四层电梯进行逻辑控制毕业设计.doc

河南理工大学毕业设计(论文)说明书河南理工大学毕业设计（论文）任务书专业班级 学生姓名 一、题目 二、起止日期 年 月 日至 年 月 日三、主要任务与要求 指导教师 职称 学院领导 签字（盖章）年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）评阅人评语题目 评 阅 人 职称 工作单位 年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）评定书题目 指导教师 职称 年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）答辩许可证答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料：1、设计（论文）说明 共 页2、图纸 共 张3、指导教师意见 共 页4、评阅人意见 共 页经审查， 专业 班 同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。 指导教师 签字（盖章）年 月 日根据审查，准予参加答辩。答辩委员会主席（组长） 签字（盖章）年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 学院 专业 班 同学的毕业设计（论文）于 年 月 日进行了答辩。根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。一、毕业设计（论文）的总评语二、毕业设计（论文）的总评成绩： 三、答辩组组长签名：答辩组成员签名：答辩委员会主席： 签字（盖章）年 月 日摘 要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。本设计在分析传统电梯控制系统的基础上，对交流变频调速电梯的结构、电气控制部分进行总体设计，并确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，变频器实现变频调速。在变频器和PLC的类型选择时，通过性能指标等综合考虑，选用了安川VS-616G5型全数字变频器和SIMATIC S7-300可编程控制器。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，在生活中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益，达到了理想的目的。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点,楼层显示功能和电梯平滑变速功能。在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了PLC的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计,研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。关键词：电梯 变频器 PLC控制 变频调速43AbstractThe design for the status quo of Chinas elevator industry will be a programmable logic controller (PLC) used for four-storey elevator control logic, through the rational selection and design, not only to improve the reliability of the elevator, maintainability, and flexibility, while extending the of life and shorten the development cycle of the elevator and the elevator control to raise the level of the elevator operation to improve the comfort, so that the lift to reach a more satisfactory control effect. This design based on the analysis of the traditional elevator control system，of overall design ac conversion and speed governing structure，electrical control of elevator part and the overall design， determine the overallstructure of the system，the PLC to control realization of elevator inverter frequency, realizationIn the type of PLC and inverter，through comprehensive consideration performance index，choose the type AnChuanVS616G5-digital converter and SIMATIC S7-300programmable controller In this paper, the design of the elevator by the elevator when compared with the traditional, in the run with good comfort, in life can save energy, and