【《六层电梯PLC控制电路的硬件和软件设计案例》5100字（论文）】

六层电梯PLC控制电路的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u23118六层电梯PLC控制电路的硬件和软件设计案例 1236451电梯控制电路的硬件设计 1272231.1电梯主电路 1258941.2轿厢门电路 289491.3曳引机电路 3188231.4开关门控制电路 4137631.5小结 544542软件介绍与控制要求 673942.1编程软件 6248182.2系统的设计需求 7235962.3电梯流程图 8254552.4本章小结 11136345程序设计 12209055.1电梯初始化 12114575.2楼层计数 1363365.3电梯待载休眠 14292805.4上下行程序 1531625.5开关门模块 1727635.6监控界面 191电梯控制电路的硬件设计1.1电梯主电路主电路是为整个系统输送能量的电路，电梯系统的主电路由开关门主电路和曳引机主电路两部分构成。开关门主电路由开关门电机正反转构成，曳引机主电路由变速拖动和曳引机正反转两部分构成。增加变速拖动系统的目的是为了减少曳引机启动、制动电流对电网电压的影响，增加后可提供良好的运行速度用以增加乘梯人员的舒适感；曳引机正反转电路的功能是为了带动轿厢上下行，用以响应呼梯信号[[]JoseA.Oliveira-Lima,RamiroMorais,J.F.Martinsetal.Loadforecastonintelligentbuildingsbasedontemporaryoccupancymonitoring[J]Energy&Buildings,2016,116[]JoseA.Oliveira-Lima,RamiroMorais,J.F.Martinsetal.Loadforecastonintelligentbuildingsbasedontemporaryoccupancymonitoring[J]Energy&Buildings,2016,116供电电路是为电梯系统提供电能，因为电梯内部电气元件的额定工作电压不同，所以供电电路需要输出多路电压。电梯系统供电电路如图3-1所示，T1匝数比为2，将220V的市电转换成110V的交流电，为安全回路供电；U1是一个整流模块，可将220V的市电转换成110V的直流电供轿厢开关门电路使用；U2是开关电源，将市电转换成直流24V，供轿厢内操作箱、光电开关平层器等系统使用；排风扇、照明电路以及曳引电机直接由220V的市电提供[[]BuildingRobotics,Inc.;PatentIssuedforSystem,Method,andComputerProgramforConditioningaBuildingEnvironmentBasedonOccupancyEstimates(USPTO9612589)[J]JournalofEngineering,2017[]BuildingRobotics,Inc.;PatentIssuedforSystem,Method,andComputerProgramforConditioningaBuildingEnvironmentBasedonOccupancyEstimates(USPTO9612589)[J]JournalofEngineering,2017图3-1电梯供电电路1.2轿厢门电路电梯轿厢门主电路如图3-2所示。其中KM1、KM2分别为轿厢门正反转继电器，M2为轿厢门电机。当电梯完全平层后KM1吸合，此时轿厢门电机正转，电梯开门；当电梯开门到位并保持一段时间或关门按钮在开门过程中被按下时，KM2吸合，此时轿厢门电机反转，电梯关门；轿厢门电机在正常工作过程中应保持互锁[[]赵红星.电梯PLC控制系统的设计与实现[J].大众标准化,2020(20):26-27.[]赵红星.电梯PLC控制系统的设计与实现[J].大众标准化,2020(20):26-27.图3-2轿厢门主电路1.3曳引机电路如图3-3所示曳引机变速拖动模块由L1启动降压电抗器、L2制动限流电抗器、K1加速继电器触点、K2一级减速接触器触点、K3二级减速接触器触点、QW1高速运行接触器触点、QW2低速运行接触器触点、R制动电阻组成；曳引机上下行电路模块由K4上行接触器触点和K5下行接触器触点组合成。当电梯在休眠状态，接收到平层上方的呼梯信号时，曳引机准备向上运行。此时，K4、QW2吸合，电梯低速上行；经过一段时间后，QW2低速运行接触器触点断开、QW1高速运行接触器触点吸合，电梯进入高速运行阶段；当电梯将到达目标层制动停车时，断开QW1、吸合QW2进入低速运行状态，经过延时后，K2一级减速接触器触点闭合，将制动电阻R短路，此时曳引机工作点改变、电梯进行一级制动模式；再经过延时后进行二级制动模式，K2一级减速接触器触点闭合将L2短路，待收到平层信号后，曳引机断电抱闸停车[[]杨艳霞.PLC在电梯控制系统中的应用[J].