PLC六层电梯

摘要

如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的工具，而采用 PLC与变频器组成的变频调速电梯具有很好的控制效果，在目前电梯的电气控制应用中具有领先地位。本文主要根据现有电梯功能情况，详细列出PLC的资源配置，分为速度控制系统与逻辑控制系统，共同完成6层电梯的PLC控制系统总体设计方案。

关键词： PLC控制；变频器；旋转编码器；电梯模型

Abstract

Now the elevator has become indispensable tool by which people go in and out the high-rise building，VVVF elevator composed by PLC and the transducer have good control effect, has leading status in the present elevator electrical control application. Based on the function of the existing elevator，This article lists resources of the PLC in detail, divided into the speed control system and the two logic control system，completes overall six-story elevator control system design of the PLC. Key words: PLC control；Transducer；Revolving encoder； Elevator model

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目 录

摘要 ················································································ I ABSTRACT ······································································· I 1 引言 ············································································· 1 1.1 电梯的发展 ·································································· 1 1.2 电梯的分类 ·································································· 2 1.2.1 按操纵控制方式分类 ···················································· 2 1.2.2 按驱动方式分类 ·························································· 2 1.2.3 电梯变频调速控制的特点 ·············································· 3 1.3 电梯组成 ····································································· 3 1.4 电梯的技术 ·································································· 4 2 PLC 简介 ······································································· 4 2.1 PLC的特点 ··································································· 5 2.2 PLC高速计数器 ····························································· 5 3 电梯的控制要求 ······························································ 5 3.1 电梯内部部件简介 ························································· 6 3.2 电梯的外部部件功能简介 ················································ 6 3.3 电梯的状态分析 ···························································· 6 4 电梯的工作原理 ······························································ 7 4.1 电梯控制系统 ······························································· 7 4.1.1 电梯控制系统的调速部分 ·············································· 8 4.1.2 电梯控制系统的逻辑控制部分 ········································ 8 4.2 电梯的工作流程 ···························································· 9 5 变频器概述 ···································································· 9 6 速度控制系统 ······························································· 10 6.1 系统选择与构成 ·························································· 10

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6.1.1 FR-S540E工作原理 ·················································· 10 6.1.2 PG卡说明 ·······························································11 6.1.3 旋转编码器说明 ·······················································11 6.2 变频器参数调整 ·························································· 12 7 逻辑控制系统 ······························································· 12 7.1 逻辑控制I/O定义与程序流程 ········································· 13 7.1.1 I/O定义 ································································· 13 7.1.2 部分信号介绍 ························································· 14 7.1.3 程序流程 ······························································· 16 7.2 梯形图程序设计 ·························································· 17 7.2.1 楼层信号编码显示 ····················································· 17 7.2.2 轿厢内外信号登记与消除 ············································ 17 7.2.3 定向环节 ································································· 18 7.2.4 开关门环节 ······························································ 19 7.2.5 变频器控制环节 ························································ 20 7.2.6 语音提示 ································································· 21 7.2.7 检修、急停和消防控制 ··············································· 22 7.3 程序调试 ··································································· 22 8 总 结 ········································································ 22 结 束 语 ········································································ 23 致 谢 ········································································ 23 参考文献 ········································································ 24 附录一 电气接线图 ························································· 25 附录二 梯形图 ······························································· 26

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1 引言

电梯是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工具，对改善劳动条件，减轻劳动强度起到很大的作用，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，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样，成为重要的运输设备之一。

随着科学技术的发展、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，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，变频调速是当前电梯拖动的主要发展方向。

电梯不仅是代步的工具，也是人类文明的标志，其技术的发展正体现了社会的进步与文明。电梯技术的发展水平体现了社会的科学文明。在电梯逻辑控制方面，由于可编程控制器(PLC)具有编程软件采用易学易懂的梯形图语言、控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠、易操作、维修方便等特点[1]。由于PLC的特点，使得PLC深受电梯技术人员的喜爱和关注，从20世纪70年代开始，PLC风靡我国电梯界，它不但用于电梯控制系统的设计，也大量用于电梯控制系统的改造，即使在微机控制电梯已成为主流的今天，PLC电梯控制系统仍能显现其特有的优势。

相信，随着电梯技术的开发研究，高效、高速、智能化控制的电梯一定会提供优质良好的服务。而PLC不仅可以满足电梯对高可靠性的实际需求，而且在控制水平和性能完全满足用户要求，将突破电梯领域应用到更为广泛的行业，未来前景将更为广阔。

