基于西門子PLC的電梯自動控制系統(tǒng)

基于PLC的電梯自動控制系統(tǒng)設計PAGE40-成都理工大學工程技術學院畢業(yè)論文基于PLC的電梯自動控制系統(tǒng)設計作者姓名：專業(yè)名稱：指導教師：摘要電梯已經成為了高層建筑不可缺少的運輸工具，它用于運送乘客和貨物，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器—接觸器進行控制，由于其觸點多、可靠性差、故障率高、維修工作量大等缺點，為生產、生活帶來了極大的不便。而PLC作為一種工業(yè)控制微型計算機，它以其編程方便、操作簡單尤其是它的高可控性的優(yōu)點不僅在工業(yè)生產過程中得到了廣泛的應用，其組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述這些問題。本論文通過論述電梯控制系統(tǒng)的組成，闡述PLC在電梯控制中的應用，采用西門子公司的S7-200系列PLC編程的程序控制方式，提出了五層電梯PLC控制系統(tǒng)的總體設計方案、設計過程和組成，并列出了主要硬件電路、電梯的控制梯形圖以及指令表。同時給出了系統(tǒng)組成框圖和程序流程圖，在分析、處理隨機信號的邏輯關系的基礎上，提出了具體的PLC編程方法，設計了一套完善的方案關于電梯控制系統(tǒng)。采用此案實現(xiàn)電梯的控制，可以解決傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)的缺點，因而使運行更加安全、方便、舒適。

關鍵詞：電梯PLC梯形圖電梯控制AbstractTheelevatorhasbecomethehigh-risebuildingindispensabletransportationtool,itusedtotransportpassengersandcargo,thetraditionalelevatorcontrolsystemmainlyadoptsrelays-contactdevicecontrol,becauseitsmorecontacts,poorreliability,highfailure,intendanceworkloadbigshortcomings,forproductionandthelifebroughtthegreatinconvenience.AndPLCasaminiatureindustrialcontrolcomputer,withitsprogrammingconvenient,simpleoperationespeciallyitshighnitroofadvantagesinindustrialproductionprocessnotonlyinawiderangeofapplications,thecomponentsofthecontrolsystemcanwellsolvetheabovetheseproblems.Thispaperdiscussedthecompositionofelevatorcontrolsystem,thispaperexpoundstheapplicationofPLCintheelevatorcontrol,theSiemensS7-200PLCprogramcontrolseriesprogrammingway,putsforwardfiveelevatorPLCcontrolsystemoftheoveralldesignscheme,designprocessandcomposition,liststhemainhardwarecircuit,theelevatorcontrolladderdiagramandinstructionform.Andpresentsthesystemcompositiondiagramandprogramflowchart,intheanalysis,thelogicrelationoftherandomsignalprocessingwasputforwardonthebasisofthespecificPLCprogrammingmethod,anddesignedasetofperfectplanabouttheelevatorcontrolsystem.Thecaseoftherealizationofelevatorcontrol,itcanresolvethedisadvantagesoftraditionalelevatorcontrolsystem,andthereforemakesoperationmoresafe,convenientandcomfortable.Keywords:Theelevator,PLC,Ladderdiagram,heelevatorcontrol目錄摘要 IAbstract II目錄 III前言 11緒論 21.1電梯的概述 21.1.1電梯的起源和發(fā)展 21.1.2電梯的分類 21.1.3電梯的主要性能指標 41.1.4電梯控制系統(tǒng) 61.2PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 81.3本文研究內容及安排 92PLC可編程序控制器 112.1PLC的定義 112.2PLC的特點 112.3PLC的結構及工作原理 122.3.1PLC結構 122.3.2工作原理 142.4PLC的選擇 142.5本章小結 173基于PLC電梯自動控制系統(tǒng)的硬件設計 183.1電梯PLC控制系統(tǒng)硬件設計思路 183.2電梯結構圖 183.3PLCI/0端子接線圖 203.4PLC樓層顯示電路 223.5交流雙速電梯主電路以及安全運行電路 223.6本章小結 244基于PLC電梯自動控制系統(tǒng)的軟件設計 264.1電梯控制要求 264.2電梯系統(tǒng)原理圖 264.3電梯主電路流程圖 274.4PLC梯形圖 284.5本章小結 36結論 37致謝 38參考文獻 39附錄一電梯實物模型 40前言傳統(tǒng)繼電器式電梯控制方式發(fā)展為計算機控制的形式，是當下電梯控制和技術改造的熱點之一。本次設計的目的在于利用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制邏輯電路（繼電器接觸式），以充分利用PLC的優(yōu)點。本設計通過遠程監(jiān)控使電梯實際的運行更加可靠、高效。設計內容主要由電梯的控制技術，電梯控制系統(tǒng)的軟件設計（梯形圖程序設計）和電梯的監(jiān)控等部分組成。1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙?格雷夫斯?奧的斯第一次向全世界展示人類歷史上第一部安全升降梯。1889年12月，美國奧的斯電梯公司制造出了名副其實的電梯，它采用直流電動機為動力，通過蝸輪減速器帶動卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。1892年，美國奧的斯公司開始采用按鈕操縱裝置，取代傳統(tǒng)的轎廂內拉動繩索的操縱方式，為操縱方式現(xiàn)代化開了先河。生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進步。150年來，電梯的材質、樣式，在操縱控制方面發(fā)生了變化。中國最早的一部電梯出現(xiàn)在上海，是由美國奧的斯公司于1901年安裝的。1951年，黨中央提出要在天安門安裝一臺由我國自行制造的電梯，天津從慶生電機廠榮接此任。目前國內，電梯技術己趨成熟，微機控制電梯是電梯技術的方向，一些生產企業(yè)與科研單位相結合，相繼推出了微機控制的電梯新機型。使控制功能得到增強，電梯的性能得到改善，明顯提高了可靠性。另外，用可編程序控制器取代繼電器控制系統(tǒng)的機型對電梯進行控制還是有前途的。有些生產企業(yè)開發(fā)了緊急供電裝置、放火廳們、地震控制、自檢測以及語言合成等電梯新功能；對機械系統(tǒng)采用了新結構、新材料、新技術和新工藝。國內電梯技術迅猛的發(fā)展速度使其達到世界先進水平。

