基于PLC的电梯控制系统设计毕业论文

1、编号 淮安信息职业技术学院淮安信息职业技术学院 毕毕业业论论文文 题 目 基于 PLC 的电梯控制系统设 计 学生姓名徐强 学 号 系 部电气工程系 专 业机电一体化技术 班 级 指导教师薛岚 顾问教师揭志远 二九年六月 摘摘 要要 随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可 少的代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力 提高电梯系统的性能，保证电梯的运行高效节能又安全可靠。传统的电梯控制 系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命 短，占地空间大，正逐步被淘汰。可编程控制器由于具有可靠性高、功能强大 等特点已经成为电梯微

2、机控制系统的核心。 本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对 三层三站电梯，使用西门子 S7-200 PLC 和仿真软件设计了电梯的运行控制监控 系统。电梯的输入信号有 3 个轿内指令、厅外上、下召唤信号、用 3 个行程开 关来代替电梯的位置信号。输出信号有上行和下行、位置指示灯和轿厢内指令 信号指示灯。控制系统可以完成信号的登记和消除、自动选层和定向自动控制 功能。阐述了 PLC 的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研 究并提出了基于 PLC 电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容 进行了总结与展望。 关键词关键词：电梯 S7-200PLC

3、梯形图 A Abstractbstract With the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indispensable means of transport of daily life. The quality of the lift performance of the impact on peoples lives becoming more and more obvious, it must strive to improve the

4、 performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. The traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that

5、occupying a large area of space，it being eliminated gradually. Programmable controller with high reliability, powerful features has become the core of microcomputer control system of elevator. Based on the elaboration of the elevator structure and structure and working principle of programming contr

6、oller, according to the three layer three Creator, the elevator control system design using Siemens S7-200PLC.The input signal of the 3 elevator car instruction, hall, apposition signal call signal, with three travel switches instead of the elevator. The output signal has the up link and down link,

7、position indicator lights and car lamp. The control system can complete the signal registration and eliminate automatic layer selection and directional automatic control function. It has elaborated the advantages and characteristics of PLC, analyzes the hardware design and software design of the ele

8、vator, and puts forward the design scheme based on PLC elevator control system, finally the research contents of this thesis are summarized and prospects. Keywords:elevator S7-200PLC control system 目目 录录 摘摘 要要.I ABSTRACT .II 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 课题的研究背景及意义.1 1.2 电梯的国内外发展状况.2 1.3PLC 在电梯控制中的应用以及发展前景 .2 1

9、.4 课题研究的内容.4 第二章第二章 电梯概述电梯概述.5 2.1 电梯的定义.5 2.2 电梯的种类.5 2.3 电梯的结构及组成.7 第三章第三章 PLC 简介简介.10 3.1PLC 的基本工作 .11 3.2 自诊断程序.11 3.3 梯形图设计规则.11 第四章第四章 三层电梯三层电梯 PLC 控制系统硬件设计控制系统硬件设计.13 4.1 控制要求.13 4.2 主要硬件选型.14 4.2.1PLC 选型 .14 4.3 三层电梯曳引电机及门电机电路图.14 4.3I/O 分配表 .15 4.4 外部接线图.15 第五章第五章 三层电梯三层电梯 PLC 控制系统软件设计控制系统软

10、件设计.17 5.1PLC 的编程语言 .17 5.2STEP 7 概述 .17 5.2 程序设计常用方法.18 5.3 软件设计流程及描述.19 5.4 梯形图程序设计.21 第六章第六章 总结与展望总结与展望.28 致致 谢谢.29 参考文献参考文献.30 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题的研究背景及意义课题的研究背景及意义 电梯是安装在建筑物内的一种交通工具，是为了满足人们对于垂直运输的 需要而建立的。在现代社会，电梯就如同汽车、轮船一般不可或缺。有关资料 显示，在美国，每年乘坐其它交通工具的人数约为 80 亿人次而乘坐电梯的人数 达到 540 亿人次之多。如今，电梯的使用情况已成为

11、衡量现代化发展程度的一 种标志，从某种意义上说，电梯也成为研究一个城市中居民生活状态的最完美 空间。 电梯作为，种公共交通工具，安全性能显得尤为重要，因为只有安全运行 才能够使乘客对电梯产生信任感。事实上，电梯的设计方面已采用了多种安全 保护措施，据美国一家保险公司对电梯安全性的一项调查和计算显示，乘电梯 要比走楼梯安全 5 倍。随着高层建筑的不断出现，人们对电梯系统的性能要求 也越来越高，不单单是安全性，还包括舒适度等方面。从研究电梯交通系统的 统计特性到研究电梯交通系统的动态特性，人们在电梯控制系统中利用了各种 技术来提高系统的运行效率。 社会生产力的不断发展带动了人类文明的高速发展，特别

