基于PLC的五层电梯控制系统

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 1\o"CurrentDocument"DesignofFive-storeyElevatorControlSystemBasedonPLC 1\o"CurrentDocument"第一章 引言 2\o"CurrentDocument"设计背景 2课题研究背景和意义 2\o"CurrentDocument"本文的研究目标 3\o"CurrentDocument"第二章 电梯的概述 4\o"CurrentDocument"电梯工作原理 4\o"CurrentDocument"系统控制方案设计 5 5控制方式的选择 5电梯控制系统的控制要求 5电梯控制系统总体方案的确定 6电梯控制系统的控制要求 5电梯控制系统总体方案的确定 6第三章系统硬件设计TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"电梯调速系统设计 8电梯的快速性要求 8电梯舒适度的要求 8\o"CurrentDocument"井道信号系统设计 9\o"CurrentDocument"电梯模型结构 9\o"CurrentDocument"硬件选型 11 11 13变频器的概述及选型 11 13位置检测元件的选型

TOC\o"1-5"\h\zPLC的概述及选型 16\o"CurrentDocument"电梯控制系统硬件电路设计 173.5.2门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路 19\o"CurrentDocument"PLC控制系统的系统配置及I/O地址分配 203.6.1I/O接口分配数 203.6.2．内部继电器分配 223.6.3轿厢位置显示 223.6.4五层电梯PLC3.6.1I/O接口分配数 203.6.2．内部继电器分配 223.6.3轿厢位置显示 223.6.4五层电梯PLC控制输入/输出口接线图 233.6.5电梯总体运行效果 2527第四章软件设计及程序的编写27TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"创建项目 27\o"CurrentDocument"程序的编写 27\o"CurrentDocument"程序的编译及调试 28\o"CurrentDocument"PLC控制电梯的逻辑关系 29\o"CurrentDocument"系统的程序设计 30\o"CurrentDocument"第五章程序的仿真及调试 49\o"CurrentDocument"仿真软件的选用 49\o"CurrentDocument"仿真软件的使用 49\o"CurrentDocument"5.3调试结果及其分析 52\o"CurrentDocument"5.4设计中遇到的问题解决方案 53总结 545556参考文献56摘要电梯不仅仅是高层建筑里的必备设施，在多层建筑里也是不可缺少的垂直运输工具。据此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5层5站电梯，使用西门子200可编程控制器，设计了电梯的控制系统。实现了电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯指令的记录、电梯运行方向和停靠的层站的控制，自动运行和自动开关门等功能。这种电梯控制系统应用于实际运行的电梯中，运行结果表明：电梯控制系统安全性和可靠性高，日常保养维护和故障检修方便，运行成本低。关键词：电梯；控制系统；可编程控制器；西门子200DesignofFive-storeyElevatorControlSystemBased

onPLCElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyLAIHong-yuAbstract:Theelevatorisnotonlythenecessaryfacilityinthehigh-risebuilding,butalsotheessentialverticaltransportmeansinthemulti—layeredconstruction.Thisarticleelaboratedtheelevatorstructure，thestructureandtheworkingprincipleoftheprogrammablelogiccontroller．Aimattheelevatorof5storeyand5stations，IdesignthiselevatorcontrolsystembytheuseofS7-200programmablelogiccontroller.Thesemodulesachievethefunctions：fingeringoutthelocationofthecabin，registeringtheinstructionsfromthecabinandthestationhall．choosingthedirectionandthestationofelevatorfollowtheseinstructions，operatingelevatoranddoorautomatically，andotherfunctions.Thiselevatorcontrolsystemappliesintheactualoperatingelevator．Theoperatingresultindicated：itssecurityandreliabilityalehigh,theroutinemaintenanceandthetroubleshootingareconvenient,theelevatoroperatingcostislow.Keywords:Elevator;controllersystem;programmablelogiccontroller;S7-200第一章引言随着科学技术和社会经济的发展，高层建筑已经成为现代城市的标志。电梯作为垂直运输工具，承担着大量的人流和物流的输送，在建筑物中有相当重要的作用。是现代城市生活中必不可少，且应用最广泛的垂直交通运输工具。1.1设计背景电梯是垂直运行的电梯（通常可简称为电梯）、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。伴随我国城镇化进程的加速，电梯已成为城镇居民生产、生活不可或缺的垂直交通工具，在提升公众的生产、生活效率与质量的同时，其安全工作也成为一项民生工程，其安全状况倍受公众与媒体关注。（一）安全形势总体平稳在电梯数量快速增加情况下，电梯事故稳中有降，保持了总体平稳的安全形势。从2005年开始，平均每年电梯事故起数在40起、死亡人数在30人左右。电梯万台事故率和万台死亡人数稳步下降，2010年电梯万台事故率0.26，万台死亡人数0.17，均小于特种设备平均水平，也小于锅炉压力容器等其他特种设备。（二）近年事故原因分类近年电梯事故中，违章操作引发的事故较为突出，事故中受到伤害的人员以普通乘客最多。•事故产生原因中，违章操作62.7%，设备缺陷22.7%，意外8.0%，非法使用设备6.6%。•事故中受伤害人员中普通乘客50%，维护保养人员13%，安装工人12%，电梯操作人员4%，其它包括保安等未经培训的人员21%。（三）电梯数量快速增长截至2010年底，全国在用电梯总数已经达到162.8万台，并以每年20%左右的速度高速增长，每年新增电梯数在30万台以上，占全球每年新增电梯总量的一半以上。上海、北京等几个城市在用电梯数量已超过10万台。目前，我国电梯年产量、电梯保有量、年增长量均世界第一。上海超过纽约成为全世界电梯最多的城市。1.21.2课题研究背景和意义电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全5倍。掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多”。目前，由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今已30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。PLC现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统。1.3本文的研究目标本次毕业设计以五层电梯作为控制对象，以PLC作为工具对电梯控制系统进行了设计。在设计过程中，对五层电梯的硬件部分作分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。然后，根据需要画出控制面板图，再根据控制面板图计算出I/O点数，确定所选PLC机型，选定变频器型号，画出连线图，然后在进行软件设计，写出控制系统的流程图，梯形图，写出语句。第二章电梯的概述电梯工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。电梯结构及分类(1)电梯的结构电梯的机械部分是电梯的躯体，同时电子电气是电梯的神经和大脑。机械部分与电子电气之间的有机结合，才能实现电梯的功能。它由曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、对重装置、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统等组成。电梯的结构如图2-1所示。(2)电梯的分类

