高層樓電梯PLC自動控制系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計

高層樓電梯PLC自動控制系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計目錄摘要 1abstract 21緒論 31.1課題研究背景和研究意義 31.2電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展及其現(xiàn)狀 31.3課題研究主要內(nèi)容 42電梯結(jié)構(gòu)及工作原理 52.1電梯的結(jié)構(gòu) 52.1.1四大空間 52.1.2八大系統(tǒng) 72.2八層電梯的主要控制功能 92.3電梯控制系統(tǒng)運行流程圖 93電梯電氣控制系統(tǒng)的硬件選型 113.1可編程控制器 113.2曳引電機(jī) 113.3變頻器 113.3.1變頻器的基本原理 113.3.2變頻器的基本構(gòu)成 113.3.3變頻器型號 123.4觸摸屏 133.5光電編碼器 144西門子S7-200PLC硬件結(jié)構(gòu)及編程軟件 154.1PLC的硬件結(jié)構(gòu) 154.1.1PLC的概念 154.1.2PLC的特點及應(yīng)用領(lǐng)域 154.1.3PLC的基本結(jié)構(gòu) 164.2PLC的工作原理 174.3西門子S7-200編程軟件 184.3.1PLC的編程語言 184.3.2STEP7編程軟件的編程語言 194.3.3STEP7編程軟件的基本指令 205控制系統(tǒng)的程序及電路圖 215.1PLC控制系統(tǒng)工作原理圖 215.2I/O分配 215.2.1PLC控制系統(tǒng)輸入輸出說明 215.2.2I/O分配表 225.3程序部分 245.3.1內(nèi)呼信號的登記于消除 245.3.2外呼信號的登記于消除 245.3.3樓層的登記與消除 255.3.4停層信號的登記與消除 255.3.5電梯制動 265.3.6開門環(huán)節(jié) 275.3.7關(guān)門環(huán)節(jié) 275.3.8電梯運行方向控制 285.4系統(tǒng)外部接線圖 296總結(jié) 30參考文獻(xiàn) 30致謝 31 摘要在現(xiàn)代社會及經(jīng)濟(jì)活動中，電梯己成為城市物質(zhì)文明的標(biāo)志。尤其是在高層建筑中，電梯作為一種垂直運輸工具，承載著大量人流、物流的輸送。隨著今天高層建筑的迅速發(fā)展，人們對電梯諸如可靠性、舒適度、低噪音、低能耗等的性能要求也愈來愈高。這一系列的要求促進(jìn)了如今電梯行業(yè)的快速發(fā)展，其拖動技術(shù)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速階段，邏輯控制也由可編程控制代替了之前的繼電器控制。本設(shè)計針對目前我國電梯業(yè)的現(xiàn)狀，采用PLC對電梯進(jìn)行邏輯控制，考慮了電梯的可靠性、可維護(hù)性、靈活性、使用壽命以及電梯的開發(fā)周期等方面，設(shè)計的控制系統(tǒng)具備樓層指示、呼梯指令登記、確定運行方向等功能。而所設(shè)計的電梯電動機(jī)交流變頻器的調(diào)速技術(shù)是如今節(jié)電、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、推動技術(shù)進(jìn)步、改善環(huán)境的一種重要手段。本文在介紹了電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還深入分析了電梯的工作原理，闡述了PLC的特點及優(yōu)點，其中重點研究了電梯的軟、硬件設(shè)計并提出了基于PLC的八層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。關(guān)鍵詞：電梯，控制系統(tǒng)，PLC

