高层电梯控制系统设计

目 录

摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract . ..................................................................................................................................... II

第1章 绪论 .............................................................................................................................. 1

1.1课题背景 .......................................................... 1

1.2 设计的目的和意义 .................................................. 1

1.3 电梯的组成 ........................................................ 2

1.4 设计内容 .......................................................... 3

1.5 电梯的功能要求 .................................................... 3

第2章 系统设计方案 .............................................................................................................. 4

2.1方案分析 .......................................................... 4

2.2 系统方案的确定 .................................................... 6

第3章 系统硬件设计 ............................................................................................................ 8

3.1 ＰＬＣ选型 ....................................................... 8

3.1.1 PLC的主要功能及应用 ......................................... 8

3.1.2可编程控制器机型的选择 ....................................... 8

3.2 变频器选择 ....................................................... 10

3.2.1 VS-616G5型变频器简介 ....................................... 11

3.2.2 VS-616G5变频器的参数 ....................................... 11

3.2.3 616G5型变频器的标准规格 .................................... 11

3.2.4 变频器容量计算 ............................................. 13

3.3 电梯运行主电路 ................................................... 14

3.4轿厢门开关电路 ................................... 错误！未定义书签。

3.5 显示电路 ......................................................... 14

3.5.1楼层显示电路 ................................................ 14

3.5.2 运行方向指示灯 ............................................. 16

3.5.3轿内指令记忆灯及厅外召唤记忆灯 .............................. 16

3.6 I/O点分配 ...................................................... 16

3.7 ＰＬＣ硬件Ｉ/Ｏ接线图 ............................................ 18

第4章 软件设计 .................................................................................................................... 19

4.1 软件设计流程 ..................................................... 19

4.2开关门控制 ....................................................... 20

4.2.1开门控制 .................................................... 20

4.2.2关门控制 .................................................... 21

4.3楼层显示控制 ..................................................... 22

4.4 运行反向控制 ..................................................... 23

4.5 呼叫指令登记控制 ................................................. 23

4.6电梯的停止控制 ................................................... 26

4.7 超重报警控制 ..................................................... 26

4.8 电梯运行控制 ..................................................... 27

第5章 系统调试仿真 ............................................................................................................ 29

5.1 GX-Developer软件简介 ............................................ 29

5.2 程序运行调试 ..................................................... 29

结 论 ........................................................................................................................................ 32

参考文献 .................................................................................................................................. 33

附录A 电路原理图 ................................................................................................................. 35

附录B 程序清单 ..................................................................................................................... 36

摘 要

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。为了提高电梯控制系统的可靠性和设备的工作效率，本文设计了一套基于PLC 变频调速电梯控制系统。该系统以日本三菱公司生产的FX2N-80MR 型PLC 为主控器，以VS-616G5变频器为调速装置，实现电梯满足平稳、精确运行的要求。该电梯具有PLC 输入输出模块、变频调速模块、楼层显示模块、轿厢门开关模块和电梯上下运行模块，软件部分采用三菱PLC 配套软件GX-Developer 编写梯形图。调试结果表明，该电梯控制系统能满足呼梯、轿厢门开关、上下可逆运行的要求。

关键词：电梯控制；FX2N-80MR PLC；梯形图；VS-616G5变频器

Abstract

With the development of modern cities, increasing high-rise buildings, elevators become an everyday essential means of transport. In order to improve the efficiency of the elevator control system reliability and equipment, the paper designed based on PLC Frequency Control elevator control system. The system produced by Mitsubishi FX2N-80MR-type PLC-based controller to VS-616G5 inverter to control devices, to achieve a smooth elevator meet, requires accurate operation. The elevator has a PLC input and output modules, inverter modules, floor display module, car doors and elevators running up and down the switching module module, part of Mitsubishi PLC software supporting software GX-Developer write ladder.Debugging results show that the elevator control system to meet the call, the car door switch, the requirements to run up and down reversible.