电梯的分类非常丰富，根据使用性质、驱动方式、运行速度、有无司机、操纵控制方式等不同，有多种分类方法。控制和藏通寻曳弓I电机

主弓I蛇层门丽丝苑轿厢对重装置与轨图2-1电梯的结构系统控制方案设计控制方式的选择继电器和PLC都可以控制电梯的运行方式，但控制方法的不同会使得电梯具有不同的特点，如表2-1为PLC与继电器控制系统功能与特点的比较。表2-1PLC与继电器控制系统功能与特点的比较比较项目继电器控制PLC控制对生产工艺变化的适应性需进行重新设计与接线.适应性差只需对程序进行修改.适应性强控制功能的实现通过对继电器进行硬接线完成相应的控制功能对进行编程实现所需控制要求控制的实时性机械动作时间常数大，实时性差微处理器控制，实时性非常好复杂控创能力极差很强可靠性元器件多、触点多，容易出现故障采用大规模集成电路.绝大部分是软继电器，可靠性高柔韧性和灵差具有种类齐全的扩展单元，活性扩展灵活活性占用空间与安装控制柜体积大、笨重，安较施工工作量大体积小，重量轻，安装工作量小使用寿命易损、寿命短寿命长维护复杂、工作量大工作量小价格极低较高所以本系统最终能够选择以PLC控制电梯的运行方式。电梯控制系统的控制要求本设计主要设计一个五层层电梯控制系统，其主要控制要求如下：①开关门控制当某一楼层的电梯指示灯一直亮时，表示该层电梯正在进行开门、延时、关门的动作。为保证电梯运行的安全性，电梯的开关门信号和故障报警信号必须是互锁的，也就是说，当故障报警信号有效时，开关门信号都不会显示，同时楼层指示灯也不会亮。②内外呼叫控制一旦有乘客按下某层的呼叫按钮，该层相应的电梯指示灯就亮起来，不过不能立即开门。呼叫信号要一直保持到电梯到达该层后且呼叫信号的指示与电梯的运行方向相同时才会被撤消。③上下行控制电梯在每个楼层分别设置一个外呼按钮，电梯运行时楼层指示灯亮。但是上下行指示灯不能同时亮，各个楼层的指示灯也不可以同时亮。一个呼叫请求在完成之前如果收到另一个呼叫请求，则要判断两个呼叫请求是否是在同一个方向，如果是不再同一方向则不截车，反之则截车。在行车过程中，如果故障报警信号有效，则任何操作都无效，指示灯也不亮。在上下行期间，电梯的速度由变频器给定。电梯控制系统总体方案的确定本系统是主要由PLC、变频器、控制箱、显示器、曳引电动机组成的交流变频调速系统（简称VVVF）。通过PLC去控制电梯的运行方式，可以使得控制系统的可靠行更高，结构显得更加紧凑。本系统的硬件框图如图2-2所示。图2-2电梯控制系统框图从图2-2可以看出，该系统主要由两个部分组成，其中电梯控制的逻辑部分由PLC来实现。通过分析研究电梯的实际运行情况和控制规律，从而设计开发出电梯联动控制程序，使得PLC能够控制电梯的运行操作。电梯的调速部分则选用高性能的矢量控制变频器，实现鼠笼式曳引机电动机交流变频调速(VariableVoltageVariableFrequency,简称VVVF)运行。PLC首先接收来自电梯的呼梯信号、平层信号，然后根据这些输入信号的状态，通过其内部一系列复杂的控制程序，对各种信号的逻辑关系有序的进行处理，最后向直流门控电机、变频器和各类显示器适时地发出开关量控制信号，对电梯实施控制。在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随机性控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强，逻辑关系处理起来非常复杂，这就给PLC的编程带来很大难度。在PLC向变频器发出开关量控制信号的同时，为了满足电梯的要求，变频器又需要通过鼠笼式曳引电动机同轴连接的脉冲发生器和PG卡，对电动机完成速度检测及反馈，形成闭环系统。脉冲发生器输出脉冲，PG卡接收到脉冲以后，再将此反馈给变频器内部，以便进行运算调节。根据脉冲的相序，可判断出电动机的转动方向，并可以根据脉冲的频率测得电动机的转速。第三章系统硬件设计一个完整的控制系统总是包括硬件系统和软件系统,本章集中介绍电梯控制系统涉及到的硬件设计。本章给出了五层电梯的硬件设计包括电梯的调速系统、井道信号系统、电梯的硬件选型以及各硬件的参数设置。电梯调速系统设计电梯的快速性要求电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的。快速则可节省时间，这对于处在快节奏的现代社会中的乘客是非常重要的。快速性主要通过以下方法得到：①提高电梯额定速度V,则电梯的额定速度提高，运行时间缩短，达到为乘客节省时间的目的。