电梯的PLC控制系统设计-毕业设计

摘要本文介绍了一种用西门子 S7-200 系列作为主控制器的 4 层电梯的电气控制设计。本文结合 PLC 的性能，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，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计。并最终通过合理的选择和设计，实现电梯指层、选层、选向、手动和自动关门等基本功能。文章结构：第一章第二章：系统需求分析硬件需求分析软件需求分析第三章：系统设计硬件设计软件设计第四章：系统测试与试运行第五章 结论附录参考文献目 录第一章 绪论 .51.1 选题的背景 .51.2 电梯发展概况 .51.3PLC 发展概况 .5第二章 电梯控制系统介绍 .62.1 电梯机械系统介绍 .62.2 电梯电气控制系统介绍 .82.2.1 电梯的电气控制分类 .82.2.2 电梯拖动系统类别分类 .92.3 系统总体方案 .112.3.1 电梯控制性能要求.112.3.2 总体设计思想 .12第三章 硬件设计 .133.1 驱动系统 .133.1.1 拽引系统 .133.1.2 交流电机主拖动电路 .153.2 门控制系统及直流控制回路 .163.2.1 交流电机主拖动电路 .163.2.2 直流控制回路 .183.3 辅助电路 .193.3.1 照明电路 .193.3.2 辅助电路 .20第四章 软件设计 .234.1 输入输出分配 .234.2 PLC 型号选择这个应该放在硬件需求分析与设计里面 .254.3 软件程序流程图 .264.4 控制梯形图分析 .27第五章 整体运行情况介绍 .37参考文献 .38第一章 绪论1.1 选题的背景电梯的电气控制系统决定着电梯的自动化成度的高低和运行的可靠性。在过去很早几十年中，电梯的电气控制系统中间逻辑控制方面主要由“继电器控制”占据着主导地位。继电器控制主要由各种继电器触点的闭合与断开来直接控制电梯运行的时序，由于系统复杂所涉及的继电器触点非常多，导致由“继电器控制”的电气控制系统安全性和稳定性大大降低。经过几十年的发展，PC 控制技术慢慢成熟，电梯的电气控制系统中间逻辑控制方面已经被“PLC 控制”和“微机控制”所代替。 “PLC 控制”有很多优点，PLC 在工业生产现场对环境的适应能力强，对于外界存在的干扰影响不大。在电气控制中，它把需要的中间逻辑控制通过软件来实现，通过 CPU 实现对外接输入信号的处理，来实现中间逻辑控制功能。当需要改变控制方案时，只需要对硬件做出微少的处理，主要改变 PLC 中的程序即可。在电梯安全性方面“PLC 控制”有更高的可靠性与安全性。1.2 电梯发展概况19 世纪之前，电梯的动力来源主要是蒸汽机和水压，随着 18 世纪末电机的发明发和电动机技术的发展，到了 19 世纪初电机成为了电梯的主要动力来源，电动机作为动力来源的历史遗址持续到现在。19 世纪初开始使用的由交流异步双速电动机拖动的双速电梯，显著改善了电梯的工作性能与乘坐的舒适度，这种电梯一直沿用至今。随着时代的发展，逐渐产出以轮槽式驱动的直流电梯，为之后的高速电梯的发展奠定了基础。随着现代电子技术的发展，在电梯的电气控制方面 PC 成功地应用到电梯的电气控制系统中，是电梯的各方面性能更上一层楼。到目前为止，电梯产品自动化程度高，品种多样化，而且乘坐的安全性与舒适度也非常高。1.3PLC 发展概况在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制。传统上，这些功能是通过继电器的闭合与断开来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（PC） 。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC ） ，现在，仍常常将 PLC 简称 PC。 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。第二章 电梯控制系统介绍电梯是由机械和电气控制系统组成的一种机电类特种装备。机械系统由驱动系统，轿厢，对重装置，导向系统，层门和轿门，开关系统，机械安全保护系统组成。