基于PLC的多层电梯控制系统仿真设计

PAGE16第1章绪论1.1课题研究目的及意义由于城市建设的发展，愈来愈多的高级小区开始出现，这使得电梯在当今的日常出行当中变得日益重要。事实上，电梯的动作依赖于外界的指令和内在的控制原理，它们属于一种人与机器协同的智能化操作。由于传统的电梯操作逻辑管理电路极易故障、动作复杂、费时长久、占据较多的内容，为了更好地实现智能化运作，许多电梯都改为采用更先进的智能化技术，如智能化程度更高的自动化程度、更先进的智能化程度、更先进的智能化程度以及更先进的智能化程度，来实现更高效的智能化运作。由于技术的进步，传统的电梯系统正面临着日益严峻的挑战。因此，提高电梯的可靠性、降低其运行费用以及满足公共需求，正受到广泛的重视。近些年来，由于社会的飞速发展，PLC驱动的电梯控制系统已经取得了巨大的突破。这种新型的PLC具备了出色的可靠性、便捷的操作、快速的开发时间，大大提升了扶梯的安全性、效率、操作便捷度，并具备了许多其他的监控功能，为用户提供了全面的服务。由于PLC控制技术的先进，它已被应用于扶梯的方方面面，并且拥有许多其他传统继电器控制方式无法比拟的优点，从而大大提升了扶梯的运行效率和精确度。PLC作为当今工业控制的三大基石，凭借它的可靠性、强大的逻辑控制、紧凑的尺寸、实用的控制程序、便捷的远程连接、灵活的接入方式、快捷的数据处理、精确的定点控制、先进的智能控制系统，大大替换了传统的继电一触控制系统。PLC技术的普及，不仅仅限于机械设备建筑、化学品、原油、冶金、轻工、电子、纺织、粮食、交通，而且还被认可，它的普及程度及其影响力，使其成为衡量我国工业发展的关键指标。1.2电梯控制系统研究现状当今社会，由于我们的发展和技术的提高，许多建筑的层数也愈来愈多，而电梯就像是这些建筑的核心，它们的重要性无与伦比，是人们出行的必备设备，也是城市居民出行的重要手段。由于世界国民经济的恢复，中国的发展和城市化的加快，使得对电梯的消费量大幅攀升，这一趋势得益于中国的多种复杂的政策和社会环境，包括但不限于国民经济、社会、文明进步、科技进步、政治稳定、社会和文明进步。随着科技的飞速发展和政府的大力支持，中国的电梯产品和服务已经取得了惊人的成就，使中国的电梯技术在全球处于领先地位。80年以来，中国的楼梯交易市场迎来了爆炸式的增长，年销售额已突破8万台，这一成就得益于2004年“第三次浪潮”的实施，使得中国的楼梯交易市场保持稳定的增长态势。近年来，中国的楼梯制造商已经制造并销售了61万台，但是，由于技术的限制，中国的楼梯交易市场仍然处于发展初期。目前，每1000名中国公民就会使用一台楼梯，但是，为了实现中国的发展目标，仍然需要再制造更多的70万台。随着时间的推移，预计中国的楼梯使用量会增加130万台，并且每年都会有6万台被淘汰。根据目前的统计，中国目前拥有的扶梯总量已经超过651794台，这给中国的扶梯产业带来了巨大的潜力。随着中国扶梯制造技术的进一步发展，国家的制造能力也日益增长，使得国内的电梯市场更加繁荣昌盛。国际上著名的奥的斯、瑞士迅达、日本国三菱、富士达等13家公司的国内市场占比多达74%，为国家的发展奠定了扎实的基石。随着最新的技术的不断涌现，楼梯行业也受到前所未有的影响，苏州江南、江苏申龙以及东南液压电梯有限公司等一大批知名电梯公司都在努力寻求更好的发展机遇，以期实现更高的经济效益。随着国际电子产品市场的迅猛发展，越来越多的国际企业纷纷进入中国，为国家的发展奠定了扎实的基石。近年来，由于先进的电梯技术的出现，电梯行业迎来了一个全新的时代。目前，国内电梯行业几乎可以生产市场需要的所有电梯产品，不仅大量替代了进口产品，而且还具有一定的出口量。伴随1985年中华人民共和国成立，中国的楼梯制造商继续努力，继续改善生产工艺，不断完善产品，从而达到更好的服务。中国的楼梯制造商继续追求更高的标准，从而获得更多的市场份额，并且继续推动中国的楼梯制造业的发展。由于科技的发展，新型的设备，例如无人驾驶的自行车、无人驾驶的自行车、永磁同步牵引系统、远程监测系统，正迅速普及到全球各地。中国的自行车制造商正在努力推广这些设备，并且由于它们的高性能、低价格的特点，正受到日益增长的消费者青睐，从而获取更多的全球竞争力。近年来，由于计算机科学的飞速进步，微型计算机已经被普遍地运用于各种工业控制系统，从而大大改善了电梯操纵，从而成为当今最受关注的技术之一。利用微型计算机操纵电梯，既经济实惠，又精度极高，而且操纵和维护也十分便捷，大大降低了操纵成本，同时也大大增加了操纵效率，极大地改善了操纵效果。