毕业设计（论文）-PLC电梯控制系统的设计.doc

毕业论文题目 plc电梯控制系统设计 烟台南山学院姓 名： 所在学院： 计算机与电气自动化学院 所学专业： 电气工程及自动化 班 级： 08级电气工程03班 学 号： 指导教师： 完成时间： 2012.4.1 毕业论文（设计）任务书论文题目plc电梯控制系统的设计院部计算机与电气自动化学院专业电气工程及其自动化班级08级03班毕业论文（设计）的要求 1.电梯位置的确定与显示 。 2.轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号。 3.电梯自动运行时的信号响应。 4.轿厢的启动与运行。 5.轿厢的平层与停车。毕业论文（设计）的内容与技术参数 本设计选用目前运用最多最广泛的plc编程语言：梯形图，梯形图能直观明了的设计出控制要求。梯形图的编号使用我们学过的melsodt系列的编程软件。 技术参数：外形尺寸:高*长*宽二500*245*216 净重量:160kg 载重量:l0kg 调速器:型号:sjt bl 输入电压:380v 输入频率:50hz 额定电流:2.5a 功率:0.75kw 曳引机:速比:30:1 模数:1.5(蜗轮减速器) 拖动电机:型号:jw524 电压:380v 功率:0.12kw 转速:1400 rpm 控制方式:plc控制 调速方式:交流变频调速 结构形式:五层站毕业论文（设计）工作计划 2012年1月101月25日 ：全面了解课题的内容及要求，学习充实相关方面的知识，查阅文献资料，完成英语文献的翻译。2012年2月12月15日：总结方案设计，plc选型。2012年2月163月1日：设计完成电梯模拟实验系统、编制控制梯形图。2012年3月23月5日：完成系统调试的情况下，修改检查论文。接受任务日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日学 生 (签名) 年 月 日指 导 教 师 (签名) 年 月 日院长 (主任) (签名) 年 月 日ii摘 要 随着国民经济的飞速发展及人们物质生活需求的提高，电梯不但广泛应用于现代化城市的高层建筑中，也逐步成为低层建筑中的代步工具。提高运行质量、节约电能是电梯控制系统重点要解决的问题。plc具有可靠性高、编程容易等特点，可实现电梯控制的各种功能要求。根据电梯的硬件设计和软件设计，提出了基于plc电梯控制系统的实际方案。plc可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，plc、机器人、cad/cam将成为工业生产的三大支柱。本文选择西门子可编程控制器s7系列为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语句表进行编程，实现了电梯往返控制系统的自动化。 关键词：plc、电梯控制、硬件、软件、西门子等abstract with the rapid development of national economy and peoples material life demand rise, the elevator is widely applied in modern high-rise buildings in the city, also gradually become the low layer building tool of ride instead of walk. to improve the operation quality, saving electric energy is the elevator control system the key issues to be solved. plc has the advantages of high reliability, easy programming and other characteristics, can realize the elevator control the various functional requirements. according to lift the hardware design and software design, proposed based on plc elevator control system the actual program.the programmable preface in plc controller is a kind of new industry controls the device, it regard microprocessor as the foundation, synthesizing the calculator technique, automatic control technique to develop with