Keywords: Elevator Ctrol; FX2N-80MR PLC;Ladder Diagram; VS-616G5 Variable-frequency Drive

第1章 绪论

随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必要设备。经过人类一个多世纪的不懈努力，电梯已经从手柄开关操纵电梯，按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了巨大的贡献。

1.1课题背景

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，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，拖动控制则由变频器来完成；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。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC 可靠性高，程序设计方便灵活、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现[1]。

电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具[4]。为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人们提出了更高的要求。

1.2 设计的目的和意义

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，电梯已成为人类现代生活广泛使用的人员运输工具。随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的提高，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。可编程控制器（PLC ）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。电梯控制要求介入[4]

设备使用简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过PLC 对程序设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感。因此PLC 在电梯控制系统中的应用非常广泛，非常有实际价值[6]。

1.3 电梯的组成

（1）曳引系统：曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。

（2）导向系统：导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。

（3）轿厢：轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。

（4）门系统：门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。

（5）重量平衡系统：系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。

（6）电力拖动系电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。 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。

(7）电气控制系统：电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜) ，平层装置，选层器等组成。

（8）安全保护系统：保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。

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。

1.4 设计内容

电梯控制系统设计的主要任务是以PLC 、变频器为基础，结合电梯控制系统的内容和工作流程，通过硬件、软件的设计，使电梯安全、平稳、高效运行，基本实现8层电梯运作自动化。该系统要求在乘梯楼层电梯入口处，根据上行或下行的需要，按上方向或下方向箭头按钮，只要按钮上的灯亮，就说明呼叫已被记录，只要等待电梯到来即可。电梯到达开门后，先让轿厢内人员走出电梯，然后呼梯者再进入电梯轿厢。进入轿厢后，根据需要到达的楼层，按下轿厢内操纵盘上相应的数字按钮。同样，只要该按钮灯亮，则说明选层已被记录；此时不用进行其他任何操作，只要等电梯到达目的层停靠即可。电梯行驶到目的层后会自动开门，此时按顺序走出电梯即结束了一个乘梯过程。

电梯的功能要求：

（1）电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。

（2）利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯的到达信号。

（3）能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号和楼层显示信号。

（4）电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。

（5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿厢门关闭。

（6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按钮。

（7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。

（8）行车时，厅门和轿厢都不能开门。开门之后不能行车，有门连锁保护。

（9）平层时可自动开门、手动开门，夹人时自动开门。

第2章 系统设计方案

电梯控制系统主要由逻辑和调速两个部分组成，其中逻辑部分主要有控器来实现，调速部分由变频器来实现。，控制器通过编程人员写入复杂的逻辑控制程序，来处理接收得呼梯信号、平层信号、负载信号、检修信号和开关门信号，然后发出各种信号来控制电梯的正常运行。在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随即控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号与输出信号之间的关联性很强，逻辑关系处理起来非常复杂，这就给微处理器编程带来了很大的难度。

2.1方案分析

在电梯的控制系统中，逻辑判断起着主要作用，其控制系统必须启动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些目的，其方案有：

方案1：继电器控制系统

这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制方式[1]。其作用是:实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制；实现对拖动控制系统的保护，满足生产工艺的要求；实现生产过程自动化。

图2.1 基于继电器控制的电梯控制系统框图

在电梯的控制中，继电器控制系统有以下优点：

（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路简单，电路图较直观形象，易于

理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人掌握。

（2）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。

（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。

（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。

方案2：微机控制系统

随着计算机技术的发展，微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用。在电梯控制上采用微型计算机控制方式越来越受到人们的重视。微机的功能很多，在电梯的控制上主要作用是：取代全部或部分的继电器；取代传统选层方法，结合光电编码器实现了数字选层；实现复杂的调配管理。 微机控制系统用于电梯的控制中，有许多优点，如下所示：

（1）采用无触点逻辑线路，以提高系统的可靠性，降低维修费用，提高产品质量。

（2）可改变控制程序，灵活性大；可适应各种不同的要求，实现控制自动化。

（3）可实现故障显示及记录，使维修简便，减少故障时间，提高运行效率。

（4）微机控制装置体积小，可减少控制装置占地面积。

（5）用微机实现群控管理，合理调配电梯运行效率，节约能源。

方案3：可编程控制器系统

在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增加，PLC 则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。由于PLC 具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。现在PLC 作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。

图2.2 系统总体设计框图

2.2 系统方案的确定

方案1很多优点，但仍存在许多问题，主要有：

（1）系统触点繁多，接线复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，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）由于采用固定接线形式，通用性和灵活性较差，不易改变。

（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，费用高，而且检查故障困难。

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扰。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，所以出于安全和可靠性考虑，舍弃此方案。

