基于plc电梯设计毕业论文

II摘要当今世界，电梯的生产情况和使用数量已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。随着城市人口的不断提高，人们物质文化生活水平的提高，建筑业不断的发展，已是高楼林立，电梯在人们的生产、生活、工作中日益重要。因此电梯的研究也越来越重要。国内外对电梯的研究一直没有停滞过。在中高层建筑中，电梯是必不可缺少的垂直运输设备。人们对电梯安全性、高效性、舒适度的不断追求推动了电梯技术的进步。电梯质量的好坏在很大程度上取决于它的控制系统。目前，电梯控制系统已基本上淘汰了传统继电器控制方式取而代之的是以PLC积分控制器为核心的数字控制系统。其中，PLC由于编程简单、使用维护方便、设计和调试周期短、抗干扰能力强、可靠性高等优点，倍受人们重视，被广泛的应用在电梯控制系统中。本文主要分析了电梯的主要结构以及控制要求，对电梯的硬件进行相应的选择，又对电梯的PLC软件进行设计，以此完成对基于PLC的电梯控制设计。关键词电梯；PLC；三相异步交流电机AbstractSummary of todays world, the elevator number of production and use have become the measure of the degree of modernization of a country one of the symbols. With the continuous improvement of the urban population, peoples material and cultural living standards, the construction industry continues to develop, has the tall buildings, elevators in peoples production and living and working in the increasingly important. Therefore, the elevator research is increasingly important. Study at home and abroad on the elevator has not been stagnant. In the high-rise buildings, elevators, is essential for the vertical transportation equipment. People on the elevator safety, efficiency, comfort the constant pursuit of technological progress to promote the elevator. Lift the quality of good or bad depends largely on its control system. At present, the elevator control system has largely eliminated the traditional relay control mode. Integral controller based on PLC is the core digital control system. PLC, which has advantage of simple and easy to use and easy maintenance, design and debug cycle is short, anti-interference ability, high reliability, is widely used in elevator control system. This paper analyzes the main structure of the elevator and the control requirements of the elevator and make the appropriate choice of hardware, but also on the elevator PLC software design, thereby completing the elevator PLC-based control design.Keywords Elevator; PLC; Three-phase Asynchronous Electric MotorsII目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 论文的研究背景及意义11.2 PLC在电梯控制中的重要意义21.3 论文的主要内容2第二章 电梯的总体设计42.1 分析控制对象和确定控制范围42.1.1 电梯的基本结构42.1.2 电梯的控制功能52.1.3 电梯的控制要求62.2 电梯的工作原理6第三章 电梯硬件设计93.1 