PLC及变频器在电梯中的应用

装订线毕业设计（论文）报告纸毕业设计（论文）课题名称PLC及变频器在电梯中的应用系/专 业 电气与自动化系/电气自动化技术班 级电技0523学 号0511043235学生姓名孟海洋指导教师胡雪莲/ 2008 年 5 月 16 日 目录1 绪论. 41.1 电梯继电器控制系统的特点及存在的问题. 51.2电梯变频调速控制的特点. 52 电梯设备与电梯发展动态. 62.1电梯设备. 62.1.1电梯的分类. 62.1.2电梯的主要组成部分. 62.1.3电梯的安全保护装置. 62.2电梯的发展动态. 72.2.1电梯技术发展概况. 72.2.2电梯发展展望. 73基本方案选择. 83.1变频器的选择. 83.2 PLC的选择. 94系统硬件设计. 104.1变频器结构及参数设置. 104.2 PLC控制系统设计. 124.2.1电梯控制系统实现的功能. 134.2.2电梯操作方式. 144.2.3速度给定曲线. 144.2.4减速及平层控制. 154.2.5I/0点数的分配及机型的选择. 164.3系统结构框图. 195系统软件设计. 205.1开关门控制. 205.2内指令外召唤信号的登记消除及显示. 225.3自动定向功能. 255.4层楼位置显示功能. 265.5马达上行下行、运行显示控制功能. 276电梯模拟调试及安装. 276.1电梯模拟调试. 286.2电梯安装调试. 28结论. 29参考资料. 33附录 电梯PLC程序梯形图和PLC接线图PLC及变频器在电梯中的应用摘要:随着我国经济的高速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广泛，而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活密切相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速的发展，其拖动技术已经发展到了变压变频调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。本文在采用PLC和变频器实现电梯常规控制的基础上，通过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计，利用易能变频器可编程控制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供了技术支持。大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到较为理想的控制和运行效果。通过PLC程序设计实现楼层计数、换速信号、开门控制和平层信号的数字控制，取代井道位置装置，提高了系统的可靠性和平层精度。该系统具有先进、可靠、经济的特色。该电梯控制系统具有司机运行和无司机运行即手动和自动的功能，并且有指层、厅召唤、选层、选向的功能。具有集选控制的特点。关键词：电梯 PLC 变频调速 模块化 Abstract: In this paper, PLC and inverter used to achieve conventional elevator control on the basis of the frequency converter and PLC through a reasonable choice and chip design, easy to use programmable inverter system velocity curves for the characteristics of the elevator improve comfort, providing technical support. Greatly improving the elevator control, elevator operation and improved comfort, to achieve a more satisfactory elevator control and operation results. Design and implementation of procedures adopted by PLC floors count, for speed signal, the door of peace control of the digital control signal to replace Wells Road location devices, improving the reliability of the system accuracy of peace. The system is advanced, reliable, and economic characteristics. Key words: Elevator PLC VVVF Modular1绪论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。电梯是垂直运输工具，属于位能负载，并且要求频繁起停，随着载客量多少的变化、上下行的变换，在空载上行或重载下行时，电动机的负载最小，甚至是处于发电状态，这就要求电动机在四象限运行。