②集中布置多台电梯，通过电梯数量的增加来节省乘客候梯时间。③尽可能的减少电梯起、停过程中的加、减速时间。上诉三种方法中,前两种需要增加设备投资,第三种方法通常不需要增加设备投资,因此在电梯设计时,应尽量采用第三种方法减少起、制动时间。但是起、制动时间缩短意味着加、减速度的增大,而加、减速度的过分增大和不合理的变化有将造成乘客的不舒适感。因此,对电梯又提出了舒适性的要求。电梯舒适度的要求电梯引起乘客生理不适主要是由于以下两点原因造成的：①由加速度引起的不适。人在加速上升或减速下降时，加速度引起的惯性力叠加到重力之上,使人产生超重感,各器官承受更大的重力；而在加速下降或减速上升时,加速度产生的惯性力抵消部分重力,使人产生上浮感,感到内脏不适,头晕目眩。考虑到人体生理上对加、减速度的承受能力，GB/T158-1997《电梯技术条件》中规定：“电梯的起制动应平稳、迅速,加、减速度最大值不大于1.5m/s2。”②由加速度变化率引起的不适。大量实验证明，人体不但对加速度敏感，对加加速度（或称加速度变化率）也比较敏感。我们用a来表示加速度，用P来表示加加速度，则当加加速度P较大时，人的大脑就会感到晕眩、痛苦，它的影响比加速度a的影响还严重。我们也称加加速度为生理系数，在电梯行业一般限制生理系数P不超过1.3m/s2。而促进电梯舒适度的途径有以下几种途径：①选用品质优良、稳定的曳引机曳引机是电梯运行的驱动装置，其性能直接关系到电梯运行的舒适感。曳引机的机械间隙对电梯的影响主要体现在电梯在加减速过程中，在电机速率发生变化时，电动运行和发电运行状态将发生切换，造成电梯的振动，极大地影响了电梯的舒适感。在电梯S曲线加减速过程中，一般各有一两次明显失重或者超重感觉，并伴随曳引机发出异响。另外，对于一些改造的双速旧梯用曳引机，由于多次高低速切换的巨大冲击，造成连接套轴中的橡胶垫片严重磨损，也会造成上述现象。因此，要想使得电梯具有良好的舒适性,必须选用品质优良、稳定的曳引机.曳引机功率的选择公式：N=QV(1-Y)/102W其中：W为电梯机械传动效率；Y为电梯平衡系数：Q为电梯的额定载重量；V为电梯的额定速度。在计算电梯曳引机功率后再预留20%〜30%的功率。②选用品质优良的驱动电机在保证曳引机质量的前提下，与曳引机配套的电机的性能也直接关系到电梯的起制动过程的性能，问题主要表现为启动舒适感的好坏。如果电机的启动转矩大，在电梯松闸的时刻产生的倒溜就会很小。③选用性能优良的变频器异步电机矢量控制是完全基于电机参数的矢量控制，因此电机参数必须能够进行自动学习。否则，取得不了优越的性能。因此，首先必须选用能够进行电机参数自学习的变频器。其次，变频器必须具有零速150%以上的转矩输出，可以保证良好的启动和停车舒适感。另外，需要非常好的过载能力，110%的额定负载，必须连续运行，特别对于高层电梯，需要满载运行超过30S以上的，更要考虑这一点。井道信号系统设计(1)电梯位置的确定与显示轿厢内的乘客与门厅中等待电梯的乘客需要知道电梯目前所在位置,电梯要确定是否能够响应新的召唤指令及何时减速平层制动，这些都需要明确电梯当前的准确位置。通常电梯系统的位置信号是靠设置在井道中的位置开关来实现。(2)轿厢的平层与停车轿厢运行后需要确定停车楼层，平层是指停车时轿厢底与门厅地面齐平，不过在实际中无法达到百分之百的精确，通常都有平层误差规定。平层停车过程需在轿厢底与所停楼层的地面相平之前开始，先要开始减速，然后再制动，以减小冲击，提高平层停车的精确度和乘客的舒适感。电梯模型结构（1）电梯层门的显示电梯层门是为了确保乘客安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门。图3-1为电梯层门示意图。电梯层门旁装有消防按钮、上行召唤按钮和下行召唤按钮（最底层只有上行召唤按钮、最高层只有下行召唤按钮）,并有召唤登记指示灯。层门上方装有LED数码管，用以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。红色圆圈是消防按钮，向下按导致X10接通。按下该按钮的同时向左转是消防关门开关，X14触点闭合，电梯门关闭；向右转是消防开门开关，X11触点闭合，电梯门打开。呼梯按钮按下时，相应的按钮变成青绿色，表示该呼梯按钮已按下。电梯楼层显示采用7段LED数码管显示，图中显示电梯目前处于三楼的位置。电梯运行方向用红色箭头表示，图中箭头向上表示电梯正处于上行状态中

