基于plc电梯设计毕业设计

摘要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。传统的电梯控制系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以PLC为核心控制器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器接触器控制。系统的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生产的FX2N-80型PLC，因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。关键词：电梯、PLC、梯形图AbstractAbstractWith 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 traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually. For raising the credibility of the automatic control system and the work efficiency of the equipments, design a set of take PLC as the core controller of the elevator auto control system, using to replace former more complicated of after electric appliances-the contact machine control. The core part(control part) of the system used a Japanese Mitsubishi company to produce of the FX2N - 80 type PLC is the software procedure control in the core because of what to control the part adoption, thus Be promising the elevator circulates normally under the circumstance ofwith this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for maintain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in the meantime, obtain the good results. KEYWORDS: Elevator, PLC, Ladder Diagram目录目录第一章第一章 绪论绪论 .3 3第二章第二章 电梯控制理论基础电梯控制理论基础 .6 6第三章第三章 基于基于 PLCPLC 电梯控制程序设计电梯控制程序设计 .1212第四章第四章 PLCPLC 电梯控制程序仿真电梯控制程序仿真.2626第五章第五章 附录附录plcplc 指令语言与体会指令语言与体会.2929参考文献参考文献 .3131第一章第一章 绪论绪论1.11.1 论文的背景及意论文的背景及意义义随着科学技术的发展、城市现代化进程的突飞猛进，电梯作为一种高效、迅捷、安全、可靠的垂直运输设备，成为了人们不可缺少的运输工具。现代高层建筑中各办公大楼、住宅、宾馆、医院、工矿企业、仓库、码头、大型货轮等都离不开它。据统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为 80 亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540 亿人次之多。电梯服务中国已有 100 多年历史，特别在改革开放以后，我国电梯的使用数量快速增长。尤其是现阶段，随着经济日新月异的发展，人们生活水平不断提高，城市建筑不断增多，楼房也越来越高，与此相应，电梯也得到迅猛的发展。现在，电梯已完全融入我们的生产、生活中，满足人们生活、工作及学习的需要。据统计，我国在用电梯已达 40 多万台，每年还以约5 万6 万台的速度增长12。