【正文】 2021 年 5 月 29 日 1 摘 要 隨著 科學(xué)技術(shù)和市場經(jīng)濟(jì) 的 迅猛 發(fā)展， 人類對土地的利用率越來越高， 高層建筑 也與日俱增 ， 樓層的增加，給人們的出行造成了很大的不便。系統(tǒng)的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N80 型 PLC，在核心控制部分采用的是軟件程序控制，從而大大的提高了電梯故障檢查與維修的方便性和容易性，同時還克服了手動操作所帶來的一些人為干擾因素，取得了良好的預(yù)期效果。 1854 年奧的斯設(shè)計(jì)了一種制動器：在升降梯的平臺頂部安裝一個貨車用的彈簧及一個制動桿與升降梯井道兩側(cè)的導(dǎo)軌相連結(jié)，起吊繩與貨車彈簧連結(jié)，這樣僅是起重平臺的重量就足以拉開彈簧，避免與制動桿接觸。主要原理是電梯主機(jī)跨井道底置，即只有一個輪子在井道里；第二代無機(jī)房電梯也是井道底置式，但是將主機(jī)全部搬進(jìn)了井道；第三代無機(jī)房電梯為上置式，主機(jī)主要放置的形式為放在導(dǎo)軌上；而第三代至第四代無機(jī)房電梯的過渡產(chǎn)品為主機(jī)擱置于導(dǎo)軌頂部。在第三代無機(jī)房電梯受到發(fā)展的只有通力的電梯。由此而推出的第四代無機(jī)房電梯，從根本上解決了前三代無機(jī)房電梯的缺陷，首先是安全隱患得到解決，其次是共振共鳴問題的解決，第三是速度上只要主機(jī)生產(chǎn)企業(yè)能夠供應(yīng)，提升高度及速度不存在技術(shù)問題。該技術(shù)在 2021 年 3 月進(jìn)入中國尋找合作企業(yè)時，許多電梯企業(yè)均基本回絕該電梯技術(shù)的合作。所有載人垂直升降電梯全部采用雙向安全鉗與雙向限速器，該雙向安全系統(tǒng)是目前中國電梯標(biāo)準(zhǔn)修改中選擇的安全系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，也是歐洲已經(jīng)采用的安全標(biāo)準(zhǔn)。估計(jì) 2021 年 2021 年中國的無機(jī)房電梯將成為最主要的用戶選擇。解放后，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，電梯企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。如中國迅達(dá)公司、天津奧梯斯公司、上海三菱公司、蘇州迅達(dá)公司和廣州電 梯工業(yè)公司等企業(yè)，就是通過合資和補(bǔ)償貿(mào)易方式，引進(jìn)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn) 基于 PLC的載貨電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 管理和技術(shù)，不斷改善現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和管理體制，使企業(yè)素質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量都提高到了一個新水平，推出一代電梯新產(chǎn)品。世界上有名的幾家電梯公司，諸如：美國奧梯斯公司、瑞士訊達(dá) 公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產(chǎn)量已占世界 市場的 51%。 本設(shè)計(jì)的目的就在于用 PLC 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸控制邏輯電路，充分利用 PLC 的優(yōu)點(diǎn)和交流變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)，通過串行通訊和遠(yuǎn)程監(jiān)控使貨梯的實(shí) 際運(yùn)行更加的安全、高效。 從以上的兩個條文可以理解電梯的含義 :1 電梯是由電力來驅(qū)拖動的。 （ 1） 機(jī)房部分 包括電源開關(guān)、 曳引 機(jī) 、控制柜（屏）、選層器、導(dǎo)向輪、減速器、極限開關(guān)、 制動抱閘裝置、機(jī)座等。 電梯功能組成 （ 1） 曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力 ,使電梯運(yùn)行 。 （ 3） 轎廂 轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件 ， 是電梯的工作部分 。 （ 5） 重量平衡系統(tǒng) 系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量 ， 在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi) ， 保證電梯的曳引傳動正常 。 （ 7） 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制 。 電梯的主要拖動技術(shù) (1)單雙速交流電動機(jī)拖動技術(shù) 大家都知道交流電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊 ， 維修簡單等特點(diǎn) 。 這種系統(tǒng)控制的電梯速度在 1 米 /秒以下 。 基于 PLC的載貨電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 (3) 直流發(fā)電機(jī) — 電動機(jī)可控 硅勵磁拖動技術(shù) 直流電動機(jī)具有調(diào)速性能好 ， 調(diào)速范圍大的特點(diǎn) 。 耗電大 ， 維護(hù)工作量較大 ， 造價高 。 應(yīng)此應(yīng)用較晚 ， 它幾乎與微機(jī)同時應(yīng)用 ， 比起電動機(jī) 發(fā)電機(jī)組形式的直流電梯 ， 它有很多優(yōu)點(diǎn)如 :機(jī)房占地節(jié)省 35%， 重量減輕 40%， 節(jié)能 25%到 35%。