♦二3♦固n①图3-1电梯层门示意图电梯轿厢内控制屏回回■nh

n目图3-2轿厢内控制屏示意图硬件选型变频器的概述及选型(1)变频器的概述上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程。这期间变频器的容量不断增大、体积越来越小、功能越来越多也更加的智能化，使得变频器的应用领域不断扩大。(2)变频器的选型★变频器容量计算变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。设电梯曳引机电机功率为P1，电梯运行速度为v，电梯自重为W1，电梯载重为W2，配重为W，重力加速度为g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P:TOC\o"1-5"\h\z3 2P=[(W+W—W)g+F卜 (3-1)2 1 2 3 1其中F=K(W+W-W)g+5为摩擦力，5可忽略不计。1 2 3电机功率P1,变频器功率P应接近于电机功率P1,相对于P2留有安全裕量，可取Py1.5P。2★变频器制动电阻参数的计算由于电梯为位能负载，电梯运行过程中会产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能。虽然带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器能够将再生能量回馈电网，但造价太高。如果采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低且具有良好的使用效果。能耗制动电阻Rz的大小应使得制动电流工作时的值不超过变频器额定电流的一半，即I=UR<I/2 （3-2）1 01Z其中U0为额定情况下变频器的直流母线电压.由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。★变频器的选型电梯的调速除了对一般的工业控制的静态、动态性能的要求外，其舒适度的指标通常也要考虑。本设计中保证电梯按理想的给定速度曲线运行并保证舒适感的关键是电梯的拖动调速系统。考虑以上各种因素，本设计最终选用由佛山市特飞龙机电设备有限公司生产的价格为1020元的欧姆龙小型变频器ORMON3G3JZ-AB0151.5KW变频器三相变频器。图3-3欧姆龙小型变频器ORMON3G3JZ-AB0151.5KW变频器INlnlplvs肿It)3.4.2位置检测元件的选型轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。位置检测方法主要有如下几种：⑴用干簧感应器或其它位置开关干簧感应器如图3-4所示。1-干簧管；2-常闭触点；3-转换触点；4-常开触点；5-永久磁铁；6-隔磁图3-4干簧感应器干簧感应器就是在U型槽的两侧分别放置干簧管与永久磁铁。当隔磁板没有插入U型槽内时，那么磁场作用下的常闭触点2、3闭合；隔板插入U型槽时，永久磁铁磁场经过隔磁板和空气间隙形成闭合磁路。那么，在簧片的弹性作用下，触点2、3常开，4则闭合。于是根据电梯的控制要求，可将传感器安装在轿厢的顶部，隔磁板固定于井道相应位置的导轨上。采用这种方法具有直观、简单的优点，但是因为每层都需要一个感应器，当楼层较高时，就会占用过多的PLC输入点。⑵用双稳态磁保开关该方法需要对磁保开关的不同状态进行编码，较麻烦。双稳态磁保开关如图3-5所示。

图3-5双稳态磁保开关图3-5双稳态磁保开关目前的PLC一般都具有专用计数单元或高速脉冲输入端,所以为获取电梯运行的准确位置，可采用编码器。编码器可以直接与PLC高速脉冲输入端相连，利用PLC内置24V直流电源作为其电源。编码器实物和原理如图3-6所示。4"LTLrLrLrLrLFLn_nLrB-LTLrLrLrLrLTLrLrLr， n 图3-6旋转编码器实物图及工作原理旋转编码器是一种旋转式测量装置，安装于被测轴上并随被测轴一起转动，用来测量转动量（主要为转角），并将其转换成数字形式的输出信号。电梯的轿厢所处的位置及运行速度用码盘来检测，检测所得的位置及速度作为位置反馈信号和速度指示信号。旋转编码器的转轴与曳引电动机转轴直接相连，当电动机转动时，编码器输出与转动量对应的脉冲数，通过累积脉冲数可以直接计算出轿厢对应的位置行程，从而确定电梯运行时轿厢所处的楼层位置，进而确定出换速点、开门地点、到站停车点等。由于本文是五层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置，如图3-7所示:图3-7电梯的平层、停层装置示意图3.4.3PLC的概述及选型(1)PLC的概述PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算式运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC具有以下特点①高可靠性，强抗干扰能力②配套齐全、功能完善、适用性强③重量轻、体积小、能耗低④系统设计、建造的工作量小，维护方便，易改造⑤学用容易，深受欢迎。(2)PLC的选型本系统按照5层电梯进行设计，根据控制要求，共需输入点数33点，输出点数29点，考虑大约12%的裕量，故最终选择西门子S7-200系列CPU226PLC为主机，并配以EM223DC24V数字量16输入/16输出扩展模块。CPU226的输入/输出点数为24入/16出，EM223为16入/16出，形成输入点数共4。点，输出点数32点，满足系统要求。如图3-8为PLC实物图。图3-8PLC实物图电梯控制系统硬件电路设计本控制系统是采用ORMON3G2」旷型变频器和西门子S7-200型PLC组成的频调速电梯控制系统，电气控制硬件框图如图3-9所示。图3-9控制系统框图它由曳引电机、门电机、变频器、可编程控制器PLC及其他电气元件构成。电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器。电路的逻辑部分由PLC来实现，PLC接受来自现场的呼叫、转速、楼层、位置等信号。发给调速系统的速度信号、门机的开关门信号、楼层显示及呼叫显示信号。交流双速电梯的主电路图中M1为YTD系列电梯专用双速笼型异步电15KW的电动机（6/24极）；专用型双速笼型异步电动机；KM1、KM2为电动机正、反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或者低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗和电阻，当KM1或者KM2与KM3通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1,电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电机转为低速接法，接入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6-KM8依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接触全部断电释放，抱闸抱死，电梯停止运行。如图3-10所示