电梯的组成93.1.1 结构93.1.2 电梯的组成93.2电梯硬件分析93.2.1 电梯曳引机部分103.2.2 限位器和传感器部分103.2.3 轿厢和开关们电动机部分103.2.4 变频器部分113.2.5 控制器部分123.3 电梯的硬件工作原理13第四章 电梯的PLC程序设计154.1 PLC程序功能介绍154.2 功能实现流程154.3 编程思想17第五章 电梯各程序的说明195.1 电梯参数初始化程序195.2 系统状态输出响应205.3 清除标记子程序235.4 用户输入程序255.5 检测按键程序段265.6 电梯空闲状态处理程序275.7 电梯上行主程序295.7.1 确定上行最近目标层子程序305.8 电梯下行主程序315.8.1 电梯确定下行最近目标层325.9 开关门子程序33结论36参考文献37致谢38基于PLC的电梯控制系统设计第一章 绪论1.1 论文的研究背景及意义在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，不断满足社会经济快速发展和人民生活水平不断提高的需要，电梯作为一种重要的交通运输工具，已经成为城市物质文明的一种标志。电梯在公办大楼、公司、高层住宅、宾馆等场所得到了广泛应用。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期，载人电梯控制技术已经发展到了调频调压调速控制阶段，具有乘坐安全、运行可靠、舒适度较高等特点，其主流控制技术采用PLC控制，具有许多智能化控制功能。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，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、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢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的出现大大节省了行人的时间；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭 1。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音、复合钢带环保耐用一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。现在，电梯已完全融入我们的生产、生活之中，满足人们的生活、学习及工作的需要。据统计，我国在用电梯已达100多万台，每年还以约5万至6万台的速度增长。电梯的作用越来越大，需求也越来越多。而我国的现阶段的使用的先进电梯系统基本上是国外设计制造的，其核心技术并不分开。国内具有自主知识产权的控制方法和技术在实际的应用较少，与国外先进技术相比还有较大的差距。因此，尽快研究和掌握先进的控制技术，对国内电梯工业的发展会有很大的促进作用。本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器(PLC)应用于4层电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，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。本文所设计的电梯与传统的电梯相比，在运行上具有良好的舒适感，在使用中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益，达到了理想的目的。 1.2 PLC在电梯控制中的重要意义早期的电梯自动控制系统中，信号的逻辑控制一般是由继电器-接触器控制电路实现的。由于继电器、接触器都是有触点的电器元件，体积庞大，弧光放电较严重，使用寿命有限，在电梯这种复杂的控制系统中可靠性不高，施工过程中接线复杂，当控制要求改变时必须改变硬件接线，因此其通用性和灵活性不够，生产周期加长，另外继电器，接触器触点数目有限，可扩展性较差；继电器-接触器控制系统依靠触点的机械动作实现控制，其工作频率低且机械触点还会出现抖动问题；继电气控制逻辑一般不具备计数功能；同时随着楼层的增加，继电器接触器控制系统过于庞大，给设计带来不便。基于以上多种原因，导致电梯控制系统的工艺性、运动的可靠性与安全性降低，故目前继电器接触器控制电路的电梯已被逐步淘汰。 目前电梯的控制普遍采用两种控制方式，一种是采用微机作为信号控制单元完成电梯的信号的采集、运动状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能。另一种是用可编程控制器PLC取代微机实现信号集选控制。微机控制是电梯控制技术的发展方向，目前已有一些由微机控制的电梯新机型相继推出，使控制功能得到增强，性能得到改善；虽然微机控制系统在智能控制方面有强大的功能，但是也存在一定的不足之处，一方面微机控制抗干扰能力较差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术，另一方面专门设计和制造微机控制装置，一次性成本高，这些都限制了微机控制系统应用的普及。