當(dāng)電動機(jī)具有調(diào)壓調(diào)頻（ variable voltage variable frequency，縮寫為 VVVF）調(diào)速裝置時稱為交流調(diào)頻調(diào)壓電梯，簡稱VVVF 控制電梯，目前控制速度已達(dá) 6m/s。 電梯的主要控制技術(shù) (1) 繼電器控制技術(shù) 繼電器由兩個主要的部件構(gòu)成，一是 (電磁 )線圈，二是 (常開、常閉 )接點(diǎn) .一旦繼電器線圈經(jīng)接點(diǎn) A 接通電源，電流就流過線圈 (稱為得電 )，使電磁鐵吸動銜鐵。在 頻率控制、效率等諸方面都有著十分顯著的優(yōu)點(diǎn)。 形成 PWM 波形的方法有很多種，其中最基本的方法是利用三角形調(diào)制波和控制波的比較。 控制上常有單極性和雙極性兩種情況所謂單極性控制，是指在輸出的半個周波內(nèi)同一相的兩個導(dǎo)電臂僅一個反復(fù)通斷而另一個始終截止。 從控制功能來看，可編程控制器的發(fā)展大致經(jīng)歷了 4 個階段： （ 1） 初級階段：從第一臺 PLC 問世到 20 世紀(jì) 70 年代中期 （ 2） 擴(kuò)展階段：從 20 世紀(jì) 70 年代中期到 70 年代末期 （ 3） 通信階段： 20 世紀(jì) 70 年代末期到 80 年代中期 （ 4） 開放階段：從 20 世紀(jì) 80 年代中期開始 由于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI，使 PLC 在開放功能上有較大發(fā)展。 可編程控制器（ PLC）的定義 由于 PLC 在不斷發(fā)展，因此，對它下一個確切的定義是困難的。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)和控制系 統(tǒng)形成一個整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 輸入模塊用來接收和采集輸入信號。 CPU 模塊的工作電壓一般是 DC5V，而 PLC 的輸入 /輸出信號電壓一般較高，如DC5V 和 AC220V。 （ 3） 編程裝置 編程裝置用來生成用戶程序，并對它進(jìn)行編輯、檢查和修改。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供各種直流電 源。由于 CPU 的運(yùn)算處理速度較高，使得外部出現(xiàn)的結(jié)果從宏觀上來看幾乎是同時進(jìn)行的，這種分時操作的過程叫做CPU 對程序的掃描。順序掃描的工作方式簡單，簡化了程序設(shè)計(jì)，并為 PLC 的可靠運(yùn)行提供了可靠的保障。 ③ 輸出控制信號：根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的控制信號，實(shí)現(xiàn)所要求的邏輯控制功能。 基于 PLC的載貨電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 31 PLC 基本工作 過程圖 （ 2） 自診斷程序 每次掃描開始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對各輸入輸出點(diǎn)、存儲器和 CPU 等進(jìn)行診斷，診 斷的方法通常是測試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并與正常的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，若兩者一致，說明各部分工作正常，若不一致則認(rèn)為有故障。處理完通信后，PLC 繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號，完成一個掃描 基于 PLC的載貨電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 周期。 （ 1） 編程語言常用的有梯形圖語言、助記符語言、控制系統(tǒng)流程圖及某些高級語言等。中小型 的 PLC 存貯容量一般在 8K 以下，大型的 PLC 存貯量有的已達(dá)到 256K 及 2M,在編程時每一條指令所占的存貯容 A 是 1 個字、 2 個字等。對于開關(guān)量 I/O，其I/O 總數(shù)用最大 I/O 點(diǎn)數(shù)表示 :對于模擬量 I/O，其中 I/O 總數(shù)用最大 I/O 通道路數(shù)表示。 （ 6） 內(nèi)部繼電器種類和點(diǎn)數(shù)包括輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器 (無斷電記憶和帶斷電記憶的 )、計(jì)時器 /計(jì)數(shù)器、移位寄存器、特殊繼電器等。 （ 9） 其它除以上基本功能指標(biāo)以外，對于不同的 PLC，還可能列出其它一些指標(biāo)，如輸入輸出方式、一些主要硬件 (如 CPU、存貯器 )的型號以及 PLC 的環(huán)境適應(yīng)性能等。最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用六個半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成三相橋式逆變電路。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會有無功功率的交換?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。 （ 2） 按直流電源性質(zhì)分類： ① 電流源型變頻器（電流型）。 電壓型變頻器電壓型變頻器特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負(fù)載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源 。目前普通應(yīng)用的是占空比按正弦規(guī)律安排的正弦波脈寬調(diào)制 (SPWM)方式。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。目前，有為電梯控 制而設(shè)計(jì)的專用變頻器，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價格昂貴。