基于plc的电梯控制系统的设计

1 基于plc的电梯控制系统的设计

随着技术的发展和更新，电梯已经普遍运用于城市的高层建筑当中，逐渐的发展成为人们可以信赖的代步工具。电梯系统的性能决定了其可靠安全程度以及使用寿命，电梯控制系统的设计核心就是保障电梯的运行。继电器接触控制电路是早期电梯采用的控制系统，这种控制系统的使用为电梯的普及起到很大的作用，但是随之带来了很多的问题，事故发生频繁，给人们的生命财产的保障带来极大的不确定性。随后可编程控制器（PLC）的出现，并运用到电梯控制系统的设计当中，极大的提升电梯的安全保障性。可编程控制器（PLC）应用到电梯控制系统上，主要体现在其逻辑开关的控制功能。本文基于可编程控制器(PLC)对电梯控制系统进行设计，（1）介绍了电梯的定义，分析电梯的主要结构组成和控制原理。（2）详细的叙述了PLC在电梯系统中应用，并于传统的控制系统相比较（3）设计电梯控制系统的步骤，最后用S7-200仿真软件对控制程序进行仿真，调试并取得良好的效果。

第一章、绪论

1.1研究的背景及意义

随着我国城市化进程的不断推进，各类高层建筑的不断涌现，电梯的作用也越来越加凸显，电梯已经成为高层建筑物不可缺少的人员和货物的运输工具。电梯工作的原理是通过电力引动，把运输人员或者货物的轿厢，在两个垂直的两根导轨之间做上下的升降运动。电梯在高层建筑的运用具有明显的优点，比如：运送速度快、安全稳定、操作方面等。继电器接触控制电路是早期电梯采用的控制系统，这种控制系统的使用为电梯的普及起到很大的作用，但是随之带来了很多的问题，事故发生频繁，给人们的生命财产的保障带来极大的不确定性。继电控制器使用中出现的事故频率高、维护困难、高耗能，设计编程繁琐等缺点，在目前的环境下不断的被放大，已经不能适应时下用户的需求。

电梯的出现给人们的生活带来了极大的便利，不仅促进了人们生活质量，同时为我国的经济建设也做出了贡献。针对目前电梯产业的规模的不断扩大，适用不同场所的功能性的电梯不断的研发出来，对于电梯系统控制系统的性能的要求也愈来愈苛刻。近年来，我国电梯事故频发，只有不断的提升相关的电梯控制技2 术，满足实际情况对于电梯的工作需求，

本本文基于可编程控制器(PLC)对电梯控制系统进行设计，介绍了电梯的发展概况，电梯的分类及结构组成以及PLC的基本知识，对电梯 PLC 控制系统的总体设计，设计电梯PLC 控制系统设计的步骤，最后对PLC电梯控制程序进行仿真，并取得了良好的仿真效果。

1.2国内外研究现状

鉴于目前我国电梯的使用总量每年呈几何倍数的增长，电梯控制技术的水平显得尤为重要。近几十年里，我国的电梯控制技术取得了很大的突破，但是距离国外先进的电梯控制技术仍有一段差距。目前，全球对于电梯控制系统的使用主要是继电器控制、PLC 控制和微型计算机控制三种方式。我国投入了大量的科研力量投入到电梯控制系统技术的研发领域，对于电梯技术的革新以及工艺的改造都起到非常大的作用。随着人们生活质量的提升，对于生活品质的追求越来越苛刻。传统的继电接触器控制技术的电梯不能满足人们对于安全、舒适电梯的追求。

随着电子技术的不断的创新，PLC控制系统开始应用于电梯的控制系统之中。由于其显著的特点，很快得到应用并推广，逐渐的取代传统的继电接触控制系统。PLC控制系统具有易于操作、安全稳定、能耗低等优点，已经逐渐的成为电梯控制系统的主流。同时，在电梯的动力系统领域技术也发生革新，交流变频调速取代直流调速。PLC控制系统与交流变频调速的结合方式具有优异的性能，可靠的稳定性，这是今后电梯产业发展的趋势。