然而对于一个中、小型的电梯控制系统，大多数采用PLC设计控制，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，因此在电梯控制中成为主流。1.3 论文的主要内容本论文主要任务是在电梯机械模型和PLC控制装置基础上，完成4层电梯控制器的电路设计、元器件选型、PLC外部接口电路设计、控制器装配图与接线图设计、列出元器件清单、完成PLC程序设计与联机调试等内容。 电梯控制系统可分为电力拖动电路和电气控制电路两个主要部分。电力拖动电路主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿箱开关电路。二者均采用易于控制的三相交流异步电动机作为拖动动力源。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件（PLC）等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。电梯控制系统的硬件组成控制电路主要包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测电路、发光二极管记忆灯电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其他辅助电路等。系统控制软件设计由初始化、指令接收处理、电梯位置检测与处理、同行截车和反向不截车处理、开关门控制处理、电梯升降控制等模块组成，利用西门子（SEMENS）公司生产的S7-200型PLC及其扩展模块，使用丰富和功能强大的指令设计梯形图，调试并最终完成电梯控制。第二章 电梯的总体设计2.1 分析控制对象和确定控制范围现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置(如限速器、安全钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。电梯的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。 2.1.1 电梯的基本结构电梯是机电合一的大型复杂产品，机械部分相当于人的躯体，电器部分相当于人的神经。机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品。对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点。下面简单介绍电梯机械部分的结构。（1）曳引系统 曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮和反向轮组成。 曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。钢丝绳的两端分别连接桥箱和对重上，依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。（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，使轿厢和对重智能沿着导轨作升降运动。导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁连接。导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。（3）门系统 门系统是由轿厢门、层门、开门机、连动机构、门锁等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴。门锁装置以及应急开锁装置组成。开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。（4）轿厢 轿厢是运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内按键组成。轿厢的大小由额定载重量或额定载客人数决定。（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。由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分房的额定的载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。（6）电力拖动装置 电力拖动装置由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，它的作用是对电梯实行速度控制。曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电动机或直流电机。供电装置是为电机提供电源的装置。速度反馈装置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。