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1 电梯控制系统 江苏科技大学本科生毕业论文 I 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西门子的可编程控制器 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。 关键词： PLC 控制系统 电梯 逻辑控制电路 变频器 江苏科技大学本科生毕业论文 II 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 电梯的基本结构及控制原理 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 3.4.1 STEP 7 编程软件的编程语言.17 江苏科技大学本科生毕业论文 III 3.4.2 STEP 7 编程软件的基本指令.18 第四章 PLC 在交流调速电梯上的应用19 4.1 电梯控制系统构成 19 4.2 电梯控制硬件设计 19 4.3 电梯设计流程图.22 4.4 控制系统软件设计 23 4.4.1 创建项目24 4.4.2 硬件组态（配置机架）26 4.4.3 符号表编辑27 4.5 电梯仿真调试过程 27 4.5.1 电梯开关门27 4.5.2 层楼信号的产生于消除 .30 4.5.3 内选指令的登记与消除 .31 4.5.4 外呼信号的登记与消除 .32 4.5.5 电梯上下行定向 .33 4.5.6 电梯启制动调速运行 .36 结 束 语 37 参考文献 39 附录 40 江苏科技大学本科生毕业论文 1 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 江苏科技大学本科生毕业论文 2 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 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 江苏科技大学本科生毕业论文 3 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。 江苏科技大学本科生毕业论文 4 第二章第二章 电梯的基本结构及控制原理电梯的基本结构及控制原理 电梯是一种较为复杂的机电一体化的设备，一台完整的电梯主 要由成土建部分，机械部分和电气部分组成。 2.12.1 电梯土建的基本结构电梯土建的基本结构 土建部分大致由机房，井道，底坑组成。 一、电梯机房：通常电梯机房设在建筑物的顶楼，机房内没厢 控制柜，电梯曳引主机，导向轮，防止电梯超速的限速器，电梯的 总电源盒等部件。 二、电梯井道：是在机房曳引机的上方是贯穿于建筑物通体高 度的方形直通道空间，井道侧壁上安装有坚直的导轨，作为引导轿 厢、对重运动提供空间。 三、底坑：井道的底部平面低于建筑物的最低层的地面，主在 用于安装电梯轿厢，对重缓冲器，以便在轿厢冲顶、蹲低有缓冲的 空间起减速缓冲作用。 2.22.2 电梯的机械基本结构电梯的机械基本结构 机械部分主要有曳引主机，导向轮，曳引钢丝绳-绳头，限速器 -安全钳，导轨-导靴，电梯轿厢，开关门连杆装置，层门-门锁，缓 冲器等部件。 一、曳引机： 是电梯轿厢升降的主拖动机械，它由电动机、制动器、减速箱 （无齿轮曳引机没有减速箱） 、曳引轮、和底座等组成。 二、曳引钢丝绳： 江苏科技大学本科生毕业论文 5 电梯用曳引钢丝绳常采用电梯专用西鲁式钢丝绳（6X19S+NF 或 8X19S+NF） ， 三、导向轮： 导向轮用于半绕时，俗称过桥轮，用于全绕式时，称为抗绳轮。 导向轮是用来调整钢丝绳与曳引轮之间的包角大小，与及调整轿厢 与对重的相对位置。 四、限速器-安全钳： 限速器-安全钳装置由限速器、限速钢丝绳、安全钳、底坑张紧 轮四部分组成。