基于PLC的5层电梯控制系统设计.doc

基于PLC的5层电梯控制系统设计摘 要随着城市建设的不断的发展，高层建筑也不断增多。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，传统的电梯控制系统采用的是继电器控制。但是，这种控制易出故障，维修不便，体积大，寿命短，渐渐的被淘汰。为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以PLC为核心的控制器，用于取代以往复杂的继电器控制器控制。系统的核心部分使用的是德国西门子S7200，因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯在正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还可以克服手动操作所带来的一些人为干扰因素。关键词：PLC，电梯，控制系统 Design according to the PLC the 5 F elevator control systemABSTRACTAlong with city construction of continuously of development, the key figures construct to also continuously increase. The elevator is the pileups of perpendicular movement have already been as inseparable as peoples daily life in the high building, what the traditional elevator control system adoption controls after the electric appliances. But this kind of control the easy break down and maintain inconvenience, the physical volume is big, and the life span is short, gradually being eliminated.For the sake of exaltation automatically control the credibility of the system and the work efficiency of the equipments, designed a set of controller that takes PLC as core, used for replacing former complications of after electric appliances-controller control. The core part use of system is Germany Siemens S7200, because in the core what to control a part adoption is a software procedure control, is thus promising the convenience and easy that elevator consumedly raises elevator breakdown the check while circulating the circumstance of this request as usual and maintain, can also overcome to move to operate at the same time bring of some artificial interference factors.KEY WORDS: PLC，Elevator， Controls system目录前言1第1章 电梯的概述21.1电梯的定义31.2电梯的分类31.3 电梯的结构51.4 电梯的工作原理8第2章 PLC简介92.1 PLC的概念92.2 PLC的发展历程102.3 PLC的结构112.3.1 中央处理单元（CPU）122.3.2存储器单元122.3.3电源单元122.3.4输入/输出单元122.3.5 编程器等外部设备132.4可编程控制器的工作原理132.5西门子S7-200简介15第3章 电梯控制系统的硬件设计173.1 电梯控制的要求173.1.1 电梯轿厢的控制要求173.1.2电梯门的控制要求173.2主电路的设计183.2.1拖动电机电路的设计183.2.2门电机电路的设计19第4章电梯PLC控制系统的设计214.1 PLC单台电梯控制系统的工作流程214.1.1 控制面板224.1.2 超重报警224.2 PLC I/O地址分配23第5章 梯形图分析265.1 总流程设计265.2 各模块梯形图设计275.2.1 电梯运行状态选择程序295.2.2 楼层指令输入305.2.3 电梯上下行判断程序315.2.4 最近上行目标楼层确定程序325.2.5 上行运行程序345.2.6 最近下行目标楼层确定程序345.2.7 下行运行程序365.2.8 开关门程序365.2.9 换速程序375.2.10 门定位程序395.2.11 超重报警程序41结论42谢 辞43参考文献44附录45外文资料翻译63前言在我国，电梯、手扶梯、自动人行道等属于起重运输设备。电梯是在垂直方向上运行的运输设备，手扶梯是在斜面上运行的运输设备。但是电梯和手扶梯都是把人或货物从一个水平面提升到另一个水平面的起重运输设备。随着人口的增加、科学技术日新月异地发展、人们物质生活水平的逐步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样，成为重要的运输设备之一。传统的电梯控制系统采用的是继电器控制。但是，这种控制方式存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，维修不便，体积大，可靠性差和工作寿命短等缺陷，慢慢被淘汰。