achieved good economic and social benefits to achieve the desired purpose. The elevator control system has a mean layer, the Office of calls to the layer selected, manual and automatic functions with a set of features to control the election. In introducing the basic structure of the lift on the basis of the depth analysis of the working principle of the elevator, on the merits and characteristics of PLC, the focus of an analysis of the lift hardware design and software design, research and PLC based control system designed to lift the achievement of the program, Finally, the study of this thesis are summarized and prospects. Key words：Elevator PLC control Inverter Variable frequency speed regulation目录1 绪论101.1电梯PLC控制系统现状101.2 电梯的分类111.3设计的目的及意义111.4本设计主要工作122 硬件设计132.1PLC控制系统设计的基本原则132.1.1系统设计框图142.2PLC的控制系统的组成152.3 设计思想152.4变频器的选择162.4.1变频器容量计算172.4.2速度运行曲线1725I/O点数的估算与分配212.5.1 I/O点数的估算212.5.2 S7-300 输入/输出模块选型表212.6 PLC的选择222.6.1 SIMATIC S7-300系列PLC系统基本构成232.6.2 S7-300系列PLC模块性能简介232.7旋转编码器242.8曳引电机的选型252.8.1曳引机的工作原理252.8.2I/O点数的分配282.9 PLC外部接线图293 系统软件设计303.1 软件设计特点303.2 软件设计流程图313.3子程序流程333.3.1电梯的外指令、内召唤信号的登记、消除回路333.3.2 电梯的上升及下降回路353.3.3 电梯的选层定向及反向截梯回路363.3.4手动自动开关门及其仿真38结 论44致 谢45参 考 文 献46附录147附录2541 绪论在现代社会和经济活动中，电梯已是城市物质文明的一种标志。在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备,每幢大型高楼都可以说是一座垂直的城市。电梯不仅是代步的工具，也是人类物质文明的标志。在电梯控制系统方面，目前国外发达国家的电梯正在推广32位微机控制系统并已经开始淘汰16位以下微机控制系统。利用微机对电梯的控制不仅能使系统的动态品质提高，也将大大提高电梯运行效率。它们都采用闭环反馈单微处理机控制系统或多微处理机协调控制系统。在电梯传动系统方面，采用交流变压变频(VVVF)调速技术，使电梯从超低速到高速无级调速高精度运行，具有节能、对电网污染小、乘坐舒适感佳等优点。在交流电机变频调速控制系统中通常采用矢量控制技术，这种控制方式能使得电机在各种速度运行时具有良好的机械特性，特别是在低速控制时性能尤为突出。在电梯反馈系统方面，采用旋转编码器从电梯轿厢上反馈轿厢绝对位置信号，对曳引电机进行以距离为原则的控制，以实现直接平层技术，来达到优越的电梯运行效果。1.1电梯PLC控制系统现状进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)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已成为现代电梯行业的一个热点。 PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，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。 电梯采用PLC控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高，控制系统结构简单，外部线路简化，另外，可方便增加或改变控制功能，也可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 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。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程、提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。随着城市建设的不断发展，楼群建筑不断增多，电梯在当今社会的生活中有着广泛的应用。电梯作为楼群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。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，大部分电梯控制系统都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取代微机实现信号集选控制。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。