AbstractInmodernsocialandeconomicactivities,elevatorhasbecomeasignofurbanmaterialcivilization.Elevatorasaverticaltransportation,itcarriesalargenumberofpassengerandcargoespecialinthedevelopmentofhigh-risebuildings,thehigh-risebuildings.Alongwiththerapidhigherandhigherdemandsareproposedontheperformanceofelevator,suchasreliability,comfortsensor,lownoiseandlow-energyconsumption,etc.Thisseriesofrequirementstopromotetherapiddevelopmentoftheelevatorindustry,itsdraggingtechnologyhasdevelopedfromDCtimingtoACvariablefrequencytiminganditslogicrelaysystemalsohasbeenreplacedbyPLC.BasedontherealsituationofelevatortradeinChina,thedesignusePLCtocontrollogicallytotheelevatoranditconsidersthereliabilityoflift,maintainability,flexibility,usefullife,developmentcycleoftheliftandsoonthatthecontrolsystemdesignedcouldincludestoreystoryinstruction,registrationofcallinstruction,layeroptions,automaticandoverhauloperation,alsohavethecharacteristicsofselectivecontrol.ACvariable-frequencycontroltechnologyisanimportantmethodwhichusedtosaveenergy,improvetechnicalprocess,increasetheproductquality，promotesthetechnologyandimprovetheenvironment.Atthesametime,onbasisofintroducingthebasicconstructionofthelift,theoperationalprincipleofelevatorisanalyzedindepth;thepaperalsodescribestheadvantagesandcharacteristicsofPLC,focusesontheelevatorhardwaredesignandsoftwaredesign,studiesandproposesaschemeofelevatorcontrolsystembasedonPLC.Keywords:elevator,controlsystem,PLC1緒論1.1課題研究背景和研究意義電梯是垂直運行的電梯(通常也簡稱為電梯)、傾斜方向運行的自動扶梯、傾斜或水平方向運行的自動人行道的總稱。垂直運行的電梯（該文簡稱為電梯）是安裝在建筑物內(nèi)的一種交通工具，是為了滿足人們對于垂直運輸?shù)男枰⒌?。隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，電梯對于高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉庫等高層建筑越來越不可或缺。電梯是集機(jī)電于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及到了機(jī)械傳動、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域。隨著技術(shù)發(fā)展，人們對于電梯的舒適性以及安全性提出了更高的要求。對現(xiàn)代電梯而言，高的安全性以及舒適性顯得尤為重要。因此，目前的電梯設(shè)計都采用了多項安全保護(hù)措施。在設(shè)計時，對機(jī)械零部件和電器元件都采用了很大的安全系數(shù)和保險系數(shù)，以確保安全性。另外，電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性在不斷的提高，以滿足乘坐的舒適性和高效性。對該課題的研究將能推動其控制技術(shù)的發(fā)展，使得電梯能更好地滿足人們的生活需求。1.2電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展及其現(xiàn)狀電梯的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1、電梯控制技術(shù)方面智能化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化;采用高位數(shù)CPU，增強(qiáng)電梯信號的處理和速度;電梯群控系統(tǒng)中應(yīng)用模糊邏輯和專家控制，以提高效率和精度;不斷增加和擴(kuò)展電梯的各種選擇并與建筑物和諧的融為一體。2、電梯拖動技術(shù)方面直流電梯由于能耗大、維修量大等缺點，逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運行平穩(wěn)，機(jī)房位置靈活等特點，使得在低樓層場合得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。交流拖動電梯更是得到迅速的發(fā)展，已由變極調(diào)速發(fā)展為調(diào)壓調(diào)速及調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，使得電梯的速度、加速度更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。3、曳引機(jī)技術(shù)方面我國曳引機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了直流驅(qū)動有齒式，交流雙速有齒式，交流調(diào)壓有齒式，交流調(diào)頻調(diào)壓有齒式，到今天的永磁同步無齒式。由于永磁同步無齒曳引機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率高、節(jié)能效果顯著，無需齒輪潤滑油等突出的節(jié)能環(huán)保特點，因此，在短短的幾年時間己占了曳引機(jī)總產(chǎn)量的55%左右，并且還有加速發(fā)展的趨勢。高速曳引機(jī)在高層建筑、超高層建筑拉動下己成為行業(yè)競爭的焦點和熱點。4、速度要求方面多用途、全功能的塔式建筑成為潮流，超高速電梯在2012年繼續(xù)成為研究方向。曳引式超高速電梯的研究正在向超大容量電動機(jī)、高性能的微處理器、減振技術(shù)、新式滾輪導(dǎo)靴、安全鉗、永磁同步電動機(jī)、轎廂氣壓緩解和噪聲抑制系統(tǒng)等方面推進(jìn)。5、節(jié)能高效方面電梯作為高層建筑最大能耗設(shè)備之一，節(jié)能將成為行業(yè)發(fā)展方向。要求電梯功耗小、磁兼容性強(qiáng)、噪聲低、壽命長、采用綠色裝潢材料、與建筑物協(xié)調(diào)等。1.3課題研究主要內(nèi)容第一章主要介紹了課題研究的背景，當(dāng)前電梯發(fā)展現(xiàn)狀。第二章、三章詳細(xì)介紹了電梯的結(jié)構(gòu)和工作原理以及硬件結(jié)構(gòu)的選型。涉及到硬件PLC的選型，輸入輸出接口模塊、變頻器、觸摸屏等的選擇。第四章詳細(xì)介紹了西門子S7-200系列PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，編程軟件V4.0STEP7MicroWINSP6的編程特點。第五章介紹了控制系統(tǒng)的流程圖，并分模塊對電梯控制系統(tǒng)的程序進(jìn)行設(shè)計，繪出梯形圖以及外部接線圖。

