基于PLC的多层四层电梯系统的研究与设计

编 号：_审定成绩：_ 毕 业 设 计 （论 文）设计（论文）题目:_ _单 位（系别）：_学 生 姓 名：_专 业：_班 级：_学 号：_指 导 教 师：_答辩组负责人：_填表时间： 20 年 月重庆邮电大学移通学院教务处制重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目 基于PLC的多层电梯系统的研究与设计 学生姓名 系别 专业 电气工程及其自动化 班级 2 指导教师 职称 联系电话 教师单位 下任务日期_ _年_月_日 主 要 研 究 内 容 、 方 法 和 要 求1、电梯的运行原理2、研究控制系统的组成3、电梯的主要电气设备4、程序说明5、主程序设计6、子程序功能说明以电梯为设计系统的对象、以实验室相关设备为参考，组件系统结构。查阅相关资料，结合任务书的设计要求对系统进一步分析，得出初步设计方案，初步设计方案包括系统的结构、所需PLC的类型。在系统结构的基础上，完成电梯主电路系统和PLC的设计及优化、设备选型及接线图的绘制。系统初步设计完后，对系统的调试、控制运行进行优化和可行性分析，使整个设计方案能够达到安全、可靠、经济的运行。 进 度 计 划第1周第3周：查阅资料、熟悉PLC的组成、工作原理等；第4周第6周：根据电梯的工作流程，选取合适的PLC完成硬件设计；第7周第10周：完成系统的软件设计，并进行仿真验证；第11周第13周：撰写论文、修改论文，完成答辩。 主 要 参 考 文 献1 刘美俊.西门子PLC编程及应用M. 北京：机械工业出版社20112 杨江河，邹先容电梯安装与维修手册M. 北京：化学工业出版社20123 刘佩武.电梯的使用与维修M. 北京：机械工业出版社20004 戴明宏.电气控制与PLC应用M北京：北京航空航天大学出版社，20075 相关学术期刊等。指导教师签字： 年 月 日教研室主任签字： 年 月 日备注：此任务书由指导教师填写，并于毕业设计(论文)开始前下达给学生。摘 要 随着城市经济发展不断的提高，一栋栋高楼拔地而起，电梯也变成了人们平时生活中不可或缺的代步工具，电梯的差异对我们生活的影响也越来越明显，使人们方便、轻松，并使我们处于舒适的区域。所以我们得不断的提高电梯的性能，保证电梯处于一个高质量、高水平的状态。传统的电梯系统是利用继电器逻辑控制，这种方式很容易发生故障，而且维护不方便，所占的空间大，正在慢慢的被人们淘汰，可编程控制器揣着它功能强大、可靠性高的特点变成了电梯控制系统的中枢。本文是以四层电梯为例，说明多层电梯控制系统的研究设计，运用的是西门子S7-200PLC系列CPU226。在电梯的运行过程中，PLC的关键体现在逻辑开关的功能。首先所进行的是硬件设计,包括了CPU处理模块、I/0端口分配表和外部接线图。然后在硬件所设计的基础上再对软件进行设计,搭建出系统的程序流程图和梯形图程序并进行必要的注释，再将程序输入并进行调试和模拟运行。在调试的整个过程中,把系统所设计好的程序进行编译,确定编译无误后再下载到PLC里,开始程序监控。对程序进行分析和调试,进而实现电梯的自动控制。最后对论文所研究的内容进行了总结和展望。【关键词】 电梯 S7-200PLC 梯形图 ABSTRACTWith the development of the urban economy, buildings have risen, and the elevator has become an indispensable means of carrying people through their normal lives. The difference in the elevator has more and more obvious influence on our lives, making people convenient and easy and putting us in comfortable areas. So we have to constantly improve the elevator performance to ensure that the elevator in a high quality, high level of the state. The traditional elevator system uses relay logic control, which is easy to malfunction and difficult to maintain and takes up a lot of space. Slowly being eliminated, the programmable controller became the