除了拥有良好的可编程特性，微型计算机还拥有强大的算术处理、精确的逻辑处理等特征，这些特征极大地提升了控制系统的灵活性，从而让它们拥有了更加全面的自动化操作。比如，它们可以依据不同的环境，对电梯做出自适应调节，从而让它们处于最理想的工作状态。随着交流调压调速电梯技术的不断完善，一些企业也纷纷投入市场，开发出一系列受欢迎的电梯产品。其中，微电脑控制升降机更受欢迎，一些生产商和科学家联手，开发出具有先进微电脑控制的升降机，大幅度提高了扶梯的操作效率，并且大大降低了扶梯的交通事故率，进而大幅度提高了扶梯的安全可靠和稳定性。随着科学技术的不断推动，越来越多的公司正在努力R&D变频调速电梯，而且，一些公司已经在研究中探索使用可编程控制器来替换传统的继电器控制系统，从而使得这种电梯更加安全、高效。此外，一些公司已经R&D出了先进的应急照明、消防设备、地震监测、自动报警以及智能语音识别，从而使得整个电梯的运作更加高效。尽管中国的电梯技术尚未完全跟上国际的最新潮流，但是中国的楼梯生产商们已经开始大力投入研究，努力提升中国的电梯制造能力，以期望能够跟上国际的最新潮流。中国的电梯产品已经成为亚洲地区的主流，每年的销量大概为11万台。随着中国科技的进步，许多跨境企业的参股，不仅大大提升了中国的出口创汇能力，而且还大大改善了中国的制造水平，其中最突出的例子就是中国的电梯制造，它的生产和应用正日益增多，被认可为中国工业的象征。奥的斯、讯达、三菱、科恩这些世界知名的楼梯生产商，在全球市场的份额达到了51%，他们的制造能力令人叹为观止。奥的斯公司与三菱公司更是世界两家较大的升降机生产商，在全球范围内享有盛誉。随着技术的进步，目前，随着技术发展，交通工具已经逐步被替代，而液压电梯则被广泛应用于各种高级建筑物。另一方面，家庭轿车也正逐步被淘汰，成为电梯行业的一个重要组成部分。随着科技的飞速发展，电梯的安全性和舒适性日益提高。但是，人们仍在不断地探索和改进，以满足他们的需求。在这种背景下，绿色电梯的研究和应用也逐渐受到关注。Peterson在绿色电梯方面取得了卓越的成就，他强调，要想让电梯更加舒适、安全地为人们的生产和生活提供服务，就必须将它们与环境协调一致，这也是“绿色”电梯的核心理念。他的研究聚焦于电梯对环境的影响，重点关注了不可再生资源的浪费、废弃物的排放以及电力的使用所带来的二氧化碳排放。他强调，目前的电力系统是不可持续的，会给环境带来严重的危害，因此，作为负有责任的人，我们应该采取行动，努力寻求可持续发展的能源来替代这种不可持续的能源。中国电梯企业正在积极投入资源，开展绿色电梯的研发与应用，以实现可持续发展。例如，一些企业开始采用节能技术和环保材料，优化电梯的能效和环境适应能力。此外，电梯的智能化和互联化也是绿色电梯的重要发展方向。未来绿色电梯将成为电梯行业的一种新兴趋势，并且拥有巨大的发展潜力。1.3课题研究内容本研究旨在构建一个集成的电梯控制系统，它可以支持6层的电梯，并且具备1：1PLC-LINK通信功能，以西门子S7-200型PLC作为核心，从而实现对电梯运行的精准控制。这个控制系统可以显著的提升电梯的运行效率，同时可以实现电梯之间的协同配合，从而确保整个系统的稳定性和安全性。

第2章电梯结构及原理2.1电梯的发展简史据国际资料记载，公元前2800年，古埃及人就开始采用人手推动的上升机器来制造金字塔。然而，随着瓦特在1765年开发了蒸气机，1858年，国家也开始采用蒸气作为动能，并配备了传动和蜗轮减速装置，从而制造出了升降机。1878年，英格兰的阿姆斯特朗开发了水压梯，它的诞生彻底改变了传统的工具，使得蒸气梯逐渐被废弃。此后，液压电机、控制阀、垂直柱塞式和侧柱塞式等技术也相继问世，使得液压梯在当今仍然被广泛采用。扶梯的迅速普及，在18世纪末期，电机的问世，使电机的应用范围大大扩大，特别是双速电动机的问世，大大提高了扶梯的效率，使扶梯的运用更为方便、安全。20世纪初，美国联邦奥的斯电梯公司首次采用电机技术，开创性地推动扶梯的技术进步，使得扶梯的性能得到极大的提升。随后，他们又推出了更为快捷、更具灵活性的扶梯，如74台扶梯，每秒可达30米/s，并且还完美地完成了纽约市的102层摩天大厦的施工。近年来，扶梯技术取得了长足的进步，其产品类型丰富，具备良好的稳定性、操作性能、运用方便性等优点。特别是PLC自动控制器（plc）的应用，使得电梯的性能得以大幅改善，使得它们更为安全、稳定，更为方便。2.2电梯的运行工作情况扶梯是一种高效、安全的交通工具，它由轿厢、配重、曳引机、操控柜/箱、轨道等构成，能够实现垂直运行，并且在三层及以上的建筑物内，必须设置停靠站，以确保旅客的安全出行。