PLC在电梯电气控制中的应用
摘 要
电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。但由于电梯控制系统的复杂性，使继电器接触控制系统的接线复杂，可能使用成百上千的各式各样的继电器，由很多导线用复杂的方式连接起来，这样如果某个继电器损坏或者触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行。随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。鉴于PLC的种种优点，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，电梯的拖动方式也有原来直流调速逐渐过渡到了交流调速。因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点。PLC技术的应用于电梯自动控制很好地解决了电梯控制系统过于复杂的问题。
作为通用工业控制计算机，（PLC）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经过多年应用得到了不断的发展，具有显著的优点。由于内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。PLC发展到今天已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。同时还具有体积小，重量轻，能耗低等优点。正因为具有以上优点PLC技术广泛的应用于工业控制的各个领域，本文中PLC技术实现四层电梯自动控制便是很好的例证。
本系统设计就是采用三菱PLC（FX2N）作为电梯的控制装置。
关键字：PLC，电梯，控制
PLC IN THE ELEVATOR IN THE
APPLICATION OF ELECTRIC CONTROL
ABSTRACT
Elevator, with the high-rise building construction and developed a kind of vertical transport. However, the complexity of the elevator control system, so that relay contact control system wiring complexity of the possible use of hundreds of kinds of relays, by a number of conductors connected in complex ways, so that if a relay damaged or contact their connections will affect the normal operation of the whole system. As science and technology development and wide application of computer technology, people elevator safety, reliability, have become increasingly demanding, relay control weaknesses on the increasingly apparent. Given all the advantages of PLC, at present, the elevator relay control method has gradually been replaced by PLC control. At the same time, due to motor AC inverter technology, elevator drag ways have the original DC drive gradual transition to a communication speed. Thus, PLC control technology increases frequency control industry has become a hot topic in modern elevator. PLC automatic control technology applied to lift a very good solution to the elevator control system is too complex issues.
As a general-purpose industrial control computer, (PLC) can be programmed using the memory used in its internal memory implementation of the logical operations, sequence operations, timing, counting and arithmetic operations such as instruction, and can be digital or analog input and output to control various types of machinery or production process.