传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，双速异步电动机在定子回路中串电抗与电阻来实现电动机的调速，这满足不了乘客的舒适感；另外，传统的电梯控制系统由继电器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命等缺陷。可编程控制器（PLC：Programmable Logic Controller）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来，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已逐渐被PLC控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来的直流调速过度到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平层的精确度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个执点。1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在的问题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，机械动作噪声大。（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电梯变频调速控制的特点随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它现多优点而被国外公认最有发展前途的调速方式。（1） 变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占用空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格底等优点。（2） 变频调速电源使用了先进的SWPM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。（3） 变频调速电梯使用了先进的SWPM技术SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。2 电梯设备与电梯发展动态2.1电梯设备2.1.1电梯的分类电梯的分类有各式各样：（1） 按用途分类 乘客电梯；载货电梯；客货电梯；病床电梯；杂物电梯；住宅电梯；特种电梯；（2） 按速度分类 低速电梯 1m/s以下; 高速电梯 1-2m/s 超高速电梯 4m/s以上（3） 按驱动电源分类 交流电梯 速度一般小于2m/s 直流电梯 速度一般大于2m/s（4） 按控制方式分类 层间控制;简易集选控制;集选控制;有无司机控制;群控2.1.2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：轿厢由桥架，桥底，轿壁和轿门组成；厅门一般有封闭式、中分式、双折式和直分式等。（3） 电器设备及控制装置：有曳引轮，选层器传动及控制柜、轿厢操作盘、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。2.1.3电梯的安全保护装置（1） 电磁制动器：装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停电后断电制动。（2） 强迫减速开关：起分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。（3） 限位开关：当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。（4） 行程极限保护开关：当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。（5） 急停按钮：装于轿厢司机操作盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急刹车。（6） 厅门开关：每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动；在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。（7） 关门安全开关：常见的是装于轿门边的安全触板，在关门过程中如果安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关闭，反向开门，延时重新关门，此外还有红外线开关等。（8） 超载开关：当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。（9） 其它的开关：安全窗开关，刚带轮的断带轮开关等。2.2电梯的发展动态2.2.1电梯技术发展概况 （1） 电梯的速度要求越来越高，高速、超高速电梯的数量越来越多。（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。逐步被交流电梯所代替，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越来越广泛的应用。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，使斜齿轮传动和行星齿轮传动在电梯的应用日益广泛，已使用电梯的传动形式的传动形式多样化。