目前，在国内，对于一个中、小型的电梯控制系统，大多采用 PLC 控制，主要原因在于当规模较小时，用 PLC 控制可以降低因专门设计和制造微机控制装置的成本，且 PLC 具有编程简单；控制运行可靠性高，抗干扰能力强；通用性好、功能强大；开发周期短；体积小，使用方便，可扩展性强；成本低，维护方便以及强大的网络通讯功能等优点，因此成为现代楼宇中、小型电梯控制系统的主流。同时，由于历史原因，我国目前还存在着相当数量的由继电器接触器系统控制的老式电梯，这些电梯的 PLC 技术改造也是当前我国电梯控制的热点。因此，PLC 控制在我国电梯行业有着广泛运用。1.21.2 电梯控制系统发展现状电梯控制系统发展现状可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式己逐渐被 PLC 控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC 控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。1.2.11.2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题电梯继电器控制系统的特点及存在问题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，价格较便宜。（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。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。1.2.21.2.2 PLCPLC 在电梯控制中的应用特点在电梯控制中的应用特点PLC 控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，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，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC 作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，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。PLC 是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于 PLC 具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自80 年代后期 PLC 引入我国电梯行业以来，由 PLC 组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC 系统一直是主流控制系统。可编程控制器（Programmable Logic controller，简称 PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的三大支柱之一。PLC 控制电梯主要有以下几优点：（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。1.31.3 论文的主要内容论文的主要内容课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）来设计电梯自动控制系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。由于 PLC 作为新一代电梯控制工具具有以上优点，本次毕业设计就以四层电梯作为控制对象，以 PLC 作为工具对电梯控制系统进行了设计。设计过程主要包括以下几项：（1）分析电梯的主要结构和控制要求。（2）利用 PLC 技术实现四层电梯运行控制，包括：电梯的开关门控制、电梯的厅召唤控制、电梯的到站指示控制、电梯的自动平层控制、电梯的调速控制。本文采用德国西门子（Siemens）公司生产的 S7-200 型 PLC 及其扩展模块，利用其丰富和功能强大的指令，设计出梯形图。（3）利用 S7-200 的仿真软件对主要程序进行仿真。第二章第二章 电梯控制理论基础电梯控制理论基础2.12.1 电梯概述电梯概述电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统、PLC 控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。