After years of application of PLC has been continuously developed, with significant advantages. Due to the internal circuitry to an advanced anti-jamming technology, with high reliability. PLC development today has formed a series of all sizes, product can be used for occasions of all sizes to industrial control. PLC logic with memory logic, instead of wiring, greatly reducing the control equipment external wiring, so that control system design and construction of the cycle is much shorter, while maintaining them becomes easier. It also has a small size, light weight, low power consumption advantages. Because of these advantages PLC technology has a wide range of industrial control applications in various fields, this four-story elevator in the PLC technology to achieve automatic control is a good example.
The system design is to use Mitsubishi PLC (FX2N) as an elevator control device.
Keywords: PLC, elevators, control
目 录
1 绪论…………………………………………………………………………………………………………1
1.1电梯简史……………………………………………………………………………………………………11. 3曳引式电梯的基本结构……………………………………………………………………………………2
2方案的选择………………………………………………………………………………………………8
2.1控制方式的选择……………………………………………………………………………………………8
2.2 拖动方案的选择……………………………………………………………………………………………8
2.3 输入部分说明………………………………………………………………………………………………8
2.4 输出部分说明……………………………………………………………………………………………10
3 硬件电路设计 ………………………………………………………………………………………11
3.1设计框图…………………………………………………………………………………………………11
3.2变频器的介绍……………………………………………………………………………………………11
3.3 主电路设计………………………………………………………………………………………………15
3.4 PLC控制电路的设计……………………………………………………………………………………17
3.5参数的计算和元器件的选择……………………………………………………………………………22
4 软件设计………………………………………………………………………………………………264.2程序初始化及说明………………………………………………………………………………………27
5程序梯形图……………………………………………………………………………………………32
6致谢…………………………………………………………………………………………………………49
7
参考文献
…………………………………………………………………………………………………501 绪论
在寸土寸金的都市中，建造高层建筑是人类向地球索取更大活动空间的重要手段，林立的高楼大厦已成为现代化都市的重要标志。而电梯是建筑高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送货物，是机械、电气结合的机电一体化产品。
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，对电梯的安全性和自动控制水平的要求越来越高。由早期的继电器控制开始，到当今微电子技术普及，电梯的控制方式与控制手段发生了重大的变化，而交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向，其控制也日新月异，有微机PC控制、PLC控制和单片机控制。
本设计四层楼的电梯，既考虑到其现代化发展的趋势，同时其安全可靠性和成本也是首要问题。采用PLC作为其控制器，通过PLC控制其外设的变频器和旋转编码器来实现其电梯的稳定运行和精确的位移控制，其设计简单，安全性高。
电梯作为建筑物的垂直交通工具，每天都和千百万乘客打交道，它的性能好坏，直接影响到人们的生产，生活，越来越引起人们的关注。国家，地方和使用单位都制定了一系列的标准和规定，以确保电梯的使用安全和可靠。
1.1电梯简史 1857年，世界第一台载人电梯问世，为不断升高的高楼提供了重要的垂直运输工具。
1889年，奥的斯(OTIS)公司在纽约试制成功第一台电力驱动蜗轮减速的电梯，这一设计思想为现代化的电梯奠定了基础，它的基本结构至今仍被广泛使用。 电梯的定义为：用电力拖动的轿厢运行于铅垂的或倾斜不大于15°的两列刚性导轨之间运送乘客或货物的固定设备。习惯上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。
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。 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。
载货电梯, 主要为运送货物而设计, 通常有人伴随的电梯。
医用电梯, 为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。
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。
观光电梯, 轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。
车辆电梯, 用作装运车辆的电梯。
船舶电梯, 船舶上使用的电梯。
建筑施工电梯, 建筑施工与维修用的电梯。
其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。 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。
