基于PLC的五層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計說明

1、 PAGE30 / NUMPAGES34基于PLC的五層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計電氣工程與其自動化專業(yè) 來紅雨摘 要電梯不僅僅是高層建筑里的必備設(shè)施，在多層建筑里也是不可缺少的垂直運(yùn)輸工具。據(jù)此本文在闡述電梯的結(jié)構(gòu)和可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，針對5層5站電梯，使用西門子200可編程控制器，設(shè)計了電梯的控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了電梯的指層控制、轎與各層廳站呼梯指令的記錄、電梯運(yùn)行方向和?？康膶诱镜目刂?，自動運(yùn)行和自動開關(guān)門等功能。這種電梯控制系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)行的電梯中，運(yùn)行結(jié)果表明：電梯控制系統(tǒng)安全性和可靠性高，日常保養(yǎng)維護(hù)和故障檢修方便，運(yùn)行成本低。關(guān)鍵詞電梯；控制系統(tǒng)；可編程控制器；西門子200D

2、esign of Five-storey Elevator Control System Based on PLCElectrical Engineering and Automation Specialty LAI Hong - yuAbstract: The elevator is not only the necessary facility in the high-rise building, but also the essential vertical transport means in the multilayered construction. This article el

3、aborated the elevator structure，the structure and the working principle of the programmable logic controllerAim at the elevator of 5 storey and 5 stations，I design this elevator control system by the use of S7-200 programmable logic controller. These modules achieve the functions：fingering out the l

4、ocation of the cabin，registering the instructions from the cabin and the station hallchoosing the direction and the station of elevator follow these instructions，operating elevator and door automatically，and other functions. This elevator control system applies in the actual operating elevatorThe op

5、erating result indicated：its security and reliability ale high, the routine maintenance and the trouble shooting are convenient, the elevator operating cost is low.Keywords: Elevator; controller system; programmable logic controller; S7-200目 錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc3241629021 引言 PAGEREF _Toc

6、324162902 h 1HYPERLINK l _Toc3241629031.1 課題研究背景和意義 PAGEREF _Toc324162903 h 1HYPERLINK l _Toc3241629041.2 國外發(fā)展?fàn)顩r PAGEREF _Toc324162904 h 2HYPERLINK l _Toc3241629052 西門子S7系列可編程序控制器的介紹 PAGEREF _Toc324162905 h 2HYPERLINK l _Toc3241629062.1 可編程控制器的基礎(chǔ)認(rèn)識 PAGEREF _Toc324162906 h 2HYPERLINK l _Toc3241629072

7、.2 可編程序控制器的工作方式 PAGEREF _Toc324162907 h 4HYPERLINK l _Toc3241629082.3 可編程序控制器的編程語言 PAGEREF _Toc324162908 h 5HYPERLINK l _Toc3241629093 電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc324162909 h 6HYPERLINK l _Toc3241629103.1 電梯硬件框圖與控制要求分析 PAGEREF _Toc324162910 h 6HYPERLINK l _Toc3241629113.2 可編程控制器的選型 PAGEREF _Toc324162911

8、 h 7HYPERLINK l _Toc3241629123.3 交流雙速電梯的主電路 PAGEREF _Toc324162912 h 7HYPERLINK l _Toc3241629133.4 門機(jī)電路、抱閘電路、門鎖與安全運(yùn)行電路 PAGEREF _Toc324162913 h 9HYPERLINK l _Toc3241629143.5 電梯的主要電氣設(shè)備 PAGEREF _Toc324162914 h 9HYPERLINK l _Toc3241629153.6 輸入輸出設(shè)計 PAGEREF _Toc324162915 h 12HYPERLINK l _Toc3241629163.7 樓層

9、位置顯示功能 PAGEREF _Toc324162916 h 12HYPERLINK l _Toc3241629173.8 設(shè)計流程圖 PAGEREF _Toc324162917 h 13HYPERLINK l _Toc3241629184 電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc324162918 h 14HYPERLINK l _Toc3241629194.1 電梯的自檢狀態(tài) PAGEREF _Toc324162919 h 15HYPERLINK l _Toc3241629204.2 電梯的正常工作狀態(tài) PAGEREF _Toc324162920 h 15HYPERLINK l _

10、Toc3241629214.3 電梯開關(guān)門控制 PAGEREF _Toc324162921 h 15HYPERLINK l _Toc3241629224.4 層樓信號產(chǎn)生與消除 PAGEREF _Toc324162922 h 17HYPERLINK l _Toc3241629234.5 選指令的登記與消除 PAGEREF _Toc324162923 h 18HYPERLINK l _Toc3241629244.6 外呼信號的登記與消除 PAGEREF _Toc324162924 h 20HYPERLINK l _Toc3241629254.7 電梯的上、下行定向 PAGEREF _Toc324