电子制作,2020(16):13-14+10.[]杨艳霞.PLC在电梯控制系统中的应用[J].电子制作,2020(16):13-14+10.图3-3曳引机控制电路1.4开关门控制电路轿厢门使用双开门，轿厢的开关门电路采用全自动交流电机驱动，电梯开关门控制电路如图3-4所示。KM1、KM2分别为轿厢的开门继电器触点和关门继电器触点；R1、R2、R3是三个减速电阻；KMG为轿厢门锁紧线圈；KZ是与开关门电机同轴的涡流制动绕组，SQ2、SQ1为行程开关，分别安装在轿厢门全开和全关10厘米远处[[][]GrayManufacturingCompanyInc.;PatentIssuedforRemoteLiftControlUsingIndependentComputingDevices(USPTO10,124,997)[J]JournalofEngineering,2018当接受到电梯平层信号后轿厢开关门系统开始动作，KM1触点首先吸合，同时控制回路中KZ通过KM1、R1、R2、R3支路得电，当电梯门开到距离全开10厘米处时，SQ2闭合短路R1、R2，使得KZ回路中的电流增大同时涡流制动力矩也随之增大，电机M的输出转矩随之降低，开门速度降低，直到控制系统接收到开门到位信号使得KM1线圈断电，锁紧线圈KMG得电，保持开门到位信号。当开门到位信号保持了一段时间或关门按钮被按下产生关门信号后，KM2线圈得电轿厢门开始进行关门动作，关门动作与开门动作相反[[]王晓东,刘昱斌,万鹏.基于S7-1200PLC电梯集群控制系统的设计[J].科技风,2020(13):1.[]王晓东,刘昱斌,万鹏.基于S7-1200PLC电梯集群控制系统的设计[J].科技风,2020(13):1.图3-4电梯开关门控制电路1.5小结本章主要就电梯控制系统进行说明，而后对电梯供电模块、电梯主电路、电梯控制电路进行了设计，并简单说明了电梯各个电路的控制思路。

2软件介绍与控制要求在本章中，以TIAPortal为编程软件在此对电梯系统进行梯形图的编写、WinCC为组态软件对电梯监控显示系统页面进行设计。2.1编程软件SIMATICS7-1200是控制程序中经常使用的PLC，可以执行日常任务，例如简单的逻辑操作、高级逻辑操作、必要的通信功能。针对要求通讯功能和分屏显示HMI的控制工程技术，设计和执行方便。具有适用于中小型制动自动控制系统和全过程自动控制系统的先进应用功能。S7-1200有两种常用的程序语言，包含有OB机制块、功能块、以及DB信息块，而且通过特有的DB块能够实现系统关键块参数化的设计，属于该公司一贯的编译风格[[]LikoResearch&DevelopmentAB;PatentIssuedforLiftControlSystemsForLiftingDevicesAndLiftingDevicesComprisingTheSame(USPTO10,322,046)[J]ComputerTechnologyJournal,2019[]LikoResearch&DevelopmentAB;PatentIssuedforLiftControlSystemsForLiftingDevicesAndLiftingDevicesComprisingTheSame(USPTO10,322,046)[J]ComputerTechnologyJournal,2019S7-1200的数据结构是由二维数组、结构体等多个元素组成的数据单元。超过一半的PLC编程语言使用扁平的基本数据类型构成复杂的数据结构，包括BOOL、INT、WORD、DWORD、REAL等。继承了S7-300/400中高端PLC所具备的数据结构后，S7-1200的应用更加便捷和具有多样性。TIAPortal是西门子发布的一款面向PLC等集团工业自动化的大中型集成工业自动化绘图软件，作为一套完全集成的自动化软件，自动化软件TIAPortal是该领域第一款将工程项目配置和项目管理的环境统一起来的软件。本设计方案中使用的S7-1200使用TIAPortal中的STEP7ProfessionalV14SP1进行编程运行。TIAPortal由两部分组成：Step7与WinCC[[]刘勇,张恒.一种基于S7-1200的六部十层电梯控制系统设计方案[J].天津职业院校联合学报,2020,22(03):104-109+118.[]刘勇,张恒.一种基于S7-1200的六部十层电梯控制系统设计方案[J].天津职业院校联合学报,2020,22(03):104-109+118.PLC配置来自英文单词“Configuring”，意思是设备和设置。配置的日常任务是在软件互联网和主视图中创建与具体工程项目中使用的硬件配置机器设备的相关性，相应的虚拟系统可以达到自动化工程项目实时监控系统的目的。