plc在电梯系统中的应用的毕业论文.doc

1 论 文 摘 要 本文介绍一种电梯 PLC 控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建 筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在 建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而 控制电梯运行的 PLC 系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快” 的运行目的。该系统主要由 PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动 机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控 制系统。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器PLC 对机器进 行全过程控制。 整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、 制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。 关键字：PLC 电梯设计 变频器 2 前言 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活 中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常 生活密不可分。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控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控 制。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。 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。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 和维护人员提出了更高的要求。 3 目录 第一章 绪论 .1 1.1 课题研究的背景1 1.2 电梯控制系统研究的现状2 1.3 论文的主要内容 .3 第二章 电梯的概述 .4 2.1 电梯土建的基本结构 .4 2.2 电梯的机械基本结构 .4 2.3 电梯电气系统的基本结构 .6 2.3.1、电梯的拖动系统 .6 2.3.2 电梯的控制系统 8 2.4 电梯控制系统的原理与要求 .8 第三章 PLC 的结构及基本指令 .11 3.1 PLC 的结构原理.11 3.1.1、 PLC 的硬件系统结构 11 3.1.2、可编程控制.13 3.2 PLC 的工作原理.14 3.2.1 PLC 的等效工作电路 14 3.2.2、PLC 的工作原理 .15 3.3 PLC 的软件系统 .16 3.4 STEP 7 编程软件的编程语言及基本指令 17 4 3.4.1 STEP 7 编程软件的编程语言 .17 3.4.2 STEP 7 编程软件的基本指令 .18 第四章第四章 硬件设计硬件设计9 4.1 硬件配置简介9 4.2 电梯控制系统9 4.3 电气控制系统框图.11 4.4 输入输出的分配.11 第五章第五章 软件设计软件设计1313 5.1 程序流程图.13 5.2 电梯定向逻辑.15 5.3 电梯 PLC 控制系统设计.16 5.4 四层电梯的梯形图设计.19 第六章第六章 系统调试系统调试2424 6.1 硬件部分调试.24 6.2 软件部分调试.24 结 束 语 .37 参考文献 .39 附录 .40 5 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 课题研究的背景课题研究的背景 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。电梯作为一种较为复杂的机 电一全化设备，它由多许机械构件和电子、电气、大规模集成电路 组成的微型计算系统及声、光控制部件所组成。那么电梯到底有哪 些功能呢？我们从按下电梯的按钮到完成电梯的运行并走出电梯轿 厢，实际上已包含了电梯的许多功能，如：电梯的定向选层、电梯 的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车、开关门。还有检 修功能、安全保护功能、消防功能、楼层显示等。 从电梯控制统的实现方法分，电梯的控制系统经历了继电器控 制、可编程序控制（PLC） 、单片微机控制、多微机控制多种形式。 继电器控制系统是 80 年代最广泛的一种电梯控制方式，有控制逻辑 线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众 多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往接触不良， 所以电梯故障高，众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制 柜体积大。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制发 生了限大的变化，因为微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电 器和选层器，整个系统更加可靠，灵活性更加提高，功能大增强了。 但微机的集成度高，功能项目固化，一般维修人员及工程人员修改 或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生厂家或用专用 6 的工具。可编程序控制器取代继电器构成的电梯控制系统，可以实 现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、 维修方便、噪声小最主要的是可编程序控制系统的“可编程“功能， 使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可。而 PLC 的编程 语言需不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点一般维修及工 程人员都能掌握,PLC 电梯控制系统比较适用于小高层的楼房. 1.21.2 电梯控制系统研究的现状电梯控制系统研究的现状 电梯的出现大大方便了人们的生活。随着城市建设的不断发展， 高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有越来越广泛的应用， 电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不 可分。随着经济的高速发展，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，这使得交流变频调速电梯控制系统已经进 入一个崭新的时代。