电气控制系统主要由拖动，控制部分，使用操作部分，井道信息采集部分组成。2.1 电梯机械系统介绍电梯是由机械和电气控制系统组成的一种机电类特种装备。机械系统由驱动系统，轿厢，对重装置，导向系统，层门和轿门，开关系统，机械安全保护系统组成。电气控制系统主要由拖动，控制部分，使用操作部分，井道信息采集部分组成。（1） 拽引系统 拽引系统在电梯的的运行中提供着运行所需要的动力。拽引系统由拽引机，导向轮，钢丝绳等部件组成。导向系统由导轨，导架，导靴等部件组成。层门和轿门开关门系统由轿门，层门，开关门机构，门锁等部件组成。机械安全保护系统主要由缓冲器，超载保护装置，门锁等部件组成。（2） 轿厢和对重装置轿厢合对重系统中，轿厢是用来运送乘客和货物的电梯组件由轿厢架和轿厢两大部分组成。而对重装置位于井道内，通过拽引绳经拽引轮与轿厢连接。在电梯的运行过程当中，对重是在对重导轨上滑行，起平衡作用。对重装置由对重架和对重铁块两部分组成。对于一般客用电梯，采用 1：1 的吊索法。对重使用铸铁制成。对重在运行中起到平衡的作用，对于对重的重量有很高的要求。最终的重量与电梯轿厢本身的重量和额定载重量有关，对于对重重量的计算有如 下公式，公式 为对重装置的总重量，G 我轿厢的重量，Q 为电梯的额定载重量， 为平衡系数（一般取 0.45-0.5）（3） 轿门、层门和开关门系统轿门的作用是为了保证安全，在轿厢靠近层门的侧面，提供人，货出入的门。由于轿门作用的特殊性，使其的使用频率很高。开关门的过程中有必须有消声处理和防止夹人的装置。防撞人装置有安全触板、光电开关式、红外线检测式等很多形式。层门与轿门类似，同样是为了确保安全的装置，位于各楼层的停靠站。开关门机构是电梯的重要运行装置之一，主要是在电梯到达楼层停靠站时开门与关门的作用。电梯开关门系统的好坏直接影响到电梯运行的可靠性。（4） 引导系统电梯的引导系统包括轿厢引导系统和对重引导系统两种。两种引导系统均由导轨、导架和导靴三种装置组成。由于电梯的类别、运行速度、载重量等的变化，组成两个系统的三种装置的结构和参数尺寸也会有相应的变化。（5） 机械安全保护系统电梯是一种垂直交通运输设备，在运行的过程必须保证安全。为了确保乘用人员的安全，限速装置和安全钳是防止轿厢火对重装置意外坠落的安全设施之一。在电梯的井道坑底的地面上设置有缓冲器，是用来吸收当轿厢和对重装置超越极限位置发生坠落坑底时轿厢或对重装置动能的制动装置。2.2 电梯电气控制系统介绍电梯的电气控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。电梯的控制系统是电梯的两大系统之一，电气控制系统由控制柜、操纵箱、指示灯箱、召唤箱、限位开关、换速平层装置、轿顶检修箱以及拽引电动机、制动器线圈、开关门电动机、开关门调速装置、端站限位和极限开关等设备组成。2.2.1 电梯的电气控制分类电梯按照控制方式可以分为 8 种控制方式：（1） 轿内手柄开关控制电梯的电气控制系统：由电梯司机控制轿内操纵箱上的手柄开关，实现控制电梯运行的电气控制系统。这种控制系统从上世纪90 年代以后就不再生产。（2） 轿内按钮开关控制电梯的 电气控制系统：由电梯司机控制轿内操纵箱上的按钮，实现控制电梯运行的电气控制系统。（3） 轿内外按钮开关控制电梯的电气控制系统：由乘用人员自行控制厅门外召唤箱火轿内操纵箱上的按钮，实现控制电梯运行的电气控制系统。（4） 轿外按钮开关控制电梯的电气控制系统：由使用人员控制厅门外操纵箱上的按钮，实现控制电梯运行的电气控制系统。杂物电梯的电气控制系统就属于这种控制系统。（5） 信号控制电梯的电气控制系统：将厅门外召唤箱发出的外指令信号、轿内操纵箱发出的内指令信号和其他专用信号等加以综合分心判断后，必须由电梯装置司机控制电梯的运行的电气控制系统。采用这种控制系统的电梯必须设专职司机，因此现代的电梯很少使用这种控制系统。（6） 集选控制电梯的电气控制系统：将厅门外召唤箱发出的外指令信号、轿内操纵箱发出的内指令信号和其他专用信号等加以综合分析判断后，由电梯的司机或乘用人员控制电梯运行的的电梯控制系统。采用这种控制系统的电梯有“司机、无司机、检修”三个工作状态，可根据需要切换，这是乘客、住宅、病床电梯的首选电气控制系统。