六层电梯自动控制系统.doc

III毕 业 设 计题目： 电梯自动控制系统设计 学 生： 庞金明 学 号： 2013031202 专 业： 机械设计制造基础及自动化 指导教师： 陈婵娟 陕西科技大学职业教育师范学院2017 年 6 月 3 日电梯自动控制系统设计摘 要随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术也已经进入一个新的时代，其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活日益紧密相关。随着人们对其要求的提高，电梯技术得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替了原来的继电器控制。本次设计的研究题目是“电梯自动控制系统设计”主要是利用PLC及其软件来实现电梯信号的控制，其控制的核心是PLC。课题研发的主要任务和内容是：熟悉电梯的主要组成部分、工作过程及对电梯整机的性能指标要求；制定单梯控制系统总体方案，绘制控制系统总框图；电梯曵驱动系统原理图及选型设计；PLC控制系统硬件设计、I/O分配及程序设计；程序调试与仿真；轿厢系统的三维模型设计。对于这次设计中的两个核心问题，一个是运行效率和安全性的要求，另一个是利用PLC实现电梯的信号控制。针对这两方面问题，在这次设计中通过对编程器的合理的选择和程序的正确编写，使问题得到了解决。关键词：PLC控制；变频调速；电梯；舒适感Design of elevator automatic control systemAbstractWith the rapid development of the economy, microelectronic technology, computer technology and the automatic theory are developed rapidly. The AC variable frequency technology has been in a new state. Its application is becoming more and more widely .But the elevator as an important traffic in skyscraper, it also has developed quickly with the improving requirement of the people. Its dragging technology has developed from DC timing to AC variable frequency timing and its logic control-relay control also has been replaced by PLC.The research topic of this design is Design of elevator automatic control system, mainly uses PLC and its software to realize elevator signal control, and its control core is PLC. Research of the main tasks and contents are: familiar with the requirements of main components, the working process of elevator and elevator performance indicators; establish single elevator control scheme of the system, drawing the general block diagram of the control system; the design and selection of the system principle driven elevator Yi; PLC control system design, hardware design and program I/O distribution; debugging and simulation program; the design of three-dimensional model of car system.For the design of the two core issues, one is the efficiency and safety requirements, and the other is the use of PLC to achieve elevator signal control. In view of these two problems, in this design, through the rational choice of programmer and the correct preparation of the program, the problem has been solved.Key words：PLC control；frequency conversion timing；elevator；feeling of comfort目 录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1 