五层电梯PLC控制毕业设计论文.doc

1 湖南机电职业技术学院湖南机电职业技术学院 毕业设计任务书毕业设计任务书 课题名称： 电梯的自动控制（完成 5 层楼的控制要求） 专 业： 机电一体化 学生班级： 机电 1207 学生姓名： 陈诚 同组学生： 许秋 李志坤 袁力强 指导教师： 刘淇名 电气工程学院 二 O 一四 年 11 月 12 日 2 湖南机电职业技术学院湖南机电职业技术学院 应用电子技术专业应用电子技术专业毕业设计开题报告毕业设计开题报告 姓名：陈诚 专业：机电一体化 班级： 机电 1207 课题名称电梯的自动控制指导教师刘淇名 本课题要解决的问题及采用的研究方法： （1）本课题要解决的问题 A 电梯开门和关门要如何实现。 B 若电梯中途停电，电梯会发生什么状况。 C 如何实现电梯的记忆功能 （2）研究方法 A 收集相关资料，分析其工作原理。 B 画出电路图、I/O 分配表。 C 通过小组讨论将电梯在运行过程中遇到的难题提出来并解决相关问题。 D 根据设计要求设计出程序并进行模拟调试。 毕业设计进度计划： 1.查阅资料，选定设计方案； 2.确定设计方案； 3.确定工艺流程； 4.PLC 的选择； 5.绘制程序图； 6.比较得出结论； 7.撰写设计论文。 指导教师 意见 年 月 日 教研室意 见 年 月 日 3 目目 录录 摘要.1 关键词.1 Abstract.1 Key words.1 引言.2 1 绪论.3 1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题3 1.1.1 电梯继电器控制系统的优点.3 1.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题.3 1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点.3 1.2.1 PLC 的特点.3 1.2.2 PLC 控制电梯的优点.4 1.3 课题的提出5 1.4 电梯的功能要求5 2 电梯概述.6 2.1 电梯的出现及发展6 2.2 电梯设备6 2.2.1 电梯的分类.6 2.2.2 电梯的主要组成部分.7 2.2.3 电梯技术发展情况.7 2.2.4 电梯发展展望.7 3 PLC 的选择及其硬件开发9 3.1 可编程序控制器（PLC）的选择9 3.1.1 轿厢位置检测.9 3.1.2 可编程控制器（PLC）的选型.9 3.2 PLC 控制系统硬件开发.9 3.3 设计思想10 3.4 I/O 点数的分配及机型的选择.11 3.5 电梯 PLC 输入输出接线图12 4 系统软件开发.13 4.1 电梯内部部件功能简介.13 4.2 电梯的外部部件功能简介.13 4.3 电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析.13 4.4 软件流程图.15 4.5 电梯的控制要求.14 5 电梯模拟调试及安装.16 5.1 电梯模拟调试16 5.2 电梯安装调试16 参考文献.17 附录 A 18 致谢.26 湖南机电职业技术学院毕业设计 4 4 五层电梯 PLC 控制设计 机电一体化 陈诚 指导老师 刘淇名 摘要：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。采用 PLC 对电梯信号系统进行控制，开发出了完整的电梯控制软件，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效果。该系统具 有先进、可靠、经济的特色。该电梯控制系统具有手动和自动的功能，并且具有指层、厅召唤、选 层、选向等功能。具有集选控制的特点。 关键词：电梯、PLC、梯形图 Control and Design of five-story elevator by PLC Mechanical and electrical integration Chen Cheng The instructor Mr Liu Abstract：With the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indispensable means of transport of daily life. The quality of the lift performance of the impact on peoples lives becoming more and more obvious, it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. The use of PLC signals on the elevator control system, the development of a complete elevator control software, to improve the level of the elevator control and improve the operation of the elevator comfort, so that the lift to reach a more satisfactory control effect. The system has advanced, reliable and economic characteristics. The elevator control system has the drivers to run the operation and no drivers or manual and automatic functions, and has means layer, called the Office of the election story, election to the functions. With a set of features to control the election. Key words: Elevator, PLC, Ladder Diagram 湖南机电职业技术学院毕业设计 5 5 引言 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；目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)， 要求功能灵活，编程简单，故障少，噪音低，通用性和灵活性高。维修保养方便，节 能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯后，按下楼层按钮，电 梯门自动/手动关闭后。电梯进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所到层数。