12、是 20 世纪 70 年 代以后，高层建筑在世界范围内得到的迅猛发展，极大地促进了电梯技术的改 良和革新。近半个世纪以来，电梯技术从原始的模型升降机发展到能满足人类 需要的高级智能化电梯。 最初的电梯是由司机操作控制的，然而这样不但浪费人力还很浪费财力。 于是，为了解决这个问题，便在旅馆和住宅楼里采用了简易的自动控制方式来 控制电梯。它的优点是可以不利用人力便可自动记住呼梯信号以响应最先呼叫 的乘客的需求，不过这种控制方式却无法同时记住多个呼梯信号，这就造成电 梯的使用不方便、效率低于人力操作效率的缺点。为了解决这一问题，后来便 出现了集选控制，该控制很好地解决了原先那种简易的自动控制不能记住

13、多个 呼梯信号的问题并且还具有能在运行方向上依次进行响应的特点。 电梯的拖动技术经历了直流电动机驱动到交流单速电动机驱动、交流双速 电动机驱动、交流调速调压控制及后来的交流调速调频调压控制的几个阶段， 这几个阶段的发展使电梯控制技术得以不断成熟。70 年代，尤其从 1973 年开始， 电梯控制柜的控制电路逐步从模拟电路向数字电路发展，数字技术的运用明显 地提高了电梯运行的可靠性和精准度。80 年代，随着大功率晶体管模块的问世 及微机和数字调节模块的逐渐成熟，人们利用脉宽调节(PWM)技术来控制换流器 以实现对电梯中交流电动机进行调压调频并达到线性调速的目的。自 80 年代中 期，调压调频控制的

14、电梯相继由美国奥的斯、日本三菱等公司开发出来并逐步 推向市场。到了 90 年代，调压调频拖动技术得到较快发展，其许多技术、经济 指标明显优于其他电梯控制系统。 1.2 电梯的国内外发展状况电梯的国内外发展状况 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

15、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，目自口进入了“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

16、年产量达到 13.5 万台，与 1980 年相比，25 年增长了 59 倍，产量每年平均增长 17.8。2005 年安装验收电梯台，截至 05 年底，我国 的在用电梯总数已达台。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、同本三 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

17、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。 1

18、.3PLC 在电梯控制中的应用以及发展前景在电梯控制中的应用以及发展前景 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

19、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。 随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此 停止下来，仍在不断地进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。 电梯是载人的机电设备，要实现“绿色” ，也就是强调电梯更舒适、更安全地为 人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。 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。我们这罩所说的智能化电梯

20、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

21、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

22、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

23、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

24、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 课题研究的内容课题研究的内容 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

25、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： 首先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。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。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。然后是系统硬件开发，完成了 PLC 的选型、I/O 点数分配与 PLC 的连

26、接。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。 最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。 第二章第二章 电梯概述电梯概述 2.1 电梯的定义电梯的定义 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

27、，各大电梯公司现在在其电梯表面 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。电梯见图 2-1 所示。 图 2-1 电梯 2.2 电梯的种类电梯的种类 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大致如下： 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

28、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，

29、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

30、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，常见有 轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。

31、信号控制电梯：这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

32、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的结构及组成。 2.3 电梯的结构

33、及组成电梯的结构及组成 电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人 的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使 电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大部分为电力拖动、 钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向 系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑 功能控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯的基本结构见图 2-2 所示 图 2-2 电梯的基本结构 1.曳引系统 电梯的曳引系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由曳 引机，曳引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电

34、梯的运行提供动力，由 电动机，曳引轮，连轴器，减速箱和电磁制动器组成，曳引钢丝的两端分别连 轿厢和对重，依靠钢丝绳和曳引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用 是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。 2.导向系统 导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动 自由度， 使得轿厢和对重只能沿着导轨座升降运动。 3.门系统 门系统由轿厢门，层门，开门，联动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口， 由门扇，门导轨架等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢 和层门的动力源。 4.轿厢系统 轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿 厢架是轿

35、厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁和斜杆组成。轿厢体由厢底， 轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。 轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。 5.重量平衡系统 重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。 对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与 对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。 6.电力拖动系统 电力拖动系统由拽引机电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成， 它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置采 用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。

36、速度反馈系统 是为调速系统提供电梯速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电 机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。 7.电气控制系统 电梯的电气控制系统由控制装置、操纵装置、平层装置和位置显示装置等 部分组成。其中控制装置是由轿箱内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯 的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。 8.安全保护系统 安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。 机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作 用，还有切断总电源的极限装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节 中都有体现。 第三章第三