1緒論1.1電梯的概述1.1.1電梯的起源和發(fā)展電梯是集機械原理應用、電氣控制技術、微處理器技術、系統(tǒng)工程學、人體工程學及空氣動力學等多學科和技術分支于一體的機電設備，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。在電梯發(fā)明之前，人類就有了用“電梯”運貨物或供人上下高層建筑的設計。早在公元前1世紀，羅馬建筑師維特羅斯就利用升降臺上下運貨或運人了。不過，這種升降臺是用人力、畜力或水力通過滑輪來操縱的。中世紀時期，有許多修道院建在險峻的峭壁上，進出修道院唯一的通道，就是用籃子做的升降臺。乘客站在里面，然后用繩子通過滑輪吊著籃子上升下降。這就是最原始的“電梯”。到了19世紀，在世界博覽會上首次展示了老式木制電梯。一位勇敢的男子乘坐這種電梯升到4層樓的高處，俯視者參觀數秒鐘后，又平安的落到地面，而不是像當時其他類似機器那樣劇烈的撞到地上。這就是電梯的初次公開亮相。由于電梯的發(fā)明，數百萬旅游者可以從帝國大廈的頂層觀看夢幻般的景色，或者進入自由女神像、里約熱內盧的耶穌像內部參觀。英國的白金漢宮、莫斯科的克里姆林宮和梵蒂岡的圣彼得大教堂也是由于有了電梯才得以對外展示。隨著電梯技術的不斷發(fā)展，節(jié)約能源、提高工作效益、制作精良的設備以最高效和最可靠的方式來提高生產力成為電梯技術發(fā)展的一個重要方向。1.1.2電梯的分類根據建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而設置不同類型的電梯。目前電梯的基本分類方法大致如下。1.按用途分類1.1乘客電梯，為運送乘客設計的電梯，要求有完善的安全設施以及一定的轎內裝飾。1.2載貨電梯，主要為運送貨物而設計,通常有人伴隨的電梯。1.3醫(yī)用電梯，為運送病床、擔架、醫(yī)用車而設計的電梯。1.4雜物電梯，供圖書館、辦公樓、飯店運送圖書、文件、食品等設的電梯。1.5觀光電梯，轎廂壁透明，供乘客觀光用的電梯。1.6車輛電梯，用作裝運車輛的電梯。1.7船舶電梯，船舶上使用的電梯。1.8建筑施工電梯，建筑施工與維修用的電梯等。2.按驅動方式分類2.1交流電梯，用交流感應電動機作為驅動力的電梯。根據拖動方式又可分為交流單速、交流雙速、交流調壓調速、交流變壓變頻調速等。2.2直流電梯，用直流電動機作為驅動力的電梯。這類電梯的額定速度一般在2.00m/s以上。2.3液壓電梯，一般利用電動泵驅動液體流動，由柱塞使轎廂升降的電梯。2.4齒輪齒條電梯，將導軌加工成齒條，轎廂裝上與齒條嚙合的齒輪，電動機帶動齒輪旋轉使轎廂升降的電梯。2.5螺桿式電梯，將直頂式電梯的柱塞加工成矩形螺紋，再將帶有推力軸承的大螺母安裝于油缸頂，然后通過電機經減速機（或皮帶）帶動螺母旋轉，從而使螺桿頂升轎廂上升或下降的電梯。2.6直線電機驅動的電梯，其動力源是直線電機。電梯問世初期，曾用蒸汽機、內燃機作為動力直接驅動電梯，現(xiàn)已基本絕跡。3.按速度分類電梯無嚴格的速度分類，我國習慣上按下述方法分類。3.1低速梯，常指低于1.00m/s速度的電梯。3.2中速梯，常指速度在1.00～2.00m/s的電梯。3.3高速梯，常指速度大于2.00m/s的電梯。3.4超高速，速度超過5.00m/s的電梯。隨著電梯技術的不斷發(fā)展，電梯速度越來越高，區(qū)別高、中、低速電梯的速度限值也在相應地提高。4.按電梯有無司機分類4.1有司機電梯，電梯的運行方式由專職司機操縱來完成。4.2無司機電梯，乘客進入電梯轎廂，按下操縱盤上所需要去的層樓按鈕，電梯自動運行到達目的層樓，這類電梯一般具有集選功能。4.3有/無司機電梯，這類電梯可變換控制電路，平時由乘客操縱，如遇客流量大或必要時改由司機操縱。5.按操縱控制方式分類5.1手柄開關操縱，電梯司機在轎廂內控制操縱盤手柄開關，實現(xiàn)電梯的起動、上升、下降、平層、停止的運行狀態(tài)。5.2按鈕控制電梯：是一種簡單的自動控制電梯，具有自動平層功能，常見有轎外按鈕控制、轎內按鈕控制兩種控制方式。5.3信號控制電梯，這是一種自動控制程度較高的有司機電梯。除具有自動平層，自動開門功能外，尚具有轎廂命令登記，層站召喚登記，自動停層，順向截停和自動換向等功能。5.4集選控制電梯，是一種在信號控制基礎上發(fā)展起來的全自動控制的電梯，與信號控制的主要區(qū)別在于能實現(xiàn)無司機操縱。5.5并聯(lián)控制電梯，2～3臺電梯的控制線路并聯(lián)起來進行邏輯控制，共用層站外召喚按鈕，電梯本身都具有集選功能。5.6群控電梯，是用微機控制和統(tǒng)一調度多臺集中并列的電梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。6.其它分類方式6.1按機房位置分類，則有機房在井道頂部的（上機房）電梯、機房在井道底部旁側的（下機房）電梯，以及有機房在井道內部的（無機房）電梯。6.2按轎廂尺寸分類，則經常使用“小型”、“超大型”等抽象詞匯表示。

