基于三菱PLC的多台5层五层电梯控制系统设计

本文主要介绍可编程控制器（PLC）在电梯电气控制系统中的应用，通过对系统硬件设计方法和程序设计思路的介绍，给出了5层电梯逻辑控制部分的方法。主要涉及5层电梯的PLC控制系统的总体设计方案、组成及模块化程序设计。

一、电梯的概述

（一）电梯的发展简史
（二）电梯的运行工作情况
本课题主要研究单台五层电梯的PLC控制方法，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：
1)PLC电梯控制系统应具备：有司机、无司机、消防三种工作模式。
2)系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。
3)具有轿厢层楼显示（二进制方式或十进制方式）。能自动显示电梯运行方向。
4)具有电梯直驶功能和反向最远停站功能。具有消防应急处理功能。
5)电梯开门时间设为3秒，电梯关门时间也设定为3秒。
6)具有应急手动开门、关门按钮。
在单台电梯控制系统的基础上进一步探讨用一台PLC控制多台电梯协调运行的实施方案。
（三）电梯控制系统的组成

二、三菱FX2N 系列可编程序控制器介绍

（一）可编程控制器的基础认识

（二）可编程序控制器的工作方式及编程语言

（三）可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较
在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起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），要达到这些控制目的，其方法有：

1.继电器—接触器控制系统
这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。优点：与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。缺点：动合触点易磨损，且电接触不良；体积大；控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。

2.微机控制系统
电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。因此，十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。其缺点是：微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需1位，即“1”与“0”。因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。但在电梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。

3.PLC控制系统
PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。
总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。

三、PLC控制单台电梯的分析

电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制、PLC控制、微机控制，其中继电器控制系统故障率高，微机控制系统抗干扰能力弱，而PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，成为目前电梯系统中使用最多的控制方式，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。本课题采用三菱FX2N PLC对单台五层电梯进行逻辑控制。
（一）电梯模型结构
1)电梯模型的主体结构与控制柜
图3-1为五层电梯的简化模型和控制柜示意图。电梯主体包括升降电机、轿厢、滑轮、钢丝绳、行程开关等。升降电机为交流可逆电动机，轿厢套在钢丝绳上，电机带动钢丝绳正转或反转时，轿厢对应上升或下降。每层楼均安装行程开关，利用机械碰撞，给出各楼层的层信号。

电梯控制柜是电梯电气控制系统完成各种主要任务，实现各种性能的中心。主要包括FX2N-48MR PLC、继电器/接触器、显示部分、开关电源。LED显示部分主要包括轿厢运行方向显示、楼层显示。
2)电梯层门
电梯层门是为了确保安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门。
图3-2为电梯层门示意图。电梯层门旁装有消防按钮、上召唤按钮和下召唤按钮（最底层只有上召唤按钮、最高层只有下召唤按钮）,并有召唤登记指示灯。层门上方装有LED数码管，以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。

3)轿厢内控制屏
轿厢内控制屏示意图如图3-3所示。其中包括上行、下行显示及LED层楼位置的显示。另外还有1楼－5楼的指令按钮及登记显示和有司机／无司机的选择按钮。在有司机工作状态下还有指令专用开关，即只响应指令信号，不响应召唤信号。此外，还有消防按钮，当发生火灾时，立即清除所有指令信号和召唤信号，电梯直达底楼后开门。需要说明的是，本实验装置在无司机状态下，利用定时器控制开门、关门和上下客时间；有司机状态下，则直接由司机控制开门、关门和上下客时间。

（二）PLC单台电梯控制系统功能介绍
1.PLC电梯控制系统三种工作方式介绍
电梯主要有三种工作方式——有司机方式、无司机方式、消防方式。
1)有司机方式是指由专职司机操纵电梯运行。具有以下特点：
① 电梯上行／下行启动由司机决定
② 电梯开门、关门时间由司机控制
③ 电梯是否直驶（不再响应外召唤）由司机决定
2)无司机方式是指由乘客自己操纵电梯，这种电梯具有集选控制功能。具有以下特点：
① 电梯开门／关门／上、下客时间均由定时器定时
② 只要电梯门关闭后自动定向
3)消防方式是指大楼发生火灾时，电梯运行控制的一种特殊工作方式。具有以下特点：
①正在运行的电梯控制系统一旦收到消防信号：
a)处于上行时立即返回底楼停站开门
b)处于下行时立即直驶底楼停站开门
c)处于底楼以外停站开门的电梯立即关门返回底楼停站开门
② 电梯返回底楼并在底楼开门后，电梯处于消防工作状态。此时，电梯不再响应外召唤信号，电梯的关门起动运行和准备前往层站由消防员控制操作。当电梯就近到达某层站后，立即清除其它所有指令信号登记，是否继续上行依火势大小决定。
2.PLC单台电梯控制系统的工作流程
图3-4为PLC单台电梯控制系统工作流程图，从图中可知控制一台电梯正常工作，主要需要如下信号：控制信号、层楼信号、指令信号、召唤信号和消防信号。这些信号分别来自轿厢控制面板、井道行程开关、层面控制铵钮和层面火警开关。来自井道行程开关的层楼信号进行层楼定位并参与自动定向，同时显示所在层楼位置。来自轿厢控制面板的指令信号和来自层面控制按钮的召唤信号分别进行指令登记和召唤登记，同时进行信号登记显示。这两种信号也参与自动定向，和层楼信号一同对电梯进行运行控制，包括开／关门、上／下行和停站。当来自层面的火警开关发出消防控制信号时，立即消除指令登记和召唤登记，直接控制电梯下行至底楼并开门。此外，当有来自轿厢控制面板发出控制信号，如：有司机直驶状态，则略过召唤信号，直接响应指令信号。运行控制电梯的同时进行运行显示和驱动电动机正转或反转，即电梯上行或下行。

（三）PLC控制单台电梯方案

（四）PLC单台电梯控制系统基本功能梯形图分析

四、PLC控制多台电梯的分析

随着高层、大型建筑的发展，一座建筑物内往往需要装多台电梯，将多台电梯集中起来形成群梯。对这种梯群进行统一的控制，采取合理的调度方式，可以大大提高电梯的运行效率、节省能源、减少乘客的等待时间。本课题将实现采用一台可编程序控制器同时控制两台五层电梯的功能。
（一）PLC控制两台电梯协调运行的原则
（二）PLC控制两台电梯协调运行系统的功能

（三）PLC控制两台电梯协调运行方案

（四）PLC两台电梯控制系统基本功能梯形图分析