变频调速电梯系统设计

摘要

摘要

电梯是一种用于电力拖动的特殊升降设备，是现代城市生活中必不可少且应用最广泛的垂直交通运输工具。随着社会的不断发展，电梯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，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。

随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展十分迅速。变频调速电梯使用了先进的PWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围广、控制精度高、动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机相互媲美。同时也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，节能显著。

本设计在采用PLC和变频器相互结合而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，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。

关键词：电梯，PWM控制，变频调速

I

ABSTRACT

ABSTRACT

Summary elevator is a special electric traction equipment, is indispensable in modern urban life, and the most widely used vertical transportation. As society develops, elevator from the handle switch elevators, buttons control the elevator to the current group of Elevator, for senior transportation present.

With power electronics and computer control technology and the rapid development, AC inverter technology development very rapidly. Variable speed elevator use advanced PWM, significantly improve the quality and performance elevator; speed range widely, control, precision, dynamic performance, comfortable, quiet, fast, almost comparable to the DC motor. At the same time significantly improved motor power quality, reduced harmonic, which improves the efficiency and power factor, energy-saving significantly.

This design in use PLC and inverter elevator on the basis of conventional control, through the inverter and PLC chip design, selection and greatly improves the elevator control levels, and improves the comfort, Elevator makes elevator reaches more ideal control and operating results.

Keywords: elevator, PWM, frequency

II

目 录

目 录

摘要 ................................................................ 1 ABSTRACT ............................................................ 2 1引言 ............................................................... 1 2概述 ............................................................... 2

2.1电梯的概述 ................................................... 2

2.1.1电梯的概念 .............................................. 2 2.1.2电梯的分类 .............................................. 2 2.1.3电梯的工作原理 .......................................... 3 2.2电梯的基本结构 ............................................... 4

2.2.1曳引系统 ................................................ 5 2.2.2导向系统 ................................................ 5 2.2.3门系统 .................................................. 5 2.2.4轿厢 .................................................... 5 2.2.5重量平衡系统 ............................................ 6 2.2.6电力拖动系统 ............................................ 6 2.2.7电气控制系统 ............................................ 6 2.2.8安全保护系统 ............................................ 6

3电梯电力拖动控制系统 ............................................... 7

3.1变频调速电梯系统运行原理 ..................................... 7 3.2变频器 ....................................................... 8

3.2.1变频调速原理 ............................................ 8 3.2.2变频器组成、工作原理及其分类 ............................ 8 3.2.3变频器机型选择 .......................................... 9 3.2.4变频器计算及其参数设置 ................................. 11 3.3电梯理想速度曲线设计 ........................................ 11

3.3.1电梯快速性的性能要求 ................................... 11 3.3.2电梯舒适性的性能要求 ................................... 12 3.3.3电梯速度曲线 ........................................... 12 3.4电梯曳引电动机及其功率确定 .................................. 13

3.4.1电梯对曳引机的要求 ..................................... 13 3.4.2曳引电动机额定功率的粗选 ............................... 13 3.4.3曳引电动机过载、启动校验 ............................... 14

4电梯电气控制系统 .................................................. 16

4.1 PLC及其在电梯控制中的应用特点 .............................. 16

4.1.1 PLC定义及其特点 ....................................... 16 4.1.2 PLC控制电梯的优点 ..................................... 17 4.2 PLC的选择 .................................................. 17

4.2.1轿厢楼层位置检测方法 ................................... 17 4.2.2 PLC机型的选择 ......................................... 18 4.3电梯电气控制系统设计方案 .................................... 19

III

目 录

4.4电梯电气控制系统软件设计 .................................... 22

4.4.1 层楼继电器回路的实现 .................................. 25 4.4.2 召唤回路 .............................................. 26 4.4.3 指令回路 .............................................. 26 4.4.4选向回路 ............................................... 27 4.4.5 电梯的开关门环节 ...................................... 28 4.4.6 电梯起制动环节 ........................................ 30 4.4.7 故障报警 .............................................. 31 4.4.8 电梯的通风系统 ........................................ 31 4.4.9 电梯的照明系统 ........................................ 31

5 总结 ............................................................. 33

5.1 全文总结 .................................................... 33 5.2 展望 ........................................................ 33 参考文献 ........................................................... 34 致谢 ............................................................... 35 附录A 电梯控制系统原理图 ........................................... 36 附录B 电梯控制系统梯形图 ........................................... 37

IV

河南城建学院本科毕业设计（论文） 1 引言

1引言

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，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。我国电梯控制系统主要有三种方式：继电器控制系统、微机控制系统和PLC控制系统。其中PLC控制系统以其显著的优点成为电梯控制系统的主流。PLC控制系统主要有双速电梯系统和变压变频调速系统，后者通过改变电机供电的电压和频率，平滑调节电梯速度，可以获得更好的乘坐舒适感，它平层精度高，并具有显著的节能效果，保障了电梯的可靠性，成功地解决了电梯运行的舒适感问题。

过去，对中、低速电梯主要采用拖动系统来构成其曳引系统，应用变极方式实现电机的调速。因为这种系统只能实现有级调速，无法对电机的转速和加、减速进行准确的控制，所以此方式的舒适感和平层精度都较差。后来又采用交流调压调速控制的电梯，进行速度闭环控制，其舒适感和平层精度都有较大提高，但它却很难实现精确控制，并且能耗大，输人功率因数也低，影响了系统的整体性能。对于高速电梯，过去主要采用晶闸管直流调速系统，存在维护难等问题，并且调速系统的功率因数也不高。与前述方式相比较，变频调速则是各种调速方法中效率、性能均较好的一种。