国内外现状21.2 电梯的分类41.3 电梯的主要组成部分41.4 电梯的安全保护装置51.5 电梯技术发展情况51.6 电梯发展展望62 电梯控制硬件设计72.1 变频器的选择72.1.1 基本方案概述72.1.2 电梯变频调速控制的特点72.1.3 变频器原理82.1.4 变频器的选型92.2 可编程控制器（PLC）选择92.2.1 PLC控制电梯的特点92.2.2电梯PLC控制系统基本结构112.2.3电梯信号控制系统组成112.2.4电梯控制系统原理框图122.2.5电梯速度给定曲线132.3 PLC输入输出信号及系统选型142.3.1 PLC输入输出信号142.3.2 PLC系统选型152.4 PLC及扩展模块外部接线设计162.4.1 PLC主机外部接线设计162.4.2电梯PLC系统控制电气设计17 3 系统软件设计183.1 程序中使用的通用继电器及功能183.2 控制梯形图的设计193.2.1 电梯控制系统实现的功能193.2.2 综合开关门有效信号程序203.2.3上升综合有效信号213.2.4下降综合有效信号233.2.5 电梯自动返回基站253.2.6 楼层位置指示263.2.7 显示楼层控制263.2.8 电梯轿厢减速控制程序27 4 电梯模拟调试及安装294.1 组态软件的介绍294.2 组态王监控电梯的制作过程294.2.1 创建工程294.2.2 构造画面304.2.3 配置设备314.2.4 构造数据库314.2.5 建立动画连接334.2.6 编写命令语言344.2.7 运行调试38结 论40参 考 文 献41致 谢43电梯自动控制系统设计631 绪 论自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。可编程序控制器（PLC）最早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一种数字运算操作的电子系统。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯控制由传统的继电器控制方式发展成为计算机控制的一个重要方向，成为当今电梯控制和技术改造的热点之一。通过PLC控制电梯，大大提高了电梯控制的自动化程度，给人们的生活带来便利。鉴于其种种优点，目前电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。本设计就是选用PLC控制技术加变频调速技术实现电梯的全集选控制的。1.1 国内外现状在现代化城市的高速发展中,一幢幢高楼拔地而起。电梯是楼房里上下运送乘客或货物的垂直运输设备。我国电梯行业的发展历程，从改革开放到今天，电梯行业在不知不觉中走过了一个从无到有，从有到多，从多到精的发展历程。随着住宅市场的巨大变化，中国已经成为全球容量最大、增长最快的电梯市场。目前，我国电梯保有量已超过100万台，且保持每年20%的递增速度，市场前景乐观。这些电梯服务于写字间、公寓、商场等各种场所。自1889美国的奥的斯升降机公司推出了世界第一部以直流电动机为动力诞生名副其实的电梯，从而彻底改写了人类使用升降工具的历史。上世纪90年代，随的升降机着世界经济快速发展及经济全球化, 发达的工业化国家纷纷研制出高速及超高速电梯，电梯不仅是代步的工具,也是人类文明的标志,其技术的发展正体现了社会的进步与文明。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。绿色化：从减少环境污染的角度讲，“绿色”新概念将成为21世纪的主流色调，一个全球性的绿色市场为企业的世纪谁先推出绿色产品，抢发展提供了广阔的空间，占绿色营销市场，谁就能掌握竞争的主动权。图1-1 电梯结构简图降低能耗：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。智能化：随着计算机技术，通讯技术与控制技术的发展使大厦的智能化成为现实，而电梯是智能建筑中的重要交通工具，其技术发展及智能化程度也倍受世人关注。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。远程监控技术的应用：电梯困人故障一直困扰着电梯的承包商,80上世纪年代初就有电梯厂商对电梯增加了过程监视系统，即在电梯轿厢内装设摄像和通讯系统，被困轿厢中的乘客可以同大楼的监视人员建立联系。由于这种设施只限于电梯所在大楼且由保安人员负责，一旦电梯困人，还得通知专业人员来解困。而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。这种预保养式的售后服务方式在国外是深得用户的信赖的，也将是我国电梯工业技术发展的一个重要方向。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。同时这也为将来通过网络检查电梯状态成为可能，特别是电梯事先维修可以做到更好更全面。旧梯改造更加容易，所需时间、费用将会减小。根据统计表每年将有5万台旧梯进入更新改造市场，该技术使用将会产生巨大社会效益和企业效益。很好地解决了电梯控制与外围设备的兼容和联系。特别是可以把电梯和扶梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。如果控制屏与召唤系统通过蓝牙技术连接起来实现无线召唤，将会是电梯控制的另一场革命，同时为我们带来巨大好处。