center of the elevator control system with its powerful and reliable features.This article takes a four-story elevator as an example to illustrate the research and design of a multi-tier elevator control system. The Siemens S7-200 PLC series CPU226 is used. During the operation of the elevator, the key of the PLC is the function of the logic switch. The first thing that was done was the hardware design, including the CPU processing module, I/O port assignment table, and external wiring diagram. Then design the software on the basis of the hardware design, set up the systems program flowchart and ladder diagram program and make necessary comments, and then input the program and debug and simulate running. During the whole process of debugging, compile the program designed by the system, and then download it to the PLC after confirming that it is compiled correctly, and start program monitoring. The program is analyzed and debugged to achieve automatic control of the elevator. Finally, the contents of the papers research are summarized and prospected.【Keywords】Elevator S7-200 PLC ladder第一章 绪论第一节 课题的研究背景及意义电梯是安装在建筑物里面的一种交通运输工具，它可以满足人们上上下下各种需求。并且大大地减少了建筑的占地面积，能量消耗低，并在短时间内加速。它又是一个复杂的系统，内部有关于机械的转动、电气控制等。在当今社会，电梯就像汽车、飞机一样，人们不可或缺的工具。有相关数据表明，在美国平均每一年搭乘其他交通工具的人数大约为80亿人，而乘坐电梯的人数超过540亿人次。对于现代社会而言，安装和使用电梯的情况已经成为了一个国家、城市发展程度的衡量标志，从另一个方面来看，电梯也成为了研究一个城市老百姓生活状态的完美空间。电梯作为平时生活中非常常用的公共交通工具，所以它的安全性应该显得特别的重要，只有在电梯安全平稳的运行状态下才能让使用者产生信任感。其实，在电梯的各个方面已经采取了多种自身安全保护的措施。根据国外一家保险公司对电梯安全性的实验和调查得出，使用电梯会比上下楼梯安全近5倍。随着全球经济不断的提升，高层建筑不断拔起，人们对于电梯的使用越来越广泛，并且对其各种性能要求也越来越高，不光光是安全方面，电梯的平稳性、舒适度等各个方面。从研究电梯交通系统的设计特性到研究电梯交通系统的动态特征，人们运用各种技术知识来提升电梯系统的运行效率。社会生产水平不断提高使人类文明随之快速发展，尤其是在20世纪70年代后，人们对高层建筑的偏爱，很大程度的促进了电梯技术的改进和革新。近比那个世纪以来，电梯技术从最开始的模型升降机改良到了使人类得到满足的高级智能化电梯。原始的电梯是有人工操作控制的，但是这样运行不但花费了大量人力还很浪费财力，所以为了使这个问题得到解决，便在一些建筑楼里采用了简单的自动控制方式控制的电梯。优点尤其明显，在可以不需要人力的情况下就可以自动记住呼叫信号来反映最开始呼叫的须要，但是这一种方式不能同时记住多个呼叫信号，所以造成了电梯是有的不便捷，效率低于人工操作的劣势。为了改善这一问题，后来又采用了集选控制，此控制方式很好的解决了前一种简易的自动控制不能同时记住多个呼叫信号的难题，并且还拥有了在运行方向依次进行响应的特点。电梯的拖动技术从直流电动机到交流单速电动机驱动，然后转变成交流双速电动机驱动、随后是交流调速调压控制以及之后的所用的交流调速调频调压控制的几个阶段，正因为经历了这一些阶段的变化，让电梯这一技术不断的完善和成熟。