2電梯結(jié)構(gòu)及工作原理2.1電梯的結(jié)構(gòu)電梯是機(jī)電合一的大型復(fù)雜產(chǎn)品，機(jī)械部分相當(dāng)于人的軀體，電器部分相當(dāng)于人的神經(jīng)。機(jī)與電的高度合一，使電梯成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的綜合產(chǎn)品。電梯的結(jié)構(gòu)包括四大空間和八大系統(tǒng)，下面簡單介紹電梯機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示。2.1.1四大空間1、機(jī)房部分電梯控制間，一般設(shè)置在電梯井道的頂部。包括曳引機(jī)、電源控制盒等設(shè)備。2、井道部分包括導(dǎo)軌、導(dǎo)軌支架、對重、緩沖器、限速器張緊裝置、導(dǎo)向輪、控制柜、限速器、總補(bǔ)償鏈、隨行電纜、底坑、井道照明等設(shè)備。3、層站部分位于電梯的各層廳外，該部分包括電梯層門(廳門)、呼梯裝置（召喚盒）、門鎖裝置、樓層顯示裝置、層站開關(guān)門裝置及消防按鈕等。4、轎廂部分該部分主要由轎廂、轎廂門、平層裝置、安全鉗裝置、開門機(jī)、轎內(nèi)操縱箱、指示燈以及通訊報警裝置等組成。圖2-1電梯的結(jié)構(gòu)圖2.1.2八大系統(tǒng)1、曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。曳引系統(tǒng)主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪、反繩輪等組成。其作用是電梯轎廂升降的主拖動機(jī)械，是電梯中的核心部分之一。曳引機(jī)分為有齒輪曳引機(jī)和無齒輪曳引機(jī)。有齒輪曳引機(jī)用于低速電梯(小于2.Om/s)，有減速箱、常用蝸輪蝸桿傳動、傳動比大、運行平穩(wěn)、噪音較低、體積小。無齒輪曳引機(jī)用于高速和超高速電梯(大于2.Om/s)，傳動效率高、噪音小、傳動平穩(wěn)、但能耗大、造價高、維修不便。2、導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重活動的自由度，使轎廂和對重只能沿導(dǎo)軌作升降運動。導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。導(dǎo)軌不允許采用焊接和螺栓連接，需要用專門的連接板連接。導(dǎo)軌的材料、表面粗糙度、安裝精度都有專門的要求。導(dǎo)靴一般分為固定式滑動導(dǎo)靴和彈性滑動導(dǎo)靴。3、轎廂轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂山轎廂架、轎廂壁、轎廂底、轎廂頂、轎廂門組成。轎廂高度不小于2m，寬度和深度由實際載重量而定。國家規(guī)定，梯轎廂額定載重量約為350kg/m2(其他電梯有不同規(guī)定)。轎廂載客人數(shù)按每人75kg計算。4、門系統(tǒng)門系統(tǒng)對于電梯特別是客梯來講，是不可或缺的安全保護(hù)設(shè)施，它可有效地防止候梯人員和物品墜入井道或是轎廂內(nèi)人員和物品與井道相碰撞而發(fā)生危險。門系統(tǒng)可分為兩種，分別是裝在井道入口層站處的層門以及裝在轎廂入口處的轎廂門。無論轎廂門還是層門都由門、導(dǎo)靴、門框、滑輪、滑塊、地坎等部分構(gòu)成。5、重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補(bǔ)償裝置組成。圖2-2為對重裝置示意圖。對重:減小電梯曳引機(jī)的輸出功率。其計算公式為:P=G+KQ(P為對重側(cè)總重量;G為轎廂自重;Q為電梯額定載重;K一般取0.45-0.55之間。6、電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實行電梯速度控制。它由曳引電動機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、電動機(jī)調(diào)速裝置等組成。7、電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置、位置顯示裝置、控制柜、平層裝置、選層器等組成?？刂葡到y(tǒng)的功能及性能直接決定了電梯的自動化程度及運行性能。圖2-2對重裝置制動器失效制動器失效轎廂超載曳引輪鋼絲繩打滑緊急安全開關(guān)鋼絲繩斷裂超速滑行低速滑行廳、轎門故障在端站未停關(guān)門時碰到乘客身體轎廂超速下行限速器動作安全鉗動作緩沖器行程極限開關(guān)電磁制動器制動將轎廂夾住在導(dǎo)軌上曳引機(jī)不動作轎廂在運行中急停門安全開關(guān)動作反向開門電梯停止行駛圖2-3電梯故障處理8、安全保護(hù)系統(tǒng)電梯的安全保護(hù)系統(tǒng)包括了機(jī)械的和電子的各類保護(hù)系統(tǒng)，例如緩沖裝置、機(jī)械限速裝置、終端保護(hù)裝置，以確保電梯的安全使用，防止危險事故的發(fā)生。緩沖裝置起沖頂和撞底保護(hù)的作用，限速裝置起到超速保護(hù)的作用，而安全保護(hù)則在電梯運行的各個方面都有體現(xiàn)。當(dāng)電梯運行過程中，最重要的問題就是安全問題，因此讓電梯無故障的運行是電梯的根本要求。圖2-3中列出了電梯常見故障的事故處理方法。2.2八層電梯的主要控制功能1、開始時，電梯處于任意一層。2、當(dāng)有外呼梯信號時，電梯響應(yīng)該外呼信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時10秒后自動關(guān)門;當(dāng)有內(nèi)呼梯信號時，電梯響應(yīng)該內(nèi)呼信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時10秒后自動關(guān)門。行車方向主要由內(nèi)呼信號決定，同一順序優(yōu)先行車。3、在電梯運行過程，即電梯上升或下降的途中，對任何反方向的下降或上升的外呼信號都不響應(yīng)。但是如果收到反向外呼信號前沒有其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該外呼信;行車途中如果遇到的呼梯信號是與行車方向相同的，則響應(yīng)該信號并截車，反之不截車。4、具有最遠(yuǎn)反向外呼信號響應(yīng)功能。例如:電梯在一樓，四層向下外呼信號、五層向下外呼信號、六層向下外呼信號、七層向下外呼信號、八層向下外呼信號同時發(fā)出，則電梯先去八樓響應(yīng)八層向下外呼信號。5、內(nèi)呼信號和外呼信號都具有記憶功能，在任務(wù)執(zhí)行后該記憶自動消除。6、內(nèi)呼信號、外呼信號、行車方向、行車所達(dá)樓層位置均由信號燈指示。7、停層時可以對自動開門和手動開門進(jìn)行延時，在關(guān)門過程中，如果有外呼信號，則該外呼信號和本層同向時電梯開門，反之不開;關(guān)門動作執(zhí)行完畢，遇到任何外呼信號都不開。8、有內(nèi)呼信號時自動關(guān)門延時，關(guān)門后延時自動行車。9、無內(nèi)呼信號時延時10秒自動關(guān)門，但不能自動行車，只有內(nèi)呼信號響應(yīng)時才可行車。10、電梯未平層或運行時，不能手動開門或本層呼梯開門，開門按鈕和關(guān)門按鈕也都不起作用。只有電梯平層且停止運行后，開關(guān)門按鈕才起作用。2.3電梯控制系統(tǒng)運行流程圖

