基于PLC的四层电梯控制系统设计.doc

45目 录1 绪论11.1 利用可编程控制器控制电梯的意义11.2 电梯控制技术的现状及发展趋势11.2.1 电梯控制技术的现状11.2.2 电梯控制技术的发展趋势21.3 本设计的主要工作32 系统控制方案设计52.1 控制系统设计的基本步骤52.2 系统控制方案62.3 电梯控制系统的原理图83 系统硬件设计93.1 可编程控制器的选型93.1.1 可编程控制器概述93.1.2 可编程控制器的选型103.2 变频器的选型及参数设置133.2.1 变频器选型133.2.2 变频器参数设置143.3 旋转编码器的选型153.4 曳引机的选型153.5 硬件接线图164 系统软件设计204.1 系统工作过程204.2 控制系统程序设计214.2.1 开关门控制及安全保护214.2.2 报警系统设计234.2.3 定位系统的设计244.3 控制系统程序仿真30结论39致谢40参考文献41附录42基于PLC的四层电梯控制系统设计摘 要本设计针对改善载客电梯的实际操作功能，利用可编程控制器设计四层电梯的控制系统。该电梯控制系统利用可编程控制器、变频器、曳引机等代替传统的继电控制系统，实现对电梯的拖动调速。通过可编程控制器与调速拖动装置的有效结合，所构成的可编程控制器集选控制系统，改善了电梯的基本控制功能。仿真结果表明该控制系统提高了电梯运行的可靠性，在一定程度上降低了故障率。关键词：电梯控制系统；可编程控制器PLC；调速拖动The Design System for Four-layer Elevator Based on PLCAbstactThis design for improving the passenger liftsactual operation function,using the programmable controller design on the four layers of elevator control system.This system using PLC,frequency converter,traction machine instead of traditional relay control system,accelerate the elevator drag speed.Through the programmable controller and the effective control device,the PLC control system,integrating a programmable controller set control system,improve the elevators basic control functions.Simulation results show that this control system can improve the reliability of the elevator operates and to a certain extent reduce the failure.Key words: elevator control system; programmable logic controller; speed drag1 绪论1.1 利用可编程控制器控制电梯的意义电梯作为人类现代生活广泛使用的人员运输工具，人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求均有提高。随着微电子技术、计算机技术和自动控制技术的迅速发展，电梯也得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速控制技术，其逻辑控制也由可编程控制器代替原来的继电器控制。可编程序控制器因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，称为当代工业自动化的主要支柱之一。电梯采用可编程控制器控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，不仅使其可靠性大大提高，改善了电梯运行的舒适感，而且控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功能，也可以进行故障报警显示，提高运行安全性，并便于检修。同时电动机交流变频器调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量、改善环境、推动技术进步的一种主要手段1。