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基于PLC的四层电梯控制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。本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器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。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。关键词：PLC控制系统；电梯；逻辑控制电路；可编程控制器不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- I -目录摘要I第1章 绪论11.1 课题背景及意义11.2 国内外研究现状21.3 PLC在电梯控制中应用及前景31.4 本文的主要研究内容5第2章 PLC对电梯控制的分析62.1 电梯继电器控制系统存在的问题62.1.1 电梯继电器控制的缺点62.2 PLC及在电梯控制中的应用特点62.2.1 PLC的定义及特点62.2.2 PLC的主要功能和应用82.2.3 PLC与其他工业控制系统的比较92.2.4 PLC控制电梯92.2.5 PLC控制电梯的优点102.3 PLC控制系统设计思路102.4 本章小结11第3章 PLC控制系统硬件设计123.1 四层电梯拽引电机及门电机电路图123.2 PLC的系统硬件设计123.2.1 PLC控制系统设计的基本原则123.3 控制要求分析133.4 PLC选型143.4.1 PLC控制系统的IO点数计算与分配143.4.2 机型的选择153.4.3 外部接线图163.5 系统结构框图173.6 本章小结19第4章 软件设计204.1 四层模拟电梯部分梯形图204.1.1 电梯开门控制204.1.2 电梯关门控制214.1.3 电梯层停信号产生与消除214.2 本章小结22结论23参考文献24致谢25千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- III -第1章 绪论1.1 课题背景及意义电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。 电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全5倍。掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。目前，由可编程序控制器(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。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。 可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而丌发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。PLC现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、CADCAM、ROBOT)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。1.2 国内外研究现状在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，自从进入了“第三次浪潮”，2004年总产量超过了8万台，而且目前还没有减速的迹象。从1949年建国以来全国共生产安装了6l万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。到2005年，中国电梯的年产量达到135万台，与1980年相比，25年增长了59倍，产量每年平均增长178。2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我国的在用电梯总数已达651794台。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了74。先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自1985年我国参加了国际标准化组织ISOTCl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达l万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。1.3 PLC在电梯控制中应用及前景目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。而PLC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。 (1)智能化。我们这里所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。(2)安全。运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。电梯运行安全还要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。(3)与环境的协调和平衡，包括以下几个方面：视觉协调。有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。该研究发展：视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。色彩宜人，格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。用料低廉，款式陈旧，色彩沉闷，甚至破破烂烂的电梯，乘客视觉协调无从谈起，乘坐电梯的第一感觉就是不安全。国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。消除电磁辐射。如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化(0A)、楼宇自动化(BA)、通讯自动化(CA)的正常运转。舒适感。通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。以CPU控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑感和恐惧感也有所考虑。因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：轿厢内用镜面不锈钢装潢、在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象：进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调，在扶梯的周围种植花草；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放优美的音乐，用以减少烦躁；在轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等。1.4 本文的主要研究内容课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控制系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。论文的主要内容如下：(1)对电梯系统及可编程控制器（PLC）作了比较全面的总结和介绍。(2)接着阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。(3)确定了系统的总体结构，由 PLC 来实现电梯信号控制，有双速电机实现调速，完成了电机和可编程控制器（PLC）的选择。(4)系统硬件开发，完成了 PLC 的选型、I/O 点数分配与PLC的连接。(5)在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发。第2章 PLC对电梯控制的分析2.1 电梯继电器控制系统存在的问题2.1.1 电梯继电器控制的缺点(1)系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。 (2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。 (3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。 (4)系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 (5)由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大。