（7） 两台集选控制作并联控制运行的电梯电气控制系统：两台电梯公用厅外召唤信号，由两台电梯的微机或 PLC 适时通信联系，调配和确定两台电梯的启动、向上或向下运行的控制系统。（8） 群控电梯的电气控制系统：对集中排列的多台电梯，公用一个候梯厅和外召唤信号，有微机按规定顺序自动调配、确定其运行状态的电气控制系统。本次设计使用的控制方式就是集选控制，使用 PLC 对厅外召唤箱和轿内操纵信号以及其他专用信号进行综合的分析，把现实运行中出现的各种情况通过传感器、行程开关送进 PLC 并作出合理的信号输出。使电梯的运行效率提高。采用这种控制有多种的运行方式可以进行选择，便于不同类型的人对电梯进行使用。2.2.2 电梯拖动系统类别分类电梯按照拖动系统的类别和控制方式可分为 10 类：（1） 交流双速一部电动机变极调速拖动、轿内手柄开关控制电梯的电气控制系统：采用交流双速、控制方式为轿内手柄开关控制系统的的电梯是一种有专职司机控制，适用于速度 v 0.63m/s 的一般货梯控制系统。（2） 交流双速、轿内按钮开关控制电梯的电气控制系统:采用交流双速，控制方式为轿内按钮开关控制系统的电梯是一种有专职司机控制，适用于速度 v 0.63m/s的一般货梯的电梯控制系统。（3） 交流双速、轿内外按钮开关控制电梯的电气控制系统：采用交流双速、控制方式为轿内外按钮开关控制系统的电梯是一种不设专职司机有成员自由控制，适用于客流量不大，速度 v 0.63m/s 的建筑物里作为上下运送乘客或货物的客货梯电气控制系统。（4） 交流双速、信号控制电梯的电气控制系统：采用交流双速，控制方式为信号控制的电梯是一种有专职司机控制，具有轿内多指令登记，内外指令信号均参与自动定电梯运行方向，顺向外召信号和最远反向外召信号截梯的完善性能。适用于速度 v 0.63m/s，层站不多，客流量较大且较均衡的一般宾馆、医院、住宅楼、饭店的乘客电梯电气控制系统。（5） 交流双速、集选控制电梯的电气控制系统：采用交流双速，控制方式为集选控制，这种系统是一种具有专职司机或无专职司机、检修运行控制，轿内多指令登记，内外指令军参与自动定电梯运行方向，顺向外召和最远反向外召信号截梯的完善工作性能。适用于速度 v 0.63m/s，层站不多，客流量变化较大的一般宾馆、医院、住宅楼、饭店、等的电梯电气控制系统。（6） 交流调压调速拖动、集选控制电梯的电气控制系统：采用交流双速电动机作为拽引电动机，舍友对拽引电动机进行调压调速的控制装置，控制方式为集选控制，具有集选控制电梯的完善工作性能，适用于 v 1.75m/s，层站较多的宾馆、医院、写字楼等的电梯电气控制系统。（7） 直流电动机拖动、集选控制的电梯电气控制系统：采用直流电动机作为拽引电动机，设有对拽引电动机进行调压调速的控制装置，起、制动过程速度变化连续可调平稳，舒适感好，平层准确度高。但须设直流发电机电动机组，发电机和直流拽引电动机均有电刷，维修费用高等不足之处。起控制方式为集选控制，具有集选控制电梯的工作性能。适用于多层站的饭店的乘客电梯电气控制系统。（8） 交流调频调压调速拖动、集选控制电梯电气控制系统：采用交流单绕组单速电动机作为拽引电动机，设有调压调频调速装置，起、制动过程速度变化连续平稳，舒适感好，平层准确，节能效果好。其控制方式为集选控制，具有集选控制电梯的完善性能，适用各种速度和层站，各种使用场合的电梯电气控制系统。（9） 交流调频调压调速拖动、2-3 台集选控制电梯做并联运行的电梯电气控制系统：采用交流调频调压调速拖动、2-3 台集选控制电梯作并联运行，以减少 2-3 台电梯同时扑向一个指令信号而造成扑空的情况，以提高电梯的运行工作效率，还可以省去 1-2 套外指令信号的登记和记忆装置。适用于宾馆、饭店等各种不同速度和层站的电梯电气控制系统。（10） 群控电梯的电气控制系统：采用交流调频调压调速拖动，具有根据客运任务变化情况，自动调配电梯行驶状态的完善性能。适用于大型高级宾馆、饭店、写字楼内，具有多台梯群的电气控制系统。本次设计采用的是交流双速，集选控制电梯的电气控制系统，采用交流双速电动机作为拽引机，交流双速电动机便于控制，作为拽引电动机运行可靠，作为交流电动机，在不配用变频器的情况下容易实现对电梯的速度的控制，使电梯有一定舒适度以及准确度的情况下费用很低。