变频器调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因素和节电效果，广泛的适用范围及其他许多优点而获国内外公认为最有发展前途的调速方式。因此，可编程控制器控制技术加变频器调速技术已成为现在电梯行业设计的一个热点2。1.2 电梯控制技术的现状及发展趋势1.2.1 电梯控制技术的现状随着现在建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现在都市的重要标志，作为高层建筑的垂直运载工具电梯得到了快速发展。（1）电梯的速度要求越来越快，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。逐步被交流电梯所替代，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、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善3。（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（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，不断满足用户的使用功能要求。如紧急停车操作、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，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。1.2.2 电梯控制技术的发展趋势随着电梯技术的发展，绿色化、低能耗、智能化、网络化、蓝牙技术的电梯成为一段时间内的发展趋势。（1）绿色化绿色理念是电梯发展总趋势。发展趋势主要有如下：不断改进产品的设计、生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳、钢皮带等无润滑油污染曳引方式。（2）降低能耗减少电梯能耗的措施是多方面的。主要包括：选择减小电梯机械系统的惯性和磨擦阻力;合理运用对重和平衡重。驱动系统使用永磁同步无齿轮曳引机。从永磁同步电机工作原理可知其励磁是由永磁铁来实现的,不需要定子额外提供励磁电流。因而电机的功率因数,可以达到很高（理论上可以达到1）。同时永磁同步电机的转子无电流通过，不存在转子耗损问题，一般比异步电机降低45%60%耗损。由于没有效率低，高能耗蜗轮蜗杆传动副，能耗进一步降低。（3）智能化智能化的电梯首先要与智能大厦中所有自动化系统联网，如与楼宇控制系统、消防系统、保安监控系统等交互联系，使电梯成为高效优质、安全舒适的服务工具。串行通讯以其布线简单，传输信息量大等优点，在电梯控制系统中应用日益增多。由于去掉了微机接口板上大量输入和输出电路，减少了井道、机房中的布线数量，可靠性大大提高。随着大楼智能化的提高，现场总线技术现已开始应用于电梯控制系统与大楼的BAS，FAS，SAS中。（4）远程监控技术的应用现在提出的远程监控服务系统是在远程监视系统上更进了一步，这种先进装置集通讯、故障诊断、微处理机为一体，它可以通过市话线传递电梯的运行和故障信息到远程服务中心（即电梯远程监控维修中心），使维修人员知道电梯问题所在并去处理。如轿厢由于发生门故障而被困于某层，远程维修中心根据故障状况判断后，则可允许用遥控方式来打开轿门和层门，在无维修人员到现场的情况下，被困人员就可以离开轿厢，如有的故障只能维修人员到现场排除的话，为使被困人员安心，中心即刻向轿厢播放安扰语音，解除紧张心理。（5）蓝牙技术的应用蓝牙技术在电梯安装过程的应用。安装过电梯的人都知道放线、对线是费时、费力、极容易错的工作。应用蓝牙技术，安装期将减少30%以上，其直接好处是降低安装成本，客户也因从订梯到使用电梯周期费用减少和提高现金周转率。在电梯上使用蓝牙技术一定会使电梯控制系统大量使用最新最快微机，这将会进一步提高电梯整机可靠性，故障率大大降低，控制精度也进一步提高，带来的结果是电梯更加舒适，平层更加准确。1.3 本设计的主要工作本设计将在以下几个方面对电梯的控制系统进行阐述：（1）电梯控制功能的选择。综合电梯各种控制功能的特点和要求，在本课题中主要研究四层电梯上下行控制，开、关门控制，呼叫控制。（2）电梯硬件系统的设计。本课题设计的电梯要求运行迅速准确度高，在电梯的楼层检测系统中选用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的旋转编码器。