基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、I 摘 要 在計(jì)算機(jī)技術(shù)與微處理技術(shù)高速發(fā)展的推動(dòng)下，PLC 技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)自 動(dòng)化控制領(lǐng)域最為常見一種控制技術(shù)。隨著高層建筑的出現(xiàn)與快速發(fā)展，電梯 的應(yīng)用水平不斷提升，成為現(xiàn)代高層建筑不可或缺的重要構(gòu)成，是用戶出入、 貨物運(yùn)輸?shù)淖罨竟ぞ?，?shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的垂直運(yùn)輸。利用 PLC 數(shù)據(jù)處理功能及 其特有的輸入輸出接口調(diào)理功能，對(duì)電梯的開關(guān)信號(hào)的輸入輸出進(jìn)行處理，通 過樓層按鈕面板，獲取電梯運(yùn)行的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯上行下行的自動(dòng)控制，并 且通過軟件的調(diào)試，能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)電梯運(yùn)行位置調(diào)節(jié)電梯運(yùn)行速度，確定電梯 運(yùn)行狀態(tài)。使得電梯能夠高效、安全地運(yùn)行。 本課題研究具體以 PLC 為基礎(chǔ)，開發(fā)設(shè)計(jì)一套五層

2、電梯控制系統(tǒng)，并對(duì)控 制系統(tǒng)的具體功能水平進(jìn)行測(cè)試分析。首先分析電梯和 PLC 的工作原理，了解 如何通過可編程控制器來應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)，然后選擇合適的 PLC 型號(hào)即西 門子 S7-200 型號(hào)，選擇合理的電梯系統(tǒng)的硬件，以及如何接線，確定可編程控 制器的 I/O 分配，確定系統(tǒng)的軟件（STEP7Micro/WIN32）設(shè)計(jì)并調(diào)試，最后 用組態(tài)王 6.55 進(jìn)行結(jié)果演示。結(jié)果表明，基于 PLC 運(yùn)行的自動(dòng)化控制系統(tǒng)能 夠滿足五層電梯的控制需求，表現(xiàn)出一定的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：電梯控制，組態(tài)軟件， PLC, I/O II ABSTRACT Driven by the rapi

3、d development of computer and micro processing technology, PLC has become the most common control technology in the field of industrial automation control. With the emergence and rapid development of high-rise buildings, the application level of elevators is increasing, which has become an indispens

4、able component of modern high-rise buildings. It is the most basic tool for user access and transportation of goods, and has realized the vertical transportation of automation. Using the powerful data processing function of PLC and its unique input and output interface conditioning function, the inp

5、ut and output of the elevator switch signal is processed. The elevator operation information is obtained through the floor button panel to realize the automatic control of the elevator up and down, and the elevator can be transported according to the elevator in real time through the debugging of th

6、e soft parts. The position of the elevator is adjusted to determine the operation state of the elevator. It enables the elevator to operate efficiently and safely. This project is based on PLC, and develops a five tier elevator control system. The specific functional level of the control system is t

7、ested and analyzed. First, we analyze the working principle of elevator and PLC, understand how to apply the programmable controller to the elevator control system, then select the appropriate PLC model, the SIEMENS S7-200 model, select the reasonable elevator system hardware, and how to connect, de

8、termine the I/O allocation of the programmable controller, and determine the software of the system (STEP7 - Micro/WIN32) design and debug, and finally use Kingview 6.55 to demonstrate the results. The results show that the automatic control system based on PLC can fully meet the control needs of th

9、e five elevators, showing full application value and development potential. KEY WORDS: elevator control，configuration control，programmable controller III 目 錄 摘 要.I ABSTRACT.II 目 錄.III 第一章 緒論.1 1.1 選題目的與意義 .1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .1 1.3 本文工作 .3 第二章 PLC 電梯控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) .4 2.1 電梯控制系統(tǒng)的概述 .4 2.1.1 電梯工作及控制系統(tǒng)原理.4 2.1.2

10、電梯控制系統(tǒng)的組成.5 2.1.3 電梯控制系統(tǒng)特性.5 2.2 基于 PLC 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .5 第三章 PLC 電梯的控制策略 .6 3.1 控制要求 .6 3.1.1 PLC 的選擇 .6 3.1.2 軟件功能.6 3.2 控制方案 .6 3.3 I/O 的分配.7 3.4 T 型圖.8 第四章 PLC 電梯控制系統(tǒng)的運(yùn)行測(cè)試 .20 第五章 結(jié)論與展望.32 致謝.33 參考文獻(xiàn).34 1 第一章 緒論 1.1 選題目的與意義 隨著高層建筑的出現(xiàn)與快速發(fā)展，電梯的應(yīng)用水平不斷提升，成為現(xiàn)代高 層建筑不可或缺的重要構(gòu)成，是用戶出入、貨物運(yùn)輸?shù)淖罨竟ぞ?，?shí)現(xiàn)了自 動(dòng)化的垂直運(yùn)輸。例