37、章 PLCPLC 简介简介 可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术 和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、 灵活通用与维护方便等一系列的优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣 环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力、机械等领域 获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。 可编程控制器的工作原理： 当 PLC 运行时，用户程序中众多的操作需要执行。但 CPU 是不能同时执行 多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。由于 CPU 的运算 处理速度较高，使得外部出现的结果从宏观上来看几乎是同时进行的

38、，这种分 时操作的过程叫做 CPU 对程序的扫描。 扫描丛 0000 号存储地址所存放的第一条用户程序开始，再无中转或跳转的 情况下，按存储地址递增的方向顺序逐条扫描用户程序即执行，直到程序结束。 每扫描完一次程序，就构成一个扫描周期。然后再从头开始扫描，并周而复始 地重复。 顺序扫描的工作方式简单，简化了程序设计，并为 PLC 的可靠运行提供了 可靠的保障。一方面，所扫描的程序被执行后，其结果马上就可以被将要扫描 到的指令所利用；另一方面，还可以利用 CPU 设置的定时器来监视每次扫描是 否超过规定的时间，从而避免了由于 CPU 内部故障使程序进入死循环而造成故 障的影响。可编程控制器工作过

39、程图见图 3-1 所示。 图 2-2 可编程控制器工作过程图 3.1PLC 的基本工作的基本工作 (1)输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态； (2)执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容 进行逻辑运算； (3)输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行 发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完后，又重 新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC 的扫描周期通 常为几十毫秒。 3.2 自诊断程序自诊断程序 每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和 CPU 等进行诊断，诊断的

40、方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状 态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。此 时，PLC 立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。 诊断结束后，如无故障，PLC 继续扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果 有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、 出错信息送给编程器显示等。 处理完通信后，PLC 继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输 出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。PLC 就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停 电、出现故

41、障等才停止工作。 3.3 梯形图设计规则梯形图设计规则 （1）触点的安排 梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。 （2）串、并联的处理 在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最 上面。在有几个并联图回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的 最左面。 （3）线圈的安排 不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。 （4）不准双线圈输出 如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。 这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。 （5）重新编排电路 如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再

42、进行编程就比较容易。 （6）编程顺序 对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开 始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。 第四章第四章 三层电梯三层电梯 PLCPLC 控制系统硬件设计控制系统硬件设计 4.1 控制要求控制要求 电梯由安装在各楼层门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内 容为电梯运行方向。电梯轿箱内设有楼层内选按钮 S1S3，用以选择需停靠的 楼层。L1 为一层指示、L2 为二层指示、L3 为三层指示，SQ1SQ3 为到位行程 开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向 的呼叫均无效。例如，电梯停。 在由一层运行至

43、三层的过程中，在二层轿箱外呼叫时，若按二层上升呼叫 按钮，电梯响应呼叫；若按二层下降呼叫按钮，电梯运行至二层时将不响应呼 叫运行至三层，然后再下降，响应二层下降呼叫按钮。 电梯位置由行程开关 SQ1、SQ2、SQ3 决定，电梯运行由手动依次拨动行程 开关完成，其运行方向由上升、下降指示灯 UP、DOWN 决定。 例如：闭合开关 SQ1，电梯位置指示灯 L1 亮，表示电梯停在 1 层，这时按 下三层下呼按钮 D3，上升指示灯 UP 亮，电梯处于上升状态。断开 SQ1、闭合 SQ2，L1 灭、L2 亮，表示电梯运行至二层，上升指示灯 UP 仍亮；断开 SQ2、闭 合 SQ3，电梯运行至三层，上升指

44、示灯 UP 灭，电梯结束上升状态，以此类推。 当电梯在三层时（开关 SQ3 闭合） ，电梯位置指示灯 L3 亮。按下轿厢内选 开关 S1，电梯进入下降状态。在电梯从三层运行至一层的过程中，若按下二层 上呼 U2 与下呼按钮 D2，由于电梯处于下降状态中，电梯将只响应二层下呼，不 响应二层上呼。当电梯运行至二层时，电梯停在二层，当电梯运行至一层时， 一层内选指示灯 SL1 灭，下降指示灯 DOWN 灭，上升指示灯 UP 亮，电梯转为上 升状态，响应二层上呼，当电梯运行至二层时，上升指示灯 UP 灭。见表 4.1 所 示 每当到达楼层若电梯门指示灯不闪烁则继续前进，否则执行电梯门开关动 作。 表