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，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而 PLC 控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，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，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。2.1.22.1.2 电梯的结构电梯的结构电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成。而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯基本结构如图 2-1 所示4。图 2-1 电梯的基本结构1-控制柜(屏);2-拽引机;3-拽引钢丝绳;4-限速器;5-限速器钢绳;6-限速器张紧装置;7-轿厢;8-安全钳;9-轿厢门安全触板;10-导轨;11-对重;12-厅门；13-缓冲器。（1）拽引系统电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。（2）导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。（3）门系统门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。（4）轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定（5）重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。（6）电力拖动系统电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。（7）电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。（8）安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。2.1.32.1.3 电梯的控制要求电梯的控制要求人们对现代电梯的自动化程度和智能行越来越高，可以有下列基本功能，这些功能有的是厂家作为标准功能配置在电梯上，有的是可按用户要求配置。但是由于本次设计工作的时间有限，不可能实现下面的所有控制要求，只能完成其中的一些主要的最基本的控制要求。（1）司机操作。由司机关门启动电梯运行，由轿内指令按钮选向，厅外召唤只能顺向截梯，自动平层。（2）集选控制。集选控制是将轿厢内指令与厅外召唤等各种信号集中进行综合分析处理的高度自动控制功能。它能对轿厢指令、厅外召唤登记，停站延时自动关门起动运行，同向逐一应答，自动平层自动开门，顺向截梯，自动换向反向应答，能自动应召服务。（3）下行集选。只在下行时具有集选功能，因此厅外只设下行召唤按钮，上行不能截梯。（4）独立操作。只通过轿内指令驶往特定楼层，专为特定楼层乘客提供服务不应答其它层站和厅外召唤。（5）特别楼层优先控制。特别楼层有呼唤时，电梯以最短时间应答。应答前往时，不理会轿内指令和其它召唤。到达该特别楼层后，该功能自动取消。（6）停梯操作。在夜间、周末或假日，通过停梯开关使用电梯停在指定楼层停梯时，轿门关闭，照明、风扇断电，以利节电、安全。（7）满载控制。当轿内满载时，不响应厅外召唤。（8）清除无效指令。清除所有与电梯运行方向不符的轿内指令。（9）开门时间自动控制。根据厅外召唤、轿内指令的种类以及轿内情况，自动调整开门时间。（10）按客流量控制开门时间。监视乘客的进出流量，使开门时间最短。（11）开门时间延长按钮。用于延长开门时间，使乘客顺利进出轿厢。（12）故障重开门。因故障使电梯门不能关闭时，或者在关门的过程中又有乘客进入的时候，使门重新打开再试关门。（13）强迫关门。当门被阻挡超过一定时间时，发出报警信号，并以一定力量强行关门。（14）光电装置。用来监视乘客或货物的进出情况。（15）光幕感应装置。利用光幕效应，如关门时仍有乘客进出，则轿门未触及人体就能自动重新开门。（16）副操纵箱。在轿厢内左边设置副操纵箱，上面设有各楼层轿内指令按钮便于乘客较拥挤时使用。（17）电子触钮。用手指轻触按钮便完成厅外召唤或轿内指令登记工作。（18）灯光报站。电梯将到达时，厅外灯光闪动，并有双音报站钟报站。（19）停电时紧急操作。当市电电网停电时，用备用电源将电梯运行到指定楼层待机。（20）火灾时紧急操作。