此外，還有雙層轎廂電梯等。1.1.3電梯的主要性能指標電梯作為建筑物的垂直交通工具，其性能好壞直接影響到人們的生產生活，越來越引起人們的關注。對電梯性能的要求，一般有安全性、可靠性、舒適感和快速性、停站準確性、振動、噪聲及電磁干擾、節(jié)能和裝潢等幾項。1.安全性電梯是運送乘客的，即使載貨電梯通常也有人伴隨，因此對電梯的第一要求便是安全。電梯的安全與設計、制造、安裝調試及檢修各環(huán)節(jié)都有密切聯(lián)系。任何一個環(huán)節(jié)出了問題，都可能造成不安全的隱患，以致造成事故。電梯中設置有必要的安全設施，主要包括：1）超速保護裝置。2）轎廂超越上下極限工作位置時，應切斷控制電路的裝置。3）撞底緩沖裝置。4）對三項交流電源，應設有斷相保護裝置和相序保護裝置。5）設置廳門、轎門。6）電梯因中途停電或電氣系統(tǒng)有故障不能運行時，應有轎廂慢速移動措施。2.可靠性電梯的可靠性也很重要，如果一部電梯工作起來經常出故障，就會影響人們正常的生產和生活，給人們造成很大的不便。不可靠是事故的隱患，常常是不安全的起因。3.舒適感與快速性電梯作為一種交通工具，對于快速性的要求是必不可少的，快速可以節(jié)省時間，這對于處在現(xiàn)代社會中的乘客是很重要的，快速性主要通過以下方法得到：1）提高電梯額定速度。2）集中布置多臺電梯，通過增加電梯臺數來節(jié)省乘客候梯時間。3）盡可能的減少電梯起、停過程中加、減速所用時間。4.停站準確性停站準確性又稱平層準確度、平層精度。梯速在1m/s以上的電梯，減速停車階段通常都采用速度閉環(huán)控制，強制轎廂按預定的速度曲線運行，因此平層精確度可以大大提高。5.振動、噪聲及電磁干擾6.節(jié)能現(xiàn)代電梯應合理的選擇拖動方式，以達到節(jié)能的目的。7.裝潢現(xiàn)代電梯除了注重以上個方面性能外，還很注重外表裝潢。總之，現(xiàn)代電梯操縱簡單，乘坐舒適、快捷，安全可靠，是高新技術的結晶，電梯技術越來越成為工業(yè)技術中的一個重要門類，引起廣大的科技、管理人員的興趣。1.1.4電梯控制系統(tǒng)1.電梯的結構電梯是機電合一的大型復雜產品，機械部分相當于人的軀體，電器部分相當于人的神經。機與電的高度合一，使電梯成了現(xiàn)代科學技術的綜和產品。對于電梯的結構而言，傳統(tǒng)的方法是分為機械部分和電氣部分，但以功能系統(tǒng)來描述，則更能反映電梯的特點。(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)主要由曳引鋼絲繩，導向輪，反繩輪組成。(2)導向系統(tǒng)導向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動導向系統(tǒng)主要由導軌，導靴和導軌架組成。(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。