2.3 系统总体方案根据前文所述内容电梯控制系统采用交流双速，集选控制的电气控制系统。本设计中电梯的电气控制系统使用 PLC 作为控制器，与硬件控制电路结合更加完美的对电梯的运行进行控制。2.3.1 电梯控制性能要求电梯的控制性能决定着电梯的自动化程度。控制要求越多其自动化程度也相应越高。本设计所用的集选控制电梯的电气控制系具体要求有如下 9 点：（1） 具有有司机控制方式和无司机的自动控制方式可供选择，在电梯启动状态下，具有合理照明以及并且显示功能正常；（2） 具有自动开关门，超时关门的功能。具有防止电梯门夹人的功能，当按下关门按钮或超时关门的状态下，有开门的信号时立即执行开门动作。并且当电梯门在关闭的过程中有触碰到人或物的情况下实现立即开门的功能。实现电梯在运行过程中绝对不会开门，如果在店亭运行过程中轿门打开电梯会立刻自动停止运行，轿门未完全关闭时电梯不会运行；（3） 在到达预定停靠的中间层站时，提前自动将额定快速运行切换为慢速运行，并且在平层时自动停靠开门；（4） 到达两端站时，提前自动强迫电梯由额定快速运行切换为慢速运行，平层时自动停靠开门；（5） 厅外具有召唤装置，并且在有召唤信号时：厅外有对信号进行记忆的指示灯信号；轿内有有所在层站位置层站信息、前往方向的指示信息和其相应的记忆指示灯信号；厅外有电梯运行方向及所在位置的信号（6） 可以对外部输入的平层信号进行合理的处理，从而实现自动平层。当电梯平层到门区的时候才实现开门动作，在未达到门区位置时不可执行开门动作。门区就是指在上平层与下平层之间的位置；（7） 在厅内外的召唤信号实现后，自动消除要求前往方向的记忆指示灯信号；（8） 在有司机的状态下，司机控制程序和电梯性能与信号控制电梯相同。在无司机状态下除与轿内外按钮控制电梯相同外，增加轿内多指令登记和厅外召唤信号参与自动定向及顺向召唤指令信号截梯性能；（9） 当电梯所乘人或物超载是，有相应的蜂鸣报警装置，并且在此时电梯的轿门与厅门不会关闭，电梯拽引机不会运行，在等超载信号消失之后允许电梯继续运行。2.3.2 总体设计思想本设计的电梯信号处理有 PLC 来实现，电梯电气控制系统结构框图如下图 2-1所示。输入的各种信号如：运行方式选择、开关门极限位置信号、超载信号、楼层感应信号、平层信号、安全触板信号以及轿内外选择信号，当这些信号输入到 PLC 之后，在经过 PLC 中程序的运行之后作出合理的输出信号。输出信号有：楼层显示、运行方向显示、Comment a1: 图形需要组合开关门信号，拖动系统信号以及记忆指示灯。图 2-1控制系统结构框图PLC输入端输出端运行方式选择开关门极限位置信号超载信号 楼层感应信号平层信号安全触板信号轿内外选择信号楼层显示运行方向显示开关门信号拖动系统信号记忆指示灯第三章 硬件设计3.1 驱动系统3.1.1 拽引系统电梯的驱动系统有拽引驱动，强制驱动和液压驱动三种不同的驱动方式。在本次设计中用到的是拽引驱动方式，也是运用最广泛的方式。拽引驱动方式在三中驱动方式中具有安全可靠、提升高度不受限制等优点。拽引系统的结构形式很多，本次设计的拽引结构形式如图 3-1 所示。如图所示的结构形式由 1 拽引机 、2 制动器、3 拽引轮、4 减速器、5 拽引绳、6 导向轮、8 轿厢、7 对重组成。由于液压驱动只适合于低层和低速电梯，并且液压驱动的电梯控制要求很复杂，所以本次设计中采用电机作为拽引机来为电梯提供所需的动力源。鉴于本次设计的电梯为一部具有 4 层停靠站的电梯，不需要使用变频器，也可以减少开支提高性价比，所以本次设计的拽引机采用交流双速异步电机作为主拖动电机。采用开环控制方式。 图 3-1 拽引系统结构形式交流双速电动机根据绕组的改变具有两种不同的额定运行速度，额定快速同步运行速度为 1000r/mini，额定慢速同步运行速度为 250r/min，通过这两个速度，分别驱动电梯作快、慢速运行。交流双速拽引电动机根据结构可以分为两种不同的种类。其中，一种电动机的快、慢速定子绕组是两个独立的绕组。给快速绕组接入 380V 三相交流电源时，电动机以 1000r/min 同步转速快速运行。给慢速绕组接入 380V 三相交流电源时，电动机以 250r/min 同步转速做慢速运行。交流双速双绕组的电动机具有两个不同的绕组，分别为快速绕组和慢速绕组。