直流电梯，用直流电动机作为驱动.动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。
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。
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。
螺杆式电梯, 将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，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。
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。 电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。
低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯。 高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。
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、低速电梯的速度限值也在相应地提高。 有司机电梯，电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。
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。
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。 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。
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。
信号控制电梯，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。
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。
并联控制电梯，2～3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。
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。
1. 3曳引式电梯的基本结构
曳引式电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯，现将其基本结构介绍如下：
1、曳引系统
曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。
曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。
曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。
导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。
当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个数可以是1个、2
个甚至3个，这与曳引比有关。
图 1.1 曳引系统
2、导向系统
导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用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。
导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。
导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。
3、门系统
门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。
轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。
层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。
开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。
图 1.3 门系统
4、轿厢
轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、 通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。
图 1.4 轿厢
5、重量平衡系统
重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。
图 1.5 重量平衡系统
6、电力拖动系统
电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。
曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。
供电系统是为电机提供电源的装置。
速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联。
调速装置对曳引电机实行调速控制。
图 1.6 电力拖动系统
7、电气控制系统
电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。
操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。
控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。
位置显示是指轿内和层站的指层灯。层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。
选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。
图 1.7 电气控制系统
8、安全保护系统
安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。
机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源的极限保护等。
电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。
图 1.8 安全保护系统
图 1.9 曳引式电梯的基本结构
2方案的选择
2.1控制方式的选择
电梯的运行是一个复杂的过程。为了安全、方便、舒适地运行，除了需要良好的拖动系统外还必须有一套完善可靠的控制系统。 目前电梯的控制普遍采用以下两种方式。一种是以微机（PC）作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能设定，实现电梯的自动高度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来控制的微机控制。另一种是用可编程控制器（PLC）取代微机（PC）实现信号的集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种控制方法没有太多的区别。国内大多的电梯厂家选用第二种控制方法，其原因在于生产规模小，自己设计制造微机控制装置成本高，而PLC可靠性高，成本低廉，程序设计方便灵活、使用维护简单、等优点正好弥补了微机控制系统的不足。
2.2 拖动方案的选择
方案选择：电梯的控制包括控制系统和拖动系统。
电梯的拖动系统经历了从简单到复杂的过程。目前用于电梯的拖动系统主要有：单、双速交流电动机拖动系统；交流电动机定子调压、调速拖动系统；直流发电机―电动机、晶闸管励磁拖动系统；晶闸管直接供电动系统；VVVF变频变压调速拖动系统。
直流发电机―电动机、晶闸管励磁拖动系统具有调速性能好，调速范围大的特点，因此，很早就应用于电梯的拖动系统，它控制的速度可达4m/s。但是这种机组结构体积大、耗电大、维护工作量大且造价高，常用于对速度、舒适感都要求比较高的场合。
交流单、双速交流电动机拖动系统具有结构紧凑、维护方便。线路简单、成本较低的优点，但舒适感较差（尤其反映在减速上）。涡流制动、能耗制动的应用使其获得了较好的舒适感和平层精度，因而得到了广泛的应用。 VVVF系统虽然采用交流电动机驱动，却可以达到直流电机的水平。它体积小，重量轻，效率高，节省能源，几乎包括了以往所有拖动系统的优点，已成为目前最新的电梯拖动系统。
本设计采用VVVF变频调速拖动系统，整个拖动系统由一台YTD-7.5KW6/24电动机作主驱动电机，一台0.125KW电动机作开关门驱动电机。其中主电动机双速正转运行，减速和加速运行，门电机正反转运行。
本设计采用PLC控制变频器调速系统，实现电流、速度、位移三闭环控制。具有一定的代表性和普遍性。
2.3 输入部分说明
1、工作方式选择：
电梯的运行状态有自动，司机，检修三种本设计采用了的工作方式有：自动、手动和检修三种功能选择。
自动工作方式：由PLC控制，自动检测信号再由PLC程序做出控制。
检修工作方式：当电梯出现故障时，电梯可由人工控制，以慢车方式上下运行
2、电梯运行中位置信号的检测：
本系统应用相对计数方式运行前将各信号所对应的脉冲数，分别存入相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过位置信号检测，软件实时计算各信号。作为一种载人工具，在位势负载下，除要求安全可靠还必须运行平稳、乘坐舒适、停靠准确。采用变频器调速双闭环控制可基本满足要求，但和国外高性能的电梯相比还需要进一步改进。
3、开/关门到位信号：
与开关到位的行程开关并接，作为一个输入点，可以用开关到位的常开触点并联在输入点上来区别开/关到位信号。
4、上/下极限位置：
在电梯井道的上端和下端各装有一个极限开关，在电梯运行到极限位置的时候，电梯将停止运行
5、采用基站钥匙：
在电梯的基站装一个钥匙开关，也就是电梯的一楼安装钥匙开关，通过钥匙开关控制电梯电源，来控制其运行和停止。
6、外呼：
在顶层和基站各需一个外呼按钮（顶层下呼基站上呼），其它各层既有上呼又有下呼。因此我们设计外呼设有6个输入点。
7、内选：
本设计是四层电梯，必须每层配有一个内选按钮。
8、保护措施：
其中任何一个信号就发出就必须立即就近停车，切断电源。
a 、 主电路及控制电路的短路保护：在主电路和控制电路的三相电源上装有熔断器，以防在发生短路的时候，及时切断电源，保护电机。
b 、过载保护：在主电路上装有继电器。
c 、开/关门的安全保护：在轿门上装有安全触板，当有物体触及安全触板时，带动门电机运行，使轿门开门。
d 、相序保护（相序调整）：采用三相保护器，保护相序以及对相序的调整。
e 、超载，超速，过热，欠压保护措施：设超载开关，当开关被触及，则门电机运行开门，同时接通报警装置，电梯停止。设限速器，为光电检测装置，当速度过快时，限速器动作，电机停止。设热继电器，防止过热。
9、相序纠正：
为了防止相序发生错误，我们选用一个相序继电器，一旦发生差错，就输入一个信号，通过PLC程序自动调整相序。
10、无信号自动停机：
在没有内选和外呼的信号下，通过延时程序将电梯的工作状态由运行转为停止状态，当有信号的时候，电机将恢复运行。
1
1、手动开关门：
在电梯的内部设有一个手动开、关门。
本设计经上统计：输入部分共占用27个输入点。
2.4 输出部分说明
1、控制电梯：
通过PLC控制变频器来控制电梯的上行和下行。
2、控制电源站：
控制电梯供电主接触器。
3、报警信号输出：
故障报警：在电梯非正常运行情况下，接通报警装置，同时断开安全回路，使电梯停止运行。
4、控制门电机控制：
控制其门电梯的正反转接触器。
5、内选应答：
每层对应一个内选应答信号。
6、层楼指示：
每层对应一个层楼信号。
7、换速：
即快速、慢速、稳速、爬行等转台的控制。
8、外部异常和异常复位：
通过PLC控制变频器的来实现。
9、BB封锁：
当碰到外部异常信号，变频器错漏脉冲信号，接通报警器的同时接通BB封锁，变频器停止输出。