1.2 电梯的分类电梯的分类各式各样：(1) 按用途分类有客梯、货梯、医用梯、观光电梯、杂物电梯、住宅电梯等。(2) 按速度分类 低速电梯 1m/s以下 中速电梯 12m/s 高速电梯 2m/s以上 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 有层间控制、简易集选控制、集选控制、有/无司机控制、群控等。1.3设计的目的及意义（1）设计要求：电梯系统由拖动电动机、电气控制部分、控制面板、显示部分等组成，要求根据控制要求，选用相应的PLC作为控制器对电梯系统进行自动控制。电梯实现的功能有一台电机控制上升和下降；各层设上/下呼叫开关电梯到位后具有手动或自动开门关门功能；待客自动开门；自动关门与提早关门；内指令记忆；自动定向；呼梯记忆与顺向截停；自动换向；自动返基站。（2）设计的目的及意义：通过对电梯系统进行PLC自动控制设计，综合应用PLC、电气控制相关课程知识，提高学生知识综合运用能力及PLC控制系统的整体设计能力。1.4本设计主要工作本次设计的主要工作是根据本次的设计题目（基于PLC的电梯控制系统的设计）的要求，主要对电梯的控制部分做以设计。在设计过程中，首先要对控制部分的核心器件（PLC）、变频器进行选型设计，以达到本次设计要求和电梯的控制要求；其次是针对本次设计要求确定出输入/输出（I/O）分配口且画出I/O口分配表以及I/O口外部接线图；再次根据本次设计要求绘画各块流程图并根据输入/输出（I/O）分配口画出梯形图并对部分功能进行仿真；最后按要求完成毕业设计论文。2 硬件设计2.1PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则:(1) 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。(2) 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如:应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而在非正常情况下(如突然掉电再上电、按钮按错等)也能正常工作。(3) 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。(4) 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/0点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.1.1系统设计框图根据设计任务及要求本次设计的系统设计框图如图2-1所示，硬件部分由PLC、变频器、旋转编码器、曳引电机、轿厢等组成，机械部分由曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、机械安全保护系统等组成。图2-1系统设计框图 2.2PLC的控制系统的组成电梯PLC的控制系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2-2为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指示器、门机、调速装置与拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，由PLC作出正确的控制决策，向拖动和门机系统发出控制信号，完成电梯门的开关动作。图2-2 电梯PLC控制系统的基本结构图2.3 设计思想电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图2-3所示，输入到PLC的控制信号有:运行方式选择、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。各种数字信号通过输入接口输入PLC内部再由PLC通过输出接口控制各种功能的实现。图2-3 电梯PLC信号控制系统框图2.4变频器的选择随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前有为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但价格相对较贵。电梯的调度要求除了一般工业控制的动态、静态性能外，他的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感；另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。因此，本设计没有采用专用变频器，而选用安川VS-616G5型全数字变频器。它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。另外，VS-616G5变频器的启动、制动具有可任意调节的S曲线和零频仍可输出150%力矩的特点，配以高精度的旋转编码器，控制精度可达0.010.02%使得电梯运行舒适感好，零速抱闸，平层精度高。VS-616G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器，这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。采用高性能IGBT，载波频率20KHZ，从而使变频器输出一个不失真的正弦流波形，使电机始终运行于静噪音状态。2.4.1变频器容量计算变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。设电梯曳引机电机功率为P。，电梯运行速度为V，电梯自重为W1，电梯载重为W2，配重为W3，重力加速度为g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P2：P2=(Wl+W2+W3)g+FV。