当电压接到快速绕组时，电机以 1000r/min 的速度进行快速运行。当电压接到低速绕组的时，电动机则引 250r/min 的低速进行运转。而交流双速单绕组电机的快速、慢速绕组为同一个绕组，根据控制系统来改变绕组的接法来实现不同转速。当绕组为 Y-Y 连接的时候，电机以 1000r/min 的高速进行运转。当绕组为 Y 连接时，电动机以 250r/min的低速进行运转。其绕组的示意图如下图 3-2 所示。图 3-2 双速单绕组电机原理图3.1.2 交流电机主拖动电路图 3-3 主拖动原理图交流电机的主拖动电路如图 3-3 所示。根据图 3-2 所示，电机在快速运行时通过快行接触器 KC 给电动机引出接头 D4、D5、D6 输入三相交流电源通过快速运行接触器1KC 把把电机引出线 D1、 D2、D3 短接起来，绕组形成 Y-Y 连接，从而实现高速运行。电梯由快速切换到慢速运行时，接触器 KC 和接触器 1KC 复位，与接触器 KC 和接触器1KC 有电连锁关系的接触器 MC 吸合。由于接触器 KC 与接触器 1KC 的复位，电动机的引出线 D4、 D5、D6 失电， D1、D2、D3 的短接状态被解除。由于接触器 MC 吸合，三相交流电源由 D1、D2 、D3 输入电动机定子绕组，绕组成为 Y 连接，电机进入慢速状态。如图 3-3 所示，SC 为上行运行接触器，XC 为下行运行接触器，KC 为快速运行接触器，MC 为慢速运行接触器，KJC 为快速加速接触器，MJC 为慢速加速接触器，KRJ/MRJ 为 快、慢速绕组热继电器。当电梯得到信号上行时，上行接触器 SC 吸合，快行接触器 KC/1KC 吸合，经过几秒延时后，快行加速接触器 KJC 吸合，电梯加速至满速状态进行运行。当电梯快要到达层站，经过换速点时快速运行接触器 KC/1KC 断开，快行加速接触器 KJC 断开，慢速运行接触器 MC 吸合，经过几秒延时后，慢速加速接触器MJC 吸合，电梯进入停靠前慢速稳定运行状态。在回路中加入电阻和电抗器为了实现对电梯加减速时的控制。由于电梯在运行过程中的状态很复杂，拽引机的容量一半可以由一下公式来计算：，其中 N 为电动机的功率， 为电梯的平衡系数一般取 0.5，Q 为电梯的额定载重量， 为电梯的机械传动效率， v 为电梯的额定运行速度。本次设计的电梯的额定载重量为 1000KG，电梯的额定运行速度为 0.67m/s，拽引机经由减速器后的机械传动效率大致为 70%，经过计算后所得电动机的容量大致为 5Kw 左右。根据电机的容量选择使用型号为 YTD-200M 的交流双速电机。其各项参数分别为：快慢速功率为5.5/1.0KW，额定电压 380V，额定电流为 12.13/15.31A，高低转速为 925/160 r/min，启动电流为 61.8/16.9A，启动转矩为 3.14、额定转矩为 1.95，高低速的效率分别为81/26，功率因素分别为 0.85/0.39，转差率分别为 7.5/36.0.3.2 门控制系统及直流控制回路门机采用直流电动机进行驱动，由于门机的容量不大，启动后对回路造成的影响不大，所以可以将门机直接放入直流控制回路中，们记得控制采用了电枢串电阻的形式。3.2.1 交流电机主拖动电路门机的回路如图 3-4 所示。图 3-4 门机回路图中 GMJ 为关门接触器，KMJ 为开门接触器，YJ 为控制接触器，MDQ 是直流电机的励磁绕组，MDR 为电机电枢串接电阻， KMR 开门分路电阻，GMR 为关门分路电阻。控制系统在实现开关门过程中，通过一级开门行程开关 1KMK 和一级关门行程开关1GMK（图 3-7 中给出）与开关打板配合，待门完全开、关后自动切断开门继电器 KMJ或关门继电器 GMJ 的电路，实现自动停止开、关门。通过二级开门行程开关 2KMK 和二级关门行程开关 2GMK 以及三级关门行程开关 3GMK 与开关打板的配合，改变与电机电枢绕组 MD 并接的开门分路电阻 KMR 和关门分路电阻 GMR 的阻值使门机按图 3-5的速度曲线运行，把开关门过程控制精准。a 为开门速度曲线，b 为关门速度曲线。图 3-5 开关门速度曲线开关门电动机的容量为 130W，额定工作电压为直流 110V，转速为 1000r/min 的直流电动机。根据直流电动机的转速与电枢端电压成正比的规律，运转方向随电枢端电压的正负改变为改变。