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控制要求的，因 此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。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 7 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。 随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，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 维护人员提出了更高的要求。 1.31.3 论文的主要内容论文的主要内容 在电梯的控制中其控制量多、逻辑性强、随机性大是其主要特 点，对于 PLC 控制设计来说，电梯控制系统具有很强的实用性和典 型性，研究、分析电梯的逻辑关系，进而实现控制，对于理解和学 习 PLC 都具有很好的意义。 控制电梯运行的 PLC 系统要求达到电梯运行的“稳、准、快”的 运行目的。该系统主要由 PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流 异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变 频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以西门子公司的可 编程控制器 PLC 对机器进行全过程控制。整个系统通过 PLC、逻辑 控制电路对电梯的开关门，升降，加、减速，平层，起动、制动控 制。要求其达到结构简单、运行效率高、平层精度高、使其能够易 于理解与掌握。最后再通过西门子 PLC 调试软件进行调速，满足设 计所需要的要求。 8 第二章第二章 电梯的概述及发展电梯的概述及发展 2.12.1 电梯的概述及发展电梯的概述及发展 随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高， 伴随建筑业的发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也在 日新月异地发展着。电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更 是一种人们频繁乘用的交通运输设备。为了确保电梯正常运行、安 全使用，必须要了解电梯、管理电梯、维护好电梯。 2.1.1 电梯的定义 电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运 行在至少两列垂直的倾角小于 15 度的钢性导轨之间。轿厢尺寸与结 构形式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑 内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。 2.1.2 电梯的分类 1、按用途分类 (1) 客梯 代号 K 为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装 置. (2) 货梯 代号 H 为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有 必备的安全装置. 9 (3) 客货梯 代号 L 主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与 客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同. (4) 病床电梯 代号 B 为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长 而窄的特点. (5) 住宅电梯 代号 Z 供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选 控制方式,轿厢内部装饰较简单. (6) 杂物电梯 代号 W 供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件, 食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置. (7) 船舶电梯 代号 C 用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正 常工作. (8) 观光电梯 代号 G 轿厢壁透明供乘客观光之用. 2、按驱动系统分类 (1) 交流电梯 曳引电动机是交流电机. 当电机是单速时,称为交流单速电梯 当电机是双速时,称为交流双速电梯 当电机具有调压调速装置时,称为交流调速电梯. 当电机具有调压调频调速装置时,称为变频调速电梯. (2) 直流电梯 曳引电动机是直流电机 分为直流有齿和直流无齿电梯. (3) 液压电梯 靠液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置 式. (4) 齿轮齿条式电梯(一般为工程电梯) 10 3、按操作控制方式分类 (1) 门外按钮控制小型杂物电梯 (2) 内外按钮控制自动门电梯 该电梯是一种乘客自己操作的电梯，电梯在各层站分别设有一个 召唤按钮。轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮， 某一层等待电梯的乘客按下召唤按钮，就能使不被占用的轿厢到来， 电梯停靠时立即自动开门，乘客进入轿厢后，按下他要去的楼层的 指令按钮，电梯就自动关门，自动行驶到该站。每次停靠时，电梯 自动进行减速、平层、开门。 (3) 集选控制电梯 该电梯是一种乘客自己操作或有时也可以有专职司机操作的自动 电梯。 电梯在底层和顶层分别设有一个向上或向下的，而在其它层站设 有向上、下两个召唤按钮。集选控制轿厢操作箱上则设有与停站数 相等的相应的指令按钮，当进入轿厢的乘客按下指令按钮，指令信 号就被登记。电梯在向上过程中按登记的指令信号和向上召唤信号 逐一停靠，直到有这些信号登记的最高层站和有向下召唤登记的最 底层为止，然后又反向向下安置指令及向下召唤信号逐一停靠。每 次停靠时电梯自动进行减速、平层、开门。 2.1.3 电梯的发展 11 1854 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱 沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明历史上第一 部安全升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。 以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。150 年 以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。 