基于PLC的四层电梯的电气控制系统设计
摘要：当今的大多数高层建筑中离不开电梯这种方便的交通工具用来垂直运送乘客和货物，以前的电梯主要使用的是继电器——接触器控制来控制系统，这有很多的缺点，缺点是触电多、可靠性差、故障率高、维修工作量大等。而采用PLC组成的控制系统可以解决以上的问题。这篇论文不仅仅介绍了一个电梯的基本的结构，还更加深入分析了现代电梯的工作原理，介绍了PLC（主要是三菱FX2N系列）的特点，和对四层电梯的编程以及控制方法。与此同时也有四层电梯的结构图、I/O分配表、梯形图，电梯升降的流程图等等，并重点分析了电梯硬件的设计个程序设计。
关键词：PLC；四层电梯；梯形图
Design of electric control system for four floor elevator based on PLC
Abstract:Elevator,?the?necessary?transportation?tool?for?tall?buildings,?is?used?for?transferring?passengers?and?commodities?vertically.?Most?traditional?elevator?control?system?adopts?relay----------?contacting?machine?as?its?central?director.?But?this?system?has?so?many?disadvantages?such?as?too?many?contacting?points,?high?fault?rate,?heavy?repairing?work?and?so?on.?So?if?it?was?replaced?by?the?control?system?equipped?with?PLC,?the?problems?will?be?solved?much?more?easily. This paper introduces the basic structure of elevator, analyzes the working principle of modern elevator, and introduces the characteristics of PLC(mainly mitsubishi FX2N series). Programming and control methods for four-tier elevators. At the same time, there are four floor elevator structures；I/O form；LadderLogic Programming Language and elevator flow chart. The design of elevator hardware is analyzed emphatically.
Keywords:PLC; four floor elevator; LadderLogic Programming Language
一、 绪论
1.1 课题的背景与意义
现在，在我们的日常生活中电梯非常的常见，在高层停车场、商业中心、高层小区、大型企业和仓库等等绝大多数的高层建筑物中离不开电梯这种垂直方向的交通工具，随着社会的发展，建筑的规模是越来越大，楼层也越来越多，对电梯的要求也越来越高。
电梯是集机电一体的复杂系统，它涉及到机械传动、土建和电气控制等工程领域。然而对现在的电梯来说，应该具有高度的安全性。其实，电梯上已经用了多项安全保护措施。设计电梯的时候，对电器元件和机械零部件都采取了很大安全系数和保险系数。但是，只有电梯的制造、安装调试、售后服务以及维修保养都达到高水平，这样才能全面保障电梯的最终高质量。美国的一家保险公司对电梯安全性做过一次认真地调查和计算。他们获得的结论是：乘坐电梯比行走楼梯要安全5倍。根据资料统计，在美国乘坐其他的交通工具的人数每年大约为80亿人次，然而乘坐电梯的人数每年却达到了540亿人次之众。目前。由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯的运行逻辑控制系统正在以非常快的速度发展着。使用PLC控制的电梯可靠性高、开发周期短、维护方便，这种电梯运行更加可靠，并具有更大的灵活性，可以出色的完成更加复杂的控制任务。已经成为了电梯控制的发展方向。
总而言之，电梯的控制是很复杂的，而PLC的使用为电梯的控制提供了更为广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备。随着PLC应用技术的不断发展，其体积也在不断减小，功能也在不断地完善，过程的控制变得更加平稳、可靠，抗干扰的性能也越来越强，电气部件与机械有机的结合在一个设备能，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，他已经成为电梯运行中的关键的技术。
1.2 电梯的简介以及意义
电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人活着载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行。服务于规定楼层之间的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢的尺寸以及形式便于乘客出入或者装卸货物。电梯习惯不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
近几年来，随着国际社会对环保的认知与关注，各大电梯公司现在都在他们电梯的表面基本都采用了粉末喷涂，这是一种新型的环保无溶剂的涂料，并且各种性能都优于油漆。
1.3 电梯的历史与发展
电梯已经出现了150多年了。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类的生活质量的承诺。
在1854年纽约的世界博览会上，美国人奥的斯第一次向人们展示了他的伟大发明。世界上第一部安全电梯诞生了。这也是现代电梯的师祖。
图1.3.1奥的斯伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯
人使用升降工具运载人或货物的历史非常的悠久，早在4500多年前，埃及人建造金字塔的时候就使用了最初始的升降系统。而这套系统的基本原理到现在也没什么变化：即一个平衡物下降的同时负载平台上升。早期的升降设备基本时用的人力或者动物的力量作为动力。一直到18世纪70年代，瓦特改良了蒸汽机，才有改变，出现了蒸汽机驱动的升降机。1892年，美国的奥的斯公司最开始采用按钮操纵装置，取代了传统的轿厢内拉动绳索操纵的方式。为操纵方式的现代化开创了先河。
图 1.3.2第一台安全电梯
时间在流逝，科技在发展，电梯也跟着进步。150多年来，电梯的材质在不断更新，样式也由直式到斜式，操纵控制方面也是频频出新----按钮控制、信号控制、集选控制、手柄开关、人机对话等。现在，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名的电梯公司仍然在继续进行电梯新品研发，并且不断晚上维修和保养系统。调频门控、智能远程监控、主机节能等等等等，一款款集成了人类在机械、电子、光学等领域最新的科研成果的新型电梯竞相问世，人们的日常生活也因此更加美好。
1.4 电梯的组成
由于本次课题目的主要是使用PLC对电梯进行控制，所以我就在这就不过多的论述电梯的组成，就简单的介绍一下电梯的组成。电梯基本是由曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统组成：
(1)曳引系统：
曳引系统的主要功能是输出与传递动力，让电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。