可编程控制器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。由可编程控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。PLC电梯控制系统，（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高；（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化；（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能；（4）PLC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；(5)可用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率；(6)更改控制方案时不需改动硬件接线。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。 第1章 电梯的概述人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。1887年，美国奥的斯公司制造出世界上第一台电梯，这是一台以直流电动机传动的电梯。它被装设在1889年纽约德玛利斯大厦。这座古老的电梯，每分钟只能走10米左右。当初设计的电梯纯粹是为了省力。1900年，以交流电动机传动的电梯开始问世。1902年，瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯，采用全自动的控制方式，提高了电梯的输送能力和安全性。随着超高层建筑的出现，电梯的设计、工艺不断得到提高，电梯的品种也逐渐增多。1900年，美国奥梯斯公司制成了世界上第一台电动扶梯。1950年又制成了安装在高层建筑外面的观光电梯，使乘客能在电梯运行中清楚地眺望四周的景色。随着社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，伴随建筑业的发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、管理电梯、维护好电梯。1.1电梯的定义电梯是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倾角小于15度的钢性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。1.2电梯的分类1、按用途分类乘客电梯，为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。 载货电梯，主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。 医用电梯，为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。 杂物电梯，供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。 观光电梯，轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。 车辆电梯，用作装运车辆的电梯。 船舶电梯，船舶上使用的电梯。 建筑施工电梯，建筑施工与维修用的电梯。 其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。 2、按驱动方式分类交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。 直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。 液压电梯，一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。 齿轮齿条电梯，将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。 螺杆式电梯，将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。 直线电机驱动的电梯，其动力源是直线电机。 电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。 3、按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。 低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯。 中速梯，常指速度在1.002.00m/s的电梯。 高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。 超高速梯，速度超过5.00m/s的电梯。 随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。 4、按电梯有无司机分类有司机电梯，电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。 无司机电梯，乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。 有/无司机电梯，这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。 5、按操纵控制方式分类手柄开关操纵，电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。 按钮控制电梯，是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见的有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。 信号控制电梯，是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。 