第一章 电梯简介
1.1 电梯的基本组成
电梯的组成是一个十分复杂的整体。它组成部分主要有曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统等。
1.1.1曳引系统
曳引系统主要由曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮三大部分构成，它的主要功能是输出与传递电机的动力，使电梯能够运行。
1.1.2导向系统
导轨，导靴和导轨架构成的导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能够沿着导轨作上升和下降运动。
1.1.3轿厢
轿厢架和轿厢体组成的轿厢是运送乘客和输送物品的主要电梯组件，是电梯的工作部分。
1.1.4门系统
轿厢门、层门、开门机、门锁装置等组成的门系统的主要起封闭层站入口和轿厢入口的功能。
1.1.5重量平衡系统
由对重和重量补偿装置组成的重量平衡系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能够使轿厢与对重之间的重量差保持在限额之内，从而保证电梯的曳引系统传动正常。
1.1.6电力拖动系统
由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成的电力拖动系统的主要功能是提供运行的动力，实行电梯速度控制。
1.1.7电气控制系统
由操纵装置，位置显示装置，控制柜，平层装置，选层器等组成的电气控制系统的主要功能是对电梯的运行进行操纵和控制。
1.1.8安全保护系统
主要由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置等组成的安全保护系统的主要功能是保证电梯安全使用，杜绝一切可能发生的危及人身安全的事故。
1.2电梯的工作原理
曳引绳两端分别连着对重和轿厢，并且缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机先通过减速器变速后带动曳引轮转动，然后通过曳引绳与曳引轮之间摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的上升和下降运动，以达到运输的目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨进行往复升降的循环运动，防止轿厢在运行过程中偏斜或者摆动。常闭块式制动器的作用是在电动机工作时松闸，使电梯运转，在电动机失电的情况下制动，使轿厢逐渐停止运动，并能够在指定层站上保持静止不动，使桥箱内的人员和货物可以安全进出，轿厢是运载乘客或运送货物的箱体部件，对重主要起平衡轿厢载荷和减少电动机的功率的作用。
补偿装置用来抵消曳引绳运动中的张力和重量的变化，使曳引电动机负载能够保持稳定，轿厢能够准确停靠在指定楼层。电气系统用于实现对电梯运动的控制，同时还需要完成选层、平层、测速、照明的工作。指示呼叫系统可以实时显示轿厢的运动方向以及桥箱所在楼层位置。电梯能够安全的运行依赖于安全装置。
电梯在各个服务层站设有层门、轿厢运行方向指示灯、数学显示轿厢、运行位置指层器和上下行召唤电梯按钮。使用召唤按钮召唤电梯时，要上楼的按上行按钮，要下楼的则按下行按钮。
轿厢在到达时，层楼方向指示即显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。乘客判断欲前往的方向和确定电梯正常后进入轿厢，注意门扇的关闭，不要在层门口与轿厢门口对接处多做逗留。
轿厢内设有位置显示器、操作盘，操作盘上设有开关门按钮和层楼选层按钮。乘客进入轿厢后，需要按欲往层楼所对应的按钮。如果要轿厢门立即关闭，可手动按关门按钮使桥箱门立即关闭。轿厢层在抵达指定楼层时，位置指示灯显示抵达层楼并待轿厢停稳后，门自动开启方可安全出入。
1.3 PLC及在电梯控制中的应用特点
1.3.1 PLC的特点
PLC是一种普遍应用于工业自动化控制的专用计算机，本质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，是以通用或专用的CPU作为文字处理器，实现通道的运算和数据存储，同时还有位处理器，来进行点运算与控制。PLC控制的特点具有可靠性强、维修和编程简单、容易操作、灵活性高等。