图3-10电梯拖动电路电路图门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路图3-11为电梯的门机、抱闸、门锁及安全运行电路。门电动机为他励直流电动机，可由KM9、KM10控制其正反转。KM9接通时，电阻R2与电动机电枢并联，电流由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门，压下SQ8时，R2部分被短接，实现开门调速。KM10接通时，电动机将反转，实现关门，并由SQ9、SQ10与R3一起实现关门调速。当电梯上下运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。电梯停止运行时，抱闸应抱死，其线圈应断电。将所有厅、轿门开关串联在一起，控制门锁继电器KA1,实现全部门关闭后电梯才能运行的控制。将安全窗开关、安全钳开关、限速器开关、轿内急停开关、上下强迫停止开关、基站开关梯开关以及热继电器触点FR1、FR2串联在一起，构成安全回路，控制安全运行继电器KA2，ffiKA2的触点控制PLC的RUN口，只有当该KA2吸合时，才允许PLC处于运行状态。这样可以节省PLC的输入口，又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。如图3-113-11所示:图3-11门机、抱闸、门锁及安全运行电路PLC控制系统的系统配置及I/O地址分配口本系统为5层电梯设计，根据控制要求，共需输入点数33点，输出点数29点，考虑10%-15%的裕量，故最终选择西门子S7-200系列CPU226PLC为主机，配以EM223DC24V数字量16入/16出扩展模块。CPU226s输入/输出点数为24入/16出，EM223为16入/16出，共形成输入点数40点，输出点数32点，满足系统要求，其地址编号如图3-12所示。II II0……0 0……0 0 00……0£?0.0-^0.7 0.0-0.7 02.0-^210EM223CPU226（m） （扩展模块）/0.0-/05Z1.0-/1J/2.0-/2.7 J3.O—/3.7/4.0-/J.7・・・・・・（2?■■■■■■2）（2?・・・・・・ （2） 5图3-12PLC主机、扩展模块I/O分配PLC输入信号有：外呼按钮、内选按钮、感应器输出信号、限位开关、轿厢开/关按钮、手动开关等。输出信号有：外呼信号指示、内选信号指示、电梯上下行信息楼层显示信息、变频器控制信号、语音提示信号等。输入/输出信号的具体分配如表3-1所示。3.6.1I/O接口分配数表3-1I/O接口分配表输入接口名称与作用输出接口名称与作用I0.0门锁Q0.0上行I0.1自动Q0.1下行I0.2检修Q0.2高速I0.3开门Q0.3低速I0.4关门Q0.4上行指示I0.5上行启动Q0.5下行指示I0.6下行启动Q0.6一层层楼指示

I0.7基站Q0.7二层层楼指示I1.0开门到位Q1.0三层层楼指示I1.1关门到位Q1.1关门I1.2上行限位Q1.2启动加速2I1.3下行限位Q1.3制动减速1I1.4一楼内选Q1.4制动减速2I1.5二楼内选Q1.5制动减速3I1.6三楼内选Q1.6开门I1.7四楼内选Q1.7启动加速1I2.0五楼内选Q2.0四层层楼指示I2.1一楼感应器Q2.1五层层楼指示I2.2二楼感应器Q2.2一层内选记忆灯I2.3三楼感应器Q2.3二层内选记忆灯I2.4四楼感应器Q2.4三层内选记忆灯I2.5五楼感应器Q2.5四层内选记忆灯I2.6上平层感应器Q2.6五层内选记忆灯I2.7下平层感应器Q2.7一楼上呼记忆I3.0一楼上行Q3.0二楼上呼记忆I3.1二楼上行Q3.1三楼上呼记忆I3.2三楼上行Q3.2四楼下呼记忆I3.3四楼上行Q3.3二楼下呼记忆I3.4二楼下行Q3.4三楼下呼记忆I3.5三楼下行Q3.5四楼下呼记忆I3.6四楼下行Q3.6五楼下呼记忆I3.7五楼下行Q3.7报警I4.0一楼智能判断Q4.0AI4.1二楼智能判断Q4.1BI4.2三楼智能判断Q4.2CI4.3四楼智能判断Q4.3D