2.2.2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；由于永磁技术的行进性，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。此外，电梯的双向安全装置、无地坑、无线控制、绿色环保-安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。3基本方案选择3.1变频器的选择确定变频器的品牌和型号，以及确定变频器的规格，完成了变频器的选择。先对变频器进行分类，然后分别讨论品牌和型号、规格。3.1.1选择变频器品牌型号变频器是变频调速系统的核心设备，它的质量品质对于系统的可靠性影响很大，选择品牌时，质量品质，尤其是与可靠性相关的质量品质，显然是选择时的重要考虑方面。同时，设备的平均寿命的长短是一个重要的参数，所以根据预期使用寿命来选择品牌，经验和口碑仍然是主要依据。在同一品牌中选择具体型号时，则主要依据已经确定的变频调速方案、负载类型以及应用所需要的一些附加功能来决定。3.1.2选择变频器规格变频器产品说明书都要提高标准数据，但实际上限制变频器使用功率的是定子电流参数。因此，直接按照变频器标称功率进行选择，在实际中常选择方式：（1） 按照标称功率选择：一般作初步投资估算依据。（2） 按照电动机额定电流选择：多用于恒转矩负载的新设计项目。（3） 按照电动机实际运行电流选择：多用于改造工程。（4） 按照转矩过载能力选择综上所述，根据实际工程情况，以适当的方法选择变频器规格很重要。选择结果多数情况下变频器标称功率与电动机匹配，少数情况需要放大。所以，笼统的认为放大一级功率选择变频器是没有错的想法，但会造成浪费。总的来所从生产本来作合适的选择。3.1.3选择的变频器应满足的条件（1） 根据被控设备的负载特性选择通用变频器的类型。（2） 所选择通用变频器的类型与被控制异步电动机的参数匹配。（3） 为降低电梯成本，首选通用变频器。（4） 电梯的启动和停车都要平稳。（5） 变频器带有防止失速功能。（6） 变频器具有优良的转矩特性。3.2 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远动的机械选层器。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。 3.2.1 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，给曳引机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去应答的选层、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太多的输出点。 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。 3）利用旋转编码器。目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因而在电梯PLC控制系统中，可选用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可以利用PLC内置24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。 旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，随被测轴一起转动，用以测量转动量（主要是转角），并把它们转换成数字形式的输出信号。在电梯中用码盘来检测轿厢的运行速度及轿厢的所处位置，用作速度反馈信号和位置指示信号。旋转编码器的转轴直接与曳引电动机转轴相连接，当电动机转动时，编码器输出与转角对应的脉冲数，通过累计脉冲数量可直接算出轿厢相应的位置行程，进而，算出电梯运行过程中轿厢所处层楼位置，确定换速点、提前开门区、平层停车点等。3.2.2 可编程控制器（PLC）的选型 根据以上叙述，要求可编程控制器必须具有高数计数器，综合考虑后，系统选择了西门子公司生产的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，有各种指令一百多条，且指令执行速度快。 3）S7-200可用内部辅助继电器M，定时器T，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器能接受脉冲编码器脉冲。 4）S7-200的可编可用编程器，也可以在PC机上使用西门子公司的专用编程软件来进行编程。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。4系统硬件设计4.1变频器结构及参数设置易能变频器共有10组参数，每一组参数的设计都具有特定的含义。常用参数如表所示。