发生火灾时，使电梯自动运行到指定楼层待机。（21）消防操作。当消防开关闭合时，使电梯自动返回基站，此时只能由消防员进行轿内操作。（22）故障检测。将故障记录在微机内存（一般可存入 820 个故障） ，并以数码显示故障性质。当故障超过一定数量时，电梯便停止运行。只有排除故障，清除内存记录后，电梯才能运行。大多数微机控制电梯都具有这种功能。2.22.2 PLCPLC 可编程控制器可编程控制器2.2.12.2.1 PLCPLC 的特点的特点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7。（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。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。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，提高了 MTTR，使可靠性提高。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。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。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。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：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。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。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：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。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。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。2.2.22.2.2 PLCPLC 的功能和应用的功能和应用（1）PLC 的功能随着 PLC 技术的不断发展，它目前主要有以下控制功能：条件控制功能条件控制又称逻辑控制，用 PLC 的“与” 、 “或” 、 “非”等逻辑指令取代继电器触点的串联、并联及其他各种逻辑连接来实现开关控制，实现逻辑运算功能。计数、定时功能PLC 具有计数、定时功能，即使用 PLC 提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。计数、定时值可由用户在编程时设定，在运行中读出与修改，使用与操作都很灵活方便。步进控制功能步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制，即顺序控制，可利用移位寄存器或步进指令直接编程。数据处理功能数据处理功能是指 PLC 能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。A/D、D/A 转换功能A/D、D/A 转换功能是指通过 A/D 与 D/A 模块完成模拟量和数字量之间的转换，从而实现对模拟量的控制与调节。并可通过 PID 实现对温度、压力、速度、流量的等物理参数的闭环控制，完成过程控制。通信与联网功能通信与联网功能是指 PLC 采用通信技术，进行远程 I/O 控制与数据交换，实现多台 PLC 之间的同位链接，PLC 与上位机之间的联网，从而组成分布式控制网络以完成较大规模的复杂控制。监控功能PLC 能监视系统各部分的运行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、计数器等设定值或强制 I/O 状态。（2）PLC 的应用目前，PLC 在国内外都已得到了广泛的应用。利用 PLC 最基本的逻辑运算、定时、计数等功能进行逻辑控制，可以取代传统的继电器控制系统，广泛用于机床、印刷机、装配生产线、电镀流水线以及电梯的控制。大多数 PLC 可配置拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。大、中型 PLC 具有多路模拟量输入输出和 PID 控制，可构成闭环系统，广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒等方面的过程控制。