1、调研报告关于电梯控制系统的调研报告1.课题介绍1.1课题主要目标任务1.了解电梯控制系统的发展方向。2.完成电梯控制系统的设计，系统实现电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯指令的记录、电梯运行方向和停靠的层站的控制，自动运行和自动开关门等功能，设计出控制系统总电路图和软件程序，条件允许情况下在计算机上实现软件仿真。3. 通过设计，培养学生的自学能力，综合运用知识的能力及创新精神。通过对系统软硬件的设计与实现，提高独立分析问题和解决问题的能力，并使学生掌握电梯的基本工作原理和电梯控制系统的设计方法。1.2系统设计的技术要求1.系统由PLC来实现电梯信号控制，变频器实现变频调速，完成变频器和可编程控
2、制器(PLC)的选择。2.系统硬件开发，完成变频器的参数设置及PLC的选型、I/O点数分配以及旋转编码器与PLC的连接。3.在分析电梯系统的软件设计方法基础上，设计出软件流程图，提出模块化编程思想，给出系统的软件开发实例。1.3工作原理概述本电梯控制系统由控制部分、显示电路、调速部分和电源部分组成。其中控制部分主要以PLC为控制核心，再加以一些输入信号。PLC的主要作用是进行各种信号之间的逻辑关系。显示电路主要由LED灯和七段数码显示管组成。而调速部分主要由变频器、PG卡和旋转编码器组成。电源部分主要是由380的交流电变为PLC所需要的24V直流电。1.4电梯控制系统结构框图电梯控制系统分为调
3、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，这样大大提高了电梯的性能。可编程控制器(Programmable 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。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。去掉了选层器及大
4、部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。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。PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。更改控制方案时不需改动硬件接线。其结构方框图如图1所示。图1 PLC控制方式结构方框图2.课题文献综述1.电梯技术基础1）、作者：叶安丽2）、摘要：本书主要介绍了电梯的结构及相关的基础知识，内容涉及到电梯的发展、种类与用途、基本控制系统构成、工作原理、安全装置以及电梯的选用和安装调试的基本方法。电梯的发展由鼓轮式到曳引式再到交流变频变压调速电梯。电梯的分类按电梯的运行速度可分为额定速度在1m
5、/s以下的低速电梯、额定速度在12m/s之间的快速电梯、额定速度在23m/s之间的高速电梯和额定速度在310m/s的超高速电梯等分类，在此不一一列举了。3）、主要工作原理：电梯的基本结构包括机房部分、井道部分、层站部分、轿厢部分这几部分组成。各部分的具体组成在此也不详细说明。电梯的控制系统包括电力拖动系统和电气控制系统。电梯的电力拖动系统为电梯的运行提供动力，并对电梯的启动加速、稳定运行、制动加速等起控制作用。其组成包括曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等。曳引电动机是电机的动力源，供电系统为电梯的电机提供电源装置。速度反馈装置是为调速装置提供电梯的运行速度信号，一般采用与电机
6、相连的测速发电机或速度脉冲发生器。电动机调速装置是对曳引电动机实行调速控制的装置。电气控制系统的作用是通过各种控制电路完成电气动作功能，对电梯的运行实行操作和控制，保证电梯的安全运行。电气控制系统组成通常包括控制屏、操纵装置、位置显示装置、快速平层装置、选层器以及开关门电机和调速开关、电气安全保护装置等。控制屏是对电梯实行电气控制的集中组件，包括各类电气控制板、变频装置或元件。操纵装置是对电梯的运行实行操纵，它包括轿厢内的按钮操作盘以及厅站的召唤按钮盘等。位置显示装置是指轿厢内及厅站的指示灯，一般用灯光数字显示电梯所在的楼层号码，在厅站用灯光箭头显示电梯的运行方向。2、PLC技术在电梯运行中的
7、应用1）、作者：王秀英2）、摘要：采用德国西门子S7-200系列可编程控制器CPU226CN作为控制核心，扩充一个扩展模块EM223CN,以西门子MM440CN变频器作为电机拖动驱动，通过曳引机方式输出，实现了电梯的自动控制。电梯的主要功能有：响应内外呼梯信号、自动开关门、自动平层、自动显示轿厢位置(楼层)等。采用了全新的设计理念和思路，在技术上有重要突破,即将多个输入信号通过一个或门输入到PLC的输入端， 通过PLC的内部逻辑运算单元将信号从中再筛选出来， 节约了I/O口， 从而大大地降低了硬件的设计成本。电梯具有升降平稳、舒适，运行安全、可靠的特点。3）、主要工作原理：PLC控制单元为电梯