I4.4五楼智能判断Q4.4EI4.5超重Q4.5FI4.5超重Q4.5FI4.6自动开门Q4.6G3.6.2．内部继电器分配表3-2I/O接口分配表楼层信号产生与消除环节M1.0〜M1.7停层信号登记与消除环节M2.0〜M2.7外呼信号登记与消除环节M3.0〜M3.7定向环节M4.0〜M4.7停层信号环节M5.0〜M5.7起动、稳速运行、制动减速环节M6.0〜M6.7 M7.0〜M7.7开关门环节继电器M0.0〜M0.7 M8.0〜M8.7轿厢位置显示若要接入轿厢显示电路，由于本系统的接口基本已用完，可以再加一个EM2238点24DC输出型的数字输出扩展模板。采用七段数码管，它是将数码管分布在同一平面内，由若干发光二极管或液晶体组成各种数字管。在七段码显示电路中，对数码管的输入管脚A、B、C、D、E、F、G送入24V电源，则相应的区段就会被点亮，控制可编程控制器的端子Q4.0、Q4.1、Q4.2、Q4.3、Q4.4、Q4.5、Q4.6闭合或断开就可以控制数码管相应段的亮与灭，以组成相应的数值。图4.21显示电路

表3-1I/O接口分配表七段数码显示数值与管脚关系楼层七段数码输出（Q4.0）（Q4.1）（Q4.2）（Q4.3）（Q4.4）（Q4.5）（Q4.6）1(M1.0)01100002(M1.1)11011013(M1.2)11110014(M1.3)01100115(M1.4)1011011五层电梯PLC控制输入/输出口接线图W.0[04QD-COC-LQ0.2E0.2ED.3ro.4EU.58taj[i.nEl.ttl.E133r.5[l.Gfl."?ca.iwwPD.3皿不PD.5QsD.&CsD.7Ql.D[2.3[E.4[2.5[2.6Ql.l&1.&0】・3EtQ1.5[£i7[3.0口IE01.7KM1KMmKM2KM4<M：n<M&KM7美门白才细蛇1wutKMEKM1^KM11”上陋ai擀k4$91---■—2SB2——ns踹4rFhr-^-4sae5SBE□uwwKR1仁*!”学3i™rkH^-4aUNhKR45・TtEX RkR!5ma日」-Cx>-[3.1[G,2EM223Q3.C哈PE.E「11nD三Wc--d[3,4njB且|上一r[3.5HE—np£[3,€『匚足[3,7Q2.7□3rC4.CLcO1[4,1G?3cE4.2IkJ।亡L=4.-3口旦q[4,4H5-_iDie[48503..■青仁目is■力律1SB图3-14五层电梯PLC控制输入/输出口接线图电梯总体运行效果图3-15为电梯运行实例流程图。电梯的初始位置在底层，底层有乘客按下外呼按钮欲上二层，同时，一层有乘客欲到底层，按下“一层下呼按钮”，二层有乘客欲到三层，按下“二层上呼按钮”，三层有乘客欲到底层，按下“三层下呼按钮”，四层有乘客欲到五层，按下“四层上呼按钮”，五层有乘客欲到三层，按下“五层下呼按钮”。电梯在运行过程中，按照同一方向的呼叫能够相应截车，反方向的呼叫不截车的原则。下区里仃低:养「茄】便起*军卦浦“聊世式底星Wftffl环陶冗门新期H傕蚓小神任JM四庭乘葫加1，找liR内遗技tl--F'fe-U播赭对1糊新，上行好£•Y.乘客@J■BiXA■kL■a■■irustrwftil也门网开关lii.'.fl陋*题渊顿发出泊位K.嘱.二星书东年■一i一,假卜吓用校诃，叫至底4-精席上行,一！&小.叫R方乘客为，:*it1,,..：tJi层与聋等栉£；三层,：f历羽由指启八MIft：；；泌犬，ji：柑林，阳沾I夏出踊i机耀尊*一方理的直接到到一层；号辆的甲I-到":柔笑肃林五族集建注厢,帙・可内选技W图3-15为电梯运行实例流程图第四章软件设计及程序的编写创建项目新建文件，设定PLC类型，如图4-1所示:百誓3T-小-疝百1EE=!町・H«L曰》云。n后TE*TEHFT[W百誓3T-小-疝百1EE=!町・H«L曰》云。n后TE*TEHFT[W口岸uJJ阖却J闰断冷世■CPJHBflELffillid匝相型OJRRI0G1It_FSIH01tiROlUiMi.O-iNTaja口牙话表*-JCJ相寸滑■3总福心±iTi%鳍%中卜"O"()Miufuuzlquwali-l门-?H廿b-FlS*+*.«■•)图4-1项目的创建程序的编写单击左侧树中的程序块，打开程序块中的分支，单击树枝中的主程序，在主程序窗口中输入编写的电梯程序，如图4-2所示：