一楼作为扶梯的出发点，最高楼作为终点，每个扶梯站的大厅外侧都配备了一组召集箱，里面安装着可以让旅客使用扶梯的按键。一般来说，起步站和终点都会配备一组按键，而中间层站的召唤箱上则会配备两组按键，以便让旅客更加便捷地使用扶梯。除了杂物电梯，电梯轿厢内还配备了一组操纵箱，其中安装了手柄开关和与楼层相匹配的按键，可以让司机和旅客操控扶梯的上下运行。这些按键分别被称为外部召唤按键和指令按键，它们可以帮助驾驶员更快地完成出入。电梯的运行过程与汽车有着相似的特点，但它们的操作方式却大不相同。驾驶员需要具备良好的技术能力，以便准确地操纵汽车，并应对各种复杂的路况。为了保证安全，他们需要接受专业的培训并通过考试。相比之下，扶梯的自动化程度更高，只要求按下控制箱上的按键，扶梯就能够自动完成关门、定向、起步、停靠、开门等操作，使得乘员更加安全、舒适。随着技术的进步，自动化程度越来越高的扶梯，驾驶员或乘务员只要求发出一次命令，它就能够按照顺序启动和停止，一次性完成所有的任务。虽然升降机和车辆在运营过程中存有着明显的差异，但也有许多共同点。比如，客运升降机的运行模式就像是一辆公共汽车，它会在出发点站和终点中间来回穿梭，当前方的停车站发出顺向的指示信息时，升降机会自动停下，并打开大门，让旅客进入。载货电梯的运行状态与卡车相似，它们都是一次性完成的。司机或乘务员在操纵扶梯上下行时，只能发出一个命令，一旦这个命令被执行，就不能再发出新的命令。如果在运输过程中，载货电梯无法接收到来自旅客的顺向命令，这将导致它无法自动停车。因此，载货电梯的自动化水平要远远低于乘客电梯。本研究重点探讨了六层电梯的PLC控制技术，并对其电气结构及软件开发流程进行了深入的分析。2.3电机设备选型Y132M-4是一款三相异步电动机，其机座中心高为132，机座长度代号为M（中等长度），其中磁极个数为4（2P磁极对数），额定功率为7.5KW，额定电流为16.4A，额定电压为380V，频率为50Hz，转速为1440r/min。电机的参数如表3-1所示表3.1电机磁极个数及转速n表示电机的转速，f表示电 源频率‎，p表‎示电机‎旋转磁场的极‎对数。‎在电机‎中，电‎源频率和极对数是两 个主要 ‎的因素 ，它们 决定了电机的 转速。 一般来讲，电机的额定转速与电源频率和极对数有着密切相关的联系。在变频调速系统中，可以通过主动的改变电源频率来调节电机的转速，从而实现调整速度的目的。表3.2物理量与单位根据给出的电动机参数，可以看出在常态下电动机M2的额定功率为1.1KW，额定电流为2.8A，频率50Z，额定电压为380V，转速为1440r/min。而根据设计要求，需要选择一个转速较 小的电动机，经过综合考虑后选择了Y90S-4型号的电动机。其额定功率为1.1KW，额定电流为2.8A，频率为50HZ，额定电压为380V，转速为1400r/min。其工作的效率为78%，质量为23kg，符合要求。需要注意的是，电动机的转速并不是越小越好，而是需要根据实际情况进行选择。2.4变频器选择在本次设计中需要根据变频控制水电机，因此选取了VFD1变频器。变频器是一种小型高性能通用型变频器。具有多种输入和输出接口，包括模拟输入、数字输入、继电器输出和模拟量输出。还具有可编程的固定频率和跳转频率，以及过载、过/欠电压、过热和断电再启动等多种保护功能。该系列变频器还配备了RS485通信接口，可实现与其他设备的通信。通用变频器的使用，无论是通过向量调节还是直接转矩控制，都能够保证恒转矩负载（例如提升机、电梯）的启动和制动转矩，而且还具备足够的剩余转矩，从而使得负荷的运行更加平稳。当选择通用变频器时，恒转矩负载的能量需求可以通过以下公式来描述：式中的P表示电机的功率单位是kwT表示电机的转矩单位是(N·m)N表示电机的转速单位是(r/min)系统设计时应适当增大电机的容量或增大通用变频器的容量。通用变频器的容量通常来讲取1.1一1.5倍电机的容量，从而提升安全性2.5电梯控制系统的组成电梯的运行由电力驱动和电气控制系统共同构成，以确保乘客的安全出行。楼梯的能源驱动控制系统分成直流电动机、交换电动机、发电机-电动机组、晶闸管供电系统的直流电动机、交换双速电动机、调压调速电动机和变频调速电动机等。这些电机可以提供电梯控制系统的运行速度和稳定性，并且可以满足不同的用户需求。由于传统的直流扶梯的拖拉电机需要使用电刷和换相器，维护成本高昂，安全可靠性也不够理想，因此，交流调速扶梯已经成为了一种更加可行的解决方案。