配置页面如下图4-1所示。图4-1PLC组态界面2.2系统的设计需求(1)当电梯轿厢插入或重新启动时，管理程序必须进行必要的复位工作，使轿厢位于通信基站或整体目标楼层，并随时待命。(2)当电梯轿厢外有人按下电梯按钮，即电电梯信号被触发时，电梯轿厢收到信号并立即响应，随触发信号自动到达对应楼层并停下来，然后电梯门自动打开。如果电梯没有接受指令按钮关闭电梯门，一段时间后将会自动关闭。(3)当内呼信号被触发时，轿厢立即响应信号，自动到达触发信号的建筑物楼层并停止，然后电梯门自动打开。如果没有接受到指令它，它将关闭电源。(4)电梯轿厢在上升的整个过程中对电梯的下降信号不会做出反应；同样，在电梯下降的整个过程中，电动电梯的上升信号不会有响应，但如果电梯移动时，有了反方向信号发出，且电梯没有接收其他信号，则它会响应。例如，电梯要在2楼升到5楼，在那里可以响应3、4内外电梯上升的信号，但不会响应下降信号，如果电梯到达指定楼层5层，这时就会响应下降的信号。(5)速度的分级控制：为了节省乘客时间、尽快到达目标楼层，电梯因尽量实现高速运转。可是电梯在瞬间加、减速时产生的惯性力会让乘客产生不适感，为了达到快速、安全、舒适的目的，要求电梯在起步和制动平层时因低速平稳运行。所以电梯运行速度的实现因采用分级控制方案，且速度运行曲线因满足电梯理想速度曲线：抛物线-直线，如图4-2所示。υυt图4-2抛物线-直线型速度曲线(6)超载不响应原则：当乘梯人员的总重量超过电梯额定工作重量时认为电梯超载，发生超载情况时电梯停止运行，只有解除此种状态，电梯才会进入正常运行状态，开始正常响应呼梯信号[[]岳庆来.电梯现代智能控制技术[M].北京:机械工业出版社,2009.[]岳庆来.电梯现代智能控制技术[M].北京:机械工业出版社,2009.2.3电梯流程图（1）电梯初始化模块4-3电梯内部设计初始化流程图Step1:当电梯运行或重新启动时，管理程序必须进行必要的复位工作，使电梯位于通信基站或整体目标楼层随时待命。Step3:当电梯在运行时，首先触碰的是下平层的脉冲信号，那么电梯上行。Step4:同理，如果电梯运行时，首先触碰上平层脉冲信号，那么电梯下行[[]GrayManufacturingCompanyInc.;PatentApplicationTitled"RemoteLiftControlUsingIndependentComputingDevices"PublishedOnline(USPTO20190077644)[J]ComputersNetworks&Communications,2019]。其程序流程如上图4-3所示[[[]GrayManufacturingCompanyInc.;PatentApplicationTitled"RemoteLiftControlUsingIndependentComputingDevices"PublishedOnline(USPTO20190077644)[J]ComputersNetworks&Communications,2019[]张文乐,杨晶晶,杨斌.基于S7-1200PLC的多目标电梯群控系统算法分析[J].机电工程技术,2019,48(08):36-37+70.（2）楼层计数模块图4-4电梯楼层计数流程图Step1:当电梯上电进行初始化结束此时所在楼层记为1。Step2:上下行接入交流接触器时，楼层电子计数器加1，因为它首先接触到下平层的单脉冲信号。Step3:当电梯下降并接通交流接触器并触到上层平层单脉冲信号时，楼层电子计数器减1[[]张春莉.基于S7-200PLC的五层电梯的换速､平层､停车控制系统设计[J].电子制作,2019(16):13-14+51.[]张春莉.基于S7-200PLC的五层电梯的换速､平层､停车控制系统设计[J].电子制作,2019(16):13-14+51.（3）电梯开关门模块图4-5电梯开关门内部设计流程图Step1:当电梯停在楼层平层时，应对电梯内外的呼叫信号相结合，有效地决定开门和关门。Step2：电梯门尚未全部关闭时，这时如果检测到安全光幕信号，应先响应开门信号打开电梯门；Step3：电梯在平层开门后，延时关闭；按开门按钮，电梯保持开门的状态。电梯内部操作流程如图4-5所示。（4）电梯选向流程图图4-6电梯开关门流程图Step1:电梯接收到呼梯信号准备运行。Step2:电梯根据当前楼层位置与产生呼叫信号的楼层位置的比较。如果高于其所属的楼层，则向上移动。Step3:低于所在层数就向下运行。其程序流程如上图4-6所示。2.4本章小结详细介绍了S7-1200PLC和TIAPortal软件的特点及相关技术优势后，我对系统总体设计的基本知识进行全面开发设计，并将此需求详细介绍，设计出了部分控制系统的流程图。对后面研究工作的展开可以起到指导作用。