集选控制电梯，是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。 并联控制电梯，23台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。 群控电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。 6、其它分类方式按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。 按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。 此外，还有双层轿厢电梯等。 7、特殊电梯斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。 立体停车场用电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。 建筑施工电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。1.3 电梯的结构电梯是一种复杂的机电产品，一般由机房、轿厢、厅门及井道和井底设备等4个基本部分组成（如图1-1所示）。1-减速箱 2-曳引轮3-曳引机底座 4-导向轮5-限速器 6-机座7-导轨支架 8-曳引钢丝绳9-开关碰铁 10-紧急终端开关11-导靴 12-轿架13-轿门 14-安全钳15-导轨 16-绳头组合17-对重 18-补偿链19-补偿链导轮 20-张紧装置21-缓冲器 22-底坑23-层门 24-呼梯盒25-层楼指示灯 26-随行电缆27-轿壁 28-轿内操纵箱29-开门机 30-井道传感器31-电源开关 32-控制柜33-曳引电机 34-制动器图1-1 电梯的基本结构剖视图及机械部件1.机房机房位于电梯井道的最上方或最下方，用于装设曳引机、控制柜、限速器、选层器、地震检测仪、配线板、总电源开关及通风设备等。机房结构必须坚固，防震和隔音，有足够的面积，、高度、承重能力和良好的通风条件，而且室内经常保持有适度的照明亮度，保持干燥清洁等。对于机房的设置有以下3种方式：机房下置式、机房上置式和机房侧置式。(1)曳引机 曳引机是电梯升降的动力源，由曳引电动机、电磁制动器、减速器、曳引轮和盘车手轮等组成，通过业余绳与曳引绳轮的摩擦产生的牵引力来实现轿厢和平衡对重升降驱动装置。按曳引电动机与曳引轮之间有无减速箱，又可以分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。(2)控制柜 该装置能发出指令，检测各机器的动作情况，并具有控制功能，从而使电梯能安全、稳妥、快速到达目的层。该装置由主电路接触器、管理继电器、控制继电器、时限继电器、半导体器等组装而成。(3)限速器 限速其为电梯限速保护装置，是重要的安全设备。当电梯超过额定速度或失控时（为额定速度的115%），限速器能发出电信号，自动切断控制电路。如果轿厢仍然继续高速下行，此时限速器则以机械方式操纵安全钳动作，将轿厢夹持在导轨上，阻止起继续下降，避免产生不良后果。2.轿厢与对重(1)轿厢 轿厢是是用来安全运送乘客及物品到目的层的箱体装置，它的运行轨迹是在曳引钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行。(2)对重 对重又称平衡重，起到平衡轿厢的作用（但这种平衡是相对的和变化的）。对重与轿厢通过曳引绳的连接，利用曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力驱动轿厢的上升和下降。3.厅门（层门）厅门是为确保候梯的乘客安全而设置的开闭装置，只有在轿厢停层和平层时才被打开。4.井道与井底设备(1)曳引钢丝绳 连接轿厢与对重，驱动轿厢上下运行。(2)导轨 使轿厢和平衡对重在井道内垂直升降的导向装置。(3)限速钢丝绳、张紧装置 用以防止限速钢丝绳的松弛或摇动，把轿厢速度正确地传送到限速器的辅助装置。(4)补偿链 由于轿厢升降，轿厢侧与对重侧的曳引钢丝绳重量比随之变化。为了修正这个变化，减轻电动机的负载，将轿厢与对重用补偿链连接起来，一般用于提升高度超过30m的电梯。(5)终端保护装置 终端保护装置由终端电气保护装置和机械缓冲装置两部分组成，终端电气保护装置由换速开关、限速开关和极限开关组成。机械缓冲装置是指位于底坑的各种缓冲器，它们是电梯安全保护的最后一道措施，设置在井道底坑中且正对轿厢和对重，起作用是防止轿厢和对重冲顶撞底。常用的缓冲器有弹簧缓冲器和油压缓冲器两种。电梯中限速器、安全钳装置是十分重要的机械安全保护装置。它的作用在于：因机械或电气的某种原因，例如断绳或失控使电梯超速下降时当下降速度达到一定限值时，将轿厢停在导轨上。不论是限速器还是安全钳都不能单独完成上述任务，上述任务的完成是靠它们的配合动作来完成的。1.4 电梯的工作原理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，供人员和货物出入。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。第2章 PLC简介2.1 PLC的概念可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC或PC，在现代工业控制中占有重要地位。可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）， 简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC 标准的草案第一稿，第二稿，并在1987 年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association） 经过四年的调查工作，于1984 年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC 作了如下定义:“PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC 之功能时，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可以分为几类，类如可编程控制器、基于PC总线的工业控制计算机、基于单片机的测控装置、用于模拟量闭环控制的可编程调节器、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。