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1、目录1 电梯的发展与种类21.1 电梯的起源和发展21.2 电梯的分类21.3 电梯的主要参数及规格尺寸41.3.1 电梯的主要参数41.3.2 我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定42 五层电梯的设计要求以及设计方案62.1 五层电梯设计内容及任务62.2 五层电梯设计要求62.3 设计方案63 主电路的设计84 系统硬件设计94.1 系统硬件介绍94.2.1 CPU的构成94.2.2 I/O模块94.2.3 电源模块104.2.4 底板或机架104.2.5 PLC系统的其它模块104.3 系统输入输出分配表 I/O分配表104.4 控制电路图125 五层电梯各部分的PLC设计135.
2、1 控制系统程序工艺流程分析135.2 电梯选向控制程序设计135.3 楼层显示控制程序设计145.4 轿内指令保持控制程序设计155.5 门厅召唤控制程序设计165.6 开关门程序设计185.7 显示设计20总 结21参考文献22致 谢23 1 电梯的发展与种类1.1 电梯的起源和发展电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术分支于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。在电梯发明之前，人类就有了用“电梯”运货物或供人上下高层建筑的设计。早在公元前1世纪，罗马建筑师维特罗斯就利用升降台上下运货或运人了。不过，这种升降台是用人力
3、、畜力或水力通过滑轮来操纵的。中世纪时期，有许多修道院建在险峻的峭壁上，进出修道院唯一的通道，就是用篮子做的升降台。乘客站在里面，然后用绳子通过滑轮吊着篮子上升下降。这就是最原始的“电梯”。到了19世纪，在世界博览会上首次展示了老式木制电梯。一位勇敢的男子乘坐这种电梯升到4层楼的高处，俯视者参观数秒钟后，又平安的落到地面，而不是像当时其他类似机器那样剧烈的撞到地上。这就是电梯的初次公开亮相。由于电梯的发明，数百万旅游者可以从帝国大厦的顶层观看梦幻般的景色，或者进入自由女神像、里约热内卢的耶稣像内部参观。英国的白金汉宫、莫斯科的克里姆林宫和梵蒂冈的圣彼得大教堂也是由于有了电梯才得以对外展示。随着
4、电梯技术的不断发展，节约能源、提高工作效益、制作精良的设备以最高效和最可靠的方式来提高生产力成为电梯技术发展的一个重要方向。 1.2 电梯的分类根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下。 1 按用途分类 1.1 乘客电梯, 为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一 定的轿内装饰。 1.2 载货电梯, 主要为运送货物而设计, 通常有人伴随的电梯。 1.3 医用电梯, 为运送病床、担架、医用车而设计的电梯。1.4 杂物电梯, 供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。 1.5 观光电梯, 轿厢壁透明，供乘客观光用的电
5、梯。 1.6 车辆电梯, 用作装运车辆的电梯。 1.7 船舶电梯, 船舶上使用的电梯。 1.8 建筑施工电梯, 建筑施工与维修用的电梯等。 2 按驱动方式分类 2.1 交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。 2.2 直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度 一般在2.00m/s以上。 2.3 液压电梯,一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。 2.4 齿轮齿条电梯, 将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。 2.5 螺杆式电梯, 将直顶式电梯的柱
6、塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。 2.6 直线电机驱动的电梯,其动力源是直线电机。 电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。 3 按速度分类 电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。 3.1 低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯。 3.2 中速梯，常指速度在1.002.00m/s的电梯。 3.3 高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。 3.4 超高速，速度超过5.00m/s的电梯。 随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速
7、度限值也在相应地提高。 4 按电梯有无司机分类 4.1 有司机电梯，电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。 4.2 无司机电梯，乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。 4.3 有/无司机电梯，这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。 5 按操纵控制方式分类 5.1 手柄开关操纵，电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。 5.2 按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。 5.3 信号控制电梯，
8、这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。 5.4 集选控制电梯，是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。 5.5 并联控制电梯，23台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。 5.6 群控电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。 6 其它分类方式 6.1 按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井