1.1 电梯的发展

电梯作为升降设备,其起源可以追溯到公元前1000多年前我国劳动人民发明的辘轳。1889年美国的奥的斯升降机公司推出了世界第一部直流电动机动力的升降机，诞生了名副其实的电梯。上世纪90年代，随着世界经济快速发展及经济全球化，发达的工业国家纷纷研制出高速及超高速电梯。我国的电梯发展技术也日新月异。电梯不仅是代步的工具，也是人类文明的标志，其技术的发展正体现了社会的进步与文明。

据统计，我国在用电梯34.6多万台，每年还以约5万～6万台的速度增长。电梯服务中国已有100 多年历史，而我国在用电梯数量的快速增长却发生在改革开放以后，目前我国电梯技术水平已与世界同步。

100多年来，中国电梯行业的发展经历了以下几个阶段 ：

① 对进口电梯的销售、安装、维保阶段(1900～1949年)，这一阶段我国电梯拥有量仅约1100多台；

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② 独立自主，艰苦研制、生产阶段（1950～1979年），这一阶段我国共生产、安装电梯约1万台；

③ 建立三资企业，行业快速发展阶段（自1980年至今），这一阶段我国共生产、安装电梯约40万台。

目前，我国已成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国[3]。

1.2 电梯的分类

电梯的分类有很多种，其中重要的分类有按驱动方式与操纵控制方式分类。 1.2.1 按操纵控制方式分类 （1）信号控制电梯

这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。 （2）集选控制电梯

这是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯。集选控制是将轿厢内指令与厅外召唤等各种信号集中进行综合分析处理的高度自动控制功能。它能对轿厢指令、厅外召唤登记，停站延时自动关门启动运行，同向逐一应答，自动平层、自动开门，顺向截梯，自动换向反向应答。 （3）并联控制电梯（以两台为例）

该系统是由两台集选控制电梯组成，共用同一基站的电梯．一般以大楼的底层作为基站．当一台电梯执行命令完毕后，自动返回基站。另一台电梯在完成其所有的任务后，就停留在最后停靠的楼层作为备行梯。备行梯是准备接受基站以上出现的任何命令而运行，这样基站梯可优先为大楼底层的乘客提供服务，而备行梯则主要应答其他楼层的召唤。

（4）梯群控制电样(群控电梯)

群控电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。电梯机群自动程序控制系统简称群控，是对于一组电梯进行自动控制和自动调度的电气控制系统，能提供各种工作程序，满足一个像办公大楼那样客流剧烈变化的典型客流状态[4]。 1.2.2 按驱动方式分类

交流电梯：用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交

流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。

直流电梯：用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。

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液压电梯：一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。

齿轮齿条电梯：将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转

使轿厢升降的电梯。

螺杆式电梯：将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于

油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。

1.2.3 电梯变频调速控制的特点

随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 变频调速电梯的特点:

(1) 变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小，结构简单，维护方便、可靠性高、价格低等优点。

(2) 变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM 技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，己逐渐取代直流电机调速。

(3) 变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显[5]。

1.3 电梯组成

电梯是把机电合成一体的大型复杂产品，为了研究的方便，必须首先对电梯的总体结构有概括认识。

电梯在空间上的组成：一部电梯总体的组成有机房、井道、轿厢和层站四个部分，也可看成一部电梯占有了四大空间――轿厢；井道；机房；层站。 电梯的具体组成如下：

(1)导向系统：限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作上、下运动。组成的主要构件与装置:轿厢的导轨、对重的导轨及其导轨架。

(2)曳引系统：输出与传送动力，驱动电梯运行。组成的主要构件与装置:曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮等。

(3)轿厢：用以运送乘客和(或)货物的组件，是电梯的工作部分。组成的主要构件与装置：轿厢架和轿厢体。

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(4)门系统：乘客或货物的进出口，运行时层、轿门必须封闭，到站时才能打开。组成的主要构件与装置:轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等。

(5)重力平衡系统：相对平衡轿厢重力以及补偿高层电梯中曳引绳长度的影响。 (6)电器控制系统：对电梯的运行进行操纵和控制[6]。

1.4 电梯的技术

目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统(“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[7]。

继电器控制系统由于触点多，故障率高、可靠性差、控制方式不灵活，维修工作量大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。

从PLC的特点及功能可知，在电梯控制中采用PLC，用软件实现了对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高；去掉了选层器和大部分继电器，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能进行故障自动检测与报警显示。抗干扰性强,提高运行安全性，并便于检修；更改控制方案时不需要改动硬件接线。由于PLC控制系统运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，能提高人们搭乘电梯时的舒适度，倍受人们重视，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 PLC 简介