11、如，多層廠房及倉庫需要貨梯完成產(chǎn)品原料的運(yùn)輸；高層 住宅則需要民用住宅電梯滿足用戶出入需求；自動(dòng)扶梯則成為現(xiàn)代商業(yè)建筑的 基本設(shè)施。目前，電梯已經(jīng)成為現(xiàn)代人類社會(huì)最基本的交通運(yùn)輸工具之一，為 人們創(chuàng)造了一種高效、便捷的出行運(yùn)動(dòng)環(huán)境。美國的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，該國每日 使用電梯的人次要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他交通工具，電梯的建設(shè)使用規(guī)模也成為城市現(xiàn) 代化水平的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一1。 近年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，再加上國家大力扶持微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技 術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)行業(yè)，這些行業(yè)的大力發(fā)展，也使電梯市場(chǎng)變得成熟，目前， 電梯行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，在不同場(chǎng)合下，電梯技術(shù)的應(yīng)用也越來 越廣泛。作為現(xiàn)代建筑的垂直方

12、向上的交通工具，電梯與人們的生活，工作都 息息相關(guān)，因?yàn)槿藗儗?duì)電梯要求的提高，與此同時(shí)技術(shù)的的迅速更新，電梯的 邏輯控制也由PLC可編程控制器代替原來的繼電器來控制。使用PLC來控制電梯, 在電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制上，也變成由軟件來控制，能夠大大提高電梯系統(tǒng)的可 靠性，安全性2。另外，這樣做的優(yōu)點(diǎn)還有控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，外部線路簡(jiǎn)單， 所以可以方便地增加或者改變控制系統(tǒng)的功能。 目前，許多工程系統(tǒng)（包括電梯系統(tǒng)）都由可編程邏輯控制器（PLC）控制。 之所以選擇PLC，都是源于其高可靠性和高效率性。在這篇文章中，我們討論的 是一種小型PLC控制的五層電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 若以

13、升降運(yùn)輸作為電梯的核心特征來看的話，電梯這一裝置甚至可以追溯 到古希臘時(shí)期。阿基米德于公元前 236 年最先設(shè)計(jì)了一種基于人力驅(qū)動(dòng)的卷筒 式卷揚(yáng)機(jī)，其基本運(yùn)行模式與現(xiàn)代電梯極為相似；1858 年，美國誕生了世界首 部基于蒸汽機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的客梯，此后不久英國就研發(fā)了一種水壓梯；1889 年， 美國奧梯斯電梯公司研制了史上第一款基于電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力型電梯，標(biāo)志了嚴(yán)格 意義上的“電梯”的出現(xiàn)，電梯的實(shí)用性也在技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展中不斷提升；1900 年，全球首部自動(dòng)扶梯誕生；1949 年，群控電梯出現(xiàn)并被應(yīng)用于紐約聯(lián)合國大 2 廈；1955 年，全球首部小型計(jì)算機(jī)控制電梯誕生；1962 年，美國研發(fā)的超高速 電梯

14、實(shí)現(xiàn)了 8m/s 的運(yùn)行速度；1963 年，基于無觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯控制的電梯在 發(fā)達(dá)工業(yè)國家研制成功；1967 年，可控硅技術(shù)的應(yīng)用極大提升了電梯性能，簡(jiǎn) 化了電梯拖動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；1971 年，集成電路在電梯控制領(lǐng)域得到了良好應(yīng)用； 1972 年，全球首部數(shù)控電梯誕生；1976 年，電梯控制技術(shù)領(lǐng)域正式應(yīng)用微處理 器技術(shù)，為電梯控制開創(chuàng)了一種全新的技術(shù)模式，極大提升了電梯控制自動(dòng)化 水平，提升了電梯的運(yùn)行效率3。 在 PLC 出現(xiàn)之前，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)最早為繼電器控制模式。繼電 器控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)構(gòu)成為輸入/輸出電路、控制電路及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。輸入電路的主 體結(jié)構(gòu)為按鈕、行程開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等