参数功用F0组基本运行功能数组F1组起动、停机、制动功能参数组F2组辅助运行功能参数组F3组闭环运行功能参数组F4组简易PLC功能参数组F5组端子相关功能参数组F6组摆频专用功能参数组F7组频率给定功能参数组F8组电动机与矢量控制参数组F9组保护相关功能参数组4.1.1参数设计参数设计的原则：（1） 减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环比例系数宜小些，面积分时间常数宜大些；（2） 提高了运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击；（3） 零速一般设计为0Hz，速抱闸功能将影响舒适感；变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入，具体的设置见表：易能变频器主要参数设置表参数设定值说明F0.001操作键盘数字设定F0.0150HZ最高输出频率F0.020运行命令通道选择F0.0300运行方向设定F0.041S曲线加减速方式F0.0520%S曲线起始段时间F0.0660%S曲线上升段时间F0.070加减速时间单位F0.083s加速时间F0.093s减速时间F0.1050HZ上限频率F0.110.00HZ下限频率F0.120下限频率运行模式F0.131转矩提升方式F1.000从起动频率起动F1.010.00HZ起动频率F1.052减速+直流制动调速F2.010.3s正反转死区时间F2.021自动节能运行F8.01380V电机额定电压F8.02.电机额定电流（按电机铭牌）F8.03.电机额定频率（按电机铭牌）F8.04.电机额定转速（按电机铭牌）F8.056电机极数F8.06.电机额定功率（按电机铭牌）F8.135速度环比例增益F8.141s速度环积分时间常数F9.003s瞬停电在起动等待时间F9.010故障自恢复次数F9.031电机过载保护方式F9.04120%电机过载保护系数F9.05200%过载预报警检出水平F9.063s过载预报警延迟时间F9.070过压失速选择F9.08120%失速过压点F9.09200%自动限流水平F9.105HZ/S限流时频率下降率4.2 PLC控制系统设计电梯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1为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机、操纵盘、井道、呼梯盘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。电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图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、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。 图1 电梯PLC控制系统的基本结构图 图2电梯PLC信号控制系统框图4.2.1电梯控制系统实现的功能电梯的控制系统实现的功能：（1） 一台电机控制上升和下降，各层设上/下呼叫开关（最顶层与起始层只设一只）。（2） 电梯到位后，具有手动或自动开关门的功能。（3） 电梯内设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯及层楼指令键，警铃风扇照明按键。（4） 待客自动开门，当电梯在某层挺梯待客时，按下层门外召唤按钮，应能自动开门迎客。自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时，电梯应自动关门在调定时间自动关闭轿厢照明。（5） 自动关门与提早关门，在一般情况下，电梯停站4-6秒应能自动关门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作。（6） 按钮开门。在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操作盘上开关钮，门将打开。（7） 内指令记忆。当轿厢内操作盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。（8） 自动定向，当轿厢内操作盘选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。自动换向，当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。（9） 呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。（10） 自动返基站。当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。4.2.2电梯操作方式单台电梯的操作方式有手柄操纵控制、按钮控制和集选控制等。在乘客电梯中几乎全部采用集选控制方式。（1） 单轿厢下集选控制：登记所有轿厢和厅门下召唤，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。（2） 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。4.2.3速度给定曲线为了满足舒适感，提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对速度变化的敏感度主要是加速的变化率，舒适感意味着要平滑的加速和减速。为了获得良好的舒适感，将电梯的起制动速度曲线设计成由两段抛物线（s曲线）及一段直线构成，而这一曲线形状的构成及改变，则是由加速度斜率及s曲线变化率决定的。加速斜率是以速度给定从0加速到1000转/分所需要的时间。因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率.增大加速时间值起动曲线变缓,反之,起动曲线变急。