1970年开始，特别是1973这一年，电梯控制柜的控制电路慢慢的由模拟电路的方式往数字电路变化。很明显可以看出数字技术的使用大大地提升了电梯的准确性和可靠性。1980年，随着大功率金属管模块的出现以及数字调节模块的提升，人们利用PWM这项技术来操作换流器来达到对电梯里交流电动机调压调频和实现线性调速的目的。到了90年代，调压调频拖动技术飞快的成长，它的各项指标和别的电梯控制系统有着很大的优势。第二节 电梯综述一、 电梯的定义及分类电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机,装有箱状吊舱,用于多层建筑乘人或载运货物,也有台阶式,踏步板装在履带上连续运行,俗称自动电梯。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或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如何,将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。 近几年来。随着国际社会对环保的关注,各大电梯公司在其电梯表面基本都采用了粉末涂料喷涂,这是一种新型环保无溶剂的涂料,并且各种性能皆优于油漆。电梯种类繁多，各有所用，根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法如下：1、按用途分类乘客电梯、载货电梯、医用电梯、杂物电梯、车辆电梯、船舶电梯、建筑施工电梯、其它类型的电梯（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、直流电梯、液压电梯、轮齿条电梯、螺杆式电梯、直线电机驱动的电梯.3、按运行速度分类低速梯、中速梯、高速梯、超高速梯。二、电梯的组成及结构 电梯是一种垂直运行的交通工具，它与人们的日常生活有着非常紧密的生活，为了满足人们的各种需求，电梯的各种性能在不断的提高，它拥有着一个复杂的内部结构。电梯是机器和电一体化的产品，机械部分就相当于人的身体，电气部分就像是身体里的神经，控制部分就是人的大脑。它们共同工作，让电梯稳定可靠的运行。目前大多数都为电力拖动、钢丝绳曳引式结构，机械这部分由曳引系统、轿厢和门系统，平衡系统导向系统等组成。图1.1 电梯的基本结构1-控制柜；2-曳引机；3-曳引钢丝绳；4-限速器；5-限速器钢绳；6-限速器张紧装置；7-轿厢；8-安全钳；9-轿厢门安全触板子；10-导轨；11-对重；12-厅门；13-缓冲器。第三节 电梯的国内外发展状况 随着科学技术不断地进步，城市水平不断地进步，建筑物的高度也随着成长起来，电梯就像身体内的血管，一直起着必不可少的作用。作为一个建筑内最为重要的运输工具，好比别的常用交通工具，早已成为了我们老百姓生活中一个不可或缺的部分。一个城市或者一个国家对电梯的需求量的大小，主要受这座城市的经济水平和能力还有城市化水平、人口数量等因素的影响。在全世界经济都在处于低迷的情况之下，我国的经济水平依旧可以处于一个较高提升速度，城市也不断的繁荣，一栋栋高楼大厦拔地而起，从而让电梯这门行业崛起，中国已经成为了全世界对电梯需求量最大的国家。从上世纪八十年代来，随着经济的高速发展，我国对电梯的依赖越来越大，2004电梯的总生产量达到了8万多台，而且现在看来还没有减慢的痕迹。从1949年以来，电梯的成产量超过了60万台。即使如此，我国对电梯的需求量还在提高。全球大约一千个人就有一台电脑，我国还未能达到这一个水准，还需要增多七十万台电梯。达到标准后，全国对电梯的需求量就达到了一百三十万台，每一年所坏掉需维修的电梯就需要六万台。到了2005年，我们每年要生产14万台电梯，和1978年进行比较，仅仅25年就增长了59倍，产量每一年平均增长17.8%。在2005年这一年安装和验收电梯就有大约十三万台，截止年底，我国使用电梯的数量达到了651794台，这么庞大的一个市场不仅又可以带动我国的经济水平，还为我国电梯行业铺下了一个宏大的平台。我国生产电梯的水平已经达到了很高的地步庞大的电梯市场，全球各国有名的电梯公司例如美国的奥的斯、瑞士的迅达、芬兰的通力，德国蒂森、桐本三菱、日立、东芝、富士达等13家知名公司在我国电梯行业里的比例达到了74%。国外好的技术和和质量有力的推动了我国电梯产业的发展。国内的一些知名品牌（浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙等）认清了自己的定位和方向。目前我国所需要的电梯产品，我们已经可以全部生产，不仅大大地代替了进口产品，而且向其他国家也有一定的出口。