方案2采用微机控制系统，电梯附加功能的实现，主要依靠软件来实现，而这需要对工作人员的专业要求很高，工作人员必须对程序的掌握很熟悉，局限性太大，因此也不行。

方案3由于plc 具有优良的技术性能，使其在电梯控制系统中有许多的优点：

（1）可靠性高，抗干扰能力强；

（2）编程方法简单、直观；

（3）体积小、耗能低、重量轻；

（4）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强； （5）控制程序可变，具有良好的柔性； （6）维修工作量小、维护方便； （7）接口模块功能强、品种多。

通过三个方案优缺点的比较可编程电梯控制系统无论是从可靠、安全、经济的角度，还是从适应性和维护方面，都具有其他两种方案无可比拟的优势。所以本设计采用基于plc 的电梯控制系统的设计。

第3章 系统硬件设计

电梯的电气控制系统决定了性能、自动化程度和运行的可靠性。本控制系统采用PLC 作为主控制器，将各层门外上下召唤信号、轿厢内选信号和其他专用信号加以综合分析判断，来控制电梯的运行。电梯除了具有自动平层和自动门功能外，还具有故障检测、轿厢命令登记、厅外召唤登记顺向截停和自动换向、超重报警等功能。

3.1 ＰＬＣ选型

3.1.1 PLC的主要功能及应用

(1) 开关逻辑和顺序控制这是PLC 应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。

(2) 模拟控制在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC 产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是在系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC 具有其他控制装置所无法比拟的优势。

(3) 定时控制PLC 具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时与计数器。其定时时间间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数器。

(4) 数据处理新型PLC 都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些PLC 还可以进行浮点运算、函数运算。

3.1.2可编程控制器机型的选择

为了完成设定的控制任务，主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定PLC 的机型。

所需输入/输出点数与内存容量估算如下: 1. 输入/输出点的估算

输入点有:门厅按钮14个，轿厢内按钮10个，楼层感应传感器8个，轿厢门限开

关2个，检修开关1个，过载测量传感器1个，障碍检测光电传感器1个共37个。 输出点有:轿厢内指示灯9个，门厅召唤按钮指示等10个，楼层显示用译码器连接七段码显示器引脚4个，开关门电动机驱动线圈2个，变频器控制引脚2个，电梯上下行指示灯2个, 总共35个。 2. 内存容量的估算

用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。因此，在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统

的复杂程度进行估算。本系统有开关量总点数有72个，模拟量数为0个。利用估算PLC 内存总容量的计算公式:

所需总内存字数=开关量总点数X (10-}-15)+模拟量总点数X(150-}-250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约2K 字节的内存容量。 3. 可编程控制器机型的选择

FX2, FX1, FX2C系列是三菱公司推出的高性能小型可编程控制器，，FXOS, FXON, FX2N 是微型可编程控制器。它们都体积都比较小，但功能强大，内置高速记数器，外观，高度，深度都差不多但性能价格有很大的差别[8]。如表3.1所示。

表3.1 FXOS, FXON. FX2N性能比较

FXOS的功能简单，价格便宜，可以用与小型开关量的控制系统，FXON 可用于控制要求较高的中小型控制系统，FX2N 的功能最强，可用与控制要求很高的控制系统。根据输入/输出点数与内存容量的要求，再留出一定的I/0节点与内存空间以供扩展时使用，以及指令的执行速度，因此选用三菱公司的FX2N 系列的FX2N80MR 。它的输入继电器48个，输出继电器48个，程序容量为8K 字节，完全满足要求。也给以后功能扩展留了足够的空间。FX2N80MR 引脚如图3.1所示。 三菱FX2N80MR 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：0.08μs ／指令 应用指令：1.52～几百μs ／指令 （3) 安全、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16～256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。

3.2 变频器选择

随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应

v d d x 000x 001x 002x 003x 004x 005x 006x 007x 010x 011x 012x 013x 014x 015x 016x 017x 020x 021x 022x 023x 024x 025x 026x 027x 030x 031x 032x 033x 034x 035x 036x 037x 040x 041x 042x 043x 044x 045x 046x 047x 050x 051F X 2N 80M R

y 000y 001y 002y 003y 004y 005y 006y 007co m1y 010y 011y 012y 013y 014y 015y 016y 017co m2y 020y 021y 022y 023y 024y 025y 026y 027co m3y 030y 031y 032y 033y 034y 035y 036y 037co m4y 050y 051y 052y 053co m5