其中F=( Wl+W2+W3)g+为摩擦力，可忽略不计。电机功率P1，变频器功率P应接近电机功率P1，相对于P2留有安全裕量，可取P=1.5P2。k=0.02，Wl=2000Kg，W2=1000Kg，W3=2400Kg，g=9.8m/s，V=1.5m/s所以：P2=(6009.8+1089.8)1.510.4kW又所以：P=1.5P2=15.6KW由于采用变频调速，效率高。依照计算结果选1.5倍裕量，取变频器容量为15kW。PLC通过向安川616G5变频器发出电梯上行输出和电梯下行输出信号，从而控制曳引电动机的转动方向，决定电梯的上/下行运动；PLC通过向安川616G5变频器发出电梯高速运行和电梯低速运行信号，从而间接控制曳引电动机的转动速度，决定电梯的高速/低速运动。2.4.2速度运行曲线乘客对电梯需要包括生理需求和心理需求，从生理和心理上满足乘客需设计电梯转速基本出发点。生理需求是指乘客对其垂直平面内运行方式提出要求。人们垂直平面内乘坐电梯承受加速度或减速度时，会引起体内器官相对运动，产生不舒服感觉，这就是重力加速度效应。专家们一直建议电梯加、减速度应限制1.5m/s2以内，且加速度变化率应限制2.0m/s3以内。速度控制曲线往往如下图2-4所示，A、B、C、D处加速度变化率为正、负无穷大，其它时刻则为0。VS-616G5变频器中有15种速度曲线可供选择，但多数均为如图2-4所示线性，少数几种S型，能满足客户对电梯性能要求（加、减速时间为1.5s，额定转速为1m/s），针对以上情况，本文中设计了一种新型速度控制曲线。如下图2-5所示：图2-4常规速度控制曲线图2-5改进后速度控制曲线1.曲线选择 系统快速性和舒适性以及加、减速时间和额定转速进行以下分析：加速曲线AE ：V=kt2 则可知此段aAE =2kt、AE=2k加速切线EF ：V=VE+2ktE（t-tE）则可知此段 aEF=2ktE、E=0设计中考虑到加速快速性、选择加速曲线FB与AE对称，即tE=tB-tF ;匀速运行时电梯额定转速是1m/s，这要求B点加速度及加速度变化率均须为0，由此选择匀速曲线BC : V=VN a=0 =0以上分析可知选择am=1.2m/s21.5m/s2=amax ;m=1.8m/s32VE则两段曲线间存切线，加速曲线光滑。（2）快速性aav=、aavaavb=0.65m/s3（3）最小间距可实现性起动段 电梯走了0.75m距离由对称性知，降速段亦运行0.75m， H=20.75=1.5m普通楼层一层楼高度为2.5m，电梯额定转速为1m/s，加、减速所用时间为1.5s前提下所设计加速曲线满足最小间距要求。（4）舒适性 A、B、C、D四点，加速度变化率均为0，也即此时生理加速度为0。整个运行过程中加速度变化率最大值为1.8m/S3，这大大减小了重力效应对人体影响。图2-6变频器部分外部接线图图2-7变频器拖动部分线路图25I/O点数的估算与分配2.5.1 I/O点数的估算I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。根据被控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应的可编程控制器并留有10%15%的I/O裕量。估算出被控对象的I/O点数后就可选择点数相当的可编程控制器。采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。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。一至四层有到位行程开关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20个，输出点数有16个。可编程控制器S7-300的I/O点数可达32/32个,有一定的余量,足以满足要求。2.5.2 S7-300 输入/输出模块选型表表2-1 SM321数字量输入模块选型系列号描述选型型号SM32132点输入，24VDC6ES7 321-1BL00-0AA032点输入，120VDC6ES7 321-1EL00-0AA0因为输入点共有20个，所以选32点输入，24VDC，型号6ES7 321-1BL00-0AA0,其技术规范为：数字量输入点数32，不可时钟同步运行，额定值输入电压24V，“0”信号输入电压-30V5V，“1”信号输入电压1330V，“1”信号输入电流为7mA，输入延时从0到1最小1.2ms，最大4.8ms。表2-2 SM322数字量输出模块选型系列号描述选型型号SM32216点输出，24VDC，0.5A6ES7 322-1BH01-0AA016点输出，24VDC0.5A高速6ES7 322-1BH10-0AA016点输出，24-48VDC，0.5A6ES7 322-5GH00-0AB016点输出，120/230VDC，1A6ES7 322-1FH10-0AA016点输出，继电器，8A6ES7 322-1HH01-0AA0因为输入点共有16个，所以选16点输出，24VDC，0.5A，高速，型号6ES7 322-1BH10-0AA0.其技术规范为：数字量输出点数16，额定值输出电压“1”信号L+（-0.8V)，“1”信号输出电流额定值为0.5A，“1”信号最小负载电流0.6A，“1”信号允许的最大浪涌电流5mA，“0”信号残余电流最大0.5mA。2.6 PLC的选择在工程应用中可选用的PLC机型很多，比如三菱公司的FX系列、OMRON公司的C系列、西门子等，它们功能都差不多，在工程应用中各有千秋，至于要选择哪种机型，就要根据自己的设计需要及应用水平。因为根据轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须具有高数计数器。又因为电梯是双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。