5程序设计程序块共分为四大类：OB（组织块）、FB（函数块）、FC（函数）、DB（数据块），前三者又被统称为代码块，所有的程序代码都要在代码块中完成编写，代码块可以互相调用、嵌套，代码块建立、使用的个数仅受PLC内部存储器容量的限制。在此次设计中建立1个OB块主程序段调用子程序，初始化、楼层数计数及开关门、电梯上下行等6个FC块存放子程序，输入变量、中间变量、输出变量3个DB块存放系统所需变量[[]刘美俊.西门子S7系列PLC的应用与维护[M].北京:机械工业出版社2008.[]刘美俊.西门子S7系列PLC的应用与维护[M].北京:机械工业出版社2008.图5-1系统程序块5.1电梯初始化电梯初始化选择置顶初始化，当系统未收到初始化完成信号和电梯置顶反向保护信号也就是电梯上端第一限位时，置位电梯上行接触器，复位下行接触器，控制电梯曳引机正转，电梯上行。当电梯光电开关减速平层装置接收到上端第一限位信号时，电梯置顶反向保护置位，此时复位电梯上行接触器，置位下行接触器，控制电梯曳引机反转，电梯下行。直到电梯到达初始化指定楼层后，复位电梯上下行接触器。在设计电路过程中上下行接触器采用互锁设计，输出线圈均采用复位、置位输出[[]王冰冰,许恒铭,孙静.基于PLC的电梯控制系统设计[J].科技视界,2019(21):35-36.[]王冰冰,许恒铭,孙静.基于PLC的电梯控制系统设计[J].科技视界,2019(21):35-36.图5-2初始化部分截图5.2楼层计数楼层计数使用梯形图中的加减法计数（CTUD）指令，上下平层信号采用上升沿触发。电梯在向上运行时，接通上游交流接触器，分析可得电梯上行时先触到下平层单脉冲，因此此时楼层电子计数器加1；当电梯下降时，交流接触器接入，当电梯触到各楼层上层平层单脉冲时，楼层电子计数器减1，显示计数数据[[]IanD.RobertsonDiseaseControl,PreventionandOn-FarmBiosecurity:TheRoleofVeterinaryEpidemiology[J]Engineering,2020,6(1)][]IanD.RobertsonDiseaseControl,PreventionandOn-FarmBiosecurity:TheRoleofVeterinaryEpidemiology[J]Engineering,2020,6(1)5-3楼层计数部分截图5.3电梯待载休眠当电梯系统长时间未收到电梯呼叫信号时，为了更好的环保考虑节能，应当断开电梯轿厢内的冷却风扇和照明系统软件开关电源，使电梯进入休眠状态；当产生呼梯信号时，系统电源接通，轿厢内的风扇及照明系统电源重新接通[[]花永,陈元凯.六部十层电梯集群控制系统的设计与仿真[J].电子设计工程,2019,27(12):185-188+19[]花永,陈元凯.六部十层电梯集群控制系统的设计与仿真[J].电子设计工程,2019,27(12):185-188+191.图5-4电梯休眠部分程序截图5.4上下行程序当电梯自动启动时，当出现内部选择信号或电梯电外部信号响应时，电梯根据当前楼层位置与产生呼叫信号的楼层位置的比较，最终确定电梯是否向上或向下运行[[]A.M.Abul-Fadl,A.R.Sanad,M.Khallafetal.PO399E-HealthPlatformsforStrengtheningControlofCardiovascularDiseasesin14Countries[J]GlobalHeart,2018,13(4)[]A.M.Abul-Fadl,A.R.Sanad,M.Khallafetal.PO399E-HealthPlatformsforStrengtheningControlofCardiovascularDiseasesin14Countries[J]GlobalHeart,2018,13(4)图5-5电梯上行部分截图当电梯上行方向明确时，电梯所在楼层方向运行方向呼叫时，待电梯信号一一响应后，即可清除上行方位信号。在检修情况下，电梯不再进行方向选择，由上行交流接触器立即进行。基于相同的编程思想，电梯选向的程序流程如下图5-6所示。图5-6电梯下行部分截图5.5开关门模块当电梯到达目标层，接收到光幕、超重信号或开门按钮被按下时，置位开门继电器；当电梯处于运行过程中或电梯开门到位时，复位开门继电器[[]梁宏.基于PLC的电梯控制系统的设计与研究[J].自动化应用,2019(05):11-12+34.][]梁宏.基于PLC的电梯控制系统的设计与研究[J].自动化应用,2019(05):11-12+34.图5-7电梯开门部分截图当系统接收到开门到位信号并延时了2秒或关门按钮被按下后关门继电器置位；当系统接收到关门到位信号、光幕信号、超重信号或开门按钮被按下后关门继电器复位[[]赵赛,魏颖.基于西门子S7-1200电梯控制系统设计与实现[J].南方农机,2019,50(01):197+199.[]赵赛,魏颖.基于西门子S7-1200电梯控制系统设计与实现[J].南方农