本设计内容针对低层楼房客梯控制系统进行认真分析，讨论了电梯控制系统设计的有关问题。根据当前电梯的发展趋势，注重反映新的PWM技术，利用先进的变频调速技术和强大的PLC功能实现了对电梯变频调速的控制，通过合理的设备选型、硬件电路连接和整体软件设计，完成电梯的各个功能，保证电梯的安全运行及应急状况处理。

河南城建学院本科毕业设计（论文） 2 概述

2概述

2.1电梯的概述

2.1.1电梯的概念

电梯是服务于规定楼层，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间的固定式升降设备。

广义的电梯概念包括载人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道等，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯级（踏步），进行升降或者平行运送人或者货物的机电设备。

狭义的电梯是指服务于规定楼层、有轿厢的垂直升降设备，不包括自动扶梯、自动人行道。自动扶梯（Escalator）是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。自动人行道（Passenger conveyor）是带有循环运行式走道，用于水平或微倾斜的输送乘客的固定电力驱动设备。

2.1.2电梯的分类

按用途分类：乘客电梯、载货电梯、病床电梯、杂物电梯、服务电梯、住宅电梯、特种电梯。

按驱动方式类：交流电梯，直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、直线电机驱动的电梯。

按速度分类：

低速电梯（速度不大于1.75m/s）

中速电梯(速度大于1.75m/s小于或等于2.5m/s) 高速电梯(速度大于2.5m/s小于或等于6m/s) 超高速电梯(速度大于6m/s)

按有无减速器分类：

有减速器的电梯：常用于梯速为2.0m/s以下的电梯 无减速器的电梯：常用于梯速为2.0m/s以上的电梯

按有无司机分类：有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。

按控制方式分类：手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、微机控制电梯。

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2.1.3电梯的工作原理

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，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，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。

本设计主要研究六层六站的电梯控制系统，分述其硬件设计和软件设计过程。 设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：

PLC电梯控制系统应具备：有司机、无司机、检修三种工作模式。 系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。 具有轿厢层楼显示（十进制方式），能自动显示电梯运行方向。 具有电梯直驶功能和反向最远停站功能，具有检修应急处理功能。 电梯具有自动开关门和应急手动开门、关门按钮。

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2.2电梯的基本结构

电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构，图2.1所示是电梯的基本结构剖视图。

1-减速箱； 2-曳引轮；

3-曳引机底座； 4-导向轮；

5-限速器； 6-机座；

7-导轨支架； 8-曳引钢丝绳； 9-开关碰铁； 10-紧急终端开关； 11-导靴； 12-轿架；

13-轿门； 14-安全钳；

15-导轨； 16-绳头组合；

17-对重， 18-补偿链；

19-补偿链导轮； 20-张紧装置；

21-缓冲器； 22-底坑；

23-层门； 24-呼梯盒；

25-层楼指示灯； 26-随行电缆；

27-轿壁； 28-轿内操纵箱； 29-开门机； 30-井道传感器； 31-电源开关； 32-控制柜；

33-曳引电机； 34-制动器

图2.1 电梯的基本结构剖视图

河南城建学院本科毕业设计（论文） 2 概述

从电梯空间位置使用看，由四个部分组成：依附建筑物的机房、井道；运载乘客或货物的空间——轿厢；乘客或货物出入轿厢的地点——层站。即机房、井道、轿厢、层站。

从电梯各构件部分的功能上看，可分为八个部分：曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统。

2.2.1曳引系统

曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。其作用是输出与传递动力，驱动电梯运行。

曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。

曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。

导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。

当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个数可以是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。

2.2.2导向系统

导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用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。

导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。 导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。

2.2.3门系统

门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。

轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。

层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。

2.2.4轿厢

轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。轿厢

河南城建学院本科毕业设计（论文） 2 概述

体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。

2.2.5重量平衡系统

重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。

2.2.6电力拖动系统

电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。

曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。 供电系统是为电机提供电源的装置。

速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联。

调速装置对曳引电机实行调速控制。

2.2.7电气控制系统

电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。

操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。

位置显示是指轿内和层站的指层灯。层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。

2.2.8安全保护系统

安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。 机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源的极限保护等。

电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。

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3电梯电力拖动控制系统

电梯系统是一个庞大的系统，作为机电一体化的典范，其涉及的知识面很宽。电梯又同人的生命枚关，为了保证安全，不得不增加各种附属装置以提高电梯的安全性，导致电梯控制系统结构相当复杂。另外，随着电梯技术的发展和人民生活水平的提高，人们对电梯的要求不断提高，这样不得不增加控制系统的复杂性，以满足人们的需要。电梯控制系统框图如下：

图3.1 电梯控制系统框图

由上图可以看到，电梯控制系统主要由电梯电力拖动控制系统（调速控制变频器系统）和电梯电气控制系统构成。电梯电力拖动系统部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要的影响，而电气控制部分是电梯安全可靠运行的关键。

3.1变频调速电梯系统运行原理

电力电网送来的380V动力电源变为可控的直流电，经变频器转变为可调的频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行。若配置交流变频曳引机效果更佳，成本亦低。当电梯检修时，PLC向变频器发出方向和检修运行信号，系统按预先编好的速度指令使电梯轿厢作上、下慢速运行。变频器内部带电流反馈和速度反馈。电梯的速度总是跟随理想曲线的变化而变化的。