就本次四层电梯的设计而言，上述三种机型都行，但根据课本学习和熟悉程度，本次设计采用西门子SIMATIC S7-300系列PLC机型。SIMATIC S7系列PLC是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。其中，小型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置为8 DI/6DO，可扩展27个模块，最大I/O点数为64DI/DO、12AI/4AO；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高档性能的有S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于用户掌握等特点，使得S7系列PLC成为各种从小规模到中等性能要求以及大规模应用的首选产品。2.6.1 SIMATIC S7-300系列PLC系统基本构成S7-300是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能再安装8个信号模块或功能模块。CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架，IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架，SIMATIC S7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。2.6.2 S7-300系列PLC模块性能简介(1) CPU模块S7-300有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场总线扩展功能。通过了解各种模块的最大数字I/O点数可知，CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP都可以满足要求，故本设计选用CPU315-2DP。 (2) 信号模块 数字量输入模块数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。 数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入模块。 数字量输出模块数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出模块；可控硅输出方式属于交流输出模块；继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最佳。 模拟量输入模块SM331主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，也即积分时间越长，被测值的精度越高。SM331可选四档积分时间：2.5ms、16.7ms、20ms和l00ms，相对应的以位表示的精度为8、12和14。 模拟量输出模块模拟量输出模块SM332目前有三种规格型号，即4AOl2位模块、2AO12位模块和4AOl6位模块，分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的12位模拟量输出模块、4通道的16位模拟量输出模块。SM332可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。采用4线回路能获得比较高的输出精度。(3) PS307电源模块PS307是西门子公司为S7-300专配的24VDC电源。PS307系列模块除输出额定电流不同外(有2A、5A、10A三种)，其工作原理和各种参数都相同。PS307可安装在S7-300的专用导轨上，除了给S7-300 CPU供电外，也可给I/O模块提供负载电源。(4) 接口模块(IM)接口模板(IM360/361)用来在机架之间传递总线。IMS接口代表发送，IMR接口代表接收。接口模板必须安装到特定的插槽。如果需要，在扩展机架可以安装辅助电源。对于双层组态，硬连线的IM365接口模板较为经济(不需要辅助电源，在扩展机架上不能使用CP模板)。(5) 通讯处理器模块CP340/CP341通讯处理模块用于建立点对点的低速连接，最大传输速率为19.2kbps。有三种通信接口：RS-232C，20mA(TTY)和RS-422/RS-485，有多种通讯协议可以使用。2.7旋转编码器为了能直接反映电梯的运行情况 ,将旋转编码器安装在曳引机齿轮减速箱输出轴的轴端上 ,它随着曳引电机的转动而旋转 ,这样就可以从旋转编码器的脉冲输出端获得正比于电梯运行距离的脉冲个数 ,然后将此脉冲通过PLC内部。PLC 对此脉冲进行高速计数 ,通过相应的计算自动生成电梯位置的有关数据 ,控制电梯的减速。当选层信号有效后 ,电梯开始启动运行，旋转编码器随之转动其脉冲输出端输出脉冲 ,PLC读高速计数器的计数值 ,经累加达到换速点脉冲数时 ,经过比较发出换速信号 ,电梯减速继续运行 ,达到平层位置时 ,经过比较再发出平层信号。本设计选择SZKT-D100电梯编码器。该编码器广泛应用与自动控制、自动测量、计算技术以及数控机上做角度和纵坐标的测量，主要应用于电梯行业其特点是坚固、可靠性高，寿命长等。其机械参数如下：表2-3 SZKT-D100的各项参数允许最大转数启动力矩径向轴最大负载轴向轴最大负载转动惯量允许角加速度 50005x10-240N20N1x10-5100002.8曳引电机的选型2.8.1曳引机的工作原理 曳引式电梯曳引驱动安装在机房的电动机与减速箱、制动器等组成曳引机，是曳引驱动的动力。曳引钢丝绳通过曳引轮一端连接轿厢，一端连接对重装置。为使井道中的轿厢与对重各自沿井道中导轨运行而不相蹭，曳引机上放置一导向轮使二者分开。轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮槽内产生摩擦力。