同理，增加s曲线变化率起动曲线弯曲部分变缓，反之，起动曲线弯曲部分变急。而s曲线变化率的变化，也可通过改变s曲线起始、终了加速时间来实现，采用的易能变频器就具有s曲线加速时间设定功能，故将加速时间和s曲线加速时间配合调整，即可获 图3速度运行曲线得理想的起动曲线。同理，制动曲线也可以按此方法调整。理想的电梯速度给定曲线如图3所示，图中a为加速度，v为速度。在0-t3时间内加速度启动阶段，其中0-t1和t3-t3时间内为抛物线速度曲线，在t1-t2时间内为直线速度曲线；t3-t4时间内为稳速运行阶段；t4-T时间内为减速制动阶段。减速制动阶段速度曲线与加速度起动阶段相对称。4.2.4减速及平层控制电梯的工作特点是频繁起制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车抱闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线，系统采用旋转编码器检查轿厢位置，只要电梯一运行，计算就可以精确地确定走过的距离，到达与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。不论哪种方式产生的减速命令，由于负载的变化、电网波动、钢丝绳打滑等，都会使减速过程不符合平层技术要求，为此一般在离楼层100-200mm处设置一个平层矫正器，以确保平层的长期准确性。4.2.5 I/0点数的分配及机型的选择以五层电梯为例，根据电梯操作的工艺过程及对控制系统的要求，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的输入点和输出点进行I/O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。 1) PLC输入信号的确定先考察电梯轿厢内的操作。操作面板上应有各层的选层指令按钮，5层共有5个。有司机时，应有司机直驶专用开关和上行、下行按钮，需3点输入。各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮，其它各层均设上下两个召唤按钮，5层共需8个输入按钮。5层电梯需5个行程开关来控制是否到了某一层，因此需5点输入。其它输入有消防、有司机/无司机方式选择等开关或触点。经以上分析，可知共需23点开关量输入端口。 输入地址分配表PLC输入地址含义I0.0向上行驶按钮I0.1向下行驶按钮I0.2有/无司机选择开关I0.3一楼行程开关I0.4二楼行程开关I0.5三楼行程开关I0.6四楼行程开关I0.7五楼行程开关I1.0一楼指令按钮I1.1二楼指令按钮I1.2三楼指令按钮I1.3四楼指令按钮I1.4五楼指令按钮I1.5指令专用开关（直驶）I1.6置消防开关I1.7一楼上召唤按钮I2.0二楼上召唤按钮I2.1二楼下召唤按钮I2.2三楼上召唤按钮I2.3三楼下召唤按钮I2.4四楼上召唤按钮I2.5四楼下召唤按钮I2.6五楼下召唤按钮2)PLC输出信号的确定 控制电梯的上行、下行（即电机正、反转）需2点输出。上、下行指示灯2点输出。 开门、关门、门关闭、运行显示需4点输出。 由于采用二进制显示方式，LED七段显示器需3点输出。 电梯轿厢内输出各层的指令信号登记显示，共5点输出。各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤登记显示，其它各层均设上下两个召唤登记显示，5层共需8个输出显示。经分析共需24点开关量输出端口。 输出地址分配表PLC输出地址含义Q0.0开门显示Q0.1关门显示Q0.2门关闭显示Q0.3上行显示Q0.4下行显示Q0.5上行继电器Q0.6下行继电器Q0.7运行显示Q1.0LED七段显示器A段发光二极管Q1.1LED七段显示器G段发光二极管Q1.2LED七段显示器D段发光二极管Q1.3一楼指令信号登记显示Q1.4二楼指令信号登记显示Q1.5三楼指令信号登记显示Q1.6四楼指令信号登记显示Q1.7五楼指令信号登记显示Q2.0一楼上召唤信号登记显示Q2.1二楼上召唤信号登记显示Q2.2二楼下召唤信号登记显示Q2.3三楼上召唤信号登记显示Q2.4三楼下召唤信号登记显示Q2.5四楼上召唤信号登记显示Q2.6四楼下召唤信号登记显示Q2.7五楼下召唤信号登记显示3)内部继电器的确定 内部继电器地址分配表PLC内部继电器地址功能M0.0指令优于召唤M0.1停站信号M0.2本站厅外开门M0.3消防时到过底楼开过门且在任意层楼停过M0.4消防时到过底楼开过门或非消防时M0.5关门条件M0.6清一楼指令登记M0.7清二楼指令登记M2.3清三楼指令登记M2.4清四楼指令登记M1.0清五楼指令登记M4.0清一楼上召唤登记M4.1清二楼上召唤登记M4.2清二楼下召唤登记M4.3清三楼上召唤登记M3.1轿厢到二楼M3.3轿厢到四楼M3.5中间继电器M4.4清三楼下召唤登记M4.5清四楼上召唤登记M4.6清四楼下召唤登记M4.7清五楼下召唤登记M1.3消防到过底楼开过门M1.4轿厢不在任何层楼面上M1.5轿厢位于某层楼面后，延迟1秒断开M1.6有司机直驶状态M1.7关门时间（3秒）M2.0开门时间（3秒）M2.5无司机上、下客时间（4秒）M2.6到站延时时间（1秒）形成停站脉冲用M2.1未定向M2.2未定向M3.0轿厢到一楼M3.2轿厢到三楼M3.4轿厢到五楼综上所述可选择西门子S7-200PLC。