可编程控制器，简称PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。1987 年国际电工委员会（IEC）颁布的PLC 标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计[8]。”它的主要功能有：①在线数据采集和输出；②控制功能，包括条件控制、顺序控制、逻辑控制、定时、计数等；③数据处理功能，既能进行基本数学、逻辑运算，还可通过编程实现复杂的控制算法；④输入/输出信号调制功能；⑤通信、联网功能，可进行远程控制、多台PLC 间联网通信、外部器件与PLC 的信号处理单元之间实现程序和数据交换等；⑥支持人机界面功能；⑦编程、调试等。

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2.1 PLC的特点

PLC 的特点是：①可靠性高，抗干扰能力强；②配套齐全，功能完善，适用性强；③操作简单，易学易用，深受工程技术人员欢迎；④系统的设计、建造工作量小，维护方便、易于改造；⑤体积小、质量轻、功耗低。

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2.2 PLC高速计数器

PLC的高数计数器有：一相高速计数器、两相双相计数器、A-B相型双计数输入高速计数器。由于本次设计只用到A-B相型双计数输入高速计数器，这里只做简单的介绍。 C251-C255为A-B相型双计数输入高速计数器，它们有两个计数输入端，某些计数器还有复位和起动输入端。A-B相输入不仅提供计数信号，根据它们的相对相位关系，还提供了计数方向。利用旋转轴上的安装的A-B相型编码器，在机械正转时自动进行加计数，反转时自动进行减计数。

高速计数器的工作模式：

1.用软件标志控制高速计数器的计数方向（加计数或减计数）的单相加/减计数器。 2.用PLC外部的方向信号控制计数方向的单相加/减计数器。 3.有加计数时钟脉冲和减计数时钟脉冲输入的双相计数器。

4.A/B相正交计数器的两路计数脉冲的相位互差90o，正转时A相时钟脉冲比B相时钟超前90o，反转时A相时钟脉冲比B相时钟脉冲滞后90o。利用此特点可以实现在正转时加计数，反转时减计数[10]。

3 电梯的控制要求

通过PLC逻辑控制与变频器共同配合来实现高可靠，高舒适性的主流电梯。 具体要求如下：

1．电梯位置的确定与显示；

2．电梯内选信号及外呼叫信号召唤； 3．电梯自动运行时的信号响应； 4．电梯的启动与运行方向的确定； 5．电梯平层及停车的控制； 6．电梯自动运行时的自动开关门； 7．电梯消防、急停控制；

8．电梯到站及运行方向的语音提示。

电梯系统的构成分为PLC编程器与外围的电梯位置信号、按钮呼叫信号、楼层位置

显示，语音提示信号等构成的逻辑控制系统，与变频器对电机转速及正反转的控制等构

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成的速度控制系统。总体框图如图3-1所示。

图3-1 电梯控制系统结构图

外呼梯信号 开关门信号 手动/自动信号 旋转编码器 减速、平层信号 语音提示 呼梯信号指示 内呼梯信号 输入接口 输出接口 运行方向指示 楼层指示 开关门控制 PLC 变频器控制 电机 3.1 电梯内部部件简介

在电梯内部，有6个楼层按钮、开门关门按钮以及楼层显器、上升下行显示器。当乘客进入电梯后,电梯内有能让乘客按下的代表其要去目的地的楼层按钮,称为内呼按钮。电梯停下时,具有开门、关门的功能,即电梯门可以自动打开，经过一定延时后,又可自动关门。而且在电梯内部也有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客在电梯停下时可随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还配有指示灯，用来显示电梯现在所处的状态，即电梯上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样就可以使电梯里的乘客清楚地知道自己所处的位置,离自己要到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。

3.2 电梯的外部部件功能简介

电梯的外部共有6层，每层都有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前一直保持为亮，它和上升指示灯、下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。6层楼电梯中，底层只有上呼叫按钮，第六层只有下呼叫按钮，其余4层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器，6层电梯均应该相同。外加语音提示模块。

3.3 电梯的状态分析

1）电梯的初始状态。为了方便分析，假使电梯位于1层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态： ① 各层呼叫灯均不亮；

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② 电梯内部及外部各楼层显示器显示均为“1”； ③ 电梯内部及外部各层电梯门均关。 2）电梯在运行过程中：

① 按下某层呼叫按钮后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫； ② 电梯上行或下行直至该层；

③ 各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变； ④ 运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开； ⑤ 在电梯运行过程中，支持其他呼叫。

3）电梯运行后状态：在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。 ① 电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，电梯支持轿厢内手动开门或关门；

② 各楼层显示值为该层所在位置，无内外按钮呼叫时上行与下行指示灯均灭。

4 电梯的工作原理

曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。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往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。