调速装置用于对曳引电机实行调速控制。（7）电气控制系统 电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层装置等组成，它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶盒及房中的检修或应急操纵箱。（8）安全保护系统 安全保系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯的安全使用。机械方面：限速器和安全钳其超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断电源的极限保护装置。而电气的保护在电梯的各个环节都有。 2.1.2 电梯的控制功能电梯可实现的功能如下所示，这些功能是根据生产厂家或用户的要求制定的安全和功能的事项而制定的。这里只根据本电梯主要的操作进行说明，其他例如故障检测、自救功能、火灾提示、语音提示、满载控制等具体功能在此不作陈述，主要功能如下.（1） 集选控制：集选控制是将轿内指令与厅外召唤指令等各种信号集中进行综合分析处理的高度自动化的控制功能。它能对轿厢指令、厅外召唤登记，停靠站延时自动关门启动运行，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，能自动应招服务。（2） 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。（3） 停梯操作：在夜间、周末或假日，通过停梯开关使电梯停靠在制定楼层。停梯时，轿门关闭，照明、风扇断电，以利节电、安全。（4） 开门按键：用于延长开门时间，使乘客顺利进出轿厢。（5） 关门按键：用于立刻关门操作，使乘客顺利登上电梯。（6） 厢内操作箱：在轿厢内左边设置操作箱，上面设置有各楼层轿内指令按键，便于乘客按下想要到达的各楼层。（7） 厢外操作按键：在各楼层的乘客只要按下想要上行或下行的按键即可得到电梯的响应。（8） 灯光响应：在乘客按下相应按键或到达相应楼层时会得到电梯的灯光状态相应，以便提醒乘客相应的提示作用。 2.1.3 电梯的控制要求四层电梯控制系统的控制要求如下：（1）由于电梯对控制系统的可靠性和安全性要求极高，主要以逻辑控制为主，通常采用PLC作为控制系统的核心，所以，应用PLC来设计一个4层电梯控制器具有一定的现实意义。 （2）上行与下行选择由上电梯的人选择信号决定。顺向优先执行，顺向执行完之后再反向执行。 （3）行车途中如遇呼梯信号时，顺向截车，反向不截车。 （4）内选信号、呼梯信号具有记忆功能，执行后解除。 （5）内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层均有指示灯。 （6）停层时延时2秒后自动开门或手动开门。 ( 7 ) 有内选信号时，延时2秒自动关门或手动直接关门。 ( 8 ) 无内选信号时可以手动关门，但不会自动关门。 ( 9 ) 行车时不能手动开门，开门时不能行车。 ( 10 ) 分别用数码管和指示灯显示工作状态（工作电压均为220VAC）。2.2 电梯的工作原理一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。 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或倾斜角小于15的刚性导轨之间，轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物2。 习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。近几年来，随着国际社会对环保认识的关注，各大电梯公司现在在其电梯表面基本都采用了粉末涂料喷涂，这是一种新型环保无溶剂的涂料，并且各种性能皆优于油漆。 电梯的工作图如图2-1所示。电梯上升时，电梯顺时针转动，通过曳引轮和曳引绳带动轿厢上升；下降时电机逆时针旋转，通过曳引轮和曳引绳带动轿厢下降。电梯运行时有启动、加速、满速运行、减速和电梯停层等过程，因此电梯控制的核心是控制工作电机。曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引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，以便人员和货物出入。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，使曳引电动机负载稳定，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。电梯以曳引电机为核心，通过电机的正反转控制电梯的上下运行，在此基础上增加了电梯门的开关，也同样用电机的正反转来控制电梯门的开关；具体到电梯的上下运行和停留时，会用到很多的传感器和接触器等附加的器件，这样才能保证电梯在楼层之间正确平稳的运行，更多的也会考虑到乘客的安全、舒适等各种问题，这些问题和解决方案将会在电梯硬件和软件的选择、安装和控制中详细说明。