电梯中限速器与安全钳成对出现和使用，它们是电 梯中最重要的一道安全保护装 置。其作用有：电梯由于超速、打滑、 断绳、控制制失控等原因，起到了安全保护作用。 五、导轨-导靴 导轨和导靴是电梯轿厢和对重导向部分。电梯导轨材料多采用 普通碳素钢 A3F 轧钢，要求具有足够的强度、韧性，在受到强烈冲 击时不致发生断裂。 导靴是轿厢与对重沿着导轨上下移动的导向装置。 六、电梯轿厢 电梯轿厢是电梯中装乘客或货物的金属结体。它由轿厢架、轿 厢壁、轿厢底、轿厢顶、轿门等到几部分组成。由上下四组导靴向 沿导轨作垂直升降运动，完成垂直运输任务。常用电梯轿厢内部净 高和使用者正常出入门口净高一样，应不小于 2 米，宽度和深度由 电梯的实际载重量而定。 江苏科技大学本科生毕业论文 6 七、开门机及开关门机构 自动开门装在轿顶靠近轿门处，由电动机通过减速装置（齿轮 传动或蜗轮传动或带齿胶带传动）带动曲柄杆机构去开、关门。 八、层门 层门是电梯在各楼层的停站，也是供乘客或货物进出电梯轿厢 通向各层大厅出入口，又称为厅门。层门由门框、门板、门头架、 吊门滚轮、层门地坎和门联锁等组成。门框又由门楣（门导轨或门 上坎） 、左右立柱组成。 九、对重装置 对重装置的作用，是以其自重量去平衡轿厢侧所悬挂的重量。 它的作用有： （1） 减少电梯曳引机的输出功率； （2） 减少曳引轮与钢丝绳之间的摩擦曳引力，延长钢丝绳寿 命； （3） 如果电梯在“冲顶”或“蹲底”时，使电梯失去曳引条 件，避免冲击并井道顶部； （4） 使电梯的提升高度不像强制式驱动那样受到限制。 2.32.3 电梯电气系统的基本结构电梯电气系统的基本结构 电梯电气系统有两大系统组成：电梯的拖动系统和控制系统组 成。 2.3.12.3.1、电梯的拖动系统、电梯的拖动系统 目前，常用的电梯拖动大多为交流拖动。交流调速的方法很多， 江苏科技大学本科生毕业论文 7 大电梯领域里应用较为广泛的有交流变极调速、交流调压调速、交 流变压变频调速。 （1）交流变极调速 据异步电动机的同步转速为即旋转磁场的转速为：,当pfn/60 10 改变定子绕组的极对数时，就可以改变同步转速，从而使电机转速 得调节。 为了实现变极调节调速，可以在定子上安装两组独立的绕组， 各构成不同的极对数，也可以通过改变绕组接法的方式实现调速， 变极调速适用于不需要平滑调速的载货电梯。 （2）交流调压调速 异步电动机的轴转速为：n=，当改变转差率 时，也)1 (/60 1 spfs 可以达到调节电动机转速的目的，这些转差功率消耗在转子电路上， 不但使转子发热，也降低了工作效率。 目前电梯上使用较多的改变转差率调速的方法是变压调速，即 通过改变定子电压来达到调速的目的。变压调速的调速范围非常窄 （电动机线性调速范围小） 。因此电梯上的变压调速都采用闭环控制， 以提高调速范围。 （3）变频调速 由可知,当转差率变化不大时，异步电动机的转速pfn/60 10 基本上正比于，因此，如果供电电源的频率可以平滑改变，异步n 1 f 电动机的转速就可以得到平滑调节。通过改变电源频率来实现调速 的方法，可以得到很大的调速范围及很好的机械性，这种调速方法 江苏科技大学本科生毕业论文 8 是目前电梯上应用最多的调速方式。 变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动 单元构成.三相电源 R、S、T 经接线端子进入变频器为其主回路和 控制回路供电，输出端为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单 元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运 行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相 比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随 变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。 