4.3系统结构框图电梯控制系统硬件由轿厢操作盘、厅门信号、PLC、变频器、调速系统构成，控制系统结构图如图4所示。 图4 控制系统结构图图中变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由PLC完成的。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC。形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接旋转编码及PG卡，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。此外系统还必须配置制动电阻，当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，抑制直流电压升高。5系统软件设计5.1开关门控制电梯到站后，首先开门3秒，然后上下客4秒，最后关门3秒。时间均为定时器控制。1）开门时间控制功能 图5 开门时间控制功能梯形图图5为开门时间控制功能梯形图。在无司机状态下，由定时器控制开门时间。从图中可知，满足开门条件有以下几种情况： 非消防时有停站开门信号； 非消防时有厅外开门信号； 消防时到达底楼；在非消防状态时，PLC一旦发出停站开门信号或厅外开门信号，即常开M0.1变常闭或常开M0.2变常闭，开门信号线圈Q0.0得电，常开Q0.0自保，同时启动定时器T34，定时时间为3秒，3秒后线圈M2.0得电，常闭M2.0变常开，定时器复位，取消开门信号。在消防状态时，电梯下行至底楼开门，一楼行程开关I0.3得电，常开M1.3得电，PLC发出开门信号。2）上下客时间控制功能图6为上下客时间控制功能梯形图。在无司机状态下，由定时器控制上下客时间。图6 上下客时间控制功能梯形图在无司机状态下，I0.2常闭；无开门显示，Q0.0常闭；非关门显示，Q0.1常闭；门未关闭：Q0.2常闭；定时器线圈T35得电，定时时间为4秒，4秒后，M2.5线圈得电，上下客时间结束，启动关门信号。3）关门时间控制功能图7 关门时间控制功能梯形图图7为关门时间控制功能梯形图。从图中可知，满足关门条件有以下几种情况： 无司机状态下，消防未到过底楼开过门，上下客4秒钟后； 有司机状态下，在上行下行显示情况下，按下上行下行驶按钮，； 消防到过底楼开过门后，响应指令登记信号，由消防人员控制电梯上行；关门条件线圈M0.5得电后，关门显示线圈Q0.1得电，开门Q0.0和门关闭Q0.2互锁，同时定时器线圈T33得电，定时3秒后，线圈M1.7得电，常闭M1.7变常开，关门显示线圈Q0.1失电，定时器复位。消防且未到过底楼开过门的情况下，也要进行关门。4)门关闭控制功能关门3秒后，电梯门关闭。图8为门关闭控制功能梯形图。关门3秒后M1.7得电变常闭，且无开门信号，关闭线圈Q0.2得电，常开Q0.2自保。图8 门关闭控制功能梯形图5.2内指令外召唤信号的登记消除及显示轿内指令和厅外召唤登记的条件是按下要登记的按钮，若此时电梯处在正常运行状态，而且电梯又不在登记的层楼，则该登记即为有效。轿内指令登记消号的条件是当电梯正常运行至登记楼层时，指令登记即被消号。厅外召唤消号的条件是：当电梯正常运行至厅外召唤的楼层且电梯的运行方向与召唤按钮的方向一致时，厅外召唤即被消号。当在安全回路继电器动作、轿内电锁断开、检修等状态下指令信号不予登记，登记的信号即刻消号。1)内指令消号处理当司机乘客消防人员进入到电梯轿厢中时，就要用到轿厢内控制屏上的指令按钮。当电梯到达乘客所要去的那一层楼面时，立即清除该指令登记信号。图9为一楼指令登记及清除梯形图。从图中可知，要使指令登记信号有效必须满足两个条件：1 消防到过底楼开过门； 2 非消防时；当电梯处于非消防状态时，线圈M0.4直接得电，满足指令登记信号有效的条件。当电梯处于消防状态时，常开I1.6变常闭。电梯到达一楼时，一楼行程开关I0.3得电，此时线圈M1.3得电，与开门信号相配合，电梯此时处于消防到过底楼开过门的状态。常开M1.3变常闭，线圈M0.4得电，也满足使指令登记信号有效的条件。M1.3M1.3Q0.2I0.3I1.6M1.3M1.3M0.4I1.6M0.4M0.6Q1.3I1.0Q1.3I0.3M0.3I1.6M0.6图9 一楼指令信号登记响应及清除功能梯形图此时，电梯开始接收指令登记信号。如果此时电梯不在一楼时，按下到一楼指令按钮，一楼指令按钮I1.0得电，线圈Q1.3得电，常开Q1.3自保，完成一楼指令登记显示。电梯下行到一楼时，一楼行程开关I0.3得电，线圈M0.6得电，常闭M0.6变常开，即清除了一楼指令登记。如果此时电梯就在一楼，按下一楼指令按钮的同时就清除一楼指令登记，因为电梯此时就在一楼。电梯处于消防工作状态且没有到达底楼开过门，常开I1.6变常闭，线圈M0.6也得电，电梯也清除指令登记，只有当电梯到达底楼开过门后，线圈M1.3得电，常闭M1.3变常开，才不清除指令登记。需要说明的是当常开M3得电变常闭时，电梯也清除指令登记。M0.3是消防到达底楼开过门并在任何层楼面停过站且有停站信号，就清除所有指令登记。这样做是为了当电梯到达某层后，消防人员可以依火势大小决定是否继续上行，如果不及时清除所有指令登记，电梯会继续上行，这样就不是非常安全。图10为实现此功能的梯形图。 图10消防到达底楼开过门并在任何层楼面停站 则清除所有指令登记功能梯形图2） 外召唤信号的处理位于层楼面的乘客欲前往任意一层楼，可通过按下电梯层门旁的上下召唤按唤来召唤电梯。当电梯到达乘客所召唤的那一层楼面时，立即清除该召唤信号。