图 2-1 电梯工作原理图第三章 电梯硬件设计3.1 电梯的组成 3.1.1 结构电梯的结构包括：四大空间，八大系统。四大空间即机房部分、井道及地坑部分、轿厢部分、层站部分。八大系统即曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统3 。3.1.2 电梯的组成曳引系统，曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。导向系统，导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。轿厢，轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。门系统，门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门、层门、开门机、门锁装置组成。重量平衡系统，系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。电力拖动系统，电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。电气控制系统，电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。安全保护系统，保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。3.2电梯硬件分析电梯系统由电梯机械部分和控制部分组成。为了能够简洁明了的介绍电梯的各个功能实现，需要对各硬件部分进行分析。电梯的基本框架是每一层门厅都要有门厅按钮，除了底楼和顶楼只需要一个门厅按钮外，其余各层要安装两个门厅按钮。还需要安装控制电梯平层和减速的传感器感应片，除了底楼和顶楼只各安装一片减速感应片和平层感应片外，其余各层都要安装两片减速感应片和平层感应片，而与这些感应片相对应的4个传感器安装在轿厢的顶端。在底楼和顶楼需要安装机械式的限位器，保证电梯在失控的时候不会超过顶楼和底楼。曳引机载整个电梯的顶楼，按照一般的设置，整个机房在楼层顶部。控制设备由PLC、变频器、电脑主机、等组成，其主要作用是通过PLC接受从电梯传来的信号设置变频器控制电梯的上下运作，设定电梯的运行模式。3.2.1 电梯曳引机部分电梯的曳引机通常是由曳引电动机、制动器、减速箱及座底组成。电梯曳引电动机并不是通常的工业用交流感应电动机，电梯是典型的位能负载，根据电梯的工作性质，电梯曳引电动机应具有如下特点。（1） 能频繁的启动和制动；（2） 启动电流小；（3） 电动机运行噪声；（4） 对电动机的散热要做周密考虑；（5） 电梯曳引电动机为双绕组双速电动机。 除了上述特点外，电梯交流调速用曳引电动机往往备有两个轴伸端：其中一段为传动端，与减速耦合；另一段为非传动端，通常装有飞轮，用以增加运动系统的转动惯量，改善乘客的舒适感。3.2.2 限位器和传感器部分 在整个装置中使用了四个限位器和四个传感器。四个限位器是机械的，上行减速限位器和上行平层限位器，下行于上行类似。限位器和铜片相对应，传感器与铜片配合使用，只有当传感器与相应的铜片对齐时，传感器上的红灯才会亮，因此铜片的位置十分关键，它的位置调整也十分麻烦。3.2.3 轿厢和开关们电动机部分 轿厢上除了上一节介绍的四个传感器以外还有开关门电动机也是十分重要的，其开关门装置由电动机控制，在其齿轮带上有两个邦定的机械限位器，用以确定轿门的状态是开还是关。当开关门电动机转动时，就会带动两根金属丝，改变限位器的状态，并以开关量的形式传送给PLC。3.2.4 变频器部分变频器的设置在电梯中比较重要。并选用富士E11系列的变频器，也可以使用其他的变频器。下表为变频器的初始值设定，操作方法如下。按下PRG/RESET键，屏幕上出现F00的字样，按下上键，直到屏幕上出现需要修改的功能编号，然后按FUNC/DATA键，修改功能编号所对应的值，最后按下FUNC/DATA保存设定值，其设定值如表3-1所示。表3-1 富士E11变频器功能配置列表功能取值范围最小单位出场设置编码名称F00数据保护0：可更改数据1：数据保护0F01频率指令0: 键盘输入1：电压输入2：电流输入3：电压电流输入4：双极性电压5：反模式电压输入 6：反模式电流输入7：向上向下间控制1 （初始值为0赫兹）8：向上向下键控制2 （初始为最后一次输入的值） 0F02控制方法0：键盘控制1：正传或反转的信号控制2：键盘控制（正转）3：键盘控制（反转）2F03最大频率50HZ400HZ 1HZ60F04基频1 25HZ400HZ1HZ60F05 额定电压0为不限制，范围320480V1V380F06最大电压320400V1V 400F07加速时间0.013600s0.01s6.00 F08减速时间0.013600s0.016.00在设定过程中一定要调整F02位1，才能正常运行电梯，否则变频器只接受其自带键盘的控制，不会对PLC传来的信号做出反应，其它数据可以按照需要设定。