根据直流电机这一规律和对开关门过程的要求，控制电动机自动开关门的等效电路如图 3-6 所示.图 3-6 开关门控制电路等效电路在 MD 控制电路的等效电路中，R3=R1+R2=MDR+ ，U3=U1+U2 因此在调试过程中，当电机电枢串电阻 MDR 值增大时， U1 增大，U2 减小，门机 MD 转速降低，开关门速度减慢。当电机电枢串电阻 MDR 值减小时， U1 减小，U2 增大，门机MD 转速升高，加快了开门速度。因此调整电机电枢串电阻 MDR 的阻值大小也可以控制开门和关门的速度，进行整体上的调节。因为 R2=r*KMR（GMR ） /r+KMR（GMR） 。所以 R2 开门分路电阻（关门分路电阻）KMR （ GMR）的阻值大小而变化。当电机电枢串电阻 MDR 阻值不变，而改变开门分路电阻（关门分路电阻）KMR（GMR）的电阻值同样也改变了 U1 和 U2 之间的数值分配，使 U2 增大或减小，同样可以调节开关门的速度。在本次设计的控制过程中，出调整电机电枢串电阻 MDR、开门分路电阻 KMR、关门分路电阻 GMR 值之外，还应调整二级开门行程开关 2KMK 或二级关门行程开关2GMK 和三级关门行程开关 3GMK 的位置，以改变二级开门行程开关 2KMK 或二级关门行程开关 2GMK 和三级关门行程开关 3GMK 动作后短接开门分路串电阻 KMR 或关门分路串电阻 GMR 的电阻值和时间。经调整后 MDR 的值不宜过小，应在 30 左右，开门分路电阻 KMR 或关门分路电阻 GMR 被二级开门行程开关 2KMK 或飒飒那几关门行程开关 3GMK 短接后剩余电阻不宜过小，一般在 20 左右。3.2.2 直流控制回路直流控制回路如图如图 3-7 所示。图 3-7 直流控制回路电路的直流电源有具有隔离作用的工作变压器 YB，把 380V 的额交流电源电压姜维 125V 的交流电压，这个电压加在四个二极管组成的单相桥式整流电路的输入端。若电网电压偏高或偏低时，到不到规定要求时，可以通过改变整流电路输入电压值来解决。图中 TA1 为轿顶急停按钮，TA2 为坑底检修急停开关，TA3 为坑底急停按钮，AQK 为安全钳开关，DSK 为限速器段绳开关，XSK 为限速开关，KRJ 为快速绕组热继电器，MRJ 为慢速绕组热继电器， yj 为控制接触器线圈，GYJ 为选择开关，GMJ 为关门继电器线圈，KMJ 为开门继电器线圈，1GMK 为一级关门行程开关，1KMK 为一级开门行程开关。通过对 25、27 的通电来实现电梯轿门的开关门动作。当 GYJ 接到 4 是电梯的一系列保护开关闭合，电梯运行。3.3 辅助电路 辅助电路具有各种照明电路，各种传感器、行程开关、按钮对 PLC 的输入电路，以及 PLC 对接触器线圈的输出，楼层显示，超载报警电路。3.3.1 照明电路如图 3-8 所示为电梯的照明电路图 3-8 照明电路图中所示 QF1 为断路器，JZD 为电梯照明灯，KGK 为厅外开关门控制开关，TYK 为电梯的开关，GYJ 为控制接触器线圈，FSK 为电梯内风扇开关， FS 为电梯内风扇，JZK2为电梯轿顶照明开关，JZK1 为电梯坑底照明开关。当断路器 QF1 闭合后，扭动 TYK 开关使 501、503 得电，电梯照明灯 JZD 点亮，电磁线圈 GYJ 得电使直流控制回路开关改变状态电梯启动。3.3.2 辅助电路 如图 3-9 所示为输入信号的辅助电路（1） ，开关 SKY 为选择其司机或检修状态的开关，MZK 为满载行程开关用于提供满载时的输入信号，1TSK-5TSK 为厅门电联锁开关用于对厅门开关的信号输入，JSK 为轿门电联锁开关用于输入轿门的开关信号，1ABK、 2ABK 为安全触板开关，用于防止轿门夹人的情况出现；KMA1、KMA2 分别为轿顶、轿内开门按钮，GMA1、GMA2 分别为轿顶、轿内关门按钮； CZK 为超载开关用于输入超载信号，SPG 、XPG 分别为上平层感应器和下平层感应器，用于电梯在平层时对门区位置判断。图 3-9 输入信号副主电路（1 ）如图 3-10 输入信号辅助电路（2）是换速传感器电路 1-4THG2 为上行换速传感器，1-4THG1 是下行换速传感器，这些传感器的输入主要应用于拽引机平层前快慢速之间的转换，配合平层传感器使平层打到更高的精度。