PLC在电梯控制系统中的应用

1、 毕业设计（论文）题 目： PLC在电梯控制系统中的应用 系（院）： 专业：电气自动化技术 姓 名： 学号： 指导教师： 职称： 讲师 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三菱公司的可编程控制

2、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。关键字 PLC 电梯设计 控制系统- 23 -目录第1章 绪论 1 1.1课题研究的背景 1 1.2电梯控制系统研究的现状 1 1.3 论文的主要内容 2 第2章 PLC的概述 3 2.1 PLC组成及特点 3 2.2 PLC的工作原理 4 2.3 PLC的编程语言 5 2.4 PLC在电梯上的应用 5 第3章 硬件设计 7 3.1硬件配置简介 7 3.2电梯控制系统 7 3.3 电气控制系统框图 9 3.4 输入输出的分配 9 第4章

3、 软件设计 11 4.1程序流程图 11 4.2电梯定向逻辑 12 4.3四层电梯的梯形图设计 14 第5章 系统调试 19 5.1 硬件部分调试 19 5.2 软件部分调试 19 第6章 结论 20 致谢 21 参考文献 22 第1章 绪论1.1课题研究的背景电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。电梯作为一种较为复杂的机电一体化设备，它由多许机械构件和电子、电气、大规模集成电路组成的微型计算系统及声、光控制部件所组成。那么电梯到底有哪些功能呢？我们从按下电梯的按钮到完成电梯的运行并走

4、出电梯轿厢，实际上已包含了电梯的许多功能，如：电梯的定向选层、电梯的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车、开关门。还有检修功能、安全保护功能、消防功能、楼层显示等。从电梯控制统的实现方法分，电梯的控制系统经历了继电器控制、可编程序控制（PLC）、单片微机控制、多微机控制多种形式。继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式，有控制逻辑线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往接触不良，所以电梯故障高，众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制发生了限大的变化，因为微机

5、在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器，整个系统更加可靠，灵活性更加提高，功能大增强了。但微机的集成度高，功能项目固化，一般维修人员及工程人员修改或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生厂家或用专用的工具。可编程序控制器取代继电器构成的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小最主要的是可编程序控制系统的"可编程"功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可。而PLC的编程语言需不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点一般维修及工程人员都能掌握,PLC电梯控制系统比较适用于小高层的楼房。1.2电梯控制系

6、统研究的现状电梯的出现大大方便了人们的生活。随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有越来越广泛的应用，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。随着经济的高速发展，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，这使得交流变频调速电梯控制系统已经进入一个崭新的时代。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运

7、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；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。在改

8、善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。 1.3 论文的主要内容在电梯的控制中其控制量多、逻辑性强、随机性大是其主要特点，对于PLC控制设计来说，电梯控制系统具有很强的实用性和典型性，研究、分析电梯的逻辑关系，进而实现控制，对于理解和学习PLC都具有很好的意义。控制电梯运行的PLC系统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开

9、关门，升降，加、减速，平层，起动、制动控制。要求其达到结构简单、运行效率高、平层精度高、使其能够易于理解与掌握。第2章 PLC的概述2.1 PLC组成及特点PLC的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部分及外部设备组成。除了硬件系统外，还需要软件系统的支持，它们相辅相成，缺一不可，共同构成PLC。PLC的软件系由系统程序和用户程序两大部分组成。PLC能如此迅速发展，除了工业自动化的客观需求外，还因为他具有许多独特的优点。他较好到解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。以下是其主要特点。（1）编程方法简单易学（2）功能强，性能价格比高（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性

10、强（4）可靠性高、抗干扰能力强（5）系统的设计、安装、调试工作量少（6）维修工作量小，维修方便（7）体积小、耗能低1.硬件的可靠性可编程控制是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制系统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、灵活通用与维修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、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业的三大支柱之一。一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。PLC的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部件及外部设备组成。各部分之间通

11、过内部系统总线进行连接。CPU是PLC的核心部分，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作，它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。PLC的对外功能主要是通过各类接口模块的红外线，实现对工业设备和生产过程的检测和控制。PLC的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、质量轻、效率高、抗干扰性能好。路串一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。2.编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前大多数PLC均采用的梯形

12、图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。3.接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接

13、口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。4.可连接为控制网络系统式通传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为5002500m；另一类为高速网络，采用令牌传信，PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方送方式通信，传输速率为1M10Mbps，传输距离为5001000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。5.易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电