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3.2变频器

3.2.1变频调速原理

由电机学原理可知三相异步电动机的转速可由下式表示：

n?60f?1?s?p 式（3.1）

式中：f为电机的电源频率，p为电动机定子绕组的极对数，s为转差率 从上式3.1可看出，在极对数P和转差率不变的情况下，转速n与电机电源的频率f成正比，改变电动机的频率f就可以改变电动机的转速，从而实现电梯的零速起动。

3.2.2变频器组成、工作原理及其分类

① 变频器组成及工作原理

变频器通常由主电路、控制电路和保护电路组成。主电路如图4.2所示。 主电路包括整流器、逆变器和中间直流环节。

图3.2 变频器主电路图

其整流电路采用的是不可控的二极管整流电路，而变频器的输出频率和输出电压均由逆变器按PWM方式来完成。利用参考电压波与载频三角波互相比较来决定开关器件的导通时间，从而实现调压。

逆变器又称负载变流器，最常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律的控制逆变器中的主开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。

中间直流环节。由于逆变器的负载是异步电动机，属于感性负载，故在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。此无功功率要靠中间直流环节的

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储能元件（电容或电抗）来缓冲，故又称中间直流环节为中间直流储能环节。

② 变频器的类型

按电源的性质来分：电压型变频器，电流型变频器

按输出电压调节方式分：PAM方式，PWM方式，高载波变频率PWM方式 按控制方式分：U/f控制，转差频率控制，矢量控制 按电压等级分：低压变频器，高压大容量变频器

按用途分：通用变频器，高性能专用变频器，高频变频器，小型变频器。

3.2.3变频器机型选择

随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于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。目前，为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但其价格相对较贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器——安川VS-616G5型全数字变频器，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，它的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容，此外电梯节约用电也日益受到重视。综合考虑各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器，它具有转差补偿、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。

VS616-G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。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变频器的标准规格：

表3.1 616G5型变频器的标准规格 电压 容量范围 电 源 电压允许变动 频率允许变动 电压频率 220V 1.2—110KVA 400V 1.4—460KVA 200V： 三相 200V/208V/220V 400V： 三相380V/400V/415V/440V/460V +10% -15% 士5%

河南城建学院本科毕业设计（论文） 3 电梯电力拖动控制系统 控 制 特 性 频率设定 分辨率 输出频率分辨率 过载量 频率设定信号 加减速时间 制动转矩 抑制高次谐波 直流电抗器 12相整流 主要控制功能 操作装置 接通插件板可选择 保护功能 再起动，下降控制，转矩控制.零点伺服控制 16字X2线日语液晶显示 16种（最多可装3块） 电机保护，变频器过载，瞬时电流、电压下降，过电压，电压缺相。 不能变动 启动转矩 速度控制范围 速度控制精度 速度响应 转矩精度 转矩响应 频率控制范围 频率精度 控制方式 正弦波PWM控制，V/f控制 无传感器矢量控制(无PG)， 带传感器矢量控制(带PG) 带传感器V/f控制(用参数切换) 150%/1 Hz(无PG) I50%/0 r/min(带PG) 1:100(无PG) 1:1000(带PG) 士0.2%(无PG) 0.02%(带PG) 5Hz(无PG) 30Hz(带PG) 士5% 20Hz(无PG)以上 150HZ(带PG)以上 0.1—4000HZ 数字式指令士0.01 %(-10C—y+40C) 模拟指令士0. 1%(25C—士l OC) 数字式指令0.01 Hz/100Hz 模拟式指令0.03HzJ60Hz 0.01HZ 额定输出电流的150% 1 min -10—10V 0—10V 4—20MA 0.01——6000S 约20% 内带(200V 24kVA 400V 26kVA以下可选择)

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。

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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。

3.2.4变频器计算及其参数设置

① 变频器功率的计算

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

，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有：

P2???1?W2?W3?g?F1?VW3 式（3.2）

其中

为摩擦力，s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，因此可以取

F1?K?W1?W2?W3?g?sP?1.5P2 式（3.3）

②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RZ大小应使制动电流IZ不超过变频器额定电流的一半，即

UIZ?0其中

U0RZ?IN2 式（3.4）

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。

3.3电梯理想速度曲线设计

电梯理想速度曲线总体说来是现代社会中人们对电梯的要求的概括，其中包括快速性，舒适性。然而快速性和舒适性是一对相互矛盾的要求。

3.3.1电梯快速性的性能要求

电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的。快速可以节省时间，这对于处在快节奏的现代社会中的乘客是很重要的。

提高快速性的方法主要有三种方法：

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① 提高电梯的额定速度。电梯的额定速度提高，运行的时间缩短，达到了为乘客节省时间的目的。提高速度的同时应加强安全性、可靠性的措施，故此梯速提高电梯的造价也随之提高。

② 集中布置多台电梯。通过增加电梯的台数来节省乘客的时间，该方法不是直接提高梯速但同样能够达到目的。但电梯的台数增加不是无限制的，通常在乘客高峰期时，使乘客的平均候梯时间小于30S即可。