15、，具體實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)由外部 向系統(tǒng)傳遞；輸出電路的主要結(jié)構(gòu)為接觸器、電磁閥等，屬于控制系統(tǒng)的執(zhí)行 元件，具體實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)、閥門等設(shè)備的操控；控制電路是該系統(tǒng)的核心要素， 基于特定的線路將系統(tǒng)包含的各類繼電器、電子元器件連接成一個(gè)整體，共同 實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制功能；而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)則屬于繼電器控制系統(tǒng)的對(duì)象， 主要表現(xiàn)為生產(chǎn)流程或者生產(chǎn)相關(guān)的各類機(jī)電設(shè)備4。 1968 年，美國通用汽車公司提出了一種工業(yè)控制器概念，并向全美技術(shù)領(lǐng) 域公開招標(biāo)，尋找能夠?qū)崿F(xiàn)這一概念的合作方；1969 年，根據(jù)通用汽車的概念， DEC（美國數(shù)字設(shè)備公司）成功研制成功全球首臺(tái)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的可編程控 制器。但是該產(chǎn)品的

16、功能相對(duì)有限，僅具備邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)等基本功能 并實(shí)現(xiàn)順序控制效果，因此，該技術(shù)產(chǎn)品并定義為可編程邏輯控制器，即 PLC（Programmable Logical Controller）5。 上世紀(jì)七十年代末，微處理器技術(shù)應(yīng)用呈現(xiàn)高速發(fā)展勢(shì)頭，技術(shù)水平日趨 完善，極大提升了可編程控制器的處理能力，并且豐富了可編程控制器的功能。 在各類新技術(shù)的支持下，可編程控制器的基本邏輯控制能力不僅得到了顯著提 升，同時(shí)具備了控制模擬量的能力。此時(shí)，美國電氣制造協(xié)會(huì)將可編程控制器 正式命名為 PC（Programmable Controller） 。為了區(qū)別個(gè)人計(jì)算機(jī) PC（Personal Comput

17、er） ，沿用了 PLC 這一傳統(tǒng)名稱。上世紀(jì)八十年代之后，集成電路進(jìn)入 高速發(fā)展時(shí)期，各類大規(guī)模、超大規(guī)模的集成電路相繼誕生，在 16 位及 32 位 微處理器技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，可編程控制器呈現(xiàn)出高速發(fā)展勢(shì)頭，技術(shù)水平不 斷提升，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。除傳統(tǒng)的邏輯控制功能之外，此時(shí)的 PLC 逐漸 具備了高速技術(shù)、PID 控制、中斷技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，極大提升了 PLC 的 應(yīng)用水平6。出于規(guī)范 PLC 這一工業(yè)控制裝置的科學(xué)發(fā)展，IEC（國際電工委 員會(huì)）對(duì) PLC 的內(nèi)涵進(jìn)行了科學(xué)定義，并對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行準(zhǔn)確表述： 可編程序控制器具體以電子化數(shù)字運(yùn)算系統(tǒng)為基礎(chǔ)，針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的 控制需求而

18、設(shè)計(jì)開發(fā)，以可編程存儲(chǔ)器為核心構(gòu)件，基于其各項(xiàng)控制功能，通 3 過其輸入/輸出電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的交互，從而對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程或各 類機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制7。 由以上論述可知，PLC 基于微處理器技術(shù)，在綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信 技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的一類工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠充分滿足通 用工業(yè)自動(dòng)控制需求。該技術(shù)裝置的優(yōu)勢(shì)在于體積小巧、功能全面、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、 運(yùn)用靈活，能夠充分滿足各類復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)的可靠性與適 應(yīng)性需求，因此成為工業(yè)控制領(lǐng)域最受認(rèn)可的一種控制技術(shù)。目前，PLC 與機(jī) 器人技術(shù)、CAD/CAM 技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大核心，在機(jī)械制造、冶 金工程、

19、交通運(yùn)輸、電力生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 1.3 本文工作 本文本文設(shè)計(jì)的一套五層電梯控制系統(tǒng)中，型號(hào)為 TKZ 800/2.5JXW。首 先分析電梯和 PLC 的工作原理，了解如何通過可編程控制器來應(yīng)用于電梯控制 系統(tǒng)，然后選擇合適的 PLC 型號(hào)即西門子 S7-200 型號(hào)，選擇合理的電梯系統(tǒng)的 硬件，以及如何接線，確定可編程控制器的 I/O 分配，確定系統(tǒng)的軟件 （STEP7Micro/WIN32）設(shè)計(jì)并調(diào)試，最后用組態(tài)王 6.55 進(jìn)行結(jié)果演示。具體 如下： （1）采用 PLC 為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)一部五層電梯的正常功能。整個(gè)所要完成的 流程是，人物在電梯外按鍵等待，電梯接收信號(hào)后抵達(dá)該人員樓