第三章第三章 基于基于 PLCPLC 电梯控制程序设计电梯控制程序设计3.13.1 电梯电梯 PLCPLC 控制系统结构控制系统结构电梯的 PLC 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。系统控电梯的 PLC 控制系统的基本组成结构如图 3-1 所示，主要硬件包括 PLC、机械系统、轿厢操纵厢、厅外呼梯、门机与主拖动系统等。其中控制系统的核心为 PLC 主机。来自操纵箱、呼梯盒、井道装置及安全装置的外部信号通过输入接口通过输入单元及其扩展送入 PLC 内部 CPU 微处理器进行逻辑运算与处理，再经过输出单元及其扩展模块分别向楼层显示、呼梯信号灯、运行方向信号灯发出显示信号，向门机发出开关门控制信号，向变频器发出上下行、换速等信号，从而实现电梯运行状态的控制。输入、输出单元一般都通过光电隔离和滤波把 PLC 和外部电路隔开，因此，PLC 的抗干扰能力很强，平均无故障率可达到 45 万小时，远远超过继电器控制系统和计算机控制系统同时，PLC 内部的“软”继电器、 “软”接点和“软”接线取代了继电器控制系统里的“硬”器件、 “硬”触点和“硬”接线，其控制逻辑由存储在内存中的程序实现，大大减少了系统中继电器的使用数量，使得触点少、磨损现象少、连线少，减少了控制柜的体积，系统可靠性增强，并有良好的灵活性和扩展性。图 3-1 电梯控制系统框图3.23.2 I/OI/O 点数分析点数分析根据电梯的层站数、梯型、控制方式、应用场所及具体控制要求，计算出PLC 的输入信号与输出信号的数量（以 4 层电梯为例） 。（1）现场输入信号。电梯作为一种多层站、长距离运行的大型运输设备，在井道、厅外及轿厢内有大量的信号要通过输入接口送入 PLC，现以四层电梯模型为例介绍其 I 口信号。内呼按钮共 4 个，即内呼按钮去 1 楼、内呼按钮去 2 楼、内呼按钮去 3楼、内呼按钮去 4 楼，用于下达各层轿内指令。外呼按钮共 6 个，即 1-3 层外呼向上和 2-4 层外呼向下，用于厅外乘客发出召唤信号。楼层感应干簧管共 4 个，即一层感应干簧管、二层感应干簧管、三层感应干簧管、四层感应干簧管。感应干簧管安装在井道中每层平层位置附近，在轿厢上安装有隔磁钢板，当电梯上行或下行，使隔磁钢板进入干簧管内时，干簧管中的触点动作发出控制信号。干簧管主要用于：发出电梯减速信号；发出楼层指示信号。强迫减速开关共 2 个，上强迫减速开关和下强迫减速开关。强迫减速开关是电梯失控、有可能造成冲顶或蹲底时的第一道防线。上下强迫减速开关分别装在井道中对应最高层站和最低层站的相应位置，各有一个。当电梯失控，轿厢已到顶层或底层，正常的减速停车控制不起作用时，装在轿厢上的碰铁与强迫减速开关的碰轮相接触，使开关内的接点发出指令信号，迫使电梯停驶。开关门按钮共 2 个，用于乘客或司机手动开、关门控制。厅门开关 1-4 层共 4 个，再加轿门开关 1 个共 5 个，分别安装在厅门、轿门上。当它们全部闭合时，说明所有门都已关好，电梯允许运行；若上述开关有任何一个没有闭合，说明有的门未关好，这时不允许电梯运行。为了节省输入点，设计门联锁回路图如图 3-2 所示8。只有全部门电气联锁开关在全部接通的情况下，控制柜内的门联锁继电器方能吸合，门锁继电器的触点才能接通，将该对触点作为门安全信号送到 PLC 的输入点，此时电梯才能运行。因此，厅门开关和轿门开关可以整合成一个输入点，达到减少 I/O 点数的积极意义。图 3-2 门联锁回路平层感应干簧管共有上平层感应干簧管、下平层感应干簧管和门区感应干簧管 3 个,安装在轿厢顶部，在井道相应位置上装有隔磁钢板，当钢板同时位于上平层感应干簧管、下平层感应干簧管和门区感应干簧管之间时，电梯正好处于平层位置。其他信号包括：急停按钮、警铃按钮、慢上按钮、慢下按钮、直驶按钮、消防/检修/自动三种方式选择等，共 8 个输入点。（2）现场输出信号。PLC 将执行结果通过输出接口控制以下输出设备：接触器共 8 个：上升接触器、下降接触器；快速接触器、慢速接触器；快加速接触器、第一慢加速接触器、第二慢加速接触器；点动检修接触器。指示灯信号 14 个：外呼 1 上指示灯、外呼 2 上指示灯、外呼 2 下指示灯、外呼 3 上指示灯、外呼 3 下指示灯、外呼 4 下指示灯；内呼去 1 楼指示灯、内呼去 2 楼指示灯、内呼去 3 楼指示灯、内呼去 4 楼指示灯；1 层位置指示灯、2层位置指示灯、3 层位置指示灯、4 层位置指示灯。其他控制信号：报警警铃输出；开门输出信号、关门输出信号共 3 个。