图一 变频调速曲线图 2.3.22.3.2 电梯的控制系统电梯的控制系统 电梯的控制系统大致有以下几部分组成：开关门按控制、轿内 指令登记与消号、厅外召唤登记与消号、定向选层线路、启动线路、 减速平层线路、检修运行线路、消防运行线路、主控回路等。这几 部分共同构成电梯的控制系统，实现电梯的登记、开关门、启动、 运行、减速、平层等各种功能。 2.42.4 电梯控制电梯控制系统的原理与要求系统的原理与要求 （1）电梯位置的确定与显示 轿厢中的乘客及门厅中等待乘坐电梯的人都需要知道电梯的位 江苏科技大学本科生毕业论文 9 置，因而轿厢及门厅都设有显示楼层标志的电梯位置显示装置。此 外，电梯的运行还需要更加准确的电梯位置信号，以满足制动停车 等控制的需要。传统电梯的位置信号一般由设在井道中的位置开关， 如磁感应器提供，当轿厢上设置的隔磁板插入感应器时，发出位置 信号，并启动楼层指示。 （2） 轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号 司机及乘客可按下轿厢内操作盘上的选层按钮选定电梯运行的 目的楼层，此为内选信号。按钮按下后，该信号应被记忆并使相应 的指示灯点亮。在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召 唤信号，此为外唤信号。该信号也需记忆并点亮门厅的上行或下行 指示灯，按电梯集选控制原则，电梯上行时，应响应层站的上呼叫 信号，下行时，响应下呼叫信号。在上行时应保留层站的下呼信号， 在下行时应保留层站的上呼信号这些保持信号在要求得到满足时应 能自动消号。 （3）电梯自动运行时的信号响应 电梯自动运行时应根据内选及外唤信号，决定电梯运行的运行 方向。在定向时，根据电梯轿厢内乘客欲往层楼的位置信号或各层 楼大厅乘客的召唤信号位置与电梯所处层楼的位置信号进行比较， 门厅信号和内选信号都做为输入信号与电梯位置信号进行比较，凡 是在电梯位置信号上方向的轿内或层楼厅外召唤信号，则电梯属上 行状态；凡在其下方向的，则定下行状态。而且规定在运行方向确 定之后只有同方向的才能截梯，方向不能截梯，不响应中途的方向 江苏科技大学本科生毕业论文 10 呼唤要求，直到到达本反方向的最远战点才开始返程。要保持最远 层楼召唤信号所要求的电梯运行方向，而不能轻易地更改，这样以 保证最高层楼(或最低层楼)乘客的乘用电梯，而只有在电梯完成最 远层楼乘客的要求后，方能改变电梯运行方向。同时轿内指令信号 优先于各层楼厅外召唤信号而定向，即当空轿厢电梯被某层厅外乘 客召唤到达该层后，某层的乘客即可进入电梯轿厢内而揿按指令按 钮令电梯定上行方向(或下行方向)；若该乘客虽进入轿厢内且电梯 门未关闭而尚未揿按指令按钮前(即电梯尚未定出方向)，出现其他 层楼的厅外召唤信号时，如此召唤信号指令电梯的运行方向有别于 已进入轿厢内的乘客要求指令电梯的运行方向，则电梯的运行方向 应由已进入轿厢内的乘客要求而定向，而不是根据其他层楼厅外乘 客的要求而定向。 （4）轿厢的启动与平层 轿厢在运行方向确定，轿厢已关好门时启动运行，运行的初始 阶段是加速运行阶段，其后是稳定运行阶段。 （5）轿厢的平层与停车 轿厢的运行后需确定在哪一层站停车，平层是指停车时，轿厢 的平层停车过程需在轿厢底面与停车楼面相平之前开始，先是减速， 再是制动，以满足平层的准确性及乘客的舒适感。传统的电梯的平 层开始信号由平层感应器发出。上平层感应器及下平层感应器装在 轿厢顶部，隔磁板安装在井道壁上。上行时，上平层感应器首先插 入隔磁铁板板，发出减速信号，电梯开始减速，至下平层感应器插 江苏科技大学本科生毕业论文 11 入隔磁铁板时，发出开门及停车信号，电动机停转，抱闸抱死，下 行时下平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减 速，至上平层感应器插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号。 