11、162925 h 22HYPERLINK l _Toc3241629265. 程序的仿真與調(diào)試 PAGEREF _Toc324162926 h 24HYPERLINK l _Toc3241629275.1 創(chuàng)建項目 PAGEREF _Toc324162927 h 24HYPERLINK l _Toc3241629285.2 程序的編寫 PAGEREF _Toc324162928 h 25HYPERLINK l _Toc3241629295.3 程序的編譯與調(diào)試 PAGEREF _Toc324162929 h 25HYPERLINK l _Toc324162930結(jié)束語 PAGEREF _Toc

12、324162930 h 27HYPERLINK l _Toc324162931參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc324162931 h 28HYPERLINK l _Toc324162932附錄 PAGEREF _Toc324162932 h 29HYPERLINK l _Toc324162933致 PAGEREF _Toc324162933 h 301 引言1.1 課題研究背景和意義電梯是高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求。電梯是集機(jī)電一體的復(fù)雜

13、系統(tǒng)，不僅涉與機(jī)械傳動、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學(xué)等問題。而對現(xiàn)代電梯而言，應(yīng)具有高度的安全性。事實(shí)上，在電梯上已經(jīng)采用了多項安全保護(hù)措施。在設(shè)計電梯的時候，對機(jī)械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險系數(shù)。然而只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達(dá)到高質(zhì)量才能全面保證電梯的最終高質(zhì)量。在國外，已“法規(guī)”實(shí)行電梯制造、安裝和維修一體化，實(shí)行由各制造企業(yè)認(rèn)可的法規(guī)認(rèn)證的專業(yè)安裝隊伍維修單位，承擔(dān)安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗(yàn)，從而為電梯運(yùn)行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更安全。美國一家保險公司對電梯的安全性做過認(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計算，其結(jié)

14、論是：乘電梯比走樓梯安全5倍。掘資料統(tǒng)計，在美國乘其他交通工具的人數(shù)每年約為80億人次而乘電梯的人數(shù)每年卻有540億人次之多”。目前，由可編程序控制器(PLC)和微機(jī)組成的電梯運(yùn)行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。采用PLC控制的電梯可靠性高、維護(hù)方便、開發(fā)周期短，這種電梯運(yùn)行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復(fù)雜的控制任務(wù)，己成為電梯控制的發(fā)展方向?？删幊绦蚩刂破?，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機(jī)。自1969年針對工業(yè)自動控制的特點(diǎn)和需要而開發(fā)的第一臺PLC問世以來，迄

15、今已30多年，它的發(fā)展雖然包含了前期控制技術(shù)的繼承和演變，但又不同于順序控制器和通用的微機(jī)控制裝置。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電氣操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，摒棄了微機(jī)常用的計算機(jī)編程語言的表達(dá)方式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào)試和查錯都很容易。用戶買到所需PLC后，只需按說明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可靈活而方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試不需要具有專門的計算機(jī)編程語言知識。這樣就破除了“電腦”的神秘感，推動了

16、計算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破鱌LC在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱(PLC、CADCAM、ROBOT)之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能，易與計算機(jī)接口、能對模擬量進(jìn)行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，取代由大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)的繼電一接觸控制系統(tǒng)。1.2 國外發(fā)展?fàn)顩r在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，樓的高度已和經(jīng)濟(jì)發(fā)展同樣的速度成長起來。作為建筑的中樞神經(jīng)，電梯起著不可或缺的作用，電梯作為建筑物的主要運(yùn)輸工具，像其他的交通工具一樣，已經(jīng)成

17、為我們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€不可缺少的組成部分。一個國家的電梯需求總量，主要受其經(jīng)濟(jì)增長速度、城市化水平、人口密度與數(shù)量、國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等綜合因素的影響。在全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷的情況下，我國國民經(jīng)濟(jì)仍然以較高的速度持續(xù)增長，城市化水平不斷提高。這從客觀上導(dǎo)致了我國電梯行業(yè)的空前繁榮景象，我國已經(jīng)成為全球最大的電梯市場。上世紀(jì)80年代以來，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，我國電梯需求量越來越大?？傏厔菔巧仙模M(jìn)入了“第三次浪潮”。2004年總產(chǎn)量超過了8萬臺，而且目前還沒有減速的跡象。從1949年建國以來全國共生產(chǎn)安裝了61萬多臺電梯。盡管如此，我國的電梯遠(yuǎn)未達(dá)到飽和的程度。全世界平均1000人有l(wèi)臺電梯，我國