图3.1 FX2N80MR引脚图

用到许多领域，变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用[7]。目前，有为电梯控制而设计的专用变频器，其功能较强，使用灵活，但其价格昂贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。

电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择的一项重要内容[9]。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感; 另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素，本设计选用三菱VS-616G5型全数字变频器，它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。

3.2.1 VS-616G5型变频器简介

VS-616G5型变频器是三菱电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。因而用在电梯控制上为了满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求，其参数设置比专用型变频器要复杂得多。这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。VS-616G5变频器的特点如下：

（1）. 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。 （2）. 有丰富的内藏与选择功能。

（3）. 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。 （4）. 保护功能完善、维修性能好。

（5）. 通过LCD 操作装置，可提高操作性能。

3.2.2 VS-616G5变频器的参数

616G5变频器共有9组参数，每一组参数的设定都具有特定的含义。 常用参数如下表。

表3.2 变频器参数

3.2.3 616G5型变频器的标准规格

616G5型变频器的标准规格如下表：

表3.3 616G5型变频器的标准规格

3.2.4 变频器容量计算

变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取。设电梯曳引机电机功率为P1电梯运行速度为v ，电梯自重为w1，电梯载重为W2，配重为W3，重力加速度为g ，变频器功率为P 。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P2:

P2=[(W1+W2-W3)g+F1]v

其中F1=K (W1+W2-W3) g+＆为摩擦力，＆可忽略不计。

电机功率P1，变频器功率P 应接近于电机功率P1，相对于P2留有较大裕量，可取P ≈l.5P2。

变频器制动电阻参数的计算

由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能。带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高。采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果。能耗制动电阻R1的大小应使制动电流I1的值不超过变频器额定电流的一半，即

I1=Uo /R1≤I/2

其中Uo 为额定情况下变频器的直流母线电压。由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。

表3.4 74LS49真值表

四个数据输入端A 到D 分别接到PLC 的输出端上，PLC 扫描得到楼层位置以后将信号经Y33到Y36送到74LS49，74L49将得到的数据译码后送数码管显示。因数码管中LED 的压降是1-1.5V ，电流是3-5mA ，估算可得74LS49与数码管之间的限流电阻R 为2000欧姆。控制端BI 接高电平，使得74LS49始终有效，能够实时的显示电梯所处的楼层。

图3.5单个显示电路

由显示电路图可以得出，电梯在一层时候，Y33输出高电平，Y33到Y36输出低

电平数码管就会显示1；以此类推，在二层时候，Y33-Y36=0010，LED 数码管显示2；在三层的时候，Y33-Y36=0011；LED 数码管显示3；在四层的时候，Y33-Y36=0100, LED 数码管显示4；在五层的时候，Y33-Y36 =0101, LED 数码管显示为5；在六层的时候，Y33-Y36 =0110, LED 数码管显示为6；在七层的时候，Y33-Y36 =0111, LED 数码管显示为7；在八层的时候，Y33-Y36 =1000, LED 数码管显示为8。

3.4.2 运行方向指示灯

在电梯确定了运行方向后，其相应的方向指示灯即被点亮，方向指示灯一般与楼层位置指示灯放在一起，其接线图如图3.6所示。这一指示灯是表明电梯在向上（或向下）运行。只有电梯在停止运行后，此指示灯熄灭。

3.4.3轿内指令记忆灯及厅外召唤记忆灯

这种信号灯安装于指令按钮内部和厅外召唤按钮内部，它是用来记录轿内内呼信号和厅外召唤信号用的。当某个按钮按下以后，相应的指示灯会保持亮着，直到到达目的地指示灯才会熄灭，其接线图已在图3.4中表示出来。

3.5 I/O点分配

由输入输出信号的分析及意义可得PLC 输入输出端子分配如下表所示：

表3.5 I/O点分配

高层电梯控制系统设计

电路总原理图见附录A.