经统计输出占18个点。
3 硬件电路设计
3.1设计框图
图 （3.1）硬件设计框图
3.2变频器的介绍
3.2.1变频器的分类
变频器分为交-直-交变频和交-交变频两种形式。交-交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接变频器。而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，称为间接变频器。
变频器主要由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成：图（3.2）所示
图（3.2）变频器的基本组成
本设计采用间接变频器控制，按控制方式可分为U/F控制、转差频率控制、矢量控制。
上述的U/F控制方式和转差率控制方式的控制思想都建立的异步电动机的静态数学模型上，因此，动态性能指标不高，对于动态性能比较高的可采用矢量控制变频器。
采用矢量控制的目的：主要是为了提高变频器的动态性能。根据交流电动机的动态数学模型、利用坐标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流，并分别加于控制，即模仿自然解耦的直流电动机的控制方式，对电动机的磁场和转矩分别进行控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。
3.2.2变频器的输入/输出及其引脚
1主电路 T1，T2，T3 为变频器的三相输出，接电机U，V，W端。
2变频器数字量输入
引脚1（FWD-CM）正转/停止 接通：电动机正相运转，轿箱牵引。
断开：电动机减速停止，轿箱减速停止。
引脚2（REV-CM）反转/停止 接通：电机反向运转，轿箱下引。
断开：电动机减速停止，轿箱减速停止。
引脚3 外部异常信号输入。
引脚4 异常复位信号输入。
引脚5（X5-CM） 快车 接通：电机高速运行，轿箱快速运行。
引脚6（X6-CM） 爬行 接通：电机低速运行，轿箱爬行状态。
引脚7（X7-CM） 慢车 接通：电机低速运行，轿箱慢速运行（检修）。
引脚8（X8-CM） BB封锁信号输入。接通：变频器停止输出。
引脚11：1—8共同端。
3.2.3电梯变频器调速系统的构成：
图（3.3）电梯变频器调速系统构成
PLC负责处理各种逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态信号送到PLC，形成双向联络线。
3.2.4工作原理：
1正常运行状态的调速过程。
电梯一次完整的运行过程，就是拽引电动机从起动、匀速运行到减速停车过程
①起动（正常运行的起动）
当正转（或反转）或高速信号有效时，电动机开始从0Hz到50Hz开始起动，起动时间在3s左右。
起动时间可通过参数设置：令C1-01=3S ③爬行 当换速信号到来后，PLC撤消高速信号，同时输出爬行信号，爬行的输出频率为6Hz（也可以用4Hz）。
爬行分为两段：
a：当换速信号到来，从50Hz到6Hz的减速过程在3s内完成。
b：以6Hz速度的爬行过程。
当减速到6Hz以后，电梯爬行，只要平层信号没有到来，就一直保持6Hz爬行。 爬行速度可在运行前设置，令 D1-03 = 6Hz
④停车
当平层信号到来时，PLC 撤消正转（或反转）信号及爬行信号，此时电动机从6Hz减速到0Hz。
电梯运行曲线如下图所示：
图（3.4）电梯运行曲线图
在正常情况下，在整个启动、运行、及减速爬行段内，变频器的零速输出点及异常输出一直是闭合的，减速至0Hz后，零速输出点断开。
注：图中运行曲线可通过变频器进行设置，也可以配置运行曲线输入板，则将此板的模拟输出量送给变频器的频率指令模拟量送给变频器的频率指令模拟量输入端口，则整个运行速度就完全有曲线板的输出为理想曲线自适应调速运行。
2慢车
慢车用于电梯调速及检修过程。
当工作方式开关打到检修档，则PLC发出慢车信号，电梯以10Hz慢车速度运行。
慢车速度可在变频器上设置；令D1 – 09 = 10 Hz 。
3电动机制动控制的处理
1） 当启动信号从PLC输出给变频器时，变频器开始运行，控制端子9 – 10 信号立即输出给PLC，但PLC 要在9 – 10 信号有效0.8s左右后再送开制动闸，而在减速平层后，要在速度完全为0时 及 9- 10 信号无效 后，再 把制动器闸关紧。
2）BB基极封锁应和制动信号同时从PLC输出，及电梯停在某层时，一直处于BB封锁状态，以防误动作。
3.2.5 PLC输出给变频器的控制信号的产生
①正转（反转）/停止信号的过程。
正转（反转）：由呼梯信号及轿厢位置信号产生。
停：由平层信号产生
②外部异常信号的产生。
由各种安全保护信号产生。
③异常复位
由外部异常及变频器异常消除产生。
④快车
由呼梯信号，工作方式开关信号产生。
⑤慢车
由工作方式开关信号产生。
⑥爬行
由换速信号产生。
本设计的换速信号不是采用位置开关检测，而是事先把换速点对应的脉冲数存入数据寄存器中，用高速计数器记数电梯运行中当前位置的脉冲数，当计数器的数值与换速点对应的脉冲数相等时，且有有效的选层信号或呼梯信号，则发出换速信号
⑦平层信号
本设计中的平层信号也不是由位置开关检测，而是事先把平层点的记数脉冲数存入数据寄存器中，用高速计数器来记数电梯运行中当前位置脉冲数，当计数器的记数值与平层点的脉冲相等时，则PLC产生平层信号，使电梯平层。
⑧电梯运行中位移的计算。
H = SI
式中 ： S：脉冲量；T：累计的脉冲数；H：电梯位移。
S = πλD/Pρ
D ：拽引轮直径； P： PG 卡的分频比；λ：减速器的减速比；
P ：旋转编码器每转对应的脉冲数。 则 S =π×（1/32）×580/[1024×（1/18）] = 1 mm/脉冲
本设计中层高为4米 。则由上得：
平层信号：
一层平层信号： 0 脉冲
二层平层信号： 4000 脉冲
三层平层信号： 8000 脉冲
四层平层信号 ：12000 脉冲
下行换速信号点：
一层换速信号 ：1600 脉冲
二层换速信号 ：5600 脉冲
三层换速信号 ：9600 脉冲
上行换速信号点：
二层换速信号 ：2400 脉冲
三层换速信号 ：6400 脉冲
四层换速信号 ：10400 脉冲
3.3 主电路设计
主电路如图（3.6）
图（3.6）电梯主控制图
主控制图简单说明：