18、如果要達(dá)到這個水準(zhǔn)，還需要增加70萬臺。到那時候，全國在用電梯將達(dá)到130萬臺，每年僅報廢更新就需要6萬臺。到2005年，中國電梯的年產(chǎn)量達(dá)到13.5萬臺，與1980年相比，25年增長了59倍，產(chǎn)量每年平均增長17.8。2005年安裝驗(yàn)收電梯124465臺，截至05年底，我國的在用電梯總數(shù)已達(dá)651794臺。如此龐大的市場需求為我國電梯行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的舞臺!我國電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強(qiáng)的生產(chǎn)能力。興旺的電梯市場吸引了全世界所有的知名電梯公司，美國奧的斯、瑞士迅達(dá)、芬蘭通力、德國蒂森、日本三菱、東芝、富士達(dá)等13家大型外商投資公司在國的市場份額達(dá)到了74先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)管理的引進(jìn)對國電梯企業(yè)產(chǎn)

19、生了強(qiáng)大的推動作用。江南、百斯特、巨人、華立、昌華、飛鵬、宏大、申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。目前國市場需要的電梯產(chǎn)品，我國電梯行業(yè)幾乎全部可以生產(chǎn)，不但大量替代了進(jìn)口，而且有一定的出口。 國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。2 西門子S7系列可編程序控制器的介紹2.1 可編程控制器的基礎(chǔ)認(rèn)識1.西門子PLC的主要特點(diǎn)：1)集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。 對6種基本單元，可以以最小8點(diǎn)為單元連接輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，最大可以擴(kuò)展輸入輸出256點(diǎn)。2)高速運(yùn)算基本指令：0.08s指令應(yīng)用指令：1.52幾百s指令3)安全、寬裕的存儲器規(guī)格置8000

20、步RAM存貯器，安裝存儲盒后，最大可以擴(kuò)展到16000步。4)豐富的軟元件圍輔助繼電器：3072點(diǎn)；定時器：256點(diǎn)；計數(shù)：235點(diǎn)；數(shù)據(jù)寄存器：8000點(diǎn)。5)除了具有輸入輸出16256點(diǎn)的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。6)面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能：開發(fā)了各個圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬IO，高速計數(shù)器。對每一個主單元可配置總計達(dá)8個特殊功能模塊。2.PLC的性能指標(biāo)和分類1)PLC的主要性能指標(biāo)(1)輸入輸出點(diǎn)數(shù)（IO點(diǎn)數(shù)）IO點(diǎn)數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標(biāo)志著可以接多少個開關(guān)、按鈕和可以控制多少個負(fù)載。

21、(2)存儲容量存儲容量是指可編程序控制器部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以步為單位，二進(jìn)制16位即一個字為一步。(3)掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需時間來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時間來計算的，單位用s/步。(4)功能擴(kuò)展能力可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用的需要，如AD模塊、DA模塊、位置控制模塊等。(5)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指一臺可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。2)PLC的分類通常，PLC產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進(jìn)行分類。按結(jié)構(gòu)形式不同, 可以分整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小

22、、則可以分為小型、中型和大型PLC三種類型。3.PLC系統(tǒng)的組成PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機(jī)控制系統(tǒng)相似。PLC也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。1)PLC的硬件結(jié)構(gòu)一套PLC系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口、部電源）、IO擴(kuò)展單元與外部設(shè)備組成。2)PLC的軟件PLC的軟件系統(tǒng)指PLC所使用的各種程序的集合，它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（應(yīng)用軟件）組成。系統(tǒng)程序：包括監(jiān)控程序、輸入譯碼程序與診斷程序等。用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用PLC的編程語言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。2.2 可編程序控制器的工作方

23、式1.PLC的掃描工作方式，如圖1所示：圖1 PLC的掃描過程可編程序控制器在進(jìn)入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖1所示，包括五個階段：部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關(guān)。2.PLC的程序執(zhí)行過程PLC的程序的執(zhí)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖2所示:圖2 P

24、LC的程序執(zhí)行過程3.PLC的掃描周期在PLC的實(shí)際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進(jìn)行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計算機(jī)）通信等處理。即一個掃描周期還應(yīng)包含自診斷與與外設(shè)通信等時間。4.PLC的IO響應(yīng)時間PLC采用集中IO刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產(chǎn)生了PLC的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。2.3 可編程序控制器的編程語言PLC共有5種標(biāo)準(zhǔn)編程語言，其中有三種圖形語言，即梯形圖（LD

25、，Ladder Diagram）、功能塊圖（FBD，F(xiàn)unction Block Diagram），和順序功能圖（SFC，Sequential Function Chart），兩種文本語言，即結(jié)構(gòu)化文本（ST，Structured Text）和指令表(IL，Instruction List)。其中梯形圖是最早使用的一種PLC語言，也是現(xiàn)在最常用的編程語言。它是由繼電氣控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的，它繼承了繼電氣控制系統(tǒng)中的基本工作原理和電器邏輯關(guān)系的表達(dá)方法，梯形圖預(yù)計電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達(dá)方式上有一定區(qū)別，所以在邏輯控制系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。它的最大

