基于西门子PLC的电梯控制系统设计及调试

1、X Y 学 院 PLC编程及应用 课 程 设 计 题 目 基于西门子PLC的电梯控制系统设计及调试系 (部) 智能与信息工程学院 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2016年 1 月 4 日至 1 月 15 日 共 2 周2016 年 1 月 13 日目录1 控制系统硬件设计21.1 设计要求21.2 设计分析21.2.1 控制系统的I/O点数21.2.2 PLC的型号选择31.3 系统整体分析31.3.1 电梯上行分析31.3.2 电梯下行分析41.3.3电梯上行或下行执行要求51.3.4 系统PLC控制程序设计52 系统原理设计62.1 I/O点分配62.2 程序设计72.2.1 内选分析

2、72.2.2 外呼分析92.2.3 开门分析112.2.4 关门分析123 总结13参考文献14附录一 梯形图15附录二 接线图25附录三 主回路电气原理图26附录四 仿真结果27引言随着科学技术的发展，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。随着自动控制理论与微电子技术的发展、电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐步被淘汰，微机控制系统虽智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂

3、，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，备受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。随着我国经济的高速发展，自动控制技术也得到了迅猛发展，而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，在工业、商业和民用方面应用已十分广泛，与人们的生活紧密相关。本文利用西门子S7-200可编程控制器编写的一个四层电梯的控制系统，主要分析并叙述了电梯的控制、运行情况。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统(早期安装的电梯多继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力

4、强、设计配置灵活等特点。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。本文就是详细介绍PLC的特点及整个设计过程。1 控制系统硬件设计1.1 设计要求（1）电梯具有运行速度（高速）和平层速度（低速）两种运行速度并可实现高低速的平滑转换（2）电梯具有呼梯登记及登记显示功能（3）电梯具有轿内选层及选层登记及显示功能（4）电梯具有自动停层功能（5）电梯具有顺向截停功能，若已经完成当前方向的最后一

5、站请求，亦可实现逆向截停功能（6）电梯具有自动确定运行方向及运行方向保持功能（7）电梯具有厅门、轿门连锁保护功能（8）电梯具有自动平层功能（9）电梯具有超载、超速及端站限位保护功能（10）电梯具有运行方向及层楼指示功能（11）满足了呼梯要求即应消除呼梯登记信号1.2 设计分析1.2.1 控制系统的I/O点数1、输入信号1)轿厢内及各层门厅外呼按钮主要是轿厢内的楼层选择数字键1至4，各层门厅外呼按钮，除一层只设置上升按钮，四层只设置下降按钮外，其他层均设置上升和下降两个按钮。一共需要10个输入。2)位置信号 位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的4个传感器产生，以及轿厢顶层和底层的两个传感器。所

6、以位置信号一共需要6个输入。 3)电梯门控制信号 大部分电梯都具有开门按钮、关门按钮，以方便手动开关门。一共需要两个输入。4)模拟到位按钮 设置了2个到位按钮，即开门到位和关门到位，所以一共需要2个输入。5)保护信号 考虑到电梯运行的安全，防止上升超过最大高度以及下降超过最低点，故有上限位和下限位保护装置；在关门过程中，可能会出现门的确关闭但未关紧的情况，从而造成安全隐患，因此一共需要3个输入。 综上所述，共需要输入点23个输入点。2、输出信号1)显示指示信号 内呼指示信号有四个，分别用来表示1至4层楼层内呼的指令被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。外呼指示信号共有六个，分别用来表示1至4层

7、楼层外呼的指令被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。以及1至4层指示信号四个和上下行指示两个。因此共需要16个输出信号。2）电梯上下行输出信号，共两个。3）高低速输出信号，共两个。4）开门和关门输出信号，共两个。因此，共需要22个输出信号。1.2.2 PLC的型号选择综合输入、输出点的以及要实现的电梯控制功能，西门子CPU224型的PLC四层电梯控制系统的模拟系统完全能实现设计要求。1.3 系统整体分析1.3.1 电梯上行分析最初，电梯停在一层，当有外呼上行时，电梯门开，一层指示持续亮，一楼上层输出，关门到位低电平，开门到位高电平，人进入电梯后按下关门，开门到位低电平，关门到位高电平。内选二、