1.3本文的主要内容

本文共分为五个章节，分别是绪论部分、电梯的概述、PLC的简介、电梯 PLC

控制系统的总体设计、结束语。

第一章：绪论。阐述了研究 PLC 设计电梯系统的背景、意义及国内外研究现状。并且具体的指出本次设计的主要内容。

第二章：电梯的概述。本章主要介绍了电梯的电梯技术的发展状况和电梯的定义与分类，其次介绍，包括：电力拖动系统、电气控制系统、曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、安全保护系统等八大系统电梯的结构组成；最后关于电梯的工作原理和控制要求。

第三章：PLC的简介。本章主要阐述了PLC的定义和特点和PLC的工作原理，3 然后比较PLC控制系统与传统控制系统及其具有的优点。

第四章：电梯 PLC 控制系统的总体设计。本章介绍电梯PLC 控制系统设计的总体原则，首先设计电梯PLC 控制系统设计的步骤，其次给出电梯PLC 控制系统的原理，最后对 PLC电梯控制程序进行仿真。

第二章、电梯的概述

2.1电梯技术的发展状况

电梯控制系统的随着技术的不断发展，其优良性越来越好。相比较于传统的应用于电梯的继电器逻辑控制系统，目前性能更为优异的微机系统逐渐替换继电器控制系统。微机系统代表着未来电梯控制技术的发展趋势，极大的提升电梯稳定性和安全可靠性。目前，应用于市场的微机系统主要包括PLC控制、单片机嵌入式系统和工业控制计算机三类系统。PLC控制系统近年来市场规模越来越大，收到广大用户的喜爱。

目前，关于PLC的发展方向主要存在两个方面。一类是小型的PLC，这类控制系统主要应用于单机控制，安装在电器中，由于小型PLC的显著有点，很容易被用户接受。另一类是大型PLC，这类主要应用于自动化的多处理系统，速度快，功能多。

2.2电梯的定义与分类

2.2.1电梯的定义

广义上讲，电梯的含义是指：(1)电梯是靠外力牵引的；（2）具有一个符合安全标准的轿厢；（3）电梯是沿着两根导轨垂直方向上升降运动。按照这种标准，在商场、车站等公共场所使用的自动扶梯，就不能称之为电梯，作为电梯家族的延伸扩展。

2.2.2电梯的分类

表1电梯的分类

属性 类别

按用途分类 乘客电梯、住宅电梯、载货电梯、杂物电梯、汽车用电梯、船载电梯、观光电梯、病床电梯、消防电梯、建筑施工电梯、电扶梯、自动人行道、特殊电梯

按拖动方式分类 交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、螺杆式电梯、直线电动机驱动的电梯

按控制方式分类 层间控制、简易集选控制、集选控制、有无司机控制、群控 4 按曳引机结构分类 有齿曳引机电梯、无齿曳引机电梯

2.3电梯的结构组成

电梯是机、电合一的垂直运输设备，其中，主要由电力拖动系统、电气控制系统、曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、安全保护系统等八大系统组成了完整的电梯。电梯的机械部件主要如图 1 所示：

图 1 电梯的基本结构

2.3.1 电力拖动系统

电力拖动系统的核心是提供动力，支撑升降运动，同时控制着电梯的启动、运行、制动。电力拖动系统的性能直接影响着电梯是否平稳的运行，如果电力拖动系统出现故障，将影响乘客或者货物的运输。对于电力拖动系统的类型，可以通过直流电动拖动、交流电动机拖动和永磁同步电动机拖动，这三种:电力拖动系统在市场上应用较为广泛。其中直流电力拖动逐渐的被性能更为优良的交流电力系统取代，永磁同步电动机拖动，则更为先进。电力拖动系统主要由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等设备组成，这些装置在电梯运行时行驶不同的功能，其中曳引电机为电梯提供充足电梯动力，供电系统维持电机的运转，速度反馈装置实时监控电梯运行速度，调速装置控制曳引电机的速度。

2.3.2 电气控制系统

电气控制系统的功能是控制着曳引电动机的启动，运行方向，速度的高低，5 还有门机的启动、停止，同时具备着管理每层站显示、召唤以及控制指令信号的功能。电气控制系统对于整个电梯控制系统十分关键，它决定着电梯控制系统的性能的优良性。目前，占有市场份额较大的电梯控制系统是PLC控制系统，另外还包括继电器控制、微机控制等。电梯的电气控制系统主要由操纵箱、召唤盒、层站位置显示装置、平停层装置、端站强迫换速开关、限位开关、控制柜、位置检修箱等装置组成，这些装置在电梯运行时，一起作用达到控制要求，在整个电梯控制系统中其组成较为复杂。