14、器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF

15、，还可写编程指令来报告故障。PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。2.2 PLC的工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理是基本一致的。他通过执行用户程序来实现控制任务。但是，在时间上，PLC执行的任务是串行，与继电接触器控制系统中任务的执行有所不同。PLC采用循环扫描工作方式。在程序执行过程的周期中，程序对各个过程输入信号进行采样，对采样的信号进行运算和处理，并把结果输出到生产过程的执行机构中。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入

16、PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。对于慢速控制

17、系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。2.3 PLC的编程语言PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程语言，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的硬接线线路，这就是所谓的“可编

18、程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC提供的编程语言通常由三种：梯形图、指令表、功能图等。梯形图(LAD)编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的。梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。指令表（STL）编程语言类似于计算机中的助记符语言，他是可编程控制器最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。顺序功能流程图（SFC）

19、编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。使用它可以对具有并发、选择等复杂的系统进行编程。许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。2.4 PLC在电梯上的应用随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以微处理器为核心组成的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。很多工厂的生产流水线、加工设备、船舶上货物的装卸装置、电梯的运行等都由PLC控制，只要把预定的控制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据输入各种指令，经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。 PLC

20、在电梯中的应用也已很成熟。PLC作为主控制器，一方面要采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面要把采集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯的运行。我们利用PLC内的条件跳转和主控指令，把对电梯的控制程序划分为几个程序段：检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段。当给电梯送电时，PLC就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是否接通、厅门轿门是否关闭、电梯处在何种状态。正常自动状态时，PLC检测门

21、锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时，进入待机状态，此时一收到指令信号电梯即起动。当电梯到达减速楼层时, PLC程序是仿照继电器控制理念进行编制。第3章 硬件设计3.1硬件配置简介PLC产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领域的欢迎。特别是中小容量PLC成功取代了传统的继电控制系统，使得控制系统的可靠性大大提高。目前各国生产的PLC品种繁多，发展速度快。本文所用到的产品是S7-200系列的PLC作系列电梯的。在此简单的介绍该机型。S7-200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视

22、输入状态，改变输出状态以达到控制目的。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7-200成为各种控制应用的理想解决方案。它集成6 输入/4 输出共10 个数字量I/O 点，无I/O 扩展能力。拥有6K 字节程序和数据存储空间，4 个独立的30kHz 高速计数器，2 路独立的20kHz 高速脉冲输出以及1 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包

23、括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。3.2电梯控制系统电梯模拟系统如下图3-1所示： 图3-1 电梯系统控制模拟图3.3 电气控制系统框图 电气控制系统框图如图3-2所示:101112345输 出 PLC 西门子S7-200 输 入 9876 图3-2输入与输出输出为：1、电动机；2、上下行接触器；3、快慢速接触器；4、位置指示；5、门锁。输入为：6、轿内指令；7、厅外指令；8、门区感应；9、手动开关门；10、楼层感应。PLC系统部分完成所设定的控制任务所需要的PLC规模主要取决于控制系统对输入，输出点的需求量和控制过程的难易程度3.4 输入输出的分配表3-1输入点分配表序

24、号名称输入点0一层行程开关I0.01二层行程开关I0.12三层行程开关I0.23四层行程开关I0.34四层呼叫按钮I0.45三层呼叫按钮I0.56二层呼叫按钮I0.67一层呼叫按钮I0.78手动开关按钮I1.69手动关门按钮I1.710红外传感器I2.211红外传感器I2.3表3-2输出点分配表序号名称输出点0一层指示灯Q0.11二层指示灯Q0.22三层指示灯Q0.33四层指示灯Q0.44电动机正传指示灯亮Q0.55电动机反转指示灯亮Q0.66开门电机正传Q0.77开门电机反转Q1.0I/0接线图图3-3 I/O接线图第4章 软件设计4.1程序流程图 图4-1程序流程图4.2电梯定向逻辑电梯的

25、定向是根据电梯的上行请求信号、下行请求信号、电梯轿箱内请求信号、电梯当前所处位置等信号来确定电梯继续运行的方向。电梯的定向是电梯控制中的重要逻辑。在以往电梯的定向逻辑中，一般都是将电梯各个层的上、下行请求信号、电梯轿箱内楼层请求信号、电梯当前楼层信号等综合到一条或几条语句中进行判断。这样一来，当楼层数目比较大时，每条语句的编程元件很多，不可避免的带来程序复杂，容易出错，调试麻烦，运行速度慢等问题。以下提出的用逻辑运算指令来进行电梯定向的方法可以比较好的问题。状态转换方式：电梯的方向只有上升、下降2个方向，但电梯也可能由于没有任何的上升或者下降请求信号而处于停止状态。在电梯的方向处理过程中，电梯