生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白 到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄 开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等，多台电 梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空 间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人 的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身 处其中的乘客的视线不再封闭。 一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变 的是电梯提升现代人生活质量的承诺。 12 第三章第三章 PLC 的概述的概述 1.11.1 PLCPLC 的发展历程的发展历程 第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要 求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易 懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时 间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机 接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司 （DEC）于 1969 年研制成第一台 PLC，型号为 PDP-14，投入通用汽车公司的生 产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了 PLC 的新纪元。 第一台 PLC 具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些 控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它 具有公共的工厂标准梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便 的使用它。 在短时间内，PLC 在其他工业部门也得到应用。到 70 年代初，食品、金属 和制造等工业部门相继使用 PLC 代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的 第一步。 70 年代中期，由于大规模集成电路的出现，使 8 位微处理器和位片处理器 相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了 数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期， 日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的 PLC，我国在 1974 年也开始研制。 70 年代由于超大规模集成电路的出现，使 PLC 向大规模、高速性能方向发 展，形成了多种系列化产品。这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出 现了工艺人员使用的图形语言。在功能上，PLC 可以代替某些模拟控制装置和 13 小型机 DDC 系统。 进入八九十年代后，PLC 的软硬件功能进一步得到加强，PLC 已发展成为一 种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产 生，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使 PLC 符合今天对高质量高产出的 要求。尽管 PLC 功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。 1.21.2 PLCPLC 组成及特点组成及特点 PLC 的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部分及外部设备组成。除了硬 件系统外，还需要软件系统的支持，它们相辅相成，却一不可，共同构成 PLC。PLC 的软件系由系统程序和用户程序两大部分组成。 PLC 能如此迅速发展，除了工业自动化的客观需求外，还因为他具有许多 独特的优点。他较好到解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、 方便、经济等问题。以下是其主要特点。 （1）编程方法简单易学（2）功能强， 性能价格比高（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强（4）可靠性高、 抗干扰能力强（5）系统的设计、安装、调试工作量少（6）维修工作量小，维 修方便（7）体积小、耗能低 1.2.11.2.1 硬件的可靠性硬件的可靠性 可编程控制是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制系统和通 信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵 活通用与维修方便等一系列的优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环 境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广 泛的应用，成为了现代工业的三大支柱之一。一个设计良好的 PLC 能置于有很 强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。 PLC 的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部件及外部设备组成。各部分 之间通过内部系统总线进行连接。CPU 是 PLC 的核心部分，由它实现逻辑运算， 协调控制系统内部各部分的工作，它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行 的。PLC 的对外功能主要是通过各类接口模块的红外线，实现对工业设备和生 产过程的检测和控制。PLC 的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围 14 宽、体积小、质量轻、效率高、抗干扰性能好。路串一旦某模块出现故障，进 行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。 1.2.21.2.2 编程简单，使用方便编程简单，使用方便 用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有 一定水平的计算机硬件和软件知识。 PLC 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如， 目前打多数 PLC 均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰 直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被 电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。 