1.可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性两个部分。
(1)PLC没有大量的可活动元件和需要接线电子元件，使得PLC接线简单，系统的维修也变得更加容易，维修所用时间有效缩短。
(2)PLC采用了一系列可靠性高的设计方法进行设计，主要有冗余设计、掉电保护、故障自行诊断、信息保护以及信息恢复等，使可靠性大大提高。
(3)PLC有较高的易操作性，它具有编程方便，操作简单，维修容易等特点，一般不会发生误操作的问题。
(4)PLC能够成为工业生产过程的主要控制装置是因为它比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。
(5)PLC在硬件方面采用了很多可以显著提高其可靠性的措施。比如采用可靠性高的元件:对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的漏电和断电保护;对存储器内程序的保护等。
(6)PLC在软件方面也采取了一系列可以显著提高系统可靠性的措施。
2.易操作性，PLC的易操作性主要表现在下面几个方面:
(1)操作方便：对PLC的操作包括程序的编写、程序的写入和程序的修改。
(2)编程方便：PLC能够使用多种程序设计语言进行编程。
(3)维修方便：PLC具有的自诊断功能大大的降低维修人员维修技能的要求。
3.灵活性，PLC的灵活性主要表现在下面几个方面:
(1)编程的灵活性。
(2)扩展的灵活性。
(3)操作的灵活性。
1.3.2 PLC控制电梯的优点
1.PLC应用于电梯控制中，用软件实现自动控制电梯的运行，提高了电梯运行的可靠性。
2.去除掉选层器和大部分继电器，简化了控制系统结构和外部线路。
3.PLC可以运行各种复杂的控制程序，便于增加或修改控制的功能。
4.PLC具有的故障自动检测与报警显示功能，既可以提高运行的安全性，又检修方便。
6.更改控制方案时不需改动硬件接线。
可编程序控制器(PLC)的选型
2.1 PLC的I/O点数估算
根据需要控制的对象对PLC控制系统的技术指标和要求，可以确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。在估算系统的I/O点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数，I/O信号类型(数字量/模拟量)，电流、电压等级，是否有其他特殊的控制要求等因素。以上估算的数据是一台PLC完成系统功能所必须满足的，但具体要确定I/0点数时则要按实际I/0点数，根据使用者的熟练程度再向上附加20%～15%的备用量。依据机型的选择，再对需要被控制对象进行I/0点数的估算，按照被控对象I/O信号的点数，使用者的熟练程度考虑留有15%～20%的备用量以调整和扩充。估算出被控对象的I/0点的数，即可根据此点数选择相当的PLC。I/0点数是衡量PLC规模大小的重要指标，选择相应规模的PLC应当留有余量。
2.2 内存估计
2.2.1内存利用率
用户编写的程序通过编程器编入主机内，然后以机器语言的形式存放于内存中。在不同厂家的产品中，即使程序相同，所需的内存量也不尽相同。内存利用率的定义是把一个程序段中接点数与存放该程序所代表的机器语言所需的内存字数的比值。较高的利用率可以给用户带来许多好处，同样的程序可以减少内存，从而降低用于内存的投资，同时也可以用缩短扫描周期，来提高系统的响应速度。
2.2.2开关量I/0点数
PLC开关量I/0总点数是计算所需内存容量的重要依据，一般系统中，开关量输入输出的比为6：4，然后根据I/0点数来估算所需内存量，经验公式为所需内存总数=开关量(输入+输出)总点数×10
2.2.3模拟量I/0总数
具有模拟量控制的系统就要用到数学传送和运算的功能指令，由于这些功能指令内存利用率较低，因此所占用内存数量要增大。在只有模拟量输入的系统中，一般需要对模拟量进行读入，数字滤波，传送和比较运算。在模拟量I/0都存在时，要进行相对复杂的运算，一般是采用闭环控制，内存需求比只有模拟量输入时的需求量大：在模拟处理中，经常把模拟量读入、滤波及输出编成子程序的形式使用，可以使所占内存大幅度减少，尤其是在模拟量路数比较多的情况下，每一段模拟量所需的内存会明显减少。