20、層并停住，電 梯門打開，人物進(jìn)入后，選擇所需要到達(dá)的樓層，按下樓層按鍵，電梯門感應(yīng) 器判斷是否還有人，沒有人則關(guān)門。電梯運(yùn)行，到達(dá)目標(biāo)樓層，停住，自動(dòng)打 開門，待人物走出，傳感器判斷關(guān)門。等待后續(xù)人員使用，重復(fù)同樣過程。 （2）在實(shí)現(xiàn)此基本功能后，所需要做的還有加入指示燈，數(shù)碼管，按鍵， 。除此之外，電梯內(nèi)加入超載警報(bào)器，火警警報(bào)器，緊急電話功能。 （3）使用者能簡(jiǎn)單操作，在有緊急情況發(fā)生時(shí)，如在火災(zāi)時(shí)，火警警報(bào)器 觸發(fā)，采取緊急滅火并通知消防人員，在電梯故障時(shí)，聯(lián)系電梯維修方盡快維 修。 （4）在電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還需要以下幾個(gè)組成部分進(jìn)行考慮：控制系統(tǒng)的 電路聯(lián)鎖功能和保護(hù)功能來防止誤操作；

21、電梯轎廂的運(yùn)行和停止；根據(jù)?？繕?層和運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)計(jì)算?？课恢?；啟動(dòng)和停止時(shí)應(yīng)有緩加速和減速過程，并合 理的調(diào)整電梯轎廂的運(yùn)行速度；電梯轎廂內(nèi)外都要求有流程效果，可以顯示操 作的進(jìn)度，以及電梯當(dāng)前的狀態(tài)；接收，檢測(cè)、控制信號(hào)要及時(shí)，準(zhǔn)確，安全、 可靠。 4 第二章 PLC 電梯控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 2.1 電梯控制系統(tǒng)的概述 2.1.1 電梯工作及控制系統(tǒng)原理 電梯控制技術(shù)為一種特殊的電氣自動(dòng)控制技術(shù)，控制對(duì)象為電梯操縱系統(tǒng) 及傳動(dòng)系統(tǒng)。上世紀(jì)七十年代，我國主要使用交流雙速電梯。此類電梯具體通 過改變牽引電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)的方式對(duì)電梯運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。此類電梯 的牽引電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)繞組具體分為高速

22、繞組與低速繞組兩大類，前者以極數(shù)較 少的繞組而后者則是級(jí)數(shù)較多的繞組。不同繞組所實(shí)現(xiàn)的功能不同，前者主要 實(shí)現(xiàn)電梯啟動(dòng)與穩(wěn)速運(yùn)行，而后者則主要實(shí)現(xiàn)電梯的制動(dòng)及維護(hù)。上世紀(jì)八十 年代，基于交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式的 VVVF 電梯變頻變壓控制技術(shù)出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了電 梯控制技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。此類技術(shù)由交流電動(dòng)機(jī)提供牽引力，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)直 流電動(dòng)機(jī)的性能水平，電梯運(yùn)行速度也達(dá)到了的 6m/s 水平。此類電梯驅(qū)動(dòng)與控 制系統(tǒng)具有體積小、重量輕、能耗低、效率高等優(yōu)勢(shì)，當(dāng)當(dāng)前最先進(jìn)的電梯拖 動(dòng)技術(shù)，能夠充分滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求8。由以上論述可知，電梯是一種 以垂直運(yùn)動(dòng)為主的運(yùn)輸工具，通常并不需要旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)就可正常運(yùn)行

23、，目前最主 流的拖動(dòng)技術(shù)為直線電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)。 隨著人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，城市建筑逐漸呈現(xiàn)出規(guī)?；l(fā)展趨勢(shì)，高層建 筑成為城市建筑的未來發(fā)展趨勢(shì)之一。高層建筑的不斷出現(xiàn)為電梯創(chuàng)造了良好 的發(fā)展環(huán)境，積極推動(dòng)了電梯技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展。電梯的基本技術(shù)原理是基于 自身控制規(guī)律與外部呼叫信號(hào)實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)行模式。由于外部呼叫的隨機(jī)性， 使得電梯運(yùn)行控制過程表現(xiàn)為典型人機(jī)交互式控制模式，簡(jiǎn)單的邏輯控制與順 序控制難以滿足這一復(fù)雜的控制需求。因此，隨機(jī)邏輯控制方式得到了充分應(yīng) 用與良好發(fā)展。目前，市面上已有電梯產(chǎn)品的控制模式可大致分為兩種不同類 型：一類是基于微處理器的控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)完成控制信號(hào)的采集、分析

24、 并對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)用戶所需的運(yùn)行模式；另一類則是基于 PLC 的自動(dòng)控制模式，通過對(duì)控制信號(hào)的集選實(shí)現(xiàn)電梯的科學(xué)運(yùn)行。雖然兩種控制 模式的技術(shù)原理和實(shí)施效果并無顯著區(qū)別，但是基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)更加 常見。相較而言，PLC 控制系統(tǒng)具有性能可靠性、開發(fā)簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)， 因此表現(xiàn)出更加顯著的性能優(yōu)勢(shì)與成本優(yōu)勢(shì)。 5 2.1.2 電梯控制系統(tǒng)的組成 電梯控制系統(tǒng)共包括八大系統(tǒng)，分別是曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系 統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng) 、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)9。 2.1.3 電梯控制系統(tǒng)特性 電梯啟動(dòng)階段的運(yùn)行工況是乘客舒適度的最主要影響因素，最重要的指