PLC的应用广、功能强大、使用方便，是现代工业自动化的主要设备之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。2.2 PLC的发展历程世界上公认的第一台可编程控制器(Programmable Logic Controller简称PLC)是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代中期以来，随着超大规模集成电路技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展。随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示技术的发展，PLC 向过程控制方向发展。2.3 PLC的结构PLC是一种工业控制用的专用计算机，在设计理念上，是计算机技术与继电接触器控制电路相结合的产物，因而它与工业控制对象有非常强的接口能力。由于PLC本质上仍然是一台适合于工业控制的微型计算机，所以其基本结构和组成也具备一般微型计算机的特点：以中央处理单元（CPU）为核心，在系统程序（相当于操作系统）的管理下运行。PLC与控制对象的接口有专门设计的I/O部件来完成，通常还需要配以专用的供电电源及其它专用功能模块。PLC的基本组成部件如下图2-1所示。PLC存储器（ROM/RAM）系统程序+用户程序编程器外部设备接口监控设备扩展接口I/O扩展单元外存储器中央处理器CPU打印机条码读入器电源输入接口输出接口输入设备（按钮、开关等）输出设备（接触器、电磁阀等）图2-1 PLC的基本组成部件2.3.1 中央处理单元（CPU）与一般微处理器的概念相同，CPU是PLC的核心部件，负责完成逻辑运算、数字运算及协调系统内各部分的工作，主要功能有： 接收并存储由编程器输入的用户程序和数据； 诊断电源故障及用户程序的语法错误； 读取输入状态和数据并存到相应的存储区； 读取用户程序指令，解释执行用户程序，完成逻辑运算、数字运算、数据传递等任务，刷新输出映像；将输出映像内容送至输出单元。目前大中型PLC多采用16位或32位的微处理器作为CPU，有些厂家的高档PLC还采用微处理器冗余技术，由多个CPU并行工作，当主CPU正常工作时，其他CPU处于热备用状态，随时可接替发生故障的CPU工作，大大的提高了系统的可靠性。2.3.2存储器单元系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数，不能由用户直接存取。用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序，可以由用户直接存取。功能存储器（数据区）存放用户数据。PLC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。2.3.3电源单元内部电源开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。外部电源可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。2.3.4输入/输出单元PLC的输入/输出单元也叫I/O单元，对于模块式的PLC来说，I/O单元以模块形式出现，所以又称为I/O模块。I/O模块是CPU与现场I/O装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块和各种用途的I/O组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/O模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量），以确保整个系统正常工作。输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。2.3.5 编程器等外部设备编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具，用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数，通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话。可分为两类：简单型只能联机编程；只能用指令清单编程。智能型既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清单（语句表）、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程。 编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。2.4可编程控制器的工作原理可编程控制器（PLC）是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。图2-2 PLC的扫描过程图输入扫描/采样NRUN方式通信处理内部处理开始Y可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程控制器停机或切换到STOP工作状态。PLC的工作过程以循环扫描的方式进行，当PLC处于运行状态时，其运行周期可划分为3个基本阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。输出处理/刷新程序执行除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程控制器还要完成，内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段。