③ 尽可能减少电梯起、停过程中的加减速时间。电梯是一个频繁起、制动的设备，在起、制动阶段不能太慢，GB/T10058—1997《电梯控制技术》中就规定了

0.5m2s，直流高电梯加减速度的最小值：“直流快速电梯平均加、减速度不小于

0.7m2s。速电梯平均加、减速度不小于”这就是对电梯快速性的要求。

3.3.2电梯舒适性的性能要求

① 由加速度引起的不适

人在加速上升或减速下降时，加速度引起的惯性力叠加到重力之上，使人产生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或减速上升时，加速度产生的惯性力抵消了部分的重力，使人产生上浮感，感到内脏不适，头晕目眩。 考虑到人体生理上对加、减速度的承受能力，GB/T10058—1997《电梯控制技术》

1.5m2s。中规定：“电梯的起、制动应该平稳、迅速，加、减速度的最大值不大于” ② 由加速度变化率引起的不适

人体不仅对加速度敏感，对加加速度（或称加速度变化率）也很敏感。用a表示加速度，用ρ表示加加速度，则当加加速度ρ较大时，人的饿大脑感到晕眩、痛苦，其影响比加速度的影响还要严重。我们也称加加速度ρ为生理系数，在电梯

1.3m3s。 行业里一般限制生理系数ρ不超过

3.3.3电梯速度曲线

当轿厢静止或匀速升降时，轿厢的加速度和加加速度都是零，乘客不会感到不适，而在轿厢由静止启动到以额定速度匀速运动的加速过程中，或是由匀速运动状态制动到静止状态的减速过程中，既要考虑快速性的要求，又要考虑舒适性的要求，故有必要设计出电梯的运行速度曲线，使电梯轿厢按照这样的速度曲线运行，既能够满足快速性的要求，也能够满足舒适性的要求，科学、合理的解决快速性与舒适性的矛盾。

人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。为了获得良好的舒适性，将电梯的起动、制动速度曲线设计成由

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两段抛物线(S曲线)及一段直线构成，而这一曲线形状的构成及改变，则是由加速度斜率及S曲线变化率决定的。加速斜率是以速度给定从0加速到1000转/分所需要的时间来定义的。其意义为加速度由0加速到1000转/秒所需要的时间。因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。增大加速时间值起动曲线变缓，反之，起动曲线变急。同理，增加S曲线变化率起动曲线弯曲部分变缓，反之，起动曲线弯曲部分变急。而S曲线变化率的变化，也可通过改变S曲线起始、终了加速时间来实现，本设计采用的安川公司的VS616 G5系列变频器就具有S曲线加速时间设定功能，故将加速时间和S曲线加速时间配合调整，即可获得理想的起动曲线。同理，制动曲线也可按此方法调整。理想的电梯速度给定曲线如下图所示，图中a为加速度，v为速度。

图3.3 电梯运行速度曲线

图3.3中 ，0?t3为加速过渡阶段，t3?t4为稳速运行阶段（此时电梯速度为额定速度），t4?t7为减速停车阶段。由于变频器在零速时有150%的额定转矩，保证了

t电梯在零速（7时刻）时进行抱闸停车，消除了电梯停车时的冲击，使乘客更具有舒适感。

3.4电梯曳引电动机及其功率确定

3.4.1电梯对曳引机的要求

① 电梯是一个大惯量的拖动系统，要求电动机有较大的过载能力。 ② 电动机能承受频繁起、停，能承受较高的每小时合闸次数。

③ 电梯的运行属于周期断续工作方式，要求选用周期断续工作制的电动机。 ④ 对于交流电梯，要求曳引电动机有足够的起动转矩和尽量小的起动电流。

3.4.2曳引电动机额定功率的粗选

根据力学关系导出曳引电动机的额定功率：

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Pn?K(1?Kp)MnVn 式（3.5）

102?

式中，K——系数，K=1.1～1.6 Kp——平衡系数，Kp=0.4～0.5 取0.45 Mn——电梯额定载重量，Mn=1000㎏ Vn——电梯额定速度，Vn=1.0m/s

?——机械转动总效率，?=0.5

带入数据得Pn=11.86～17.25KW

根据实际电动机额定功率系列，粗选13KW的电动机即可满足要求。因此，电梯所选用的曳引电动机为YPTD160L1—4,电压：380V，功率：13KW，转速：1456r/min 。

3.4.3曳引电动机过载、启动校验

① 初选电动机

以上面介绍的方法粗选电动机的额定功率PN,将该电动机作为初选电动机可计算其额定转矩

MN?9550PNnN 式（3.6）

② 对交流电动机进行过载校验和起动校验

1）过载校验 异步电动机机械特性曲线中最大转矩Mm与额定电磁转矩MN的比值反映了电动机的过载能力，用?表示

M??mMN 式(3.7)

在实际应用时，需要考虑电网电?被称作电动机的过载倍数或最大转矩倍数。

压波动的影响，当电压下降10%时，最大转矩Mm降低到原值的0.92倍，过载倍数也降低到原值的0.9倍，即0.81倍，如果此时电动机的最大转矩不能大于等于要求的最大负载转矩Mmz，电梯就会失控，走不出预定的速度曲线，电梯的舒适性和快速性就会变差。因此，而要考察电动机的过载能力

0.81?MN?Mmz 式(3.8)

所选电动机满足上式条件，过载校验通过。

2）起动校验 异步电动机的起动转矩MQ与额定电磁转矩MN的比值反映了电动机的起动能力，用KQ表示

2

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KQ?MQMN 式(3.9)

KQ被称作电动机的起动转矩倍数。同样，在实际应用时，需要考虑电网电压波动的影响，当电压下降10%时，起动转矩降低到原值的0.92倍，起动转矩倍数也降低到原值的0.92倍，即0.81倍，如果此时电动机的起动转矩不能大于等于电梯满载时要求的负载起动转矩MQZ，电梯就转不起来。因此，需要考察电动机的起动能力