the communication technique .it has the construction simple, the plait distance is convenient, high etc. in dependable advantage, already extensive used for the industry process with the automatic control of the position inside. according to the covariance, the programmable controller is a kind of equipments that industry automate to equip the inside the application at most. the expert thinks, the programmable controller will become the main means that aftertime industry control with the one of the important foundation equipments, the plc, robot, cad/ cam will become three major of pillar that industry produce. this paper selects siemens programmable controller s7series as the core components, focuses on the design of hardware interface, using the ladder diagram and sentences to programming, implementation and control automation system in the elevator.key words: plc、levator control、hardware、 software、such as siemens.目 录摘 要iiabstractiii目 录iv第一章 绪 论1一、 电梯控制研究背景1二、 研究目的和意义1第二章 可编程控制器plc2一、 plc的分类2二、 plc的程序语言2（一） 顺序功能图（sfc）2（二） 梯形图(ld)2三、 plc指令及支持软件2四、 plc的工作原理3第三章 plc电梯控制系统的设计4一、 设计思路及要求4二、 电梯控制系统的结构组成4三、 电梯拖引电机及门电机电路图5四、 电梯控制系统的硬件设计6(一) simatics7-200系列plc介绍6(二) plc的外部接线6(三) 电动机自动开关门控制8(四) 发生制动减速信号、停车的控制环节8(五) simatics7-200介绍10五、 电梯控制系统的软件设计11六、 电梯控制的数学参数及要求13第四章 电梯远程监控系统15一、 通信口介绍15二、 硬件实现15三、 软件设置15第五章 系统检测与调试16一、 硬件调试16二、 软件调试16总结与体会17致 谢18参考文献19附件201第一章 绪 论一、 电梯控制研究背景 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。在许多交通设备中，电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制系统多采用plc，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了从逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用，因此，plc的应用也就成为了一个热点问题。二、 研究目的和意义 本课题主要对plc的结构、特点、性能以及与现场控制对象的连线进行具体的研究，并通过plc实现电梯的自动控制。市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，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。它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 plc组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。 本设计是以广泛应用的西门子s7-200cn plc 为背景机，详细介绍其系统配置，兼顾介绍其指令系统、编程方法和控制系统设计方法，也介绍了模块式plc的一些智能单元。从而让我们能更多了解plc和更好的使用它。内容:1.电梯类型的选择。综合电梯的类别和各类的特点，本课题主要研究四层电梯上行控制、开关控制、内外呼叫控制。 2.