由于旋转编码器测量准确，使用方便，优于其它方法，故成为当前测量电梯所在位置的主流方法。3.4.3 变频器的参数设置由于采用 PLC 作为逻辑控制部件，故变频器和 PLC 通讯时采用开关量而不用模拟量。本系统用到的OMRON 3G2JV变频器具体参数设置如表3-2所示。表3-2 变频器具体参数设置n021控制电路的端口区控制运行n050可
37、以反转n0950电机运行的最高频率（Hz）140电机运行的最高频率（Hz）163斜坡上升时间(S)173斜坡下降时间(S)202S形加减时间为0.5s2250设置固有频率f=50Hz（高速运行）236设置固有频率f=5Hz（爬行运行）2410设置固有频率f=10Hz（检修运行）362反转与停止 376多段速指令1387多段速指令2 398多段速指令3 403零速输出ON：零速中S0:为正转与停止端口3.4.4 电梯控制系统电气原理图图3-8给出了电梯控制系统部分电气原理图。图3-8 电梯控制系统电气原理图(a)图3-8 电梯控制系统电气原理图(b)4 系统的软件设计4.1 PLC控制电梯的逻辑
38、关系1开始时，电梯处于任意一层；2当有外呼梯信号时，电梯响应该外呼信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时10秒后自动关门;当有内呼梯信号时，电梯响应该内呼信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时10秒后自动关门。行车方向主要由内呼信号决定，同一顺序优先行车；3在电梯运行过程，即电梯的上升或下降途中，对任何反方向的下降或上升的外呼信号都暂不响应。但是如果收到反向外呼信号前没有其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼信号;行车途中若遇到的呼梯信号是与行车方向相同的，则响应该信号并截车，反之不截车13；4具有最远反向外呼信号响应功能。例如:电梯在一楼，二层向下外呼信号、三层向下外
39、呼信号、四层向下外呼信号、五楼向下外呼信号同时发出，则电梯先去五楼响应四层向下外呼信号；5内呼信号和外呼信号都有记忆功能，在任务执行后该记忆会自动消除；6信号灯指示内呼信号、外呼信号、行车方向、行车所达楼层位置；7停层时可以对自动开门和手动开门进行延时，在关门过程中，若有外呼信号，则该外呼信号和本层同向时电梯开门，反之不开；同时若关门动作已执行完毕，遇到任何外呼信号都不开；8有内呼信号时自动关门延时，关门后延时自动行车；9无内呼信号时延时8秒自动关门，但不会自动行车，只有内呼信号响应时才可行车；10电梯未平层或运行时，不能手动开门或本层呼梯开门，开门按钮和关门按钮也都暂时不起作用。只有电梯平层
40、且停止运行后，开关门按钮才能起作用。4.2 系统的程序设计电梯控制系统的梯形图的设计可以分成几个环节进行，然后再将这些环节组合在一起形成完整的梯形图。下面介绍几个典型环节的梯形图。42.1 开关门环节程序设计电梯的开关门，存在以下几种情况：(1) 电梯检修状态时的开关门程序设计电梯处于检修状态时，开关门均只能手动控制，由开关门按钮进行开门与关门。如图4-1、4-2所示。图 4-1 手动关门程序图 4-2 手动开门程序(2) 电梯自动运行停层时的开门程序设计电梯在运行至平层位置，电梯应开始开门。如图4-3所示。出于安全考虑在电梯关门的过程中，若有人或物夹在两门的中间，电梯重新开门。目前大多数电梯
41、采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，已达到重新开门的目的。图 4-3 开关门判断程序(3) 电梯自动运行时的关门程序设计停站时间继电器延时结束时，电梯会自动关门。停站时间未到时，乘客可通过关门按钮实现提前关门。如图4-4所示。图 4-4 自动运行过程中的关门程序(4) 呼梯开门电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。若其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并启动运行，到达呼梯楼层时再开门。如图4-5所示。图 4-5 呼梯开门程序4.2.2 电梯平层判断程序设计电梯要想在平层时开关门，首先要利用旋转编码器进行是否平层的判断
42、。平层判断程序如图4-6所示。图 4-6 平层判断程序4.2.3 层楼显示程序设计电梯的运行方向及电梯所处的位置用层楼指示灯（也叫层显）指示，它安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方。过去常由低压灯泡构成，现多由LED组成，且与呼梯盒做成一体结构。如图4-7所示。图 4-7 楼层显示程序4.2.4 外呼信号锁存控制程序设计乘客在厅门外呼梯时，呼梯信号会被PLC接收和记忆。当电梯到达呼叫层时，且呼叫方向与目的地方向一致时（基层和顶层除外），呼梯要求已满足，呼梯信号会被消除。当乘客按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器接通，外呼钮指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。外呼信号锁存控制程序如图
43、4-8所示。 图 4-8 外呼信号锁存控制程序4.2.5 内选信号锁存程序设计乘客通过对轿厢内操作盘上1-5层选层按钮的操作，可以选择欲去的楼层。选层信号被登记后，选层按钮指示灯亮。当电梯到达所选的楼层后，停层信号即被消除，指示灯也应熄灭。内选信号锁存程序如图4-9所示。图 4-9 内选信号锁存程序4.2.6 电梯运行方向程序本程序的自动选项功能主要由电梯的上行条件和下行条件两部分组成，其中，电梯满足以下条件时上行。(1) 电梯在一层，且有二层外呼下指示，二层外呼上指示，二层内呼指示，三层外呼下指示，三层外呼上指示，三层内呼指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，四层内呼指示，五层外呼下指示，五
44、层内呼指示。(2) 电梯在二层，且有三层外呼下指示，三层外呼上指示，三层内呼指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，四层内呼指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。(3) 电梯在三层，且有四层外呼下指示，四层外呼上指示，四层内呼指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。(4) 电梯在四层，且有五层外呼下指示，五层内呼指示。(5) 电梯在负一层时，无论什么情况均上行；同理，电梯在第五层时无论什么情况均不上行。电梯上行梯形图如图4-10所示。图 4-10 电梯向上运行程序同样，当满足以下条件，且不满足电梯上行条件时，电梯下行。(1)电梯在一层，且有负一层上呼指示，负一层内呼指示。(2)电梯在二层，一层外呼上指示，一层内呼指示，负一层上呼指示，负一层内呼指示。(3)电梯在三层，二层外呼上指示，二层外呼下指示，二层内呼指示，一层外呼上指示，一层外呼下指示，一层内呼指示，负一层上呼指示，负一层内呼指示。(4)电梯在四层，三层外呼上指示，三层外呼下指示，三层内呼指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，二层内呼指示，一层外呼上指示，一层外呼下指示，一层内呼指示，负一层上呼指示，负一层内呼指示。(5)电梯在五层时，无论什么情况均满足下行条件，同理，电梯在负一层时，无论如何均不会下行。电梯下行梯形图如图4-11所示。图 4-11 电梯向下运行