主要包括PLC、变频器及附属元器件。变频器直接控制主电机的正反转和启动运行的方式即高速启动运行、匀还运行、低速运行、低速启动运行。同时也通过PG卡对电梯（轿厢）的运行速度和位置进行监测和控制。PLC通过向变频器输出各种信号对主电机进行控制。PLC还负责接受来自各种开关的状态信号和来自系统的各种信号，并发出相应的信号进行控制。
1）电机M1的正反转控制着轿厢的上行与下行，其正反转由变频器的信号控制。
当变频器的X1-FWD－CM接通时，电动机正向运转，轿厢上行；断开时，电动机减速停止，轿厢也减速停止。
当变频器的X2-REV－CM接通时，电动机反向运转，轿厢下行，断开时，电动机减速停止，轿厢也减速停止。
当变频器的X5－CM接通时，电动机高速运行，轿厢快速运行；
当变频器的X6－CM接通时，电动机低速运行，轿厢进入爬行运行状态；
当变频器的X7－CM接通时，电动机低中速运行，轿厢进入慢车运行状态（用于检修）。
当变频器外部BB X8 -CM接通，变频器停止输出。
2）电机M2的正反转控制着轿厢门的开关，其正反转的控制由接触器KM
2、KM3实现（KM2正转、KM3反转）。
在运行中当电梯到达目的层，需进行平层停靠服务停靠完毕时或电梯停靠服务延时到正在进行关门动作但电梯尚未启动运行时有开门要求即手动开门按钮被按下，KM2得电接通，门电机正转，轿厢门打开；
当电梯平层停靠服务完毕即停梯服务延时到或在停梯延时服务期间有关门要求即手动关门按钮被按下且没有开门要求手动开门按钮没有按下时，KM3得电接通，门电机反转，轿厢进行关门动作。
3.4 PLC控制电路的设计
3.4.1PLC选型
PLC的选择要选择其控制功能，输入输出的点数，输入输出模块以及存储容量等等。
2、根据以上统计可知在本系统中所需的I/O 点数为51点（其中输入占27点、输出占18点）为留有一定的裕量先用FX2N－64 FX2－64的程序为8K步，满足要求。
4、输出形式:FX2N系列有晶体管输出、可控硅输出和继电器输出。继电器输出规格如下表（3.1） 项目 继电器输出
外部电源 AC250V/DC30以下
最
大
负载
响
应 电阻负载 2A/点
感性负载 80VA
灯负载 100W
OFF→ON 约10ms
ON→OFF 约10ms
本系统中负载为交流负载且系统的响应和动作的快速性不是很高，为避免高快速性带来的不便，甚至引起误动作，本系统选用继电器输出形式。即选用FX2N－64MR。
5、功能：本设计中要求PLC除具有一般的开关逻辑运算和控制功能以外还应具有高数计数和算术比较运算功能。FX2－64MR具有上述功能。
综上所述本系统中PLC选用FX2N－64MR。其中
FX2表示系列代号 64表示总的输入输出点数
M表示基本单元 R表示继电器输出形式
3.4.2输入输出分配
输入分配 输出分配
PLC地址 外部设备 功能说明 PLC地址 外部设备 功能说明
X0 高速计算器C246输入端 Y0 上行X2 SB0 轿外呼梯 Y2 外部异常
X3 SB1 轿外呼梯 Y3 异常复位
X4 SB2 轿外呼梯 Y4 快车
X5 SB3 轿外呼梯 Y5 慢车
X6 SB4 轿外呼梯 Y6 爬行
X7 SB5 轿外呼梯 Y7 BB封锁
X10 SB6 轿内选层 Y10 KM1 电源X12 SB8 轿内选层 Y12 KM3 门电机反转
X13 SB9 轿内选层 Y13 HL1 上升指示X15 下极限位 Y20 HL3 层楼指示X17 错编脉冲输入 Y22 HL5 层楼指示
X20 异常信号输入 Y23 HL6 层楼指示X22 QS1 手动
X23 QS1 检修
X24 SB10 开门按钮
X25 SQ2 开/关门到位
X26 XB1 基站钥匙
X27 XB2 复位开关
X30 SB11 上行按钮 X32 SB13 故障信号
X33 SB14 关门按钮
3.4.3 PLC控制图
图（3.7）PLC控制图
3.4.4门电路：
a，开关门和制动电路图(3.8A)
说明：ML1：自动门电动机励磁线圈 FR：开关门分路电阻
KJ：开门继电器 GJ： 关门继电器
KK： 开门行程开关 GK： 关门行程开关
MR： 自动门电机串接电阻 PK： 平层开关
ML2：反转励磁线圈 LK： 自动开关
b, 安全电路和门电联锁电路图（3.8B）
其中，TAD为：井底急停开关 ACK：安全窗开关
AQK：安全钳开关 DSK：限速器断绳开关
TAG: 轿内急停开关 TAK 检修急停开关
XJ： 相序继电器 JSK: 轿门锁电联开关
1TSK~4TSK:1~4厅门电联锁开关
图（3.8B）安全电路和门电联锁电路
3.4.5控制面板：
一楼控制面板，设有一个呼梯按钮（向上、带指示灯），当按钮按下时指示灯亮，若电梯未在一楼，指示灯一直亮着，呼梯信号一直保持，直到电梯在一楼平层停靠进行服务才消失。在此这前，若再次按呼梯按钮系统作无效呼梯处理。当有呼梯信号时，电梯若处于自动工作方式下，则电梯在一楼平层停靠后，自动开门起先服务;设有六盏指示灯，其中四盏与面板楼层相对应指示电梯所在楼层，一楼控制面板两盏为电梯运行方向指示，指示电梯的运行方向。另设一基站钥匙。
图（3.9） 门厅面板
二楼控制面板设有两个呼梯按钮，一个向上即呼梯的目的层位于
三、四楼；一个向下即呼梯目的层为一楼。四盏指示灯。工作原理与一楼控制面板相同。
三楼控制面板设有两个呼梯按钮，一个向上即呼梯目的层为四楼；一个向下既呼梯目的层为
一、二楼。四盏指示灯。工作原理与一楼控制面相同。
四楼控制面板设有一个呼梯按钮，向下即目的层为一楼。四盏指示灯。工作原理与一楼控制面相同。
3.4.6轿厢控制面板：
轿厢内设置了开关门按钮，用于手动开关门。为了乘客的安全，开关门按钮只在电梯平层停靠进行服务的情况下才有效。开门按钮同时也做安全触板用。设有手动上、下行控制按钮，以供乘客使用、设置四个内选按钮，对应着各楼层，以便乘客选取自己目的层。当某一内选按钮被按下时，它将保持到到达目的层后才消失（带有指示灯）、设有工作方式选择开关，用以电梯的工作方式是自动、还是检修。设有两盏是电梯运行方向指示灯，用以指示电梯的运行方向。另一盏是当电梯超载和出现故障时用来的报警指示灯。
图（3.10） 轿厢控制面板
3.5参数的计算和元器件的选择
3.5.1主电机的容量计算及选择 式中：K＝0.5
Q＝1000kg
V＝1m/s
η＝0.75
所以 P＝6.536kw 表(3.
