第一章概述1.1国内外发研究现状电梯是垂直运行的电梯、倾斜方向的运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。

据悉，中国的电梯数量由2001年底的28.5万台增至2009年底的突破120万台，8年内翻两番，中国已成为世界上电梯拥有最多的国家。

可见，电梯已成为现代生活中人们广泛使用的运输工具，而人们对电梯舒适性、安全性、高效性的不断的追求也推动了电梯技术的提高。

随着经济的发展，我国生产的电梯在亚洲的年销售已达1万台，约占亚洲市场的1/50，同时国产电梯的技术水平以及产品质量也在稳步提高。

自1985年参加了国际标准化组织的ISO/TC178以来，我国先后等同或等效地采用了一批国际标准及先进国家标准。

标准的高起点促使我国电梯业在技术上处于有利地位，许多诸如无齿轮曳引机、无机房电梯、永磁同步拖动技术、远程监控技术等在国际上也是刚刚出现的新产品和新技术，在我国，已有许多企业可以生产。

国产电梯以其低成本，高质量的优势取得了大量的国内外客户，为进军国际市场创造了有利条件。

实际上，电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，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要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。

目前电梯普通采用两种控制方式：一种是以微机作为信号控制单元来完成电梯的信号采集、运行状态及功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行等功能，其中拖动控制由变频器来完成；第二种则是用可编程控制器取代微机以实现信号集选控制的一种控制方式。

不过国内厂家大部分都是采用第二种方式，主要原因采用PLC控制具有可靠性高、编程简单、体积小、结构紧凑等优点。

可编程控制器是集自动控制技术、计算机技术与通信技术于一体的一种新型工业控制装置，现在已经成为现代工业控制三大支柱之一，以其可靠、体积小、逻辑功能强、远程通信联网、在线修改控制程序、易与计算机接口、具备高速计数与位控、能对模拟量进行控制等高性能模块的一系列优异性能，逐渐取代大量计数继电器、时间继电器、中间继电器等组成的继电-接触控制系统。

总之，对电梯的控制是一种较复杂的工程，在计算机诞生前，为电梯控制的发展起到巨大作用的主要是继电器控制系统。

然而随着电梯技术的逐步改良，其控制性能与自身功能已无法满足和适应电梯控制的要求与发展，利用它已很难设计出质量上乘的电梯控制系统，不过可编程控制器的使用则为电梯的控制提供了更为广阔的空间。

PLC是专门为工业控制而设计的一种控制设备，因此它已成为电梯控制中的一项关键技术。

1.2 研究背景社会生产力的不断发展带动了人类文明的高速发展，特别是20世纪70年代以后，高层建筑在世界范围内得到的迅猛发展，极大的促进了电梯技术的改良和革新。

近半个世纪以来，电梯技术从原始的模型升降机发展到能满足人类需要的高级智能化电梯。

最初的电梯是由司机操作控制的，然而这样不但浪费人力还很浪费财力。

于是，为了解决这个问题，便在旅馆和住宅楼里采用了简易的自动控制方式来控制电梯。

它的优点是可以不利用人力便可自动记住呼梯信号以响应最先呼叫的乘客的需求，不过这种控制方式却无法同时记住多个呼梯信号，这就造成了电梯的使用不方便、效率低于人力操作效率的缺点。

为了解决这一问题，后来便出现了集选控制，该控制很好地解决了原先那种简易的自动控制不能记住多个呼梯信号的问题并且还具有能在运行方向上依次进行响应的特点。

1.3 论文工作内容开始时，电梯处于任意一层；当有外呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时3S后自动关门；当有内呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时3S后自动关门；在电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号，但不响应二层向下外呼梯信号。

同时，如果电梯到达三层，如果四层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应三层向下外呼梯信号；电梯应具有最远反向外梯响应功能。

例如：电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号；电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。

平层且电梯停止运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。

第二章硬件集成设计2.1 四层电梯的方案设计2.1.1 电梯设计思路①主要是轿内的楼层选择数字键1到4，各层门厅按钮，除了一层只设置上升按钮，四层只设置下降按钮，其他层设置上升和下降两个按钮。