0.81KQMN?MQZ 式(3.10)

所选电动机满足上式条件，起动校验通过。

只有过载校验、起动校验都通过了的电动机，才可以选作电梯曳引电动机。否则需要将初选电动机的额定功率适当加大后再进行上述校验，直至通过。当然，如果上述校验裕量很大，则可以适当减小电动机额定功率后再进行上述校验，直至裕量适当。

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4电梯电气控制系统

4.1 PLC及其在电梯控制中的应用特点

4.1.1 PLC定义及其特点

PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。

① 可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。 1）PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。

2）PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性提高。

3）PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。

4）PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。

5）在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等。

6）PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波;软件自诊断;简化编程语言等。

② 易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:

1）操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。

2）编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。

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3）维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。

③ 灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面:

1）编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。

2）扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。

3）操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。

4.1.2 PLC控制电梯的优点

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与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 ⑤ 用于群控调配和管理，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。

4.2 PLC的选择

PLC电梯控制系统的控制核心是PLC。哪些信号需要输入PLC，PLC需要输出哪些信号，以及采用何种编程方式都需要仔细分析。输入输出点的确定是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序及硬件线路的方案。

4.2.1 轿厢楼层位置检测方法

① 轿厢楼层位置检测主要方法有如下几种:

1）用干簧管磁感应器或其它位置开关:这种方法直观、简单，每层需使用一个磁感应器，因此低层建筑可以考虑此种方法来进行轿厢楼层检测。本设计所使用的楼层检测方法就是此种方法。当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点，所以高层建筑不易使用这种方法。

2）利用稳态磁保开关:这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。

3）利用旋转编码器:目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计

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数准确，使用方便，因而在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可利用PLC内置24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。现在电梯设计使用此种方法的比较常见。

② 电梯位置的确定与显示：

轿厢中的乘客及门厅中等待电梯的人都需要知道电梯的位置，因而轿厢及门厅中都设有以楼层标志的电梯位置。但这还不够，电梯的运行还需要更加准确的电梯位置信号，以满足制动停车等控制的需要。传统电梯的位置信号一般由设在井道中的位置开关，如磁感应器提供，当轿厢上设置的隔磁板插入感应器时，发出位置信号，并启动楼层指示。

③ 轿厢的平层与停车：

轿厢运行后需确定在哪一层站停车，平层即是指停车时，轿厢的底与门厅“地平面”应相平齐，一般有具体的平层误差规定，如平层时两平面相差不得超过3mm。平层停车过程需在轿厢底面与停车楼面相平之前开始，先是减速，再是制动，以满足平层的准确性及乘客的舒适感。传统电梯的平层开始信号由平层感应器发出。上平层感应器及下平层感应器装在轿厢顶部，隔磁板安装在井道壁上。上行时，上平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至下平层感应器插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号，电动机停转，抱闸抱死:下行时下平层感应

1—5：1-5层感应器；6：上平层感应

器；7：下平层感应器

器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至上平层感应器插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号。

图 4.1 电梯的平层、停层装置示意图

电梯中的平层感应器根据设计需求，选取不同的型号规格。因本设计是六层建筑的电梯设计，楼层较低，参考经济、安全以及实用价值，选取三菱通用电梯平层感应器YG—30品牌型号传感器。

4.2.2 PLC机型的选择

PLC选择的依据主要决定于由两个方面：一是I/O的点数，二是用户存储器的

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容量。

① I/O点数的估算根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后调整和扩充，一般应加上10%～15%的备用量。

② 用户存储器容量的估算用户应用程序占用多少内存与许多因素(如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等)有关。

根据自己所设计的为六层的电梯控制系统，根据需要控制的开关、设备大约有32个输入点，28个输出点需进行控制，同时留有20%的裕量，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司的FX2N-80MR机型。

FXZN系统PLC具有以下几方面的优点:

① FXZN配置灵活，除主机单元外，还可扩展1/0模块，A/D模块，D/A模块和其它特殊功能模块。

② FXZN指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。

③ FXZN可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器(C251等)能接受脉冲编码器脉冲。

④ FXZN的编程可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC来进行。编程语言可用梯形图或指令表。尤其是可用PC机对系统实时进行监控。为调试和维护提供了极大的方便。

4.3 电梯电气控制系统设计方案

电梯电气控制系统设计方案的确定对于电梯电气控制系统整体软件设计起着至关重要的作用，这也是电梯电气控制系统的一个主贯穿线，它主要包括以下几个部分。

① PLC的I/O地址分配：

根据本设计中的电梯控制系统实现的控制功能和其实际的操作工艺过程，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的输入点和输出点进行I/O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。

② PLC输入信号的确定：

操作面板上应有各层的选层指令按钮，6层共有6个。

有司机时，应有司机直驶专用开关和上行、下行按钮，需3点输入，检修时对应有检修开关，在开门和关门时应该有开关门限位开关，需要3点输入。

各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮，其它各层均设上下两个召唤按钮，6层共需10个输入按钮。

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其它输入有司机/无司机方式选择、电梯上下终端的限位等开关或触点。 轿厢通风信号及超载重量下需要2点输入。 经以上分析，可知共需34点开关量输入端口。