2) YTDT225M1－6/24的技术参数
堵转转矩倍数 堵转电流倍数
高速 2.2 4
低速 1.6 1.5
额定功率：7.5KW 额定电流：23A 额定电压：380V 满足要求。
3.5.2门电机r=1300r/min 堵转电流/额定电流=7 堵转转矩/额定转矩=3
3.5.3变频器参数设置
选用安川G7A变频器
参数 说明 设定值 备注
A1-00 语种选择 0
O1-03 频率指令选择 4
B1-03 停止方法选择 1
B1-06 控制端子扫描２次时间选择 0
B2-01 零速电平 0.1
B3-01 启动时速度寻找选择 1
C1-01 加速时间1 1 C1-03 加速时间2 2.0 C2-01 加速开始时的S特性时间 0
C2-02 加速完了时的S特性时间 0
C2-03 减速开始时的S特性时间 0
C2-04 减速完了时的S特性时间 0
C5-01 ASR比例增益１ 10
C5-02 ASR积分时间１ 0.35
E1-01 变频器输入电压 380
E1-04 最高输出频率 50
E1-05 最大电压 380
E1-06 基本频率 50
E1-09 最小输出频率 0 E2-03 电机空载电流 9
E2-11 电机功率 7.5
F1-03 过速度发生时动作选择 0
F1-04 速度偏差过大检出时动作选择 0
F1-10 速度偏差过大的检出标准 30
F1-11 速度偏差过大检出延迟时间 1.0 H1-02 选择端子S4的功能 14
H1-03 选择端子S5的功能 F
H1-04 选择端子S6的功能 F
H1-05 选择端子S7的功能 F
H1-06 选择端子S8的功能 9
H1-07 选择端子S9的功能 F 多功能接点输入7
H1-08 选择端子S10的功能 F 多功能接点输入8
H1-09 选择端子S11的功能 F 多功能接点输入9H2-01 选择端子M1-M2的功能 37
H3-01 选择频率指令（电压）端子A1信号电平 0
H3-02 选择频率指令（电压）端子A1输入增益 100%
H3-03 选择频率指令（电压）端子A1信号偏置 0
H3-05 选择多功能模拟量输入端子A3功能 14
H3-06 选择多功能模拟量输入端子A3输入增益 100% 力矩补偿
L5-01 异常复位再启动次数 5
L8-05 输入侧欠相保护的动作选择 1
L8-07 输出侧欠相保护的选择 1 有效
O1-01 监视选择 5 O1-04 频率指令的单位设定 0
O2-02 STOP键的功能选择 0
L3-04 减速中失速防止功能选择 0
3.5.4交流接触器的选择
选择原则：主触头额定电压、额定电流、最大控制容量、线圈额定电压及种类。
a、主电机接触KM1 选CJ10－40
主触头的额定电压：380V 额定电流：40A
最大控制容量： 20KW
线圈额定电压及种类：AC36
sqd=230VA sxc=32VA
满足要求
b、门电机接触器KM2/KM3选用CJ10－5
主触头的额定电压：380V 额定电流：5A
最大控制：2.2KW
线圈额定电压及种类：AC36
sqb=35VA sxc=6VA
满足要求
3.5.5控制变压器
1、变压器容量的计算
接触器所需容量 Sj2=KT∑Sxc=1.25X(32+
6)=47.5VA PLC所需容量: Splc=60VA
指示灯所需容量:Shl=7VA
报警器所需容量:S=40VA
总容量: St=40+7+60+47.5=154.5VA
选用容量为200VA的控制变压器
满足设计要求
2、额定电压的选择
初级：380V 次级：6.3/36/110V
综上所述选用：BK-200 380/6.3/36/110 型变压器
3.5.6中间继电器的选择3.5.7熔断器的选择
选择原则:熔断器类型、熔断器的额定电流、熔体的额定电流
1、门电机电路熔断器FU1的选择
因为是安装在柜内的所以选用螺旋式的；安装在主电路所以熔断器额定电压选用380V的；熔体额定电流由下面计算得出 取1A;又熔断器的额定电流≥电流熔体额定电流，选用15A的。
综上所述选用：RL1-15/1
2、PLC熔断器FU2的选择
因为是安装在柜内的所以选用螺旋式的。熔断器的额定电压选用220V；熔断器熔体额定电流选用5A的；熔断器的额定电流选用10A的，故选用RL1－10/5
3.5.8自动开关
选用原则：额定电压、额定电流、脱扣器额定电流
因为主电路的UN为380V所以选UN＝380V （三极）； 式中 Ist.max为最大启动电流
∑IM.N为所有电动机的额定电流之和 =144.5～150.3A 综上所述选用DZ15－20
3.5.9按钮
选用LA19－11D