国内电梯的技术水平和管理正在不断提升。自从2985年我国加入国际标注化组织ISO/TC178以来，前后应用了一批国际标准和先进国家的标准。更好的起点让我国电梯行业在国际地位上处于前列。新发明的一些技术和产品如无机房电梯、无齿轮曳引机，永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国外才出现没多久，我国多家企业就已经可以生产使用了。我国的电梯的低成本和高质量赢得了越来越多国内外客户的青睐。让为我国电梯行业渐渐跨入国外市场赢得有利先机。第四节 PLC在电梯控制中的应用和发展前景 可编控制器在电梯控制中是一个特别重要的部分，因为它具备着编程简单、可靠性高、体积小且灵活、通用性强等特点。不管在国内还是在国外大多数都是应用PLC来对电梯进行设计。整个电梯系统是应用PLC、逻辑控制电路对电梯进行控制，如电梯的上下运行、停止和启动、开门关门及加速和减速等。不仅效率高、精准而且操作和维修也很简单。PLC其实是一种专用的计算机，所运用的循环扫描的方法来完成这些任务，并且是根据程序运行，这样子就保证了只有在编程的程序没有一点错误后才可以运行，不然电梯不能发生动作。 在电梯控制的范围里，PLC在现如今已经变成了工业化和民用化的领跑者，电梯控制领域中PLC的运用是在PLC这项技术的接收、分析和吸取的程度上来进行操作的和老旧的继电器接触式相比使可靠性变得更强、接线方便、控制简单。伴随着越来越先进的科技，电梯的使用更加的适宜和安全，但是人们并没有仅仅的满足于此，依旧在不断的改善，追求“绿色”这一定义。绿色代表着生命之色、天然、和谐。电梯作为运载人和物品的机器，要达到绿色这一定义只有在电梯的舒适度上加以提高，更加可靠安全的为人们服务，提倡环境和电梯的容错性。对环境的影响尽量的降为最低和电梯自身的人性化，这也作为绿色定义发展的方向。（1）智能化：电梯具备人性化的特性，可以使交通运输工具真正的实现人和机器的交流，并在发现故障的情况下，会立即发出报警的信号。（2）安全：在电梯启动的时候有较强的电磁辐射，所以应该使用优质产品并可以使电梯稳定运行。并且会给人一个良好的感官效果，使乘客在一个安全，宽敞的空间和舒适的心情。（3）和环境的平衡与协调：消除电梯辐射、舒适感、视觉感官协调。第五节 课题研究的内容及目的课题所研究的内容主要是利用可编程控制（PLC）的特性来改变电梯自动控制系统，这就需要对电梯的这项技术进行探索和研究，找到一条合适我国电梯的道路。这是一件具有重大意义的事情。需要研究出功能强、可减少故障发生的频率、提高可靠性的编程控制器来控制电梯的运转。所做的一个设计是已PLC作为一个基础，构思一个四层电梯控制系统，达到该电梯系统可以具有自动运行、自动开关门、指层控制、记录电梯内部及各层呼梯指令、楼层显示等功能。所以首先需要对电梯系统和可编程序（PLC）进行一个全面的了解。接着介绍电梯控制系统的分类及特点，确定电梯控制系统的总体结构，有了系统的大致结构再让PLC来对电梯的信号进行操控。接着是系统硬件开发，进行PLC的选型，I/O点数分配与PLC的链接。在了解了电梯系统是怎么设计后，设计出软件流程图来表达算法的思路，因为设计较复杂，在此也提出了运用模块化编程的思想进行细分，还提到系统的软件开发。对设计改造后的电梯系统进行模拟运行、调试。第二章 总体方案设计第一节 基于PLC多层电梯控制所实现的功能实现电梯控制系统的自动运行。1、电梯自动开关门。2、指层控制。3、记录电梯内及各层厅站呼梯信号，执行后解除。4、楼层的显示功能5、行车途中如果收到呼梯信号，方向相同就停车等待，相反不停车。6、电梯方向由梯内选择信号决定，顺方向优先。第二节 控制系统的组成 PLC的电梯控制系统和其他的控制系统差异不大，它们都是主要由拖动控制系统和信号控制系统组成的图2.1是PLC的电梯结构图图2.1基于PLC的电梯控制系统基本结构图整个系统控制过程最主要的就是将井道、操纵盘、厅外呼梯盘和安全保护信号输送到PLC中，然后将信号存储在存储器里面并使指示灯发出显示信号，再通过输出接口向拖动系统和门机控制系统发出信号。第三节 信号控制系统用PLC来达到电梯信号控制的目的，PLC控制单元来分析处理电梯控制的各个信号，输入到PLC的信号有很多，如图3-2所示：内指令信号、外指令信号、运行方式、光电脉冲、安全保护信号等。图2.2基于PLC的电梯信号控制系统框图第三章 硬件的设计第一节 PLC简介一、 PLC的定义 随着PLC的不断发展，持续优化，所以很难有一个精确的定义。在不同的时期一些机构也对PLC有过很多个定义，在此并不举例说明，然而，这些定义都表明，PLC是专门用于工业环境中的数字计算的电子设备。它可以通过对存储器进行编程来存储和执行各种计算，计时计数等，从而控制各种机器的操作和生产。 