1.2.31.2.3 接线简单，通用性好接线简单，通用性好 PLC 的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与 PLC 输入端子连接， 将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与 PLC 输出端 子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻 烦。PLC 的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络” ，这样生产线的自动 化过程就能随意改变。这种性能使 PLC 具有很高的经济效益。 用于连接现场设备的硬件接口实际上是 PLC 的组成部分，模块化的自诊断 接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就 使现场电气人员与技术人员易于是用。 1.2.41.2.4 可连接为控制网络系统可连接为控制网络系统 PLC 可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采 用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为 5002500m； 另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为 1M10Mbps，传输距 离为 5001000m，网上结点可达 1024 个。这两类网络可以级连，网上可兼容 不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。 1.2.51.2.5 易于安装，便于维护易于安装，便于维护 PLC 安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控 制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到 PLC 系统的情况下，PLC 小 的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改 换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。 15 在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴 电缆获双扭线连向 CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法 也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由 PLC 制造商预先连好线，这一方 法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。 从一开始，PLC 便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的， 维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件 中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是 ON 还是 OFF，还可写编程指令来报告故障。 PLC 的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装 后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC 的潜在优 点还取决于应用时的创造性。 1.31.3 PLCPLC 的工作原理的工作原理 PLC 的工作原理与计算机的工作原理是基本一致的。他通过执行用户程序 来实现控制任务。但是，在时间上，PLC 执行的任务是串行，与继电接触器 控制系统中任务的执行有所不同。PLC 采用循环扫描工作方式。在程序执行过 程的周期中，程序对各个过程输入信号进行采样，对采样的信号进行运算和处 理，并把结果输出到生产过程的执行机构中。 所谓 I/O 刷新即对 PLC 的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新 读入 PLC 中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存 入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新” 。 由此可见，若输入变量在 I/O 刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输 出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次 I/O 刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要 到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于 PLC 采用循环扫描的工作方式，所 以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决 于这几个因数：一是 CPU 执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指 令条数的多少，即程序的长短。 16 对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处 反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统 响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起 的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。 但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重 考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序， 以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。 1.41.4 PLCPLC 的编程语言的编程语言 PLC 提供了较完整的编程语言，以适应 PLC 在工业环境中的应用。利用编 程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电 器的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序” 。程序由编程器送到 PLC 内部的存 储器中，它也能方便地读出、检查与修改。 PLC 提供的编程语言通常由三种：梯形图、指令表、功能图等。 