为了满足乘客的舒适度，曳引电机必须能够在指定的调速范围内，输出足够的转矩。由于电压波动和导轨不平坦等原因，电机的运动阻力会增加，因此需要保证其转矩有足够的余量。扶梯的电气控制系统是一个复杂的结构，它包含操控柜、操作箱、层楼指示器、召唤箱、曳引电机等，它们被布置在电子井道内外，并且与其他有关元件紧密配合，以实现电器拖动控制体系的各项操作程式，从而实现各项用电动作，确保扶梯的安全。通过先进的电气控制系统，电梯能够完成多种复杂的操控，包括自动启动、正（反）转、停车、层楼指挥、层站召唤、轿厢内控制功能，还能够满足不同的乘客的需求，使得电梯的运行更加高效、安全。实施这些控制步骤的成功与否，完全取决于操作者采用的技术和策略。电梯的电气控制系统相对于电力拖动系统来说，具有更大的变化范围。经过仔细研究，我们已经确定了电梯的种类、承受的负荷以及它的运行速率。这样，我们可以更好地组合电气控制系统，从而实现更高的性价比。在设计电梯时，我们需要考虑到它的安全性、可靠性以及它的使用场景，以便让它发挥出它的最佳性价比。电梯的性能、自动化程度和运行可靠性，都取决于电气控制系统的先进程度。随着科技的急速发展和技术引进工作的不断深入，电气控制系统也得以迎来了快速的发展与更新。与继电器控制系统相比，PLC拥有体积小巧、功能强大、故障率低、寿命长、噪音轻柔、便于维护保养、修改逻辑灵活、程序编制容易，以及便于构建联网控制等多种优点，因而已成为主流的控制系统。相较于继电器控制系统的高故障率，PLC的普及应用极大地提高了电梯的运行效率与安全性，让我们信赖不已。2.6可编程控制器的基础认识PLC是一种用于控制电机的电子控制器，它的主要功能包括中央处理器、内存、进入/产出端口以及内置的开关电源。此外，它还可以通过I/O端口进行扩展，并可以连接到其他的电子控制器。图2-1描绘出PLC的硬件架构。输入电路输入电路CPUEPROMRAM输出电路基本单元内部电源扩展I/O接口各种外设接口输出信号现场输入信号主机编程器打印机…PC机…输入电路输出电路扩展单元…输出信号扩展连接电缆至其他扩展单元……现场输入信号图2.1PLC的硬件结构图软件系统是指由各种程序组成的集合体，其中包括系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）。系统程序包括监控程序、输入译码程序、诊断程序等多种类型。而用户程序则是由用户根据不同的控制需求，利用PLC的编程语言（如梯形图）编写而成的应用程序。这些程序的有效运行，为PLC的正常运行提供了重要的保障。2.6.1PLC的工作方式1.PLC的扫描工作方式开始开始内部处理通信处理RUN方式？输入扫描程序执行输出处理NY图2.2PLC的扫描过程当可编程控制器处于RUN模式时，系统会以一种循环的形式运行，每次都会根据预先设定的位置，依次发送第一条命令，一路运行，直至最终完成，而不会发生任何意外的中断、跳转控制等操作。随着程序的编写，可编程序控制器将按照顺序的进行系统的扫描：首先是进行内部处理，其次是进行通讯，接着是对外界的输入进行扫描，最终是对程序的执行，以及对结果的输出。PLC的扫描能力受到其使用者的编写程序的复杂性以及其运行的快慢的影响，因此，它的运行周期可以通常简单地表示出来。2.PLC的程序执行过程PLC的运行流程通常包括三个关键步骤：输入采集、程序编写和输出更新，如图2-3所示。输入端子输入端子输入映象寄存器输出映像寄存器输出锁存器输出端子输入……….输出程序执行阶段输入采样阶段输出刷新阶段X001Y001Y001M1读读①②③④⑤图2.3PLC的程序执行过程3.PLC的扫描周期PLC的扫描周期不仅仅局限在三个步骤：输入采集、编写程序、检测并更改结果，而且在日常使用中，它也必须能够完成自我检测、与其他系统（如编码器、上位机）的交互，从而保证系统的正常运转。4.PLC的I／O响应时间PLC通过实施I/O刷新技术，可以有效地避免输入映像寄存器的变动，从而保证本轮扫描的准确性。然而，由于PLC的输出信号的反映速度较慢，因而可能存在较长的误差，其误差范围可能达到2-3个扫描周期。2.6.2PLC的编程语言PLC的程序设计语句包括多种不同的方法，例如梯形图语句和排序功能图语句，这些语句都广泛应用于各种领域，尤其是排序功能图语句，它的使用更为广泛和普遍。我们选择了一种叫做梯形图的编程方法来完成这个任务。2.7可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较电梯是一个复杂而精密的设备，其运作离不开逻辑分析。