PLC在交流双速集选电梯控制 系统中的应用

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1 PLC在交流双速集选电梯控制 系统中的应用
第一章 电梯慨述 第二章 电梯的曳引 第三章 电梯的主要机械部件 第四章 电梯的电力驱动 第五章 电梯的主驱动控制系统 第六章 PLC在电梯控制中的应用

2 前 言 电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。 本论文分为：
前 言 随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，伴随建筑业的发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。 电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。 本论文分为： 电梯概述；电梯的拽引；电梯的主要机械部件；电梯的电力驱动；电梯的主驱动控制系统；电梯的电气自动控制系统六部分。其前五部分对我国及国外的电梯情况和发展作了系统的介绍，第六部分介绍用PLC实现电梯控制的原理、工作过程，比较了继电器控制和 PLC控制的区别，分析PLC系统的优、缺点。 本次论文的书写过程中，由于是在业余情况下仅进行，时间比较，加之水平所限，错误和不妥 之处在所难免，敬请各位老师和同学予以指正。

3 绪论 随着我国社会经济的快速发展，全国各地高层建筑不断涌现，作为 高楼的垂直交通工具—电梯，其需求量日益增长。各种类型规格繁多的电梯以在高楼内投入运行。为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、管理电梯、维护好电梯。

4 一、电梯的定义 电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运 行在至少两列垂直的倾角小于15度的钢性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑 内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。

5 电梯发展概况 随着电子工业的发展，新技术、新产品不断用于电梯控制系统， 如无触点半导体逻辑控制别村（俗称可控硅）的应用；集成电路和数字控制、电脑和机群控制及调频调压技术的应用；拖动系统简化，性能提高。

6 二、我国电梯的发展状况 我国电梯事业起步较晚，但发展较快。
在控制技术方面，从手柄控制发展为按钮信号控制。集选控制及多台电梯机群管理控制；从继电器—接触器的信号或集选控制到计算机（电脑）控制；从调压调速到调频速度控制系统。 微电脑（或称微机）在电梯控制系统中得到广泛的应用，从而代替了传统的数量众多的继电器、接触器控制系统，微电脑电梯的特点：运行可靠、故障率低、耗能少；控制屏（柜）体积小，从而机房面积可相应减小；设备投资费减少；维修方便。调频调压的交流调速高速电梯也有了发展。

7 二、我国电梯的发展状况 为了适应电梯运行的性能，再简化驱动控制系统的前提下，提高电梯运行的性能，推出交流感应电动机和低转速直流电动机，以便适应于电梯的四象限运行工作状态的需要，因此，提高了电梯的平稳性，使乘坐电梯的舒适感更好。在电梯速度方面，目前除了常见货梯、客梯外，还开发了双 层轿厢和观光电梯。 在材料和装饰方面，特别在电梯的机械部件、控制器、轿厢及其属件上将使用轻质材料，使其在提高性能的同时，更便于操作，并能减少安装费用和节约机房空间。 电梯轿厢的装饰日趋豪华。

8 第一章 电梯慨述 电梯是服务于规定楼层的固定式 升降设备，它具有一个轿厢，运行 至少两列垂直的倾角小于15度的钢性 导轨之间。轿厢尺寸与结构

9 1、按用途分类 乘客电梯 载货电梯 客货电梯 病床电梯 消防电梯 观光电梯 船舶电梯

10 2、按驱动系统分类 交流电梯 直流电梯 液压电梯

11 3、按操作控制方式分类 门外按钮控制小型杂物电梯 内外按钮控制自动门电梯 集选控制电梯

12 内外按钮控制自动门电梯 该电梯是一种乘客自己操作的电梯， 电梯在各层站分别设有一个召唤按钮。 轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应 的指令按钮，某一层等待电梯的乘客按下 召唤按钮，就能使不被占用的轿厢到来， 电梯停靠时立即自动开门，乘客进入轿厢 后，按下他要去的楼层的指令按钮，电梯 就自动关门，自动行驶到该站。每次停靠 时，电梯自动进行减速、平层、开门。