未来3-5年内，中国电梯行业所面临的生存环境将更为严峻。大企业会继续称雄业界，而中小企业想获得生存，要么被前者兼并，为其做专项产品的配套;要么发挥自己的特长，建设稳固的销售渠道和研发团队，来打造核心竞争力。未来几年，技术创新是推动电梯行业进步的关键，无线电梯的出现必然对我国电梯业产生触动，电梯行业也即将迎来全新的无线时代。虽然产业在不断整合，但我国电梯市场还远未饱和。未来两年我国电梯需求将呈现快速增长的态势，2010年我国电梯产量将达到33.41万部。我国电梯市场仍将保持每年20%的递增速度，年平均销售额至少为500亿美元。未来50年我国新增住房面积将达到200亿平方米。目前国家规定20米以上高楼就应安装电梯，未来住宅市场的电梯需求量将会非常庞大。随着工业现代化生产规模不断扩大和人们生活水平不断提高，电能供需矛盾日益突出，节约电量的呼声日益高涨。但在我国节能型电梯还占不到总量的5%，我国节能电梯的市场接受度仍然不高。巨大的市场容量，也将为节能电梯发展带来了新的机遇。国外的电梯技术主要是三大系列：1、美国技术；2、欧洲技术；3、亚洲技术美国电梯技术是以OTIS为主的电梯技术，其中包括加拿大。美国技术始终保留先进技术，所以从没有将最先进的电梯技术在世界各国应用。欧洲电梯技术是国际上应用最广的电梯技术。在全球欧洲电梯技术以电梯耐用而称著，一般电梯寿命为25年。加上欧洲人比美国人市场先导性好，所以在全球进行合资合作，使欧洲电梯技术成为国际通用技术之先锋，同时欧洲电梯标准也为国际电梯标准。亚洲电梯技术是以日本为主导的电梯技术。而日本由于对用户心理掌握的好，所以以舒适性好而闻名。但是日本为了自身利益考虑，所以虽然使用时的舒适感好，而电梯寿命只有欧洲电梯的60%，保证使用寿命只有15年。1.2 电梯的分类电梯的分类有各式各样：（1）按速度分类 低速电梯 1m/s以下 高速电梯 2-3m/s 超高速电梯 3-10m/s（2）按用途分类 乘客电梯 住宅电梯 观光电梯 载货电梯 客货两用电梯 车辆电梯 其他电梯（3）按拖动方式分类 交流电梯 直流电梯 液压电梯 齿轮齿条电梯 螺杆式电梯（4）按有无司机分类 有司机电梯 无司机电梯 有/无司机电梯（5）按控制方式分类 手柄操纵控制电梯 按钮控制电梯 信号控制电梯 集选控制电梯 群控电梯（6）按曳引机结构分类 有齿曳引机电梯 无齿曳引机电梯（7）其它分类方式按轿厢尺寸的大小分类时，经常使用“小型”、“超大型”等词来描述电梯。按机房位置不同可分为：机房位于井道顶部的上置式电梯；机房底部的下置式电梯。1.3 电梯的主要组成部分（1） 曳引部分：通常有曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。（2） 轿厢和厅门：轿厢由轿架，轿底，轿壁和轿门组成；厅门一般有封闭式、中分式、双折中分式和直分式等。（3） 电器设备及控制装置：有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅外指示器组成。（4） 其它装置：对重装置、补偿装置等。1.4 电梯的安全保护装置（1） 电磁制动器：装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。（2） 强迫减速开关：分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。 图1-2 电梯组成系统简图（3） 限位开关：当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。（4） 行程极限保护开关：当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。（5） 急停按钮：装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。（6） 厅门开关：每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动；在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。（7） 关门安全开关：常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。1.5 电梯技术发展情况（1） 电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。（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愈来愈 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） 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器（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的提高。（4） 电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功能要求。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，由于国际上机构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。1.6 电梯发展展望（1） 结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。