电梯硬件选择，本课题选择电梯模型thpfdt1型。 3.电梯控制系统软件设计。本设计选用目前运用最多最广泛的plc编程语言：梯形图，梯形图能直观明了的设计出控制要求。梯形图的编号使用我们学过的melsodt系列的编程软件，此软件具有强大的诊断功能，能更快的查出故障原因，大大缩减了维修时间。第二章 可编程控制器plc一、 plc的分类plc按结构可分为整体式和模块式。整体式的plc具有结构紧凑、体积小、价格低的优势，适合常规电气控制。整体式的plc也称为plc的基本单元，在基本单元的基础上可以加装扩展模块以扩大使用范围。模块式是把cpu、输入接口、输出接口等做成独立的单元块，具有配置灵活、组装方便的优势，适合输入/输出点数差异较大的控制系统。plc按输入/输出接口（i/o接口）总数的多少可分为微型机、小型机、中型机和大型机。i/o点数小于64点为微型机；i/o点数在64至128点为小型机；i/o点数在129至512点为中型机；i/o点数在512点以上为大型机。plc的i/o接口数越多，其储容量也越大，价格也越贵，因此，在设计程序时应尽量减少使用i/o接口的数量。二、 plc的程序语言现代的plc一般备有多种编程语言，供用户使用。但不同厂家的plc的编程语言有很大的区别，用户不得不学习多种编程语言和查找故障的方法。因此，iec（国际电工委员会）1994年5月公布了可编程序控制器标准（iec1131）。该标准由以下5部分组成：通用信息、设备与测试要求、plc的编程语言、用户指南和通讯。由其制定的编程语言即满足目前市场的要求，又适应未来技术的发展。同时，iec11313详细说明了句法、语义和下述5种plc编程语言的表达方式：顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表、文本结构；标准中有两种图形语言梯形图（ld）和功能块图（fbd），还有两种文字语言指令表（il）和结构文本（st），可以认为顺序功能图（sfc）是一种结构块控制程序流程图。（一） 顺序功能图（sfc）sfc提供了一种组织程序的图形方法，在sfc中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作（action）是sfc中的三种主要元件。步是一种逻辑块，即对应于特定的控制任务的编程逻辑；动作是控制任务的独立部分；转换是从一个任务到另一个任务的原因。作为梯形图语言，sfc提供用户了以上三种基本结构。在顺序结构中，cpu首先反复执行1中的动作，直到转换1变为“1”状态，cpu才处理第2步。在选择支路中，取决于哪一个转换是活动的，cpu只执行一条支路。在并行支路中，所有的支路被同时执行。对于目前大多数plc来说，sfc还仅仅作为组织编程的工具使用，尚需用其它的编程语言（如梯形图）将它转换为plc可执行的程序。因此，通常只是将sfc作为plc的辅助编程工具，而不是一种独立的编程语言。（二） 梯形图(ld)梯形图是使用得最多的plc图形编程语言，有时又被称为电路或程序。它是一种软件信息，是一种反映plc的输入输出控制逻辑关系的程序软件，它与传统的继电器控制系统的梯形图（硬件）电路不同，不是真正的物理（硬件）电路，一定不能把它们当作硬件电路来看待。由于梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，因此很容易被工厂熟悉继电器控制的电气技术人员掌握，特别适用于开头量逻辑控制。iec1131-3的梯形图中除了线圈、常开触点和常闭触点外，还允许增加功能和功能块。3三、 plc指令及支持软件plc有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用plc的重要方面。你不懂plc指令怎么编程，没有程序，plc又怎么工作？ plc的指令越来越多，越来越丰富。功能很强的指令，综合多种作用的指令日见增多。 plc的指令繁多，但主要的有这么几种类型： 基本逻辑指令，用于处理逻辑关系，以实现逻辑控制。这类指令不管什么样的plc都总是有的。 数据处理指令，用于处理数据，如译码，编码，传送、移位等等。 数据运算指令，用于进数据的运算，如十、一、x、/等，可进行整形数计算，有的还可浮点数运算；也可进行逻辑量运算，等等。 流程控制指令，用以控制程序运行流程。plc的用户程序一般是从零地址的指令开始执行，按顺序推进。但遇到流程控制指令也可作相应改变。流程控制指令也较多，运用得好，可使程序简练，并便于调试与阅读。 状态监控指令，用以监视及记录plc及其控制系统的工作状态，对提高plc控制系统的工作可靠性大有帮助。 当然，并不是所有的plc都有上述那么多类的指令，也不是有的plc仅有上述几类指令。以上只是指出几个例子，说明要从哪几个方面了解plc指令，从中也可大致看出指令的多少及功能将怎样影响plc的性能。 除了指令，为进行通讯，plc还有相应的协议与通讯指令或命令，这些也反映了plc的性能。