通过接触器、继电器、发光指示器、电机、电子设备、电力设备等，可以发出有效的指令，从而达到预期的运作效果。为了达成我们的愿景，我们应该使用如下措施：1.继电器—接触器控制系统早期的电梯控制系统拥有许多显著的优势，如操纵简便、操纵便捷、成本实惠等，但也存在一些问题，如动力源的耐久性较差、电气连接的可靠性较差、机身尺寸较小、操纵过程中的能源消耗较多、操纵过程中的噪音较大等。由于其低的运行速率及优异的性能，该控制系统只限于特定的电梯类型。2.微机控制系统通过采用电梯微机控制技术，我们把控制算法存储在内部的程序存储器里，从而避免了依赖硬件的逻辑来执行。这样，我们就可以根据具体的应用场景，轻松地调整程序存储器，从而满足各种功能的要求，大大简化了操作流程，节省了资源，也大大降低了运行时间，以及后期的维护与保养费用。虽然使用微机操作的电梯在某些方面可以取得更好的效果，但它们仍然存在着许多缺陷。例如，由于它们的架构非常简单，并且只支持进行基本的数值操作，因此它们的应用范围并不广泛。通常的电梯操作仅仅是通过几种“1”和“0”的逻辑操作来实现，这些操作的位置仅限于1位，这样的操作模式被称作“大材小用”。另外，由于微型计算机的接口电路缺乏标准，它们通常无法对高压电源实施控制。尽管采用微型计算机来进行电梯操作具有许多优势，例如节省时间、降低操作难度、提升安全性，但是，由于110V或220V的用电设施的复杂性，以及操作的复杂性，采用微型计算机来进行电梯操作的效率低下，从而导致其经济性受到限制。3.PLC技术在PLC控制领域中得到广泛应用。PLC以微型计算机的原理和技术为基础，兼具计算机控制的优点且克服了其缺点，具有极强的生命力。众多工业部门已广泛应用PLC改造各类旧有的电梯控制电路，收到了显著的改良效果。简言之，PLC是一种利用微机技术制造的通用自动控制设备。它的独特优势包括但不限于：能控制开关量、模拟量；具有高可靠性、抗干扰能力强；能进行逻辑判断、定时、计数、记忆、算术运算等多项功能。而且，PLC不仅直接取代了继电器为主的各种控制设备，广泛应用于控制机械设备、流水线以及其他各类设备的运行过程，还可应用于电梯各类操作和相关信息处理。

第3章控制系统硬件设计3.1工作原理在楼梯的电气系统中，M1为双速笼型异步电动机，用以调节楼梯的上下行。KM1和KM2各自用来调节开关门电机的正反向运动。通过变频器控制电梯电机的转速，从而接触器都被用来调节楼梯的运动，以达到楼梯的高速或低速运动。当KM‎1或者KM2通电吸合时，电梯的电梯门电机会进行正传或者反转。当升降机接受到停层命令后，它将以稳定的速率上下运动，以确保乘客的安全和舒适。当门关闭时，电梯将会暂时关闭。图3.1主电路图3.2电梯的主要电气设备1）电动机带动的齿轮传动装置是用来操纵电梯的重要部件。它通常包括一个动力源、一个制动器和一个传动装置。2）扶梯的门由厅门和轿门组成，其中厅门只能在扶梯停靠在某层站时启动，而轿门则需要在厅门和轿门进行封闭之前才能启动。为了实现这一功能，扶梯的门机可以实现开门和关门的操作，从而使扶梯的安全性和舒适性得到大大提高。3）层显，又称层楼指明灯，是一种安置在每层站厅门和轿箱内轿门上面的电子设备，它可以提供准确的指引，帮助乘客快速找到电梯的运行方向和所处的位置。过去，电路板通常是用低电流的钨丝制作的，但如今，它们通常是用高电流的钨丝和电缆连接在一起的。4）呼梯盒是一种安装在厅门外的设备，它能够通过一个按钮将信号传输到基站和底站之间的中间层站，这个按钮位于墙壁上，距离地面约一米。5）轿箱内的操纵箱可以让乘客轻松控制电梯，并且可以根据乘客的需求，调整电梯的层站数，还可以按下内选层的按钮。6）这种平层和开门设备是一种楼梯，它的结构是平层感知器和楼面感知器。当楼梯上行时，上方的磁铁板会先触动楼面感知器，发送减速停止信息。扶梯启动减慢，直到平层信号出现时，出现开门和停止信息，电机停止运转，包闸抱死。当扶梯执行时，下磁铁板会触动楼层感知器，形成减速停止信息；当扶梯到达平层时，会形成开启和关闭的信息。图3.2电梯的平层、停层装置示意图3.3输入输出设计为了更好地理解电梯的运行机制和PLC系统，我们列出了电梯所使用的电气元件的清单。