判定 轿厢的运行方向，保证轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，与电梯相同 运行方向时停车，自动/手动开关门。另外在轿厢内外均有信号灯显示电梯的运行方向 及所处楼层数。 湖南机电职业技术学院毕业设计 6 6 1 绪论 1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 1.1.1 电梯继电器控制系统的优点 (1) 所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一 般技术人员和技术工人所掌握。 (2) 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 (3) 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。 (4) 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐 全熟悉掌握的人员较多。 1.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题 (1) 系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良， 因而故障率较高。 (2) 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的 控制功能不易增加，技术水平难以提高。 (3) 电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度 难以提高。 (4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 (5) 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困 难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全 性，经常造 成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底， 不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故 。 1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点 1.2.1 PLC 的特点 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，实现字运算和数据存储，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，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，编程错误率大大降低， 而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 湖南机电职业技术学院毕业设计 7 7 (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 波等；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 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，十分有助于编程人 员的编程。 (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减低。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。 1.2.2 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。 此外，微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统 湖南机电职业技术学院毕业设计 8 8 设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷而没被广泛采用。PLC 控制系统 由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，倍受人 们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。 1.3 课题的提出 PLC 以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目 前国内 7080 年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多， 故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。 应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难， 所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠 性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。利用 PLC 和变频器对旧 电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节 约能源，减少运行费用。 1.4 电梯的功能要求 (1) 电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。 (2) 利用指示灯显示电梯厢外的呼唤信号、电梯厢内的指令信号和电梯的到达信号。 (3) 能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。 (4) 电梯的上行下行有一台电机牵引。电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。 (5) 电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿厢门 关闭。 (6) 每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮、楼层指令按钮。 (7) 电梯启动、运行、到站实现速度的调节。 