拖动 4.1 电梯控制系统

电梯控制系统主要由调速部分和逻辑控制部分构成。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要作用，由于变频调速是随半导体物理器件技术发展起来的一种新型的交流电机调速技术，与调压调速、电磁转差离合器调速、

图4-1 电梯控制系统原理框图

减速和平层信号 启动 指层 旋转编码器 楼层指示 位置信号 轿内指令,厅外指令 7

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串级调速相比，具有调速范围宽，机械性能好，而且可以在较宽的负载转矩变化范围内实现无级调速，节能降耗效果明显等优点，采用变频调速方式。目前，大多选用高性能的变频器，利用旋转编码器测量曳引电机转速，构成闭环矢量控制系统。通过对变频器参数的合理设置，不仅使电梯在运行超速和缺相等方面具备了保护功能，而且使电梯的起动、低速运行和停止更加平稳舒适。变频器自身的起动、停止和电机给定速度选择则都有逻辑控制部分完成，因此，逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键。电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，由如图4-1所示，用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能[11][12]。 4.1.1 电梯控制系统的调速部分

此调速部分由主控器对电机电流频率的该变来实现电机转动速度的控制，而现在国内多采用电梯专用变频电机和与之相配套的专用变频器。专用变频器是为了满足电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的。电机何时启动、调换速度以及电机的转向都是由PLC根据电梯呼梯、加减速等信号做出决策,发出信号给变频器。当变频器接收到PLC控制器发出的呼叫电梯的方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，PLC控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度，再去检测平层点。在电梯到距平层位置4～10cm时,有平层开关自动断开低速信号,系统按优化曲线实现高精度的平层,从而达到平层的准确可靠[11][12]。 4.1.2 电梯控制系统的逻辑控制部分

此逻辑部分主要由PLC来进行控制。PLC控制系统具有接线少、工作可靠、维护容易等特点。电梯是根据外部呼叫信号、行程信号以及自身控制规律运行的。由于呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。PLC接收来自操纵盘和每层电梯的呼叫信号、轿厢和厅门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算来实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，根据随机逻辑控制的要求，向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号，由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机转速。同时，当系统出现故障时，PLC向变频器发出信号。其中各个厅门和轿厢操纵盘上的信号通过厅门、轿厢控制器以串行通信方式送入PLC。采用合适型号的PLC就可以大大减少了井道电缆数，减少布线的工作量，使维护工作更加简单方便，同时也降低了电梯维护的费用[11] [12]。

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4.2 电梯的工作流程

根据电梯运行控制的要求得出电梯的工作流程示意图如图4-2所示。

变频器控制电机加速曲线，而后稳定运行 通过变频器控制电机正反转 经PLC确定电梯运行方向 通过变频器控制电机换速及减速曲线 按钮呼叫信号登记 开始 减速点，PLC命令变频器控制电机减速 变频器控制电机爬行后平层 电梯开关门控制 等待信号 图4-2 电梯工作流程图

5 变频器概述

变频器用于交流电动机调速的设备，在节能、减少维修、提高产量、保证质量等方

面都取得了明显的经济效益，而在电梯行业更是被广泛应用，成为现代电梯不可取代的一部分。异步电动机用变频器调速运转时的结构图如图5-1所示。通常由变频器主电路（IGBT、BJT、或GTO做逆变元件）给异步电动机提供调压调频电源。此电源输出的电压或电流及频率，由控制回路的控制指令进行控制。而控制指令则根据外部的运转指令进行运算获得。对于需要更精密速度或快速响应的场合，运算还应包括由变频器主电路和传动系统检测出来的信号和保护电路信号，即防止因变频器主电路的过电压、过电流引起的损坏外，还应保护异步电动机及传动系统等[13]。

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控制电路 电源 电机 主 电 路 控制指令 驱动电路 电压/电流 检测电路 速度检测电路 运算电路 保护电路 运算指令 控制电路A 控制电路B

图5-1变频器调速结构图 6 速度控制系统

速度控制系统是变频调速电梯最关键的部分，其中各部件的匹配性影响着系统性能。

6.1 系统选择与构成

变频器种类繁多，功能多样，所以需要为各系统选择最合适的变频器。本文应用于电梯控制，而选择了三菱公司生产的多功能全数字化低噪声通用变频器FR-S540E，并在该变频器中配有速度控制卡（PG卡）和旋转编码器。 6.1.1 FR-S540E工作原理

FR-S540E变频器是采用正弦波PWM控制方式，主回路采用交－直－交方式。可自

行设置速度曲线来实现平稳操作和精确控制，使乘客在乘坐电梯时更加舒适。为满足电梯安全性的要求，完成速度检测及反馈，形成闭环系统，可编程控制器（PLC）负责处理各种的逻辑关系，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，这是系统的核心。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AB脉冲的相序，可判断电动机的转动方向，并可根据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