第三章第三章 PLCPLC 的结构及基本指令的结构及基本指令 3.13.1 PLCPLC 的结构原理的结构原理 可编程序控制器（Programmable Logical Controller,简称 PLC） ，是在继电器控制和计算机控制的基础开发的产品，逐渐发展 以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术融为一 体的新型工业自动装置。它有可编程性，且编程灵活简单，有在恶 劣环境下工作的高抗干扰能力 ，适应性力。而其体积小，重量轻， 价格底等特点，在工业控制应用上越来越广泛，电梯控制系中的应 也不例外。 不同的生产厂家生产的可编程逻辑控制器的结构多种多样，但 基本组成原理是一样的。 3.1.13.1.1、 PLCPLC 的硬件系统结构的硬件系统结构 从硬件来看，PLC 主要由 CPU，存储器，I/O 接口，电源，编程 器等组成。 江苏科技大学本科生毕业论文 12 图二 PLC 硬件的基本结构 （1）CPU 板 CPU 板 PLC 的核心部件，它包括：微处理器 CPU、存储器 （ROM、RAM） 、并行接口（PIO） 、串行接口（SIO）及时钟控制电路 等。CPU 板是 PLC 的运算、控制中心，用来实现各种逻辑运算、算 术运算及对整机进行管理控制；PLC 内部配有程序存储器和数据存 储器（ROM，RAM） ，分别用于存储系统程序和用户程序，并生成用户 环境；并行接口和串行接口主要用于 CUP 与各接口电路之间的信息 交换。时钟及控制电路用于产生脉冲及各种控制信号。 （2）输入/输出电路 输入电路通常有两种形式；直流输入和交流输入电路。输入电 路的作用是接收现现场输入设备送来的控制信号，并经光电耦合器 隔离后转换成 PLC 内部的标准电平信号，然后由 CPU 读入并送至输 入映象寄存器中，供程序执行使用。 输出电路的作用是将 PLC 的输出控制信号送给外部输出设备， 江苏科技大学本科生毕业论文 13 通过输出设备控制被控制对象工作。输出电路共有三种形式：一种 是继电器形式，它是通过控制继电器的线圈使其触点的通断来控制 输出设备，实现电气隔离；另一种是晶体管输出型，它是通过光电 耦合器使输出开关晶体管通断，进而控制输出设备；第三种是可控 硅输出型，通过触发可控硅的通断实现对外部输出设备的控制。 （3）存储器扩展接口 存储器扩展接口用于连接用户程序存储器及数据存储器的扩展 卡盒。常用的扩展卡盒有三种：一种是 COMS 开型 ROM 卡盒，它需要 用锂电池后备，以防止断电时丢失程序及数据；另一种是 EPROM 卡 盒，这种卡盒需要用专门写入器将调试好的用户程序或数据写入 EPROM 中，擦写时需要用紫外线擦除器；第三种是 EEPROM 卡盒，是 电可擦除存储器，它的写入和擦写只需专用编程器。 （4）I/O 扩展接口 I/O 扩展接口与 CPU 之间是以总线方式连接的，因此它可以连 接开总量的 I/O 扩展单元及扩展块，使 I/O 点数规模在配置更加灵 活。同时也可以配接如模拟量、高速脉冲等单元及通信适配器等特 殊功能模块，使 PLC 的功能大大增强。 （5）编程器及其接口 编程器用于程序及数据的输入、编辑、调试和检测。当 PLC 在 正常运时，一般不需要编程器，因此编程器设计为独立的部件。为 了能对 PLC 进行编程及调试，在 PLC 上专门设有一个编程接口，通 过这个接口可以连接各种形式的编程器。编程器的种类很多，常见 江苏科技大学本科生毕业论文 14 的有便携式手持程器、专用智能编程器和通过计算机和专用接口实 现对 PLC 的编程。 （6）电源 PLC 一般使用 220V 的交流电源，电源部件将交流电转换成供 PLC 的中央处理器，存储器等电子电路工作所需的直流电源，使 PLC 能正常工作。 3.1.23.1.2、可编程控制、可编程控制 任何一个控制系统要完成目的控制功能，必须通过一定的控制 程序来实现的。