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1、1高层建筑电梯控制系统设计高层建筑电梯控制系统设计摘要：摘要：随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、PLC 控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而 PLC 控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优
2、点，已成为目前最多的控制方式。为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以PLC为核心控制器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器接触器控制。系统的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生产的FX2N-80MR型PLC，因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的经济效益和社会效益。关键词关键词：PLC；电梯；逻辑控制；程序设计 第一章第一章 前言前言随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。电
3、梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行及高效节能又安全可靠。可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算装置的电子装置。鉴于其种种有点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被 PLC 控制代替。但是，现在很多 PLC 控制电梯的程序设计思想还是源自于传统继电器的组合逻辑设计法，程序结构比较复杂，并且很难完成比较高级的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。本设计充分发挥 PLC 在数据运算和数据处理方面的优势，采用纯数字式控制方法，能够非常准确、高效地实现电梯上行、下行以及电梯门开关等
4、控制功能，并具有智能分析楼层信号能力以及良好的可扩展性。本系统采用的是“双排序表查询算法” 。所谓的“双排序表” ，即设定两个数据表，一个专门存储上行信号的升序排列的数2据表和一个专门存储下行信号的降序排列的数据表，电梯完全按照两个数据表中的数据运行。采用这种控制策略有如下优点：首先，由于电梯的停靠和启动方向是由表中的数据来指定，而非传统的组合逻辑控制方式。这样就有效地避免了由于逻辑错误而导致一系列如漏停、多停等电梯运行故障。增加了电梯的可靠性和运行稳定性，并减少了维护成本。其次，用数据表的方式存储呼叫信号，可以方便地通过各种优化算法对这些呼叫信号进行优化处理，使电梯的运行更加智能化，提高电梯
5、运送乘客的工作效率，同时也达到了节省能源的目的。最后，纯数字式的处理方法有效地避免了传统设计方法中的组合逻辑爆炸的风险，可以使系统高效地运行在高楼层电梯系统中，而不用担心负担过重而导致系统瘫痪甚至崩溃。这种控制算法具有非常优良的可扩展和可升级性。只要稍加修改，便可将其移植到其他的电梯控制系统中。本论文着重阐述了“双排序表查询算法”的工作原理，以及此算法用三菱 FX2n 系列 PLC 编程语言实现的方法。 1 电梯的概述随着人口的增加，科学技术日新月异地发展，人们物质文化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、住宅比比皆是。伴随建筑业的
6、发展，为建筑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，更是一种工作和生活中的必需设备，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和汽车一样，成为重要的运输设备之一。 1.11.1 电梯的发展简史电梯的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 年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。并随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又出现了液压泵和控制阀以
7、及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯。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。18 世纪末发3明了电机，并随着电机技术的发展，19 世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。在 20 世纪初，美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为后来的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础。20 世纪30 年代美国纽约市的 102 层摩天大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了 74 台速度为 6.0m/s 的电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在
8、日新月异地发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。随着电子工业的发展，可编程序控制器（PLC）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运行效果显著提高。 1.21.2 电梯的运行工作情况电梯的运行工作情况一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜箱、导轨等主要部件组成。电梯在做垂直运行的过程中，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。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。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设
9、置两个按钮。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，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮。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通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠
10、，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，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乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，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一4个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，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。 1.31.3 电梯控制系统的组成电梯控制系统的组成电梯
11、控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。1.1. 电梯的电力拖动部分电梯的电力拖动部分电梯主拖动类型有直流电动机拖动、交流电动机拖动、直流 GM（即发电机电动机组供电）拖动、晶闸管供电的直流拖动和交流双速电动机拖动、交流调压调速拖动、交流变频调速等。因直流电梯的拖动电动机有电刷和换相器，维护量较大，可靠性低，现已被交流调速电梯所取代。为了得到较好的舒适感，要求曳引电动机在选定的调速方式下，电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素，电动机转矩还应有一定的裕度。2.2. 电梯的电气控制部分电梯的电气控制部分电气控制系统由控制柜、操纵箱、层
12、楼指示、召唤箱及曳引电动机等几十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。电气控制系统通过电路控制电力拖动系统工作程序，完成各种电气动作功能，保证电梯安全运行。电梯一般是由电动机来拖动的，其运行过程大多包括启动、正（反）转、停止等，这整个过程是由电气控制系统来完成。具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。其操纵是实行各个控制环节的方式和手段。电气控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。随着科学技术的发展和技术引进工作的进一步开展，电气控制系统发展换代迅速。继电器控制系统的电梯故障率高，大大降低了电梯的运行可靠
13、性和安全性，所以基本上已经被淘汰。而 PLC 以其体积小、功能强、故障率低、寿命长、噪声低、维护保养简便、修改逻辑灵活、程序容易编制，易联成控制网络等诸多优点得到了广泛的应用。 第二章第二章 三菱三菱 FX2NFX2N 系列可编程序控制器介绍系列可编程序控制器介绍 2.12.1 可编程控制器的基础认识可编程控制器的基础认识1. 三菱 FX2N PLC 的主要特点：1)集成型高性能。CPU、电源、输入输出三为一体。 对 6 种基本单元，可以以最小 8 点为单5元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出 256 点。 2)高速运算 基本指令：0.08s指令 应用指令：1.52几百 s指令 3)安
14、心、宽裕的存储器规格 内置 8000 步 RAM 存贮器 安装存储盒后，最大可以扩展到 16000 步。 4)丰富的软元件范围 辅助继电器：3072 点，定时器：256 点，计数：235 点 数据寄存器；8000 点 5)除了具有输入输出 16256 点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。 2. PLC 的性能指标和分类1) PLC 的主要性能指标 (1)输入输出点数（IO 点数）IO 点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。 (2)存储容量存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进
15、制 16 位即一个字为一步。 (3)扫描速度一般以执行 1000 步指令所需时间来衡量，单位为 ms/k 步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用 s/步。 (4)功能扩展能力可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如 AD 模块、DA 模块、位置控制模块等。 (5)指令系统指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。2) PLC 的分类6通常，PLC 产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同, 可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型 PLC 三种类型。3. PLC 系统的组成PLC 是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。PLC 也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。1) PLC