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旋转编码器和PG卡实现了闭环运行。控制结构图如6-1所示

6.1.2 PG卡说明

PG速度控制卡（PG－B2），根据安装在电机同轴上的旋转编码器的A、B输出脉冲，进行速度反馈控制，补偿由滑差造成的速度波动。根据A、B二相输入脉冲，判断电机旋转的方向。当变频器控制方式设置成带PG的矢量控制时，使用此卡。此卡有3组端子，如表6-1所示：

表6-1 PG控制端子介绍表

PLC 变 频 器 图6-1控制结构图 旋转编码器 PG 卡 1. TA1此组为旋转编码器输入器 TA1-1端 TA1-2端 TA1-3端 TA1-4端 TA1-5端 TA1-6端 TA2-1端 TA2-2端 TA2-3端 TA2-4端 3. TA3接地端 +12V端，它为旋转编码器提供工作电源。 OV端，与旋转编码器的地相连。 +A端，它与旋转编码器的Ａ相输出相连。 -A端，它与OV相连。 +B端，它与旋转编码器的Ｂ相输出相连。 -B端，它与OV相连。 A相输出端 A相输出的地端 B相输出端 B相输出的地端 将旋转编码器输出电缆的屏蔽层与此端相连 2. TA2为脉冲输出端。它将输入给PG卡的脉冲，经分频电路，以OC输出形式输出。 注：TA1为变频器的速度控制卡PG卡的脉冲输入部分，接收来自旋转编码器的脉冲；

TA2为速度控制卡的脉冲输出部分，向PLC输出脉冲。 6.1.3 旋转编码器说明

本系统采用三菱电子公司生产的TRD-J-1024-RZ增量型旋转编码器。此旋转编码器为A、B、Z三相输出，只用到A、B两相就可以。A、B两项每转输出 1024 脉冲，相

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位相差90度，其输出形式为电压型输出。在这里需要说明的是，旋转编码器与同轴相连时（或与曳引机相连时）一定要保证其同心度，否则，将会影响系统的稳定性。

本文根据电梯平层精度要求选择PG。根据GB1058/T-1997电梯技术条件中的要求，运行速度为0.5m/s调速电梯的平层精度为±15mm以内。而平层精度与钢丝绳的松紧度，平层干簧管的位移，PLC的输入脉冲数有关。前二者为机械因素，而PLC的输入脉冲来自于脉冲监视输出。利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入PLC的高速计数输入端口，通过累计脉冲数与编码器的脉冲当量，由此确定电梯位置。电梯位移

h=SI 式中 I―累计脉冲数 S―脉冲当量； S = 3.14KD / (pr) 式中K―减速比；Ｄ―牵引轮直径；P—旋转编码器每转对应的脉冲数；r—PG卡分频比。

假如本系统采用的减速机，其减速比K = 1/30，曳引轮直径D = 605mm，电机额定转速ned = 1450r/min，旋转编码器每转对应的脉冲数p = 1024，PG卡分频比r = 1/16，代入式（1）得 S ≈ 1.0mm / 脉冲。

6.2 变频器参数调整

变频器的指令曲线是靠外部速度指令和变频器的参数配合来实现的，速度的控制指令由外部指令提供，曲线的形状和运行速度由变频器的参数来调整。

首先设定好变频器的快速频率、中速频率、慢速频率，还要设置电机加速、减速时间，变频器的上限频率、下限频率等参数设定，这些参数通过对电梯模型进行系统调试后得出最后比较合理的参数值。得到的电梯运行的速度曲如图6-2所示

反向 V 正向 稳速运行 平层停止 加速 加速 减速 启动 图6-2 速度曲线 稳速运行 减速 t 平层停止 7 逻辑控制系统

逻辑控制部分：该部分是以高可靠性的可编程控制器PLC为核心，实现电梯复杂的逻辑控制功能，主要包括：内外呼梯信号、内指令信号及其它应答信号的管理；层站的记忆和显示，手动/自动开、关门控制，自动定向、判停及电梯运行规律的控制和电梯

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检修功能的控制。上述功能是通过设计PLC软件程序来实现的。PLC控制器通过其输入信号端子输入电梯系统的各个呼梯信号、内指令信号和各个有关电梯运行状态的信号，经过软件的运算处理，通过输出信号端子输出相应的应答信号、层站指示信号、电梯报站语音信号等各种命令信号。根据本设计所需的输入输出点数可知,并根据电梯工作情况，所以选用三菱公司的FX2N-64MT型PLC。