圖2.4電梯控制系統(tǒng)流程圖3電梯電氣控制系統(tǒng)的硬件選型3.1可編程控制器八層電梯控制單元采用西門子S7-200CPU226型可編程控制器。它的本機(jī)數(shù)字量I/O口：24入/16出。另外加上1個EM233擴(kuò)展模塊（16入/16出）和1個EM222（八出）擴(kuò)展模塊。3.2曳引電機(jī)系統(tǒng)采用的是交流永磁低速同步電動機(jī)作為曳引系統(tǒng)的動力源。交流永磁式同步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高的特點。和直流電動機(jī)相比，它沒有換向器和電刷。相對異步電動機(jī)而言，同步電動機(jī)比較簡單，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測，控制性能好。交流永磁同步電動機(jī)通過調(diào)節(jié)電源頻率來改變轉(zhuǎn)速。3.3變頻器3.3.1變頻器的基本原理在交流異步電動機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高。采用通用變頻器對交流異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便，可靠性高，并且經(jīng)濟(jì)效益顯著，所以這種方案逐步得到推廣。由電動機(jī)的基本知識可知，異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為該部分的性能對電梯運行時乘客的舒適感有著重要影響。變頻器通過改變電機(jī)的電源頻率來實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。原理公式:n=60f(1-s)/p(3-1)式中n——異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速;F——異步電動機(jī)的頻率;S——電動機(jī)轉(zhuǎn)差率;P——電動機(jī)極對數(shù);由式(3-1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0-50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。3.3.2變頻器的基本構(gòu)成變頻器的發(fā)展已有數(shù)十年的歷史，在變頻器的發(fā)展過程中曾出現(xiàn)過多種類型的變頻器。變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器，按照開關(guān)方式可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高頻PWM變頻器。按照工作原理可以分為V/F控制變頻器、磚茶頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等，按照用途可以分為通用變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。目前，市場上主流的通用變頻器主要由主電路（包括驅(qū)動電路）、控制電路、信號處理與故障保護(hù)電路、外圍接口電路與電源電路組成。變頻器采用了矢量控制方式，由于進(jìn)行矢量控制時需要進(jìn)行大量的運算，故其運算電路中有一個一DSP（數(shù)字信號處理器）為主的用于轉(zhuǎn)矩計算的CPU，以及相應(yīng)的檢測和控制電路。1、主電路整流電路。一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對工頻的外部電源進(jìn)行整流，給逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。直流中間電路。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。逆變電路。逆變電路是變頻器最主要的部分之一，他的主要作用是在控制電路的控制下將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓任意可調(diào)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，被用來實現(xiàn)對異步電動機(jī)的調(diào)速控制。2、控制電路變頻器的控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返闹饕饔檬菍z測電路得到的各種信號送至運算電路，使運算電路能夠根據(jù)要求為變頻器主電路提供必要的門極驅(qū)動信號，并對變頻器以及異步電動機(jī)提供必要的保護(hù)。此外，控制電路還通過A/D、D/A等外部接口電路接收/發(fā)送多種形式的外部信號以及給出系統(tǒng)的內(nèi)部工作狀態(tài)，以便使變頻器能夠與外部設(shè)備配合，進(jìn)行各種高性能的控制。