下面给出一般情况下的经验公式：
只存在模拟量输入时：内存系数=模拟量点数×100
模拟量I/O同时存在时：内存系数=模拟量点数×200
经验公式的算法是在模拟量点数在10点左右，当点数小于10点时，就适当增加，点数大于10点时，就适当减少。
2.2.4用户编写的程序质量
由用户编写的程序，程序长度和运行时间影响很大，不同的用户对同一系统编写程序可以使一个更大的长度和执行时间之间的区别。一般来说，对经验较少者应当多留一些内存余量，而经验较多者则可以少留一些内存余量。
综上所述，推荐经验公式：存储器总数=开关量I/0总点数×10+模拟量点数×150然后按计算结果的25%余量。
2.3 响应时间
由于可编程序控制器顺序扫描的工作方式，决定它无法有效的接收到持续时间小于扫描周期的输入信号，因此必须要认真考虑扫描周期和响应时间。例如：某个应用PLC产品检测系统，它的实际有效检测宽度是5cm，如果产品的传送速度是50m/min，为了保证不会漏检经过的产品，要求PLC的扫描周期要小于产品通过检测宽度的时间间隔60ms。
2.4 输入输出模块的选择
按钮、限位开关、行程开关等可以将现场的设备的电平信号转换为机器内部的电平信号。模块类型分为直流和交流两种。根据设备与模块之间的距离不同所选择电压的大小也不会同，一般情况下5V、12V、24V属低电平，传输的距离不应当过远，比如5V电压的输入模块距离最远不超过l0米，也就是说，距离远的设备需要选择高电压模拟才是相对可靠的。此外，高密度的输入模块例如32点、64点，同时接通点数取决于设备输入电压和设备所在的环境温度。一般来讲，同时接通的点数不应该超过百分之六十。
系统的稳定性，需要考虑门槛电平的大小。门槛电平值越大，它的抗干扰能力也就越强，传输距离也就相对越远。(门槛电平：接通电平与关断电平之差)
将机器内部的电平信号转换为外部的控制信号是输出模块的任务。输出模块的优点是适用电压范围大，传导损失的压降小，价格相对便宜，缺点是使用寿命短，响应速度较慢。输出模块的当前电流值不能小于额定的负载电流值。
2.5 机型的确定
2.5.1 FX2N-48MR-001技术指标
合计总数48点~24点输入，DC24V，24点继电器输出; 尺寸(mm)：182×87×90。
2.5.2 FX2N-64MR-001系列PLC的功能
1.集成型&高性能
CPU、电源、输入输出三位集于一体。对于6种基本单元，连接输入输出扩展设备的最小单位为8点，最大可以扩展输入输出256点。
2.高速运算
基本指令：0.08μs/指令，.应用指令：100μs/指令
安心、宽裕的存储器规格
内置8000步RAM存储器。安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。
丰富的软元件范围
辅助继电器：3072点;定时器：256点;计数器：235点 ;数据寄存器：8000点
根据PLC机型选择的基本原则，因此选择了三菱公司FX2N-64-MR系列的PLC。
第三章 硬件设计
3.1 电梯模型介绍
电梯模型装置由底座、立柱及面板、主电路板等构成。电源插座和保险管座安装在 底座背部。电源开关设置在底座上面。本装置电源为交流220V、50HZ。轿厢在模型的左侧安装有小功率电动机来控制它的升降，在装置的右上方是轿厢门模拟，可以用电动机来控制轿厢门的开门和关门。控制面板上的输入信号端子有内选按钮信号、外选按钮信号、平层、限位信号、公共端I等共计24个，控制时应当分别与PLC主机输入端连接，公共端I与主机输入COM点连接。面板上的输出信号端子有外呼指示灯、轿厢的上升下降的控制、内选信号指示灯、桥厢门控制，公共端Ⅱ等共计18个，控制时应分别与PLC主机输出端连接，公共端Ⅱ与主机输出COM点连接。使用时必须先将模型与PLC主机输入、输出所有端口全部连接好，检查确认无误后方可接通电源，模型必须是待机状态，然后启动PLC并且运行程序，按动模型选层的内呼或外呼按钮，如果PLC程序编写正确的话，电梯模型将按照所得的按钮信号指令可以正常运行。
3.1四层电梯主电路设计
在三菱PLC控制系统中，电梯的所有动力均由电动机提供。上下行电动机正转为电梯上行提供动力，上下行电动机反转为电梯下行提供动力。开关门电动机控制电梯门的开与关。整个系统共需两台电动机分别为M1，M2。主电路如图1所示。