13 集选控制电梯 该电梯是一种乘客自己操作或有时也可以有专职司机操作的自动电梯。
电梯在底层和顶层分别设有一个向上或向下的，而在其它层站设有向上、下两个召唤按钮。（集选控制）轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，当进入轿厢的乘客按下指令按钮，指令信号就被登记。电梯在向上过程中按登记的指令信号和向上召唤信号逐一停靠，直到有这些信号登记的最高层站和有向下召唤登记的最底层为止，然后又反向向下安置指令及向下召唤信号逐一停靠。每次停靠时电梯自动进行减速、平层、开门 集选控制电梯，功能齐全，操作简便，便于控制，所以本文着重的集选控制电梯进行研究。

14 第二章 电梯的拽引 拽引电机别区动电梯上下运行的动力源，其运行情况比较复杂。运行过汗呈中需要频繁的起动、制动、正转、反转，而且负载变化很大，经常工作在重复短时状态、电动状态、再生制动状态的情况下。因此，要求拽引电机不但应能适应频繁起制动要求，而且要求起动电流小、起动力知大、机械特性硬、噪声小，当供电电压在额定电压7％的范围内变化，还能正常起动和运行 。

15 2、三相交流双速异步电动机的拽引系统 此种交流电动机具有两种速度，这样可以使起动与稳定运行时具
有较高的速度，从而可太大的提高电梯的输送能力。同时它又具有准确停层所需的较低速度，也保证了电梯停层准确度（对额定速度为1.OM／S时，一般停层准确度为 ＜3 OMM。所以电梯的运行效率较单速电梯时大大提高。 该驱动系统虽然比单速电梯的复杂，但相对其他电梯来说还是比较简单的。系统虽然有级调速，但可以分别对高低速进行控制和调节。 因此电梯的运行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种 驱动程序系统在一般低速电梯中得到广泛的应用。

16 2、三相交流双速异步电动机的拽引系统 这种电梯驱动系统和减速过程是采用低绕组的再生发电制动原理，即在减速开始的瞬间，快速绕组虽已从电网撤出，并立即把低速绕组接入电网而电动机的实际转述因电梯机械传动系统的惯性，仍维持在原快速状态时的转速。因此，对低速绕组来说，此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速，从而在低速绕组中产生发电制动减速过程。对低速绕组来说，电动机处于发电机的工作状态，即把在快 速运行时所具有的动能反馈到电网中去。这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对较少。

17 第三章 电梯的主要机械部件 1、轿厢 2、电梯门 3、开关门机构 4、层门门锁 5、机械安全安全装置

18 5、机械安全安全装置 人们常为电梯的安全问题担心因为电梯乘客的生命就系在几根 钢丝绳上，颇有千钧一发之感，其实电梯并不存在这样的危险。因为：
1．电梯拽引钢丝绳的报数一般都在三根以上，拽引钢丝绳的 强度安全系数都规定在12倍以上，所以根本就不存在钢丝绳完全 断裂的可能性。 2．所有可能出现危害人身安全的故障，在电梯设计中都给予 充分的考虑而解决了。即使拽引钢丝绳完全断裂，载人或载货的 轿厢也不会一落到底，而是就地擎停在导轨上。 电梯的安全装置分为电气安全装置和机械安全装置。

19 5、机械安全安全装置 电梯中，限速器、安全钳装置是一分重要的机械安全保护装置。
它的作用在于：因机械或电气的某种原因，例如断绳或失控使电梯超速下降时当下降速度达到一定限值时，将轿厢擎停在导轨上。不论是 限速器还是安全错都不能单独完成上述任务。上述任务的完成是靠它们的配合动作来完成的。

20 电梯的主要机械部件 电梯的基本结构剖视图 1-减速箱；2-曳引轮；3-曳引机底座；
　4-导向轮； 5-限速器；　　　　　6-机座； 7-导轨支架；　　　　8-曳引钢丝绳； 9-开关碰铁；　　　　10-紧急终端开关； 11-导靴；　　　　　 12-轿架； 13-轿门；　　　　　 14-安全钳； 15-导轨； 　　　　　16-绳头组合； 17-对重，　　　　　 18-补偿链； 19-补偿链导轮； 　　20-张紧装置； 21-缓冲器；　 　　　22-底坑； 23-层门；　　　　　24-呼梯盒； 25-层楼指示灯； 　　26-随行电缆； 27-轿壁；　　　　　28-轿内操纵箱； 29-开门机； 　　　　30-井道传感器； 31-电源开关；32-控制柜； 33-曳引电机；　　　34-制动器 电梯的基本结构剖视图 电梯的主要机械部件

