1、本科生毕业设计（论文）I摘 要电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的 PLC 系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。本文设计一种电梯 PLC 控制系统。该系统主要由 PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以西门子公司的可编程控制器PLC 对机器进行全过程控制。整个系统通过 PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动
2、、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。本文在介绍电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，重点分析了电梯系统设计中如何用 PLC 实现控制系统并编制控制程序。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，用梯形图编程实现了指层、厅召唤、选层选向等功能。最后采用西门子 S7-200 对电梯实现系统控制。关键词：电梯；驱动系统；控制系统；PLC 程序本科生毕业设计（论文）IIAbstractThis paper expounds a PLC control system of elevator. The elevator wo
3、rks as the vertical lift transport equipment, is indispensable in high-rise buildings. It can drag a car contains a person or thing relays on electrical power. It can also do vertical movement in the construction of the shaft rails. The elevator plays an important role in peoples lives. The PLC to c
4、ontrol elevator systems have become increasingly high demanding, requiring elevator reach the operational purposes on “steady, accurate, fast“. The system is composed of PLC and logic control circuit. The design includes AC induction motors, relays, contactors, trip switches, buttons, LED indicators
5、 and frequency convertors. The paper combines them as an incorporate control system. The machine control unit controls the whole process of the machines using Siemens PLC programmable controller. The entire system controls the elevator lift; accelerating or decelerating; flat layer; starting and bra
6、king control through the PLC and logic control circuit. The structure is simple, high efficient, highly accurate landing, easy to understand and master.Based on the basic structure of the elevator, this paper expounds drag lifting and control theory .It mainly analyses how to realize and compile the
7、 control system by using PLC in the design of the elevator system. After the foundation of analyzing the software design method in elevator system. The paper designs the software flowchart and proposes modular programming ideas, and use ladder diagram programming to the functions of referring to the
8、 layers, hall calling and option of floors and derections. Finally, the design realizes the control system of the elevator by using Siemens S7-200 .Key words： elevator； drive system; control system; PLC procedure本科生毕业设计（论文）III目 录第 1 章 绪 论 .11.1 引言 .11.2 选题的背景及意义 .11.3 变压变频调速电梯特点 .2第 2 章 电梯的发展、规格参数及组
9、成 .42.1 概述 .42.1.1 电梯的作用 .42.1.2 电梯产品发展简史 .42.1.3 电梯的运行工作情况 .42.2 电梯的主要参数及规格尺寸 .52.2.1 电梯的主要参数 .52.2.2 对电梯参数和尺寸的规定 .62.3 电梯的组成部件 .6第 3 章 电梯驱动系统的设计 .103.1 电梯驱动系统 .103.2 曳引机的选择 .103.3 门系统电机的选择 .113.4 变频器的选择 .123.4.1 通用变频器发展及前景概况 .123.4.2 变频器的工作原理 .143.4.3 富士变频器简介 .14第 4 章 电梯控制系统的设计 .174.1 电梯的构造 .174.2
10、 电梯对控制信号的响应要求及其流程 .184.2.1 电梯对控制信号的响应要求 .184.2.2 电梯的控制流程 .184.3 控制功能的选择 .194.4 PLC 的分类 .214.5 安全设置 .21第 5 章 电梯控制系统软件设计 .23本科生毕业设计（论文）IV5.1 电梯的开关门控制 .235.2 层楼信号的产生与消除 .285.3 内选指令的登记与消除 .285.4 电梯的运行规则 .295.5 I/O 地址分配 .295.6 主程序设计 .32第 6 章 结论 .39参考文献 .40致 谢 .42附录 I.43附录 II .49本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪 论1.1 引
11、言电梯:elevator ；lift；movingstaircase。一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称扶梯。1854 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。 “一切安全，先生们。 ”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想
12、到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。1889 年 12 月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于 1901 年安装的。1932 年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951 年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风
13、，我国电梯业进入了高速发展的时期。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。1.2 选题的背景及意义改革开放的 30 年来，我国经济得到了飞速的发展，城市化水平也得到了很大的提高，小高层、高层住宅也空前崛起，这从客观上导致了电梯行业的空前繁荣景象，所以研究电梯的驱动方式能更有效的促进电梯发展，同时也是我们自动化技术的一个重要研究内容。本科生毕业设计（论文）2此次选题-高层住宅楼电梯控制系统设计符合本学科专业的发展，符合科技、经济和社会发展的需要，解决理论或实际工作中的问题，并能理论联系实际，具有一定的科技、应用的参