（2） 技术含量更高，性能更好。电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF 电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF 技术。另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。（3） 安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。2 电梯控制硬件设计2.1 变频器的选择2.1.1 基本方案概述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。随着科学技术的发展和技术引进工作的进一步开展，电气控制系统发展换代迅速。在国产电梯中，在拖动方面，除速度V0.63m/s的低速电梯仍有部分产品采用交流双速电动机变极调速外，对于速度V1.0m/s的各类电梯，均已采用交流调压调速和交流变频调速拖动系统。在中间逻辑控制方面，已淘汰继电器控制，采用PLC和微机控制。新电气控制系统和拖动系统的出现，不但改善了电梯的性能，而且提高了电梯的运行可靠性，使我国电梯工业提高到一个新的水平，基本实现乘用安全、可靠、舒适的愿望。目前电梯的控制普遍采用两种方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程序控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高。虽然在智能控制方面微机控制系统有较强大的功能，但其存在抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于运行可靠，使用维修方便，抗干扰性强等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。本设计便是选用第二种方式实现电梯控制的。最终完成了电梯控制系统中变频器和可编程序控制器的选择。电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分两部分组成。电力拖动部分（即主电路）由三相交流输入、变频驱动、曳引机和制动单元几部分组成。通过合理设计完成电梯的拖动任务。电气控制部分又称为控制电路，它是电梯控制系统的核心。本设计中由PLC作控制器，完成电梯的逻辑控制。用PLC控制变频器调速，PLC根据输入的轿内指令、响应信号、现行位置及其他相关信号，经运算后向变频器送去上行、下行、换速、平层等控制信号。最终实现电梯的信号全集选控制。2.1.2 电梯变频调速控制的特点随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的高速发展，交流变频调速技术也有了十分迅速的发展。其已成为当今节电, 改善工艺流程以及提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速凭借着优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果、广泛的适用范围及其它许多优势，而被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。近年来，电梯调速系统很多采用变频调速控制。主要原因在于变频器不但可以提供良好的调速性能，并能节约大量电能。电梯属位能负载，并且要求频繁起停。随着载客量多少的变化、上下行的变换，要求电动机在四象限内运行。更重要的是要满足乘客的舒适感和保证平层精度（即准确停车）。这些要求是变频器在电梯中应用的特殊之处。变频调速电梯的特点如下:（1）变频调速电梯使用的是交流电动机，与同容量的直流电动机相比具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。（2）变频调速电源采用先进的SPWM技术和SVPWM 技术，使电梯运行质量和性能有了明显的改善；由于变频调速为无极调速，调速范围宽，因此电梯乘坐的舒适感也有了大大提高。（3）变频调速电梯控制精度高，且具有良好的动态响应、动态品质和抗负荷干扰能力，已逐渐取代直流电机调速。（4）变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。2.1.3变频器原理电梯的舒适度无非是让人感觉电梯不那么快的骤停，这也就是我们为什么要引进变频器的原因。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。VVVF的全称是VariableVoltageVariableFrequency，意思是“变压变频”。VVVF电梯使用的是交流异步电动机,比同容量的直流电动机具有体积小、占空间少、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。调频范围广、控制精度高、动态性能好、舒适、安静、快捷,几乎可与直流电梯相媲美。电梯融入先进的微机技术,使其更趋于高性能、高精度、大容量、微型化、数字化、智能化,所控制的电梯以其舒适、高效、节能而与直流电梯相媲美、相竞争,最终取而代之。电梯运行优秀的舒适感一直是设计人员最终追求的目标，但是往往我们维修保养的电梯很难达到理想的运行舒适感，（电梯运行舒适感也是可以用数据来表示的，那就是电梯运行的振动分析，包括轿箱三个方向的振动水平。