26、特點(diǎn)就是直觀、清晰。3 電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 電梯硬件框圖與控制要求分析根據(jù)論文設(shè)計的要求和依據(jù)論文要求選擇的電氣元件，如圖3所示：電梯模型交流電機(jī)變頻器S7-200PLC樓層顯示通訊電纜PLC編程軟件圖3 電梯系統(tǒng)硬件框圖所涉與的電梯模型共有五層，電梯的每一層面均有升降與轎廂所在樓層的指示燈顯示；1-5所對應(yīng)的指示燈表示樓層號，每層的樓廳均有輸入（分上行和下行）按鈕召喚電梯。工作中的電梯主要對各種呼梯信號和當(dāng)時的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，再確定下一個工作狀態(tài)，為此它要求具有自動選向、順向截梯、反向保號，外呼記憶，自動開/關(guān)門狀態(tài)，停梯消號，自動達(dá)層等功能。分析以上控制要求，將電梯控制要實(shí)

27、現(xiàn)的功能羅列如下：開始時，電梯處于任意一層。當(dāng)有外呼梯信號到來時電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開，延時三秒后自動關(guān)門。當(dāng)有呼梯信號到來時，電梯應(yīng)該響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開，延時三秒后自動關(guān)門。在電梯運(yùn)行過程中電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向呼梯信號前方無其它、外呼梯信號時，則電梯相應(yīng)該外呼信號，但不響應(yīng)三層向下外呼梯信號。同時，如果電梯達(dá)到四層，五層沒有任何呼梯信號，則電梯可以響應(yīng)四層向下外呼梯信號。電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。例如電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層

28、向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。電梯具有同向截車功能。電梯未平層或運(yùn)行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運(yùn)行后，按開門按鈕可使門打開，按關(guān)門按鈕可使門關(guān)閉。3.2 可編程控制器的選型目前，國外PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC品種已達(dá)到數(shù)百個，其性能各有特點(diǎn)，價格也不盡一樣。在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，要選擇最適宜的PLC機(jī)型，對于系統(tǒng)的控制目標(biāo)。設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，首要的控制目標(biāo)就是：確保生產(chǎn)的安全可靠，能長期穩(wěn)定運(yùn)行，保證產(chǎn)品高質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善信息管理等。如果要求以極高的可靠性為控制目標(biāo)，構(gòu)成PLC冗余控制系統(tǒng)，這時要從能夠完成冗余控制的PLC型號中進(jìn)行選擇；

29、如果以改善信息管理為控制目標(biāo)，要首先考慮通信能力。另一個方面就是要對PLC的硬件配置的考慮，可以從CPU的能力、I/O系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、響應(yīng)速度或其它考慮。綜合考慮后，本設(shè)計選擇了西門子公司生產(chǎn)的S7-200型機(jī)。如圖4所示：圖4 西門子 S7-2003.3 交流雙速電梯的主電路圖中M1為電梯專用型雙速籠型異步電動機(jī)；KM1、KM2為電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)接觸器，用以實(shí)現(xiàn)電梯上、下行控制；KM3、KM4為電梯高低速運(yùn)行接觸器，用以實(shí)現(xiàn)電梯的高速或者低速運(yùn)行；KM5為啟動加速接觸器；KM6、KM7、KM8為減速制動接觸器，用以調(diào)整電梯制動時的加速度；L1、L2與R1、R2為串入電動機(jī)定子電路中的電抗和電阻

30、，當(dāng)KM1或者KM2與KM3通電吸合時，電梯將進(jìn)行上行或下行啟動，延時后KM5通電吸合，切除R1、L1，電梯將轉(zhuǎn)為上行或下行的穩(wěn)速運(yùn)行；當(dāng)電梯接收到停層指令后，KM3斷電釋放，KM4通電吸合，電機(jī)轉(zhuǎn)為低速接法，接入阻抗制動，實(shí)現(xiàn)上升與下降的低速運(yùn)行，且KM6-KM8依次通電吸合，用來控制制動過程的強(qiáng)度，提高停車制動時的舒適感；至平層位置時，接觸全部斷電釋放，抱閘抱死，電梯停止運(yùn)行。如圖5所示：圖5 電梯拖動電路電路圖3.4 門機(jī)電路、抱閘電路、門鎖與安全運(yùn)行電路圖6為電梯的門機(jī)、抱閘、門鎖與安全運(yùn)行電路。門電動機(jī)為他勵直流電動機(jī)，可由KM9、KM10控制其正反轉(zhuǎn)。KM9接通時，電阻R2與電動機(jī)