可编程控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式（如图2-2所示）。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。在内部处理联合阶段。可编程控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，可编程控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当可编程控制器处于停止（STOP）状态时，只执行以上的操作。可编程控制器处于（RUN）状态时，还要完成另外3个阶段的操作。2.5西门子S7-200简介西门子公司的S7-200系列PLC可以满足多种多样的自动化控制的需要，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格及强大的指令系统，使得S7-200可以近乎完美的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时，具有很强的适应性和可选择性。S7-200 PLC硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中包括一定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。S7-200 PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器、STEP 7-Micro/WIN32编程软件及通信电缆组成。近几年西门子公司推出的S7-200 CPU22X系列产品有：CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模块、CPU226XM模块。S7-200 CPU22X系列产品的主要性能如表2-1所示，供用户在进行系统设计时查询。CPU22X系列产品指令丰富、速度快、具有较强的通信能力。例如，CPU226模块的I/O总数为40点，其中输入点24点，输出点16点；可带7个扩展模块；用户程序存储器容量为8KB；内置高速计数器，具有PID控制器的功能；有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通信口；具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由口协议的通信能力；运行速度快、功能强，适用于要求较高的中小型控制系统。S7-200 PLC任一型号的主机，都可单独构成基本配置，作为一个独立的控制系统，S7-200 CPU22X系列产品的基本配置如表2-1所示。S7-200 PLC各型号主机的I/O配置是固定的，它们具有固定的I/O地址。S7-200 CPU22X系列产品的I/O配置及地址分配如表2-2所示。表2-1 S7-200 CPU系列产品的主要性能表特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226外形尺寸908062908062120.5806214080621908062程序存储器：运行模式下编辑非运行模式下编辑4096字节4096字节4096字节4096字节8192字节12288字节12288字节16384字节16384字节24567字节数据存储区2048字节2048字节8192字节10240字节10240字节掉电保护时间50小时50小时100小时100小时100小时本机数字量I/O本机模拟量I/O6入/4出无8入/6出无14入/10出无24入/10出2入/1出24入/16出无数字I/O映像区256（128入/128出）模拟I/O映像区无32（16入/16出）64（32入/32出）64（32入/32出）64（32入/32出）脉冲捕捉输入68141424扩展模块数量0个模块2个模块7个模块7个模块7个模块高速计数器单相两相总共4个4路30kHz2路20kHz总共4个4路30kHz2路20kHz总共4个6路30kHz4路20kHz总共4个4路30kHz2路200kHz3路20kHz1路100kHz总共4个6路30kHz4路20kHz脉冲输出（DC）2路20kHz2路20kHz2路20kHz2路100kHz2路20kHz模拟电位器1个（8位分辨率）2个（8位分辨率）实时时钟配时钟卡配时钟卡内置内置内置RS-485通信口11122布尔指令执行速度0.22us/指令浮点数运算有表2-2 S7-200 CPU系列产品的I/O配置及地址分配项目CPU221CPU222CPU224CPU226本机数字量输入地址分配6输入I0.0I0.58输入I0.0I0.714输入I0.0I0.7I1.0I1.524输入I0.0I0.7I1.0I1.7I2.0I2.7本机数字量输出地址分配4输出Q0.0Q0.36输出Q0.0Q0.510输出Q0.0Q0.7Q1.0Q1.116输出Q0.0Q0.7Q1.0Q1.7本机模拟量输入/输出无无无无第3章 电梯控制系统的硬件设计3.1 电梯控制的要求图3-1 电梯工作示意图上行/下行启动输入指令电梯的主要任务是根据厢内外的控制指令，将电梯运行到指令楼层，同时，根据每个楼层的控制命令开、关门，以实现各个楼层的要求。主要工作步骤有：接收厢内/外指令，判断电梯上行还是下行，到达目的楼层前在其他楼层是否有开门指令，到达目的楼层后是否又有新的指令，根据这一新的指令再次判断是上行还是下行。如此循环，如果没有指令的话就停止在上一个指令的目的楼层。其工作过程如右图3-1所示。到达指定楼层 3.1.1 电梯轿厢的控制要求停止选向：根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿厢所在的楼曾位置决定电梯的运行方向。选层换速：指电梯能够根据轿厢内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。