3、其他電路在變頻器中除了主電路和控制電路外，還包括其他電路。信號采樣電路。主要用于采集變頻器的輸入電壓和輸入電流，中間直流電壓、直流電流，逆變器輸出電壓、輸出電流，溫升以及電動機(jī)轉(zhuǎn)速等信號。信號處理和故障保護(hù)電路。外部接口電路。主要是指從外部電路輸入控制信號，或?qū)⒆冾l器的正常運轉(zhuǎn)信號、故障信號輸出，供外部電路使用。經(jīng)采樣電路取得的電壓、電流和溫度等信號經(jīng)信號處理電路進(jìn)行分壓、光電隔離、濾波、放大處理，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換值作為控制的反饋信號輸入CPU，作為控制算法計算的依據(jù)或進(jìn)行顯示。3.3.3變頻器型號隨著變頻器性價比的逐漸提高，許多領(lǐng)域都應(yīng)用到交流變頻器，而日益豐富的軟件功能使變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一種可能，即可以把原有生產(chǎn)機(jī)械的工藝水平“升級”，達(dá)到以往無法達(dá)到的境界，使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機(jī)種。有的廠家稱，以RISC(精簡指令集計算機(jī))為核心的數(shù)字控制，可以支持無速度傳感器矢量控制變頻器的矢量控制算法、轉(zhuǎn)速估計運算、PID調(diào)節(jié)器在線實時運算[。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。目前，有為電梯控制而設(shè)計的專用變頻器早己問世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但價格相對較貴。本實驗電梯控制系統(tǒng)采用安川L1000電梯專用變頻器，其對高性能電流矢量控制和絕對值編碼器的應(yīng)用發(fā)揮的淋漓盡致，實現(xiàn)高性能無傳感器的起動轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能，能使電梯乘坐更加舒適。驅(qū)動感應(yīng)電機(jī)或同步電機(jī)都能進(jìn)行停止型自學(xué)習(xí)，內(nèi)置電梯專用時序，可拆卸式端子盤，使得調(diào)試、維護(hù)更加簡單方便。同時具有自動轉(zhuǎn)矩提升功能，滿足電梯各種過負(fù)載試驗，多種安全功能及長壽命的設(shè)計，使產(chǎn)品更具安全、高可靠性。3.4觸摸屏轎廂內(nèi)選控制器設(shè)在電梯模型側(cè)面的框架上，由具有遠(yuǎn)程I/O通信功能的觸摸屏構(gòu)成，故又稱為遠(yuǎn)程I/O智能模塊，負(fù)責(zé)收集轎廂內(nèi)選信號及內(nèi)選指示。并通過串口將數(shù)據(jù)傳送給PLC。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它富裕了多媒體咱新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。觸摸屏在我國的應(yīng)用非常廣闊。隨著計算機(jī)的廣泛普及，觸摸屏一易于使用、堅固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點，使得系統(tǒng)設(shè)計師們越來越多地感到使用觸摸屏具有相當(dāng)大的優(yōu)越性。觸摸屏配備有COM端口和TOOL端口。COM端口用于與PLC、上位機(jī)、單片機(jī)等進(jìn)行連接的RS-232端口；TOOL端口用于與安裝有畫面制作工具軟件GTWIN的計算機(jī)，是通過專用電纜（AFC8503）連接的端口。觸摸屏采用松下GT10型單色觸摸屏，如圖3-1所示。由液晶顯示器和觸摸面板組成，在屏幕上可以顯示各種畫面和圖案，通過RS-232通信接口與PC/PPI電纜實現(xiàn)與PLC的連接。當(dāng)需要改變樓層時，只需用軟件重置觸摸屏的開關(guān)部件就可以實現(xiàn)內(nèi)選鍵盤硬件的替換。圖3-1松下GT10型單色觸摸屏3.5光電編碼器通過編碼器與變頻器連接可以準(zhǔn)確的獲得電梯實際運動的速度以提高控制精度。旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出。編碼器可分為:增量脈沖編碼器((SPC)，絕對脈沖編碼器(APC)。本系統(tǒng)采用增量脈沖編碼器和PG矢量控制方式，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達(dá)0.01-0.02，使得電梯運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。