这些换速传感器还可以输入信号确定电梯当前的运行位置，运行方向等信息。图 3-11 所示为一系列的按钮电路，MSA1、MSA2 分别为轿内慢上按钮和轿顶慢上按钮，MXA1、MXA2 分别为轿内慢下按钮盒轿顶慢下按钮。慢上、慢下按钮主要用于在电梯检修的时候检修人员对电梯所做的动作，这些按钮分别位于电梯的暗盒操纵箱内，正常的乘坐人员不会接触到这些按钮。ZA 为直驶按钮，用于对电梯检修时检修工的使用，可以使电梯直接行驶到对应的位置去，正常的乘坐人员不会接触到这些按钮。1-4NLA 为轿内 1-4 层的召唤按钮； 1SZA-3SZA 为 1-3 层上行召唤按钮，这些按钮位于层站的大厅内。2XZA-4XZA 为 2-4 层下行召唤按钮。3-10 输入信号辅助电路（2）3-11 按钮输入电路如图 3-12 为输出电路 25 、27 输出分别控制电梯的开关门。SC、 XC、KJC、KC 、MC、MJC 分别别为上行、下行、快速加速运行、快速运行、慢速运行、慢速加速运行的接触器线圈。第四章 软件设计4.1 输入输出分配输入、输出部分涵盖了控制系统与电梯各个部位及与部件有联系的所有信号，将电梯中发出指令或检测信号的按钮、开关、传感器（如基站总电源钥匙开关、轿内指令选层按钮、厅门呼梯按钮、安全触板开关、限位开关、厅轿门连锁开关、换速感应器、平层感应器）作为 PLC 的输入，同时在系统中设有有/无司机操作的转换开关。这些信号通过 PLC 的输入端子进入 PLC 内部，作为控制、系统分析判断的数据。将控制系统经过分析判断后产生的输出信号（控制命令）送到相应的执行部件，如拖动控制部分（包括速度、方向和电磁制动器） 、轿内和厅外层楼指示灯、指令和召唤指示、运行方向指示、门机的开关门、开关门减速控制、报警器。系统的 I/O 接口分配表如表4-1 所示：表 4-1 I/O 接口分配表I0.1 司机 Q0.0 关门接触器I0.2 满载开关 Q0.1 开门接触器I0.3 轿门电联锁输入 Q0.2 下行接触器I0.4 直驶按钮 Q0.3 上行接触器I0.5 安全触板输入 Q0.4 快速加速接触器I0.6 轿内开门按钮 Q0.6 慢速接触器I0.7 超载输入 Q0.7 慢性加速接触器I0.0 检修输入 Q1.0I1.0 关门开关按钮 Q1.1 超载指示灯I1.1 上下平层输入 Q1.2 蜂鸣器输出I1.2 4 层上下行传感器 Q1.3I1.3 3 层上下行传感器 Q1.4I1.4 2 层上下行传感器 Q1.5I1.5 1 层上下行传感器 Q1.6楼层显示I1.6 慢上按钮 Q1.7I1.7 慢下按钮 Q2.0I2.0 直驶按钮 Q2.1I2.1 1 层轿内按钮 Q2.2I2.2 2 层轿内按钮 Q2.31-4 层按钮显示灯I2.3 3 层轿内按钮 Q2.4I2.4 4 层轿内按钮 Q2.5I2.5 1 层上行按钮 Q2.61-3 层上行按钮显示I2.6 2 层上行按钮 Q2.7I2.7 3 层上行按钮 Q3.0I3.0 2 层下行按钮 Q3.12-4 层下行按钮显示I3.1 3 层下行按钮 Q0.5 快速接触器I3.2 4 层下行按钮 I3.3 下平层传感器4.2 PLC 型号选择 PLC 的输入输出点数是 PLC 的基本参数之一。I/O 点数的确定应该以控制设备的所有输入/输出点数的总和为依据。在一般情况下，PLC 的 I/O 点应该有适当的余量，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，作为输入输出点数的估算依据根据 I/O 接口的分配共有 27 个输入信号和 26 个输入信号西门子(SIMATIC)公司 S7-200 系列属于小型可编程控制器，是西门子公司 20 世纪90 年代推出的整体式小型可编程控制器，器结构紧凑、系列完整、功能完善，具有很高的性价比，可用于替代继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动控制系统。由于有很强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用。本次所设计的电梯控制系统属于小型控制系统，故选择西门子 S7-200 系列的 PLC。