四、 plc的工作原理plc采用循环扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。当plc投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.输入采样阶段在输入采样阶段，plc以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入i/o映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2.用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在i/o映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。3.输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。1 第三章 plc电梯控制系统的设计一、 设计思路及要求 通过分析电梯的控制要求，首先选择合适的plc。plc是整个控制系统的核心部件，它对保证系统的技术指标和质量是至关重要的。根据系统要求合理分配io接口，编制plc的lo地址分配表，并绘制io端子接线图，最后编写电梯控制系统的软件，其包括plc控制软件和上位机控制软件。编制plc控制软件需要深入了解电梯控制要求与主要控制的基本方法以及系统应完成的动作、自动工作循环的组成和必要的保护等方面，可将电梯控制任务分解为独侈的几个部分，利用结构化模块化方法进行编程。主要实现的控制要求: 接受每个呼叫按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。电梯停在某一层（例如3层）时，此时按动该层（3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（在1、2、4、5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。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。例如现在电梯的位置在1层和2层之间上行，此时出现了1层上呼叫、2层下呼叫和3层上呼叫，则电梯首先响应三层上呼叫，然后再依此响应2层下呼叫和1层上呼叫。电梯在每一层都有1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。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。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，按动电梯内部的开门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。当电梯运行到某层后，响应的楼层指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。二、 电梯控制系统的结构组成 电梯控制系统主要包括电梯拖动系统的控制和电梯逻辑系统的控制。电梯拖动控制部分主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿厢开关电路，其性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响。电梯逻辑控制部分则是由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯和控制部分的核心器件(plc)等组成，是电梯安全町靠运行的关键，是电梯控制系统自动化程度的重要标志。电梯的拖动系统控制主要以电梯运行速度为控制目标，以给定速度曲线作为依据，利用模拟控制装置或数字控制装置，针对曳引电动机的不同调速方式构成闭环或开环的速度控制系统，从而实现电梯运动状态的控制。电梯的逻辑系统控制主要以电梯操纵调度为控制目标，以电梯空间距离和时间间隔的严密配合为依据，利用直接或间接控制手段，完成电梯运行过程的协调动作，实现电梯服务运行的安全、高效、舒适。电梯控制系统从继电器控制发展到加调速器控制方式，经历了一个相当大的技术飞跃，现有的产品也成型，且性能相当稳定，现有的电梯控制系统基本结构如图1所示。控制中心在楼顶机房，井道和轿厢中的所有信号都以点对点的形式通过大量的电缆传送到控制中心。传统电梯控制系统图1 传统电梯控制系统由于接线过多，安装复杂，不易更改和扩展，导致难以维护和效率低的缺点。电梯用户对电梯的要求已不仅仅停留在对系统的安全性、可靠性等基本功能的追求上，对电梯的舒适感、效率、自我故障诊断、远程监控等智能化以及电梯调试，维护的简便性提出了更高的要求。所以急需一种高效率，高可靠性的现场总线技术来满足用户的要求，as-interface总线技术就是其最佳选择。