26、只能在上升状态和停止状态或者下降状态与停止之间转换，例如当电梯由上升状态转为下降状态时必须先由上升状态转换为停止状态以后再由停止状态转为下降状态。这样的处理方式对电梯的运行是很有意义的，以往的电梯控制系统中，当电梯响应完某个方向上的所有信号后，若所有剩余的信号都是反方向的，电梯立刻改变方向，此时，在原方向前方若出现新的呼叫信号，电梯将不会立刻应答，只是记忆该呼叫信号，而去响应换向后的方向上的呼叫信号，这样既不符合电梯选层的优先原则，又不能有效的节约能源。采用图5.1所示的状态转换方式，电梯在响应完某个方向上的所有信号后并不是立刻反向，而是保持该状态等待一段时间后进入停止状态，然后再反向响应相反

27、方向的呼叫信号。对保持时间进行合理的选择，完全可以做到既不会使得电梯的换向过程显得迟钝，又能有效的响应同方向的由于电梯的上升与下降状态之间需要通过“停止状态”该中间状态来转换，故在电梯的方向判断逻辑中需要考虑以下几种情况:(1)电梯处于上升状态在该状态下，当前楼层的上面有上升请求，当前楼层的上面有下降请求或者电梯轿箱内请求在当前楼层的上面，3个条件有1个和多个成立时，电梯继续处于上升状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。(2)电梯处于下降状态在当前楼层的下面有下降请求，当前楼层的下面有上升请求或者电梯轿箱内的请求在当前楼层的下面时，电梯继续处于下降状态;当以上3种

28、条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。(3)电梯处于停止状态在当前层之上有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的上面则置电梯为上升状态;相反，若在当前层之下有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的下面则置电梯为下降状。4.3四层电梯的梯形图设计第5章 系统调试完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。5.1 硬件部分调试根据电气接线图安装接线，PLC实际接线时，还应考虑到以下几个方面：(1) 应有电源输入线，通常为220V、50HZ交流电源，允许电源有一定的浮

29、动范围。并且必须有保护装置，如熔断器等。若是干扰较强或对可靠性要求很高的场合，应在PLC的电源输入端加装带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。(2) 输入端子八个为一组，公用一个COM端。PLC应单独接地，不要和其他电器元件共用接地线，接地线面积应大于2mm²,并尽可能靠近PLC。(3) PLC输出端接有线圈和电磁阀等感性元件时必须加保护电路，例如并接阻容吸收回路（对于交流电源）或续流二极管（对于支流电源）。5.2 软件部分调试用编程工具将用户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、下载、调试、运行，直至运行正确。1.编辑及编译打开梯形图编辑器将程序输入电脑。程序输入完成后，用CPU的下拉菜

30、单或工具条中编译快捷按钮对程序进行编译，编译后在显示器下方的输入窗口显示编译结果，并能明确的指出错误的网络段，可以根据错误的提示对程序进行修改，然后再编译，一直到编译无误。2.程序下载程序编译成功后，单击标准工具条中下载快捷按钮打开文件菜单，选择下载项，弹出对话框，经选定程序块、数据块、系统块等下载内容后，按确认按钮将选中内容下载到PLC的存储器上。3.程序监视及运行调试当PLC工作方式开关在TERM位置时还可用STEPMICRO/WIN32的菜单命令或快捷按钮都可以对CPU工作方式进行软件设计。使用程序编辑器还可以在PLC运行监视程序执行的过程和各元件的状态及数据，打开调试菜单选中程序状态。这时闭合触点和通电线圈内部颜色变蓝。在PLC的运行工作状态随输入条件的改变、定时及计数过程的运行，每个扫描周期的输入阶段将各个期间的状态刷新，同时还可以动态显示各个定时、计数器的当前值，以便在线动态观察程序的运行，出现错误易于发现更改。经过系统各方面的调试，系统运行正确。说明该设计合理。第6章 结论本系统主要以PLC为核心，利用PLC强大的控制功能，实现了利用可编程控制器控制电梯的功能，具有接线简单，扩展容易等特点。当电梯的功能增加时，硬件上只需增加行程开关输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较