31、電樞并聯(lián)，電流由電樞左端流向右端，電動機(jī)正轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)開門，壓下SQ8時，R2部分被短接，實(shí)現(xiàn)開門調(diào)速。KM10接通時，電動機(jī)將反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)關(guān)門，并由SQ9、SQ10與R3一起實(shí)現(xiàn)關(guān)門調(diào)速。當(dāng)電梯上下運(yùn)行時，抱閘應(yīng)打開，其線圈應(yīng)通電。電梯停止運(yùn)行時，抱閘應(yīng)抱死，其線圈應(yīng)斷電。將所有廳、轎門開關(guān)串聯(lián)在一起，控制門鎖繼電器KA1，實(shí)現(xiàn)全部門關(guān)閉后電梯才能運(yùn)行的控制。將安全窗開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器開關(guān)、轎急停開關(guān)、上下強(qiáng)迫停止開關(guān)、基站開關(guān)梯開關(guān)以與熱繼電器觸點(diǎn)FR1、FR2串聯(lián)在一起，構(gòu)成安全回路，控制安全運(yùn)行繼電器KA2，用KA2的觸點(diǎn)控制PLC的RUN口，只有當(dāng)該KA2吸合時，才允許PLC處于運(yùn)行狀

32、態(tài)。這樣可以節(jié)省PLC的輸入口，又可以實(shí)現(xiàn)在多種緊急情況下的立即停車。如圖6所示：圖6 門機(jī)、抱閘、門鎖與安全運(yùn)行電路3.5 電梯的主要電氣設(shè)備（1）牽引電動機(jī)齒輪牽引機(jī)為電梯的提升機(jī)構(gòu)。主要由驅(qū)動電動機(jī)，電磁制動器（也稱電器包閘），減速器牽引輪組成。（2）自動門機(jī)用來完成電梯的開門與關(guān)門。電梯的門分為廳門（每層站一個）與轎門（只有一個）。只有當(dāng)電梯?？吭谀硨诱緯r，此層廳門才允許開啟（由門機(jī)拖動轎門，轎門帶動廳門完成）；也只有當(dāng)廳門，轎門全部關(guān)閉后才允許啟動運(yùn)行。（3）層樓指示燈層樓指示燈也叫層顯，安裝在每層站廳門的上方和轎廂轎門的上方，用以指示電梯的運(yùn)行方向與電梯所處的位置。過去常由低壓燈泡

33、構(gòu)成，現(xiàn)多由LED組成，且與呼梯盒做成一體結(jié)構(gòu)。（4）呼梯盒用以產(chǎn)生呼叫信號。常安裝在廳門外，離地面一米左右的墻壁上。基站與底站只有一只按鈕，中間層站由上呼叫與下呼叫兩個按鈕組成。（5）操縱箱操縱箱安裝在轎箱，供乘客對電梯發(fā)布動作命令。其上面設(shè)有與電梯層站數(shù)一樣的選層按鈕。（6）平層與開門裝置該裝置由平層感應(yīng)器與樓層感應(yīng)器組成。上行時，上磁鐵板先觸發(fā)樓層感應(yīng)器，發(fā)出減速停車信號，電梯開始減速，至平層感應(yīng)器觸發(fā)時，發(fā)出開門與停車信號，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，抱閘抱死。下行時，下磁鐵板出發(fā)樓層感應(yīng)器，發(fā)出減速停車信號，電梯開始減速，至平層感應(yīng)器觸發(fā)時，發(fā)出開門與停車信號。（7）轎廂位置檢測裝置俗稱選層器，它檢

34、測電梯轎廂運(yùn)行狀態(tài)，所處位置，與時向控制系統(tǒng)發(fā)出所需要的信號。其主要功能是：根據(jù)登記的選與外呼信號和轎廂的位置關(guān)系，確定運(yùn)行方向；當(dāng)電梯將要到達(dá)所需停站的樓層時，給曳引電動機(jī)減速信號，使其換速；當(dāng)平層停車后，發(fā)出信號以消去已應(yīng)答的選層、呼梯信號，并指示轎廂當(dāng)前位置，選層器種類較多，通常分三大類，即機(jī)械選層器、繼電器選層器和微機(jī)選層器。其中機(jī)械選層器與繼電器選層器將隨著繼電器控制電梯的逐步淘汰而淘汰。位置檢測方法主要有如下幾種：（1）用干簧管磁感應(yīng)器或其它位置開關(guān)。這種方法直觀、簡單，但由于每層需使用一個磁感應(yīng)器，當(dāng)樓層較高時，會占用PLC太多的輸入點(diǎn)。（2）利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān)。這種方法需對磁保開

35、關(guān)的不同狀態(tài)進(jìn)行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，進(jìn)行運(yùn)算時需采用PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大。由于本文是五層電梯的控制故選用感應(yīng)器檢測轎廂位置，如圖7所示：樓層感應(yīng)器上磁鐵板下磁鐵板磁鐵板平層感應(yīng)器廳門轎門引導(dǎo)輪對重曳引電動機(jī)圖7 電梯的平層、停層裝置示意圖3.6 輸入輸出設(shè)計為了便于對電梯的工作原理與PLC系統(tǒng)進(jìn)行分析，現(xiàn)列出電梯所用電器元件表，電梯的電器元件表如表1所示：表1 五層五站電梯電器元件表元件符號名稱與作用元件符號名稱與作用KM1上行接觸器SQ5基站開關(guān)KM2下行接觸器SQ6開門到位開關(guān)KM3高速接觸器SQ7關(guān)門到位開關(guān)KM4低速接觸器S