表3.1电梯电气元件表元件符号名称及作用元件符号名称及作用KM1上行接触器1HL～6HL1~6层层楼指示灯KM2下行接触器7HL～8HL上行、下行指示灯KM3高速接触器HL81楼外呼记忆灯KM4低速接触器HL92楼上呼记忆灯KM5启动加速接触器HL102楼下呼记忆灯KM6～KM8制动减速接触器HL113楼上呼记忆灯KM9开门接触器HL123楼下呼记忆灯KM10关门接触器HL134楼上呼记忆灯SQ6开门到位开关HL144楼下呼记忆灯SQ7关门到位开关HL155楼上呼记忆灯SQ17上限位开关HL165楼下呼记忆灯SQ18下限位开关HL176楼下呼记忆灯SB1开门按钮1KR～6KR各楼层感应器SB2关门按钮7KR平层感应器SB3上行启动按钮1SB1～5SB11～5楼上行外呼按钮SB4下行启动按钮2SB2～6SB22～6楼下行外呼按钮SB5～SB101～6楼层内选层按钮经过全面分析，我们估计PLC的输入输出点大约在70左右。为了满足这一要求，我们选择了西门子s7-200可编程控制器来实现这一目标。该控制器的输入输出电路如图3.3所示。图3.3I/O接线图

第4章软件系统设计“查表排序”是一种高级的电梯控制系统，它可以根据不同的楼层要求，自动调整轿厢的高度，并且可以根据不同的情况，调整不同的参数，以满足不同的操作要求。该软件由两个独立的表格组成，分别是上行表、下行表，它们可以被分别存储，并且可以被多个子程序模块所执行。本程序由一部主要功能集合而成，其中还设有一系列的功能组件，其中包含：上行表的排列、下行表的排列、查找上行表的最高点、查找下行表的最高点、上行表的完整性检测与修正，以及下行表的完整性检测与修正。4.1程序说明可编程控制器是一种高级的计算机系统，它能够有效地处理和控制各种复杂的工业控制任务，因此，本程序采用双排序表查询算法，实现了对电梯任务数据的高效控制。为了更好地阐释程序的功能，我们将详细介绍中间继电器在程序中的应用，它们可以有效地提高存储效率。D100：从上行开始，表示起点；D120：从下行开始；D110：用于预处理和存储上行表中的反向呼叫信号；D130：用于对反射回来的信号进行预先处理和保留的存储器；D0：用于存储呼叫信号的单元；D1：用于存储楼层信息的单元；上行表中的最高值被存储在D3中，而下行表中的最低值则被保留在D3中；D200：在子程序调用时，将楼层信号暂时存储在一个容器中；M200：等待状态信号；M201：上行控制信号；M202：下行控制信号；M211：开门控制信号；M1-M6：六个子程序的入口。呼叫信号呼叫信号是否与电梯运行方向相同是否大于该楼层最大值加10处理是否与电梯运行方向相同降序排序处理升序排序处理是否低于当前楼层是否小于该楼层最小值减10处理呼叫信号是否高于当前楼层上行表下行表是是是是是是否否否否否否图4.1呼叫信号控制流程图4.2主程序设计PLC工作方式不同于通用计算机。PLC的原理是：通过三个步骤来完成一次扫描循环：入口收集、用户程序运行、输出更改。每个步骤都会按照某个固定的时长进行，而CPU也会根据时长来调节CPU，从而完成每个步骤。此外，plc的编写也非常灵活，只要能够充分利用时长，就能够完成多次的任务。通过引入数据比对技术，我们可以大大提高电梯控制系统的可靠性和可扩展性。相对于传统的逻辑控制，我们可以通过引入数据比对技术，将操作过程从繁琐的逻辑转换为高效的操作，从而大大提高了编程的可扩展性和可操作性。通过将程序划分成若干部分，我们提高了它们之间的协作效率。这些部分被称作“模块”，它们负责执行各种不同的任务，例如：自动返回起止站并进行初始化、打开或关闭窗口、选择上下行路线、选择最近的登机口、选择最近的登机口、完成登机口减速以及抑制登机口噪音。在此，我们将重点讨论三个重要部分：如何安排上、下行、以及如何找到最近的楼层。为了更好地理解这三个部分，我们将通过分析流程图来阐述它们之间的逻辑联系。例如，逻辑线圈M100代表着上行，M101代表着下行，M103代表着电梯空余。数据寄存器D0代表当前的乘客所在的位置，D1则指出乘客在乘坐该乘客的最近的乘客所在的位置，D2则指出乘客在乘坐该乘客的最近的乘客所在的位置，而D3则是中间变量。图4.2楼层模块流程根据图2，我们可以使用楼层ACK模块来实现上下楼层。当电梯停止运转，我们会把它们分别记录到不同的变量里。如果在同一个扫描周期里，发生了不止一次的楼层呼叫，我们会把它们分别记录到不同的变量里。这样，我们就可以根据楼层号来判断是否需要进入楼层，以及是否需要进入楼层。将M103号电梯的空余时间设定为1秒。通过分析图3中提供的步骤，可以轻松地找到最近的楼层，而且无需进一步计算。一旦找到最近的楼层，就可以开始执行相关任务，以便获得最佳效果。在变址寄存器V中，当前的楼层编码被存储，并且采取了CJ的跳转操作，它的值被设定为P10V，只能接收与当前楼层编码相当的电梯信息，并且根据电梯的等级，将它们依次分别设定为最快的、最慢的、最后的。当使用电梯降落和消除呼叫声时，D1将会根据每个扫描周期的变化而发生变化。