as-i总线的物理实现为两线通讯，接线采用卡线刺穿式结构，as-i从站可以十分方便的接入到总线上，且独特的as-i梯形电缆，杜绝了接线错误的可能性。三、 电梯拖引电机及门电机电路图 电梯控制结构图2 其中，对于电梯控制逻辑包括：1）电梯行进方向由内选信号决定，顺向优先执行；2）电梯行进途中如遇呼梯信号时，顺向截车，反向不截车；3）内选信号、呼梯信号具有记忆功能，执行后解除；4）内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示；5）停层时可延时自动开门、手动开门、（关门过程中）本层顺向呼梯开门；6）有内选信号时延时自动关门，关门后延时自动行车；7）无内选时延时5秒自动关门，但不能自动行车；8）行车时不能手动开门或本层呼梯开门，开门不能行车。3四、 电梯控制系统的硬件设计(一) simatics7-200系列plc介绍 电梯控制系统控制核心为plc主机，通过plc输入接口将信号送入plc。按plc存储器中存储的程序进行运算处理，本次设计采用西门子公司的s7-200cpu226，由于其具有紧凑的设计，良好的扩展性，强大的指令以及低廉的价格，可以很好的满足小规模的控制要求。 simatics7-200系列plc适用于各行各业，涉及到检测、检测以及控制的自动化。不论单独运行，还是与其他控制模块一起控制，都能实现复杂控制功能，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。(二) plc的外部接线plc电梯控制i/o接口图3 在该控制系统中，电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮k1和指示灯h1，二层有上升呼叫按钮k2和指示灯h2以及下降呼叫按钮k4和指示灯h4，三层有上升呼叫按钮k3和指示灯h3以及下降呼叫按钮k5和指示灯h5，四层有下降呼叫按钮k6和指示灯h6。一至四层有限位行程开关sq1sq4。电梯内有一至四层呼叫按钮k10k7和指示灯h10h7；电梯开门和关门按钮sb5和sb6，电梯开门和关门分别通过电磁铁km3和km4控制，关门到位由行程开关st1检测，开门到位由行程开关st2检测。轿厢上行和下行由接触器km1和km2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯，综上所述，输入点共有14个，输出点共有16个。而可编程控制器s7-200的cpu226输入、输出点数为24/16，足以满足要求，如接受每个呼叫按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。电梯停在某一层（例如3层）时，此时按动该层（3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（在1、2、4、5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。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。例如现在电梯的位置在1层和2层之间上行，此时出现了1层上呼叫、2层下呼叫和3层上呼叫，则电梯首先响应三层上呼叫，然后再依此响应2层下呼叫和1层上呼叫。电梯在每一层都有1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。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。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，按动电梯内部的开门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。当电梯运行到某层后，响应的楼层指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变7。具体的i/o分配如表1所示：图表1 i/o分配表序号名称输入点序号名称输出点0一层内呼i0.00内呼一楼指示q0.01二层内呼i0.11内呼二楼指示q0.12三层内呼i0.22内呼三楼指示q0.23四层内呼i0.33内呼四楼指示q0.34五层内呼i0.44内呼五楼指示q0.45一层外呼上i0.55一层外呼上行指示q0.56二层外呼下i0.66二层外呼下行指示q0.67二层外呼上i0.77二层外呼上行指示q0.78三层外呼下i1.08三层外呼下行指示q1.09三层外呼上i1.19三层外呼上行指示q1.110四层外呼下i1.210四层外呼下行指示q1.211四层外呼上i1.311四层外呼上行指示q1.312五层外呼下i1.412五层外呼下行指示q1.413开门按钮i1.513电梯上行指示q1.514关门按钮i1.614电梯下行指示q1.615一层平层i1.715门电机开门q1.716二层平层i2.016门电机关门q2.017三层平层i2.117电梯桥厢上行q2.118四层平层i2.218电梯桥厢下行q2.219五层平层i2.320开门限位i2.421关门限位i2.5(三) 电动机自动开关门控制从前面所述中可知，任何种类的电梯绝大多数均要有开关门的机构，该机构可以是人工手动的，也可以是电气机械自动的。