3.33.3 PLCPLC 选型及选型及 I/OI/O 口定义口定义由上述分析可知，现场输入信号共 30 个，输出信号共 25 个，选择西门子公司生产的 S7-200 CPU226 基本单元（24 入/16 出，AC/DC 继电器输出方式）外加扩展模块 EM223（数字混合模块，16 输入/16 继电器输出） ，主机和扩展模块共有 40 入/32 出，满足本系统 30 个输入点，25 个输出点的要求，并留有适度余量。因此，适用于本电梯系统控制10。表 3-1 是 PLC 的 I/O 口定义、分配表。表 3-1 PLCI/O 分配、定义表输入点对应信号输出点对应信号I0.0门安全信号Q0.0上升接触器I0.1外呼按钮 1 上Q0.1下降接触器I0.2外呼按钮 2 上Q0.2外呼 1 上指示灯续表 3-1输入点对应信号输出点对应信号I0.3外呼按钮 3 上Q0.3外呼 2 上指示灯I0.4外呼按钮 2 下Q0.4外呼 3 上指示灯I0.5外呼按钮 3 下Q0.5外呼 2 下指示灯I0.6外呼按钮 4 下Q0.6快速接触器I0.7急停按钮Q0.7慢速接触器I1.01 层感应干簧管Q1.0外呼 3 下指示灯I1.12 层感应干簧管Q1.1外呼 4 下指示灯I1.23 层感应干簧管Q1.2内呼去 1 楼指示灯I1.34 层感应干簧管Q1.3内呼去 2 楼指示灯I1.4内呼按钮去 1 楼Q1.4内呼去 3 楼指示灯I1.5内呼按钮去 2 楼Q1.5内呼去 4 楼指示灯I1.6内呼按钮去 3 楼Q1.6开门输出信号I1.7内呼按钮去 4 楼Q1.7关门输出信号I2.0轿厢内开门按钮Q2.01 层位置指示灯I2.1轿厢内关门按钮Q2.12 层位置指示灯I2.2上平层感应干簧管Q2.23 层位置指示灯I2.3下平层感应干簧管Q2.34 层位置指示灯I2.4门区层感应干簧管Q2.4快加速接触器I2.5上强迫减速开关Q2.5第一慢加速接触器I2.6下强迫减速开关Q2.6第二慢加速接触器I2.7警铃按钮Q2.7点动检修接触器I3.0检修慢上Q3.0报警警龄输出I3.1检修慢下I3.2直驶开关I3.3自动选择开关I3.4消防选择开关I3.5检修选择开关3.43.4 电梯电梯 PLCPLC 程序流程图程序流程图程序流程图如下图 3-3 所示。图 3-3 程序流程图3.53.5 梯形图设计梯形图设计电梯要求实现的功能比较多，因而梯形图较长。下面按不同功能分别分析其原理（以有司机方式编程） 。（1）楼层信号控制楼层信号由图 3-4 所示的梯形图控制环节产生，这些信号用来控制楼层指示灯、选向、选层等。根据要求，楼层信号应连续变化，即电梯运行到使下一层楼层感应器动作之前的任何位置，应一直显示上一层的楼层数。例如电梯原在一层，I1.0 得电,因此 Q2.0,由 I/O 口定义可知一层位置指示灯亮,显示”1” 。当电梯离开 1 层向上运行时，由于离开 1 层感应干簧管区位使得 I1.0 失电，但Q2.0 通过自锁维持得电状态，故一层位置指示灯一直亮。当到达 2 层感应干簧管区位时，I1.1 得电,使得 Q2.1 得电,Q2.1 的常闭触点使 Q2.0 断电,即楼层位置指示灯“2”亮，同时“1”熄灭11。在其他各层，情况与此相同。图 3-4 楼层信号控制梯形图（2）内呼指令信号控制图 3-5 为内呼指令信号控制梯形图。该环节实现内呼指令的登记及消除。中间继电器 M0.1M0.4 中的一个或几个为 ON 时,表示相应楼层的内呼被登记,反之则表示相应内呼指令信号被消除。现假设电梯在 1 层处于停止状态，Q0.0、Q0.1 均未得电，当内呼去 2 层按钮、内呼去 4 层按钮被按下，则I1.5、I1.7 得电，从而将 M0.2、M0.4 置位。即 2、4 两层的内呼指令信号被记忆。当电梯上行到达 2 层感应干簧管区位时，由楼层信号控制环节可知 Q2.1 得电，于是 M0.2 被复位，即去 2 层的内呼指令被消除，该指令已被执行完毕。而M0.4 由于其复位端的条件不具备，所以去 4 层的内呼指令仍然保留下来，直到电梯到达 4 层时，M0.4 才具备复位的条件，信号才会被消除。 图 3-5 内呼指令信号控制梯形图（3）外呼指令信号控制图 3-6 为外呼指令信号控制梯形图。它实现厅外召唤指令的记忆与消除。设电梯在一层处于停止状态。2、3 层厅外乘客欲乘梯上行，故分别按下外呼 2上按钮、外呼 3 上按钮，同时若 2 层还有乘客欲下行，按下外呼 2 下按钮，于是图 3-7 中 I0.2、I0.3、I0.4 均得电，输出继电器 Q0.3、Q0.4、Q0.5 分别使外呼 2 上指示灯、外呼 3 上指示灯、外呼 2 下指示灯亮。