1绪论

1.1前言

在高速发展的现代社会中，电梯已经成为生产生活当中不可缺少的高层运输设备。由于电梯的存在让每幢高层建筑的联系更为紧凑、便利。电梯控制系统的发展主要经历了三个阶段：继电器控制阶段、微机控制阶段、现场总线控制阶段

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,但是传统的由继电器、接触器控制的电梯运行在控制线路上易出故障、维护难、

运行寿命短、控制系统庞大等缺点，从电梯的长远发展史来看，这种控制系统将逐渐的被淘汰。目前电梯设计比较先进的方法是使用可编程控制器(PLC)来进行控制，较传统控制系统的优点是变化灵活，编程简单，故障较少，噪音低、维修保养方便、最大化提供效率、抗干扰能力强；控制箱空间占有率小，可靠性高、开发周期较短。所以较传统的控制系统这种电梯运行更加可靠，并且有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，已成为电梯控制发展的主要方向，其许多功能是传统继电器、接触器控制系统所无法实现的[14]，近30年来，可编程控制器经历了从无到有发展阶段，实现了工业控制领域从接线到存储技术的巨大飞跃

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；其功能从简单到全面，并且实现了可编程控制器数字控制的智能化；其应

用领域也变得更加的广泛，完成了单体设备简单控制到过程控制和集散控制等各种复杂控制任务的进化[3]。现在的可编程控制器已经逐步成为工业控制领域的主流控制设备，包括三菱、西门子以及一些国内设备厂商开发出了一大批适用于工业控制领域的各种型号的PLC设备，在工业控制领域发挥着巨大的的作用。 1.2基于PLC的电梯在国内外的发展趋势

作为中国最早对外开放的行业，中国电梯业受到外资各种打压措施影响，原有的国内著名的电梯品牌全军覆没。自1980年起，上海电梯厂，天津电梯厂，沈阳电梯厂等国内的大型电梯企业，纷纷与瑞士迅达、美国奥的斯、日本三菱等国外电梯巨头达成合资协议，外资合资品牌与外企也因此进入国内市场。近年来，一些国内电梯品牌经过结束革新，绝地反击，出现四分天下有其一的局面。目前，中国已成为电梯行业竞争的主战场。 然而要想在这场没有硝烟的战争中立于不败之地必须改革创新，摆脱传统电梯业带来的束缚，采取各种技术让自己处在竞争的前列。基于PLC的电梯控制系统由此应运而生。 现如今电梯业运用的控制

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系统主要是微机控制和PLC控制[15]，其中微机控制仍是主流控制方案，尤其在垂直电梯中，超过90%使用微机控制，这主要是由微机控制的高灵敏度与低成本、CPU的高运算能力与高抗干扰能力。PLC则在可靠性方面与简单的逻辑控制比较占优势[7]。在未来，电梯将向高速电梯这个方向发展，乘梯的舒适感及电梯启动和停止时的平滑过渡也会变得更加突出，因此在未来几年微机控制仍然是主流控制方案，但PLC的高可靠性及以维护的优势也让更过的厂商考虑将二者的优势结合，微机控制与PLC控制相结能更好的实现人性化设计。

在发达的工业国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门,但是随着可编程随着可编程序控制器的性能价格比不断提高,过去许多使用计算机控制的场合也可以使用可编程序控制器,可编程控制器的应用范围不断扩大,正在成为工业控制领域的关键设备。自美国奥斯升降机公司在1889年推出当时世界上第一部以电动机为动力的升降机以来, 电梯经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等驱动方式的巨大变化,逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具; 而且作为载人工具,人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点,所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器(PLC)具有原来继电器、接触器控制系统的优点—控制精度高、控制程序简单易懂、外部设备可靠性好、而且控制程序可随工艺改变、设备维修方便、易于与计算机接口等诸多高品质性能。所以近些年可编程控制器的高性能让其在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用[8]。

电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯; 百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样, 成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数，当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出-----人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯,在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889年美国的奥的斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现

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名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,第一批批4~6台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯,使电梯的拖动系统筒化,性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯,使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。

1.3研究的主要内容及设计成果的应用价值

本课题主要内容包括:了解组态软件MCGS的组成以及工作原理,学习使用组态软件MCGS,然后熟悉了解三菱FX-2N系列的PLC硬件配置,内部资源以及编程软件GX-Work2的使用, 最后以组态软件MCGS设计出组态监控画面来建立系统上位机监视平台,以PLC作为控制系统下位机实现全部控制功能,根据多层电梯控制系统的要求完成多层电梯控制系统整体设计。现有三菱系列PLC开发软件GX-Work2,组态开发软件MCGS等软件拥有三菱系列PLC等设备,可以满足本课题的研究与设计。在设计中要充分采取理论联系实际的方法,无论是程序开发还是硬件连接都要联系实际让设计在生活中能真正起到作用。对实现论文的真正价值具有实际作用。

通过课题的研究与实验,总结并建立一套基于PLC的电梯控制系统,能高效的完成电梯的控制任务。利用MCGS 组态软件制作人机对话界面,检验电梯PLC控制系统的运行情况。PLC可遍程控制器和MCGS组态软件结合有利于PLC控制系统的设计、监控、故障排除等具有良好的应用价值。

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2基于PLC四层电梯控制系统的概述

2.1可编程控制器的概述

2.1.1 PLC的发展史和背景

在PLC（Programmable Logical Controller）可编程控制器未问世之前，工业控制领域中主要是接触器和继电器占据主要的地位，但是接触器和继电器所构成的控制系统是采用固定硬件的接线实现控制要求，而且对于一些大型的控制系统来说需要大量的接触器和控制器，这样造成硬件电路固定不易改变、控制系统体积过大、耗能多、接触器频繁动作老化快寿命短、容易造成系统故障。在这样的一个大环境下人们想用一种新型的控制装置取代接触器继电器控制电路。这样就出现了具有计算机的完备功能以及灵活性和通用性、并且具有原先接触器和控制器的简单易懂，操作方便、价格便宜的优点的新型控制系统[2]。

随着微处理器（CPU）和运算放大器、数字通信技术的飞速发展，几乎所有的工业控制领域都在使用计算机控制系统。当前用于工业控制的计算机可以分为以下几类：基于PC总线的工业控制计算机、类如可编程序控制器、基于单片机的测控装置、用于模拟量闭环控制的可编程调节器、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。 2.1.2 PLC控制器的特点

经过多年的发展PLC已经发展成完善的可编程控制器。PLC是综合继电器和接触器控制的优点以及计算机的灵活、方便的优点的统一化的产物，这使PLC具有其他控制器所没有的优点，主要包括以下优点：

⑴可靠性高、抗干扰能力强：提高PLC的可靠性和抗干扰能力主要采用了硬件措施和软件措施来提高。主要的硬件措施包括屏蔽、滤波、隔离、采用模块式结构；主要的软件措施有故障检测、信息保护和恢复、设置警钟时钟WDT、对程序进行检查和检验，一旦有错立即报警，并停止执行[18]。

⑵通用性强、使用方便：PLC产品已经系列化和模块化，PLC开发制造商提供了品种齐全的I\\O模块和配套部件。

⑶采用模块化结构，使系统组合灵活方便：PLC系统的各个部件均采用模块化设计的结构，模块之间用电缆连接。根据用户的需求选取系统的功能和规模。

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