但现今已很少见到手动开关门的电梯了，仅仅对小型杂物电梯和简易居民住宅电梯才使用手动开关门。对自动开关门机构(或称之为“自动门系统)的要求及其速度调节方法：1.要求(1)自动门机构必须随电梯轿厢移动，即要求把自动门机构安装于轿厢顶上，除了能带动轿厢门启闭外，还应能通过机械方法使电梯轿厢在各个层楼门区安全范围内能方便地使各层的外层门也能随着轿厢门的启闭而同步启闭。(2)当轿厢门和某层楼的层门闭合后，应由电气机械设备的机械钩子和电气接点予以表现和考核。(3)开关门动作平稳，不得有剧烈的抖动和异常响声，按国家标准规定，开关门系统在开关门过程中其运行噪声不得大于65db(a级)。(4)关门时间一般为3-5s，而开门时间一般为25-4s。(5)自动门系统调整简单方便，便于维修。(6)门电机要具有一定的堵转能力。2.速度调节方法 为了使电梯的轿厢门和某层层门在启闭过程中达到快、稳的要求，必须对自动门机系统进行速度调节，以满足对自动门机系统的要求，一般调速方法有：(1)用小型直流伺服电动机作自动门机的驱动时，常用“电阻的”串、并联调速方法(即“电枢分流法”)。 (2)用小型三相交流力矩电动机作自动门机的驱动力时，常用施加涡流制动器的调速方法，例如瑞士迅达电梯公司的qks910门机系统就是一个这样的系统。现多用小功率变频调速方法。 (四) 发生制动减速信号、停车的控制环节无论何种电梯，为了实现“快、稳、准”要求中的“准”的要求，必须令电梯在到达目的层楼之前的某一距离点开始进行减速，以保证准确停车时所需的尽可能低的低速度。为此，各种不同类型的电梯，其发出减速信号的位置是不一样的；但不论何种电梯，其减速制动信号的发出可以归结为两大类。1)人工的 即由电梯的专职司机凭经验判断而发出的，例如手柄开关操纵的各种载货电梯等均属此类。2)自动的 电梯能够根据轿内指令信号或根据各层楼厅外的召唤信号方向与电梯运行方向一致时，按预先确定的距离位置而自动发出减速信号。现就自动发出减速信号的控制环节，举例说明如下，其一般常用线路原理如图所示。自动发出减速信号的线路原理图4例如，电梯根据3楼的向上召唤信号继电器ka203十，而向上运行时，则当电梯一进入预置的3楼减速位置点时，通过井道内的3楼永磁感应器(sq403)的动作，而使3层继电器ka403，并经方向继电器ka11的已闭合的常开触点和尚未延时打开的停站触发继电器ka93的常开触点而使减速信号继电器ka92十吸合，从而导致快速起动和快速运行继电器ka32，ka33，电梯从快速运行状态而转入制动减速状态。这一过程是由与电梯运行方向一致的厅外召唤信号而引起的，我们称之谓“顺向截车”控制。但若电梯轿厢满载或专用时，专用继电器ka73吸合，其常闭触点处于断开位置，则电梯虽经3楼的sq403永磁感应器(即ka403)但减速信号继电器ka92不能吸合，也即电梯不发出减速信号。这样的过程我们称之谓“直驶不停”控制。如若电梯去应答最远的一个与电梯运行方向相反的厅外召唤信号时，则当电梯到达该层减速位置点时，ka400+nka500+nka11(或 ka21)，这样从图中可看出，在电梯没有方向时(即ka11，ka21)也能使减速信号继电器ka92，从而使电梯也转入制动减速状态。这样的过程常称之为“反向截车”控制或称“断方向减速”控制。这儿包括了最高层和最低层(或称最远层)的减速信号发出，因为在两端站时，电梯的运行方向定会随着减速信号发出点(即永磁感应器或两端站的强迫减速开关sq1或sq2的动作)而使ka11 (或ka21)，这样就导致电梯自动发出减速信号。为了防止电梯在两端站的永磁感应器或选层器触点等失效而产生不了减速信号所导致的快速冲顶或蹲底，根据电梯安全标准规定，必须在电梯井道内的两端设置强迫减速装置。当电梯慢速向上，进入平层区域时，向上平层感应器sql2动作，使kal2吸合，使方向接触器ilm1继续保持吸合，与此同时门区永磁感应器,s084动作，使ka84吸合，为以后的停车开门作好准备。当电梯继续慢上时，向下平层感应器sqx动作，使ka22吸合，从而切断了mm1的吸合电路，电梯电动机即行断电，同时制动器线圈也断电抱闸，使电梯准确停准在3层楼平面处，由于ka91释放，使开门继电器ka82在ka84吸合的情况获得供电而吸合，即电梯在停车后自动开门。 (五) simatics7-200介绍 具有as-interface总线功能的西门子s7-200cn plc性能较好，功能强大，支持三角函数、开方、对数运算等功能;可在线编辑和监视;通过调制解调器支持远程监控;可以故障诊断，执行单次扫描，强制输出;可以编辑变量状态表，使用多个可同时打开的窗口可同时显示信号状态和状态表。 