36、Q8開門調(diào)整開關(guān)KM5啟動接觸器SQ9、SQ10關(guān)門調(diào)整開關(guān)KM6-KM8制動接觸器SQ11-SQ151-5樓廳門鎖開關(guān)KM9開門接觸器SQ16轎門關(guān)閉到位開關(guān)KM10關(guān)門接觸器SQ17上限位開關(guān)SQ18下限位開關(guān)HL134樓上呼記憶燈SQ19上行強(qiáng)迫停止開關(guān)HL144樓下呼記憶燈SQ20下行強(qiáng)迫停止開關(guān)HL155樓下呼記憶燈SB1開門按鈕SA1運(yùn)行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)SB2關(guān)門按鈕SA2基站開關(guān)梯鑰匙開關(guān)SB3上行啟動按鈕SQ1安全窗開關(guān)SB4下行啟動按鈕SQ2安全鉗開關(guān)SB5-SB91-5樓轎廂選按鈕SQ3限速器開關(guān)1SB1-4SB11-4樓上行外呼按鈕SQ4轎急停開關(guān)2SB2-5SB22-5

37、樓下行外呼按鈕1KR1樓感應(yīng)器1HL-5HL1-5層層樓指示燈2KR2樓感應(yīng)器6HL-7HL上行、下行指示燈3KR3樓感應(yīng)器HL6、HL7操縱箱上下行指示記憶燈4KR4樓感應(yīng)器HL81樓上呼記憶燈5KR5樓感應(yīng)器HL92樓上呼記憶燈6KR上平層感應(yīng)器HL102樓下呼記憶燈7KR下平層感應(yīng)器HL113樓上呼記憶燈SQ電源開關(guān)HL123樓下呼記憶燈SB0極限開關(guān)3.7 樓層位置顯示功能在電梯運(yùn)行過程中需要顯示電梯運(yùn)行的位置，還要滿足對電梯進(jìn)行相應(yīng)的操作需求，如圖8、圖9所示：g圖8 轎廂控制屏示意圖efdA段B段C段D段E段F段G段一樓0110000二樓1101101三樓1111001四樓1110

38、001五樓1011011圖9 LED數(shù)碼管顯示層樓示意圖3.8 設(shè)計流程圖程序的基本控制流程如圖10所示（其中不包括檢修與司機(jī)開關(guān)電梯環(huán)節(jié)，只是電梯運(yùn)行的基本流程圖）：圖10 PLC系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖4 電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計由電梯運(yùn)動流程圖可以看出電梯的運(yùn)動控制中最需要關(guān)注的主要部分是：開關(guān)轎廂門的控制，電梯的自動選向，轎廂的呼和樓層外呼指示。將各部分分為單獨(dú)的模塊分別進(jìn)行編程，繪制梯形圖，不僅條理清晰，提高編程效率，而且能更為方便的進(jìn)行程序的調(diào)試。在電梯控制中，有大量的邏輯信號需要處理，這部分工作是由PLC來完成的，系統(tǒng)軟件根據(jù)運(yùn)行要求與保護(hù)要求由PLC來實(shí)現(xiàn)邏輯控制。4.1 電梯的自檢狀

39、態(tài)在電梯控制中，有大量的邏輯信號需要處理，這部分工作是由PLC來完成的，系統(tǒng)軟件根據(jù)運(yùn)行要求與保護(hù)要求由PLC來實(shí)現(xiàn)邏輯控制。PLC上電后，PLC中的程序己開始運(yùn)行，但因?yàn)殡娞萆形醋x入任何數(shù)據(jù)，也就無法在收到請求信號后通過固化在PLC中的程序作出響應(yīng)。為滿足處于響應(yīng)呼叫就緒狀態(tài)這一條件，必須使電梯處于平層狀態(tài)已知樓層且電梯門處于關(guān)閉狀態(tài)。電梯自檢過程的目標(biāo)為:先按下啟動按鈕，在PLC的第一個掃描周期，檢查電梯是否平層，若電梯為平層，則保持，若電梯未平層，則通過置位使中間繼電器置1，進(jìn)而使電梯下行直至平層是中間繼電器復(fù)位為止。4.2 電梯的正常工作狀態(tài)電梯完成一個呼叫響應(yīng)的步驟如下:電梯在檢測到