利用编码器的脉冲定位信号输入给可编程控制器，可编程控制器控制变频器，变频器控制曳引机。最终实现可编程控制器对电梯的控制。本文在硬件系统的选择设计过程中主要考虑了电梯的经济实用、稳定、性价比等。（3）电梯控制系统软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的可编程控制器编程语言梯形图。梯形图的编程能直观明了的设计出电梯的控制系统，梯形图的编写运用GX Developer-8.34编程软件。此软件支持全部的三菱FX系列的可编程控制器，并且具有强大的诊断、仿真功能，能更快的查找出故障的原因，更直观的实现程序的仿真。2 系统控制方案设计2.1 控制系统设计的基本步骤在电梯控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：（1）深入了解和分析电梯的工艺条件和控制要求。（2）确定I/O设备。根据电梯控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、编码器、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。（3）根据I/O点数选择合适的可编程控制器类型。（4）分配I/O点，分配可编程控制器的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。（5）设计电梯控制系统的梯形图程序。根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个电梯系统设计的核心工作。（6）使用可编程控制器仿真软件进行程序仿真，查找错误，使系统程序更加完善。（7）编辑相关技术文件。系统总体流程设计如图2-1所示：图2-1 总体流程设计2.2 系统控制方案电梯系统的控制要求如下：（1）开关门控制：由于本设计不构筑电梯模型，只涉及模拟控制，故将开关门控制省略。当某一楼层的指示灯持续亮时，表示该层正在进行开门、延时、关门。为了实现电梯的安全运行，电梯的开、关门信号与故障报警信号应该是互锁的，即当故障报警信号有效时，开、关门信号都不能实现，楼层指示灯不会亮。（2）内外呼叫控制：在电梯内各层呼叫控制中，设计成当有乘客按下某层的呼叫按键时，使相应的指示灯亮，但不能立即启动电梯。其呼叫信号一直保持到电梯到达位层后才被撤销。轿厢所停位置呼叫时，电梯不启动，只做开关门动作。（3）上下行控制：1）电梯在一、二、三、四层楼分别设置一个呼叫按钮。2）由于没有真实的电梯来控制，所以假设电梯在收到呼叫信号后以5S/层的速度运动，楼层灯点亮即表示电梯在运动中。3）电梯上行途中，下降呼叫无效；电梯下降途中，上行呼叫无效。4）上、下行指示灯不能同时亮，一、二、三、四、楼指示灯不能同时亮。在一个呼叫请求完成以前，不接收新的呼叫请求。当故障报警信号有效时，任何动作都无效，指示灯灭。 5）电梯楼层定位采用旋转编码器脉冲定位（采用型号为OVW2-06-2MHC的旋转编码器，脉冲为600P/R，24V DC电源），不设磁感应位置开关。电梯到达目的层站时，先减速后平层，减速脉冲数根据现场确定。6）电梯具有快车速度50Hz，爬行速度6Hz，当平层信号到来时，电梯从6Hz减速到0Hz。7）具有轿厢所停位置楼层数码管显示。 （4）在电梯的上下行运行过程中，电梯速度由变频器调整，电梯运行速度曲线如图2-2所示。图2-2 电梯运行速度曲线2.3 电梯控制系统的原理图电梯控制系统的原理图如图2-3所示：图2-3 电梯控制系统结构3 系统硬件设计3.1 可编程控制器的选型3.1.1 可编程控制器概述可编程控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC。可编程控制器是用于工业现场的电控制器，它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。可编程控制器通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。如果说初期发展起来的可编程控制器主要是以它的高可靠性、灵活性和小型化来代替传统的继电接触控制，那么当今的可编程控制器则吸取了微电子技术和计算机技术的最新成果，得到了更新的发展。从单机自动化到整条生产线的自动化，乃至整个工厂的生产自动化；从柔性制造系统、工业机器人到大型分散控制系统，可编程控制器均承担着主要角色4。（1）可编程控制器的硬件组成。可编程控制器的硬件部分由中央处理器单元（CPU模块）、存储器、输入/输出（I/O）模块、电源模块、通信模块、编程器等部分组成。