14、考价值。而且符合本专业的培养目标，基本达到科学研究和实践能力培养和锻炼的目的。随着我国经济持续稳定快速的发展，人们对生活质量的要求也越来越高，高层建筑迅速增加，电梯得到广泛的应用。在许多建筑物中，电梯已成为不可缺少的配套设施。作为建筑物内的交通工具，电梯给人们带来舒适、快捷的享受。电梯已然成为了人们日常生活中不可缺少的部分，所以此次的毕业设计研究高层住宅电梯驱动有很大的现实意义。1.3 变压变频调速电梯特点交流异步电动机的转速是施加于定子绕组上的交流电源频率的函数，均匀且连续地改变定子绕组的供电频率，可平滑地改变电动机的同步转速。但是根据电动机和电梯为恒转矩负载的要求。在变频调速时需保持电动机
15、的最大转矩不变，维持磁通恒定。这就要求定子绕组供电电压要作出相应的调节。因此，其电动机的供电电源驱动系统应能同时改变电压和频率。即对电动机供电的变频器要求有调压和调频两种功能。使用这种变频器的电梯常称为 VVVF 型电梯。（1）变频器可分为交-交变频器和交-直-交变频器两大类。交-交变频器。交交变频调速系统是一种不经过中间直流环节，直接将较高固定频率的电压变换为频率较低而可变输出电压的变频调速系统。其每一相均由两组（正、负组）三相全波变流器反并联构成。通过改变正、负两组整流器触发角的频率，即可改变输出电压的频率；改变输出电压比 k 值，即可改变输出电压值。交交变频器通过两组反并联的晶闸管交替工
16、作来产生一相低频的交流电压供给负载，存在环流问题。在可逆直流传动中采用的工作方式（如逻辑无环流、错位无环流、可控环流）一般在交交变频器中均可适用。交交变频器的主电路及基本控制部分可采用直流传动的相同组件和技术。交-直-交变频器。变频器原理是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。交-直-交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。（2）PWM 控制器目前电梯用 VVVF 调速系统大多采用脉宽调制控制器PWM。它按一定的规律控制逆变频器中功率开关元件的通与断，从而在逆变
17、器的输出端获得一组等幅而不等宽的矩形脉冲波，用来近似等效与正弦波。脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行本科生毕业设计（论文）3编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON) ，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通 (ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。（3）低中速VVVF电梯拖动系统VVVF电梯的驱动部分是其
18、核心，也是与定子调压控制方式的主要区别之处。VVVF驱动控制部分由三个单元组成：第一单元是根据来自速度控制部分的转矩指令信号，对应该供给电动机的电流进行运算，产生出电流指令运算信号；第二单元是将数/模转换后的电流指令和实际流向电动机的电流进行比较，从而控制主回路转换部分的PWM控制器；第三单元是将来自PWM控制部分的指令电流供给电动机的主回路控制部分。本科生毕业设计（论文）4第 2 章 电梯的发展、规格参数及组成2.1 概述2.1.1 电梯的作用在我国，电梯、手扶梯、自动人行道等属于起重运输设备。电梯是在垂直方向上运行的运输设备，手扶梯是在斜面上运行的运输设备。但是电梯和手扶梯都是把人或货物从
19、一个水平面提升到另一个水平面的起重运输设备。随着人口的增加、科学技术日新月异地发展、人们物质生活水平的逐步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样，成为重要的运输设备之一。2.1.2 电梯产品发展简史据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸汽机后，1858年美国研制出以蒸汽机为动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。并随着水压
20、梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又采用液压泵和控制阀以及直接拄塞式和侧拄塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所采用。但是电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。我国电梯的使用历史悠久。80 年代中期以来，随着我国对外开放，对内搞活经济的政策深入贯彻执行，随着技术引进工作的进一步开展，在国内建立一批合资和独资电缆生产厂，使我国的电梯工业又取得巨大的发展，我国又新颁布一批具有 80 年代国际水平的电梯制造标准，随着采用新标准生产的电梯批量推向市场，技术性能和质量明显提高的电梯又进一步促进建筑业和电梯业的发展，电梯工业蓬勃发展的局面已经形成。2.1.3 电梯的运行工作情况电梯在做垂直运
21、行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼，设在一楼的起点站常作为基站。起点站和终点站之间的停靠站称为中间站。各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或触本科生毕业设计（论文）5钮。一般电梯在两端站的召唤箱上各设置一只按钮或触钮，中间层站的召唤箱上各设置两只按钮或触钮。对于无司机控制的电梯。在各层站的召唤箱上均设置一只按钮或触钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮或触钮称为指令或触钮，
22、操纵箱上的按钮或触钮称为内指令按钮或触钮。外指令按钮或触钮发出的电信号称为外指令信号。内指令按钮或触钮发出的电信号称为内指令信号。80年代中期后，触钮已被微动按钮所取代。作为电梯基站的厅外召唤箱，除设置一只召唤按钮或触钮外，还设置一只钥匙开关，以便下班关闭电梯时，司机或管理人员把电梯开到基站后，可以通过专用钥匙扭动钥匙开关，把电梯的厅轿门关闭妥当后，自动切断电梯控制电源或动力源。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需要通
23、过操纵箱上按钮或触钮向电气控制系统下达一个指令，电梯就能自动关门、定向、起动、加速，在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度比较高的电梯，司机或乘用人员一次还可以下达一个一上的指令信号，电梯便能够依次起动和停靠，依次完成任务。尽管电梯和汽车在运行工作过程有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接客。而载货电梯的运行工作情况下则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才达另一个任务。在执行
24、任务的过程中，从一个层站出发到另一层站时，假若中间层站出现指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。2.2 电梯的主要参数及规格尺寸2.2.1 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、封闭式双拆中分本科生毕业设计（论文）6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
25、开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，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
26、层楼板下最突出构件之的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。13）底坑深度（mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，底坑一般越深。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。2.2.2 对电梯参数和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。2.3 电梯的组成部件电梯是一种复杂的机电产品，一般由机房、轿厢、厅门及井道和井底设备等4 个基本部分组成。1.机房机房位于电梯井道的最上方或最下方，用于装设曳引机、控制柜、限速器、选层器、地震检测仪、配线板、总电源开关及通风设备等。