3.2.5 控制器部分控制器使用了德国西门子的PLC，其型号为SL200，它的外观图如图3-1所示，其输入输出端口如图3-2所示。图 3-1 S7-200型PLC外观图S7-200系列是一类可编程控制器（Micro PLC）。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题是具有很强的适应性4。S7-200 CPU模块包括一个中央单元（CPU）、电源以及数字量的I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。（1） CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制。（2） 输入和输出是系统地控制点：输入部分从现场设备（例如传感器或开关）中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及工业过程中的其他设备。（3） 电源向CPU以及所连接的任何模块提供电力。（4） 通讯端口允许将S7-200CPU同编程器或其他设备连接起来。（5） 状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行或停止），本机I/O的当前状态，以及检查出的系统错误。（6） 通过扩展模块可增加CPU的I/O点数。（7） 一些CPU具有内置的实时时钟，其他CPU则需要实时时钟。图 3-2 控制器输入输出端口3.3 电梯的硬件工作原理电梯的硬件工作是软件的基础，其工作原理如图3-3所示，以PLC核心，左侧为其输入电路部分，右侧为其输出相应部分。在输入部分电梯会相应的响应用户的呼叫，电梯在运行过程中会不停得到传感器的回应以及一些其他的输入信号，在PLC控制器部分会对各输入变量进行逻辑分析，将各结果输出到PLC输出端，在外部有各种硬件相应输出信号，会使电梯正反转，达到上升下降的目的，开关闭电梯门以及各楼层的显示电路的提示作用都会发挥作用。图 3-3 PLC硬件控制原理图14第四章 电梯的PLC程序设计4.1 PLC程序功能介绍 由于设计条件的限制，不可能完全实现实际电梯的所有功能，只选取其主要功能给与实现。（1）选层控制：将轿厢内置领域轿厢外指令等各种信号集中进行综合分析处理，它能对轿厢指令轿厢外指令登记，停靠站自动开关门，通向逐一应答，自动平层开门，顺向截梯，自动换向反向应答。(2) 上行选层:只有在上行时具有选择相邻层的作用，因此轿厢外设有的上行按键可以得到相应，而下行键不会得到相应。（3）下行选层：只有在下行时具有选择相邻层的作用，因此轿厢外设有的下按键可以得到相应，而上行键不会得到相应。(4) 开门按键：用于延长开门时间，使乘客顺利进出轿厢。(5) 清除标记：在电梯到达相应的楼层后，电梯控制部分会将楼层的各种相应状态等熄灭，以备下次电梯到达时使用。 4.2 功能实现流程功能实现流程如下图所示。按照电梯的运作过程可分为如下部分：有人呼叫，电梯开关门后开始运动，当到达限速后匀速运动；到达相应楼层后，减速平层；轿厢平层后触发开关门电机，开始开门，到达一定位置后关门。（1） 电梯复位程序段 此段程序有两个功能：一个是在系统上电以后，把轿厢的位置设置在第一层，另一个就是用于电梯的停止。（2） 用户的输入程序包括轿厢外的按键和轿厢内按键，用户输入程序在完成用户的输入以后，应保持选择的状态，具有记忆功能，以便于电梯可以连续相应各楼层。图4-1 功能实现流程图（3） 电梯复位程序段 此段程序有两个功能：一个是在系统上电以后，把轿厢的位置设置在第一层，另一个就是用于电梯的停止。（4） 用户的输入程序包括轿厢外的按键和轿厢内按键，用户输入程序在完成用户的输入以后，应保持选择的状态，具有记忆功能，以便于电梯可以连续相应各楼层。（5） 按键状态输出相应对于用户输入程序段中的选择状态进行相应，确定电梯的本身状态，也适用于给与乘客的电梯状态的提示作用。（6） 轿厢开关门程序根据电梯是否到达相应楼层而相应开关门电梯，控制电梯轿厢的开关，修改开关门的状态。（7） 设定上行目标程序此段程序是用来设定上行过程中的下一个目标，只有在电梯上行或者空闲的时候电梯才可以相应，如果没有呼叫，电梯为空闲状态。（8） 设定下行目标程序此段程序是用来设定下行过程中的下一个目标，只有在电梯下行或者空闲的时候电梯才可以相应，如果没有呼叫，电梯为空闲状态。（9） 执行上行程序此段程序是用来控制电梯上行，检测电梯是否应该减速或者停止电梯上行。（10） 执行下行程序此段程序是用来控制电梯下行，检测电梯是否应该减速或者停止电梯下行。4.3 编程思想程序（梯形图）在PLC中并非同时执行，而是按照网络的顺序依次执行的。运行完最后一个网络后，重新回到网络1开始下一轮循环，所以任务在PLC中是扫描循环执行的5。任务循环执行一次称为一个扫描周期。在一个扫描周期中，S7-200将执行部分或全部下列操作：（1） 读输入：S7-200将物理输入点上的状态复制到输入过程映象寄存器中。（2） 执行逻辑控制程序：S7-200从头至尾执行一遍程序指令并相应修改存储在各种存储区中的数据。