8、三或四层，电梯开始运行，比如选择四层，上层输出作用，电梯开始高速运行，上平层感应器、下平层感应器和一层限位低电平，当电梯运行至二层和三层时，上平层感应器、二层（三层）限位和下平层感应器依次闭合，输出二层指示、三层指示依次亮，电梯依然加速运行，当上平层感应器和四层限位依次高电平时，电梯减速运行当下平层感应器高电平时，电梯完全到达目标层，关门到位低电平，电梯门开，开门到位高电平，无动作三秒后门自动关闭，开门到位低电平，关门到位高电平。同时在电梯运行过程中，即轿厢上升途中，任何反方向（下降）的呼叫信号均不响应。1.3.2 电梯下行分析1） 当电梯停于4楼，2楼呼叫时，则下行，待2楼的限位开关动作，则

9、减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后，轿厢门与厅门关闭至关门到位。 2）当电梯停于4楼，3楼呼叫时，则下行，待3楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后，轿厢门与厅门关闭至关门到位。 3) 当电梯停于4楼，2楼、3楼同时呼叫时，则下行，待3楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续下行到2楼，待2楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门

10、与厅门打开至开门到位，时间到后，轿厢门与厅门关闭至关门到位。4） 当电梯停于4楼，1楼、3楼同时呼叫时，则下行，待3楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续下行到1楼，待1楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后，轿厢门与厅门关闭至关到位。 5） 当电梯停于4楼，1楼、2楼同时呼叫时，则下行，待2楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后或者按关门按钮，轿

11、厢门与厅门关闭至关到位；继续下行到1楼，待1楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后，轿厢门与厅门关闭至关到位。 当电梯停于4楼，1楼、2楼、3楼同时呼叫时，则下行，待3楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续下行到2楼，待2楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续下行到1楼，待1楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器

12、完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后，轿厢门与厅门关闭至关到位。7）当电梯停于4楼或2楼或3楼，1楼呼叫时，则下行，待1楼的限位开关动作，则减速下行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后，轿厢门与厅门关闭至关到位。8) 当电梯停于1楼或2楼或3楼，4楼呼叫，电梯上行到4楼，待4楼的限位开关动作，则减速上行，上平层感应器完全动作之后，电梯停止运行，轿厢门与厅门打开至开门到位，时间到后，轿厢门与厅门关闭至关到位。1.3.3电梯上行或下行执行要求在电梯运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼叫信号均不响应；如

13、果某反向呼梯信号前方再无其它呼梯信号，则电梯响应该呼梯信号；并且电梯具有最远反向呼梯响应功能。1.3.4 系统PLC控制程序设计程序梯形图、接线图以及主回路电气原理图详见附录一、附录二和附录三。2 系统原理设计2.1 I/O点分配在进行输入输出地址分配及I/O接口分配时要尽可能的将同类型的I/O接口相邻分配，这样在进行仿真时可以更清楚的知道各I/O口的功能，以免误动作。按照1.2.1节的分析，此处共需输入点23个，输出点22个。输入输出地址分配如表2-1所示。表2-1 I/O地址分配表输入信号输出信号序号编号名称编号名称1I0.0开门Q0.0开门2I0.1一层限位Q0.1一层指示 3I0.2二

14、层限位Q0.2二层指示4I0.3三层限位Q0.3三层指示5I0.4四层限位Q0.4四层指示6I0.5关门Q0.5关门7I0.6开门到位Q0.6上行指示8I0.7关门到位Q0.7下行指示9I1.0上平层感应器Q1.0高速10I1.1一层内选Q1.1一层内选指示11I1.2二层内选Q1.2二层内选指示12I1.3三层内选Q1.3三层内选指示13I1.4四层内选Q1.4四层内选指示14I1.5下平层感应器Q1.5低速15I1.6上限位Q1.6上行输出16I1.7下限位Q1.7下行输出17I2.0一楼上呼Q2.0一楼上行18I2.1二楼下呼Q2.1二楼下行19I2.2二楼上呼Q2.2二楼上行20I2.