45、4.1 电梯的工作要求 输 入输 出序 号 原停层呼叫层运行方向运行结果 113升上升到 3 层停，这期间经过 2 层时不停 223升上升到 3 层停 333停呼叫无效 412升上升到 2 层停 续表 4.1 4.2 主要硬件选型主要硬件选型 .4.1.1PLC 选型选型 选用的 S7-200 型 PLC 的主模块为 CPU226，其开关量输出为 16 点，输出形 式为 AC220V 继电器输出；开关量输入 CPU226 为 24 点，输入形式为+24V 直流输 入。由于实际中需要模拟量输入点 1 个，模拟量输出点 1 个，所以需要扩展， 扩展模块选择的是 EM235，该模块有 4 个模拟输入

46、(AIW)，1 个模拟输出(AQW)信 号通道。输入输出信号接入端口时能够自动完成 A/D 的转换，标准输入信号能 够转换成一个字长(16bit)的数字信号；输出信号接出端口时能够自动完成 D/A 的转换，一个字长(16bit)的数字信号能够转换成标准输出信号。 .4.1.2 变频器的选型变频器的选型 变频器是本系统控制执行机构的硬件，通过频率的改变实现对电机转速的 调节，从而改变出水量。变频器的选择必须根据水泵电机的功率和电流进行选 择。本系统中要实现监控，所以变频器还应具有通讯功能。根据控制功能不同， 通用变频器可分为三种类型：普通功能型 U/f 控制变频器、具有转矩控制功能 的高功能型

47、U/f 控制变频器以及矢量控制高功能型变频器。供水系统属泵类负 载，低速运行时的转矩小，可选用价格相对便宜的 U/f 控制变频器。由于本设 计中 PLC 选择的西门子 S7-200 型号，为了方便 PLC 和变频器之间的通信，我们 选择西门子的 MicroMaster440 变频器。它是用于三相交流电动机调速的系列产 522停呼叫无效 632降下降到 2 层停 711停呼叫无效 821降下降到 1 层停 931降先升到 2 层暂停，这期间经过 2 层时不 停 1012、3升先升到 2 层暂停 2s 后，在升到 3 层停 1121、3降下降到 1 层停 1223、1升上升到 3 层停 1332、

48、1降先降到 2 层暂停 2s 后，在降到 1 层停 14任意任意任意各楼层间运行时间必须小于 10a 否则自动 停车 品，由微处理器控制，采用绝缘栅双极型晶体管作为功率输出器件，具有很高 的运行可靠性和很强的功能。它采用模块化结构，组态灵活，有多种完善的变 频器和电动机保护功能，有内置的 RS-485/232C 接口和用于简单过程控制的 PI 闭环控制器，可以根据用户的特殊需要对 I/O 端子进行功能自定义。快速电流 限制实现了无跳闸运行，磁通电流控制改善了动态响应特性，低频时也可以输 出大力矩。MicroMaster440 变频器的输出功率为 0.75-90KW，适用于要求高、 功率大的场合

49、，恰好其输出信号能作为 75KW 的电梯电机的输入信号。另外选择 西门子的变频器可以通 RS-485 通信协议和接口直接与西门子 PLC 相连，更便于 设备之间的通信。 4.3 系统硬件设计系统硬件设计 .4.3.1 主电路设计主电路设计 根据设计要求，图中 M1，M2 为曳引电机和门电机，交流接触器 KM1、KM2 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。 FR1、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。电气控制系统主回路原理图见图 3-1 所示。 4.3I/O 分配表分配表 I/O 分配表如表 4.2 所

50、示。 表 4.2 I/O 分配表 图 4-2 电气控制系统主回路原理图 4.4 外部接线图外部接线图 外部接线图如图 4-2 所示。 图 4-3 外部接线图 本设计的 PLC 外部接线图如图 5 所示。CPU226CN 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，CPU226CN 的输 出继电器触点容量为 2A，电压范围为 530V（DC）或 5250V（AC） 。 名称名称输入信号输入信号输入点输入点名名 称称输出信号输出信号输出点输出点 三层内选按钮SB1I0.0三层指示灯HL3Q0.0 二层内选按钮SB2I0.1二层指示灯HL2

51、Q0.1 一层内选按钮SB3I0.2一层指示灯HL1Q0.2 三层下呼按钮SB4I0.3电梯上升指示灯KM1Q0.3 二层下呼按钮SB5I0.4电梯下降指示灯KM2Q0.4 二层上呼按钮SB6I0.5三层内选指示灯HL6Q0.5 一层上呼按钮SB7I0.6二层内选指示灯HL5Q0.6 三层行程开关SQ3I0.7一层内选指示灯HL4Q0.7 二层行程开关SQ2I1.0开门指示灯HL7Q1.0 一层行程开关SQ1I1.1关门指示灯HL8Q1.1 开门按钮SB8I1.2 关门按钮SB9I1.3 第五章第五章 三层电梯三层电梯 PLCPLC 控制系统软件设计控制系统软件设计 5.1PLC 的编程语言的