费用高；而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘客人员带来不便和惊扰1。2.2 PLC及在电梯控制中的应用特点2.2.1 PLC的定义及特点PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1982年，国际电工委员会(International Electrical Committee IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义:PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程2。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它与其他顺序控制装置不同的特点。PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点：(1)可靠性 可靠性包括产品的有效性和可维修性。PLC的可靠性高，表现在下列几方面：与继电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高；PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高；PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。 (2)易操作性 操作方便对PLC的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输人和更改的操作。编程器至少提供了输人信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用CRT屏幕显示，因此，程序的输人直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。所以PLC具有操作方便的特点。编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用，并发挥出更有效的功能特点。维修方便，PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展，有些PLC的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料。有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。 (3)灵活性 编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变PLC的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使PLC能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)和计算机集成过程控制系统(CIPS)中，PLC正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输人输出单元增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方便了用户。操作的灵活性。操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。(4)机电一体 化为了使得工业生产过程的控制更平稳、更可靠，向优质高产低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化仪表、电子、计算机综合的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已成为当今数控技术、工业机器人、过程流程控制等领域的主要控制设备。2.2.2 PLC的主要功能和应用PLC的主要功能和应用如下：(1)开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。(2)模拟控制在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是在系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置所无法比拟的优势。另外某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。(3)定时控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时与计数器。其定时时间间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对于频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数器。(4)数据处理新型PLC都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些PLC还可以进行浮点运算、函数运算。(5)信号连锁系统信号连锁是安全生产所需的。在信号连锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和连锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的PLC实现。2.2.3 PLC与其他工业控制系统的比较控制系统的比较从某种意义上说，PLC是从继电接触控制发展而来的。两者既有相似性又有不同之处。(1)继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。(2)继电接触控制系统体积大；PLC控制系统结构紧凑，体积小。(3)继电接触控制全为机械式触点，动作慢；PLC内部全为“软接点”，动作快。(4)继电接触控制功能改变，须拆线、接线乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制功能改变，一般仅需修改程序即可，极其方便。(5)PLC控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。(6)PLC控制的自检和监控功能比继电接触控制的强。(7)PLC的应用范围比继电接触控制的要广泛。此外，可编程序控制器与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。可编程序控制器是以反复扫描的方式工作，是循环地、连续逐条执行程序，任一时刻它只能执行一条指令，也就是说可编程序控制器是以“串行”方式工作的。而继电-接触器是按“并行”方式工作的，或者说是按同时执行方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个电器同时动作4。继电-接触器控制的并行工作方式因触点动作的延误易产生竞争和时序失配等问题，这些在串行工作方式的可编程序控制器中不会发生。2.2.4 PLC控制电梯电梯控制逻辑关系如下： (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) 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；(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5s自动关门，但不能自动行车；(8) 无内选时延时5s自动关门，但不能自动行车。2.2.5 PLC控制电梯的优点随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能5。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低6。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后。控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数。判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。2.3 PLC控制系统设计思路本设计以PLC作为工具对四层电梯的各种操作进行控制。PLC控制系统设计一般分为以下几个步骤：(1)熟悉被控对象（本次设计的对象为四层电梯），制定控制方案；(2)确定I/O点数；(3)选择PLC机型（本次设计采用西门子S7-200PLC）；(4)选择输入、输出设备，分配PLC的I/O地址；(5)程序设计（包括梯形图的绘制）；(6)系统调试；(7)编制相关技术文件。图2-1 PLC系统总体设计流程图2.4 本章小结 本章对PLC对电梯进行控制进行了分析：（1）阐述了当前电梯控制特点，PLC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。