二、 PLC的特点为何PLC可以如此快速的发展，因为它具备了其他传统计算器和通用计算机不能够相比的特点。特点如下：（1）易操作性包括了输入操作和更改操作。在一些大型的PLC里，编程器使用的CRT屏幕显示，所以输入可以直接显示出来。更改程序可以通过搜索地址编号或继电器编号搜索或寻找，在进行更改操作，更改的信息在CRT上也可以显示。技术员在对程序进行编程时也十分方便，提供很多种程序设计语言进行使用：梯形图简单易懂，便于编写和学习；功能表图、功能模块图，功能清晰，容易理解，正在被很多的技术人员接纳使用。PLC自身带有自我诊断功能，大大地降低了维修人员的负担，当发生了故障时，维修人员可以通过硬件和软件的自诊断功能，根据所提示的故障信号灯和代码或观察编程器或CTR找到故障部分，在排除故障维修时间上有着很大的优势（2）可靠性PLC多数都是在恶劣的环境下工作，例如高温、潮湿、腐蚀性强等。但是它的环境的适应性和抗干扰的能力很强，质量好、技术先进，可以在这些恶劣条件下稳点的运行。并且它并不需要大量的元件、器件，接线也就减少很多。因此系统的维修变得简单，时间也就大大地减少，所以可靠性就得到了提高。它使用经简化后的编程语言和可靠硬件，因此在编程的过程中出错的时候更少。在软件设计方面也使用了一些提升可靠性的方法，例如软件自诊断、报警、信息保护、简化编程语言等等。（3）灵活性（1）PLC在编程方面的灵活：PLC的编程语言可以采用很多种方式，例如功能模块图语言、梯形图语言、顺序功能流程图语言（SFC）、梯形图语言等，我们只需要掌握其中的一种就可以编程，编程方式的多种选择让编程变得更加简单方便，所运用的方面也更加广泛。运用软连接方式，当我们在生产设备需要更换的时候，只需要编制和更改程序就可以达到生产的需要，PLC的灵活性是其他的继电器不可相媲美的，正是因为这种软性特点，让PLC快速的代替继电器顺序控制系统，在很多控制系统中得到广大工程技术员的认可和广泛应用。（2）PLC在扩展方面的灵活：这个特点对于PLC来说十分重要，它根据我们所需要的范围不停的拓展，扩展的范围很广，不仅仅是容量的扩展，还有功能、应用和控制范围的扩展，通过输入输出点的增多，扩展单元使容量与功能变多。通过很多台PLC相互通信业能扩大容量和功能，并且可以通过其他的上位机的相互通信使功能增多，甚至可以与外部设备进行信息的共享，以上的灵活性都很大程度上的方便了用户。（3）PLC在操作方面的灵活性：操作上让设计的内容变得简单、工作量减少。编程的量和安装施工的量也很大程度的减少。操作变得简便，控制和监视变得轻松。不用像继电器顺序控制系统中那样子复杂，不一样的生产方式可以用相同的控制台。第二节 PLC的基本工作方式PLC是采用不断循环扫描的方式进行工作。每扫描一次所需要的时间当作一个周期。CPU从第一条指令一直到用户程序结束，每一条指令按顺序逐个执行。一个周期结束后又跳回到第一条指令开始扫描，不断重复扫描。这种方式主要是为了扫描输入点的状态再进行运算处理，然后按着顺序向各个输出点发出所响应的控制信号。这个过程分为了三个阶段。（1）输入现场消息：PLC在执行程序前，在系统软件的控制下，将整个输入端的开关状态记录到输入数据存储器中。而且在工作（执行程序）的工程中，即便输入发生了变化，所输入到数据存储器的信息也不会变，只有到下一个周期处理时才会写入这个变化。（2）执行程序：依次扫描用户所输入的各条指令，按照输入的状态和内容进行逻辑运算。（3）输出处理：依据逻辑运行所得出的结果，输出状态寄存器向各个输出点发出信息，以达到所要求的控制功能，所述过程结束后，又会重头开始，循环执行。所有的命令完成时，向输出数据存储器发出数据存储器的ON/OFF状态，这就是PLC的世纪输出。第三节 硬件的选择一、 变频器的选择随着变频技术的不断发展，它的性价比也随之提高，交流变频调速在很多领域得到了应用，由于它众多的优点，在电梯行业里也得到了青睐。在最近二十年的时间里，通用变频器的开发主要从模拟控制到全数字控制，从BJT到IGBT的采用两个大的发展过程。（1）变频器所含的容量不断变大。从80年代到90年代容量400KVA到600KVA，前几年选择了IGBT作为主开关器，没过几年时间，容量达到了1800KVA。（2）结构的小型化。变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路选择的是芯片上集合有一千个以上元件的集成电路和全数字控制控制技术，结构设计则选择的是平面安装技术，这一系列措施使变频电源装置更加小型化（3）多功能化和智能化。随着电子元件、控制技术的不断提升，变频器朝着多功能化和高性能化的方向大步前进，它的多功能性和高性能化为使用者提供了可靠的保证，人们一直不停的总结、完善，不断的投入软件功能。丰富多彩的软件功能让通用变频器把用户原有的工业水平提高，达到先前无法追赶的地步，让它演化成一个具有高度软件控制功能的新产品。