4西門子S7-200PLC硬件結(jié)構(gòu)及編程軟件4.1PLC的硬件結(jié)構(gòu)4.1.1PLC的概念可編程控制器簡稱PC（英文全稱：ProgrammableController），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：ProgrammableLogicController）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機(jī)（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。國際電工委員會（IEC）又先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計?！彪S著微處理器、計算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)控制已經(jīng)擴(kuò)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前用于工業(yè)控制的計算機(jī)可以分為幾類，類如可編程序控制器、基于PC總線的工業(yè)控制計算機(jī)、基于單片機(jī)的測控裝置、用于模擬量閉環(huán)控制的可編程調(diào)節(jié)器、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）等。PLC的應(yīng)用廣、功能強(qiáng)大、使用方便，是現(xiàn)代工業(yè)自動化的主要設(shè)備之一。PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其他領(lǐng)域，例如民用和家庭自動化的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。4.1.2PLC的特點及應(yīng)用領(lǐng)域1、PLC的特點1）編程方法簡單易學(xué)。2）功能強(qiáng)，性能價格比高。3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)。4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。5）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少。6）維修工量少，維修方便。7）體積小，能耗低。2、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域1）數(shù)字邏輯控制。2）運動控制。3）閉環(huán)過程控制。4）數(shù)據(jù)處理。5）通信連網(wǎng)。4.1.3PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-1所示，其實物圖如圖4-2所示。圖4-1PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4-2西門子S7-200CPU226PLC實物圖1、中央處理單元CPUCPU是PLC的核心部件，由運算器和控制器組成。主要用于：接收并存儲從編程器輸入的用戶程序；檢查編程過程是否出錯；進(jìn)行系統(tǒng)診斷；解釋并執(zhí)行用戶程序；完成通信及外設(shè)的某些功能。2、存儲器包括系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和工作數(shù)據(jù)存儲器。3、I/O模塊I/O接口是PLC與外界連接的接口。輸入接口用來接收和采集輸入信號，輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。4、電源模塊用來將外部供電電源轉(zhuǎn)變成供PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需要的直流電源。5、編程器編程器是PLC最重要的外圍設(shè)備，是PLC不可缺少的部分。編程器的作用是輸入和編輯用戶程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。4.2PLC的工作原理PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式,如圖4-3所示