25、標(biāo) 為加速度?；诳刂评碚摰南嚓P(guān)內(nèi)容，若想實(shí)現(xiàn)某個(gè)變量的規(guī)律性變化結(jié)果， 就必須對(duì)該變量進(jìn)行科學(xué)控制。在對(duì)電梯加速度進(jìn)行控制時(shí)，通過需要以 M MZ=M=J（dn/dt）這一力矩方程式的計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，對(duì)電梯電動(dòng)機(jī)進(jìn)行科 學(xué)控制。在電梯運(yùn)行的不同工況下，需要針對(duì)性的采取不同的控制方案以實(shí)現(xiàn) 最佳加速度控制結(jié)果10。在電梯啟動(dòng)后，電梯運(yùn)行速度將不斷上升，并直至穩(wěn) 態(tài)值的 90%左右時(shí)系統(tǒng)的控制模式將由加速度控制模式轉(zhuǎn)換為速度控制模式； 在穩(wěn)定運(yùn)行過程中，可以借助速度閉環(huán)控制方案確保穩(wěn)定的運(yùn)行速度11。在上 述兩個(gè)階段中，雖然控制的核心要素均為 PI 調(diào)節(jié)器，但是其參數(shù)取值并不相同， 需要根據(jù)系統(tǒng)

26、運(yùn)行穩(wěn)定性需要選擇不同的參數(shù)值；在電梯制動(dòng)階段，為了實(shí)現(xiàn) 舒適感與充分可靠的制定效果，必須嚴(yán)格控制減速度變化情況，實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行 速度的穩(wěn)定變化并確保平層的精確度。為了實(shí)現(xiàn)舒適度與運(yùn)行可靠性的均衡， 通常需要采取時(shí)間控制方式對(duì)加速度變化情況進(jìn)行控制，并根據(jù)電梯的實(shí)際運(yùn) 行狀態(tài)參數(shù)對(duì)控制方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)最佳控制效果。 2.2 基于 PLC 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在本文設(shè)計(jì)的一套五層電梯控制系統(tǒng)中，型號(hào)為 TKZ 800/2.5JXW，選擇 合適的 PLC 型號(hào)即西門子 S7-200 型號(hào)，選擇合理的電梯系統(tǒng)的硬件，確定系 統(tǒng)的軟件（STEP7Micro/WIN32）設(shè)計(jì)并調(diào)試，最后用組態(tài)

27、王 6.55 進(jìn)行結(jié)果 演示。 利用 PLC 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能及其特有的輸入輸出接口調(diào)理功能，對(duì)電梯 的開關(guān)信號(hào)的輸入輸出進(jìn)行處理，通過樓層按鈕面板，獲取電梯運(yùn)行的信息， 實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯上行下行的自動(dòng)控制，并且通過軟件的調(diào)試，能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)電梯運(yùn) 行位置調(diào)節(jié)電梯運(yùn)行速度，確定電梯運(yùn)行狀態(tài)。使得電梯能夠高效、安全地運(yùn) 行。在本設(shè)計(jì)中，需要考慮的有曳引系統(tǒng)，牽引系統(tǒng)，安全系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)等 方面。其中，控制系統(tǒng)、指示呼叫系統(tǒng)和電氣安全裝置等組成了電氣系統(tǒng)。 6 7 第三章 PLC 電梯的控制策略 3.1 控制要求 3.1.1 PLC 的選擇 市面上，PLC 的種類繁雜多樣，本設(shè)計(jì)綜合輸入輸出點(diǎn)的計(jì)算以及

28、要實(shí)現(xiàn) 的電梯控制功能，選擇使用西門子 S7-200PLC 加一個(gè)擴(kuò)展模塊即可滿足要求。 S7-200PLC（CPU226）是一種小型可編程邏輯控制器，目前在各種中小型自動(dòng)化 控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用12。此型號(hào)的 PLC 優(yōu)點(diǎn)有高集成度的設(shè)計(jì)、低廉的成本， 于是使得其成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。此 外，西門子 S7-200PLC 在可靠性高、指令集豐富、運(yùn)算速度快、內(nèi)部集成功能 強(qiáng)大等幾個(gè)方面都有出色的表現(xiàn)。此型號(hào)的 PLC 擁有 RS-485 串行口，有幾種通 訊方式可以使用，達(dá)到 MCS51 單片機(jī)與 PLC 進(jìn)行通訊。本設(shè)計(jì)使用的是使用 MAX485 芯片與 mc