如果一个新的呼叫声的优先级超过了D1所记录的所有相关的楼层，那么就将这个新的呼叫声的楼层记录到D1中。当所有的呼叫系统都接收到了与当前楼层相同的信息时，我们应当重新启动M100，以确保主程序无法重新启动这个子系统。在这个系统里，我们使用A-B相编码器来提高电梯的精度。这个装置通过接线来控制两个相对的信号，一个是A相，另一个是B相。这两个信号的相对强度可以通过高速计数器来调节，从而使得计数更加精确。在电梯运转过程中，A-B相编码器会发出一系列相位变化的信号，其中，A相信号会先升至较高的电平，而B相信号则会随之降至较低的电平，这种相位变化会使得A-B相的高速计数器的实际测量值增大1。当电梯运转到一定程度，A-B相编码器会发出一系列相位信号，其中，A相信号会达到最大电平，随后，B相信号会逐渐降低，最终使得A-B相高速计数器的实际测量结果相应地降低一个。采用当前的高速计数器，我们能够准确地测量出电梯的实时位置，从而保证其安全、准时地上下客。除了四个位置传感器，我们在这个控制系统里增加了两个，一个负责上升降速，一个负责降低高度，而剩余的两个则负责上升降速。通过精心的测量，我们能够准确地计算出各个楼层的A-B相高速计数器当前的计数范围。当传感器接收到的信息量大于预期的阈值，表示编码器和其他设备可能有故障；反之，即使预期的阈值大于实际的阈值，但是传感器仍然无法接收，也表示该设备可能有故障。通过引入这种联结，我们能够创建一个专门针对用户的自我检测程序，从而显著增强系统的稳定性和安全。图4.3上行最近楼层模块流程图第5章组态设计及系统测试5.1组态设计由于PLC的使用，我们无法进行实际的测试或展示，因此我们创建了两套上位机组态程序来模拟PLC的工作。一套是模拟PLC的连接，以便进行日常的工作；另一套是针对本次的学习需求，旨在模拟PLC的主要功能，并展现它的单独执行。毕业设计演示的需要，采用脚本模拟的方式来完成上位机组态的制作这两套上位机组态拥有完全一致的用户体验。当您在亚控中创建新的工程时，首先需要通过“工程管理器”选择工程名称和工作路径。请注意，不同的工程必须放置在不同的路径下。选择 工程的‎名称和‎路径, 启动亚‎控的“‎工程管理器”，如图5.1所示。图5.1力控工程管理器界面点击菜单栏中的“文件”选项，然后选择“新建工程”命令。或者点击工具条上的“新建”按钮，亦或是在快捷菜单中选择“新建工程”命令，都会弹出“新建工程向导一”的提示框，如下图5.2所示。图5.2新建工程向导单击“下一步”按钮,弹出“新建工程向导二”对话框,如图5.3所示。图5.3新建工程向导二在弹出的对话框中，您可以在文本框中输入新建工程的路径。如果输入的路径不存在，系统会自动提示用户。您也可以单击“浏览”按钮，在弹出的路径选择对话框中选择工程路径，或者直接在弹出的路径选择对话框中输入路径。在完成路径选择后，单击“下一步”按钮，即可进入“新建工程向导三”提示框，如上图所示。在“工程名称”提示框中，输入新建工程的名称；在“工程描述”中，输入对新建工程的描述文字。完成输入后，点击“完成”按钮，即可生成新建的工程项目。图5.4新建工程向导三2.创建组态界面通过使用亚控开发系统，用户能够创造出大量不同类别、不同尺寸、不同颜色、不同大小、不同功能\不同类别、不同功能模块，从而构筑出一系列复杂而有趣、具有深度和灵活性的开发环境。该系统不仅能够生成各种简单、复杂、有趣、有效、具有参考价值的开发环境，而且能够根据用户需求，定制出各种复杂、有趣、有效的开发环境。该开发系统可以让用户快速地进行多种任务，包括复制、移动、调整、重新排列、更改颜色、改变线条、添加特征以及其他相关的功能。亚控开发系统为用户提供了多种多样的工具和图形，使他们能够轻松地创建丰富多彩的界面。从“画面”到“新建”，每一个都可以被用户轻松地找到，如图5.9所示。图5.5新画面在“新画面”对话框中,可以给画面编辑新的名称,在注释中,可以选择项目所需的画面位置及其画面风格。3.定义IO设备在子控制器中，需要与自控制器构成软件之间交换数据的设备或程序都应作为IO设备。这些设备包括：DDE、OPC、PLC、UPS、变频器、智能仪表、智能模块、板卡等。这些设备通常通过串口和以太网等方式与上位机进行数据交换。只有在定义了IO设备后，亚控才能通过数据库变量和这些IO设备进行数据交互。5.1.1界面介绍图5.6展示了本程序的上位机组态操作界面，可以轻松实现。图5.6操作界面在用户体验的界面，左边是电梯的主机舱，其中包含了每个楼层的大门，而在右边则是用户可以通过感应器来查看每个楼层的信息，包括上升或者下降的时刻。