7.1 逻辑控制I/O定义与程序流程

7.1.1 I/O定义

本次设计的六层电梯所涉及的所有I/O口端子定义表如表7-1所示：

表7-1 I/O端子定义表

PLC输入点 电梯实物内部接口(I/O) X00 X01 X02 X03 X04 X05 X06 X07 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 编码器高速计数输入A相 编码器高速计数输入B相 轿厢安全开关 五层外呼下按钮 四层外呼上按钮 四层外呼下按钮 三层外呼上按钮 三层外呼下按钮 二层外呼上按钮 二层外呼下按钮 一层外呼上按钮 一层外呼下按钮 底层外呼上按钮 下极限限位开关 上极限限位开关 检修开关 手动开门按钮 手动关门按钮 手动上行按钮 手动下行按钮 急停按钮 PLC输出点 Y00 Y01 Y02 Y03(向上) Y04(向下) Y05 Y06 Y07 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 电梯实物内部接口(I/O) RH接至变频器快速运行端 RM接至变频器中速运行端 RL接至变频器慢速运行端 STF接至变频器正转启动端 STR接至变频器反转启动端 关门驱动 开门驱动 五层外呼下指示 四层外呼上指示 四层外呼下指示 三层外呼上指示 三层外呼下指示 二层外呼上指示 二层外呼下指示 一层外呼上指示 一层外呼下指示 底层外呼上指示 显示驱动A 显示驱动B 显示驱动C 显示驱动D 13

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X25 X26 X27 X30 X31 X32 X33 X34 X35 X36 X37 消防按钮 关门限位开关 开门限位开关 底层内呼按钮 一层内呼按钮 二层内呼按钮 三层内呼按钮 四层内呼按钮 五层内呼按钮 轿厢开门按钮 轿厢关门按钮 Y25 Y26 Y27 Y30 Y31 Y32 Y33 Y34 Y35 Y36 Y37 电梯上行指示 电梯下行指示 底层内呼指示 一层内呼指示 二层内呼指示 三层内呼指示 四层内呼指示 五层内呼指示 电子报站 电子报告电梯上行 电子报告电梯下行 7.1.2 部分信号介绍 （1）楼层位置信号

本设计采用相对计数方式。运行前通过自学习方式，测出相应楼层高度脉冲数，对应6层电梯的数据存人不同的D寄存器中。楼层计数器C251为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1或减1计数。运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数范围进行比较，满足时发出楼层位置信号，上行加1,下行减1,为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层位置信号上升沿触发楼层计数器。梯形图如图7-1所示，其中M10～M15依次为楼层底层至五层的位置中间继电器。

图7-1 楼层位置信号 （2）减速点信号

当高速计数器值与变速点对应的脉冲数范围时，若电梯处于稳速运行且本层有选层信号，发出减速信号。底层有一个下行减速点，第1～4层有上行/下行两个减速点，第5层楼有一个上行减速点。梯形图如图7-2所示，其中M41～M45：依次为楼层一层至五层

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的上行减速点的中间继电器；M60～M64：依次为楼层底层至四层的下行减速点的中间继电器；Y25/Y26：上行/下行指示信号。 （3）平层信号 图7-2 减速点信号 当高速计数器C251数值在平层所对应脉冲数范围内时，发出平层信号。梯形图如图7-3所示，其中M50～M55：依次为底层至五层的平层点辅助继电器。

（4）消防/急停信号

当按下消防按钮时，电梯不管在那里都将以一层为目的层，而且内外呼叫均不响应； 当按下急停按钮时，电梯将急速停止且通过M8037强制停止功能使PLC停止运行。

图7-3 平层信号梯形图 15

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程序流程

本设计的程序流程图如图7-4所示： 程序开始 楼层信号编码输入/译码输出 电梯为何状态? 检修运行 自动运行 自动确定目标层消防? Y 为一层，其它呼叫不响应 N 厅外召唤信号登记与消除 轿内信号登记与消除 电梯定向? N Y 确定上/下行目标 指示变频器启动电机，加载加速曲线稳定运行 到减速点，指示变频器加载减速曲线，平层 开关门程序 图7-4 程序流程图 16

进入检修 手动确定电梯运行方向 电梯手动开关门 返回 7.1.3

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7.2 梯形图程序设计

在程序设计过程中应遵循轿厢内指令优先、顺向截车、就近停靠的原则。下面介绍重要部分梯形图程序设计。 7.2.1 楼层信号编码显示

对电梯的控制，其中很重要的就是能反映电梯实际所在的位置（楼层）。本系统由数字译码器直接对的PLC四个输出口Y21～Y24的信号进行译码后送给数码管显示。

连接如图7-5所示：

图7-5楼层显示连接图 Y21 Y22 Y23 Y24 码 器 译 Y24～Y21对应楼层的信号：底层为0110，一层为0001，二层为0010，三层为0011，四层为0100，五层为0101。梯形图如图7-6所示，其中M10～M15依次为楼层底层至五层的位置中间继电器。