2.3.3 曳引系统

电梯曳引系统作为电梯控制系统的核心部分之一，对于电梯控制系统蛇粉关键，其重要性不言而喻，决定了电梯的是否安全可靠的运行。电梯曳引系统组成包括：曳引机、曳引钢丝绳、导向轮和反绳轮等装置，控制着电梯的升降。在电梯曳引系统的装置组成中，曳引机作为曳引系统的核心部分，为电梯的运行提供持续动力，组成包括：电动机、制动器、曳引轮、联轴器、机架和盘车手轮等装置。曳引机的工作原理就是，通过曳引轮与钢丝绳之间的摩擦力驱动轿厢的升降运动，导向轮控制着升降的方向。

2.3.4 导向系统

导向系统是控制着电梯的运行轨迹，确保电梯在既定的轨道氛围内按照规律运行，不会发生震动，从而保障轿厢的升降不发生横向摆动，导致事故的发生。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架等装置组成。

2.3.5 门系统

层门和轿厢门是门系统的两中基本形式，根据功能属性的划分，层门在井道入口层使用，安装在入口处；交箱门使用在轿厢入口处，是安装在轿厢入口处的。这两种们作用有所区别：层门的主要功能是封住层站入口，防止受到撞击，后者为开门机提供动力，在楼层口及时停靠，打开交箱门。电梯层门和轿厢门一般由门、导轨架、滑轮、滑块、门框、地坎等装置组成。

2.3.6 轿厢系统

电梯轿厢系统主要由轿厢架和轿厢体两部分组成。轿架起着承载轿厢的作用，连接着曳引钢丝绳的动力传送，一般由四部分组成，包括：上梁、立柱、底梁和拉杆。轿厢体起着保护乘客和货物的作用，其高度要求一般需要超过2米。6 由厢底、轿厢壁、轿厢顶等结构组成。

2.3.7 重量平衡系统

重量平衡系统的功能是针对在轿厢升降的过程中重量不断地变化，起到维持对重和轿厢之间的平衡，确保电梯传动和运行平稳。主要包括：对重装置和重量补偿装置。对重装置一般由对重架、对重块、导靴等组成。重量补偿装置是悬挂在轿厢和对重底面的补偿链条、补偿绳等。

2.3.8 安全保护系统

安全保护系统对于整个电梯的运行尤其重要，主要功能是应对设备的突发故障，及时采取防护措施，最大程度的降低事故的发生，避免人身财产的损失。安全设备主要由限速器、安全钳、夹绳器、缓冲器、安全触板、光幕、超载保护等装置组成。其中，限速器的功能是监控轿厢的即时速度，当超出危险速度时，能够发出信号，然后输入指令切断电路，制动曳引机。如果电梯无法制动，此时安全钳的作用，就是强制制停电梯，避免人员或者货物受到损坏。缓冲器的作用是起到缓冲的作用，当电梯启动、停止时，由于地球引力的作用，会出现短暂失重的状态，给乘客带来不适，而缓冲器则能够吸收、消耗电梯轿厢和对重动能的作用，使轿厢趋于缓慢的减速，并平稳安全停止。另外安全触板、光幕是电梯的近门安全保护装置，在电梯开门或者关门时，共同作用，防止人员或物品被夹而受到损失，大多数电梯都是机电一体式关门防夹安全装置。这些安全装置一起作用，保障电梯的安全运行。

2.4电梯的工作原理和控制要求

2.4.1电梯的工作原理

目前，在我国运行的电梯主要是曳引式电梯，构型为“机电一体化”，这种结构的是当前市场普及率最高的。这种类型电梯的工作原理是由曳引钢丝绳与轮之间的摩擦力支撑着轿厢的升降运动，在电梯运转时，曳引式钢丝绳与曳引轮以及导向轮共同作用，从而使电梯向下或者向上拉升。由于曳引钢丝绳受力作用，电梯循环往复的运动，对于钢丝绳的磨损将会很严重。这对于钢丝绳的材质的要求则十分苛刻，需要优质钢制成，特别注意一定德定期检修维护钢丝绳，否则肯能会造成事故的发生。电梯拖动系统示意图如图 2 所示。