通常控制序可分两大类：固定布线程序和可编程序。 （1）固定布线程序 传统的继电器控制系统和电子器件系统中，要实现各种控制功 能，其控制程序是由种电气元件通过一定的联接方式-布线而成，输 入设备如按钮开关、限位开关、传感器等，用以向控制系统送入信 号。输出设备如接触器、电磁阀等用以控制被控制对象的动作。其 输入对输出的控制是通过接线来实现，接线工作结束后，控制程序 也被确定下来，若要改变控制程序，则必须改变接线方式重新布线， 对于一个复杂的系统，是非常困难的。 （2）可编程序控制 可编程序控制控制系统中完成一定的控制，只通过专用的编程 器，用程序语言进行编程，写入可编程控制的程序的存储器中，然 后由可编程序控制器来完成各种操作。 江苏科技大学本科生毕业论文 15 在可编程系统中，若要改变控制程序，只用编程器改写程序存 储器中的某些程序语句，不必要重新布线，由于控制被控对象的动 作是控制程序语言来表达的，故又称为软件程序。 3.23.2 PLCPLC 的工作原理的工作原理 3.2.13.2.1 PLCPLC 的等效工作电路的等效工作电路 PLC 是由以微机为核心的电子部件，可以将它看作是一个由各 种继电器、定时器、计数器及状态器组合体。PLC 的输入继电器， 由外部开关通过输入端来驱动的；PLC 内的输出继电器，带有无数 内触点和外部输出触点。此外，PLC 还有如定时器、计数器、状态 寄存器等“软”元件，这些元件带有动作线圈和很多电子常开触点 和常闭点，可以在 PLC 内自由选择使用。 PLC 控制系统主要由三部分组成：输入部分、控制部分、输出 部分。 输入部分由用户输入设备组成，如按开关、操作开关、限位开 关及传感器等。它们直接与 PLC 的输入端子相连接，用以产生输入 信号，这些信号或来自电梯轿厢操纵控制板，或来自电梯井道。 控制部分是根据被控对象的实际控制要求编制用户程序，并将 编制好的程序通过编程器送入 PLC 内的用户程序存储器中，CPU 反 复扫描执行用户程序，并产生各种输出控制信号，PLC 的控制功能 是通过用户程序来实现的。 输出部分主要由用户输出设备组成，如接触器、继电器等，它 们直接和 PLC 的输出端子相连，用以控制被控制的对象动作。 江苏科技大学本科生毕业论文 16 3.2.23.2.2、PLCPLC 的工作原理的工作原理 PLC 的工作过程实质上就是执行程序的过程。当 PLC 运行时， CPU 按照分时操作原理每个周期执行一个操作，由于 CPU 的运算处 理速度很快，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的， 种分时操作的过程称为 CPU 对程序的扫描。 PLC 的工作过程分为三个阶段：输入处理、程序执行及输出处 理。 （1）输入处理 PLC 以重复扫描方式执行用户程序。在执行程序前首先按地址 编码顺序将所有输入端子的通断状态（输入信号）读入输入映像寄 存器中，然后开始执行程序。在执行过程中，即使输入状态发生了 变化，但输入映象寄存器中的内容不变，直到一个扫描周期的输入 处理阶段才重新读输入状态。 （2）程序执行 在程序执行阶段，PLC 顺序扫描用户程序。每执行一条程序所 需要的信息都是从输入映象寄存器和其他软元件映象寄存器读出并 参与运算，然后将执行结果写入有关的软元件映象寄存器中，因此 各软元件映象寄储器中的内容随着程序的执行在不断的变化。 （3）输出处理 当全部指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送 到输出锁存寄存器中，构成 PLC 的实际输出并由输出端子送出给执 行器。 江苏科技大学本科生毕业论文 17 3.33.3 PLCPLC 的软件系统的软件系统 硬件系统和软件相互结合才能构成一个完整 PLC 控制系统，完 成各种复杂的控制功能。PLC 的软件系统由系统程序和用户程序组 成。 系统程序（又称系统软件）用于 PLC 控制系统的管理、服务及 对用户程序的编译。