（3） 处理通讯请求并执行CPU自诊断：S7-200检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。（4） 写输出：在输出过程映象寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。注：中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事件发生时才执行（可能在扫描周期的任意点）。由此可知，PLC是在一个扫描周期完成后才执行输出操作。用户程序的执行取决于S7-200是处于停止模式还是运行模式。当S7-200处于运行模式时，CPU执行程序；当S7-200处于停止模式时，CPU不执行程序。然而，PLC传统的编程思想是串行执行的思想，其用于电梯编程会使程序变得十分复杂，不容易修改，可读性也差，所以此次编程使用的是模块化的编程思想。（1） 可读性强 模块化的程序是按照功能划分的，因此只要按照功能就可以找到相应的程序段进行阅读，可以了解到整个模块的作用。（2） 有利于扩展功能 由于体形图中没有函数功能，语句分散，在此基础上增加语句比较困难，然而模块化以后，相同的代码放置在一起，增加语句就容易的多。（3） 方便程序调试 在程序出现了问题以后，只要根据问题的功能点就能找到相应的模块，在此模块上进行调试就可以，调试变得简单快捷。，而不用来回在各个语句中查找，节省了大量的时间。第五章 电梯各程序的说明程序设计是PLC设计中的重点，但由于设备和条件的限制，这里只对电梯主要的运行程序做出设计和说明，其中的安全检测、故障处理、电梯感应接触器点等开关的接触到达我们这里代用时间延时的方法解决，以表达电梯的上升、下降；运行、减速、满速的接触器感应在起作用，时间的设定只作定性分析，而不是定量的分析，因此整个电梯的程序设计是在原理不错的基础上进行的。如果在子程序中加入相关的处理程序，就可以达到实际电梯的操作，如果有硬件的支持，将会有实际电梯的作用。5.1 电梯参数初始化程序 初始化程序定义了电梯运行所需要的的部分逻辑线圈、数据寄存器的初始值。初始值定义下5-1表所示。表 5-1电梯参数初始值定义表元件名含义初始值M10.1M10.2电梯上行标志逻辑“0”电梯下行标志逻辑“0”M10.3电梯空闲标志逻辑“1”M10.4M10.5电梯开门标志逻辑“0”电梯关门标志逻辑“0”M10.6T37T38电梯开门完毕标志 逻辑“0”电梯上行一楼层时间3S电梯下行一楼层时间3ST39T40电梯门开门时间1S电梯开门保持时间2ST41电梯关门时间1SVW100当前层寄存器1 初始化语句将以图5-1中的语句驱动。图 5-1 电梯参数初始化程序梯形图 在此段程序中，电梯一但给电，我们将电梯定位在一楼，同时一楼的电梯指示灯被点亮，表示电梯此时到达一楼并准备等候指令。 这里VW100代表电梯当前层，电梯运行到相应楼层时VW100中被输入对应的楼层的数目，以备后期的乘客呼叫时与相应的楼层数作比较，使电梯在比较的基础上运行上下等操作。其中的SM0.1代表这里PLC只对此段程序开机扫描一次，在以后的程序才是进行的循环扫描。Q0.3为电梯停在一楼的指示灯，电梯给电时我们设置电梯在一楼，如果无其他的指令，电梯会保持现有的状态。5.2 系统状态输出响应下图的语句表是乘客按键和电梯状态的输出表，它和输入程序中的输入语句表正好相反，但基本模式和的输出程序U类似，其归纳的输出表如表5-2所示。表5-2 系统状态逻辑线圈和输出线圈的定义表对应的逻辑线圈逻辑线圈的说明相应的输出线圈输出线圈的说明M6.0一楼上行按钮状态Q2.0一楼上行指示灯M6.2二楼上行按钮状态Q2.1二楼上行指示灯M6.1二楼下行按钮状态Q2.5二楼下行指示灯M6.4三楼上行按钮状态Q2.3三楼上行指示灯M6.3三楼下行按钮状态Q2.4三楼下行指示灯M6.5四楼下行按钮状态Q2.3四楼下行指示灯M7.1厢内一楼按钮状态Q1.1厢内一楼指示灯M7.2厢内二楼按钮状态Q1.0厢内二楼指示灯M7.3厢内三楼按钮状态Q0.7厢内三楼指示灯M7.4厢内四楼按钮状态Q0.6厢内四楼指示灯对于开门状态和关门状态有特殊的处理，特殊的处理梯形图如图5-2所示。图5-2 系统状态确定程序梯形图（开门状态）图5-2为电梯开门状态的程序，在M7.6厢内开门按键按下的状态接通后，但此时电梯必须是电梯为静止状态，不能使电梯运行，此时按下开门按键后，会对电梯的关门状态复位，同时电梯关门状态复位，加速关门的电机工作状态也同时复位，停止电梯关门，减速关门电机也会停止工作，电梯开门完毕状态也会被复位，但电梯开门标志会被置位为1，完毕后会对寄存器M7.6复位，消除记忆状态。其中的电梯关门状态也与电梯开门状态相似，其程序如图5-3所示。图 5-3系统状态确定程序梯形图（关门状态）M7.6和M7.7分别是开关门按钮的状态，只有在电梯不移动的时候才可以执行开关门的程序，所以要加上电梯是否是上行和下行的状态的判断。如果开门状态接通，那么先取消关门状态，避免冲突，同时也复位M10.5，即电梯关门标志；还要复位Q3.2和 Q3.3,可以马上使关门电动机复位停止工作；开门完毕的标志M10.6也要复位;最后电梯开门标志为逻辑值“1”，然后复位M7.6。