本設(shè)計(jì)中拖動調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運(yùn)行，以改善電梯運(yùn)行的舒適感 。這種變頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容 易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。 基于 PLC的載貨電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 ④ 保護(hù)功能完善、維修性能好。同時另一個觸點(diǎn)閉合，使變頻器的主接觸器有電，其常開主觸頭閉合，提供變頻器電源。于是 PLC 指令繼電器（ Y YY6）發(fā)出信號給變頻變壓調(diào)速裝置（ VVVF 變頻器），電梯就按變頻器內(nèi)部調(diào)好的加速度曲線進(jìn)行起動，加速，直至運(yùn)行到達(dá)穩(wěn)速階段。平層后，貨梯進(jìn)行開，關(guān)門動作。 ④ 電梯運(yùn)行時只響應(yīng)順向呼梯信號，對反向呼梯信號只作記憶。 基于 PLC的載貨電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 ② 單轎廂全集選登記所有廳門和轎廂召喚 :上行時順應(yīng)答轎廂和廳門上召喚。人們對于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。其含義為加速度由 0 加速到 1000轉(zhuǎn) /秒 2所需要的時間。而 S曲線變化率的變化，也可通過改變 S 曲線起始，終了加速時間來實(shí)現(xiàn)。 PLC 是一種數(shù)字式的電子裝置。上述過程執(zhí)行完后，又重新開始，反復(fù)地執(zhí)行。 (2)在 交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器的作用是將頻率固定的交流電變換成 38 頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。 ② 按輸出電壓的調(diào)制方式分 ：① P AM(脈幅調(diào)制 )② P WM(脈寬調(diào)制 )。本設(shè)計(jì)選用了通用變頻器，通過合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。 基于 PLC的載貨電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 第 4章 貨梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 貨梯運(yùn)行時控制的主要指標(biāo) (1)貨梯運(yùn)行到位后具有手動開門關(guān)門功能。 表 41 輸入 信號及地址編號 基于 PLC的載貨電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 表 42 輸出 信號及地址編號 貨梯轎廂內(nèi)、外控制按鈕的動作要求 當(dāng)電梯運(yùn)行時，轎門隨轎廂做升降運(yùn)動，當(dāng)行至某層站時，可由轎門上的門刀打開或關(guān)閉該層廳門。當(dāng)貨梯運(yùn)行到位后， X0 閉和，開門繼電器 Y0 有效，貨梯門被打開。此時開門繼電器 Y0 是無效截止。手按一層上呼按鈕 X17，此時開門按 X0、一層接近開關(guān) X11截止，一層指示燈開關(guān)截止，一層上召喚燈亮。 43 貨梯啟動梯形圖 上行按下一層向上招喚按鈕 X17，下行繼電器 Y二、三層指示燈 Y2 Y24 開關(guān)截止，向上運(yùn)行開關(guān) X4動作，電動機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器 R4 導(dǎo)通，上行繼電器 Y2 導(dǎo)通。 圖 44 貨梯運(yùn)行梯形圖 （ 4）貨梯整體運(yùn)行梯形圖 鑒于一、二、三層到 層指示梯形圖相似，各層內(nèi)指令梯形圖相似，各層呼叫指示梯形圖相似，貨梯上行和下行圖相似，因此，貨梯整體運(yùn)行程序圖很容易便可畫出來，見下圖所示。 而然這些與 PLC是分不開的， 可編程序控制器是新一代的控制工具，因其核心是微處理器，接口電路、電源電路等具有很強(qiáng)的抗干擾能力，而梯形圖的編程語言極易為工程技術(shù)人員所接受等特點(diǎn)，被稱為真正的工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 。經(jīng)過我們一組七 人的齊心協(xié)力，合理分配時間，收集 整理設(shè)計(jì)資料，做開題報告， 方案論證 ，和指導(dǎo)老師溝通，確定設(shè)計(jì)報告的思路，書寫設(shè)計(jì)報告，請指導(dǎo)老師審閱設(shè)計(jì)報告草稿，修改定稿設(shè)計(jì)報告，終于順利完成了設(shè)計(jì)報告。 充分考慮了 貨梯的通訊與監(jiān)控 ， 使用計(jì)算機(jī)與 PLC 的通訊，實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)對貨梯運(yùn)行狀況的監(jiān)視，也實(shí)現(xiàn)了通過計(jì)算機(jī)對貨梯的間接運(yùn)行控 制。在以后工作中遇到什么難題，也需要這么做。畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說是三年學(xué)習(xí)的總結(jié)和體現(xiàn)，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助下，我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。我為這 幾個月來靜心學(xué)習(xí)，并取得較好成績而感到欣慰， 欣慰之余，我要感謝母校，向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的所有老師和同學(xué)們表示真摯的謝意！感謝他們對我的關(guān)心和支持！ 基于 PLC的載貨電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 參 考 文 獻(xiàn) [1] 汪曉光，孫曉瑛，王艷丹等 .可編程控制