系统程序质量的优劣直接影响 PLC 的性能。系 统软件是由 PLC 生产厂家提供并固化在内部程序存储器中，用户不 行存取和修改。 用户程序也称为应用程序或应用软件，它由 PLC 使用者根据被 对象的控制要求用程序语言编制而成。用户程序是通过编程器键入 到 PLC 内，并线性地放在由管理程序指定的存储区域内。 小型 PLC 的用户程序比较简单，通常是顺序编制而成。大中型 PLC 的用户程序容量较大且比较复杂，为使用户程序编制简单，可 以按功能、结构或使用目的将用户程序分为各个程序模块，每个模 块各自完成一个确定的功能，然后把它们链接在一起构成一个完整 的软件系统。 本次试验采用西门子 STEP 7 编程软件进行编程。STEP 7 是西 门子公司专为 s7-300/400 系列 PLC 设计的编程软件。 3.43.4 STEPSTEP 7 7 编程软件的编程语言编程软件的编程语言及基本指令及基本指令 3.4.13.4.1 STEPSTEP 7 7 编程软件的编程软件的编程语言编程语言 标准的 STEP 7 软件包配 3 种基本编程语言，即梯形图（LAD） 、 功能块图（FBD） 、语言表（STL）和顺序功能图编程语言，它们在 江苏科技大学本科生毕业论文 18 STEP 7 中可以相互转换。本实验采用梯形图这种编程语言。 梯形图结构形式类似地传统的继电器控制电路，它是由图形符 号连接而成，这些符号分别代表常开触点、常闭触点、并联接线、 串联接线及继电器线圈等，每个触点和线圈都有一个编码。梯形图 具有如下特点： 梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列，也是程序的执行 顺序。通常每个继电器线圈为一逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑起 始于母线，然后是触点的各种连接，最后经过继电器线圈终止于母 线，整个梯形图呈现梯形。 梯形图中的继电器不同于传统继电器控制线路中的物理继电 器，它实质上是内部存储中的位触发器，因此称为“软继电器”或 “软元件” 。这些软元件输出继电器，辅助继电器，定时器，计数器 及状态器等，它们均有无限常开触点和常闭触点。在 PLC 内部可以 自由选取使用。如果某个位触发为“1” ，表示对应的继电器线圈接 通，相应的常开触点都闭合，而常闭触点都断开。 梯形图是一种形象化的编程语言，其两端的母线是没有电源 连接。因此核弹头形图中不存真实的物理电流，而具有“概念”电 流，是用户程序运算过程中满足输出执行条件的形象化表示方式。 “概念”电流只能从左到右流动，层次的改变是从上到下。 输入继电器只能从外部输入信号驱动，而不能由内部其他触 点驱动。因此在梯形图中只能出现输入继电器的触点而不出现线圈， 输入继电器的触点状态即表示相对应的输入信号的变化。 江苏科技大学本科生毕业论文 19 输出继电器用于 PLC 的输出控制，它是通过外输出触点驱动 外部执行器。因此，在梯形图中的某个输出继电器的线圈接能时， 表示在对应的输出端子上有输出信号。 PLC 内部其他软元件的触点不能驱动外部执行器，它们只供 PLC 内部使用。 当 PLC 处于运行状态时，CPU 接梯形图中元件排列顺序从上 而下，从左到右逐行处理。 3.4.23.4.2 STEPSTEP 7 7 编程软件的基本指令编程软件的基本指令 STEP 7 编程软件的基本指令有位逻辑指令、计数器与计时器指 令、传送与比较指令、数据转换指令、算术运算指令、移位与循环 指令、程序控制指令等。 第四章第四章 PLCPLC 在交流调速电梯上的应用在交流调速电梯上的应用 设计电梯 PLC 控制系统主要有以下方面的内容和步骤: 4.14.1 电梯控制系统构成电梯控制系统构成 电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及 PLC 单元构成，由如图 2 所示，PLC 用来完成对电梯曳引电机及开关门 机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱 内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。 