（2）分析了PLC对电梯控制的优点，PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。能较好的实现自动控制，比其他设备稳定性高，安全可靠。（3）明确了设计的思路。详细的解释了设计的过程，明确了设计步骤。第3章 PLC控制系统硬件设计3.1 四层电梯拽引电机及门电机电路图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图5-1所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR17，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。图3-1电路图3.2 PLC的系统硬件设计3.2.1 PLC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；(2)保证PLC控制系统安全可靠；(3)力求简单、经济、使用及维修方便；(4)适应发展的需要。3.3 控制要求分析所设计的电梯模型共有四层，电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；1-4所对应的指示灯表示楼层号，每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯。工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，为此它要求具有自动选向、顺向截梯、反向保号，外呼记忆，自动开/关门状态，停梯消号，自动达层等功能。图3-2 电梯工作流程图分析以上控制要求，将电梯控制要实现的功能罗列如下：开始时，电梯处于任意一层。当有外呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。当有内呼梯信号到来时，电梯应该响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。在电梯运行过程中电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信号均不响应，但如果反向呼梯信号前方无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼信号。同时，如果电梯达到三层，四层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。（1） 电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯， 三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。（2） 电梯具有同向截车功能。（3） 电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。（4） 平层且电梯停止运行后，按开门按钮可使门打开，按关门按钮可使门关闭。3.4 PLC选型3.4.1 PLC控制系统的IO点数计算与分配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轿厢内的楼层选择按钮共有数字键14，各层门厅的外呼按钮除第一层只有上升按钮，第四层只有下降按钮外，其余两层均设有上升、下降两个按钮，故一共需要10个输入。（2） 位置信号位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的四个传感器产生。平时为常开，当电梯运行到平层时关闭，另外还有一组上下行限位开关，故位置信号一共需要6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，以及开门到位和关门到位，故电梯门控制信号一共需要4个输入。（4） 在检修状态下，还需要手动上行启动和下行启动2个按钮综上所述，共需要输入点22个。输出信号应该包括：（1） 内呼指示信号 内呼指示信号有4个，分别表示1-4层的内呼被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。（2） 外呼指示信号外呼信号共有6个，分别表示1-4层的外呼被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。（3） 电梯轿厢上下行，电梯上下行指示信号，共4个（4） 门电机开关指示，共需要输出点2个。（5） 4个层楼指示灯共需要输出点4个。（6） 1个低速接触器控制轿厢速度需要输出点1个。综上所述，共需输出点21个。1I0.0开门按钮1Q0.0上行运行2I0.1关门按钮2Q0.1下行运行3I0.2上行启动3Q0.2开门继电器4I0.3下行启动4Q0.3关门继电器5I0.4开门到位5Q0.4上行指示6I0.5关门到位6Q0.5下行指示7I1.0一楼内选7Q0.6内选一楼指示8I1.1二楼内选8Q0.7内选二楼指示9I1.2三楼内选9Q2.0内选三楼指示10I1.3四楼内选10Q2.1内选四楼指示11I1.4一楼感应器11Q2.2一楼上呼指示12I1.5二楼感应器12Q2.3二楼上呼指示13I0.6三楼感应器13Q2.4二楼下呼指示14I0.7四楼感应器14Q2.5三楼上呼指示15I2.0一楼上行15Q2.6三楼下呼指示16I2.1二楼上行16Q2.7四楼下呼指示17I2.2二楼下行17Q3.0一层层楼指示18I2.3三楼上行18Q3.1二层层楼指示19I2.4三楼下行19Q3.2三层层楼指示20I2.5四楼下行20Q3.3四层层楼指示21I2.6上行限位21Q1.0低速接触器22I2.7下行限位表3-1 I/O分配表3.4.2 机型的选择综合输入输出点的计算以及要实现的电梯控制功能和现有PLC，使用西门子s7-200PLC（CPU224）加一个16输出扩展模块和一个8输入扩展模块，这样就能完全能够满足设计要求。S7-200PLC是一种小型可编程逻辑控制器（Micro PLC），可应用于各种小型自动化控制系统。高集成度的设计、低廉的成本使得s7-200成为各种小型控制任务理想的解决方案，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。并且，西门子s7-200PLC具有：极高的可靠性、丰富的指令集、极快的浮点运算速度、丰富的扩展模块、强大的内部集成功能等几个方面的出色表现。3.4.3 外部接线图本设计的PLC外部接线如图所示.CPU224CN的传感器电源24V(DC)可以输出600mA电流，通过核算在本设计中PLC容量完全满足要求，CPU224CN的输出继电器触点容量为2A，电压范围为530V（DC）或5250V（AC）8。图3-4 PLC外部接线图3.5 系统结构框图图3-5 电梯开关门控制流程图图3-6电梯上升下降流程图3.6 本章小结本章对PLC控制系统硬件设计进行了设计。（1）明确了硬件的接线图，绘制了电机的接线图，确定了电机电路的保障措施。（2）进行了PLC的选型设计，分析IO点数，确定了PLC的型号西门子s7-200PLC（CPU224）。（3）分析了系统的整个流程框图。详细的了解电梯工作过程，为程序的编写提供基础。第4章 软件设计由电梯运动流程图可以看出电梯的运动控制中最需要关注的主要部分是：开关轿厢门的控制，电梯的自动选向，轿厢的内呼和楼层外呼指示9。将各部分分为单独的模块分别进行编程，绘制梯形图，不仅条理清晰，提高编程效率，而且能更为方便的进行程序的调试。4.1 四层模拟电梯部分梯形图4.1.1 电梯开门控制轿厢门开可分为以下几种情况：(1)电梯在一层平层，有一层外呼上指示或一层内呼指示。(2)电梯在二层平层，有二层外呼下指示(电梯选项向下)，二层外呼上指示(电梯选项向上)或二层内呼指示。(3)电梯在三层平层，有三层外呼下指示(电梯选项向下)，三层外呼上指示(电梯选项向上)或三层内呼指示。(4)电梯在四层平层，有四层外呼下指示或四层内呼指示。(5)电梯在平层时按下开门按钮。当开门时，开门指示灯亮。图4-1 电梯开门程序4.1.2 电梯关门控制轿厢门关可分为以下两种情况：(1)电梯在平层时按下关门按钮。(2)开门定时时间到，轿厢门自动关闭。当关门时，关门指示Q0.3灯亮。图4-2 电梯关门控制4.1.3 电梯层停信号产生与消除一层层楼信号与四楼层楼信号产生与消除较简单，现已一楼为例梯形图如图4-3：因为用的是动断感应器，当轿厢到达一楼时，一楼感应器I1.4断开，则其动断触点闭合，而I1.5处于接通状态，所以一楼层楼辅助继电器M11.0得电，使Q3.0得电，一楼层楼指示灯亮。图4-3 一楼层楼信号产生示意图二层层楼信号与三楼层楼信号产生与消除相似，现已二楼为例梯形图如图4-4：当二楼感应器I1.5接收到信号时，图4-4中I1.5状态为OFF，使M11.0失电，一楼层楼指示灯Q3.0灭，一楼层楼信号消除。此时一楼感应器I1.4得电，三楼感