并且在每次平层的时候都能够换速。楼层位置的指示：选用发光二极管作为指示灯显示的方法。3.1.2电梯门的控制要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开，经过2秒钟后电梯门自动关上。如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为机械安全触板开关的作用而自动开门，也可以手动控制开门和关门。为了避免乘客被正在关闭的门扇伤害，在门系统中大都设置安全检测系统，以检测关门时是否还有乘客从电梯门上通过。当轿厢门正在关闭时，如果此时有乘客欲进、出入电梯轿厢(包括乘客位于轿厢门前某段距离或乘客阻挡轿厢门关闭)，则轿厢门应该停止关闭，且重新打开。轿厢门打开则不必有此过程。目前的安全系统主要大都采用光电式装置(如光敏元件)，也有的采用电磁式装置。在一些高性能的电梯系统中，都设置了大厅内乘客检测装置，确定乘客是否全部进入电梯。当乘客或物体仍在门检测区域内时，电梯的门系统能自动延时关门，确保乘客全部进入电梯。目前主要采用光电装置和红外光幕保护装置来检测乘客或物体。有的门机系统还采用热敏电磁装置和图像采集系统检测乘客或物体，由于受到性能和成本的限制，应用的并不多。3.2主电路的设计电力拖动系统是电梯的动力来源，它驱动电梯部件完成相应的运动。在电梯中主要有如下两个运动：轿厢的升降运动，轿门及厅门的开关运动。轿厢的运动由曳引电动机产生动力，经曳引传动系统进行减速、改变运动形式（将旋转运动改变为直线运动）来实现驱动，其功率在几千瓦到几十千瓦，是电梯的主驱动。轿门及厅门的开与关则由开门电动机产生动力，经开门机构进行减速、改变运动形式来实现驱动，其驱动功率较小（通常在200W以下），是电梯的辅助驱动。3.2.1拖动电机电路的设计电梯的电力拖动系统对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速起着控制作用。拖动系统的优势直接影响电梯的起动，制动加减速度，平层精度，乘坐的舒适性等指标。电梯的拖动系统经历了由简单到复杂的过程。到目前为止应用于电梯的拖动系统主要有：(1)单、双速交流电动机拖动系统；(2)交流电动机定子调压调速拖动系统；(3)直流发电机-电动机可控硅励磁拖动系统；(4)可控硅直接供电拖动系统；(5)VVVF变频变压调速拖动系统。交流电动机具有结构紧凑，维修简单等特点。单、双速交流电动机拖动系统采用开环方式控制，线路简单，价格较低，因此在电梯上广泛应用。交流双速电梯拖动电机控制主电路如图3-2所示。电梯启动时，首先接通上行或下行的接触器（KMs或KMx），同时也接通快速接触器KMk，这样就接通了快速绕组，电梯快速启动。为了减小电梯启动的加速度，提高乘坐的舒适感，接触器KM2断开，将电抗接入电路，当电动机的转速达到一定数值后，闭合接触器KM2将电抗短路，电动机逐步加速至额定转速，电梯最后稳定运行。当电梯需要减速时，先断开快速接触器KMK，闭合慢速接触器KMM，此时接通了慢速绕组，电动机开始减速。为了降低在减速过程中的加速度，接触器KM1断开，电路中接入了电抗器，在电动机的转速降到一定程度后，将解除其KM1闭合，将电抗器短路使电动机逐步减速至停止。图3-2拖动电机控制主电路图3.2.2门电机电路的设计电梯门机拖动系统作为一个子系统，相对整个电梯系统来说，是不容忽视的。它是电梯系统中动作最频繁，也是直接面对乘客的部分。因此在实际应用中需要一个运行安全可靠、性能稳定的电梯门机控制系统，其设计就显得尤为重要。门机拖动系统从电流型式上分为直流调速拖动和交流调速拖动两大类，在交流调速拖动中，异步电动机门机调速拖动系统和同步电动机门机调速拖动系统已发展成为占有相当比例的两类调速拖动系统。门电机主电路如图3-3所示，通过电动机的正反转来实现门的开关。图3-3 门电机主电路图 第4章电梯PLC控制系统的设计4.1 PLC单台电梯控制系统的工作流程电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制的，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。电梯控制系统工作流程如图4-1所示。来自井道行程开关来自轿厢控制面板来自层面控制按钮来自轿厢控制面板指令信号层楼信号召唤信号控制信号置位置位层楼定位召唤登记指令登记清除清除显示显示显示自动定向运行控制（开/关门、上/下行、停站）电动机驱动控制运行显示图4-1 PLC单台电梯控制系统工作流程图电梯的控制系统实现如下功能：1)行车方向由内选信号决定，顺向优先执行；2)行车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2s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。4.1.1 控制面板在电梯控制系统的工作流程图中，控制面板包括两个部分：一部分安置于电梯厢内，用于乘客选择所要到的楼层；另一部分置于每个楼层，用于呼叫电梯，如右图4-2所示。在图4-2所示的面板示意图中，每个楼层的控制按钮只有两个按键，即上行键和下行键，以及相关的显示单元，在底楼只有一个上行键，在顶楼只有一个下行键；在电梯厢内有楼层按键和开关门按键，以及相关显示单元。图4-2 电梯控制系统面板示意图4.1.2 超重报警在电梯运行过程中，需要时刻测量电梯厢内的重量，以防止超过最大载重量，造成安全事故，为此使用了传感器。通过不断地调试将传感器安装在适当的位置，使其能准确地判断出厢内重量是否超标，从而达到保护电梯安全运行的目的。如果厢内重量超过标准，则无法关门，电梯无法上/下运行。超重报警采用声光报警，选用既可发出闪烁信号，又可发出蜂鸣声的指示灯。4.2 PLC I/O地址分配五层电梯控制系统的I/O地址分配如以下表格所示。表4-1 数字量输入部分输入地址输入设备输入地址输入设备I0.0运行/维修按钮I1.7楼层4下层限位器I0.1楼层1上行按钮I2.0楼层5下层限位器I0.2楼层2上行按钮I2.1上平层限位器I0.3楼层2下行按钮I2.2门区限位器I0.4楼层3上行按钮I2.3下平层限位器I0.5楼层3下行按钮I2.4开门到位