40、門廳或轎廂的呼叫信號后將此樓層信號與轎廂所在的樓層信號比較，通過選向模塊進(jìn)行選向。電梯通過拖動調(diào)速模塊驅(qū)動直流電機(jī)拖動轎廂運(yùn)動。轎廂運(yùn)動速度要經(jīng)過低速轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴僭俎D(zhuǎn)變?yōu)楦咚?，并以高速運(yùn)行至減速點(diǎn)。當(dāng)電梯檢測到目標(biāo)層樓層檢測點(diǎn)產(chǎn)生的減速點(diǎn)信號時，電梯進(jìn)入減速狀態(tài)，由中速度變?yōu)榈退伲⒁缘退龠\(yùn)行到平層點(diǎn)停止。平層后，電梯開門，直到碰到開門到位行程開關(guān);再經(jīng)過一定延時后關(guān)門，直到碰到關(guān)門到位行程開關(guān)。電梯控制系統(tǒng)始終實(shí)時顯示轎廂所在樓層。4.3 電梯開關(guān)門控制1）電梯的開門控制（1）投入運(yùn)行前的開門：將開關(guān)梯鑰匙插入SA2，如圖11所示，旋至開梯位置，則中間繼電器KA2得電吸合，其動合觸點(diǎn)KA2(1

41、-2)閉合，接通PLC電源，使PLC處于運(yùn)行狀態(tài)。（2）電梯檢修時開門：在檢修狀態(tài)下，開關(guān)門均為手動狀態(tài)，由關(guān)門按鈕SB1、開門按鈕SB2實(shí)施開門與關(guān)門。（3）電梯自動運(yùn)行時停層開門：電梯停層時，到平層位置，實(shí)現(xiàn)電梯開門（4）電梯關(guān)門過程中重新開門：在電梯關(guān)門過程中，若有人或物夾在兩門中間，需重新開門，通過開門按鈕SB1實(shí)施重新開門。（5）呼梯開門：電梯到達(dá)某層站后，如果沒有人繼續(xù)使用電梯，電梯將?？吭谠搶诱敬粲腥嗽谠搶诱竞籼荩娞輰⑹紫乳_門，以滿足用梯要求。若其他層站有人呼梯，電梯將首先定向，并啟動運(yùn)行，到達(dá)呼梯層站時再開門，此時開門是按停層開門處理的。當(dāng)電梯自動運(yùn)行時，KM9不能得電

42、，禁止開門。具體開門程序如圖11所示：圖11 開門程序2）電梯的關(guān)門控制（1）電梯使用后的關(guān)門：此時電梯到達(dá)基站，司機(jī)或乘客離開轎廂，電梯自動關(guān)門。司機(jī)將開關(guān)電梯鑰匙插入SA2，旋到關(guān)梯位置，使KA2失電釋放，PLC停止運(yùn)行，電梯被關(guān)閉。（2）自動運(yùn)行時的關(guān)門：停站時間繼電器T37延時結(jié)束時，電梯自動關(guān)門；停戰(zhàn)時間未到時，可通過關(guān)門按鈕SB2（I0.4）實(shí)現(xiàn)提前關(guān)門。超載時電梯不關(guān)門，也就不會啟動運(yùn)行。具體電梯關(guān)門程序如圖12所示：圖12 關(guān)門程序4.4 層樓信號產(chǎn)生與消除當(dāng)電梯位于某一層時，指層感應(yīng)器1KR-5KR,產(chǎn)生該樓層信號，以控制指層燈的狀態(tài)，離開該層時，該樓層信號應(yīng)被新的樓層信號（

43、上一層或下一層）所取代。當(dāng)層的層樓繼電器是用上層或下層的層樓信號關(guān)斷的。例如當(dāng)電梯由4層下降到3層，3樓感應(yīng)器3KR閉合，使輸入繼電器I2.3得電，Q1.6得電，3HL得電，指示3層層樓，同時4HL失電，4層層樓指示關(guān)斷，如圖13所示：圖13 樓信號的產(chǎn)生與消除4.5 選指令的登記與消除選輔助繼電器梯形圖支路中串接層樓輔助繼電器的動斷觸點(diǎn)。乘客或司機(jī)通過操作轎廂的操縱盤上1-5層的選層按鈕SB5-SB9，可以選擇欲去的樓層。選層信號被登記后，選層按鈕下的指示燈HL1-HL5亮。當(dāng)電梯到達(dá)所選的層樓后，該層樓的層樓輔助繼電器得電，其動斷觸點(diǎn)斷開，使該層選輔助繼電器失電，指示燈也熄滅，即選信號被清