湖南机电职业技术学院毕业设计 9 9 2 电梯概述 2.1 电梯的出现及发展 说到电梯的起源要从公元前 2600 年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系 统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了 1203 年，法国的二修道院安装了一台 起重机，所不同者只是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进 行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在 1800 年，煤矿主才能 利用起重机把矿井中的煤输送上来。 数百年来人们制造过各种类型的升降梯，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊 绳突然断裂，升降梯便急速地坠落到底层。1854 年奥的斯设计了一种制动器：在升降 梯的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连结， 起吊绳与货车弹簧连结，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接 触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立该与制动杆咬合，即可将平台牢 固地原地固定免继续下坠。“安全的升降梯”发明成功了！一时间，奥的斯成了众人注 目的中心。第一台升降机并非奥的斯所发明，但他却是第一台“安全”升降梯的发明者。 “安全”这一概念不仅开创了升降梯工业，而且也为那些想建造更高层建筑物以增加更 多可利用空间的设计们打开了通途。 随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的 拖动系统简化，性能提高。同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速 性能有了明显的改善。进入 20 世纪 80 年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电 梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓 了电梯拖动的新领域。 电梯发展的今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到全面发展时期，随着智 能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应以 人为本提高舒适度，特别从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是 单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现 单梯与群控管理的最佳模式。合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减少 环境污染等。本文中着重电梯的升降控制逻辑，不调节主电动机的升降速度以及电梯 的安全保护措施。 2.2 电梯设备 2.2.1 电梯的分类 电梯的分类有各式各样： (1) 按速度分类： 低速电梯 1m/s 以下 高速电梯 2-3m/s 超高速电梯 3- 10m/s (2) 按用途分类： 乘客电梯 住宅电梯 观光电梯 载货电梯 客货两用电梯 车辆电梯 其他电梯 (3) 按拖动方式分类： 交流电梯 直流电梯 液压电梯 齿轮齿条电梯 螺杆式电梯 (4) 按有无司机分类： 有司机电梯 无司机电梯 有/无司机电梯 (5) 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 湖南机电职业技术学院毕业设计 10 10 (6) 按曳引机结构分类： 有齿曳引机电梯 无齿曳引机电梯 2.2.2 电梯的主要组成部分 (1) 曳引部分：通常有曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋转使轿厢上下 运动。 (2) 轿厢和厅门：轿厢由轿架，轿底，轿壁和轿门组成；厅门一般有封闭式、中分式、 双折中分式和直分式等。 (3) 电器设备及控制装置：有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮 和厅外指示器组成。 (4) 其它装置：对重装置、补偿装置等。 2.2.3 电梯技术发展情况 (1) 电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。 (2) 电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步 被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼 层场合得到愈来愈 广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的 变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF）， 使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。 (3) 电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器 （PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联 控 制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。 (4) 电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功 能要求。如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。 (5) 智能群控管理得到广泛应用。 (6) 机械传动方面，由于国际上机构加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传 动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。 2.2.4 电梯发展展望 (1) 结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。 随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体 积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪 将会有较大速度发展。 (2) 技术含量更高，性能更好。 