29、s 51 串行口相接，再與 S7-200 PLC 的 RS-485 口進(jìn)行通訊。 3.1.2 軟件功能 本設(shè)計(jì) PLC 控制程序采用的是西門子公司提供的 STEP7-Micro/WIN 32 編 程軟件進(jìn)行開發(fā)。該軟件的 SIMATIC 指令集包括三種語言，即語句表（STL）語 言、梯形圖（LAD）語言和功能塊圖（FWD）語言13。西門子 S7-200 系列使用 的是 STEP-Micro/WIN32 編程軟件，此軟件具有編程及調(diào)試等多種功能，是 PLC 用戶不可缺少的開發(fā)工具。STEP 7 編程軟件較為強(qiáng)大，功能齊全，包括有通訊 組態(tài)、測(cè)試、硬件和軟件的參數(shù)設(shè)置、軟件編程和調(diào)試、文件建檔、模

30、擬運(yùn)行 等 14。 3.2 控制方案 (1)在系統(tǒng)剛開始運(yùn)行時(shí)，電梯處于一樓平層； (2)當(dāng)各樓層的外部進(jìn)行電梯呼叫時(shí)，電梯立即接收并執(zhí)行呼叫信號(hào)，選擇 上行或者下行，到達(dá)所呼叫的樓層平層時(shí)，電梯轎廂停止，并自動(dòng)打開門，如 果一段時(shí)間內(nèi)無響應(yīng)，電梯門將自動(dòng)關(guān)閉。 (3)如果電梯內(nèi)部有呼叫的信號(hào)，電梯就對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收并響應(yīng)，到達(dá)所發(fā) 出指令的樓層平層時(shí)，電梯轎廂停止，并自動(dòng)打開門，如果一段時(shí)間內(nèi)無響應(yīng)， 8 電梯門將自動(dòng)關(guān)閉。 (4)在電梯上行的時(shí)候，反方向的外部呼叫不響應(yīng)；在電梯下行的時(shí)候，反 方向的呼叫不響應(yīng)；但是如果上行動(dòng)作結(jié)束后，再響應(yīng)反方向的外部呼叫；如 果下行動(dòng)作結(jié)束后，再響應(yīng)反方向

31、的外部呼叫。 (5)電梯要優(yōu)先響應(yīng)最遠(yuǎn)反方向的呼叫要求。 (6)電梯在運(yùn)行的過程中，開門信號(hào)和關(guān)門信號(hào)不響應(yīng)，如果電梯到達(dá)指定 樓層后，開門信號(hào)和關(guān)門指令才能執(zhí)行。 （7）電梯達(dá)到指定的樓層后，內(nèi)部和外部的指示面板同時(shí)輸出，顯示該樓 層的號(hào)碼15。 3.3 I/O 的分配 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，采用西門子 S7-200 系列 CPU226 可編程控制器進(jìn)行分 配設(shè)計(jì)，輸入部分采用直流 24V 電壓供電，輸出為直流 24V 電壓輸出供電。根 據(jù)本系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，本設(shè)計(jì)的 I/O 分配（參見表 1） 。 表 3.1 I/O 分配表 序號(hào)名 稱輸入點(diǎn)序號(hào)名 稱輸出點(diǎn) 0 一層內(nèi)呼 I0.00 一層

32、內(nèi)呼指示 Q0.0 1 二層內(nèi)呼 I0.11 二層內(nèi)呼指示 Q0.1 2 三層內(nèi)呼 I0.22 三層內(nèi)呼指示 Q0.2 3 四層內(nèi)呼 I0.33 四層內(nèi)呼指示 Q0.3 4 五層內(nèi)呼 I0.44 五層內(nèi)呼指示 Q0.4 5 一層外呼上 I0.55 一層外呼上指示 Q0.5 6 二層外呼下 I0.66 二層外呼下指示 Q0.6 7 二層外呼上 I0.77 二層外呼上指示 Q0.7 8 三層外呼下 I1.08 三層外呼下指示 Q1.0 9 三層外呼上 I1.19 三層外呼上指示 Q1.1 10 四層外呼下 I1.210 四層外聽下指示 Q1.2 11 四層外呼上 I1.311 四層外呼上指示 Q1