21 第四章 电梯的电力驱动 电梯电力驱动系统的定义及构成 电梯的电力驱动系统分为两大类：交流驱动系统和直流驱动
第四章 电梯的电力驱动 电梯电力驱动系统的定义及构成 电梯的电力驱动系统分为两大类：交流驱动系统和直流驱动 系统，由以下几部分组成。（请看下图）

22 1、电梯电力驱动系统构成 电源 传动机构2 电梯轿厢1 自动系统4 电动机3 电梯驱动系统构成图

23 2、电梯电力驱动系统的要求 电梯的电力系统要求是 “快 稳 准”

24 3、交流感应电动机的转速调节及其评价 以三相交流感应电动机为驱动的交流电梯中，在现有的条件下， 交流电梯的运行速度一般均在1M/S用以下。而lM／S＜V＜2．0M／S则属 交流调速（或称快速）电梯的范畴 。

25 1）改变三相交流感应电动机定子电压转速调节特性
这种调速方法的拽引电机工作在非正常状态下，如果长期处于低于额定电压下的运行，虽达到调速的墓顶，但其能耗、特性硬度、最大转矩等特性均低于额定电压时的情况，因此这种调速方法是不经济的，且性能也不理想，故这种调速方法今仅用于起动和制动的短暂时间内，以限制起动电流和改善电梯的舒适感。

26 2、改变三相交流感应电动机定于绕组的极对数时的转速
由公式n0＝60f/p中可知，当电动机的极对数P改变时交流感应电动机的同步转速n0也将改变。所以，交流电梯中也常用改变电动机及对数P的方法获得电梯所需的转速调节特性。 这种具有二种以上及对数的电动机，我们通常称之为双速、三速电动机。这种电动机的定于绕组有两种结构形式：A．各独立统组的多速电动机（例如JTD系列电动机）；B．按特殊接线方法而改变极对数的单绕组多速电动机（例如YTD系列电动机） 。

27 2、改变三相交流感应电动机定于绕组的极对数时的转速
1．只能是有极的调节交流感应电动机的转速而不是无极的，因此在转速的调节过程中，即从一个极对数相对应的速度调节至另一极对数相对应的转述过程中，必定要采取有效措施防止电梯系统给乘客带来不舒服感觉和对机械传动系统产生冲击，这样为了转速的调节需添置众多的附加设备（例如接触器、电阻或电抗器等）。

28 2、改变三相交流感应电动机定于绕组的极对数时的转速
2．假若在改变电动机极对数P的调节过程中，如保持其他参数基本不变，则从前面的式于和图中可以看出，对同一电动机的不同极对数P时的机械特性曲线基本上是平行的。这是我们十分希望的调速特性。也就是希望其调速后新的机械特性硬度p保持不变，这样才能保证交流双速电梯在不同负荷时其停层准源互保持不变。

29 2、改变三相交流感应电动机定于绕组的极对数时的转速
3．由于在同一定于内需要布置两套三相统组（或改变单相统组的不同接线方法），则其不同极对数时相应的磁通量和功率是不一样的，因而极对数P越大，其最大转矩 Mk也将有稍许变化。

30 3外力口涡流制动器等的转速调节特性 在交流电梯中除了三相交流感应电动机的本身进行速度调节外，还可以利用外加器件调节交流感应电动机的最后输出速度。这种情况常见的有：在电机内的一个独立统组中加一个可控制的直流电流或在交流感应电动机的轴端加一个可控制的涡流制动器。但比较理想且控制方便的是涡流制动器的速度调节方法。 虽然这种调速方法的机械特性曲线较为理想，但其能量消耗是大的，而且把电动机的原有动能全部消耗在涡流制动器的发热上了。