表4.1 输入地址分配表 输入地址口 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016 X017 X020 含义 上终端限位开关 下终端限位开关 一楼上召唤按钮 二楼上召唤按钮 三楼上召唤按钮 四楼上召唤按钮 五楼上召唤按钮 二楼下召唤按钮 三楼下召唤按钮 四楼下召唤按钮 五楼下召唤按钮 六楼下召唤按钮 门锁信号 开门信号 关门信号 内呼去1楼按钮 输入地址口 X021 X022 X023 X024 X025 X026 X027 X030 X031 X032 X033 X034 X035 X036 X037 X040 含义 内呼去2楼按钮 内呼去3楼按钮 内呼去4楼按钮 内呼去5楼按钮 内呼去6楼按钮 强迫向上按钮 强迫向下按钮 检修运行按钮 司机/自动运行方式 安全触板信号 直驶按钮 基站开关 开门限位开关 关门限位开关 超重信号输入端 CO2传感器检测输入

③ PLC输出信号的确定：

控制电梯的上行、下行（即电机正、反转）需2点输出。 上下行指示灯2点输出。 开门、关门需2点输出。

由于采用十进制显示方式，LED七段显示器需3点输出。 电梯轿厢内输出各层的指令信号登记显示，共6点输出。

各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤登记显示，其它各层均设上下两个召唤登记显示，6层共需10个输出显示。

轿厢照明与轿厢通风需要2点输出，故障报警也需要1点输出。 经分析共需28点开关量输出端口。

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表4.2 输出地址分配表 输出地址 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015 Y016 含义 楼层显示（高位） 楼层显示（中位） 楼层显示（低位） KM1电动机正转 KM2电动机反转 开门继电器 关门继电器 内呼1楼指示灯 内呼2楼指示灯 内呼3楼指示灯 内呼4楼指示灯 内呼5楼指示灯 内呼6楼指示灯 电梯上行显示 输出地址 Y017 Y020 Y021 Y022 Y023 Y024 Y025 Y026 Y027 Y030 Y031 Y032 Y033 Y034 含义 电梯下行显示 一楼上召唤信号登记显示 二楼上召唤信号登记显示 三楼上召唤信号登记显示 四楼上召唤信号登记显示 五楼上召唤信号登记显示 二楼下召唤信号登记显示 三楼下召唤信号登记显示 四楼下召唤信号登记显示 五楼下召唤信号登记显示 六楼下召唤信号登记显示 轿厢通风输出继电器 轿厢照明输出继电器 故障报警指示

④ 内部继电器的确定：

表4.3 内部继电器地址分配表 内部继电器 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M11 M12 M13 M14 M15 功能 向上运行监视 向下运行监视 上方向选择 下方向选择 向上方向控制继电器 向下方向控制继电器 减速输出继电器 强迫向上 强迫向下 关门启动继电器 启车继电器 运行继电器

内部继电器 M101 M102 M103 M104 M105 M106 M150 M200 M201 M202 T0 T1 功能 1楼层楼继电器 2楼层楼继电器 3楼层楼继电器 4楼层楼继电器 5楼层楼继电器 6楼层楼继电器 平层继电器 自运行开门禁止继电器 开门辅助继电器 关门辅助继电器 门锁信号延时继电器 停站延时时间继电器

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M16 M17 M18 安全触板继电器 直驶继电器 停层继电器 T2 T3 T4 加速时间继电器 减速时间继电器 照明延时时间继电器

⑤ 轿厢层楼位置显示方式的确定：

目前常用的轿厢层楼位置的显示方式有：二进制显示、直接位置显示、十进制显示。为了节省三菱FX2N-80MR PLC的I/O点数，故采用十进制的显示方式。即Y0Y1Y2输出经过译码器译码后，再经过驱动器点亮对应的段。“1”表示亮，“0”表示暗（共阴极显示），共可显示2层，即0～7（000～111），应用在电梯轿厢层楼显示中，即可显示第1层～7层，本系统只是需要显示第1～6层。

⑥ PLC控制程序的编制方法：

PLC梯形图的编制采用模块化设计。模块化程序结构清晰、便于调试。如：层楼继电器回路、召唤信号的登记与清除、内选信号指令登记与清除、开关门、运行方向的选择等。模块间不完全独立，它们之间存在着有机联系，且编程时要考虑各条指令间的逻辑关系。

34.4 电梯电气控制系统软件设计

电梯的整体运行过程：

当乘客进入轿厢后，由乘客根据欲前往的层站，逐一按下相应层站的选层按钮，便完成了运行指令的预先登记，电梯便自动决定运行方向。再按启动按钮，电梯自动关门，当门完全关闭后，门锁微动开关闭合，使门锁继电器吸合，电梯开始启动、加速，直至稳速运行。当电梯到达欲停靠的目的层站前方某一距离位置时，由井道内的行程开关向电梯控制系统发出转换信号，电梯便自动减速准备停靠。当轿厢进入到平层区(即停靠层站上方或下方的一段有限距离)时，井道平层传感器动作，发出平层信号控制轿厢准确平层，并自动取消，自动开门。对某类电梯，如果在平层时平层精度超过标准要求，则电梯进行校正运行，电梯以最低的速度慢行到准确平行位。如果继续平向运行，司机只需按下启动按钮，电梯便按预先登记的楼层，按序逐一自动停靠，自动开门。

在电梯运行过程中，如果厅外有人按下厅门召唤电钮，只要此时的召唤申请乘梯方向符合此时电梯的运行方向，则电梯能被顺向截停。当同向登记指挥都已被执行以后，电梯便自动换向运行，执行另一方向的运行登记指令。如果电梯在某一层站关门时，有人或物碰触了门安全触板，或被非接触式的光电式、电子式装置检测到关门障碍时，电梯便停止关门并立即转为开门。如果欲乘电梯的乘客正逢电梯关门时，可按下外上、下召唤按钮中与电梯欲行方向相同的一个按钮，