这样，电动机转动带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重作相对运动。即轿厢上升，对重下降；对重上升，轿厢下降。于是，轿厢在井道中沿导轨上、下往复运行，电梯执行垂直运送任务。 电梯的曳引电动机有交流电动机和直流电动机，曳引电动机是驱动电梯上下运行的动力源。电梯是典型的位能性负载,根据电梯的工作性质，电梯曳引电动机应具有以下特点： 1、能频繁地起动和制动：电梯在运行中每小时起制动次数常超过100次，最高可达到每小时180240次，因此，电梯专用电动机应能够频繁起、制动，其工作方式为断续周期性工作制。 2、起动电流较小：在电梯用交流电动机的鼠笼式转子的设计与制造上，虽然仍采用低电阻系数材料制作导条，但是转子的短路环却用高电阻系数材料制作，使转子绕组电阻有所提高。这样，一方面降低了起动电流，使起动电流降为额定电流的2.53.5倍左右，从而增加了每小时允许的起动次数；另一方面，由于只是转子短路端环电阻较大，利于热量直接散发，综合效果使电动机的温升有所下降,而且保证了足够的起动转矩，一般为额定转矩的2.5倍左右。不过，与普通交流电动机相比，其机械特性硬度和效率有所下降，转差率也提高到0.10.2。机械特性变软，使调速范围增大，而且在堵转力矩下工作时，也不致烧毁电机。 3、电动机运行噪声低：为了降低电动机运行噪声，采用滑动轴承。此外，适当加大定子铁芯的有效外径，并在定子铁芯冲片形状等方面均作合理处理。按曳引机工作的计算及电梯额定载重量运行速度，我们所熟悉的曳引机有限公司生产的J1.1Jv曳引机主要参数：电梯额定载重量为：1500kg;电梯的运行速度：1m/s;减速比：57/2电机功率：18.5kw;额定转速：950r/min;极数：6极，绳轮节圆直径： 760 mm绳槽： 516mm 半圆切口此型号电机功率符合电梯运行需要。功率P=力速度/曳引比=重力重力加速度速度/曳引比-(1)电梯的平衡系数为4050之间，在选择主机时应选择最不利的状况，即平衡系数为40。因为平衡系数为40的时候，对重比轿厢方重40的额定载重量。当轿厢内放入100%额定载荷时，主机单面相对受力为60%的额定载荷。1500kg1m/s曳引比2:1的电梯，平衡系数为40%时，100%额定载荷放入轿厢时，曳引机单边相对受力60%额定载荷，即900kg。将数据代入公式(1)即可计算出所需的主机功率P=900101/2=4500w，选择的曳引机功率应为7.5KW扭矩T=力曳引轮半径/曳引比-(2)力G的计算同上1500kg 1m/s曳引比2:1的电梯，曳引轮直径为400mm，平衡系数为40%时，100%额定载荷放入轿厢时，曳引机单边相对受力60%额定载荷，即900kg。将数据代入公式(2)即可计算出所需的主机转矩T=900100.2/2=900NM，选择的曳引机转矩应为900NM。所以曳引机电动机选型转速符合电梯运行要求，电梯曳引电机及门电机电路电路图如图2-8所示：图2-8电梯曳引电机及门电机电路电路图2.8.2I/O点数的分配该系统占用PLC的36个I/O口，20个输入点，16个输出点，具体的I/O分配如表2-4所示：表2-4 I/O点数分配序号名 称输入点序号名 称输出点1一层平层I0.01电梯上行记忆Q0.02二层平层I0.12电梯下行记忆Q0.13三层平层I0.23电机正转Q0.24四层平层I0.34电机反转Q0.35内呼一楼I0.45内呼一楼指示Q0.46内呼二楼I0.56内呼二楼指示Q0.57内呼三楼I0.67内呼三楼指示Q0.68内呼四楼I0.78内呼四楼指示Q0.79一层外呼上行I1.09一层外呼上行指示Q1.010二层外呼上行I1.110二层外呼上行指示Q1.111三楼外呼上行I1.211三楼外呼上行指示Q1.212二楼外呼下行I1.312二楼外呼下行指示Q1.313三楼外呼下行I1.413三楼外呼下行指示Q1.414四楼外呼下行I1.514四楼外呼下行指示Q1.515手动开门I2.015门电机正转Q1.616手动关门I2.116门电机反转Q1.717开门限位I2.21718关门限位I2.31819电梯上升极限位I2.41920电梯下降极限位I2.5202.9 PLC外部接线图根据I/O点数分配表及电梯实现的功能画出PLC外部接线图如下图所示：图2-9 PLC外部接线图3 系统软件设计3.1 软件设计特点由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由旋转编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。系统的软件设计有如下几个特点:(1) 采用优先级队列。根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级队列。为实现随机逻辑控制提供了基础。(2) 采用先进先出队列。根据电梯的运行方向，将同向的优先级队列中的非零单元(有呼叫时此单元为非零单元;无呼叫时则此单元为零)送入寄存器队列，我们利用先进先出读出指令，将第一个单元中数据送入比较寄存器。(3) 采用随机逻辑控制。当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车;如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。(4) 对变频器的控制，PLC根据随机逻辑控制的要求，可向变频器发出正向运行、反向运行、减速以及制动信号，再由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。同时，当系统出现故障时，PLC向变频器发出信号。3.2 软件设计流程图图3-1 电梯控制程序流程图本次设计的总程序图-电梯控制程序流程图其控制流程如下：系统通电初始化后进入等待时区，当有门厅或轿厢呼叫时确认本层与目标层，目标层与本层若同层则电梯开门，经