31 第五章 电梯的主驱动控制系统 1、交流调速电梯的运行工艺过程
第五章 电梯的主驱动控制系统 1、交流调速电梯的运行工艺过程 首先接通电梯的总电源及控制电源、照明电源；把电梯的层门和轿厢门打开；司机进入电梯轿厢内，合上轿厢内操作箱上应该合上的各种开关，并点亮轿厢内的照明灯；司机根据轿厢内乘客欲往的楼层或轿厢内无乘客时根据某个楼层的厅外召唤信号，司机锨按操作箱上相应的一个楼层或几个楼层数的指令按钮；自动定出电梯的运行方向；司机锨按起动开车按钮；自动关门；自动起动；分级加速至稳速运行；在接近目的楼层时，井道内该层永磁开关自动发出减速信号； 自动分级减速制动；自动平层停车；自动开门，让乘客出入电梯轿厢； 司机再次掀按起动开车按钮，电梯内可以有专职司机操作，也可以有进入轿厢内的乘客自己操作，也可以有某个或几个楼层的厅外召唤信号而把电梯召唤来，而且在运行应答完最后一个（即最远一个）召唤信号后，电梯即可自动换向。但是楼层厅外召唤信号的作用只有在电梯门关闭后方可起作用，此即所谓电梯轿厢内的指令信号“优先”于 厅外召唤信号。

32 2交流双速电梯的土驱动系统 1主驱动系统的结构原理： 此交流双速电梯的主驱动系统结构原理：
三相交流异步电动机定于内具有两个不同极对数的绕组。国内一般为 6极（同步转速为 1000r／min）和 24极（同步转速为 250r／min）两个统组。这两个统组可以是各自独立的双绕组（例如JTD系列电 动机），也可以是单绕组双速（通过工艺接线法使一个统组获得两种极对数，例如YTD系列电动机） 这种主驱动系统的工作过程如下：快速绕组（6极）作为起 动和稳速（即额定速度）运行之用；而慢速绕组（24极）作为制动，减速平层停车之用。起动按时间原则，串电阻，电抗一极加速；而减速制动也按时间原则进行两极在发电制动减速，以慢速绕组进行低速稳定运行，直到平层车。

33 2交流双速电梯的主要性能与特点： 1．这种电梯的交流电动机具有两种速度，这样就使起动与稳定运行时具有较高的速度，从而可以大大提高电梯的输送能力。同时它又具有准确停层所需的较低速度，也保证了 电梯的停层准确度（对额定速度为1．OM／S时，一般停层准确 为3 OMM）。所以电梯的运行效率较单速电梯的大大提高。 2．主驱动系统虽然比单速电梯的复杂，但相对其他电梯来说还是比较简单的。系统虽然有级调速，但可以分别对高低速进行控制和调节。因此电梯的运行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动系统在一般低速电梯中得到广泛的应用。 3．这种电梯主驱动系统的制动和减速过程是采用低速绕组的再生发电制动原理，即在减速开始的瞬间，快速绕组虽然从电网撤出，并立即把低速绕组接入电网而电动机的实际转速因电梯机械传动系统的惯性，仍维持在原快速状态时的转速。因此，对低速绕组来说此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速，从：而在低速绕组中产生再生发电制动减速过程。对低速饶组来说，电动机处于发电机的工作状态，即把快速运行时所具有的功能反馈到电网中去。这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对较少。

34 第六章 PLC在电梯控制中的应用 PLC控制技术在现今工业控制中的应用得到长足的发展，在电梯行业中，也得到广泛的应用，一般用于完成逻辑控制，拖动调速系统一般使用变极调速、调频调压调速等方式。

35 层楼信号的取得 平层信号 拖动系统 平层 减速 减速点信号 启动 安全保护系统 定向、选层 层楼信号 门锁保护 楼层指示 轿内指令 厅外召唤
电梯控制原理框图

36 电梯的启动所需条件 安全保护系统正常 门锁锁闭 定向部分选择好电梯的运行方向

37 电梯停车所需的条件 选层部分选择好停车楼层 电梯必须到达要停车楼层的减速点 电梯到达目标楼层的平层位置

38 五层五站电梯的 PLC外部接线图

39 1对楼层信号的处理 PLC在电梯楼层信号的取得，常用的方法是在轿顶安装两个感应器，在井道内每层上、下减速点位置安装隔磁板，在取得减速点信号的同时，也取的楼层信号。实现思想是利用PLC算数运算和比较功能。用PLC的一个存储单元存储楼层信号，当电梯上升一层存储单元自动加一，电梯下降一层存储单元自动减一，然后分别与1、2、3、4、5比较，如等于几就表示电梯在几层，以此方法获得楼层信号驱动PLC内部楼层继电器，并转化为BCD码，在输出给 数码显示管。