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电梯便立即开门，这种操作，用于为本层开门。如果由于乘客过多而超载，则电梯超载检测装置发出超载信号，阻止电梯启动并开门，直到满足限载要求，电梯方能恢复正常运行。如果停层时间到，便自动关门启动、加速，直至稳速运行。在运行过程中，可根据各楼层厅外召唤信号，对符合运行方向的召唤信号，将逐一应答，自动停靠，自动开门。在完成同向全部登记以后，如有反向厅外召唤信号，则电梯自动换向运行，应答反向厅外召唤信号。如果没有召唤信号时，电梯便自动关门停机，或自动驶回基站待命。如果某一楼层再有召唤信号，电梯便自动启动前往应召。电梯的主程序流程图如图4.2所示。

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图4.2 电梯主程序流程图

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4.4.1 层楼继电器回路的实现

要对电梯进行控制首要的问题是反映电梯实际所在的位置即楼层。传统的继电器控制层楼电路，需要在每层装设感应器，这种方法虽然简单直观，但由于设置感应器太多，占用PLC的I/O口也太多。

由于PLC具有数据传送、算术计算、数据比较处理等功能，所以用PLC很容易实现层楼电路。启用一数据寄存器D0，电梯在最下层端站是将1送入D0，最上层端站时，将最高层数6送入D0，电梯每上升一层，D0将自动加一，电梯每下降一层，D0将自动减一，这样使D0中始终存放的是楼层的层数，然后将D0分别与1、2、、3、??6相比较，等于几就说明电梯在几层，这时驱动相应的层楼继电器实现层楼电路。按照上述方法，六层六站的层楼继电器电路梯形图如4.3所示：

图4.3 层楼继电器电路

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4.4.2 召唤回路

召唤回路的作用：将厅外召唤信号记忆并显示，当电梯响应后应自动将其消除。记忆和消除可以用PLC的SET和RST指令来实现。

位于层楼面的乘客欲前往任意一层楼，可通过按下电梯层门旁的上／下召唤按唤来召唤电梯。当电梯到达乘客所召唤的那一层楼面时，立即清除该召唤信号。楼上召唤登记响应及清除功能梯形图如下图4.4所示：

图4.4 召唤登记响应及清除功能梯形图

4.4.3 指令回路

指令回路的作用：将轿内指令信号记忆并显示，当电梯响应后应自动将其消除。记忆和消除可以用PLC的SET和RST指令来实现。根据理论依据及PLC梯形图编制原理，指令回路功能图如下图所示：

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图4.5 指令登记响应及清除功能梯形图

4.4.4选向回路

选向回路是根据目前电梯所在位置和指令、召唤的情况决定电梯的运行方向（向上或向下）。实际就是改变电动机的旋转方向。电梯在无司机工作状态下，由程序决定上行或下行。当电梯发出召唤信号或指令信号时，PLC自动根据轿厢目前所在层楼位置，来判定是上行还是下行。

若 召唤或指令要到的层楼 ＞ 轿厢目前所在层楼 电梯上行

召唤或指令要到的层楼 ＜ 轿厢目前所在层楼 电梯下行 召唤或指令要到的层楼 ＝ 轿厢目前所在层楼 无法定向

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图4.6 电梯选向回路梯形图

4.4.5 电梯的开关门环节

① 电梯的开门环节主要有以下几种情况： 1）电梯投入运行前的开门； 2）电梯检修时的开门；

3）电梯自动运行停层时的开门；

4）电梯关门过程中的重新开门（防夹人功能）； 5）呼梯开门。

综合考虑以上的几种情况，利用PLC强大的编程功能，结合自己的思路，电梯的开门梯形图编制如下图所示：

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图4.7 电梯开门环节梯形图

② 电梯的关门环节有下面两种情况：

1）电梯停用后的关门：此时电梯到达基站，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开关梯钥匙旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯关闭。

2）电梯自动运行时的关门：停站时间继电器延时结束后，电梯应该自动关门，停站时间未到时，可通过关门按钮实现提前关门。

图4.8 电梯关门环节梯形图

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4.4.6 电梯起制动环节

① 起动环节

起动环节的条件是：电梯的运行方向已经确定，轿厢的门已经关好。在本次设计中我采用的是利用时间继电器来控制电梯的加速度的时间，但是这个时间值不是绝对的，需要跟实际情况联系起来，根据调试来确定电梯的加速度时间。

图4.9 变频器升降速原理图

先将X1、X2豫置为频率升降端口，X1为升速端口，X2为降速端口。 当KA1闭合时，X1得到信号，变频器的输出频率上升，KA1断开时，输出频率保持；当KA2闭合时，X2得到信号，变频器的输出频率下降，KA2断开时，输出频率保持。

在利用升降速端子功能的豫置时必须同时豫置，否则无效。

根据上述原理，利用加速时间继电器来控制KA1，就可以实现频率的逐步上升，达到无级调速的目的。

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图4.10 电梯起动加速环节梯形图

② 停车制动环节：

电梯在停车制动之前，首先确定其停层的信号，即确定要停车的楼层，应该根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿厢内的选层信号比较后得到。例如现有一个人要从四楼下降到三楼，则电梯在运动到三楼楼层中的楼层限位开关后，给PLC一个减速信号，而此信号就作为PLC控制变频器减速变频的控制信号。X041作为三楼的楼层限位开关，使用它触发一个时间继电器（减速时间继电器），是电梯按照设定好的频率下降曲线进行减速。减速时间是由现场设备决定的，通过电梯的安装调试可以准确的设定电梯在每层的减速时间。现假设在三楼停车减速时间经过调试为3S。