司机接到指示信号后操纵电梯上行，故 M3.0 得电。当电梯到达 2 层停靠时 Q2.1 得电，故 Q0.3 失电，外呼 2 上指示灯熄灭。由于还未到达 3 层，外呼 3 上信号 Q0.4 仍然处于记忆、登记状态，故上行控制信号 M3.0 仍未释放（具体分析见选向环节） 。因此，电梯目前虽然在 2 层，但该层的下召信号即外呼 2 下 Q0.5 仍然不能清除，外呼 2下指示灯并未熄灭。只有当电梯执行完全部上行任务返回到 2 层时，由于M3.1、Q2.1 得电，外呼 2 下控制信号 Q0.5 才能被清除12。这就实现了只清除与电梯运行方向一致的召唤信号这一控制要求，即顺向截梯功能。 图 3-6 外呼指令信号控制梯形图（4）自动选向控制选向就是电梯根据内呼指令自动地选择合理的运行方向。图 3-7 为自动选向控制梯形图。图中内部中间继电器 M3.0/M3.1 分别表示上/下方向控制，它们虽然不能直接输出驱动外部负载，却直接决定着方向输出继电器 Q0.0/Q0.1 的“ON”或“OFF”状态，从而控制上升接触器和下降接触器，即决定着电梯的运行方向。图 3-7 自动选向控制梯形图(5)起动换速控制电梯起动时快速绕组接通。通过串入和切除电抗器改善起动舒适感。当电梯运行到达目的层站的换速点时，应将高速绕组断开，同时接通低速绕组，使电梯慢速运行，称为换速。换速点就是楼层感应干簧管所安装的位置。实现起动、换速控制的梯形图如图 3-8 和图 3-9 所示。 图 3-8 启动换速控制梯形图结合图 3-7 和图 3-8 分析，当电梯选择了运行方向 M3.0 或 M3.1 得电,Q0.0或 Q0.1 相应得电,司机操纵使轿、厅门关闭，若各层门都关好，则 I0.0 得电，于是运行中间继电器 M1.4。M1.4 得电，Q0.6 就得电，快速接触器接通快速绕组，T33 开始计时，T33 T33 计时时间到，Q2.4 就接通，快加速接触器动作，切除起动电抗器（电动机串入起动电抗器进行降压起动） 。当电梯运行到有内呼指令的那一层换速点时，由图 3-9 可见，换速中间继电器 M1.3 得电，发出换速信号。 图 3-9 换速信号例如按内呼去 3 层按钮，则指令被登记，Q2.2 得电，当运行到 3 层时，M1.3得电，发出换速指令，换速过程如下：M1.3M1.4Q0.6；Q0.7T34 Q2.5；Q2.5T35 Q2.6。图 3-8 还有两种情况会使电梯强迫换速：一是上下极限强迫换速。例如电梯下行（M3.1 得电） ，若到达最底层还没有正常换速，则会碰撞下强迫减速开关 I2.6 得电，于是 M1.4 失电，电梯换速。二是电梯在运行中由于故障等原因失去方向控制信号，即 M3.0、M3.1 均未得电时，也会因 M1.4 失电而换速13。（6）平层控制图 3-10 为电梯平层控制梯形图。其中，I2.3、I2.2、I2.4 分别为下平层信号、门区信号和上平层信号。其原理为：如果电梯换速后欲在某层停靠时上行超过了平层位置，则上平层感应干簧管离开隔磁板，使 I2.2、M1.5 失电，则Q0.1 接通。电梯在下降接触器作用下反向运动，直至隔磁板重新进入上平层感应干簧管，使 M1.5 得电。当电梯位于平层位置时，M1.5、M1.6、M1.7 均为ON，Q0.0 和 Q0.1 均转变为 OFF，即电动机脱离三相电源，并抱闸制动。 图 3-10 电梯平层控制梯形图（7）开关门控制电梯在某层平层后自动关门，同时，若乘客按下开、关门按钮可对门开、关进行手动控制。图 3-11 为开关门控制梯形图。图中 M2.0 是平层信号中间继电器。当电梯完全平层时，M2.0 得电，紧接着 Q0.0 和 Q0.1 均转变为 OFF，其动断触点复位，于是 Q1.6 得电，开门继电器得电，电梯自动开门。I2.0 是开门按钮输入，用于当门关好后重新使其打开。当电梯在运行时，为保证安全运行，任何情况都不能开门，这一点由 Q0.0 和 Q0.1 的常闭触点来保证。图 3-11 开关门控制梯形图以上为电梯运行各主要功能控制，将这些梯形图合并起来即可构成程序控制的主要部分。当然，完整的电梯控制应包括检修、消防、自动等各种运行状态选择；检修环节中的慢上、慢下；急停；报警以及各种保护环节。第四章第四章 PLCPLC 电梯控制程序仿真电梯控制程序仿真4.14.1 S7-200S7-200 仿真软件介绍仿真软件介绍S7-200 系列小型 PLC 通用性好，兼容性强，适应面广，具有现代 PLC 的特点。其仿真软件现有三种版本：西班牙原版、汉化版和英文版。受语种所限，西班牙原版不适合我们使用，其汉化版由于汉化不完全，出现的错误提示等信息仍为西班牙文，难度很大。