②为确保电梯的正常停止，在各层设置位置检测元件，当电梯到达每层时，对应的检测元件给出信号到PLC③对电机进行控制的输出，包括正向控制，反向控制，快速控制和慢速控制4个输出。

其中正反向控制输出点驱动继电器完成对电机方向的控制，快慢速输出所驱动的继电器是实现对加减速电阻的控制，而具体的电机速度变化的实现方式依据实际情况不同而不同。

2.1.2 电梯的工作原理电机绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，异步伺服电动机通过减速器变速后带动车轮转动，靠电机绳与电机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，使异步伺服电动机负载稳定，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。

图2.1 控制方案流程图2.2 硬件选型2.2.1 伺服电动机的选择用户给定的参数如下表所示：表2.1 给定参数伺服电机的选择步骤如下： （1）确定减速机速比 1. 轮子角速度：min)/1(3.57)5.0/(605.1)/(m ax =⨯⨯=⨯=ππD V n output2. 减速机理论速比：4.523.57/3000==soll I（2）确定动态和静态转矩 1. 加速时动态转矩：Nm D a m M dyn 75.2188.0/12/5.035.02000/12/1=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=η2. 减速时动态转矩：Nm D a m M dyn 1408.02/5.035.020002/)(2-=⨯⨯⨯-=⨯⨯-⨯=η3. 静态转矩：Nm D F M F stat 25.318.0/12/5.01100/12/=⨯⨯⨯=⨯⨯=η（3）确定最大转矩1. 加速时所需的转矩：Nm M M M dyn stat 25075.21825.311m ax 1=+=+=2. 减速时所需转矩：Nm M M M dyn stat 75.10814025.312m ax 2-=-=+=3. 最大转矩：Nm M 250m ax =4. 根据理论速比：I=52.4，我们可以根据表格来选出工程速比：I=58.34 （4）电机侧所需的加速转矩Nm I M M gear 6.4)34.5894.0/(250)/(m ax 11=⨯=⨯=η（5）电机侧所需的减速转矩Nm I M M gear 8.134.58/94.075.108/m ax 22-=⨯-=⨯=η（6）电机侧的稳定运行转矩Nm I M M gear stat 6.0)34.5894.0/(25.31)/(3=⨯=⨯=η（7）电机侧有效转矩Nmt t t t t M t M t M M eff 4.2105.7885.76.088.186.42224321323222121=+++⨯+⨯+⨯=+++⋅+⋅+⋅=（8）电机侧的平均转速14321332211min 1416105.7885.7306082/306082/3060-=+++⨯+⨯+⨯=+++⋅+⋅+⋅=t t t t t n t n t n n则我们选择的异步伺服电机的型号为：CT80N42.2.2 驱动器的选择伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，伺服驱动器。

其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分。

目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP ）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，事项数字化、网络化和智能化。

功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM ）为核心设计的驱动电路,IPM 内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。

功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。

经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM 电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。

功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC 的过程。

整流单元（AC-DC ）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

伺服驱动器一般可以采用位置、速度和力矩三种控制方式，主要应用于高精度的定位系统，目前是传动技术的高端。

选择驱动器时，不仅需考虑和电机的匹配，还需考虑控制方式。

选择适合自己控制器的控制方式，也很重要。

主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。

供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范围。

据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。

根据前面的伺服电动机计算出来的转矩和转速的值分别为：250Nm和1416min-1，根据我们所选的伺服电机的型号CT80N4，则就可以初步确定它的转动惯量为0.001/kgm2。

减速机侧转动惯量：电机侧负载转动惯量：负载转动惯量与电机转动惯量的比值为：则我们的驱动器选择型号为：MDV60A0150-5A3-4-002.2.3 施耐德PLC的选择可编程控制器，简称PLC。

它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。

具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、安装容易，维护工作量少3.功能强、通用性好4.开发周期短，成功率高5.体积小，重量轻，功耗低等特点。

已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。

与继电——接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电——接触器控制系统小；价格上能与继电——接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构、中央数据处理系统直接传输数据等。