40 当0102有输入时，电梯在底层端站，当0101有输入时电梯顶层端站，通过MOVE传送指令将立即数0001或0005送入HRO表示电梯按1或5楼。0504为电梯的上行状态，0505为下行状态，使用功能指令 ADD或SUB使电梯上行（下行）一层时，将HRO内的数加（减）1,然后通过CMP将HRO内的数分别与1—5比较，HRO内的数等于几，就输出到与其对应的内部继电器 ,并将其转换称BCD码的形式驱动输出到 用于实施楼层。

41 2、对楼层信号的处理 轿内指令和厅外召唤的记忆和消除功能可以用keep指令 ，将轿内指令和厅外召唤的启动保持信号介于S端,消除信号
接R端。当按下一个指令按钮或召唤按钮，且电梯不在本楼层 时，对应的PLC内部继电器应保持该信号而且托过PLC的输出 点亮相应的按钮指示灯，当电梯正常到达该楼层时，如果满足停车条件，电梯就在该层停车，并消除对应的指令或召唤信号。 轿内指令的记忆条件:安下轿内指令,且电梯不在本楼层. 厅外召唤的记忆条件:安下厅外召唤指令,且电梯不在本楼层.

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43 3、对选向功能的处理

44 3、对选向功能的处理 有了电梯的实际位置信号及对电梯发出的指令和召唤， 就可以的对替的运行方向进行控制。
控制原则：有效的选向信号与电梯的实际位置比较， 有效的选向信号在电梯所所在楼层之上，则选择上方运行，反之则选择下方向运行。 实际决定电梯芸的方向有3种： 1 自动选向 2 强迫选向 3 检修选向

45 3、对选向功能的处理 图中内部继电器1700为厅外召唤信号选向的条件。
上方向选向的条件为：某一层出现选向信号时，电梯所处的位置不在该楼层之上（包括该楼层），内部继电器0502为上方向继电器。 下方向选向的条件为：某一层出现选向信号时，电梯所处的位置不在该楼层之下（包括该楼层），内部继电器0503为上方向继电器。 1505、1506用以司机强迫选择电梯运行方向。

46 4、选层功能的实现 当电梯上行进入某楼层时，电梯轿上安装的上行换速感应器首先通过井道内 该层上行减速点位置
安装的隔磁板，这表明电梯上行进入该层。若电梯在该层 ，该点就是电梯开始减速大位置.该层是否剔停车,就看有没有符合停车条件的轿内指令和厅外召唤

47 选层的条件如下: 1自动选层 2端站站强迫减速停车 3运行时失去方向 当电梯在某楼层接到指令或 召唤,且满足召唤响应大条件,
电梯到达该楼层减速点时电梯做 减速停车动作(0501)

48 5、运行部分的控制 电梯运行控制包括以下几方面: 1 启动:电梯启动运行的条件:安全条件 关门条件 方向条件.
2 减速:电梯减速大条件:停车楼层大选定 减速点信号 为平层停车做准备. 3平层停车:所谓平层位置,指电梯减速运行至停车楼层,轿门地坎与厅门地坎相平齐大状态,是电梯停车制动大准确位置,同时也是电梯挺身而出自动开门大驱动信号.

49 5、运行部分的控制 1300为关门启动继电器, 当选向系统选好方向后,安全条件哈门锁条件满足 时,快速运行输出(0506),
当选层系统选好停车楼层, 到达该层减速点位置时断开快速输出,输出满速运行(0507),减速过程中三次延时分别输出01,0802,0803执行三次减速到慢速爬行,当电梯平层时执行停车动作断开运行方向.

50 平层点信号为电梯 到达某楼层轿擦厢 门地坎和厅门地坎 的平齐位置,电梯处 于平层状态(1512), 电梯执行停车制动 和开门动作,一直保 持到门锁打开(0003) 为止.

51 6、开关门功能的处理 一般情况下,当轿厢到 达某一楼层停车后,轿 门的门刀插入厅门的 门锁中,在轿门的开关 的同时,带动该层的厅
门开关,否则,厅门不 能打开.电梯的开关门 是通过开门继电器和 关门继电器控制门电 机的正反转实现的. 开门方式包括:上班开门 按钮开门 停车自动开门 安全触板开门 本层开门 和超载开门. 关门方式包括:下班关门 按钮关门 停站延时自动关门和满载关门.