图11为一楼上召唤登记响应及清除功能梯形图。当在非消防状态下，即常闭I1.6得电。I1.7为一楼上召唤按钮输入常开触点，若此时有人按下此开关，I1.7得电，同时线圈Q2.0得电，常开Q2.0图11 一楼上召唤信号登记响应及清除功能梯形图自保，即一楼上召唤信号登记显示。若电梯此时就在一楼时，直接清除一楼上召唤登记显示。若电梯不在一楼，则下行到达一楼后，一楼行程开关I0.3得电后，线圈M4.0得电，常闭M4.0变常开，线圈Q2.0就失电，清除一楼上召唤登记显示。若在消防状态下，常开I1.6变常闭得电，直接清除一楼上召唤登记显示。5.3自动定向功能电梯的换向即改变电梯的运行方向，实际就是改变电动机的旋转方向。电梯在无司机工作状态下，由程序决定上行或下行。当电梯发出召唤信号或指令信号时，PLC自动根据轿厢目前所在层楼位置，来判定是上行还是下行。若召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 电梯上行召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 电梯下行召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 无法定向图12为电梯自动定向功能（部分）梯形图。无司机工作状态下，当三楼有指令信号Q1.5或上下召唤信号Q2.3、Q2.4发出时，PLC首先判断轿厢当前是否在三楼，如果就在三楼，则轿厢在三楼的常闭M3.2变常开，线圈Q0.3、Q0.4都不得电，电梯既不上行也不下行。如果电梯在一楼或二楼，则轿厢在三楼、四楼、五楼的常闭触点M3.2、M3.3、M3.4不得电，仍为常闭，且在非消防状态下，I1.6常闭得电，则线圈Q0.3得电，电梯定向为上行。如果电梯在四楼或五楼，则轿厢在一楼、二楼、三楼的常闭触点M3.0、M3.1、M3.2不得电，仍为常闭，则线圈Q0.4得电，电梯定向为下行。有司机工作状态下，I0.2变常闭，这时需由司机按下I0.0上行启动按钮，电梯才能上行。同样若司机按下I0.1下行启动按钮，电梯则下行。在消防工作状态下，常闭I1.6变常开，电梯停止上行；常开I1.6变常闭，线圈Q0.4得电，电梯下行到底楼。当电梯消防时到达底楼且开过门后M1.3常闭变常开，电梯不再下行。上行和下行同时有互锁常闭Q0.3和常闭Q0.4。在有司机工作状态下，如果电梯有运行信号Q0.7，则不再接收上行或下行信号。M0.0是一个特殊中间继电器，要求在无司机、门未关闭、既非上行也非下行条件下，指令优于召唤参加定向，这是为了在既有召唤信号也有指令信号的情况下，优先满足轿厢内的乘客需要。M3.2Q2.3M0.0M3.3M3.4Q0.4I1.6Q0.3M0.0Q2.4Q1.5Q2.4M0Q2.3Q1.5M3.2M3.1M3.0Q0.3I0.2I0.0Q0.7M1.3M1.3I0.2Q0.7I0.1M1.3Q0.2Q0.4I0.2Q0.3Q0.4M1.3I1.6 图12 自动定向功能（部分）梯形图5.4层楼位置显示功能由于西门子S7-200PLC输入输出点数的限制，层楼位置显示采用二进制显示方法。利用LED七段显示器的A、D、G三段发光二极管来显示一至五楼层楼位置，如图13所示。一楼五楼四楼三楼二楼ABCDEFGA段G段D段一楼001二楼010三楼011四楼100五楼101图13 LED数码管显示层楼位置示意图图14为LED A段显示功能梯形图。当轿厢到四楼,常开M3.3得电；或轿厢到五楼，常开M3.4得电，则LED A段发光二极管线圈Q1.0得电。M3.4M3.3Q1.0图14 LED A段显示功能梯形图5.5马达上行下行、运行显示控制功能M0.1Q0.6Q0.3Q0.2Q0.5Q0.4Q0.5Q0.6Q0.6Q0.5Q0.7图16 马达上行下行、运行显示控制功能梯形图图16为马达上行下行、运行显示控制功能梯形图。在门关闭Q0.2得电为常闭情况下，且非停站，M0.1常闭，有上行显示Q0.3得电，则线圈Q0.5得电，马达上行；有下行显示Q0.4得电，则线圈Q0.6得电，马达下行。马达上行和下行均有互锁。 在马达上行或下行过程中，电梯运行显示线圈Q0.7得电。6. 电梯模拟调试及安装 电梯PLC程序应在未带载的情况下模拟调试好，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。6.1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I1.4是五层内呼，如此时电梯不再五层，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可同理。6.2电梯安装调试 安装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，输入输出电比较多，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简单的控制功能时是否会发生错误。若各种调试无错误，则在用复杂的方法进行调试。单指令运行调试的具体内容如下：假定电梯的轿厢在一楼，七段数码管D段亮，此时按下五楼的内指令按钮I1.4，五楼内指令显示M3.4亮，电梯关门后，开始上行，当轿厢上升到五楼后，数码管显示A、D段亮，内指令显示信号M3.4清除。2） 单层运行调试 单指令运行调试之后，在下来就是单层调试，以确保程序再多条指令运行时的正确性。此种调