额定电压AC380 脱扣器额定电流 150A
3.5.10行程开关
选用JLXK1－311 接通电流 5A
3.5.11钥匙开关 额定电压 AC380V
额定电流 5A
3.5.12转换开关 最大可控容量 300VA
3.5.13指示灯
选用AD1－16/10 直径 16mm额定电压 UN＝6.3V
额定功率 PN=1W 灯泡型号 XZ－6.3 灯头型号 E10/13
3.5.14报警器
选用DDJ1
额定电压等级 AC36V 视在功率 40VA
音响强度 90分贝 持续时间 5min
4 软件设计
4.1 电梯运行流程图
图（4.1）电梯运行流程图
4.2程序初始化及说明
完成各信号点对应的脉冲数写入数据寄存器（停电保持）。本设计中楼层的高度为4米，数据寄存分配如下表（4.1）：
表（4.1）数据寄存分配表 4000 D201 5600 D205 9600 D209 1200 D203 2400 D207
4.2.1把脉冲写入数据寄存器
通过PLC编程（CMP比较指令）来检测电梯脉冲数，来实现准确停梯和换速。
4.2.2呼梯4.2.3自动开关电梯
当电梯处于自动工作状态时，工作一定时间后，（时间由T2的值决定）在无服务要求的情况下自动进入休眠状态，时间由T3的值决定。
4.2.4相序纠正
当相序发生变化时三相异步电动机反转，因此当相序变化时只须把原来的状态切断，接通与之相反的运行状态控制接触器。
4.2.5脉冲当量的计算
脉冲当量： S=λπD/Pρ
式中 S：脉冲当量 D：曳引轮直径 ρ：PG卡分频比
λ：减速器的减速比 P：旋转编码器每转对应的脉冲数
电梯位移： H＝SI
式中 I：累计脉冲数 H：位移 代入 S=λπD/Pρ得S＝1.00mm/脉冲
4.2.6层信号
当计数值与平层点的计数脉冲相等时发出平层信号。程序流程如图（4.2.6）；
图（4.2）平层信号流程图
4.2.7换速
当高速计数器C246的计数值与换速点对应的脉冲数相等时，目的层有有效的选层信号即呼梯信号，发出换速信号。当电梯正常运行时，到达目的层的换速点且目的层有有效呼梯信号则发出换速信号。电梯转入爬行阶段。爬行信号由平层信号切除。见程序清单换速信号和快速、慢速、爬行程序块。
程序流程如图（4.3）：
4.2.8楼层计数
当轿厢到达各楼层计数点时，楼层数加1或减1。为防止计数脉冲高电平期间反复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数。程序流程如下：
4.2.9开/关 门
当电梯平层后经程序判断确定需进行停梯服务时，进行停服务。在电梯停稳后自动开门，开门一定时间后自动关门。为确保安全设置手动开门按钮，当门自动关时，按下开门按钮，取消正进行的自动关门动作而转为开门；为提高效率设置手动关门按钮，当无需一定要等到定时到自动关门时，按下关门按键进行手动关门。程序见程序清单开/关门程序块。
4.2.10超时驶回基站
当电梯完成一次服务后，若没停在基站，那么在一定时间内没有服务信号即既无内呼也无外呼时，则经过一定的定时时间后自动驶回基站。
4.2.11上行
4.2.12下行4.2.13报警
包括电笛报警和灯光报警。当出现故障信号（来自变频器异常信号、来自变频器的错编脉冲信号、外部输入信号）接通报警电笛并同时接通BB封锁，发出报警。
4.2.14精度控制
利用软件实时检测脉冲信号以确保系统正常运行；为消除脉冲计数累计误差，在基站和顶层设置复位开关X27，控制C246复位。
5程序梯形图
6 致谢
通过本次PLC电梯电气控制系统的设计，给我提供了再一次学习PLC的机会，同时也进行了一次全面地温习，在专业知识方面有了一个全面地、系统地提高。通过老师的细心指导，使我对一个系统的设计也有了一个概括的了解。
步入社会，使我真正懂的去珍惜学校学习的每一次机会。在设计中我碰到了许多的问题，也感受到了自己学习中的不足之处。设计中我独立思考，思维总是定在我的不明之处。通过后期仅仅几天时间，老师的谆谆指导和同学的细心分析，我总算把设计中的问题一一解决，并且搞懂。PLC是我感兴趣的课程，选择该课题，也是自己的意愿。
这次设计中我发现学的知识还不够扎实，考虑问题不够周全。带着设计中所遇到的问题和难题，去请教老师同学，我发现学到了好多新专业知识。这些问题让我将使在学习和工作中进一步的提高，虽然这次设计不能尽善尽美，但我此期间收获却是很大的。在此，我衷心的感谢耿惊涛老师对我的指导、栽培，感谢老师和领导在这大学生活和学习中给我的帮助和教导。
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