江苏科技大学本科生毕业论文 20 图三 电梯控制系统原理图 4.24.2 电梯控制硬件设计电梯控制硬件设计 硬件可分为两部分，输入和输出单元，它门是 PLC 的 I/O 接 口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、 井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器等 单元构成。 （1）输入单元为： 门厅外按钮与轿箱内选层按钮，负责对预选楼层指令的登记、 消除和指示； 开关门按钮，控制轿门的开闭； 上下平层感应器，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层； 上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电 江苏科技大学本科生毕业论文 21 梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上 下限强迫换速开关打板，信号输入到 PLC，PLC 发出换速信号强迫 电梯减速运行到平层位置； 门锁装置，轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的 前提； 安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳 开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、电源开关等。 （2）输出单元为： 楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、目前的方 向及层楼指示灯； 开关门接触器，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在 自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC 给出相关指令，完成开关门 动作； 启动加速、制动减速接触器，用于电梯的调速系统。 元件符号名称及作用元件符号名称及作用 Km1 上行接触器 Sq5 基站开关 Km2 下行接触器 Sq6 开门到位开关 Km3 高速接触器 Sq7 关门到位开关 Km4 低速接触器 Sq8 开门调整开关 Km5 启动接触器 Sq9.sq10 关门调整开关 江苏科技大学本科生毕业论文 22 Km6-km8 制动接触器 Sq11-sq15 1-5 楼厅门锁开关 Km9 开门接触器 Sq16 轿门关闭到位开关 Km10 关门接触器 Sq17 上限位开关 Sq18 下限位开关 Hl13 4 楼上呼记忆灯 Sq19 上行强迫停止开关 Hl14 4 楼下呼记忆灯 Sq20 下行强迫停止开关 Hl15 5 楼下呼记忆灯 Sb1 开门按钮 Sa1 运行状态钥匙开关 Sb2 关门按钮 Sa2 基站开钥匙开关 Sb3 上行启动按钮 Sq1 安全框开关 Sb4 下行启动按钮 Sq2 安全钳开关 Sb5-sb9 1-5 轿内选按钮 Sq3 限速器开关 1sb1-4sb1 1-4 楼上行外呼按钮 Sq4 轿内急停开关 2sb2-5sb2 2-5 楼下行外呼钮 1kr 1 楼感应器 1hl-5hl 1-5 层层楼指示灯 2kr 2 楼感应器 6hl-7hl 上行.下行指示灯 3kr 3 楼感应器 Hl6.hl7 操纵箱上下行指示记 忆灯 4kr 4 楼感应器 Hl8 1 楼上呼记忆灯 5kr 5 楼感应器 Hl9 2 楼上呼记忆灯 6kr 上平层感应器 Hl10 2 楼下呼记忆灯 7kr 下平层感应器 Hl11 3 楼上呼记忆灯 Sq 电源开关 江苏科技大学本科生毕业论文 23 Hl12 3 楼下呼记忆灯 Sb0 极限开关 图四 电梯电器元件表 4.34.3 电梯设计流程图电梯设计流程图 根据电梯的工作原理与功能绘制电梯的运行流程图。 