7.2.2 轿厢内外信号登记与消除

层呼叫指示的作用是将轿厢内的指令和厅外召唤信号记忆并指示，当电梯响应后将

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图7-6 楼层显示梯形图 漳州师范学院 物理与电子信息工程系 毕业论文

自行解除。当电梯处于消防或检修状态时，电梯的内外呼叫均不响应。

以内呼叫信号为例的梯形图如图7-7所示：其中X30～X35：依次为底层至五层的内呼叫按钮；Y27、Y30～Y34：依次为底层至五层的内呼叫按钮指示灯；M1：消防中间辅助继电器；X17：检修/自动运行开关；Y6：开门驱动信号；M50～M55：依次为底层至五层的平层点辅助继电器。

图7-7 内呼信号锁存和消除

7.2.3 定向环节

在自动运行状态下，电梯首先应确定运行方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。电梯处于待命状态，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选与外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。检修状态下运行方向直接由上行和下行起动按钮确定，不需定向。梯形图中M100及M102分别为定上行及定下行辅助继电器，并引入M101、M104，使上行与下行继电器接通时间延长至上行及下行的全过程。

梯形图如图7-8所示，其中M100：上行方向中间辅助继电器；M102：下行方向辅助继电器；M101/M104：上行/下行辅助；M103/M106：上行/下行方向触发；M20～M25：依次为底层至五层的内外呼叫信号中间辅助继电器；M50～M55：依次为底层至五层的平层信号中间辅助继电器；X17：检修/自动运行开关；X15：下极限限位开关；X16：上极限限位开关； M1：消防中间辅助继电器；

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图7-8 定向梯形图

7.2.4 开关门环节

门电路是电梯控制系统中实现电梯门的开和关。电梯门有两种，一是轿厢的门，它是主动的，由专门的门电动机的拖动，实现门的开、关。另一种是厅门，即各层门厅的门。厅门是被动的，不能自行开、关，只能由轿厢门带动实现开、关。电梯若没有到该层，其厅门处于锁闭状态，不能打开，这是安全保障的需要。开关门由门电机驱动，通过开、关门继电器控制门电机的正反转实现。

梯形图如图7-9所示，其中M116：电梯到站自动开门中间辅助继电器；M117：电梯外呼叫开门中间辅助继电器；X36：轿厢内开门按钮；X37：轿厢内关门按钮；M113：

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检修开门中间辅助继电器；M112：检修关门中间辅助继电器；X26/X27：关门/开门限位开关；X2：红外人员检测开关；Y5/Y6：关门/开门驱动信号。电梯在自动运行时开门后，延时一定时间自动关门。

7.2.5 变频器控制环节

1.电梯检修运行。在检修运行时，只由变频器按PLC命令控制电梯运行。当PLC得到命令时，给变频器输入信号指令，变频器根据PLC给出的方向信号控制电梯按变频器的内部速度指令，使电梯上行或下行运行，是以手动来确定电梯上下运行的，以慢速运行。

2.电梯自动运行。在这种方式下，变频器的速度指令由速度调节模块控制。当PLC内部定向ON时，PLC控制方向信号输出，此时如果电梯门关好，同时给出与方向继电器方向相同的运行信号。这时当速度位置控制器收到了由PLC给出的起动信号后，速度调节单元根据负载信号由速度调节单元的速度指令口发出速度指令曲线，此时，变频器根据这个指令，控制电梯起动，直到稳速运行。当电梯需要在某层停车时，由PLC内部给出换速信号换速；当PLC收到了换速信号，速度调节按位置原则由速度指令口发减速曲线。减速后，电梯具有2～3秒爬行段时间，开始寻找平层信号。当电梯找到平层信号后，变频器给出零速信号通知PLC。PLC接到零速信号后，电梯立即停车下闸、开门。至此，电梯完成一次运行。

梯形图如图7-10所示，其中M103/M106：上行/下行定向触发辅助继电器；M6/M7：上行/下行减速触发信号中间辅助继电器；X17：检修运行开关；Y0/Y1/Y2：快速/中速/慢速变频器输入控制；M50～M55：依次为底层至五层的平层信号中间辅助继电器。

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图7-9 开关门梯形图 漳州师范学院 物理与电子信息工程系 毕业论文