1、每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進(jìn)行刷新。

2、輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。

3、一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。

4、元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。

5、掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非常快的。

6、由于采用集中采樣、輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。圖4-3PLC的順序掃描循環(huán)工作過程最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：

繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。

PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點（包括其常開或常閉觸點）不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。

為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機(jī)的運行方式—掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。1、輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2、用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。4.3西門子S7-200編程軟件4.3.1PLC的編程語言PLC程序是PLC指令的有序集合，PLC運行程序就是按一定的順序，執(zhí)行這集合中的一條條指令。指令是指示PLC動作的文字代碼或圖形符號。使用的編程語言不同，這些文字代碼和圖形符號就不相同。但從本質(zhì)上來講，指令的實質(zhì)都是二進(jìn)制機(jī)器碼。同普通的計算機(jī)一樣，PLC的編程軟件通過編譯系統(tǒng)把PLC程序編譯成機(jī)器代碼。PLC提供了功能較為完整的編程語言，以適應(yīng)PLC在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用PLC的編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計和改變繼電器控制的硬件接線，也就是所謂的“可編程序”。PLC的編程語言一般有五種：順序功能圖(SequentialFunctionChart)、梯形圖(LadderDiagram)、功能塊圖(FunctionBlockDiagram)、指令表(InstructionList)和結(jié)構(gòu)文本(StructuredText)。其中，順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能塊圖(FBD)是圖形編程語言，指令表(IL)和結(jié)構(gòu)文本(ST)是文字語言。梯形圖(LD)是目前使用最廣泛的PLC圖形編程語言，梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，比較易于掌握、程序表達(dá)清楚。本系統(tǒng)PLC程序的編制采用梯形圖語言，編程軟件為V4.0STEP7MicroWINSP6。該軟件能夠完成制作程序、對可編程控制器CPU的寫入/讀出、監(jiān)控程序運行、調(diào)試程序、PLC錯誤診斷等一系列功能。4.3.2STEP7編程軟件的編程語言1、STEP7的概述STEP7是用于西門子可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序。它是西門子工業(yè)軟件的組成部分。STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包有下列版本(I)、用于西門子S7-200上簡單單站應(yīng)用的STEP7Micro/DOS和STEP7Micro/WIN;(2)、用于使用帶有各種功能的西門子S7-300/ST400、西門子M7-300/M7-400和西門子的STEP7:①、可通過選擇SIMATIC工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展;②、為功能模板和通訊處理器賦值參數(shù);③、強(qiáng)制和多處理器模式;④、全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊;⑤、使用通訊功能塊的事件驅(qū)動數(shù)據(jù)傳送;⑥、組態(tài)連接;2、STEP7編程軟件的編程語言標(biāo)準(zhǔn)的STEP7軟件包配3種基本編程語言，即梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）、語言表（STL）和順序功能圖編程語言，它們在STEP7中可以相互轉(zhuǎn)換。本實驗采用梯形圖這種編程語言。梯形圖結(jié)構(gòu)形式類似地傳統(tǒng)的繼電器控制電路，它是由圖形符號連接而成，這些符號分別代表常開觸點、常閉觸點、并聯(lián)接線、串聯(lián)接線及繼電器線圈等，每個觸點和線圈都有一個編碼。梯形圖具有如下特點：①梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列，也是程序的執(zhí)行順序。通常每個繼電器線圈為一邏輯行，即一層階梯。每一邏輯起始于母線，然后是觸點的各種連接，最后經(jīng)過繼電器線圈終止于母線，整個梯形圖呈現(xiàn)梯形。②梯形圖中的繼電器不同于傳統(tǒng)繼電器控制線路中的物理繼電器，它實質(zhì)上是內(nèi)部存儲中的位觸發(fā)器，因此稱為“軟繼電器”或“軟元件”。這些軟元件輸出繼電器，輔助繼電器，定時器，計數(shù)器及狀態(tài)器等，它們均有無限常開觸點和常閉觸點。在PLC內(nèi)部可以自由選取使用。如果某個位觸發(fā)為“1”，表示對應(yīng)的繼電器線圈接通，相應(yīng)的常開觸點都閉合，而常閉觸點都斷開。③梯形圖是一種形象化的編程語言，其兩端的母線是沒有電源連接。因此核彈頭形圖中不存真實的物理電流，而具有“概念”電流，是用戶程序運算過程中滿足輸出執(zhí)行條件的形象化表示方式?！案拍睢彪娏髦荒軓淖蟮接伊鲃樱瑢哟蔚母淖兪菑纳系较?。④輸入繼電器只能從外部輸入信號驅(qū)動，而不能由內(nèi)部其他觸點驅(qū)動。因此在梯形圖中只能出現(xiàn)輸入繼電器的觸點而不出現(xiàn)線圈，輸入繼電器的觸點狀態(tài)即表示相對應(yīng)的輸入信號的變化。⑤輸出繼電器用于PLC的輸出控制，它是通過外輸出觸點驅(qū)動外部執(zhí)行器。因此，在梯形圖中的某個輸出繼電器的線圈接能時，表示在對應(yīng)的輸出端子上有輸出信號。⑥PLC內(nèi)部其他軟元件的觸點不能驅(qū)動外部執(zhí)行器，它們只供PLC內(nèi)部使用。⑦PLC處于運行狀態(tài)時，CPU接梯形圖中元件排列順序從上而下，從左到右逐行處理。4.3.3STEP7編程軟件的基本指令STEP7編程軟件的基本指令有位邏輯指令、計數(shù)器與計時器指令、傳送與比較指令、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令、算術(shù)運算指令、移位與循環(huán)指令、程序控制指令等。