如图3-1所示。（2）可编程控制器的工作原理1）可编程控制器是以顺序扫描的方式工作的。用户程序通过编程器输入并存放在可编程控制器的用户存储器中。当可编程控制器运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPU是不能同时执行多个操作的，它只能按分时操作原理工作，即每一时刻只执行一个操作。由于CPU的运算处理速度很高，使得外部出现的结构从宏观上看好像是同时完成的。这种按分时原则，顺序执行程序的各种操作的过程称为CPU对程序的扫描。执行一次扫描的时间成为扫描周期。2）可编程控制器的工作过程。可编程控制器是在系统软件的控制和指挥下，采用循环顺序扫描的方式工作的，其工作过程就是程序的执行过程，它分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。图3-1 可编程控制器的硬件结构框图（3）可编程控制器的基本功能可编程控制器有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：1）逻辑处理功能；2）数据运算功能；3）准确定时功能；4）高速技术功能；5）中断处理（可以实现各种内外中断）功能；6）程序与数据存储功能；7）自检测、自诊断功能。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，可编程控制器几乎也都可以做到。丰富的功能为可编程控制器的广泛应用提供了可能。同时，也为自动化行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。3.1.2 可编程控制器的选型在可编程控制器系统设计时，确定控制方案之后，下一步工作就是可编程控制器工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程控制器和设计相应的控制系统。（1）输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商可编程控制器的产品特点，对输入输出电数进行圆整。根据电梯控制的特点，输入信号应该包括以下几个部分：1）轿厢内及各层门厅外呼按钮主要是轿厢内的楼层选择数字键14，各层门厅外呼按钮。轿厢内楼层选择键设置4个，14，分别代表一、二、三、四楼。然后各层门厅外呼按钮分别取其层数对应的内呼选择按钮。即一楼门厅外呼按钮就取用轿厢内楼层选择键1，二楼门厅外呼按钮就取用轿厢内楼层选择键2，以此类推。所以，一共需要4个输入。2）位置信号位置信号由旋转编码器产生。占用一个高速技术器C235端口X0，并需要一个强迫技术在一层复位的复位按钮。另外还有一组开关门限位开关，所以位置信号一共需要4个输入。3）电梯门控制信号大部分电梯都具有开门按钮以及关门按钮，以方便手动开关门。所以一共需要2个输入。4）警铃按钮特殊情况发生时，需要停止电梯动作、终止一切呼叫、发出报警铃声。所以需要输入点1个。综上所述，再加上余量的估算，共需要输入点14个。输出信号应该包括：1）内呼、外呼指示信号内呼、外呼指示信号有4个输出点，分别用来表示14层的内呼、外呼被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。2）电梯轿厢上下行，电梯上下行指示信号，共需要输出点4个。3）开门和关门信号，共需要输出点2个。4）电梯减速爬行，需要可编程控制器控制变频器变频、使曳引机减速。所以需要输出点1个。5）报警铃声。报警信号输入时，发出报警铃声。需要1个输出点。6）电梯轿厢位置数码显示。轿厢所停位置楼层数码管显示。需要7个输出点。综上所诉，再加上余量的估算，共需要输出点23个。（2）存储器容量的估算程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代5。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字）。另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题的可编程控制器内存容量选择应能存储2000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。（3）机型的选择目前，国内众多的生产厂家生产了多种系列功能各异的可编程控制器产品，使用户眼花缭乱、无所适从。通过对输入/输出点的选择、对存储容量的选择、对I/O相应时间的选择以及输出负载的特点选型的分析。