包括了：加速度，加加速度，最大振动峰值，噪音等指标）这些标准一般都很难达到。2.1.4 变频器的选型变频器选型时要确定以下几点：（1）采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。（2）变频器的负载类型；注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。（3）变频器与负载的匹配问题；电压匹配；电流匹配；转矩匹配。基于以上几点特别是第三点的转矩匹配，并保证电梯启动时平稳无冲击，无反向溜车，可减速平层控制，我选用的是松下 VFO 型变频器系列的变频器，在本次设计中并没有用到变频器的所有功能，所涉及的只是此系列变频器的最基本的方面，设定几个初值就可以了。端子 ON端子功能关联数据1频率设定用电位器接线端子（+5V）P092频率设定模拟信号的输入端子P093（1，2，4，5，6，7，8，9）输入共用端子4多功能模拟信号输出端子（05V）P58,595运行/停止、正转运行信号的输入端子P086正转/反转，反转运行信号的输入端子P087多功能控制信号 SW1 的输入端子P19,20,218多功能控制信号 SW2 的输入端子P19219多功能控制信号 SW3 的输入端子P192110开路式集电极输出端子（c:）P2511开路式集电极输出端子（e:发射极）P25A继电器接点输出端子 NO 点P26B继电器接点输出端子 NC 点P26C继电器接点输出端子 COM 点P26表2-1 变频器的端子功能2.2 可编程控制器（PLC）选择2.2.1 PLC控制电梯的特点PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为微处理器，实现通道的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种机械的生产过程。PLC具有抗干扰能力强，可靠性高；控制系统结构简单，通用性强；编程方便易于使用；功能完善；设计、施工、调试周期短；体积小，维护操作方便等特点。其在电梯控制中更具有如下特点：（1）采用PLC控制电梯，用软件实现对电梯运行的自动控制，使系统的可靠性大大提高。（2）去掉了选层器及大部分继电器，使得控制系统结构简单，外部线路简化。（3）采用PLC控制电梯具有极强的灵活性，系统可方便地增加或改变控制功能，实现各种复杂的控制要求。（4）PLC可进行故障自动检测与报警显示，使运行安全性得以提高，并易于检修。（5）可用于群控调配和管理，提高了电梯的运行效率。（6）更改控制方案时系统硬件接线可不改动。本设计轿厢位置检测利用旋转编码器实现。目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因此在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可利用PLC内置24V直流电源，硬件连接简单方便。用旋转编码器检测轿厢位置，要求可编程序控制器必须具有高数计数器。又因为电梯是双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数功能。综合考虑后，本设计选择了德国西门子（SIEMENS）公司S7系列SIMATIC S7-200第二代产品CPU22*系列。S7-200系列出色表现在以下几个方面：（1）极高的可靠性。（2）极丰富的指令集。（3）易于掌握。（4）便捷的操作。（5）丰富的内置集成功能。（6）实时特性。（7）强劲的通讯能力。（8）丰富的扩展模块。2.2.2 电梯PLC控制系统基本结构电梯PLC控制系统和其他类型的电梯控制系统一样，主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图3.1为电梯PLC控制系统基本结构框图。主要硬件包括PLC主机及扩展单元、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。输入接口输出接口PLC主机CPU 存储器井道装置安全装置指层器调速装置拖动装置轿厢操纵盘厅外呼梯盘门机系统图2-1 电梯PLC控制系统基本结构框图系统控制核心为PLC主机。操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器，向召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统等发出控制信号。2.2.3 电梯信号控制系统组成电梯PLC信号控制系统框图如图2-2所示。输入到PLC的控制信号有：运行方式选择（如自动、手动）、运行控制、安全保护信号、轿内指令、厅外召唤、开关门及限位信号、门区或平层信号等。输入接口PLC输出接口安全保护信号运行方式选择运行控制信号内指令信号外召唤信号光电脉冲信号开关门信号门区或平层信号拖动控制系统呼梯信号指示楼层指示运行方向指示开关门控制呼梯报警铃图2-2 电梯PLC信号控制系统2.2.4电梯控制系统原理框图电梯控制系统原理框图如图2-3所示，主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、起动运行线路、开关门控制线路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。图2-3 电梯控制系统原理框图2.2.4电梯控制系统功能电梯控制系统功能较多，根据实际要求的不同控制系统需实现的功能略有差异。