基于三菱FX2N系列PLC的六层电梯控制(2)

成都工业学院毕业设计（论文）

第1章 绪论

近年来我国的经济飞速发展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住条件得到了巨大的改善。电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具，与人们的生活息息相关。传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，另外，传统的电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被 PLC 控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。因此，PLC 控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。

PLC 控制是指电梯信号控制由 PLC 及其软件来实现，该控制系统的核心为 PLC。其次课题开发的主要任务和内容是：建立“PLC 控制的电梯系统”的总体框架；信号控制系统利用 PLC 集中处理电梯运行方式、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到楼层、运行方向及呼梯应答等，实现开关门控制；拖动控制系统中曳引机的启动、运行、制动停止，包括正反转信号及多种速度信号，经 PLC 运算、判断后通过电机来实现。达到的要求是：通过深入的理论研究和编程实践，全面认真的完成上述几个内容。

本课题的核心问题有两个：一是运行效率、平层精度和安全性的要求；二是 PLC 实现电梯信号控制及其软件开发。对于第一个问题，通过选择合适的PLC，进行合理的设计和编程便可以实现。本人选择的PLC是日本三菱公司的 FX2N－80 型可编程控制器。第二个问题，根据电梯所要实现的功能以及 PLC 的顺序执行程序的特点，编写 PLC 程序主要是采取模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则编写各个功能模块来实现。

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1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题

1.1.1电梯继电器控制系统的优点

1. 所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握， 适合于一般技术人员和技术工人所掌握。

2. 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 3. 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。

4. 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资 料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。（宋体小四固定值20 磅） 1.1.2电梯继电器控制系统存在的问题

1. 系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良， 因而故障率较高。

2. 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的 控制功能不易增加，技术水平难以提高。

3. 电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度 难以提高。

4. 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。

5. 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检 查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故 。

1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点

1.2.1 PLC 的特点

PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC 与普通微机一样。以通用或专用 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（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。PLC 控制一般具有可靠性高、易操作、维修。编程简单、灵活性强等特点。

1． 可靠性

对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。

（1） PLC 不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。

（2） PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断

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电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了 MTTF（平均无故障时间），使可靠性提高。 （3） PLC 有较高的易操作性，具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。

（4） PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 （5） 在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。

（6） PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。 2． 易操作性

PLC 的易操作性表现在下列几个方面：

（1） 操作方便

PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数 PLC 采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的 PLC，编程器采用了 CRT 屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 上显示。 （2） 编程方便

PLC 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。 （3） 维修方便

PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。 3． 灵活性

PLC 的灵活性表现在以下几个方面： （1） 编程的灵活性。

PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。 （2） 扩展的灵活性。

PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。 （3） 操作的灵活性。

操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易

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1.2.2 PLC 控制电梯的优点

1. 在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性 大大提高。

2. 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。 3. PLC 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 4. PLC 可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 5. 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 6. 更改控制方案时不需改动硬件接线。

在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可大大 的提高。去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。PLC 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。PLC 可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。更改控制方案时不需改动硬件接线。

1.3 课题的提出

PLC以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国内 70～80 年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。利用 PLC 和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。

1.4 课题的主要讨论内容

课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控制系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。

针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。

论文的主要内容如下：首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）作了比较全面的总结和介绍。接着阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为

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调速和信号控制两大部分。确定了系统的总体结构，由 PLC 来实现电梯信号控制，有双速电机实现调速，完成了电机和可编程控制器（PLC）的选择。然后是系统硬件开发，完成了 PLC 的选型、I/O 点数分配与 PLC 的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了控制系统的流程。编写出控制程序，最后结合程序对改造后的电梯系统进行模拟调试仿真。

1.4 电梯的功能要求

1. 电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。

2. 利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯 的到达信号。

3. 能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。

4. 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。

5. 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。

6. 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

7. 电梯启动、运行、到站实现速度的调节。

8. 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。平层时可自动开门、手动开门，夹人时自动开门。

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