图1
在实际运行中，过载、欠电压、断相等因素都可能造成电动机超负荷运行，即广义上的超载。电动机的短时超载是允许的，但如果长时间超载运行将会降低电动机的使用寿命或者毁坏电动机。因此需采取保护措施，目前最常用的保护装置是热继电器，FR1、FR2分别为 M1、M2提供过负载保护。在电梯工作过程中，可能出现短时间大电流的超载，热继电器无法起到有效的保护作用，可在电路中安装熔断器对其进行保护， FU1、FU2分别为 M1、M2提供短路保护。各个电动机均使用交流接触器控制，其中接触器 KM1、KM2控制电动机M1的正转和反转，即电梯的上行和下行，KM3、KM4控制电动机M2的电梯门的开关。主电路元器件具体选型见下表：
|
序号 |
符号 |
名称 |
型号 |
规格 |
数量 |
备注 |
|
1 |
QS |
电源开关 |
HZ10-60/3 |
60A |
1 |
|
|
2 |
FU |
熔断器 |
RL1-100 |
80A(芯) |
3 |
|
|
3 |
KM1~4 |
交流接触器 |
CJ10-40A |
线圈电压AC380V |
4 |
|
|
4 |
FR1~2 |
热继电器 |
JR16-60/3D |
发热元件32A |
2 |
整定值30.3A |
|
5 |
SB1~12 |
按钮 |
LA4/2H |
12 |
3.2 I/O地址分配表
|
序号 |
信号输入元件 |
对应定义号 |
序号 |
信号输出元件 |
对应定义号 |
|
0 |
1层内呼信号 |
X0 |
0 |
1层内呼指示 |
Y0 |
|
1 |
2层内呼信号 |
X1 |
1 |
2层内呼指示 |
Y1 |
|
2 |
3层内呼信号 |
X2 |
2 |
3层内呼指示 |
Y2 |
|
3 |
4层内呼信号 |
X3 |
3 |
4层内呼指示 |
Y3 |
|
4 |
1层外呼上行信号 |
X4 |
4 |
1层外呼上行指示 |
Y4 |
|
5 |
2层外呼下行信号 |
X5 |
5 |
2层外呼下行指示 |
Y5 |
|
6 |
2层外呼上行信号 |
X6 |
6 |
2层外呼上行指示 |
Y6 |
|
7 |
3层外呼下行信号 |
X7 |
7 |
3层外呼下行指示 |
Y7 |
|
8 |
3层外呼上行信号 |
X10 |
8 |
3层外呼上行指示 |
Y10 |
|
9 |
4层外呼下行信号 |
X11 |
9 |
4层外呼上行指示 |
Y11 |
|
10 |
开门信号 |
X12 |
10 |
电梯上行KM1 |
Y12 |
|
11 |
关门信号 |
X13 |
11 |
电梯下行KM2 |
Y13 |
|
12 |
1层平层限位开关 |
X14 |
12 |
门电机开KM3 |
Y14 |
|
13 |
2层平层限位开关 |
X15 |
13 |
门电机关KM4 |
Y15 |
|
14 |
3层平层限位开关 |
X16 |
14 |
电梯上行指示 |
Y16 |
|
15 |
4层平层限位开关 |
X17 |
15 |
电梯下行指示 |
Y17 |
|
16 |
开门限位信号 |
X20 |
16 |
楼层指示 |
Y20～Y26 |
|
17 |
关门限位信号 |
X21 |
17 |
||
|
18 |
上行极限位信号 |
X22 |
18 |
||
|
19 |
下行极限位信号 |
X23 |
19 |
3.3 PLC接线图
PLC接线图
软件设计
4.1程序流程图
若电梯停在一楼，则D0中的值为1。此时如果按下三楼向上按钮，则D9中赋值为3。然后就将D9中的值与D0中的值进行比较，显然D9大于D0，电梯执行上行命令。在上行过程中，如果按下二楼向上按钮，则电梯先停于二楼，再上行至三楼。如果在上行过程中按下二楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。如果按下四楼向下按钮，则电梯在上升至四楼的过程中完成电梯所在楼层到四楼的所有外呼向上信号。电梯到达四楼后，如果同时按下所有楼层上行按钮，则轿厢首先下行至一楼响应最远上行外呼信号，然后再分别上行至二楼、三楼，完成运送乘客或货物。
4.2 PLC梯形图
4.2.1 内呼信号输入及存储程序
4.2.2 外呼信号输入及存储程序