本设计中电梯为6层变频调速全集选客梯设计，其可实现电梯控制系统的基本要求，具体实现的功能如下：（1）两台电机：一台作为拖动电机控制电梯上升和下降。另一台作为门机实现开关门控制。（2）电梯操作方式采用全集选，即登记所有厅门和轿厢召唤；上行时顺应答轿厢和厅门上召唤，直至最高层自动反向应答下召唤和轿厢召唤。（3）电梯具有自动运行、有司机运行、检修运行三种运行方式。（4）电梯到位后具有手动和自动开关门功能。（5）电梯对轿内指令信号、厅外呼梯信号具有记忆功能。并能及时对轿内和厅外召唤信号作出响应。（6）电梯内、外设有运行方向指示灯及楼层信号指示灯，以显示电梯运行位置。（7）电梯具有自动定向、自动换向等功能。（8）电梯具有满载直驶；超载停驶；端站强迫换速及其它安全保护等功能。2.2.5 电梯速度给定曲线电梯的工作特点是频繁起制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车抱闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止。要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。为了满足舒适感提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。根据大量的研究和试验表明，人可接受的最大加速度amax1.5m/s2，加速度变化率m3 m/s3，电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线的最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即+m跳变到-m或由-m跳变到+m的变化率，故很少采用。因梯形曲线容易实现并且具有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用。本设计便是采用此种梯形加速度曲线。采用梯形加速度曲线的电梯理想运行速度给定曲线如图2-4所示（图中a为加速度，v为速度）。a.v 0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 a v T 图2-4 电梯理想运行速度给定曲线2.3 PLC输入输出信号及系统选型2.3.1 PLC输入输出信号由于采用PLC作为逻辑控制部件，故变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟量。为了完成PLC选型，首先确定PLC的输入/输出点数。PLC需要的I/O点数随电梯层数的不同而不同。本设计中电梯为6层，按电梯各个功能部分分类统计，PLC的输入信号有：变频器与PLC通讯：变频器“运转”与“故障”信号共占2个输入点。运行方式选择开关：分为自动运行和手动操作两方面，共占2个点。轿内指令按钮：位于轿内的操纵箱上，每层各一个，6层共占6个输入点。门厅召唤按钮：位于电梯的厅门口，除顶层6层只有下召，底层1层只有上召外，其余每层均有上、下呼梯两个按钮，这样门厅召唤共占11个输入点。开关门：有厅门、轿门电气触点开关（用于保证电梯厅、轿门都关好，开关接通时才能运行）、开门限位开关、关门限位开关、手动开关门按钮，共占7个输入点。其他：有上/下极限开关、 平层感应信号共7个输入点。PLC的输出信号有：指示灯：1-5层的上召指示灯；2-6层的下召指示灯；轿内内选指示灯；轿内上/下运行指示灯共占21个输出点。电梯运行位置指示：电梯运行位置指示采用七段码显示，由PLC软件实现译码。 其他：上/下行接触器；开/关门继电器；平层停车继电器；综上可知，系统所有输入/输出均为开关量。共有开关量输入点 25个，开关量输出点22个。输入/输出信号及对应的电气符号如表2-2所示。表2-2 输入/输出信号及对应的电气符号表输入输出外呼按钮1上升I0.0KA1电机正传Q0.0外呼按钮2上升I0.1KA2电机反转Q0.1外呼按钮2下降I0.2上行指示Q0.2外呼按钮3上升I0.3下行指示Q0.3外呼按钮3下降I0.4开门指示Q0.4外呼按钮4上升I0.5关门指示Q0.5外呼按钮4下降I0.61外呼上升指示Q0.6外呼按钮5上升I0.72外呼上升指示Q0.7外呼按钮5下降I1.02外呼下降指示Q1.0外呼按钮6下降I1.13外呼上升指示Q1.1内呼按钮去1楼I1.23外呼下降指示Q1.2内呼按钮去2楼I1.34外呼上升指示Q1.3内呼按钮去3楼I1.44外呼下降指示Q1.4内呼按钮去4楼I1.55外呼上升指示Q1.5内呼按钮去5楼I1.65外呼下降指示Q1.6内呼按钮去6楼I1.76外呼下降指示Q1.71楼平层信号I2.0内呼按钮去1楼指示Q2.02楼平层信号I2.1内呼按钮去2楼指示Q2.13楼平层信号I2.2内呼按钮去3楼指示Q2.24楼平层信号I3.3内呼按钮去4楼指示Q3.35楼平层信号I3.4内呼按钮去5楼指示Q3.46楼平层信号I2.5内呼按钮去6楼指示Q2.5上下限位I2.6电梯内开门按钮I2.7电梯内关门按钮I3.02.3.2 PLC系统选型S7-200系列小型可编程序控制器，发展至今经历了两代产品。其第二代产品的CPU模块为CPU22*，是在21世纪初投放市场的。它的运算速度很快，且具有极强的通讯能力。其五种不同结构配置的CPU单元如下：（1）CPU221 本机集成6输入/4输出，I/O共计10点。无I/O扩展能力。