梯形图(LAD)编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。 PLC 梯形图 PLC 的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在 使用符号和表达方式上有一定区别。PLC 的梯形图使用的时内部继电器、定时 器/计数器，都是由软件实现的。梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程 语言的首选。 指令表（STL）编程语言类似于计算机中的助记符语言，他是可编程控制器 最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表 可编程控制器的某种操作功能。 顺序功能流程图（SFC）编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。使用 它可以对具有并发、选择等复杂的系统进行编程。许多 PLC 都提供了用于 SFC 编程的指令。 每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟 练程度正确合理应用编程方法。 1.5 PLC 在电梯上的应用 随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以微处理器为核心组 17 成的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。很多工厂的生产流水线、加工 设备、船舶上货物的装卸装置、电梯的运行等都由 PLC 控制，只要把预定的控 制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据输入各种指令， 经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。 PLC 在电梯中的应用也已很成熟。PLC 作为主控制器，一方面要采集电梯的 各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门 区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面要把采 集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开 关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯的运行。 我们利用 PLC 内的条件跳转和主控指令，把对电梯的控制程序划分为几个程序 段：检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段。当给电梯 送电时，PLC 就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是 否接通、厅门轿门是否关闭、电梯处在何种状态。正常自动状态时，PLC 检测 门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时， 进入待机状态，此时一收到指令信号电梯即起动。当电梯到达减速楼层时, PLC 程序是仿照继电器控制理念进行编制。 18 19 3 3 硬件设计硬件设计 3.13.1 硬件配置简介硬件配置简介 PLC 产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领 域的欢迎。特别是中小容量 PLC 成功取代了传统的继电控制系统，使得控制系 统的可靠性大大提高。目前各国生产的 PLC 品种繁多，发展速度快。本文所用 到的产品是 S7-200 系列的 PLC 作系列电梯的。在此简单的介绍该机型的一些技 术指标。 技术性能分为：一般性能，功能特性（基本单元） ，输入性能，输出性能和 其它性能。 3.23.2 电梯控制系统电梯控制系统 电梯模拟系统如下图所示： 20 电梯控制系统的模拟 二 层 底层 轿厢 三 层 四 层 输入 输出配置 图 3.2.1 电梯系统控制模拟图 21 3.33.3 电气控制系统框图电气控制系统框图 图 3.3.1 输入与输出： 图 3.3.1 中输出为：1、电动机；2、上下行接触器；3、快慢速接触器；4、 位置指示；5、门锁。输入为：6、轿内指令；7、厅外指令；8、门区感应；9、 手动开关门；10、楼层感应。PLC 系统部分完成所设定的控制任务所需要的 PLC 规模主要取决于控制系统对输入，输出点的需求量和控制过程的难易程度 3.43.4 输入输出的分配输入输出的分配 输入点： 序号 名称 输入点 0 一层行程开关 I0.0 1 二层行程开关 I0.1 2 三层行程开关 I0.2 3 四层行程开关 I0.3 4 四层呼叫按钮 I0.4 5 三层呼叫按钮 I0.5 6 二层呼叫按钮 I0.6 7 一层呼叫按钮 I0.7 8 手动开关按钮 I1.6 1 11 2 345 6789 输 出 PLC 西门子 S7-200 输 入 22 9 手动关门按钮 I1.7 10 红外传感器 I2.2 11 红外传感器 I2.3 输出点： 序号 名称 输出点 0 一层指示灯 Q0.1 1 二层指示灯 Q0.2 2 三层指示灯 Q0.3 3 四层指示灯 Q0.4 4 电动机正转指示灯亮 Q0.5 5 电动机反转指示灯亮 Q0.6 6 开门电机正转 Q0.7 7 开门电梯反转 Q1.0 图 3.4.1 I/O 接线图 23 第四章第四章 软件设计软件设计 4.14.1 程序流程图程序流程图 得电 电梯上升 得电 电梯上升 得电 电梯下降 （接下页） 停止 得电 电梯下降 得电 电梯上升 得电 电梯下降 电梯在二楼 电梯在一楼 电梯在四楼 电梯在三楼 2，3，4楼 有信号吗？ 1楼有信号吗？ 4楼有信号 1，2，3楼 有信号吗？ 1，2楼 有信号 停止 3，4楼 有信号 停止 行程开关 有信号吗？ 停止 图 4.1 24 电梯上升 楼向下呼叫 或选层 楼向下呼叫 或选层 楼向下呼叫 或选层 执行上升流程 与下降相反 楼停 楼停 楼行程 开关信号有？ 楼行程 开关信号有？ 复位 等待 楼行程 开关到 楼停 接上页） 图 4.2 25 4.24.2 电梯定向逻辑电梯定向逻辑 电梯的定向是根据电梯的上行请求信号、下行请求信号、电梯轿箱内请求信 号、电梯当前所处位置等信号来确定电梯继续运行的方向。电梯的定向是电梯 控制中的重要逻辑。在以往电梯的定向逻辑中，一般都是将电梯各个层的上、 下行请求信号、电梯轿箱内楼层请求信号、电梯当前楼层信号等综合到一条或 几条语句中进行判断。这样一来，当楼层数目比较大时，每条语句的编程元件 很多，不可避免的带来程序复杂，容易出错，调试麻烦，运行速度慢等问题。 以下提出的用逻辑运算指令来进行电梯定向的方法可以比较好的问题。 状态转换方式：电梯的方向只有上升、下降 2 个方向，但电梯也可能由于没 有任何的上升或者下降请求信号而处于停止状态。在电梯的方向处理过程中， 电梯只能在上升状态和停止状态或者下降状态与停止之间转换，例如当电梯由 上升状态转为下降状态时必须先由上升状态转换为停止状态以后再由停止状态 转为下降状态。