第4章 软件设计

软件部分的设计是使用三菱公司专门为三菱plc 开发的GX-Developer （中文版）编程软件和组态软件MCGS [14]进行的程序编写和调试工作。

4.1 软件设计流程

电梯在接受指令后，总是由近至远的完成各个呼叫任务。 1. 电梯上行分析

（2）若呼叫层处于电梯当前运行层之上，目标运行层之下，则电梯应在完成前一指令前先上行至该层，完成该层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。 （1）若呼叫层处于电梯当前运行层之下，则电梯在完成前一指令前不影响该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。

2. 电梯下行分析

（1）若呼叫层处于当前运行层之下，目标运行层之上，则电梯应在完成前一指令前先下行至该层，完成呼叫指令后再由近至远的完成各个呼叫动作。

（2）若呼叫层处于当前运行层之上，则在完成前一指令前不影响该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。

程序的基本控制流程如下图所示。

图4.1 电梯运行控制流程图

4.2开关门控制

4.2.1开门控制

电梯停止运行后，按开门按钮SB23，X022接通，Y024得电，开门电磁铁吸合直至

门完全打开，完成手动开门控制；电梯停止运行时，某楼层行程开关触点闭合，若5秒后开门按钮仍不动作，则定时器T0线圈得电，使Y024得电，开门电磁铁吸合直至门完全打开，完成自动开门控制；且优先响应手动开门控制。M1为电梯运行检测，由于M1常闭触点的接入，开门动作必须是在电梯完全停止的状态下进行。

4.2.2关门控制

按关门按钮SB24，Y025得电，关门电磁铁吸合，门完全关闭时，关门到位行程开关闭合，X036常闭触点断开，Y025失电，完成手动关门控制；

开关门控制子程序梯形图4.2如下所示：

X022

Y0247

Y024

M1

Y025

X035

M1

X03022

Y024

X036

27

T1X035

Y025

34

图4.2 开关门控制

4.3楼层显示控制

控制过程说明如下： X024、X025、X026、 X027、X028、X029 X030、X031为个楼层行程开关，M1为运行检测，电梯运行时，M1得电。 当电梯到达一层且停止时，X024接通，Y030和Y031得电，接通七段数码管的B 和C ，显示一层，且电梯运行过程中，由于M1常闭触点的存在不显示楼层。 同理，当电梯到达二层且停止时，由七段数码管显示二层；当电梯到达八楼且停止时，由数码管显示八层。

楼层显示控制子程序梯形图如下：

X024

M1

4

X025M1

8

X026

M1

X027

12

M1

X028

16

M1

X029

20

M1

24

X030

M1

X031

28

M1

图4.3 楼层显示控制

4.4 运行反向控制

控制过程说明如下： 当Y000接通时，电动机正转接触器接通，电梯上升运行，辅助继电器M2线圈得电，常开触点闭合，Y026得电，上升运行方向指示灯HL23点亮；当Y001接通时，电动机反转接触器接通，电梯下降运行，辅助继电器M3线圈得电，相应的常开触点闭合，Y027得电，下降运行方向指示灯HL24点亮。

运行方向控制子程序梯形图如下所示：

Y000

04812

图4.4 运行反向控制

Y001

M2M3

4.5 呼叫指令登记控制

控制过程如下：

按一楼上升呼叫按钮SB1，X000接通，Y002得电并且自锁，一楼上升呼叫指示灯HL1点亮，直至电梯门完全打开才熄灭，X022为开门到位行程开关；

按二上升呼叫按钮SB2, ，X001接通，Y003得电并且自锁，二楼上升呼叫指示灯HL2点亮，直至电梯门完全打开才熄灭；

按二楼下降呼叫按钮SB3，X002接通，Y004得电并且自锁，二楼下降呼叫指示灯HL3点亮，直至电梯门完全打开才熄灭；

依次类推，按八楼下降呼叫按钮SB14，X013接通，Y015得电并且自锁，八楼下降呼叫指示灯HL14点亮，直至电梯门完全打开才熄灭。呼叫指令显示控制子程序梯形图如下：

X000

X024

X001

7

X025

X00212

X025

X003

17

X026

X00422

X026

X005

27

X027

图4.5 呼叫指令登记控制

X00632

X027

X00737

X028

X00842

X028

X00947

Y011

X029

X01052

X029

X01157

X030

X012

62

X030

X013

67

X031

图 4.6 呼叫指令登记控制

4.6电梯的停止控制

电梯停止工作时，使其回到原位—— 一楼。

按下总停按钮SB26，X037接通，Ｍ５线圈得电并且自锁。若电梯正在向上运行，M2接通，Y000得电自锁，上升至七楼或八楼时停止运行，此时M2常闭触点接通，Y001得电自锁，控制电梯下降运行，到一楼时停止运行；