并且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速技术器，又因为电梯是双向运行的，所以可编程控制器还需具有可逆技术器。综合考虑后，本设计选择了日本三菱公司生产的FX2N系列的FX2N-48MR型号的可编程控制器作为电梯的控制器。三菱可编程控制器以其高性能，低价格应和了中国工控行业的需要，在国内得到了广泛的应用。三菱可编程控制器产品系列十分丰富，可以广泛的满足不同用户的需要。三菱可编程控制器具有以下几个主要特点：1）三菱可编程控制器范围广，拥有无所不在的电力线网络技术优势。2）三菱可编程控制器具有传输质量高、速度快、带宽稳定的优点。3）三菱可编程控制器的结构灵活，有电即可组建网络，不受环境的限制，而且通知可以灵活扩展介入端口数量，使资源保持较高的利用率。4）三菱可编程控制器适用面广，广泛适用于居民小区、酒店、办公区、监控安防等领域。5）三菱可编程控制器还有低成本、高性价比一大优点。三菱FX2N系列可编程控制器是三菱FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。3.2 变频器的选型及参数设置3.2.1变频器选型变频器是系统硬件中非常关键的一个器件。由于本课题的要求，需要带动曳引机控制电梯，所以，必须用高转矩重负载型变频器。还有，为了达到高精度运行，在不用PG的低速运行时，变频器能使电机在不影响启动速度的情况下，迅速得到调整。所以，再考虑到性能价格比，综合各方面原因，我们选择三菱FR-A500系列的FR-A540-11K-CH高转矩重负载型变频器。交流变频调速日益完善，调速方便简单成为电机调速主流。三菱变频器以其高性能，适中的价格应和了中国工控行业的需要，在国内得到了广泛的应用。节能的需要为三菱变频器的应用带来了巨大的契机，三菱变频驱动产品在中国得到了更大的发展。采用先进磁通矢量控制的FR-A540变频器，由于大RISC处理器中采用了新的在线自动调整功能使电机在不影响启动速度的情况下，迅速得到调整，从而在不用PG而低速运行时，达到高精度运行和高转矩输出。具体参数如下6：（1）功率：11KW（三相380V，50Hz）（2）电流：23A（3）特点：1）采用先进磁通矢量控制方式，调速可达1：120（0.5-50Hz）。2）采用可直接监视并控制主回路的智能驱动回路（最新开发的ASIC），使低速时不均匀旋转得到大幅度的改善。3）可拆卸式风扇和接线端子，维护方便。4）内置RS485通信口，可插扩展卡符合全世界主要通信标准。3.2.2 变频器参数设置三菱FR-A540-11K-CH变频器具体参数设置见表3-1所示7。表3-1变频器参数参数号设定值名称Pr.02%转矩提升Pr.150Hz上限频率Pr.20Hz下限频率Pr.350Hz基底频率Pr.46Hz低速设定Pr.73S加速时间Pr.81S减速时间Pr.918A电子过电流保护Pr.130.5Hz启动频率Pr.140适用负荷选择Pr.290加/减速曲线Pr.607智能模式选择Pr.7113适用电机Pr.793操作模式选择Pr.8010KW电机容量Pr.814电机极数Pr.83380V电机额定电压Pr.8450Hz电机额定频率Pr.951在线自动调整选择Pr.96101自动调整设定/状态3.3 旋转编码器的选型旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向8。日本NEMICON（内密控）株式会社是一家以生产旋转编码器为主的专业性传感器制造厂商，同时又是亚洲地区最具规模，最大的编码器厂商之一。在日本，NEMICON（内密控）编码器的销售量，一直以来稳居第一。自进入国内市场以来，内密控的产品以其较高的性能与价格比，也已广受业内人士好评。综合可编程控制器，变频器的参数性能，最后考虑选用NEMICON（内密控）的OVW2系列旋转编码器。NEMICON（内密控）OVW2系列编码器参数：（1）通用型、低成本、高性能的代表作（2）外型尺寸：3830（3）轴径：6/D型切口（4）脉冲数：60P/R-3600P/R（5）输出信号：A相，B相，Z相（6）电源电压：DC5V或DC10.8-26.4V（7）多种输出方式：开放集电极输出，长线驱动输出，推拉输出3.4 曳引机的选型电梯是典型的位能性负载，根据电梯的工作特性，曳引机应具有如下性质：（1）能频繁地启动和制动，启动电流较小（2）曳引机运行噪声低，曳引机散热好此外，曳引机具备两个轴伸端：其一端为传动端与减速器耦合，另一端为非传动端，通常装有飞轮。用于增加运动系统的转动惯量。