这样的处理方式对电梯的运行是很有意义的，以往的电梯控制 系统中，当电梯响应完某个方向上的所有信号后，若所有剩余的信号都是反方 向的，电梯立刻改变方向，此时，在原方向前方若出现新的呼叫信号，电梯将 不会立刻应答，只是记忆该呼叫信号，而去响应换向后的方向上的呼叫信号， 这样既不符合电梯选层的优先原则，又不能有效的节约能源。采用图 4.2 所示 的状态转换方式，电梯在响应完某个方向上的所有信号后并不是立刻反向，而 是保持该状态等待一段时间后进入停止状态，然后再反向响应相反方向的呼叫 信号。对保持时间进行合理的选择，完全可以做到既不会使得电梯的换向过程 显得迟钝，又能有效的响应同方向的 由于电梯的上升与下降状态之间需要通过“停止状态”该中间状态来转换， 故在电梯的方向判断逻辑中需要考虑以下几种情况: (1)电梯处于上升状态 在该状态下，当前楼层的上面有上升请求，当前楼层的上面有下降请求或者 电梯轿箱内请求在当前楼层的上面，3 个条件有 1 个和多个成立时，电梯继续 处于上升状态;当以上 3 种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止 状态。 (2)电梯处于下降状态 26 在当前楼层的下面有下降请求，当前楼层的下面有上升请求或者电梯轿箱内 的请求在当前楼层的下面时，电梯继续处于下降状态;当以上 3 种条件都不满足 时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。 (3)电梯处于停止状态 在当前层之上有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前 层的上面则置电梯为上升状态;相反，若在当前层之下有下降、上升的请求信号 或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的下面则置电梯为下降状 4.34.3 电梯电梯 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 4.3.14.3.1 楼层状态指示设计楼层状态指示设计 当电梯运行至某层有指令发出时，指示位置及指令。以二层为 表 4.3.1 指示位置及指令表 LDtwoselet二层内选择 Stwoseatq,1二层内选择指示 LDtwoup二层上呼 Stwoupq，1二层上呼指示 LDtwodown二层下呼 S twodownq，1二层下呼指示 LDtwoseat二层位置 =twoseatq二层位置指示 4.3.24.3.2 电梯下行程序设计电梯下行程序设计 以电梯在三层下行情况为例。当电梯的一或二层有指令时，将三层下行位置 1，同时无上行，驱动电梯下行。程序说明如下： 电梯在三层时下行 27 表 4.3.2.1 LDoneseletq一层内选择 0twoseletq或二层内选择 0oneupq或一层上呼 0twodownq或二层下呼 0twoupq或二层上呼 ANseatq在三层位置时 SV0.1.1 置三层下行位 电梯三层时下行 表 4.3.2.2 LDV0.0有四层下行位 0V0.1或有三层下行位 0V0.2或有二层下行位 AN up同时无上行 =down电梯下行. 4.3.34.3.3 电梯上行程序设计电梯上行程序设计 以电梯在二层上行情况为例。程序说明如下： 电梯在二层上行 表 4.3.3.1 ADfourseletq四层选择 0threeseletq或三层选择 0fourdownq或四层下呼 0threedownq或三层下呼 0threeupq或三层上呼 Atwoseatq在二层位置时 SV0.4.1 置二曾上行位 电梯上行 28 表 4.3.3.2 LDV0.3 有一层上行位 0 V0.4或有二层上行位 0V0.5或有三层上行位 ANdown 同时电梯无下行 =up电梯上行 4.3.44.3.4 电梯到达时程序设计电梯到达时程序设计 电梯到达某层时，将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序说 明如下： 电梯到达三层 表 4.3.4.1 LDthreeseatq电梯到达三层 Rthreeseletq,1复位三层内选择 RV0.0.1复位四层下行 RV0.3.1复位一层上行 RV0.4.1复位二层上行 LDthreeseatq电梯到达三层 ANdown同时无下行 Rthreeupq,1复位三层上行 LDthreeseatq电梯到达三层 ANup同时无上行 Rthreedownq，1复位三层下行 29 4.44.4 四层电梯的梯形图设计四层电梯的梯形图设计 图 4.4.1 30 图 4.4.2 31 图 4.4.3 32 图 4.4.4 33 图 4.4.4 图 4.4.6 34 5 5 系统调试系统调试 完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常 运行，必须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。 5.15.1 硬件部分调试硬件部分调试 根据电气接线图安装接线，PLC 实际接线时，还应考虑到以下几个方面： (1) 应有电源输入线，通常为 220V、50HZ 交流电源，允许电源有一定的浮动范 围。并且必须有保护装置，如熔断器等。若是干扰较强或对可靠性要求很高的 场合，应在 PLC 的电源输入端加装带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。 (2) 输入端子八个为一组，公用一个 COM 端。PLC 应单独接地，不要和其他电 器元件共用接地线，接地线面积应大于 2mm,并尽可能靠近 PLC。 (3) PLC 输出端接有线圈和电磁阀等感性元件时必须加保护电路，例如并接阻 容吸收回路（对于交流电源）或续流二极管（对于支流电源） 。 5.25.2 软件部分调试软件部分调试 用编程工具将用户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、下载、调试、 运行，直至运行正确。 5.2.15.2.1 编辑、编译编辑、编译 打开梯形图编辑器将程序输入电脑。程序输入完成后，用 CPU 的下拉菜单 或工具条中编译快捷按钮对程序进行编译，编译后在显示器下方的输入窗口显 示编译结果，并能明确的指出错误的网络段，可以根据错误的提示对程序进行 修改，然后再编译，一直到编译无误。 5.2.25.2.2 程序下载程序下载 程序编译成功后，单击标准工具条中下载快捷按钮打开文件菜单，选择下 载项，弹出对话框，经选定程序块、数据块、系统块等下载内容后，按确认按 钮将选中内容下载到 PLC 的存储器上。 5.2.35.2.3 程序监视、运行调试程序监视、运行调试 当 PLC 工作方式开关在 TERM 位置时还可用 STEPMICRO/WIN32 的菜单命令 或快捷按钮都可以对 CPU 工作方式进行软件设计。 35 使用程序编辑器还可以在 PLC 运行监视程序执行的过程和各元件的状态及 数据，打开调试菜单选中程序状态。这时闭合触点和通电线圈内部颜色变蓝。 在 PLC 的运行工作状态随输入条件的改变、定时及计数过程的运行，每个扫描 周期的输入阶段将各个期间的状态刷新，同时还可以动态显示各个定时、计数 器的当前值，以便在线动态观察程序的运行，出现错误易于发现更改。 经过系统各方面的调试，系统运行正确。说明该设计合理。 36 37