S7-200 系列 PLC 提供5 种不同的基本单元（CPU） ，型号为 CPU221、CPU222、CPU224、CPU226 及 CPU226XM，下表列出各个单元的基本信息。表 4-2 S7200 各基本单元具体信息特性 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM本机数字量 I/O 6/4 8/6 14/10 24/16 24/16最大数字量输入/输出 6/4 40/38 94/74 256/256 256/256最大模拟量输入/输出 16/1628/7 或28/1432/32 32/32程序空间（永久储存）2048 字 2048 字 4096 字 4096 字 8192 字用户数据存储器 1024 字 1024 字 2560 字 2560 字 2560 字扩展模块 2 个 7 个 7 个 7 个数字量 I/O 映像区 10 256 256 256 256模拟量 I/O 映像区 无 16AI/16AO32AI/32AO32AI/32AO32AI/32AOCPU226 是功能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。经以上比较，并结合本系统的实际，所以本电梯控制系统选择西门子 S7-200CPU226 型号的PLC 较为合适S7-200CPU226 型号的 PLC 本机自带的数字量 I/O 数为 24 入/16 出，输入映象寄存器为 I0.0I15.7,输出映象寄存器为 Q0.0Q15.7 。但是本电梯控制系统所需的数字量输入/输出端口数都约为 40 个，所以，本机自带的数字量输入/输出端口数目是不能满足本系统的控制要求的，所以要扩展数字量 I/O 端口。西门子 EM223 扩展模块为专门的 S7-200PLC 的数字量输入/输出端口扩展模块，选用一块 EM223 24V DC 16 输入/16 输出(6ES7 223-1BL20-0XA0)数字量输入/输出端口扩展模块，经过扩展后，共有32 个输入点，32 个输出点。满足以上要求4.3 软件程序流程图 软件是建立在硬件的基础上，确定程序结构然后进行主程序的设计。四层电梯的软件部分主要由流程图来实现控制要求。电梯上下行流程图见图 4.1。假设电梯停在N（N=1,2,3,4）楼,M 楼有信号,MN 时，电梯上行；MN 时，电梯下行是否 电梯在 1 楼 2.3.4 楼有信号 电梯上行停止 是 否 是 否 是 否 是 否 是 否 图 4-1 电梯上下行流程图 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外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号。梯应具有最远反向外梯响应功能。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。电梯响应流程图见图 4.2NONOYES YES图 4-2 电梯响应流程图。当电梯到达系统控制的目标楼层时，控制系统发出开门信号，电梯门开，当门开电梯在 2 楼 电梯在 4 楼 电梯在 3 楼 3.4.楼有信号 1 楼有信号 1.2.3 楼有信号 1.2.楼有信号 4.楼有信号 电梯上行 电梯下行 电梯下行 电梯下行 电梯上行 停止 停止 停止 电梯上行优先响应低楼层外呼上或内呼是否有外呼下信号 电梯上升到外呼最高楼层电梯下行优先响应高楼层外呼下或内呼是否有外呼上信号电梯下降到外呼最低楼层停止 停止到开门限位时，计时 10 秒钟，然后关门，直到关门限位产生信号。此过程期间，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭，并且当门关闭动作时，门间来人会使安全触板产生信号，控制系统发出开门信号，电梯开关门流程图见图 4-3。4.4 控制梯形图分析 开关门工作原理：只有在平层后不运行状态才允许开门，M0.0 为允许开门中间继电器。开门分手动和自动两种：自动开门在允许开门一段时间后（例如 5S）由于时间继电器 T1 动作，接通开门继电器 Q0.1。如果手动，则按下开门按钮 I0.6 立即动作。关门也分自动和手动两种。手动时按下关门按