9、道内部的（无机房）电梯。 6.2 按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。 此外，还有双层轿厢电梯等。1.3 电梯的主要参数及规格尺寸1.3.1 电梯的主要参数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
10、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运行速度越快，底坑一
11、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。1.3.2 我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定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。2 五层电梯的设计要求以及设
12、计方案2.1 五层电梯设计内容及任务用PLC构成五层五站双速客梯集选控制的电气控制系统。电梯主拖动采用交流双速电动机进行拖动。集选控制方式是将厅外召唤箱发出的外召信号与轿内操纵箱发出的内指令信号进行记忆，并和其他专用信号(如层搂、减速、平层、安全等信号)加以综合分析后，由电梯司机或乘用人员控制电梯运行的控制方式。设计任务 1.根据设计要求设计程序及必要的硬件系统。2PLC选择及I/O与其它PLC元器件分配。3选择电器元件，编制元件目录表。 4绘制梯形图。5用计算机绘制PLC接线图。2.2 五层电梯设计要求（1）电梯运行到达预定停靠层站，提前减速，平层停车时可自动开门、手动开门，夹人时自动开门。
13、（2）厅外有召唤装置，轿内有指令装置，能自动记忆召唤指令，响应之后，能自动将召唤指令消除(召唤指令的记忆与消除)；（3）电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。（4）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿厢门关闭。（5）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按钮；（6）行车时，厅门和轿厢都不能开门。开门之后不能行车，有门连锁保护。平层时(7) 电梯上行时，下行召唤无效；电梯下行时，上行召唤无效。(8) 厅外和轿内有指示电梯运行方向和所在位置的指示信号(层楼检测与指层)。2.3 设计方案本次设计主要运用
14、三菱PLC的编程语言，程序是由梯形图表示。设计主要包括四个部分：1. 电梯选向控制程序设计。2. 楼层显示控制程序设计。3. 轿内指令保持控制程序设计。4. 门厅召唤控制程序设计。5. 开关门程序设计。6. 显示设计。3 主电路的设计主电路主要由两台三相电机组成。其中M1电机为电梯上下运行电机，M2为电梯开关门的电机，QS为隔离开关，KM1是M1的上行接触器，KM2是M1的下行接触器，KM3是M2的开门接触器，KM4是M2的关门接触器，FR1、FR2分别是M1、M2的过载保护。主电路图如下。图1 主电路图4 系统硬件设计4.1 系统硬件介绍在1987年国际电工委员会（International
15、 Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： “PLC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、计时、计数和算术运算等操作的指令，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或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”PLC可靠性高，抗干扰能力强。配套齐全，功能完善，适用性强。系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。体积小，重量轻，能耗低。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将
16、有更广阔的应用天地。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。4.2 PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 4.2.1 CPU的构成 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入
17、装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 4.2.2 I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。
18、I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模
19、块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 4.2.3 电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。4.2.4 底板或机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 4.2.5 PLC系统的其它模块 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维
20、护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。4.3 系统输入输出分配表 I/O分配表表1 I/O分配表输 入 信 号名称功 能I/O编号SB1五楼指令按钮X1SB2四楼指令按钮X2SB3三楼指令按钮X3SB4二楼指令按钮X4SB5一楼指令按钮X5SQ5五楼行程开关X6SQ4四楼
21、行程开关X7SQ3三楼行程开关X10SQ2二楼行程开关X11SQ1一楼行程开关X12SQ6关门限位（常开）X13SQ7开门限位（常开）X14SQ8开门限位（常闭）X15SQ9关门限位（常闭）X16SQ11有司机开门X17SQ12有司机关门X20SB6一楼上召唤按钮X31SB7二楼上召唤按钮X32SB8三楼上召唤按钮X33SB9四楼上召唤按钮X34SB10五楼下召唤按钮X35SB11四楼下召唤按钮X36SB12三楼下召唤按钮X37SQ10消防开关X44SB14向上行驶按钮X51SB15向下行驶按钮X52SB13二楼下召唤按钮X40输 出 信 号名称功 能I/O编号KM1上行Y1KM2下行Y2KM