在系统的硬件实现上，经过仔细调查和论证发现:电梯控制系统的传感器和执行器基本上集中在井道和轿厢，机房仅只有一个执行器即调速器，而无传感器。所以将机房作为控制中心不尽合理，为了使系统的硬件布置达到最优，项目对传统的电梯控制系统做了如下调整:电梯的控制系统和拖动系统从物理上分开，改变了传统电梯系统控制、拖动不分家的状态。这样做的好处是真正实现了强弱电分开，大大提高了系统的抗干扰性，进一步保证了电梯系统的安全和可靠;由于电梯的大部分信号在轿厢和井道，如果将控制中心置于机房，即使应用as-interface总线技术，那么它所需要的as-i从站是十分可观的(以10层10站的电梯为例，轿厢和井道的信号大约有100个，一个as-i从站的的i/o数最多为8，也就是说需13个从站才能满足要求)，这种即使有了先进性而无经济性的系统难以被工程所接受。项目的做法就是将控制中心转移到轿厢顶，这种转移在不降低其先进性的同时大大降低了控制系统的成本。 图5为根据以上思想采用as-i总线技术的电梯控制系统，控制中心位于轿顶，由cpu226cn(plc)、em223(plc扩展)、as-i主站三部分组成，轿厢上的信号均直接接到plc的i/o上，井道和机房的信号通过as-i从站传输到as-i主站上，现场安装十分简单。as-i电梯控制系统图5 下面对cpu226cn，as-i主站cp243-2，扩展em223及as-i从站的性能及作用做一个简单的介绍。1. s7-200cn主控制器(cpu226cn) 本机集成14输入/10输出共24个数字量i/o点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量i/o点或35路模拟量i/o点。13k字节程序和数据存储空间。6个独立的30khz高速计数器，两路独立的20khz高速脉冲输出，具有pid控制器，1个rs-485通讯/编程口。是具有较强控制能力的控制器。如图5所示:cpu226cn图5 装置于轿顶，负责控制轿厢位置，轿门的驱动，接受来自轿厢上的各种电信号，处理与as-i主站之间和调制解调器通讯等各种信号。2. as-i主站 as-i周期时间不大于5ms，as-i的连接电缆允许的最大电流为3a，可直接连到外部24v电源，其地址范围:一个8di/8do数字模块和一个8ai/8ao模拟模块。可见，as-i主站的响应时间和带负载能力非同一般。如图6所示:cp243-2图63. 扩展 em223扩展单元具有8i/8o共16路数字信号输入输出口，具有光电隔离，低功耗等功能。将控制中心置于轿顶的一个重要原因是电梯的大部分信号都集中在轿厢上，可以通过将这些信号直接以并行的方式送到控制中心，这是一种十分经济且可行的办法。所以显然cpu224本机i/o点数量不能满足要求时，必须通过扩展(em223)来弥补不足点数。4. as-i从站 将井道和机房的信号通过as-i从站连入电梯控制系统，因此，as-i从站被分散安装在井道中和机房内，负责处理召唤盒内信号和控制调速器。五、 电梯控制系统的软件设计电梯的每一层均有电梯升降指示灯，在每一层的电梯外部设有按钮，召唤按钮，电梯内部同样设有按钮用于选择到达的楼层以及开关门按钮。在设计中，电梯控制系统主要对各种呼梯信号和当前电梯所处的状态进行分析，确定下一工作流程。控制系统包括外召唤信号登记及消除、内指令信号登记及消除、电梯的平层信号处理、选层定向及反向截梯、内指令外召唤信号的保持、各楼层停车信号、自动开关门功能设计。由于本次设计仅以四层电梯控制为例，因此当电梯处于四楼时，只能一、二、三层进行控制，电梯只能下降；当电梯处于一楼时，只能二、三、四层进行控制，电梯只能上升，具体所示开门指令条件具备逻辑位置？控制电机运行第二速度运行完全打开？系统设置初始化yyyynnn关门指令条件具备逻辑位置？控制电机运行第二速度运行关门到位？yyynnn结束开始控制流程图7 本次设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器（plc）应用于四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。根据电梯的电气控制要求，电梯总是按照一定的程序重复地进行动作，电梯运行的循环过程为：检测呼叫选层信号，判断电梯的运行方向，起动运行，在运行过程中，要进行顺向截梯、呼梯和轿内选择记忆等操作，到达层站时，执行开门、关门程序。plc上电运行首先进行自检，确定无故障后，开始控制电梯的运行。电梯的运行情况可分为静止和运作两个状态。在静止状态下电梯停于某层，这时电梯所接受的信号有两类：来自其它层的呼叫信号，plc根据呼叫信号的响应流程，做出上行或下行的决定，使曳引电机得电上升或下降；电梯停靠的本层有呼叫信号，则执行开关门的程序，而后根据选层信号，电梯上行或下行。