图7-10 启动、稳速及停止梯形图

7.2.6 语音提示

当电梯到站时，PLC对语音电路发送一个到站信号；当电梯上行/下行启动时，PLC对语音电路发出上行/下行信号，通过语音电路报告电梯到站，电梯上行和电梯下行。

梯形图如图7-11所示，其中M30：电梯到站信号中间辅助继电器；M33：电梯上行报告中间辅助继电器；M34：电梯下行报告中间辅助继电器；M6/M7：电梯减速点信号； Y3/Y4：电梯上行/下行驱动信号；Y35：到站输出信号；Y36/Y37：电梯上行/下行报告输出信号；X26：关门限位开关；Y6：开门驱动信号。

图7-11 语音提示梯形图

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7.2.7 检修、急停和消防控制

检修操作是为了检查电梯工作是否正常或查找故障所在，及故障原因，以便维修工作。电梯在检修状态运行时，电梯的上行/下行分别由检修上行/下行按钮来定向，不需要电梯自动定向；电梯开关门也是由检修开关门按钮来控制，不会自动延时开关门。

梯形图如图7-9所示，其中X24：急停按钮；X25：消防按钮；X17：检修/自动运行开关；X20/X21：检修开关门按钮；X22/X23：检修上下行按钮；X16/X15：电梯上极限/下极限限位开关；M110/M111：电梯检修上下行中间辅助继电器；M112/M113：电梯检修开关门中间辅助继电器；M8037：PLC系统强制停止命令；M1：消防中间辅助继电器。

图7-9 检修，急停和消防梯形图 7.3 程序调试

将各个输入输出端子与电梯模型的输入输出端子对应相接，即完成硬件的安装。在实验连线时，I00～I37分别与X0～X37相对应，O00～O37与Y0～Y37相对应。

下载PLC程序时，先将PLC设定为Stop状态；下载完之后，把PLC拨到Run,开启调试可以将不同功能的程序逐一进行调试并解决出现的问题，待电梯的部分功能都软件监控，即可在线调试运行。

调试成功之后，将所有功能程序合成一个整体程序进行调试。

8 总 结

本次电梯PLC控制系统设计实现的功能：电梯内外呼叫信号的锁存，电梯自动/手动开关门，电梯位置显示，电梯检修运行，电梯自动定向及判停，电梯响应内外呼叫，电梯速度变换控制，电梯语音提示，电梯的消防和急停等功能。

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结 束 语

如今，电梯越来越走进大众生活，人们对它的设计及要求越来越高，在基本的载人垂直上下功能上，还要求有很高的可靠性与安全性，并要求更加人性化与功能强化。在社会不断发展的同时，电梯技术也需要不断的发展，才能满足人们的生活要求。通过此次设计，在不断的查找资料过程中，我对电梯的工作原理及结构有了更深层次的了解；在结合资料及个人所得想法，设计出了PLC控制电梯系统的整体设计方案。但所设计的系统方案还存在很多不足和缺陷，并与实际应用可能还有一定的差距，希望各专业人士可以提出宝贵的意见。而且通过此次毕业设计使我受益非浅，把我所学的知识和实际应用结合起来，而且通过设计把理论用于实践当中，通过自己动手操作，提高了我的动手能力，使我在实际运用中对PLC有了更深的认识。期间也阅读一些PLC的有关书籍，扩大知识面，使我对可编程控制器在工业控制领域的作用影响有了更深刻的体会了解。

致 谢

经过一个多月的努力，本次设计已将近尾声。

在此首先要感谢我的导师。老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，都给予了我悉心的指导。我所做的设计逻辑比较复杂烦琐，但是洪老师仍然细心地纠正其中的缺点。除了敬佩老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 此外，还要感谢大学四年来所有的老师，同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了他们的支持和鼓励，此次毕业设计才会得以顺利完成。

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附录一 电气接线图

A相 B相 红外检测 5楼下呼 4楼上呼 4楼下呼 3楼上呼 3楼下呼 2楼上呼 2楼下呼 1楼上呼 1楼下呼 底楼上呼 下极限限位 上极限限位 检修开关 手动开门 手动关门 手动上行 手动下行 急 停 消 防 关门限位 开门限位 X0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 RH RM RL STF STR KM1 KM2 关门

KM2 KM1 开门 5楼下呼指示 4楼上呼指示 4楼下呼指示 3楼上呼指示 3楼下呼指示 2楼上呼指示 2楼下呼指示 1楼上呼指示 1楼下呼指示 底楼上呼指示 显示驱动A 显示驱动B 显示驱动C

X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 X27 25 变A相脉冲

频器 B相脉冲

FX2N－64MT Y6 Y7 Y10 X11 Y12 Y13 X14 Y15 Y16 Y17 Y20 Y21 Y22 Y23 漳州师范学院 物理与电子信息工程系 毕业论文

附录二 梯形图

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