图4.11 电梯三楼停车制动环节梯形图

4.4.7 故障报警

故障报警是在电梯轿厢运行中超出了电梯上下限位开关时，报警指示灯点亮，发出报警指示。

图4.12 电梯故障报警梯形图 图4.13 电梯轿厢通风环节梯形图

4.4.8 电梯的通风系统

电梯的通风系统采用的是由二氧化碳浓度传感器检测，当轿厢内的二氧化碳的浓度超过设定的值时，二氧化碳传感器检测控制输入信号有效，并使PLC控制轿厢通风的输出继电器带电，接通风扇电动机，使轿厢通风。如图4.13所示。

4.4.9 电梯的照明系统

电梯的照明系统如此设定：当电梯在运行过程中轿厢内灯一直是点亮的，当电梯在工作时，在5分钟之内没有任何的呼梯信号，电梯内的照明关闭。

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图4.14

电梯的照明控制梯形图河南城建学院本科毕业设计（论文） 5 总结

5 总结

5.1 全文总结

变频调速电梯控制系统，经过最后的设计已经具备了自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）、轿厢层楼显示（十进制方式）、电梯直驶功能和反向最远停站功能、检修应急处理功能、自动开关门和应急手动开门、关门功能，基本上完成了电梯控制的各个环节，最终绘制出了系统的硬件接线图[见附录]。

在本次设计中，自己充分运用了在校所学知识（运动控制技术、PLC、自动控制原理等），认真查阅相关资料，并联系当今社会中的主流的控制方式，结合PLC控制和交流变频调速技术，通过合理的设备选型、参数设置和软件设计使控制系统结构简单，外部线路简化，提高了电梯运行质量和性能。也使电梯调速范围广、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，基本上达到了设计任务书中所要求的任务。

由于毕业设计时间与资源有限，不能完整的将指令程序通过编程器送入PLC，进行系统模拟调试。待以后条件允许，可以对以上设计缺陷进行进一步完善，恳请老师谅解！

5.2 展望

根据本次设计的情况和资料显示，结合当今社会控制技术的发展趋势，我个人认为电梯控制系统在以下几个方面会有进一步的研究和发展：

① 电梯的群控系统的控制与研究。因为高层建筑的出现，高层办公楼层的出现，使得电梯的使用更是迫在眉睫，时间的集中，时间的紧迫，人流量的加大，如何更有效的控制多个电梯，进行合理分配运行，是现在电梯研究的一个重点项目，这也将是电梯的发展趋向。

② 电梯的高速运行带来的诸多方面的影响。随着现代楼层高度的增加，高速电梯也在迅猛的发展，电梯的速度和电梯系统中的各个方面都有着紧密的联系。如此一来,高速电梯的运行对电梯系统的各方面的性能及质量都有着巨大的影响，如何利用先进水平来减少因为高速发展而带来的负面影响，使电梯更安全更快捷更方面的为人类服务成为一个至关重要的关键。

③ 微机控制电梯经济性的研究。电梯在有效合理的运行下，如何更经济的利用微机控制电梯运作，是一个值得研究与发展利用的项目。

河南城建学院本科毕业设计（论文） 参考文献

参考文献

[1] 张万忠. 可编程控制器入门及应用实例[M]. 北京：中国电力出版社，2008.3：137-148.

[2] 王阿根. PLC控制程序精编108例[M]. 北京：电子工业出版社， 2009.12：91-96.

[3] 韩安荣. 通用变频器及其应用[M]. 北京：北京机械工业出版社，2002.2: 38-51.

[4] 张燕宾. 变频调速应用实践[M]. 北京： 机械工业出版社，2002.7：78-86.

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[6] 何 超. 交流变频调速技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2008.2：23-32.

[7] 范永胜. 电气控制与PLC应用[M]. 北京：中国电力出版社，2007.2：39-51.

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[9] 王也平. 可编程序控制器原理及应用[M]. 西安：西安交通大学出版社，1994.5：27-35.

[10] 张汉杰. 现代电梯控制技术[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001.4：35-94.

河南城建学院本科毕业设计（论文） 致谢

致 谢

本论文在选题和设计过程中得到了任琦梅老师的精心指导，让我知道了如何严谨的进行一个系统的设计，如何充分的利用书本知识与实际问题相结合，有效的利用先进的网络资源来解决设计中的难题。

在很多细节上，任老师的指导与教诲，让我受益匪浅。任老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人。任老师在设计过程中也多次询问我设计进程，并为我指点迷津，热忱鼓励。没有任老师的指引和教导，没有同学的帮助和支持，我毕业设计的质量肯定会大打折扣。在此，我表示由衷的感谢！

感谢在校几年来电气系各位老师的孜孜教诲和学校的细心培养，让我能有今天的进步，可以在专业知识平台上有所发展，在专业设计上能有所作为！

感谢河南城建学院！

最后，对各位老师审阅我的设计深表感谢，并渴望给予批评指正。

河南城建学院本科毕业设计（论文） 附录A 电梯控制系统原理图

附录A 电梯控制系统原理图

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