5控制系統(tǒng)的程序及電路圖5.1PLC控制系統(tǒng)工作原理圖PLC控制系統(tǒng)工作原理圖如圖5-1所示。輸入輸入外呼指令信號開關(guān)門信號平層信號內(nèi)呼指令信號PLC輸出樓層顯示呼梯信號顯示運行方向指示開關(guān)門控制變頻器曳引機(jī)運行方式選擇運行控制信號安全保護(hù)信號 圖5-1PLC控制系統(tǒng)工作原理圖5.2I/O分配5.2.1PLC控制系統(tǒng)輸入輸出說明PLC是按編號來區(qū)分操作元件的，所以在編寫梯形圖程序時，首先必須確定所使用編程元件的編號。使用時一定要明確，每個元件在任何時刻決不能同時擔(dān)任幾個角色，一般來講，選定的PLC，其輸入點數(shù)與控制對象的輸入信號數(shù)總是相對應(yīng)的，輸出點數(shù)與輸出控制回路數(shù)也是相對應(yīng)的。所以I/O地址的分配實際上是對PLC輸入輸出點數(shù)給實際I/O電路的分配。編程時按點號建立邏輯與控制關(guān)系，接線時按點號對號入座進(jìn)行接線。根據(jù)電梯的運行特點，輸入輸出應(yīng)該包括以下幾部分：1、輸入部分1）各層門廳按鈕2）轎廂內(nèi)按鈕3）平層檢測4）轎廂門、廳門限位開關(guān)2、輸出部分1）數(shù)碼管各段顯示2）數(shù)碼管上下箭頭顯示3）各樓層內(nèi)呼指示4）各樓層外呼指示5）電機(jī)正反轉(zhuǎn)6）開關(guān)門控制5.2.2I/O分配表表5-1PLCI/O分配輸入點名稱輸出點名稱內(nèi)呼1層I0.0內(nèi)呼1層指示Q0.0內(nèi)呼2層I0.1內(nèi)呼2層指示Q0.1內(nèi)呼3層I0.2內(nèi)呼3層指示Q0.2內(nèi)呼4層I0.3內(nèi)呼4層指示Q0.3內(nèi)呼5層I0.4內(nèi)呼5層指示Q0.4內(nèi)呼6層I0.5內(nèi)呼6層指示Q0.5內(nèi)呼7層I0.6內(nèi)呼7層指示Q0.6內(nèi)呼8層I0.7內(nèi)呼8層指示Q0.71層外呼上I1.01層上指示Q1.02層外呼上I1.12層上指示Q1.12層外呼下I1.22層下指示Q1.23層外呼上I1.33層上指示Q1.33層外呼下I1.43層下指示Q1.44層外呼上I1.54層上指示Q1.54層外呼下I1.64層下指示Q1.65層外呼上I1.75層上指示Q1.75層外呼下I2.05層下指示Q2.06層外呼上I2.16層上指示Q2.16層外呼下I2.26層下指示Q2.27層外呼上I2.37層上指示Q2.37層外呼下I2.47層下指示Q2.48層外呼下I2.58層下指示Q2.5開門限位I2.6電梯上行Q2.6關(guān)門限位I2.7電梯下行Q2.71層平層I3.0開門驅(qū)動Q3.02層平層I3.1關(guān)門驅(qū)動Q3.13層平層I3.2上行指示Q3.24層平層I3.3下行指示Q3.35層平層I3.41層指示Q4.06層平層I3.52層指示Q4.17層平層I3.63層指示Q4.28層平層I3.74層指示Q4.3開門按鈕I4.05層指示Q4.4關(guān)門按鈕I4.16層指示Q4.5零速返回I4.27層指示Q4.68層指示Q4.7制動輸出Q3.4在1層M0.01層呼上M3.0在2層M0.12層呼上M3.1在3層M0.22層呼下M3.2在4層M0.33層呼上M3.3在5層M0.43層呼下M3.4在6層M0.54層呼上M3.5在7層M0.64層呼下M3.6在8層M0.75層呼上M3.7內(nèi)選1層M1.05層呼下M4.0內(nèi)選2層M1.16層呼上M4.1內(nèi)選3層M1.26層呼下M4.2內(nèi)選4層M1.37層呼上M4.3內(nèi)選5層M1.47層呼下M4.4內(nèi)選6層M1.58層呼下M4.5內(nèi)選7層M1.6定上行M6.0內(nèi)選8層M1.7定下行M6.11層停車M5.0制動M6.22層停車M5.1零速輔助M6.33層停車M5.24層停車M5.35層停車M5.46層停車M5.57層停車M5.68層停車M5.75.3程序部分5.3.1內(nèi)呼信號的登記于消除內(nèi)呼信號由轎廂內(nèi)的選層按鈕產(chǎn)生，內(nèi)呼信號被登記后，要由程序完成保持，直至電梯到達(dá)內(nèi)選確定的樓層并發(fā)出了開門信號指示信號才被消除。程序如圖5-2所示。圖5-2外呼信號的登記與消除5.3.2外呼信號的登記于消除只要某一層有外呼信號，那么該呼梯信號就需要被鎖定。當(dāng)電梯運行方向與呼梯方向相同，那么就需要響應(yīng)該信號；如果電梯的運行方向與呼梯信號方向相反，那么就需要等待電梯轎廂運行回來后再響應(yīng)該呼梯信號，響應(yīng)的標(biāo)識為達(dá)到該樓層電梯停止運行并打開轎廂門。梯形圖程序如圖5-3所示。圖5-3內(nèi)呼信號的登記與消除5.3.3樓層的登記與消除電梯要判斷當(dāng)前所在樓層，則首先讀取要到達(dá)樓層的平層開關(guān)狀態(tài)，若滿足要求