44、除；另外，停靠在某層后，該層的選信號不能被登記。如圖14所示：圖14 選指令的登記與消除4.6 外呼信號的登記與消除乘客或司機(jī)在廳門外呼梯時，呼梯信號應(yīng)被接收和記憶。當(dāng)電梯到達(dá)該樓層，且定向方向與目的地方向一致時（基層和頂層除外），呼梯要求已滿足，呼梯信號被清除，如圖15所示:圖15 外呼信號的登記與消除4.7 電梯的上、下行定向在自動運(yùn)行狀態(tài)下，電梯首先應(yīng)確定運(yùn)行方向，即定向。電梯的定向只有兩種情況，即上行和下行。電梯處于待命狀態(tài)，接收到選和外呼信號時，應(yīng)將電梯所處的位置與選和外呼信號進(jìn)行比較，確定是上行還是下行。一旦電梯定向后，選與外呼對電梯進(jìn)行順向運(yùn)行的要求沒有滿足的情況下，定向信號不能

45、消除，如圖16所示：圖16 電梯的上、下行定向5. 程序的仿真與調(diào)試本次設(shè)計采用以西門子公司的可編程控制器STEP 7-Micro/Win進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先在WINDOWS環(huán)境下打開STEP 7-Micro/Win軟件，向軟件中輸入程序，待程序輸入完畢將其變換后寫入PLC中。寫入完畢后，打開菜單欄中仿真軟件，將程序下載在到軟件當(dāng)中，運(yùn)行軟件實(shí)現(xiàn)對PLC過程的監(jiān)控功能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，動作相應(yīng)開關(guān)，模擬電梯控制系統(tǒng)的工作過程。在實(shí)驗(yàn)過程中要注意觀察程序運(yùn)行的變化過程。若輸入的程序有問題，對程序進(jìn)行修改，經(jīng)變換后再寫入PLC中調(diào)試。5.1 創(chuàng)建項目新建文件，設(shè)定PLC類型，如圖17所示：圖17 項目的創(chuàng)

46、建5.2 程序的編寫單擊左側(cè)樹中的程序塊，打開程序塊中的分支，單擊樹枝中的主程序，在主程序窗口中輸入編寫的電梯程序，如圖18所示：圖18 程序的輸入5.3 程序的編譯與調(diào)試當(dāng)程序編寫完成后，要進(jìn)行驗(yàn)證編寫的程序是否有錯誤，當(dāng)然最好是分開進(jìn)行，減少錯誤量，例如先編寫LED顯示模塊，進(jìn)行調(diào)試，再編寫開關(guān)門程序，再調(diào)試等。所有的程序編寫完成后再統(tǒng)一調(diào)試，并下載到模型機(jī)里面進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。如圖19所示：圖19 程序的編譯與聯(lián)機(jī)調(diào)試結(jié)束語經(jīng)過近三個月的研究工作，通過在圖書館、互聯(lián)網(wǎng)上查閱有關(guān)資料，了解了電梯的起源和發(fā)展過程，并且加深了對電梯的運(yùn)行過程、控制系統(tǒng)的認(rèn)識。熟悉了可編程控制器在電梯控制系統(tǒng)中的運(yùn)

47、用。尤其是可編程控制器（PLC），我以前的課程中雖然學(xué)過,但是不精。為了完成這個課題，我用了兩個月的時間來再次學(xué)習(xí)PLC與電氣自動化。雖然在開始階段感到很困難，但堅持下來卻感覺并不難。并且在所學(xué)知識的基礎(chǔ)上利用已有的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計，嘗試了對電梯控制系統(tǒng)的研究。并且，使我將原來所學(xué)的知識系統(tǒng)化、理論化、實(shí)用化，對如何使用已有知識與獲取相關(guān)資料方面的能力又有了提高。通過這次設(shè)計，我還認(rèn)識到無論做什么，都需要踏實(shí)、勤奮、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度這對我以后的工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。設(shè)計達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計目的，利用可編程控制器（PLC）控制技術(shù)改造舊電梯，充分利用了現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計算機(jī)原理和檢測技術(shù)，達(dá)到了對電

48、梯的可靠控制。通過合理的設(shè)備選型、參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計，提高了電梯的運(yùn)行可靠性。采用PLC改造后的電梯結(jié)構(gòu)緊湊、維修簡單、故障率低。如果PLC與交流變頻調(diào)速（VVVF）控制技術(shù)結(jié)合將提升電梯的的效率和舒適感，有利于電梯的節(jié)能。具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。改造時要注意改造后的電梯控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，減少維護(hù)費(fèi)用和電梯的能耗。但仍有許多要改進(jìn)的地方，如：1.增加與微機(jī)通訊的接口，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，多臺電梯的綜合控制有微機(jī)完成。2.優(yōu)化電梯的選向功能，使之隨客流量的變化而改變，打到高效運(yùn)送乘客的目的。3.增加出現(xiàn)緊急情況時的電梯處理辦法。以上三條都是有待改進(jìn)的。參考文獻(xiàn)1 黃立培. 變頻器應(yīng)用技術(shù)與電動機(jī)調(diào)速M(fèi). ：人民郵電,2007.1:19-282 智. 變頻器應(yīng)用