（4）应用的领域在不断扩大。通用变频器从模拟、数字、数模混合控制到现在的全数字控制的变化，各个性能得到了非一般的提高，所以它应用的范围也就更宽，最开始的变频器仅仅用于风机、泵内负载的节能调速等，演变到现在，它的身影在其他领域也随处可见，如起重机、搬运的机械、提升机、炼金、石油、化工等领域。可以说应用范围相当的广阔，而且还在继续扩大。想到电梯的耗能在建筑物里占据相当大的一部分，电梯节能这方面逐渐被人们所重视，理想的速度运行会给与人们更多的舒适体验等等，考虑到以上的情况，本次设计选择了VS-616G5型变频器，它可以平稳运行、精确的控制，兼容各式各样的系统，具有磁通矢量控制、转差补偿等很先进的功能，所以对于电梯这一类需要频繁变化的负载十分适合。二、 曳引电机的选择对于交流曳引电机功率按净功率进行计算Q- 额定载重量（Kg），对于该梯Q=1000Kg- 曳引轮节径线速度（m/s）,该梯1.6m/s;- 电梯平衡系数，这里0.5; - 机械传动效率，对于有齿轮曳引机取0.5i- 钢丝绳绕绳倍率，这里i1将G=1000，=1.5, =0.5, =0.5,i=1代入公式4-2可计算N= 14.7 (KW)故而选用额定电压为380V，容量为15KW电动机，极对数为4，额定频率为50Hz的三相绕线式异步电机。三、 电梯制动器原理电梯制动器通过通电产生双向电磁推力，让刹车机构与电机旋转部分分开（即释放），当电断开后电磁力就会消失，制动弹簧压力作用于制动器，形成失电制动的摩擦式制动器。电梯制动器内部装有压缩弹簧，摩擦片很牢固的压在制动盘上，它们之间产生摩擦力让电梯停止运行，当电梯处以一个静止的状态时，在电梯制动器内本身是没有电流通过的，制动弹簧这个时候会把制动器紧紧的吸住，保证电机不会转动，当给电圈进行通电的时候，电磁铁此时会立即磁化，制动瓦块会打开，制动轮和制动瓦块完完全全的分开，电梯就可以运转了。当电梯到达所指定的楼层需要停下来时，电动机和电磁铁的线圈电源会同时消失，电磁铁的磁力就会立即消失，铁芯通过制动臂回到原来的位置，制动弹簧又会把制动器紧紧的吸住。四、PLC系统硬件设计（一） I/O点估计本次设计是一个基于PLC的四层电梯控制系统，在进行PLC选型之前，需要先对I/O点数进行估计。设计的电梯的楼层、控制的方式、体型和一系列的控制要求，计算出PLC的输入输出点。1、输入信号：（1）其中电梯内有4个梯内呼叫按钮，分别是内选一层按钮、内选二层按钮、内选三层按钮、内选四层按钮，作用是给电梯下达到达几楼的指令。（2）电梯内开关按钮一共两个，用于乘客手动开门和关门。（3）电梯外分别有6个按钮，分别是一层外呼向上、二层外呼向上、二层外呼向下、三层外呼向上、三层外呼向下、四层外呼向下，用于在电梯外的乘客对电梯发出呼叫信号。（4）楼层感应干簧管一共4个，分别是一层、二层、三层、四层感应干簧管，它安装在每一个平层旁边，作用是发出楼层指令信号。（5）厅门开关一层到四层共四个，加上轿门开关一共5个，当它们全部都闭合的时候，表示所有的门都已经关闭好，电梯就可以运行。如果以上任何一个没有闭合，说明门没有关好，在此情况下，电梯不会运行。为节省PLC的输入点，将厅门开关和轿门开关设计成如图3.1所示。只有5个门电气联锁开关在全部接通的时候，控制电梯内的门联锁继电器方能吸合，门锁的触点才会接通，将信号传送到PLC的输入点，这个时候电梯就可以运行。因此，厅门开关和轿门开关可以一个输入点代替，使编程变得更加简单，达到了减少I/O点数的积极意义。图3.1 门联锁回路（6）门区感应干簧管（作用是来知道电梯是不是在平层的位置）、上行下行极限限位开关（当电梯到达楼层最顶层和最低层保证电梯不会继续往上或往下运行）。（7）电梯的超重信号和警铃按钮。2、现场输出信号（1）一共18个指示灯信号：一层外呼上指示灯、二层外呼下指示灯、二层外呼上指示灯、三层外呼上指示灯、三层外呼下指示灯、四层外呼下指示灯；内呼去一楼指示灯、内呼去二楼指示灯、内呼去三楼指示灯、内呼去四楼指示灯；电梯在一层位置指示灯、电梯在二层位置指示灯、电梯在三楼位置指示灯、电梯在四楼位置指示灯、电梯内上下行指示灯、电梯外上下行指示灯。（2）曳引机正转（电梯的运行方向向上）、倒转（电梯的运行方向向下）。（3）门电机正转（电梯开门）、倒转（电梯关门），超重信号和报警信号输出一共四个。（二）、选择PLC型号 根据以上所列的可知，输入信号为24个，输出信号为21个，可以选用S7-200型CPU226，它有24个输入和16个输入，交流和直流继电器输出方式，另外加上扩展模块EM222（有8个输出，24V DC）,主机加上扩展模块一共有24个输入和输出，刚好满足该系统所需要的输入输出点的数量。S7-200PLC是由德国公司研发的一种小型的可编程控制器，它的体积小、性能性好、功能强、速度快、性能价格比高并且可靠性强，具有网络通信的能力。