电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的 VVVF 电 梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、 更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳 引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代 VVVF 技术。另外，网 络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的 发展潮流。 (3) 安装更方便、更快捷 高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着 湖南机电职业技术学院毕业设计 11 11 技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、 效率更高。 (4) 理念是电梯发展趋势 不断改进产品的设计，生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干 扰、无井道导轨油渍污染的电梯。电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等 无润滑油污染曳引方式。电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。 湖南机电职业技术学院毕业设计 12 12 3 PLC 的选择及其硬件开发 3.1 可编程序控制器（PLC）的选择 电梯 PLC 控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。电 梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如何检测，PLC 软件如何根据给定的输入信号及运 行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选层换速的前 提。 3.1.1 轿厢位置检测 轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控 制系统发出所需要的信号。其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置 关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号， 使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当 前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选 层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。 位置检测方法主要有如下几种： 1）用于簧管磁感应器或其它位置开关。这种方法直观、简单，但由于每层需使用一 个磁感应器，当楼层较高时，会占用 PLC 太多的输入点。 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，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。 由于本文是五层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。 3.1.2 可编程控制器（PLC）的选型 考虑到本次设计的电梯系统有五层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制 为主的系统而言，一般 PLC 的响应速度足以满足控制的要求，在小型 PLC 中整体式比 模块式的价格便宜，体积也小，综合考虑后，系统选择了德国西门子公司生产的 S7- 200 系统 PLC。 S7-200 系统 PLC 具有以下几方面的优点： 1）S7-200 配置灵活，除主机单元外，还可扩展 I/O 模块，A/D 模块，D/A 模块和其它特殊功能模块。 2）S7-200 指令功能丰富，有各种指令，且指令执行速度快。 3）S7-200 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。 4）S7-200 的编程可用编程器，也可以在 PC 机上使用西门子公司的专用编程软件 STEP7-Micro/WIN 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。 3.2 PLC 控制系统硬件开发 电梯 PLC 的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖 动控制系统两部分组成。图 3-1 为电梯 PLC 控制系统的基本结构图，主要硬件包括 PLC 主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与 湖南机电职业技术学院毕业设计 13 13 主拖动系统等。 系统控制核心为 PLC 主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过 PLC 输 入接口送入 PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系 统发出控制信号。 轿厢操纵盘厅外呼叫 输入接口 输出接口 CPU 储存器 PLC 主机 安全装置指层器 拖动装置井道装置 图 3-1 电梯控制系统的基本结构 3.3 设计思想 1）信号控制系统 电梯信号控制基本由 PLC 软件实现。电梯信号控制系统如图 3-2 所示，输入到 PLC 的控制信号有：运行方式选择（如自动、有/无司机、检修、消防运行方式等）、 运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、开关门及限位信号、门区和平层信 号等。 2）电梯控制系统实现的功能 a)接受每个呼叫按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并作出相应的响应。 b)电梯停在某一层时，此时按动该层的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发 出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿箱不在该层，则等到 电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。 c)电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到 这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。 d)电梯在每一层都有一个行程开关，当电梯碰到某层的行程开关时，表示电梯已经 到达该层。 