若电梯正在往下运行中，M3接通，Y001得电且自锁，到达一楼时停止运行。 由于定时器T2的存在，各楼层间电梯运行10秒后仍在运行，则视为故障，此时会接通M5，使电梯回到一楼。

当按下检修开关SB25时，X032接通，M5得电，控制电梯回到一楼。 梯形图如下所示：

X037

M5M5

9

X024

14

图4.7 电梯的停止控制

X024X035

M2

X025X026X027X028X029X030X031

M3X025

X026

X027

X028

X029

X030

X031

4.7 超重报警控制

超重报警信号是由安装在轿厢内的压力传感器产生，当电梯内的载重超过规定的值时，KP 接通，X033接通，Y028得电，警铃报警。警铃报警子程序梯形图如下：

X033

图4.8警铃报警

4.8 电梯运行控制

电梯的运行有楼层层内指令和厅外呼叫指令，无论是楼层指令信号还是厅外呼叫信号，都必须在电梯关门到位、非超重状态下才有效，由辅助继电器M4控制，控制过程部分说明如下：

（1）楼层层内指令

电梯停在一楼时，一层到位行程开关闭合，X024接通。按下二层指令按钮，X015闭合，Y000线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯上行，上升至二楼时电梯停止运行，到达了目的地；若按下三层指令按钮，X016接通，Y000线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯上行，上升至三楼时电梯停止运行，到达了目的地；若按下四层指令按钮，X017接通，Y000线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯上行，上升至四楼时电梯停止运行，到达了目的地；若按下五层指令按钮，X018接通，Y000线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯上行，上升至五楼时电梯停止运行，到达了目的地；若按下六层指令按钮，X019接通，Y000线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯上行，上升至六楼时电梯停止运行，到达了目的地；若按下七层指令按钮，X020接通，Y000线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯上行，上升至七楼时电梯停止运行，到达了目的地；若按下八层指令按钮，X021接通，Y000线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯上行，上升至八楼时电梯停止运行，到达了目的地。

（2）厅外呼叫指令

Y002接通，一楼上升呼叫指示灯HL1点亮；Y003接通，二楼上升呼叫指示灯HL2点亮；Y004接通，二楼下降指示灯HL3点亮；Y005接通，三楼上升呼叫指示灯HL4点亮；Y006接通，三楼下降指示灯HL5点亮；Y007接通，四楼上升呼叫指示灯HL6点亮；Y008接通，四楼下降指示灯HL7点亮；Y009接通，五楼上升呼叫指示灯HL8点亮；Y010

接通，五楼下降指示灯HL9点亮；Y011接通，六楼上升呼叫指示灯HL10点亮；Y012接通，六楼下降指示灯HL11点亮；Y013接通，七楼上升呼叫指示灯HL12点亮；Y014接通，七楼下降指示灯HL13点亮；Y015接通，八楼下降指示灯HL14点亮。

电梯停于一楼时，一层到位行程开关闭合，X024接通。若有二楼上升呼叫信号，Y003接通，Y000线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯上行，上升至二楼时电梯停止运行，到达了目的地；若有三层上升呼叫信号，Y005接通，Y000线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯上行，上升至三楼时电梯停止运行，到达了目的地，依此类推。

完整程序见附录B 程序清单。

第5章 系统调试仿真

程序的调试及运行监控是程序开发的重要环节，很少有程序一经编制就是完善的，只有经过试运行甚至现场运行才能发现程序中不合理的地方并且进行修改。本次调试运用三菱plc 编程调试软件GX-Developer 。

5.1 GX-Developer软件简介

三菱GX Developer编程软件，是应用于三菱系列PLC 的中文编程软件，可在

windows9x 及以上操作系统运行。

GX Developer 的功能十分强大，集成了项目管理、程序键入、编译链接、模拟仿真和程序调试等功能[11]，其主要功能如下：

（1）在GX Developer 中，可通过线路符号、列表语言及SFC 符号来创建PLC 程序、建立注释数据及设置寄存器数据。

（2）创建PLC 程序及将其存储为文件，用打印机打印。

（3）改程序可在串行系统中与PLC 进行通信、文件传送、操作监控及各种测试功能。

（4）该程序可脱离PLC 进行仿真调试。

5.2 程序运行调试

打开GX Developer软件进入其界面后，创建新的工程，输入电梯程序梯形图后，写入PLC 中，进行调试仿真，同时选择监控/测试，运行监控命令后梯形图进入监控状态。在监控状态下，凡是接通的节点和得电的线圈均已绿色条块显示，还能显示元件的当前值。这样可方便地观察和分析各部分电路的工作状态。