国同白kn殳自.国内日1障第粒性■CFVJWRCL0201逑程序i上O_L^I.'-01：OnRR_D|S£Rni口则TJJ晒坳■皿存三*国同白kn殳自.国内日1障第粒性■CFVJWRCL0201逑程序i上O_L^I.'-01：OnRR_D|S£Rni口则TJJ晒坳■皿存三*工：ml才不不J-索，於文父外网-炉盘廿三田向导■写上鼠：，山帽4+41口QHM.ifc.TICLAD15-ii6»।H7»•1B*8!映1LH-现幻眄3-xi2sH，M泗i"酒神丁旬用M史山淳自*“以-皿中助amJ建冏WMt.二1；他任.工堂1程神・」aJUU-ltff-型字轩国现第；1料aOmWHM1Q2JK■若HK，1审H门「宜国El口南萨「1■开值了门二五门二/ 鼻蛇।卜跖：J储偎的H：omu-uin?同速1图4-2程序的输入程序的编译及调试当程序编写完成后，要进行验证编写的程序是否有错误，当然最好是分开进行，减少错误量，例如先编写LED显示模块，进行调试，再编写开关门程序，再调试等。所有的程序编写完成后再统一调试，并下载到模型机里面进行联机调试。如图4-3所示:■Wipr山一"MWI，oPHhH"iJBf11*iUHKSlftflDiBiMPSW5»q■Wipr山一"MWI，oPHhH"iJBf11*iUHKSlftflDiBiMPSW5»q■船台-adniirir+用■■mgs.4*»nuiFTkmIW■■rLH**upBl0VTiiB■KiK■"IB1Lrr4I—1图4-3程序的编译及联机调试PLC控制电梯的逻辑关系.开始时，电梯处于任意一层；.当有外呼梯信号时，电梯响应该外呼信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时1。秒后自动关门;当有内呼梯信号时，电梯响应该内呼信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时1。秒后自动关门。行车方向主要由内呼信号决定，同一顺序优先行车；.在电梯运行过程，即电梯的上升或下降途中，对任何反方向的下降或上升的外呼信号都暂不响应。但是如果收到反向外呼信号前没有其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼信号;行车途中若遇到的呼梯信号是与行车方向相同的，则响应该信号并截车，反之不截车；.具有最远反向外呼信号响应功能。例如:电梯在一楼，二层向下外呼信号、三层向下外呼信号、四层向下外呼信号、五楼向下外呼信号同时发出，则电梯先去五楼响应四层向下外呼信号；.内呼信号和外呼信号都有记忆功能，在任务执行后该记忆会自动消除；.信号灯指示内呼信号、外呼信号、行车方向、行车所达楼层位置；.停层时可以对自动开门和手动开门进行延时，在关门过程中，若有外呼信号，则该外呼信号和本层同向时电梯开门，反之不开；同时若关门动作已执行完毕，遇到任何外呼信号都不开；.有内呼信号时自动关门延时，关门后延时自动行车；.无内呼信号时延时1。秒自动关门,但不会自动行车只有内呼信号响应时才可行车;.电梯未平层或运行时，不能手动开门或本层呼梯开门，开门按钮和关门按钮也都暂时不起作用。只有电梯平层且停止运行后，开关门按钮才能起作用。.出于安全考虑在电梯关门的过程中，若有人或物夹在两门的中间，电梯重新开门。目前大多数电梯采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，已达到重新开门的目的。.30s不运行自动返回一楼。13.过载或超重时发生报警。4.5系统的程序设计.电梯楼层的显示2.轿厢内楼层按钮的选择3.门厅上下按钮的选择程百段L工：标题:|r1JT_1_丁ia17上£1H■:一耳口-i立J旨% 川I出ILiI叩•--「1JT刈.-.-.0」干1为飞—总向」卞；1‘七—O厅一上一一后向上指金〜厅一上一J.：I司上指爰上J.：I司上指爰上，电梯至“一居.■O_E.由用村二

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居〜■、.*,5一电梯向上「修士a4.电梯停层信号的选择

20：布题：20：布题：句一孤层n.51”五层指

令，“电梯到一K.3

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三-1/1-K.4■蒯四三~|-■0.5 1L5饨梆到五 农初五m炉 层■+—M ()-E.7"五房问下指令’程声段如：标题:电梯不在楼层中，在楼就卬。"电梯到一次电梯到二"电梯到三"电梯到四"电梯到石"电梯商开

层" 层* 层‘ 层‘ 层次 楼层"H/I 1/1 1/1 1/1 1/1 f)-I.运行，启动，制动减速Kl_Nmvai,』二-■37*小”LLLI一I可上跑寸四一KL.7台操速指令出■3.近“向上到五*向下李才西层‘1三」1、李“五信一Q0.Q0.2电机快速”TI程序段34二标题:注释:X3.0电梯快速 Q0-3指令小 口电机慢速一I 1/—