所以，我认为使用起来兼容性最好、能真正通用的还是英文版，现在比较好用的是 S7-200 仿真软件英文 Simulation1.2 版，在网上可以很容易找到。这个软件不需安装可直接使用，占用空间仅为几兆。我们只要把它下载到计算机上，就可以随心所欲地反复编程、调试，模拟运行，直至编制的程序能实现预期功能。然后等有机会使用真正的 PLC 实验成套设备时，只需验证一下程序，就可以直接控制驱动实验电路运转，取得事半功倍的效果。 在使用 S7-200 仿真软件前，应该先在 STEP7-Micro/WIN3.2 编程软件下输入源程序，反复修改、编译直至正确，在“File（文件） ”菜单中选择“Export（导出） ” ，将程序导出为“.AWL”文件。然后执行 S7-200 仿真软件文件夹下的“S7-200.EXE”文件就可启动仿真软件了，点击屏幕中间出现的图案，出现密码对话框窗口，输入“6596” ，就进入了仿真软件的用户界面。仿真软件的整体界面如下图 4-1 所示。图 4-1 s7-200 仿真软件整体界面 然后选择“Configuration（配置） ”菜单中的“CPU Type（型号） ” （或在已有的 CPU 图案上双击） ，在“CPU 型号”对话框的下拉式列表框中选择与要导入的程序相同的型号，如 CPU224、CPU226 等。然后选择“Program（程序） ”菜单中的“Load Program（载入程序） ” （或工具条中的第 2 个按钮） ，弹出对话框，将先前导出的“.AWL”文件选中后打开，这样程序就装载到仿真软件中了。选择“PLC”菜单中的“Run（运行） ” （或工具栏上的绿色三角按钮） ，就模拟 PLC进入“Run”模式，程序就开始模拟运行了；若选择“PLC”菜单中的“Stop（停止） ”或工具栏上的红色正方形按钮，就模拟 PLC 进入“Stop”模式，程序就停止运行。这时若用鼠标点击 CPU 模块下面的开关板上小开关上面黑色的部分，可以使小开关的手柄向上，模拟 PLC 上的输入触点闭合，CPU 模块上该输入点对应的 LED 灯就变为绿色；若点击闭合的小开关下面的黑色部分，可以使小开关的手柄向下，模拟 PLC 上的输入触点断开，CPU 模块上该输入点对应的 LED 灯就变为灰色。在 Run 模式下按所编制的程序中设定的输入触点状态拨动对应的小开关，就可以看到 CPU 模块中的被控线圈的 LED 指示灯相应的点亮或熄灭。4.24.2 PLCPLC 电梯控制系统仿真过程电梯控制系统仿真过程现假设电梯在 1 层处于停止状态，电梯内有人内呼去 2 层。整个过程的仿真过程如下：电梯内有人内呼去 2 层，则 I1.5 得电，在门安全 I0.0 得电的情况下，电梯开始运行，Q0.6 快速接触器得电，电梯快速运行，计时 2 秒，Q2.4 快加速接触器得电，仿真图如下 4-2 所示。图 4-2 电梯开始运行仿真图当电梯运行到触碰 2 层感应干簧管时，则 I1.1 得电，2 层位置指示灯亮，电梯开始换速，Q0.7 慢速接触器得电，计时 5 秒，Q2.5 第一慢加速接触器得电，再计时 5 秒，Q2.6 第二慢加速接触器得电，仿真图如下 4-3 所示。图 4-3 电梯换速仿真图此时换速结束，电梯平层，电动机脱离三相电源，并抱闸制动，电梯停止，Q1.6 开门输出信号得电，电梯开门，乘客此时可走出轿厢到达目的地。仿真图如下图 4-4 所示。图 4-4 电梯开门仿真图第五章第五章 附录附录plcplc 指令语言与体会指令语言与体会5.15.1 指令语言指令语言5.25.2 结论与体会结论与体会经过近两周的研究工作，通过在图书馆查阅有关资料，了解了电梯的起源和发展过程，并且加深了对电梯的运行过程、控制系统的认识。熟悉了可编程控制器在电梯控制系统中的运用。并且在所学知识的基础上利用已有的电梯控制系统的设计，尝试了对电梯控制系统的研究。并且，使我将原来所学的知识系统化、理论化、实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。通过这次设计，我还认识到无论做什么，都需要踏实、勤奋、严谨的工作态度这对我以后的工作产生深远的影响。参考文献参考文献1 陈伯时主编 电力拖动自动控制系统 北京：机械工业出版社 19922 朱英韬主编 工厂电气控制技术 北京工业大学出版社 19913 张用，杨定亚编著 机床电气控制 上海：上海科技文献出版社 19834 陈伯时主编 自动控制系统电力传动控制 北京中央广播电视大学 19885 张明达主编 电力拖动自动控制系统。北京：冶金工业出版社 1983