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1、-1-第第 1 章章 绪绪 论论1.1 论文的背景及意义随着科学技术的发展、城市现代化进程的突飞猛进，电梯作为一种高效、迅捷、安全、可靠的垂直运输设备，成为了人们不可缺少的运输工具。现代高层建筑中各办公大楼、住宅、宾馆、医院、工矿企业、仓库、码头、大型货轮等都离不开它。据统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为 80 亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540 亿人次之多。电梯服务中国已有 100 多年历史，特别在改革开放以后，我国电梯的使用数量快速增长。尤其是现阶段，随着经济日新月异的发展，人们生活水平不断提高，城市建筑不断增多，楼房也越来越高，与此相应，电梯也得到迅猛的发展。现在，电梯已完全融
2、入我们的生产、生活中，满足人们生活、工作及学习的需要。据统计，我国在用电梯已达 40 多万台，每年还以约5 万6 万台的速度增长12。电梯的作用越来越显著，电梯的需求越来越大。而目前我国使用的先进的电梯系统基本上都是国外设计制造，其核心技术并不公开。国内具有自主知识产权的控制方法和技术在实际中的应用还比较少，与国外先进技术相比还有较大的差距。尽快研究和掌握先进的控制技术，对国内电梯工业的发展会有很大的促进作用。早期的电梯自动控制系统中，信号的逻辑控制一般是由继电器接触器电路来实现。由于继电器、接触器都是有触点的电气元件，体积庞大，弧光放电较严重，使用寿命有限；在电梯这种较复杂控制系统中可靠性不
3、高，施工过程中接线复杂，当控制要求改变时必须改变硬件接线，使得通用性和灵活性不够，生产周期加长；另外，继电器、接触器触点数目有限，可扩展性较差；继电器接触器控制系统依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低且机械触点还会出现抖动问题；继电器控制逻辑一般不具备计数功能；同时随着楼宇层数的增加，继电器接触器控制系统过于庞大，给设计带来不便。基于以上多种原因，导致电梯控制系统的工艺性、运行的可靠性与安全性降低，故目前己被逐步淘汰。目前电梯的控制普遍采用两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能。微机控制是电梯控制技术的发展方向，目前
4、已有一些由微机控制的电梯新机型相继推出，使控制功能得到增强，性能得到改善。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在一定的不足之处，一方面微机控制抗干扰能力较差、-2-系统设计较复杂、一般维修人员难以掌握其维修技术，另一方面专门设计和制造微机控制装置，一次性成本较高。这些都限制了微机控制系统应用的普及。第二种控制方式用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制。目前，在国内，对于一个中、小型的电梯控制系统，大多采用 PLC 控制，主要原因在于当规模较小时，用 PLC 控制可以降低因专门设计和制造微机控制装置的成本，且 PLC 具有编程简单；控制运行可靠性高，抗干扰能力强；通用性
5、好、功能强大；开发周期短；体积小，使用方便，可扩展性强；成本低，维护方便以及强大的网络通讯功能等优点，因此成为现代楼宇中、小型电梯控制系统的主流。同时，由于历史原因，我国目前还存在着相当数量的由继电器接触器系统控制的老式电梯，这些电梯的 PLC 技术改造也是当前我国电梯控制的热点。因此，PLC 控制在我国电梯行业有着广泛运用。1.2 电梯控制系统发展现状近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯。继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可
6、靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)最早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操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式己逐渐被 PLC 控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC 控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。1.2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题电梯继电器控制系统的优点：（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。（2）系统的保养、维修及
7、故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。电梯继电器控制系统存在的问题：（1）系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，-3-因而故障率较高。（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。（5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费
8、用高;而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。1.2.2 PLC 在电梯控制中的应用特点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，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双速电机系
9、统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC 作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。PLC 是一种
10、专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于 PLC 具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自80 年代后期 PLC 引入我国电梯行业以来，由 PLC 组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC 系统一直是主流控制系统。电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用 PLC 来控制电梯的运行，这-4-样大大提高了电梯的性能。可编程控制器（Programmab
11、le Logic controller，简称 PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的三大支柱之一。PLC 控制电梯主要有以下几优点：（1）在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。（3）PLC 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。（4）PLC 可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。（5）用于群控调配
12、和管理，并提高电梯运行效率。（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。此外，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没被广泛采用。PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。1.3 论文的主要内容课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）来设计电梯自动控制系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高
13、国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。由于 PLC 作为新一代电梯控制工具具有以上优点，本次毕业设计就以四层电梯作为控制对象，以 PLC 作为工具对电梯控制系统进行了设计。设计过程主要包括以下几项：（1）分析电梯的主要结构和控制要求。（2）利用 PLC 技术实现四层电梯运行控制，包括：电梯的开关门控制、电梯的厅召唤控制、电梯的到站指示控制、电梯的自动平层控制、电梯的调速控制。本文采用德国西门子（Siemens）公司生产的 S7-200
14、 型 PLC 及其扩展模块，利用其丰富和功能强大的指令，设计出梯形图。-5-（3）利用 S7-200 的仿真软件对主要程序进行仿真。-6-第第 2 章章 电梯控制理论基础电梯控制理论基础2.1 电梯概述一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新包括手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等。多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间；不同外形的扇形
15、、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统、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，
16、倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。2.1.1 电梯的起源与发展电梯的雏形始于我国商周时期出现的提水用的辘轳，它是由木制的支架、卷筒、曲柄绳索构成的简易卷扬机，依靠人力或畜力驱动，提升水的速度很慢。1831 年英国人法拉弟发明电机以后，德国最早出现了用电力拖动的升降机电梯。电梯在美国发展很快，1889 年美国纽约的“戴维斯特”大厅安装了第一批直流电动机与蜗轮蜗杆电梯，提升速度达到了 0.5m/s。1900 年美国奥梯斯电梯公司制造出世界上第一台自动扶梯。1915 年已设计成功电梯自动平层控制系统。1933 年美国制造出 6m/s 的高速电梯。在第二次世界大战以后，美国的建筑业得以快速发展，促使电梯也进入发展-7-时期，新技术被广泛用于电梯。1949 年研制出 4-6 台电梯的群控系统。1955 年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯。1962 年在美国己出现了 8.5m/s 的超高速电梯。在 1967 年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流发电机一电动机