e)当按动某个呼叫按钮后，相应的呼叫指示灯亮并保持，直到电梯响应该呼叫为止。 f)当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内部的 关门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。 g)当电梯运行到某层后，相应的楼层指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指 示灯改变。 湖南机电职业技术学院毕业设计 14 14 运行方式选择远行控制信号安全保护信号 内指令信号 外指令信号 呼梯信号指示 楼层显示 运行方向指示 开关门控制 开关门信号门区或平层信号拖动控制系统 输入接口 PLC 输出接口 图 3-2 电梯 PLC 控制系统框图 3）电梯操作方式 单台电梯的操作方式有手柄操纵控制、按钮控制、信号控制和集选控制等。在乘客 电梯中几乎全部采用集选控制方式。 单轿厢下集选控制：登记所有轿厢和厅门下行召唤；轿厢上行时，只答应轿厢召唤， 直至最高层；自动改变运行方向为下行，应答厅门下行召唤。 单轿厢全集选：登记所有厅门和轿厢召唤；上行时顺应答轿厢和厅门上召唤，直至 最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤。 系统采用全集选操作方式。 3.4 I/O 点数的分配及机型的选择 系统按五层的电梯为例，根据需要控制的开关，设备大约有 24 个输入点，24 个 输出点，需进行控制，故选择 S7-200 系统 CPU 224 的 PLC，继电器方式输出，扩展 模块 EM223,即输入输出各为 16 位，I/O 分配表如 3-1 所示。 表 3-1 PLC 输入、输出点的分配表 说明对应 PLC 地址说明对应 PLC 地址 外部一层上呼叫按钮I0.0外部一层上呼叫灯Q0.0 外部二层上呼叫按钮I0.1外部二层上呼叫灯Q0.1 外部二层下呼叫按钮I0.2外部二层下呼叫灯Q0.2 外部三层上呼叫按钮I0.3外部三层上呼叫灯Q0.3 外部三层下呼叫按钮I0.4外部三层下呼叫灯Q0.4 外部四层上呼叫按钮I0.5外部四层上呼叫灯Q0.5 外部四层下呼叫按钮I0.6外部四层下呼叫灯Q0.6 湖南机电职业技术学院毕业设计 15 15 外部五层下呼叫按钮I0.7外部五层下呼叫灯Q0.7 一层行程开关I1.0一层位灯Q2.0 二层行程开关I1.1二层位灯Q2.1 三层行程开关I1.2三层位灯Q2.2 四层行程开关I1.3四层位灯Q2.3 五层行程开关I1.4五层位灯Q2.4 内部一层呼叫按钮I1.5内部一层呼叫灯Q2.5 内部二层呼叫按钮I2.0内部二层呼叫灯Q2.6 内部三层呼叫按钮I2.1内部三层呼叫灯Q2.7 内部四层呼叫按钮I2.2内部四层呼叫灯Q3.0 内部五层呼叫按钮I2.3内部五层呼叫灯Q3.1 开门呼叫按钮I2.4电梯上升Q3.2 关门呼叫按钮I2.5电梯下升Q3.3 开门行程开关I2.6上升指示灯Q3.4 关门行程开关I2.7下升指示灯Q3.5 电梯上行极限位I3.0电梯开门Q3.6 电梯上行极限位I3.1电梯关门Q3.7 3.5 电梯 PLC 输入输出接线图 有表 3-1 可知将电梯运行过程中的各种主令信号，送入 PLC 的输入口构成其输入 电路图。完成电梯运行的各种执行元件及指示电梯运行状态的各种指示灯，均要受到 PLC 输出口的控制，构成其输出电路。其输入、输出电路如图 3-3 所示 湖南机电职业技术学院毕业设计 16 16 图 3-3 电梯 PLC 输入/输出连接图 湖南机电职业技术学院毕业设计 17 17 4 系统软件开发 4.1 电梯内部部件功能简介 在电梯内部，应该有 5 个楼层(15 层)按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器。 上升和下降显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应有能让乘客按下的代表其要去的目 的地的楼层按钮，称为内呼按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门 可以自动打开，经过一定延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也应有控制电梯 开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内 部还应配有指示灯，用来显示电梯现在所在的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯 处在楼层的第几层，这样可以使乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层 还有远，电梯是上升还是下降等。 4.2 电梯的外部部件功能简介 电梯的外部共分 5 层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯 及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫 请求之前应一直保持亮，它和上升指示灯，下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来 显示电梯所处的状态的。5 层楼中，1 层只有上呼叫按钮，5 层只有下呼叫按钮，其余 3 层都具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器，5 层电梯均应 该相同。 4.3 电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析 1）电梯的初始状态：设电梯位于一层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以 下状态： a.各层呼叫灯均不亮； b.电梯内部及外部各楼层显示器显示均为“1”； c.电梯内部及外部各层电梯门均关。 2）电梯在运行过程中： a.按下某层呼叫按钮（1-5 层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫； b.电梯上行或下行直至该层； c.各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变； d.运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开； e.在电梯运行过程中，支持其它呼叫。 3) 电梯运行后状态：在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。 a.