.电梯运行方向程序本程序的自动选项功能主要由电梯的上行条件和下行条件两部分组成，其中，电梯满足以下条件时上行。(1)电梯在一层，且有二层外呼下指示，二层外呼上指示，二层内呼指示，三层外呼下指示，三层外呼上指示，三层内呼指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，四层内呼指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。⑵电梯在二层，且有三层外呼下指示，三层外呼上指示，三层内呼指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，四层内呼指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。(3)电梯在三层，且有四层外呼下指示，四层外呼上指示，四层内呼指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。(4)电梯在四层，且有五层外呼下指示，五层内呼指示。⑸电梯在一层时，无论什么情况均上行；同理，电梯在第五层时无论什么情况均不上行。

同样，当满足以下条件，且不满足电梯上行条件时，电梯下行。⑴电梯在一层，且有负一层上呼指示，负一层内呼指示。(2)电梯在二层，一层外呼上指示，一层内呼指示，负一层上呼指示，负一层内呼指示。(3)电梯在三层，二层外呼上指示，二层外呼下指示，二层内呼指示，一层外呼上指示，一层外呼下指示，一层内呼指示，负一层上呼指示，负一层内呼指示。⑷电梯在四层，三层外呼上指示，三层外呼下指示，三层内呼指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，二层内呼指示，一层外呼上指示，一层外呼下指示，一层内呼指示，负一层上呼指示，负一层内呼指示。(5)电梯在五层时，无论什么情况均满足下行条件，同理，电梯在负一层时，无论如何均不会下行。

济解在二层时，下万河I乎相后号，电梯下行7.电梯运行方向显示程序设计当电梯正常运行时显示装置会显示当前电梯的运行方向。电梯运行方向显示程序。F要有吁梯信号，匹仃方向就三显不M6.0M67Q2.5(〕M6.0M67Q2.5(〕Q2.6<)口3.3Q3.2Q3.1Q2.7Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q15Q1.6Q1.7Q2.08.电梯自动运行停层时的开门程序设计，电梯在运行至平层位置，电梯应开始开门出于安全考虑在电梯关门的过程中，若有人或物夹在两门的中间，电梯重新开门。目前大多数电梯采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，已达到重新开门的目的。

9.数码管楼层显示M1.1cJM1.2M1.3k-11.5M1.1cJM1.2M1.3k-11.5当电梯到达2、3、5层时，M1.1、M1.2、M1.4常开触点闭合，令Q4.0得电。当电梯到达1、2、3、4层时，M1.0、M1.1、M1.2、M1.3开触点闭合，令Q4.1得电。当电梯到达1、3、4、5层时，M1.0M1.2、M1.3M1.4常开触点闭合，令Q4.2得电。当电梯到达2、3、5层时，M1.1、M1.2、M1.4常开触点闭合，令Q4.3得电。当电梯到达2层时，M1.1常开触点闭合，令Q4.4得电。当电梯到达4、5层时，M1.3、M1.4常开触点闭合，令Q4.5得电。当电梯到达2、3、4、5层时，M1.1、M1.2、M1.3、M1.410.30s不运行自动返回一楼n.超重报警第五章程序的仿真及调试仿真软件的选用采用s-200汉化仿真v2.0对程序进行仿真。仿真软件的使用（1）仿真软件界面介绍如图5-1所示；槿捌中.忖特倒崎 靠一 b17槿捌中.忖特倒崎 靠一 b17图5-1仿真软件的介绍（2）在STEP7Micro/Win中编辑好梯形图。（3）利用File/Export命令将梯形图程序导出为扩展名为awl的文件。（4）如果程序中需要数据块，需要将数据块导出为txt文件。（5）启动仿真程序。输入密码6956。（6）利用Configuration/CPUTape选择合适的CPU类型。如图5-2所示（仿真软件不同类型的CPU支持的指令略有不同，某些214不支持的仿真指令226可能支持）

5EMEN55M*7ICS7.2CI3IffiJ^gOBL[oI回送!WI0123^15£7 0TCPUT^-pe■北询n宜**nnititftftiiit5EMEN55M*7ICS7.2CI3IffiJ^gOBL[oI回送!WI0123^15£7 0TCPUT^-pe■北询n宜**nnititftftiiit北□123用£67DIZ34 5S701ofkamEfinotL鼻q二k±-.<e- -Nmrt:1■■SiJ.»c:tarBjiElltypaLab♦oj-tlmeivi.i1thli-ha3pr«--iE!2fl5fi12fl-fl2121212122222222&UUUUUUUu加UJ'urUJ-urUJ'urUJ'l'l-图5-2CPU类型的选择（7）程序加载选择仿真程序的Program/LoadProgram命令，打开加载梯形图程序窗口如图5-3所示，仅选择LogicBlock（梯形图程序）和Data（数据块）。（8）点击Accept按钮，从文件列表框分别选择awl文本和文本文件，如图5-4所示。策-S7„2O0程京CE] ELC皂示的M•咫如CPU224■黑..WHOPDb1网南 r画皂S 重ISMB1 1 0 ]I I图5-3程序加载窗口河侬一gMjjg|「升w]■*I交H£■f■住上sen麻工方W1图5-4梯形图文件选择（9）点击工具栏中卜按钮，进行仿真。观察。如图5-5所示霞卫・ 一_ —F_酩曲用备用闲国界匐F住中（口）。否is距①［匚1plch京cm修助rij图监1I-―HWLKOPDB