15、3三楼下呼Q2.3三楼下行21I2.4三楼上呼Q2.4三楼上行22I2.5四楼下呼Q2.5四楼下行23I2.6关门测试信号2.2 程序设计本次课程设计编程采用西门子PLC S7-200,CPU选用226型。编程软件为V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9。主要程序如下所示。2.2.1 内选分析内呼至一楼，则电梯必须处于非一楼位置，而且电梯如果是上行的，则必须执行完所有上行要求后，才会依次执行下行要求，到达一楼。具体程序如图2-1所示。图2-1 一层内选内呼至二楼，则电梯必须处于非二楼位置，而且电梯如果是上行的，则必须执行完所有上行要求后，才会依次执行比电梯所在层低的下行要求，到达二楼

16、。程序如图2-2所示。图2-2 二层内选内呼至三楼，则电梯必须处于非三楼位置，而且电梯如果是上行的，则必须执行完所有上行要求后，才会依次执行比电梯所在层低的下行要求，到达三楼；如果电梯所在位置低于三楼且正执行上行，则到三楼后就会打开电梯门；如果电梯所在位置低于三楼且正执行下行，则必须执行完所有下行要求后，才会依次执行比电梯所在层高的上行要求，到达三楼。程序如图2-3所示。图2-3 三层内选内呼至四楼，则电梯必须处于非四楼位置，而且电梯如果是下行的，则必须执行完所有下行要求后，才会依次执行上行要求，到达四楼。程序如图2-4所示。图2-4 四层内选2.2.2 外呼分析一楼外呼，则只有一种可能，就是

17、上行，如果电梯正在执行上行要求，则必须执行完所有上行要求后，再就近执行比电梯所在层低的下行要求。程序如图2-5所示，图2-5 一楼上呼二楼外呼下：如果电梯正在执行上行要求，则必须等电梯执行完所有上行要求后，根据按下呼叫的先后进行其他信号处理，若除了当前执行的上行外，就二楼下呼最先呼叫的话，则电梯会就近执行比电梯所在层低的下行要求，直至二楼外呼下；或者电梯正在执行下行至一楼，则必须等电梯执行完下至一楼后，再上行至二楼执行其下呼。程序如图2-6所示。图2-6 二楼下呼二楼外呼上：如果电梯所在的楼层大于二楼且正在执行上行要求，则必须执行完所有上行要求后，再就近执行比电梯所在层低的下行要求；如果电梯正

18、在下行至一楼，则只有等电梯下到一楼后，再上行至二楼。程序如图2-7所示。图2-7 上呼二楼三楼外呼下：如果电梯正在执行上行要求，则必须等电梯执行完所有上行要求后，根据按下呼叫的先后进行其他信号处理，若除了当前执行的上行外，就三楼下呼最先呼叫的话，则电梯会就近执行比电梯所在层低的下行要求，直至三楼外呼下；或者电梯正在执行下行至一或二楼，则必须等电梯执行完当前的下行要求后，再上行至三楼执行其下呼。程序如图2-8所示。图2-8 三楼下呼三楼外呼上：如果电梯所在的楼层小于三楼且正在执行下行要求，则必须执行完所有下行要求后，再就近执行比电梯所在层高且比三楼低的上行要求；如果电梯正在上行至四楼，则只有等电

19、梯上到四楼后，再下行至三楼。具体程序如图2-9所示。图2-9 三楼上呼四楼外呼，则只有一种可能，就是下行，如果电梯正在执行下行要求，则必须执行完所有下行要求后，再就近执行比电梯所在层低的上行要求。程序如图2-10所示。图2-10 四楼下呼2.2.3 开门分析在进行开门调试时，必须得待电梯到达指定位置（上平层感应器、限位开关和下平层感应器都动作）后，电梯停稳后再执行开门要求。开门完全后执行开门到位。具体程序如图2-11。图2-11 开门调试2.2.4 关门分析在进行关门调试时，必须得电梯开门开到位后，才会进行自动的倒计时的关门程序或选择关门按钮进行关闭轿厢门和厅门。关门完全后执行关门到位。具体程

20、序如图2-12所示。图2-12 关门调试3 总结本设计主要以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。梯形图程序在模拟调试时可以非常直观的展现出4层电梯的运行过程。在调试过程中，本设计充分发挥了PLC接线简单、编程直观等特点。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。本次设计达到了预定的设计目的。利用可编程控制器，通过合理的设别选型、软件设计，提高了电梯运行的可靠性和运行效率，使电梯结构紧凑、维修简单、故障率低，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能。具有一定的经济效益和社会效益。通过此次课程设计，不仅使我将知识融

21、会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中开拓了视野，大致认识了将来电力电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。课程设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力，是我在校期间向学校所交的一份综和性作业。 在此要感谢我们可敬的老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我的帮助。还有在设计过程中，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式过程中，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。参考文献1 廖常初，PLC编程及应用（第四版），北京：机械工业出版社，2013.2