(2)导向系统：
导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。
(3)轿厢：
轿厢是运送乘客和货物的电梯的重要组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。
(4)门系统：
门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。
(5)重量平衡系统：
系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。
(6)电力拖动系统
电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。
(7)电气控制系统
电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。
(8)安全保护系统
保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。
1.5电梯的工作原理
曳引绳的两端分别连着轿厢和对重，分别绕在曳引轮和导向轮上，曳引电机通过减速器变速后带动曳引轮转动，依靠曳引绳和曳引轮之间的摩擦产生的牵引力，从而实现轿厢和对重的升降运动，进而达到运输目的。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，防止轿厢在运行中出现偏斜或者摆动的现象。常闭块式制动器在电动机工作时松闸时，使电梯运转，在失电情况下制动时，让轿厢停止升降，并在指定层数上保持其静止状态，保证人员和货物的出入。轿厢是搭乘乘客或其他载荷的箱体部件，而对重用来平衡轿厢载荷和减少电动机功率。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。
1.6 PLC的简介
可编程控制器，简称PLC（Programmable?logic?Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会（International?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。
此次论文选择的PLC是三菱FX2N系列，FX2N是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力
FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置
48代表有24个输入与24个输出
M代表基本单元（就是没有特殊功能模块的）R代表继电器输出
1.7 PLC的特点
PLC是一种用在工业自动化控制方面的专用计算机，实属计算机控制方式。PLC与普通微机一样。用通用或者专用CPU作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器，进行点运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高，易操作，维修和编程简单，灵活性强等特点。
PLC控制系统的硬件是由CPU，输入/输出（I/O）电路及外围设备等组成的。
二、课题的任务分析
2.1 需要完成的要求
对四层电梯进行控制，桥箱位置要求用七段数码管显示，上行、下行用上、下行箭头指示灯显示，楼层呼梯用指示灯显示，电梯的上行、下行通过变频器控制电动机的正反转。对控制系统进行硬件和软件设计。
2.2 扩展功能
电梯控制程序应具有优先响应判别功能，对楼道内和电梯内的电梯运行请求信号进行综合判优后依次响应电梯请求响应信号。电梯运行应尽量按照效率最高的原则设置其运行方式。
接收并记录电梯在本楼层之外的所有指令信号、呼梯信号，给予记录并输出记录信号。
根据最早记录的信号，判断电梯是上行还是下行，这种逻辑判断称为电梯的定向。电梯的定向根据第一个记录的信号的性质可分为两种。一种是指令定向，指令定向是把指令指出的目的地与当前电梯位置进行比较得出“上行”或者“下行”的结论。
当电梯接收到多个信号时，采用第一个信号定向，同向信号先执行，一个方向任务全部执行完后再换向。打个比方，电梯在三楼，依次输入二楼的指令信号、四楼的指令信号、一楼的指令信号。如果使用信号排队的方式，则电梯先下行至二楼，再上行至四楼，最后下行至一楼。而用同向先执行方式，则为电梯先下行至二楼再下行至一楼最后上行至四楼。这很显然，第二种方式往返路程短，因而效率更高。??
要具有同向截车功能。还是打个比方，电梯在一楼，指令为三楼则上行，上行中二楼有呼梯信号，如果该呼梯信号为呼梯向上，则当电梯到达二楼时停站顺路载客；如果呼梯信号为呼梯向下，则不能停站，而是先到三楼后再返回到二楼停站。
在一个方向的任务都执行完成需要换向时，则依据最远站换向原则。比方说，电梯在一楼根据二楼指令向上，此时三楼、四楼分别有呼梯向下信号。电梯到达二楼停站，乘客出轿厢之后继续向上。如果到三楼停站换向，则四楼的要求不能兼顾，所以应该到四楼停站换向，这样到三楼可顺向乘客带上。
目 录
摘要·····························································3
一、绪论
1.1课题的背景与意义······················4
1.2 电梯的简介以及意义································4
1.3 电梯的历史与发展·······································5
1.4 电梯的组成········································6
1.5 电梯的工作原理·····································7
1.6 PLC的简介·········································7
1.7 PLC的特点·········································8
二、课题的任务分析
2.1 需要完成的要求··············································8
2.2 扩展功能···················································8
2.3 电梯理想运行曲线···········································9
三、硬件设计
3.1控制基本结构图············································10
3.2控制原理图················································10
3.3变频器的选择与参数设定····································11
3.4 I/O分配表················································13
3.5 PLC接线图·················································13
四、软件设计
4.1 程序流程图··········································14
4.2 梯形图············································15
五、系统调试与运行
5.1 系统程序的调试·············································29
5.2 程序运行过程中出现的问题及调试····························29
5.3 程序最终运行情况··········································31
六、小结与感谢
七、参考文献