因为它的体积小，很灵活，而且内置功能是跟强大，所以在很多的领域都得到了广泛的运用。S7-200 CPU226的主机可带7个扩展模块，容量可以达到66000字；可以扩展到248点数字量，并且有两个RS-485通信口，由于它是继电器输出方式，不仅可以带直流负载，还可以带交流负载。输入输出分配见表3.1表3.1 输入输出表输入点对应信号输出点对应信号I0.0一楼平层开关Q0.01层位置指示I0.1二楼平层开关Q0.12层位置指示I0.2三楼平层开关Q0.23层位置指示I0.3四楼平层开关Q0.34层位置指示I0.4内选一层按钮Q0.4内呼去1楼指示灯I0.5内选二层按钮Q0.5内呼去2楼指示灯I0.6内选三层按钮Q0.6内呼去3楼指示灯I0.7内选四层按钮Q0.7内呼去4楼指示灯I1.0一层外呼向上Q1.0一层外呼向上指示灯I1.1二层外呼向上Q1.1二层外呼向上指示灯I1.2三层外呼向上Q1.2三层外呼向上指示灯I1.3二层外呼向下Q1.3二层外呼向下指示灯I1.4三层外呼向下Q1.4三层外呼向下指示灯I1.5四层外呼向下Q1.5四层外呼向下指示灯I1.6轿厢内开门按钮Q1.6门电机正转（开门）I1.7轿厢内关门按钮Q1.7门电机倒转（关门）I2.0开门限位Q2.0曳引机正转（上行）I2.1关门限位Q2.1曳引机倒转（下行）I2.2超重感应Q2.2超重警报I2.3报警按钮Q2.3报警警铃I2.4门区层感应干簧管Q2.4多级速度指令I2.5门安全信号I2.6上行极限限位开关I2.7下行极限限位开关（三）、 电梯硬件接线图图3.2 变频器控制图图3.3 PLC I/O接线图 第四章 软件设计第一节、 PLC的编程语言与STEP7概述. PLC程序是指PC指令的有序集合。PLC运行程序以一定顺序执行组合中一条条的指令。使用不一样的编程语言，文字代码和图形符号也大不相同。所用的编程语言与这些文本代码和图形符号不同，但是本质上来说，它的实质和别的普通计算机相同，也是二进制机器码。PLC编程软件用编译系统将PLC程序编译成机器代码。PLC为了在工业环境中得到更多的应用，提高了一套比较完整的编程语言。根据我们所需要的不同的控制要求去编制不一样的控制程序。这也就是设计和更改继电器控制的接线方式，即是“可编程序”。编程语言通常有5种:功能块图（Function Block Diagram）、顺序功能图（quentialFunctionChart）、梯形图（LadderDiagram）、结构文本(StructuredText)指令表(structuredList),以上的顺序功能图、梯形图国、功能块图是用来图形编程的语言,指令表和结构文本是用来文字编程的语言,梯形图是现在大家运用得最频繁的PLC图形编程语言,梯形图与继电器控制系统的电路图很相同,很容易让人明白掌握、程序表达得很清楚。本次系统程序设计采用的是梯形图（LD），编程软件是STEP7。这个软件可以实现程序的制作、对CPU的输入/读出、监控整个运行、对程序的调试、硬件诊断、维护等功能。STEP7是SIMATIC工业软件中很重要的组成部分，它用于SIMATIC可编程控制器和编程的标准软件包，它将硬件和网络拼接在一起，使用起来简单、直观、容易修改。它提供了一个在线、离线的功能，可以使PLC在线上传和瞎子啊。利用这个软件让我们可以很方便的建立一个自动化解决方案。STEP7标准软件包的版本如下：1、SIMATIC S7-200上简单单站应用的STEP7/DOS和STEP7 MICRO/WIN。2、用于使用带有各种功能的SIMATICS7-300/ST-400/SIMATICM7-300/M7-400和SIMATIC7的STEP7：（1）可以选择SIMATIC工业软件中的软件产品进行拓展（2）为功能末班和通讯处理器赋值参数（3）强制和多处理器模式（4）全局数据通讯（5）使用通讯功能块的事件驱动数据传送（6）组态连接STEP7软件可以把整个程序分解成一个个自成体系的程序部分，进而使复杂的程序一幕了然，也可以对单个的程序进行简化，变成更容易的系统，调试的化也会容易很多。第二节 电梯PLC程序流程图图4.1电梯运行程序流程图第三节 梯形图设计（1）楼层信号控制图4.2设计的是楼层信号控制的梯形图，当电梯在运行期间，从当前所在层的楼梯运行到下一楼层感应器之前，它应该一直显示的是当前楼层的层数。比如电梯现在处于1楼的位置，I0.0得电闭合，因此Q0.0就动作，根据I/O的分配表可以看出一层指示灯亮，显示“1”。电梯继续往上运行，I0.0会因为电梯离开1层位置的感应干簧管而失电，但是Q2.0因为通过自锁的原因，还是处于得点的状态，当电梯又到达2楼的时候，此时I0.1得电了，从而Q0.1得电。