8、控制系统的核心部分，主要选用德国西门子S7-200系列可编程控制器CPU226CN（24输入/16输出），选用西门子MM440CN变频器作为电机拖动驱动。系统原理框图如图2所示。由PLC提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度曲线，调节运行方向和速度。通过PLC的合理编程，实现自动平层、自动开关门、自动掌握停战时间、内外呼信号的登记与消除、顺向截梯及自动换向等集选控制功能。图2 系统原理框图系统采用西门子PLC/CPU226CN并扩展一片EM223CN,西门子MM440变频器作为电机拖动驱动。基于电气集选控制原则，采用脉冲计数方法，用脉冲编码器取代井道中原有的位置检测装置，实
9、现移位控制；用软件代替部分硬件功能，既降低系统成本，又提高了系统的可靠性和安全性，实现电梯的全数字化控制。系统充分利用了PLC的硬件资源，设计方案新颖，系统具有实际应用意义，具有可开发性。3、FX2N系列PLC在电梯变频调速控制系统中的应用1）、作者：张萍2）、摘要：本文介绍了三菱公司FX2N系列PLC及安川公司VS-616G5变频器在电梯控制中的应用。详细介绍了控制系统结构、主要功能、性能特点及实现方案。通过对现有电梯控制系统的改进，提高了电梯的安全性、经济性和可靠性。3）、主要工作原理：本文设计的电梯控制系统主要由PLC、变频器及旋转编码器组成。可编程控制器（PLC）负责处理各种信号的逻辑
10、关系，从而向变频器发出起、停等信号。同时变频器也将工作状态信号送给PLC，形成双向联络关系，它是系统的核心。变频器实现电机的调速。本文所选用的安川VS-616G5通用变频器可以实现平稳操作和精准控制，使电动机达到理想输出。为满足电梯的要求，变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和PG卡，完成速度检测及反馈，形成闭环系统。旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进行测速。旋转编码器输出A、B两相脉冲，旋转编码器根据A、B脉冲的相序，可判断电动机的转动方向，并根据A、B脉冲的频率测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡，PG卡再将此反馈信号送给变频器内部，以便进行运算调节。所以旋转编码器和
11、PG卡实现了闭环运行。4、PLC控制交流变频调速电梯系统的研究1）、作者：高丽丽2）、摘要：随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。本文在已有的通用的变频器的基础上，采用了PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感。是电梯达到了较为理想的控制效果。3）、主要工作原理：本系统由轿
12、厢、开关门机构、曳引机构、控制系统等组成。其系统结构框图如图3所示。他们之间的关系如图所示，在此就不一一描述了。图3 系统结构框图5、电梯模型PLC控制设计1）、作者：连志勇2）、摘要：本文将可编程控制器（PLC）应用于五层电梯进行逻辑控制，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务，其许多功能是传统继电器控制系统无法实现的。该电梯控制系统具有司机运行和无司机运行即手动和自动的功能，并且具有指层厅召唤、选层、选向等功能。具有集选控制的特点。3）、主要工作原理：本文主要是对PLC这一控制
13、模块做主要分析。首先对PLC控制系统的设计做一些原则分析，并根据要求对PLC进行选型，确定I/O点数。最后对控制指令做一些了解，使能更好地了解后面的编程部分。6、基于PLC控制交流变频调速电梯系统的研究1）、作者：乔东凯2）、摘要：本文在采用PLC和变频器实现电梯常规控制的基础上，通过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计，利用安川VS-616G5型变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供技术支持。大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，是电梯达到了较为理想的控制和运行效果。并利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈，实现电梯的精准位移控制。通过PLC程序设计实现楼层设计、
14、换速信号、开门控制和平层信号的数字控制，取代井道位置检测装置，提高了系统的可靠性和平层精度。3）、主要工作原理：本文首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）、变频器作了比较全面的总结和介绍。接着阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统包括调速和信号控制两大部分，确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，变频器实现变频调速，完成了变频器和可编程控制器（PLC）的选择。然后是系统硬件开发，完成了变频器的参数设置及PLC的选型、I/O点数分配以及旋转编码器与PLC的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出软件流程图，提出了模块化编程思想。7、基于PLC的四层电梯控制系统设计1）