33、.3 12 五層外呼下 I1.412 五層外呼下指示 Q1.4 13 開門開關(guān) I1.513 電梯上行門 Q1.5 14 關(guān)門開關(guān) I1.614 電梯下行門 Q1.6 15 一層平層 I1.715 門電機(jī)開 Q1.7 16 二層平層 I2.016 門電機(jī)關(guān) Q2.0 17 三層平層 I2.117 電梯上行指示 Q2.1 9 18 四層平層 I2.218 電梯下行指示 Q2.2 19 五層平層 I2.319 超重指示 Q2.3 20 開門限位 I2.420 警報(bào)器 Q2.4 21 關(guān)門限位 I2.521 一層指示 Q2.5 22 電梯上升極限位 I2.622 二層指示 Q2.6 23 電梯下降極

34、限位 I2.723 三層指示 Q2.7 24 超重 I3.024 四層指示 Q3.0 25 警報(bào)按鈕 I3.125 五層指示 Q3.1 26 激光傳感器 I3.226 3.4 T 型圖 本設(shè)計(jì)采用 STEP7Micro/WIN32 作為 plc S7-200 的編程軟件，T 形圖如 下。 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 第四章 PLC 電梯控制系統(tǒng)的運(yùn)行測(cè)試 本次設(shè)計(jì)的結(jié)果演示，是通過組態(tài)王 6.55 來實(shí)現(xiàn)的。此軟件是亞控科技公 司根據(jù)當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，主要是針對(duì)低端自動(dòng)化市場(chǎng)，開發(fā)的一套 產(chǎn)品，是為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化的目標(biāo) 16。 圖中，即是使

35、用軟件組態(tài)王 6.55 進(jìn)行仿真的設(shè)計(jì)結(jié)果，圖 1 左上角按鈕即 顯示電梯通電能正常運(yùn)行，亮紅燈時(shí)則是故障，變成藍(lán)色并閃爍，即是電梯系 統(tǒng)故障。左下代表的是電梯轎廂內(nèi)部按鈕面板，中間數(shù)字代表電梯所在樓層。 中間五個(gè)白色方框表示每層外部按鈕面板，分別有上行和下行按鈕，以及一個(gè) 顯示器代表電梯轎廂目前所在的樓層，旁邊上下則指的是此時(shí)電梯轎廂的運(yùn)動(dòng) 方向17。此時(shí)電梯轎廂停在一層，等待使用（參見圖 4.1） 。 圖 4.1 組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)示意圖 由于電梯層數(shù)較多，現(xiàn)以電梯停在一層時(shí)為例，分兩種情況進(jìn)行結(jié)果演示。 （1）當(dāng)人在一層想使用電梯到達(dá)五層時(shí)，按下外部按鈕面板的上行鍵，此 時(shí)電梯門打開，等待人

36、進(jìn)入。整個(gè)過程為：乘客進(jìn)入電梯后，按下內(nèi)部按鈕面 22 板中想要到達(dá)的樓層數(shù)字，即 5，此時(shí)電梯接收到指令，關(guān)門，上行，到達(dá)五 層時(shí)，自動(dòng)打開門，乘客出電梯后，再自動(dòng)關(guān)門。以下為分解圖： 電梯在一樓，開門 電梯上行過程 23 到達(dá)五層，自動(dòng)開門 （2）第二種情況，當(dāng)人在五樓時(shí)，想要乘坐電梯下到一樓時(shí)。 此時(shí)電梯轎廂在一樓 24 五層的乘客按下按鈕，電梯轎廂開始上升 25 電梯轎廂到達(dá)五層后，自動(dòng)開門 乘客進(jìn)入后，自動(dòng)關(guān)門 26 乘客在轎廂內(nèi)部按鈕面板按下 1，電梯轎廂開始下行 電梯轎廂到達(dá)一層，自動(dòng)開門，乘客走出后，自動(dòng)關(guān)門。 27 當(dāng)電梯在運(yùn)行過程中，其他樓層有使用需求時(shí)，電梯將如何運(yùn)行。同

37、樣， 以電梯轎廂初始位置在一樓為例，第一位乘客進(jìn)入轎廂后，發(fā)出到五層的指示 18。第二位乘客在三層，分兩種情況: （1）三層乘客想要上樓（以到四層為例） ，以下為分解圖 第一位乘客按下一層外面板的上行指示按鈕，門打開，此時(shí)電梯開始向 五層上行 電梯轎廂上升到五層的過程中，三樓乘客按下電梯外面板上行按鈕，電 梯到達(dá)三層時(shí)，打開門，乘客進(jìn)入 28 第二位乘客按下到達(dá)四層的按鈕，電梯開始上行去往四層 到達(dá)四層后，電梯停，門自動(dòng)打開，第二位乘客出去，即完成了第二位 乘客所發(fā)出的指令，然后電梯自動(dòng)關(guān)上門，繼續(xù)上行去往五層， 29 最終到達(dá)五層，自動(dòng)打開門，第一位乘客出去，再自動(dòng)關(guān)上門，即完成 了第一位乘