改善启动过程乘坐的舒适感，并兼作盘车手轮。相对于有齿轮式曳引机，永磁同步曳引机具节能环保之绝对优势，于安全性之层面：因结构简化，具刚性直轴制动的特点，提供全时上下行超速保护能力外，利用永磁电机的反电动势特点，实现蜗轮蜗杆之自锁功能，为电梯系统与乘客提供多层安全防护。于应用面之层面：因永磁同步曳引机小型化及薄型化特点，对电梯配置安排及与建筑物间整合空间的搭配性，大大提升。考虑以上各种因素，本设计选用德国威特电力驱动有限公司生产的beamer2系列WSG-08型号的永磁同步无齿曳引机。最新的beamer2系列曳引机非常适用于各种高效率电梯，具有乘坐舒适和能耗低的特点，性能价格比也是相当的出众9。WSG-08永磁同步无齿曳引机参数：1）最大负载（kg）：16002）速度（m/s）：0.62.53）悬挂比：2：14）最大轴负载（kN）：555）尺寸（mm）：836*720*4046）重量（kg）：4806207）容量（KW）：107）电机类型：永磁同步无齿电机3.5 硬件接线图系统的硬件连接图即可编程控制器和系统中各个硬件的连线，还有可编程控制器输入输出I/O口分配图。具体如图3-2，表3-2，表3-3所示：图3-2 硬件接线图序号输入说明1X0C235计数端2X11层呼叫3X22层呼叫4X33层呼叫5X44层呼叫6X6开门7X7关门8X10门开到位9X11门关到位10X12警铃按钮11X13计数在1层时强迫复位表3-2 可编程控制器输入端口分配表表3-2、表3-3分别说明了可编程控制器的输入输出端口分配情况。输入端口：X0为C235计数端，X1X4为14层呼叫，X6X7为开关门按钮，X10X11为门开、门关限位开关，X12为警铃按钮，X13为旋转编码器计数在1层时被强迫复位。输出端口：Y1Y4为14层呼叫指示灯，Y6Y7为开关门控制，Y10Y11为电梯上升下降箭头指示灯，Y12Y13为电梯上升下降控制，Y14为变频器低速设定，Y15为报警铃声，Y20Y26为电梯轿厢数码显示控制。表3-3 可编程控制器输出端口分配表序号输出说明1Y11层呼叫指示2Y22层呼叫指示3Y33层呼叫指示4Y44层呼叫指示5Y6开门6Y7关门7Y10电梯上升箭头8Y11电梯下降箭头9Y12电梯上升10Y13电梯下降11Y14RH减速运行至6Hz12Y15报警铃声13Y20电梯轿厢位置数码显示14Y2115Y2216Y2317Y2418Y2519Y264 系统软件设计4.1 系统工作过程电梯系统工作具体流程见图4-1。图4-1 电梯系统工作流程图4.2 控制系统程序设计4.2.1 开关门控制及安全保护开关门控制程序是按照双开门有/无司机控制来设计的。主要完成电梯的手动开门、无司机状态下的本层开门、电梯运行到达目的层站时的自动开门、手动关门、无司机状态下的自动延时关门等功能。（1）本层开门本层开门是指电梯在停车状态和有/无司机条件下，当轿厢所在楼层有厅外呼叫时，电梯自动开门。如图4-2。图4-2 电梯开门控制程序图例如，此时电梯在一楼（D10为二进制数，表示电梯楼层，0001表示一楼），有人在一楼厅外呼叫，按了X001。这时，Y001被置位。一层呼叫指示灯亮。K1Y001就为0001，于是D100也就为0001。又通过比较指令成立，D100=D10电路导通，于是Y006被置位，电梯开门。（2）开门控制及安全保护开门到位后，若没有碰到开门限位开关，或限位开关失灵，则由于开门继电器吸合，门电机会发生堵转，时间一长电机可能烧毁。为此设计了门电机保护程序，如图4-3所示：图4-3 开门控制及安全保护程序图1）手动开门。当电梯没有运行，且电梯没有进行关门动作时，可以按下X006手动开门。2）自动开门及保护。当程序接通，Y006被置位时，同时定时器T1也开始计时。正常状况下，门会在3S左右关闭。当开门动作时间超过正常开门时间23S后，也就是在5S后还没有碰到开门限位开关X010时，T1闭合，Y006被复位，停止开门。或者在3S时碰到了限位开关X010，Y006也被复位，也会停止开门。（3）关门控制及安全保护门关的条件有以下几种：停车状态下按关门按钮，无司机状态下自动关门。停止关门或不关门的条件：关门到位碰到关门限位开关，关门超时、在5S内没有碰到关门限位开关。在关门梯形图中也设置了关门安全保护，因为关门限位开关若不动作或失灵，同样容易将电机烧毁。与开门过程保护一样，可在开始关门后通过定时器计时，超过正常关门时间，自动停止关门，以保护电机。程序见图4-4。图4-4 关门控制及安全保护程序图1）手动关门。当电梯没有运行，且电梯没有进行开门动作时，可以按下X007手动关门。2）自动关门及保护。