图五 电梯运行流程图 4.44.4 控制系统软件设计控制系统软件设计 江苏科技大学本科生毕业论文 24 本次设计采用以西门子公司的可编程控制器 s7-300v5.4 进行实 验。 首先在 WINDOWS 环境下打开 s7 软件，向软件中输入程序，待 程序输入完毕将其变换后写入中。写入完毕后，打开菜单栏 中仿真软件，将程序下载在到软件当中，运行软件实现对过 程的监控功能。根据实验要求，动作相应开关，模拟电梯控制系统 的工作过程。在实验过程中要注意观察程序运行的变化过程。 若输入的程序有问题， 对程序进行修改，经变换后再写入 中调试。 4.4.14.4.1 创建项目创建项目 项目的分层结构 江苏科技大学本科生毕业论文 25 组织块 OB 是操作系统与用户程序的接口，由操作系统调用， 用于控制循环扫描和中断程序的执行、PLC 的启动和错误等，有的 CPU 只能使用部分组织块。 OB1 用于循环执行的主程序块。操作系统在 PLC 的每一次循环 扫描中调用一次 OB1。一个循环周期分为输入、程序执行、输出和 其他任务，如下载、删除块和发送全局数据等。 功能（FC）是用户编写的没有固定参数存储区的块，其临时变 量存储在局部数据堆栈中，功能结束后，这些数据就被其他数据覆 盖了。可以可以用共享数据区来存储那些在功能执行结束后需要保 留的数据。在调用功能和功能块时用实参来代替形参。 功能块（FB）是用户编写的有固定参数存储区的逻辑块，在每 次调用功能块时要给功能块提供各种不同类型的数据，功能块也要 返回数据给调用它的块。 江苏科技大学本科生毕业论文 26 江苏科技大学本科生毕业论文 27 4.4.24.4.2 硬件组态（配置机架）硬件组态（配置机架） 4.4.34.4.3 符号表编辑符号表编辑 符号表是 STEP7 用来定义符号地址的表格形式，其本质都是为 了建立绝对地址和符号地址之间的内在联系。 江苏科技大学本科生毕业论文 28 4.54.5 电梯仿真调试过程电梯仿真调试过程 4.5.14.5.1 电梯开关门电梯开关门 江苏科技大学本科生毕业论文 29 江苏科技大学本科生毕业论文 30 当 q0.0 和 i0.0 都为 1，m10.2 为 1 当 sb1 重新开门按钮 i0.3 为 1，开门辅助继电器 m10.0 为 1， 开门接触器 q1.0 为 1 江苏科技大学本科生毕业论文 31 关门按钮 I0.4 为 1 时关门辅助继电器 m10.1 为 1，关门接触器 q1.1 为 1 4.5.24.5.2 层楼信号的产生于消除层楼信号的产生于消除 江苏科技大学本科生毕业论文 32 四楼感应器 I2.4 为 1 后，四楼层楼指示灯 q1.7 为 1，四楼层 楼继电器 m11.3 为 1。 4.5.34.5.3 内选指令的登记与消除内选指令的登记与消除 江苏科技大学本科生毕业论文 33 二楼内选按钮 I1.5 为 1 后，内选二楼辅助继电器 m12.1 为 1， 二楼内选记忆灯 q2.4 为 1。 4.5.44.5.4 外呼信号的登记与消除外呼信号的登记与消除 江苏科技大学本科生毕业论文 34 二楼上呼按钮 I2.7 为 1，二楼上行外呼辅助继电器 m13.1 为 1， 二楼上呼记忆灯 q3.1 为 1。 4.5.54.5.5 电梯上下行定向电梯上下行定向 江苏科技大学本科生毕业论文 35 江苏科技大学本科生毕业论文 36 内选 5 楼，i2.0 为 1，内选记忆灯 q2.7，内选 5 楼辅助继电器 m12.4 为 1，确定上行辅助继电器 m10.3 为 1，m14.3 为 1，上行指 示辅助继电器 m14.4 为 1，上行指示 q2.1 为 1。 内选按钮 i1.4 为 1，内选一楼辅助继电器 m12.0 为 1，内选记 忆灯 q2.3 为