15、、作者：马兵2）、摘要：随着国名经济的飞速发展，现代化程度日益提高，高层建筑越来越多，电梯也随之增多，电梯产品在人们物资文化生活中的地位得到了提高，成为重要的运输设备之一。国内传统的电梯控制一是由继电器、接触器构成。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点，而且在层数增加时，配线变化给制造及安装带来诸多不便。若用PLC控制就解决了以上的不足。本设计就以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。先对四层电梯的硬件部分作分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。然后，画出它的控制面板图，再根据控制面板图估计一下I/O点数，这样可以确定所选机型，然后再设计软件，写出流程图，梯形图，写出语句。3
16、）、主要工作原理：电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿厢开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无极调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件（PLC）等组成。PLC集结号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。四层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作
17、状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。8、变频器应用技术及电动机调速1）、作者：黄立培2）、摘要：电动机是电力拖动系统中的原动机，它将电能转化为机械能，去拖动各种类型生产机械的工作机构运动，以实现各种生产工艺的要求。作为系统原动机的电动机则是实现这些要求的主体，因此提高电动机的调速技术对于整个电力拖动系统的性能具有十分重要的意义。从某种意义上说，如果能够有一个可以任意改变频率的电源的话，既可以改变该电源的频率来实现对异步电动机的调速控制。但由于在实际的调速控制过程中，还必须考虑到有效利用电动机磁场，抑制起动电流和得到理想的转矩特性等方面的问题。因此，一个普通的频率可调交流电源并不能满足对
18、异步电动机进行调速控制的需要。3）、主要工作原理：改变定子电源频率可以改变同步转速和异步电动机的转速。异步电动机定子绕组每相感应电势为 式中 :定子绕组等值匝数，k1；:定子绕组的实际匝数；:定子电源的频率；:气隙中的磁通量；:电机外加电压；:电机定子电流；：电机定子阻抗。如果略去定子阻抗电压降，则感应电动势近似等于定子外加电压，即如下所示 从上式可以看出，若定子端电压不变，则随着的升高，气隙磁通将减小。电机转矩为 式中 :转子电流； :转子电路功率因数； :转矩常数。从电机转矩公式可看出的减小势必会导致电机允许输出转矩下降，使电机的利用率降低，同时电机的最大转矩也将降低，严重时会导致电机堵转
19、。若维持定子端电压不变，而减小，则增加，将造成磁路过饱和，励磁电流曾加，铁心过热，这是不允许的。为此在调频的同时需改变定子电压，以维持气隙磁通不变。根据和的不同比例关系，将有不同的变频调速方式。由上述可知，变频调速技术对其有很大的帮助。既然这样，那变频器也理应得到较好的发展。9、电子技术基础（模拟部分）1)、作者：康华光2）、摘要：在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源的组成可以有电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。电源电压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通
20、过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动、负载和温度的变化而变化。因而，在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。10、基于PLC的电梯控制系统1）、作者：郑学伟2）、摘要：本文在介绍电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，重点分析了电梯系统设计中如何用PLC实现控制系统并编制控制程序，研究并提出了基于PLC和变频器的VVVF电梯控制系统的实现方案，针对这些问题对电梯系统进行新的设计，设计出了新的采用PLC进行逻辑控制，用变频器调速的电梯控制系统。3）、主要工作内容：本文主要以六层
21、电梯作为控制对象，以PLC作为控制工具对电梯控制系统进行设计。在设计过程中，对六层电梯的硬件部分作分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。然后，根据需要画出控制面板图，再根据控制面板图计算出I/O点数，确定所选PLC机型，选定变频器型号，画出连线图，然后在进行软件设计，写出控制系统的流程图，梯形图，写出语句口。3.方案论证与选取3.1方案论证实现电梯控制系统的方法有多种，可以用传统的继电器控制，可以用PLC系统来实现对其的控制，也可以用单片机来实现。当然每一种方案都有其各自的优点和缺点，本章详细列举这三种方案的优缺点并进行了对比，最后将选出最佳控制方案。方案一 ：继电器控制方式继电器控制方式