电梯正在运行状态：如果是下行，只响应下招呼梯信号；上行过程中只响应上招呼信号。电梯在运行过程中具有楼层指示和上行或下行的状态指示，这样可以使轿厢内外的乘客清楚的知道电梯的运行状态。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为亮，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层楼电梯中，1层只有上呼叫按钮，5层只有下呼叫按钮，其余3层都同时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。8西门子s7-200cn系列plc是将as-i从站自动映射到8个模拟量输入字(aiw0aiw7)和8个模拟量输出字(aqw0aqw7)上。对于工程技术人员来说，对as-i从站的编程和对普通的i/o编程没什么区别，只需增加一小段程序，就可实现从站i/o到plc中的映射。启动as-i及映射转换程序清单如下:ld sm0.1si q3.7, 1ri q3.0, 4ld sm0.7 bmw aiw0, vw1000, 8bmw vw2000, aqw0, 8 电梯控制的核心是对各类信号分析并控制调速器，门机等拖动轿厢运动的过程。在西门子s7-200cnplc串行系统中，井道和机房的各类控制、数据信号通过as-i从站传输到as-i主站上，经由as-i主站传输到cpu226cn中。同样，cpu226cn想对某一从站发出指令也需as-i主站完成。轿厢上的所有信号直接通过并行i/o点送入cpu226cn内。下面以一部电梯处理一个召唤信号过程为例，简要介绍其工作流程。系统上电时，cpu226cn进行上电自检。包括i/o检查，与主站的通讯检查，电梯的当前状态(门状态，自动、检修或司机，电梯位置等)的参数正确性。一旦发现错误，则进入故障状态，封锁快车，直到所有故障排除，才进入正常运行状态。从站一旦检测到有召唤信号，立即通过as-i信号电缆传输到as-i主站，经由主站向cpu226cn发出中断信号，把召唤信号最终传送到cpu226cn进行处理。一次信号的传输时间少于5ms。cpu226cn收到信号后，根据电梯的现在状态，决定电梯的运行方向和停车位置，通过as-i主站向从站发生指令控制调速器及曳引机。六、 电梯控制的数学参数及要求采用变频调速双环控制可基本满足要求，但和国外高性能电梯相比还需要进一步改进。本设计正是基于这一想法，利用现有旋转编码器构成速度的同时，通过变频器的pg卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入plc的高速计数输入端口，通过累计脉冲数，经式计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。电梯位移h=si式中i:累计脉冲数s:脉冲当量s=ipd/(pr)(1)本系统采用的减速机,其减速比1=1/20,拽引轮直径d=580mm,电机额定转速ne=1450r/min,旋转编码器每转对应脉冲数p=1024,pg卡分频比r=1/18,带入式（1）得s1.6mm/脉冲。4拖动电动机的选择电动机的选择包括选择电动机的种类、结构形式及各种额定参数。电动机选择的基本原则电动机的机械特性应满足生产机械的要求，要与负载特性相适应。保证运行稳定且具有良好的启动性能和制动性能。工作过程中电动机容量能得到充分利用，使其温升尽可能达到或接近额定温升值。电动机结构形式要满足机械设计提出的安装要求，适合周围环境工作条件的要求。根据生产机械调速要求选择电动机在一般情况下选用三相笼型异步电动机或双速三相电动机；在既有一般调速又要求起动转矩大的情况下，选用三相绕线型异步电动机；当调速要求高时选用直流电动机或带变频调速的交流电动机来实现。综上，电梯的曳引电动机选择三相绕线型异步电动机，门机可选择变频调速的交流电动机。电动机结构形式的选择根据不同工作环境选择电动机的防护形式。开启式适用于干燥、清洁的环境；防护式适用于干燥和灰尘不多，没有腐蚀性和爆炸性气体的环境；封闭自扇冷式与他扇冷式用于潮湿、多腐蚀性灰尘、多风雨侵蚀的环境；全封闭用于浸入水中的环境；隔爆式用于有爆炸危险的环境中。综上，机房和井道的工作环境干燥和灰尘不多，没有腐蚀性和爆炸性气体，因此曳引电动机和门机电动机均选择防护式；电动机额定电压的选择电动机额定电压应与供电电网的供电电源电源一致。电梯均采用三相五线制，因此曳引电动机额定电压380v，门机电源可以和光幕或安全触板电源共用，因此选择220v额定电压。电动机额定转速的选择对于额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机尺寸、重量和成本愈低，因此在生产机械所需转速一定的情况下，选用高速电动机较为经济。但由于拖动电动机转速越高，传动机构转速比较大，传动机构越复杂。因此应综合考虑电动机与传动机构两方面的多种因素来确定电动机的额定转速。通常采用较多的同