电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过 程中，支持手动开门或关门； b.各楼层显示值为该层所在位置，且上行与下行指示灯均灭 。 湖南机电职业技术学院毕业设计 18 18 4.4 软件流程图 系统的软件主程序流程图如图4-1 所示，系统的梯形图详见附录 A。 上电 初始化是否厅外呼叫 是否轿厢呼叫 确定本层与目标层 是否同层 电梯选向电梯启动 电梯运行 楼层信号 是否目标层 平层信号 电梯制动 开门 延时 关门 是否停止 停止 等待 Y Y N Y N N Y 湖南机电职业技术学院毕业设计 19 19 图 4-1 电梯控制主流程图 4.5 电梯的控制要求 （1）接受每个按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。 （2）电梯停在某一层时，此时按动该层的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当 于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿厢不在该层， 则等到电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。 （3）电梯运行的不换向原则是指优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到 这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反向运行的呼叫。 （4）电梯在每层都有一个行程开关，当电梯碰到行程开关时，表示电梯已到达该 层。 （5）当按动某个呼叫按钮后，响应的指示等亮并保持，直到电梯响应该呼叫为止。 （6）当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内 部的关门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。 湖南机电职业技术学院毕业设计 20 20 5 电梯模拟调试及安装 电梯 PLC 程序应在未带载情况下模拟调试好，在接触器等输出状态正确后，再 将电机接上，模拟调试完成后，则进行现场安装，并进行运行调试，确定参数，完善 程序，最后交付运行使用。 5.1 电梯模拟调试 由于客观条件的限制，软硬件开发只能在实验室对电梯程序进行模拟调试。实际 输入信号及反馈信号用按钮或开关模拟，输出不用接负载，可由 PLC 输出端的发光二 极管显示负载状态，模拟调试时，按电梯的运行条件，依次设置输入信号，并观察输 出正确与否，同时可通过编程器监控内部各点状态，在输入端接上手动按钮而在 PLC 的输出指示灯上看输出，输入信号完全靠手动来控制。如按下 I2.3 是五层楼内呼，如 此时电梯不在五层，则对应输出指示灯亮，然后依次通过手动来控制接近开关按钮， 到第五层时输出指示灯灭，其它层楼的运行模拟调试同理。 5.2 电梯安装调试 安装调试过程是一个比较复杂且耗时间的过程，首先要确定器件型号，选择器件 型号除了要考虑机械设备、电压、电流外，还要考虑经济实用及美观问题 。所有的器 件都备好后，接下来就是安装，主电路及 PLC 都装在控制柜内，这就要考虑互相干 扰的问题，按钮、指示灯或数码显示也按照同样原则接线，所有的元器件都按照一定 的编号安装好后，确保无误后，就可以调试了，由于调试过程中，输入输出点比较多， 且完成一个动作所涉及的开关、按钮、输出显示也比较多，所以这里不一一说明，只 对动作中一部分加以说明。 1）单指令运行调试 这是一种最简单的调试方法，检查所设计的程序在完成其最简单的控制功能时是 否会发生错误。若各种调试无错误，则再用复杂的方法进行调试。 2）单层运行调试 单指令运行调试之后，再下来就是单层调试，以确保程序再多条指令运行时的正 确性。此种调试是让电梯单方向运行于 n 层，譬如，电梯轿厢原先在二层，如此时三 楼和四楼有向上外呼，即按下 I0.3 和 I0.5，三楼和四楼外呼指示灯亮，此时按下关门 按钮，则轿厢往上运行，到三楼时经过比较发出平层信号，轿厢停层响应呼梯，三楼 外呼指示灯灭，延时 3 秒后，轿厢继续向上运行，到四楼时经过比较发出平层信号， 轿厢停层响应呼梯，并消除登记信号。 3）复杂运行调试 此种调试是在呼梯也就是无规律呼梯时看电梯的运行。这种调试最容易发现一些 潜在的开始不易发现的问题。 湖南机电职业技术学院毕业设计 21 21 参考文献： 1赵俊生.电气控制与 PLC 技术M.北京：电子工业出版社，2009：250-255. 2廖常初.PLC 基础及应用.第一版M.北京：机械工业出版，2003：124-128. 3张万忠,刘明芹.电器与 PLC 控制技术.第一版M.北京：化学工业出版社， 2003：1-75. 4汤自春.PLC 原理及应用技术M.北京：高等教育出版社，2009：15-20. 5高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.第一版M.北京：人民邮电出版社， 2004：145-155. 6罗雪莲.交流双速电梯 PLC 控制.机电一体化，2001(4)：4 湖南机电职业技术学院毕业设计 22 22 附录 A 五层电梯 PLC 控制的梯形图 湖南机电职业技术学院毕业设计 23 23 湖南机电职业技术学院毕业设计 25 25 湖南机电职业技术学院毕业设计 26 26 湖南机电职业技术学院毕业设计 27 27 湖南机电职业技术学院毕业设计 28 28 湖南机电职业技术学院毕业设计 29 29 湖南机电职业技术学院毕业设计 30 30 湖南机电职业技术学院毕业设计 9 1 致谢 历经两个个月的时间，我能顺利完成论文的撰写，源于在这两个个的月时间里我 得到了各位老师和同学的无私指导和帮助，在此，我向他们表示深深的感谢。首先要 感谢我的导师刘淇名教师，在毕业设计期间，得到了刘老师的悉心指导，刘老师为我 提供了非常完善的实验设备和良好的研究环境，并且精心为我准备了大量的学习材料。 他的谆谆教诲，我将铭记于心，受益一生。在我做毕业设计期间，从课题的选择、方 案的论证、实验的设计、方法的调整到论文的最终完成，刘老师都始终给予我细心的 指导和莫大的帮助。这篇论文，从设计到选题、实验到最后论文的撰写，无不倾注了 刘老师的心血和汗水，特别是他渊博的专业知识、严谨的治学态度、平易近人的长者 风范、朴实的工作作风和崇高的品德，使我深受启发，这是我学习期间最大的收获。 在此特向导师表示衷心的感谢和崇高的敬意！ 三年紧张而充实的学习生活即将结束，回首这充满艰辛与快乐的日日夜夜，有很多 事难以忘怀，同时，感谢学习期间给予我诸多帮助同学们，你们是我顺利完成学习 和毕业设计的坚强后盾。还要感谢我的家人，他们的理解、支持和期待是我完成学业 的最大动力。最后，我衷心地祝愿菏泽学院机电工程系越来越强，规模越来越大，影 响越来越大，培养更多的人才。祝愿机电学院桃李满天下!