因为在网络1中Q0.1是常闭触点，所以当Q0.1得电后会使Q0.0断开，楼层位置指示灯“2”亮。同一个时候“1”也会熄灭，由相同的设计思路，其他楼层也相同。 图4.2 楼层信号控制梯形图（2）内呼指令信号控制图4.3是梯内对电梯的呼叫指令信号控制的梯形图，这一点完成了内呼指令的置位和复位。假如Q0.4到Q0.7之间任意一个或者几个为ON时，就代表该楼层的内呼指令被置位，相反则表示复位。例如电梯现在停在一楼的位置，由于静止，Q2.0、Q2.1都没得电，当电梯内二层和三层的按钮被按下，此时I0.5、I0.6得电，所以Q0.5、Q0.6被置位，从而去二楼和三楼的内呼指令被记忆，当电梯从一楼运行到二楼时，二楼的感应干簧管检测出电梯的位置，根据楼层信号控制可以知道Q0.1得电，Q0.5被复位，所以去2楼的内呼指令就消除了，但是电梯会继续向上运动（还不够具备将Q0.6复位的条件），内呼去三楼的指令继续执行，一直当电梯在三楼时，才会被消除，另外，电梯必须是在静止后，内呼指令才会消除。图4.3 内呼指令信号控制（3）外呼指令信号控制图4.4 4.5 4.6是外呼指令信号控制的梯形图，这一点完成的是对电梯外呼叫指令的记忆和清除。例如现在电梯停在一楼，在二楼和三楼的电梯外分别按下向上的按钮（外呼2上、外呼3上）并且同时按下电梯外二楼往下的按钮，所以I1.1、I1.2、I1.3均得电，从而Q1.1、Q1.2、Q1.3被置位，外呼2层上、3层上和2层下的指示灯亮，电梯得到信号后向上运行，故M2.0得电闭合，当电梯运行到二楼时，Q0.1得电，故Q1.1失电，故外呼二层指示灯熄灭，因为电梯还没有到达三楼，所以还不够满足将Q1.2复位的条件，电梯会继续往上运行，故M2.0还没释放（具体的分析可选向环节了解），所以，即使现在电梯停在二楼，但是二楼往下按钮的指示灯Q1.3也不会熄灭，只有当电梯往上的动作做完以后，往下运行到二楼的时候M2.1、Q0.1都得电，Q0.3才会被消除，这样子就达成了只消除同向的信号，逆向的信号保留。图4.4 外呼指令控制图 第一部分图4.5 外呼指令控制图 第二部分图4.6 外呼指令控制图 第三部分（4）自动选向控选向就是电梯根据内呼指令和外呼指令自动地选择合理的运行方向。图 4.7 为内呼选向控制梯形图。图中内部中间继电器 M2.2/M2.3 分别表示上/下方向控制，它们是内呼指令的记忆选向，图 4.8 4.9为外呼选向梯形图，M2.4/M2.5 分别表示上/下方向控制，是外呼指令的记忆选向。而电梯的最终运行方向由二者共同决定，即内呼优先的外呼，但当没有内呼信号时，电梯的上下行记忆将由外呼选向记忆决定。图 4.10的梯形图完成了这一点。重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文）图4.7 内呼选向梯形图图4.8 外呼选向梯形图（上行）图4.9 外呼选向梯形图（下行）图4.10 综合选向梯形图（5）电梯停车控制当楼层指示与内外呼层数一致时，就要考虑电梯的停车问题，其中，内呼指令与楼层指令一致时，由于内呼优先，电梯必然停车，供乘客下车，如图 4.11。但外呼指令不是如此，考虑到顺向截梯，电梯外呼指令必须与电梯行使记忆方向一致时，才可停车，如图 4.12。举例，假设电梯才 3 层，此时有 2 层外呼上（Q1.1 得电），而电梯内呼 1 层，由选向控制可知 M2.1 得电，M2.0 失电电梯记忆下行，当电梯下行至 2 层 时Q0.1 得电，虽然 Q1.1 得电，但由于 M2.0 失电，所以无法使停车控制逻辑 M2.7 得电， 所以电梯不停车，只有当电梯到达一层后，内呼指令消失，电梯才会上行至二层停车。图4.11 内呼停车控制图4.12 外呼停车控制（6）曳引电机控制当 PLC 收到停车控制信号，并且在平层信号 I2.4 得电的情况下，曳引电机就会停转，若否，而且有上下行记忆，电机就会运转，由图4.13 的梯形图实现。 而 图4.14 显示，当收到停车控制信号时，Q2.4 得电，电梯按照设定的 S 特性曲线减速至辅速，运行，当触碰到平层开关时，立即断电并且抱闸。图4.13 曳引电机控制图图4.14 主辅速切换图（7）电梯开关门控制图4.15的梯形图完成了，在电梯处于停止后会延后3秒钟再打开门，并且可以在处于安全的状态下手动开门。图4.16完成的是电梯在打开门后会延后8秒钟自动合上门，可以在安全状态下手动关门（在超重时不能将门合上）。其实还应该加上门区感应，当人进出电梯时还有轿厢门间有障碍物的时候电梯也不能将门合上，由于设计的局限性，这些在本设计中没有体现。图4.15 电梯开关门控制图图4.16 电梯关门控制图（8）警报图4.17 4.18完成的是超重报警和在电梯内遇到故障时的手动报警，我们按下警报的按钮它会立刻发出报警信号，5秒钟过后停下来。图4.17 超重警报控制图 图4.18 应急报警控制图