当开门动作顺利完成时，开门限位开关X010闭合，定时器T2得电，开始计时。门开5S后，常开触点T2闭合，Y007被置位，关门动作开始。同时定时器T3得电，开始计时。和开门同理。5S后，若关门限位开关仍没闭合，那常开触点T3闭合，Y007被复位，关门动作停止。4.2.2 报警系统设计通过输入模拟信号发出故障产生信号。当按下故障报警信号产生键X012时，故障报警指示灯亮，发出报警声，指示灯延时10S，10S后，系统重置。报警指示灯是Y015，现报警系统的线路如图4-5所示，报警系统控制程序如图4-6所示。图4-5 报警系统接线图图4-6 报警系统控制程序4.2.3 定位系统的设计电梯在各层之间运行，总有指示灯显示所在的位置。电梯处于某楼层位置时，经过旋转编码器脉冲定位，由可编程控制器控制程序使可编程控制器输出信号给译码电路，通过信号的输出使发光二极管点亮。例如，电梯位于四楼时，可编程控制器输出信号Y21,Y22,Y25,Y26，发光二极管b,c,f,g点亮，显示此时电梯停在四楼。具体如图4-7，图4-8，图4-10，图4-11所示。（1）旋转编码器定位设计图4-7 旋转编码器接线图图4-8 旋转编码器定位控制程序图由于本设计采用600P的电梯编码器，4极电动机的转速按1500r/min：则50Hz时的每秒脉冲数：（1500r/min60s）600P=15000P/s。设电梯每层运行5s，于是每层相隔75000个脉冲（15000P/s5s=75000P）。4层电梯脉冲数的计算，每层运行5s，提前1s减速。具体计算如图4-9所示。图4-9 4层电梯脉冲计算图1）当我们向上运行的时候，减速区间为： 6000075000 135000150000 210000225000平层区间为： 7500076000 150000151000 2250002）当我们向下运行的时候，减速区间为： 150000165000 7500090000 015000平层区间为： 149000150000 7400075000 0（2）电梯轿厢位置显示设计图4-10 电梯轿厢位置数码显示图4-11 电梯轿厢位置显示程序图编码指令ENCO与7段解码指令SEGD的执行条件。为LDP M400，ORP M401，ORP M402，ORP M410，ORP M411，ORP M412。它的意义是轿厢运行时，旋转编码器发出的脉冲数到达楼层脉冲设定值时，由程序设定即发出楼层平层信号。此时发出一脉冲，编码指令与7段解码指令执行一次。1）编码指令ENCO。轿厢位置是位信号，即某位为1或0，而7段解码是将十进制数进行处理，所以首先要把位信号变为十进制数。这就是编码的任务。ENCO编码英语的缩写，意义是把源操作数中“1”编为十进制码；D10源操作数指定的字元件的首位；D20目标操作数指定的字元件，源操作数中最高位为1变为十进制数放到该字元件中；K2其他操作数K2的意义就是字元件D10的位数，位数是22=4。2）7段解码指令 SEGD。SEGD助记符它是7段解码英语的缩写；D20源操作数；K2Y020目标操作数它是位元件组合。K2Y020表示Y020Y027共8个数。该功能指令的意义是：当执行条件成立，源操作数中所指定的元件D20的低4bit的二进制数，经解码放在目标操作数中所制定的位元件K2Y020中并驱动由十六进制组成的7段数码管显示器。3）加1功能指令INCP当程序执行，D10里的原数据加1再放到D10里。加1的原因是由于ENCO编码的二进制表示值与实际楼层位置差“1”位数的关系。4.3 控制系统程序仿真为检测程序是否正确，方案是否可行，现对四层电梯控制系统程序进行仿真。主要要实现：开关门控制，呼叫及上下行控制。由于本仿真软件无法对7段解码指令SEGD进行仿真，所以Y20Y26不动作。（1）开关门控制当呼叫楼层与轿厢楼层位置相同时，即可立即进行开关门动作。假设电梯停在1楼，有人在1楼外呼。X001闭合，Y001被置位，1层呼叫指示灯亮。由于D100=D10=1，所以Y006被置位。电梯门开。见图4-12。图4-12开门控制仿真图当碰到开门限位开关X010时，Y006被复位，开门动作结束。Y007被置位，电梯关门。1层呼叫指示灯灭。见图4-13。图4-13关门控制仿真图当碰到关门限位开关X011时，Y007被复位，关门动作结束。见图4-14。图4-14开关门控制结束仿真图（2）呼叫及上下行控制1）上行控制假设电梯处于1楼，有人在4楼按下了呼叫按钮。X004闭合，Y004被置位，4层呼叫指示灯亮。由于K1Y001D10，电梯上升辅助信号M6得电，电梯上升箭头Y010亮，Y012得电，电梯上升。见图4-15