如果关门状态被接通，其程序相反，类似也可以完成电梯关门的设置。除了开关门以外的状态与指示灯状态可以用梯形图图5-4驱动完成。图 5-4 各按钮响应指示灯驱动程序（部分）此段的程序是电梯在处于任何的状态时，输出响应程序段都会给出电梯此时的状态，同时电梯在有人呼叫时也可以在此段程序中显示出来，在上面粘贴程序中是电梯箱外的楼层显示程序段，其中M6.0是是电梯一楼上行按钮状态寄存器触点，其输出线圈为Q2.0,其二楼、三楼类似，下行状态为二楼、三楼和四楼，电梯一但有动作，从这里就可以反映出来。厢内的楼层状态指示程序如图5-5所示。图 5-5 厢内楼层按钮状态（部分）图5-5梯形图为乘客在进入电梯后在驶向目标层中按下目标层按键，这里只是显示其状态，电梯相应楼层呼叫指示灯被点亮，当然，这里有输入程序的在先前的动作，这里只是做出输出响应，如上图所示，其中二、三、四楼的状态和一楼的相似。楼层上行、下行和所在楼层数显示程序如图5-6所示。图 5-6 楼层上行、下行和所在楼层数程序图（部分）在上面的程序中驱动的是电梯外的上行和下行状态，还有电梯此时所在的楼层位置，使楼层外的乘客看到此时的电梯状态，以便做出相应动作，其中二、三、四楼的程序和一楼程序相似。5.3 清除标记子程序此段程序的作用是当电梯在某个楼层的时候，清除已经完成的人去的按钮状态，由于这段程序在各个代码中多次将被用到，将它在这里进行分析。在程序中我们使用的是判断的方法来检测电梯是否到达相应的楼层，以便完成相应指示等的熄灭，达到复位的目的。表 5-3 清除标记对应表楼层数 对应清除的标记对应的电梯的状态清除的逻辑线圈逻辑线圈的作用一楼层任何状态M6.0一楼上行按钮状态M7.1厢内一楼按钮状态二楼层电梯上行状态M6.2二楼上行按钮状态电梯下行状态M6.1二楼下行按钮状态电梯空闲状态M6.2二楼上行按钮状态M6.1二楼下行按钮状态任何状态M7.2厢内二楼按钮状态三楼层电梯上行状态M6.4三楼上行按钮状态电梯下行状态M6.3三楼下行按钮状态电梯空闲状态M6.4三楼上行按钮状态M6.3三楼下行按钮状态任何状态M7.3厢内三楼按钮状态四楼层任何状态M6.5四楼下行按钮状态M7.4厢内四楼按钮状态其中由于一楼和顶楼四楼的特殊位置，使用的编程语句较少，只要电梯停留在一楼和四楼时，程序就会对一楼和四楼的厢外和厢内指示灯复位，其程序梯形图5-6如所示。四楼的程序和一楼类似。图 5-6 楼层指示灯复位程序（一楼） 对于二楼和三楼，由于含有的按钮比较多，因此每层的清除标记程序也比较多，在电梯处于上行的路过过程中，如果目的层的下层有人按下上行按钮，电梯将响应下层，则下层按钮则被复位，其下行按钮也同上行类似。但是电梯如果只有一个楼层需要响应，那么如果电梯的上行楼层都同时被按下了，那么上下按钮都将被响应，得到复位。其中二楼的程序梯形图如所示，三楼和二楼相似。图 5-6 楼层指示灯复位程序（二楼）5.4 用户输入程序用户输入程序是接受用户对门厅按钮和厢内按钮的操作，并将其保存到一定的逻辑线圈中保存起来或者执行一定的指令加以处理，每个触点所对应的逻辑线圈如表5-4所示。表 5-4 用户输入和系统状态逻辑线圈的对照表输入触点触点说明对应的逻辑线圈逻辑线圈的说明I1.1一楼上行按钮M6.0一楼上行按钮状态I1.0二楼上行按钮M6.2二楼上行按钮状态I0.6二楼下行按钮M6.1二楼下行按钮状态I0.7三楼上行按钮M6.4三楼下行按钮状态I0.5三楼下行按钮M6.3三楼上行按钮状态I0.4四楼下行按钮M6.5四楼下行按钮状态I0.3厢内一楼按钮M7.1厢内一楼按钮状态I0.2厢内二楼按钮M7.2厢内二楼按钮状态I0.1厢内三楼按钮M7.3厢内三楼按钮状态I0.0厢内四楼按钮M7.4厢内四楼按钮状态I3.6厢内开门按钮M7.6厢内开门按钮状态I3.7厢内关门按钮M7.7厢内关门按钮状态用户输入程序的响应都只需要使用SET指令就可以确定对应的状态，其梯形图如下所示。其中楼层厢体内外按钮的按下如同图5-7相似，厢内开关门按钮的输入如图5-8所示。图 5-7 用户输入按钮梯形图（部分）图 5-8 用户输入程序梯形图（开关门部分）5.5 检测按键程序段本程序段是为了检测在电梯上行下行和楼层是否被按下，以此来确定电梯的运行状态7。这里我们用M10.0来记录电梯状态，这里电梯按键一但被按下，无论有一个还是多个这里只是对其有无状态进行记录，不做按钮次数记录，有按键按下时，我们的梯形图以或的形式记录下来，按键一但被全部相应，无按键按下程序就会对M10.0复位。这里的检测按键程序段是为了电梯在空闲状态时能够做出相应的动作而做的准备工作。 检测按键的梯形图如5-9所示：图5-9 系统状态确定程序图5.6 电梯空闲状态处理程序 电梯空闲状态处理程序是对电梯在停留在某层时为最终执行层时的状态，当电梯再次得到运行的召唤后，PLC将会执行空闲状态的程序对电梯进行控制。这里SM0.0为一直接通状态，只要电梯有相关的运行操作就会被进入各个子程序的调用操作，PLC会一直对电梯进行记录最近下行目标的操作和最近上行目标的操作，在电梯既不处于上行和下行状态时电梯会自动进入清楚标记的子程序，对被相应的楼层做出清楚标记，以防止电梯