程序和数据存储容量较少，有一定的高速计数处理能力，非常适合于少点数控制系统。（2）CPU222 本机集成8输入/6输出，I/O共计14点。和CPU221相比，它可以进行一定的模拟量控制和2个模块的扩展，因此是应用更为广泛的全功能控制器。（3）CPU224 本机集成14输入/10输出，I/O共计24点。和前两者相比，存储容量扩大了一倍，它可以连接7个扩展模块，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数处理能力，是使用最多的S7-200产品。（4）CPU226 本机集成24输入/16输出，I/O共计40点。和CPU224相比，增加了通讯口的数量，通信能力大大增强。它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。（5）CPU226XM 这是西门子公司后来推出的一种增强型主机，它在用户程序存储容量和数据存储容量上进行了扩展，其他指标和CPU226相同。由于系统所需开关量输入点25个，开关量输出点23个，系统I/O点数较多，S7-200系列PLC硬件系统的配置方式采用整体式加积木式，即主机包含一定数量的输入/输出（I/O）点，同时可以扩展I/O模块和各种功能模块。所以选用主机为CPU226（24入/16继电器输出）一台，再加上两个扩展模块EM223（8入/8继电器输出）。这样配置可以满足系统需求而且比较经济。整个PLC系统配置框图如图2-5所示。主机单元CPU226AC/DC继电器扩展单元EM223（A）AC/DC继电器图2-5 PLC系统配置框图2.4 PLC及扩展模块外部接线设计 2.4.1 PLC主机外部接线设计根据I/O地址分配进行PLC及扩展模块外部接线，PLC外部接线如图2-6所示，图2-6 扩展模块外部接线图2.4.2 电梯PLC系统控制电气设计电梯系统接线图如图2-7所示。图2-7 电梯系统接线图3 系统软件设计3.1 程序中使用的通用继电器及功能在本梯形图设计中使用了许多PLC内部通用继电器。所使用的通用继电器及功能如表3-1所示。表3-1 程序中使用的通用继电器及功能表有上升信号M0.0下降综合信号3M5.5有下降信号M0.2下降综合信号4M5.61楼上升记忆外呼M1.0下降综合信号5M5.72楼上升记忆外呼M1.1下降综合信号6M6.02楼下降记忆外呼M1.2上升记忆信号M6.13楼上升记忆外呼M1.3下降记忆信号M6.23楼下降记忆外呼M1.41层有效开门信号M6.34楼上升记忆外呼M1.52层有效开门信号M6.44楼下降记忆外呼M1.63层有效开门信号M6.55楼上升记忆外呼M1.74层有效开门信号M6.65楼下降记忆外呼M2.05层有效开门信号M6.76楼下降记忆外呼M2.16层有效开门信号M7.01楼平层M2.21层手动开门M7.12楼平层M2.32层手动开门M7.23楼平层M2.43层手动开门M7.34楼平层M2.54层手动开门M7.45楼平层M3.05层手动开门M7.56楼平层M4.16层手动开门M7.6内呼去1楼M4.21楼上升1M7.7内呼去2楼M3.32楼上升1M8.0内呼去3楼M3.42楼下降1M9.0内呼去4楼M3.53楼上升1M10.0内呼去5楼M3.63楼下降1M10.1内呼去6楼M3.74楼上升1M10.2内呼叫去1楼M4.04楼下降1M10.3内呼叫去2楼M4.15楼上升1M10.4内呼叫去3楼M4.25楼下降1M10.5内呼叫去4楼M4.36楼下降1M10.6内呼叫去5楼M4.4各层手动开门综合信号M12.0内呼叫去6楼M4.5已正常开关门记忆信号M24.0上升综合信号1M4.6上升综合信号2M4.7开门时间T37上升综合信号3M5.0关门时间T38上升综合信号4M5.1运行后不再平层时间T39上升综合信号5M5.2无人乘坐返回基站时间T41下降综合信号1M5.3下降综合信号2M5.43.2 控制梯形图的设计3.2.1 电梯控制系统实现的功能（1）轿内指令功能由司机或乘客在轿内控制电梯的运行方向和达到任一层。（2）厅外呼梯功能由使用人员在厅外呼唤电梯前往该层执行运送任务。由于都是利用主令元件（按钮）对电梯发出控制命令，因此轿内指令和厅外召唤控制环节有着基本相同的形式。一般以轿内指令优先。（3）减速平层功能电梯到达目的层前的某一位置时，能自动地使电梯开始减速，当到达目的层站平面时，能自动使电梯停止。（4）选层、定向功能当电梯接受的若干个轿内、厅外指令时，能根据电梯地目前状态选择最合理地运行方向及停靠层站。选向过程中一般实行顺向优先。及当电梯接受到多个指令时，把与当前运行方向相同的那些指令全部执行完毕，然后再执行与当前运行方向相反的指令。3.2.2 综合开关门有效信号程序图3-1 电梯开门综合有效信号梯形图当1-6层开门有效信号M6.3-M7.0任意一层有效的时候，则开门线圈Q0.4得电，当已正常开门中间继电器M24.0上电的时候或者开门时间到T37得电的时候则停止开门，当拽引电机没有启动，KA1拽引电机正转和KA2拽引电机反转没有得电的时候有手动开门信号I2.7的时候，则开门线圈的电，执行开门命令，当开门时间到T37的电的时候，Q0.4开门线圈断电，开门停止，开始关门。开门定时T37得电则开始关门，关门线圈Q0.5得电，执行关门命令并且关门定时器T38开始定时，定时时间到则关门停止，关门线圈Q0.5失电，当有手动开门信号的时候I3.0得电的时候并且拽引电机没有启动，KA1拽引电机正转和KA2拽引电机反转没有得电的时候，则关门线圈响应关门信号，并且手动