22、3开门Y5KM4关门Y6MGB门关闭显示Y7A LED七段显示器A段二极管Y47B LED七段显示器B段二极管Y50C LED七段显示器C段二极管Y51D LED七段显示器D段二极管Y52E LED七段显示器E段二极管Y53F LED七段显示器F段二极管Y54G LED七段显示器G段二极管Y55HL1五楼指令信号登记Y20HL2四楼指令信号登记Y21HL3三楼指令信号登记Y22HL4二楼指令信号登记Y23HL5一楼指令信号登记Y24HL6一楼上召唤信号登记显示Y25HL7二楼上召唤信号登记显示Y26HL8三楼上召唤信号登记显示Y27HL9四楼上召唤信号登记显示Y41HL10五楼下召唤信号登记显
23、示Y42HL11四楼下召唤信号登记显示Y43HL12三楼下召唤信号登记显示Y44HL13二楼下召唤信号登记显示Y454.4 控制电路图图2 控制电路图5 五层电梯各部分的PLC设计5.1 控制系统程序工艺流程分析根据电梯的功能要求与工作原理以及输入/输出点的地址分配表，来绘制电梯的程序流程,和设计电梯的程序梯形图。电梯程序流程图为图3.1。梯形图分成：初始化、指层控制、开关门控制、轿内呼叫与标记控制、厅外呼叫与标记控制、电梯上下行选择与指示控制、电梯的运行控制来编写与调试。最后再组合调试。图3 电梯程序流程图5.2 电梯选向控制程序设计图5.2中，输入触点X51、X52分别为司机控制的下行和上
24、行选向按钮，输出线圈Y3、Y4分别是电梯的下行和上行接触器。电梯选向控制程序梯形图的工作原理如下：若第三层有请求则M3通电保持,假设电梯在第二层则X11的常闭断开，所以Y1导通电梯选择上行。若是第一层有请求，则M5导通，X11常闭断开，则Y2导通电梯选择下行。若上行、下行方向均有请求，假设电梯在第二层时，一层、三层均有请求则M5、M3都导通，X11常闭断开，此时如果电梯处于上行状态，则Y1导通Y1的常闭断开则先执行M3导通的情况再执行M5向下的指令。有司机的情况下，当电梯在第二层向上时，即使M5、M3等都导通，如果司机已经按下下行按钮，即X51导通则Y1断开电梯停止上行，选择下行方向。图4 电
25、梯选向控制程序梯形图5.3 楼层显示控制程序设计楼层显示的工作原理：如果电梯在第一层时，行程开关X20导通，则D0的值为1，通过SEGD指令将D0译码后存于制定的K2Y20的低8位中，Y20至Y26分别对应七段数码管的a-g段，数码管显示为1:；当电梯到第二层时，行程开光X21导通，则D0的值为2，同样经过SEGD指令译码值Y0-Y6作用于七段数码管，数码管显示为2。其他楼层显示原理一样。图5 楼层显示梯形图5.4 轿内指令保持控制程序设计轿内指令保持原理：如果轿内有去一层的命令，即X1闭合假设此时电梯不在第一层则M1通电自锁直至电梯到达第一层才消除保持。图6 轿内指令保持梯形图5.5 门厅召
26、唤控制程序设计门厅召唤控制程序原理：上召唤X31-X34分别为第一层至第四层的门厅上召唤按钮。X35至X41为第五层至第二层门厅的下召唤按钮。若电梯在第一层，如果第三层有门厅上召唤信号，第二层有门厅上、下召唤信号M13、M12、M18导通，电梯到达第二层时X11常闭断开则第二层上召唤信号消除，而第二层下召唤继续保持。图7 门厅召唤上召唤梯形图图8 门厅召唤下召唤梯形图5.6 开关门程序设计开关门程序原理：如果M3导通且电梯到达第三层即X10导通则Y5导通电梯开门，电梯门打开后X14闭合，计时器T1开始计时，计时10s以后T1常开闭合。此时如果其他层次有请求，假设第一层有请求即M5导通，则电梯关
27、门。X20为司机控制关门，X17为司机控制开门。图9 开关门梯形图5.7 显示设计显示部分基本上是由PLC内的辅助继电器的导通与断开来控制相应的输出点。比如：Y41是五楼指令信号等记显示，Y41是由一楼指令信号的辅助继电器M1控制；Y46是一楼上召唤信号登记显示，Y46是由第一层上召唤辅助继电器控制。 图10 显示梯形图总 结这次设计不仅让我对PLC控制有了一定的了解，更让我认识到课上所学的东西是很有限的，设计的过程中需要我们不断的查资料，整理，思考等等，不仅对电梯的控制有所了解，而且对设备的选择也有或浅或深的认识，最重要的是我们掌握了一种设计的方法，思维的方式，真是受益匪浅。感谢老师给我们一
28、次动脑的机会，学而不思则罔，我想老师让我们自由选题的目的大概就是让我们自由地放飞我们的想像，也让我们懂得行成于思毁于随的道理吧！期间得到了陈华荣老师以及一些同学的指教与帮助在此感谢他们对我的帮助。是在老师以及各位同学的无私帮助下我才得以顺利的完成此次PLC课程设计，让我进一步把PLC的理论知识运用于实际与设计过程中。参考文献1高钦和可编程控制器应用技术与设计人民邮电出版社，2004。2方承远工厂电气控制技术. 机械工业出版社，2000。3王兆义可编程序控制器教程机械工业出版社，2004。4廖常初。可编程序控制器的编程方法与工程应用。重庆大学出版社，2001。5陈在平、赵相宾。可编程序控制器技术
29、与应用系统设计。机械工业出版社，2002。6张运波。工厂电气控制技术。高等教育出版社，2001。7郁汉琪机床电气及可编程序控制器实验、课程设计指导书北京：高等教育出版社，2001 8刘祖润、胡俊达。毕业设计指导（电气类专业适用）。机械工业出版社，1996。9史国生。电气控制与可编程序控制器技术。化学工业出版社，2004。10胡学林。可编程序控制器教程（基础篇）。电子工业出版社，2003。11张桂香。电气控制与PLC应用。化学工业出版社，2003。12袁任光。可编程序控制器（PC）应用技术与实例。化南理工大学出版社，2001。13李俊秀、赵黎明。可编程序控制器应用技术实训指导。化学工业出版社，2004。14汪晓平。PLC可编程序控制器系统开发实例导航。人民邮电出版社，2004。致 谢此次五层电梯PLC课程设计一共用两个多星期的时间，期间感谢我的指导老师陈华容，这次课程设计是在陈老师的的悉心指导与鼓励下完成的。是在老师以及各位同学的无私帮助下我才得以顺利的完成此次PLC课程设计，让我进一步把PLC的理论知识运用于实际与设计过程中。最后还要感谢实验室的指导老师，感谢她让我在实验室把这次设计的梯形图设计出来并且验证了其可行性。指导老师为我提供了良好的实验条件，渊博的学识、严谨的治学态度、精益求精的工作作风和诲人不倦的高尚师德，都将深深地感染和激励着我。