5.2系统功能测试根据电梯的操作方法，它有三种状态：正常、等待或者倒退。正常情况下，它会发出正面或者负面的指令；而倒退时，它会发出正面或者负面的指令。不管是上升或者降落，同步通讯的发出量均有所不同，有的高出当前的高度；另外，当乘客坐着时，不管是正向发出的，还是逆转发出的，均有的高出当前的高度。根据电梯的运行情况、呼叫信息的特征，我们能够对其进行有效的检查与评估。5.2.1等待状态时的功能测试当前，一楼的电梯轿箱正在静默地运转，就像图5.7所示。当您点击三楼的下行按钮时，会发出一个超过当前楼层的反向呼叫信号，这意味着电梯正在往上运动。当它到达目的地时，就会停止运转，并打开电梯门，进入静默的运转模式。当您关闭电梯门，并点击二楼的按钮，属于小于当前楼层的同向呼叫信号，则会发出一个2的同向呼叫。最后，电梯将会继续往一楼驶去，并打开电梯的大门。图5.7等待状态5.2.2上行状态时的功能测试当一楼的电梯轿箱被激活时，它会发出一个14的反向呼叫，这是一个超出当前楼层的高度的值，电梯开始上行。点击五楼向下按钮，由于此时的呼叫信号属于大于当前楼层反向呼叫信号，并且大于上行表max值，根据同向运行呼叫信号优先原则，系统将原四楼的呼叫信号14转入下行表，上行表首单元改为15。在电梯运行至三楼前点击三楼向上按钮，上行表第二单元为3，属于大于当前楼层的同向呼叫信号。当电梯运行经过二楼之后点击一楼向上按钮，下行表第二单元为1，属于小于当前楼层的呼叫信号。此后电梯按照上行表和下行表中的数据依次上行至三楼和五楼，然后依次下行至四楼和一楼。至此，上行状态时的功能测试完毕。图5.8上行状态5.2.3下行状态时的功能测试初始状态电梯轿相处于六楼等待状态，点击三楼向上按钮，下行表首单元为-7，属于小于当前楼层的反向呼叫信号，电梯开始下行，此时点击一楼向上按钮，由于此时的呼叫信号属于小于当前楼层的反响呼叫信号，并且小于下行表mini值，根据同向运行呼叫信号优先原则，系统将原三楼的呼叫信号-7转入上行表，下行表首单元改为-9。在电梯运行至一楼前点击三楼向下按钮，下行表第二单元为3，属于小与当前楼层的同向呼叫信号。当电梯运行经过四楼后点击六楼向下按钮，上行表第二单元为6，属于大于当前楼层的呼叫信号。此后电梯按照上行表和下行表中的数据依次下行至三楼和一楼后，然后再依次上行至三楼和六楼，需要特别说明的是，当电梯下行至三楼后，三楼的下行按钮指示灯会熄灭，但是上行按钮的指示灯则不会被熄灭，直至电梯再次上行至三楼后，三楼的上行按钮指示灯才会被熄灭。至此，下行状态时的功能测试完毕。图5.9下行状态5.3系统说明该系统专注于探索电梯的上下行操作逻辑，特别是PLC算法的双表排序查询。然而，目前的设计尚未能满足日常使用的需求。因此，在进一步的改进和完善时，需要考虑更多的因素，例如实际的工作场景和特定的需求。由于这个原因，我们在日常使用中并不会太关注电梯维护、紧急情况处理、驾驶员操作和超载情况。

结论经过这段事假的深入研究，我从书店、图书馆和互联网获取了大量有关电梯的信息，从而更好地理解了电梯的起源、发展历程，并且更加熟练地掌握了可编程控制器在电梯控制系统中的应用。通过这次设计，我不仅将原有的知识系统化、理论化、实用化，而且还大大提升了我如何运用已有知识及获取相关资料的能力。此外，我也意识到，无论做什么，都必须坚持脚踏实地、勤奋努力、严谨认真的工作态度，这将为我今后的工作带来极大的帮助。经过精心设计，我们实现了对电梯的全面升级。我们采用了先进的可编程控制器、交流电动机等多种技术，同时还应用了最新一代数字化电气控制系统，从而大大增强了电梯的稳健性、安全性、操作便捷度，同时也有助于减少对环境造成污染，从而实现更加经济实惠、安全有序地使用。这种方法能够带来显著的经济收入与社会影响。本设计还有许多需要改进的地方，如：1.通过对亚控和微型计算机以及其他PLC的连接进行扩展，实现联网控制，使得多台电梯的综合操作可以由微型计算机来完成，提高了控制系统的智能化，确保了运行的更加精准、高效、稳定。2,针对电梯选择功能进行改进，优化客流控制模块，使其能够根据客流量的变化而自动调整，从而实现更加高效率地运输乘客。这一优化改进，不仅提高了电梯系统的工作效率，优化了资源的利用，还能够为乘客提供更加舒适、便利的出行体验。3.在紧急情况下，我们应该采取更有效的电梯应对措施。这些都需要我们在日常工作和学习中不断检验和改进。

参考文献[1]杨柏松,方伟锴,方锴鑫,邵龙秋,陆伙桦.基于S7-1200PLC的电梯群控高峰期的设计及仿真[J].电子设计工程,2023,3