52、编程语言 PLC 程序是 PLC 指令的有序集合，PLC 运行程序就是按一定的顺序，执行这 集合中的一条条指令。指令是指示 PLC 动作的文字代码或图形符号。使用的编 程语言不同，这些文字代码和图形符号就不相同。但从本质上来讲，指令的实 质都是二进制机器码。同普通的计算机一样，PLC 的编程软件通过编译系统把 PLC 程序编译成机器代码。 PLC 提供了功能较为完整的编程语言，以适应 PLC 在工业环境中的应用。利 用 PLC 的编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计 和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序” 。 PLC 的编程语言一般有五种：顺序功能图(Se

53、quential Function Chart)、 梯形图(Ladder Diagram)、功能块图(Function Block Diagram)、指令表 (Instruction List)和结构文本(Structured Text)。其中，顺序功能图(SFC)、 梯形图(LD)、功能块图(FBD)是图形编程语言，指令表(IL)和结构文本(ST)是文 字语言。梯形图(LD)是目前使用最广泛的 PLC 图形编程语言，梯形图与继电器 控制系统的电路图相似，比较易于掌握、程序表达清楚。 本系统 PLC 程序的编制采用梯形图语言，编程软件为 STEP 7。该软件能够 完成制作程序、对可编程控制器

54、CPU 的写入/读出、监控程序运行、调试程序、 PLC 错误诊断等一系列功能。 5.2STEP 7 概述概述 STEP 7 是用于 SIMATIC 可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是 SIMATIC 工业软件的组成部分。有下列版本的 STEP 7 标准软件包： 1.用于 SIMATIC S7-200 上简单单站应用的 STEP 7 Micro/DOS 和 STEP 7 Micro/WIN。 2.用于使用带有各种功能的 SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATIC M7-300/M7- 400 和 SIMATIC C 7 的 STEP 7： 可通过选择 SIMATIC 工

55、业软件中的软件产品进行扩展 为功能模板和通讯处理器赋值参数 强制和多处理器模式 全局数据通讯 使用通讯功能块的事件驱动数据传送 组态连接 STEP7 编程软件允许结构化用户程序，可以将程序分解为单个的自成体系的 程序部分从而使大规模的程序更容易理解，可以对单个的程序部分进行标准化 程序组织简化，修改更容易系统的调试也容易了许多在 7s 用户程序中可以使用 如下几种不同类型的块: 组织块(OB)是操作系统和用户程序的接口它们由操作系统调用，并控制循 环和中断驱动程序的执行，以及可编程控制器如何启动。它们还处理对错误的 响应组织块决定各个程序部分执行的顺序用于循环程序处理的组织块 OB1 的优 先

56、级最高。操作系统循环调用 OB1 并用这个调用启动用户程序的循环执行。 功能（FC）属于用户自己编程的块功能是“无存储区”的逻辑块 FC 的临时 变量存储在局域数据堆栈中，当 FC 执行结束后，这些数据就丢失了。 功能块（FB）属于用户自己编程的块功能块是具有“存储功能”的块，用 数据块作为功能块的存储器(背景数据块)传递给 FB 的参数和静态变量存在背景 数据块中，背景数据块(背景 DB)在每次功能块调用时都要分配一块给这次调用， 用于传递参数。 系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)是 STEP7 为用户提供的己编程好的程序 的块，经过测试集成在 CPU 中的功能程序库 SFB 作为操作

57、系统的一部分并不占 用程序空间，是具有存储能力的块，它需要一个背景数据块，并须将此块作为 程序的一部分安装到 CPU 中。 5.2 程序设计常用方法程序设计常用方法 在工程中，对 PLC 应用程序的设计有多种方法，这些方法的使用，也因各 个设计人员的技术水平和喜好有较大的差异。现将常用的几种应用程序的设计 方法简要介绍如下。 1.经验设计法 经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上， 根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于 一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。经验 设计法的具体步骤如下： 确定输入/输出电器； 确定输入和输出点的个数、选择 PLC 机型、进行 I/O 分配； 做出系统动作工程流程图； 选择 PLC 指令并编写程序； 编写其它控制控制要求的程序； 将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程 序。 2.逻辑设计法 工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。而继电 器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1” 两种取值的逻辑代数设计电气控