38、客所發(fā)出的指令 （2）三層乘客想要下樓（以到二層為例） ，以下為分解圖 如圖所示，第一位乘客進(jìn)入電梯后，發(fā)出到五層的指示，電梯開始上行， 30 第二位乘客在三層電梯外面板按下外呼下行的按鈕（圖中三層外呼下行按鈕 亮） 然而，不同于上樓，此次過程，電梯不在三層停止，而是先完成第一位 乘客所發(fā)出的指令，直接到達(dá)五層 待電梯到達(dá)五層后，第一位乘客出電梯轎廂，接著系統(tǒng)去完成第二位乘 31 客的指令，開始下行，去到三層，然后電梯門自動(dòng)打開 接著，第二位乘客進(jìn)入轎廂，按下轎廂內(nèi)按鈕，發(fā)出到二層的指令，電 梯轎廂開始下行 32 電梯轎廂抵達(dá)二層后，門自動(dòng)打開，第二位乘客出電梯，然后電梯自動(dòng) 關(guān)門，即完成了第

39、二位乘客的指示 以上為在一層時(shí)的不同情況演示結(jié)果，其他樓層運(yùn)行也是相同過程，就不 再一一敘述了。通過本次設(shè)計(jì)，已經(jīng)能成功顯示 PLC 控制電梯運(yùn)行的成果。在 即時(shí)開關(guān)門，信號(hào)燈，自動(dòng)控制，以及超載報(bào)警系統(tǒng)上能順利運(yùn)行。并且此次 設(shè)計(jì)遵循以下基本原則：（1）最大限度地滿足被控對(duì)象即電梯的控制要求； （2）保證 PLC 控制系統(tǒng)可靠及安全；（3）力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 19。對(duì)于個(gè)人的難點(diǎn)在于，元器件的選擇，查閱很多資料后最終決定一套適宜 的方案，其次，調(diào)試過程相當(dāng)復(fù)雜，需要很大的耐心和恒心。通過最終的調(diào)試， 證明了 PLC 在電梯運(yùn)行系統(tǒng)中運(yùn)用的可行性，便利性以及可靠性。 33 第五章

40、結(jié)論與展望 （1）本設(shè)計(jì)通過運(yùn)用 PLC 在電梯自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)的正 常功能運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)，選擇的 PLC 型號(hào)是西門子 S7-200，西門子公司 20 世 紀(jì) 90 年代時(shí)推出，定位于整體式小型機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，功能強(qiáng)大，性價(jià)比 高，在中型及小型規(guī)模控制系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)控制采用的是 隨機(jī)邏輯控制，原因在于電梯的運(yùn)行是根據(jù)內(nèi)呼及外呼信號(hào)，和上行下行信號(hào) 來控制，當(dāng)然，每一位乘客的需求都不同，這些都是隨機(jī)的。而電梯的基本控 制是以順序邏輯為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，電梯系統(tǒng)再根據(jù)隨機(jī)信號(hào)，做出分析， 合理的控制電梯運(yùn)行。 （2）本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的核心是 PLC，在乘客發(fā)出指

41、令后，通過 PLC 接受所發(fā) 出的信號(hào)，再將控制信號(hào)和指示信號(hào)發(fā)送到電梯開關(guān)門裝置和樓層顯示器，以 此來控制電梯的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)乘客所發(fā)出的上下行指令及到達(dá)層數(shù)，PLC 接 收信號(hào)并確定此時(shí)轎廂的所在層數(shù)，確定轎廂的運(yùn)行方向，待轎廂到達(dá)目的樓 層時(shí)，再自動(dòng)的平層、轎廂停止運(yùn)行、自動(dòng)開關(guān)門，在運(yùn)行過程中，電梯轎廂 的內(nèi)指示面板以及電梯外指示面板都會(huì)顯示電梯的此時(shí)所在的層數(shù)和運(yùn)行的方 向。 （3）本文在軟件方面主要完成了電梯每一層的內(nèi)外呼叫，每一層的平層， 電梯轎廂的上下行，電梯門的開關(guān)。通過合理的選擇 PLC 型號(hào)，硬件設(shè)備選型、 參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)，不僅實(shí)現(xiàn)了此設(shè)計(jì)對(duì)于一部五層電梯的控制，也大大提 高了電梯運(yùn)行的可靠性。超重警報(bào)和激光感應(yīng)器的加入，也是保障了使用者的 人身安全。 隨著高層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人 們的日常生活密不可分。相對(duì)來說，用可編程控制器（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào) 集選控制20，可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等 特點(diǎn)21。因此，基于 PLCD 電梯控制系統(tǒng)具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，未來將得以廣 泛運(yùn)用，發(fā)揮其獨(dú)特作用。 34 參考文獻(xiàn) 1 張忍