22、主要是指其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。系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。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。但其系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。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。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。系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大
23、。由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高：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。方案二：PLC控制方式PLC是一种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
24、。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，这样大大提高了电梯的性能。可编程控制器(Programmable 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。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
25、高。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。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。PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。更改控制方案时不需改动硬件接线。其结构方框图如图1所示。方案三：单片机控制方式单片机控制方式是以单片机AT89S51单片机作为核心，配以适当接口作为输入输出通道，采用精密红外发光二极管作为检测电路，对电梯的轿厢位置进行准确的定位校验，以保证能够精确的平层定位，采用独立式键盘电路作为外呼内选呼叫控制。利用交流接触器控制电动机正反转从而控制电梯的上升与下降，为了实现无触点控制
26、和实现光电隔离，采用固态继电器对交流电机进行控制。采用8位LED静态显示电路用来实现显示轿厢所在位置并以74LS164作为电路的驱动部分。但电梯达到要求的楼层时，电梯停止运行并进行服务。本系统由六个部分组成，其中以AT89S51单片机为核心, 配以适当接口作为输入输出通道，采用独立式键盘电路作为外呼内选呼叫控制，利用电机的正反转控制电梯的升降，LED静态显示电路来显示轿厢所在位置。其结构方框图如图3所示。图3 单片机控制方式结构方框图3.2方案选取由于第一种方案无法满足现代电梯的控制需求。故不选择此方案，而第二种、第三种方案虽然都能实现其功能，但由于第三种方案程序复杂、工作量较大。在此不选此方
27、案。由以上三种方案的比较可知，选第二种方案最为合适。4.参考文献1 钟肇新.可编程控制器原理及应用M.广州:华南理工大学出版社，20042 叶安丽.电梯技术基础M.北京:中国电力出版社，20043 李惠升主编.电梯控制技术M.北京:机械工业出版社，20034 刘佩尧主编.电梯原理与维修(第二版)M.北京:电子工业出版社，19995 黄立培.变频器应用技术及电动机调速M.北京:人民邮电出版社，19996 王玉申.通用变频器的选择与使用J.中华纸业.2001,15(6):26327 陈建洪.交流变频调速电梯PLC控制系统设计M.控制工程，20008 王兆安主编.电力电子技术M.北京：机械工业出版社
28、，20019 常斗南.可编程序控制器原理.应用.实验M.北京：机械工业出版社，200010 顾绳谷.电机及拖动基础（第四版）M.北京： 机械工业出版社，200411 李华.可编程控制器在电梯设计中的重要作用N.科技与经济报.2006.05.0312 黄金花.应用PLC进行电梯控制J.电子学报.2002，21（5）:12813513 程家盛，电梯实用技术教程M.北京：中国电力出版社，200614 叶安丽.电梯控制技术M.北京：机械工业出版社，200815 王秀英 PLC技术在电梯运行中的应用M.辽宁：辽宁工业大学学报，200816 李树雄.可编程序控制器原理及应用教程M.北京：北京航空航天大学，200317 陈红康.设备电器控制与PLC技术M.山东：山东大学出版社,200618 廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用M.重庆：重庆大学出版社.2001 19 郑萍.现代电气控制技术M.重庆：重庆大学出版社，2001