经过仿真调试，结果表明本次设计的高层电梯控制系统达到了基本的预期目的。仿真调试结果如图5.1、5.2、5.3所示。

图5.1 程序的调试及监控

图 5.2 程序的调试及监控

图5.3 程序的调试及监控

结 论

通过这次毕业设计，加深了对电梯的运行过程、控制系统的认识，熟悉了可编程控制器在电梯控制系统中的运用，并且在所学知识的基础上利用已有的电梯控制系统的设计，尝试了对电梯控制系统的研究。使我将原来所学的知识系统化、理论化、实用化，对如何使用已有的知识及获取相关资料方面的能力有了进一步的提高。

针对这个八层载客电梯的控制系统．我采用三菱公司的FX2N80MR 型号的PLC 芯片。该控制系统完成了电梯的轿厢内层楼指令、厅外召唤指令、楼层位置显示、手动自动开关门控制、运行方向显示、呼叫登记显示、超重报警及电梯的停止控制等控制任务。

但由于所学知识和时间的有限，本次设计仍有不足之处，电梯还可以在原有的基础上进行改进，如：

优化电梯的选向功能，使之随客流量的变化而改变，达到高效运送乘客的目的；优化电梯的由近及远运行控制方法。

通过这次设计使我对电梯的控制有了深入的了解，尤其是电梯的PLC 控制。在这次设计中，我们经历了查资料、做笔记、思考、定位、选设备的过程，使我了解的不仅仅是电梯的控制，或是设备的选择，最重要的是我掌握了一种设计的方法，思维的方式。

参考文献

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[2]李方园.PLC 工程应用案例. 北京：中国电力出版社, 2013.6:22-30

[3] 魏伟. PLC 控制技术与应用[M]. 中国轻工业出版社, 2010:18

[4] 丁镔. PLC 控制四层电梯教学模型的设计[J]. 现代制造技术与装备, 2010,(4):33-35.

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[9] 张学锋, 苏兰涛, 李相荣. 电梯限速器检测[J]. 中国电梯, 2013,(22):15-16.

[10] 芮静康. 电梯电气控制技术[M]. 中国建筑工业出版社, 2014:10

[11] 李金城编著. 三菱FX2NPLC 功能指令应用详解. 北京：电子工业出版社，2011.11

[12] 王阿根.PLC 控制程序精编108例. 北京：电子工业出版社, 2011.12:123-142

[13] 江永富，廖晓梅. 三菱PLC 编程技术及工程案例精选. 北京：机械工业出版社, 2010.12.

[14] 陈美谦. 基于PLC/MCGS的电梯系统研究[D]. 厦门大学, 2010:45-56

[15] 胡国良. 基于PLC 网络的双电梯并联控制技术[J]. 机械制造与自动化, 2010,(3):177-186.

[16] KwonOD. Optimization of Mold Oscillation Pattern for the Improvement of Surface Quality andLubrication in Slab Continuos Casting. SteelmakingConferenceProceedings.2012，561一568

[17] K.Subramaniam ，Johnson Lifts Private Ltd ，Chennai ，India, Elevator Safety and Governors[J].ELEVATOR WORLD October 2011:75一77

致 谢

四年的大学生活已经快结束，在本专业的学习中使我掌握了不少的专业知识，锻炼了自己。毕业设计可以说是三年学习的总结和体现。

通过本次设计，我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。

在此，非常感谢梅英老师的指导帮助我完成这次设计，老师热心的帮助和循循善诱的指导深深感动了我。这篇设计和四年来所有教育过我的老师也是分不开的，没有他们的传授的知识，我也不可能完成这个课题。我无论是在课程学习阶段，还是在设计的选题，资料查询和撰写的每一个环节，无不得到指导老师的悉心指导和帮助。经过这次的毕业设计，我要感谢母校，向关心和支持我学习的所有老师和同学们表示真挚的谢意！感谢他们对我的关心和支持。

附录A 电路原理图

附录B 程序清单

电梯运行梯形图

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