轎廂由轎廂架和轎廂體組成。(4)門系統(tǒng)門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。(5)重量平衡系統(tǒng)系統(tǒng)的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，保證電梯的曳引傳動正常。

系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。(6)安全保護系統(tǒng)保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由限速器，安全鉗，緩沖器，端站保護裝置組成。2.電力拖動系統(tǒng)電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直流G－M（即發(fā)電機－電動機組供電）拖動、晶閘管供電（SCR－M）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調壓調速（AVCC）拖動、交流變頻調速（VVVF）等。因直流電梯的拖動電動機有電刷和換相器，維護量較大，可靠性低，現(xiàn)已被交流調速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動機在選定的調速方式下，電動機的輸出轉矩總能達到負載轉矩的要求?？紤]到電壓的波動、導軌不夠平直造成的運動阻力增大等因素，電動機轉矩還應有一定的裕度。3.電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳引電動機等幾十個分散安裝在電梯井道內外和各相關電梯部件中的電器元件構成。電氣控制系統(tǒng)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。電梯一般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉、停止等，這整個過程是由電氣控制系統(tǒng)來完成。具體地說電梯的控制主要是指對電動機的起動、停止、運行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內指令等進行處理。其操縱是實行各個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。

電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度確定后，電力拖動系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據電梯安裝使用地點、乘載對象進行認真選擇，才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。隨著科學技術的發(fā)展和技術引進工作的進一步開展，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展換代迅速。繼電器控制系統(tǒng)的電梯故障率高，大大降低了電梯的運行可靠性和安全性，所以基本上已經被淘汰。而PLC以其體積小、功能強、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養(yǎng)簡便、修改邏輯靈活、程序容易編制，易聯(lián)成控制網絡等諸多優(yōu)點得到了廣泛的應用。4.電梯的工作原理曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產生的牽引力，實現(xiàn)轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確?？?。電氣系統(tǒng)實現(xiàn)對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。1.2PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)相比，有許多相似之處，也有許多不同。不同之處主要在以下幾個方面：1）從控制方法上看，電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構成后，想再改變或增加功能較為困難。另外，繼電器的觸點數量有限，所以電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴展性受到很大限制。而PLC采用了計算機技術，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且PLC所謂“軟繼電器”實質上是存儲器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點數量是無限的，PLC系統(tǒng)的靈活性和可擴展性好。2）從工作方式上看，在繼電器控制電路中，當電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式。而PLC的用戶程序是按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作方式。3）從控制速度上看，繼電器控制系統(tǒng)依靠機械觸點的動作以實現(xiàn)控制，工作頻率低，機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。而PLC通過程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制的，速度快，程序指令執(zhí)行時間在微秒級，且不會出現(xiàn)觸點抖動問題。4）從定時和計數控制上看，電器控制系統(tǒng)采用時間繼電器的延時動作進行時間控制，時間繼電器的延時時間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時精度不高。而PLC采用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，定時范圍寬，用戶可根據需要在程序中設定定時值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且PLC具有計數功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計數功能。5）從可靠性和可維護性上看，由于電器控制系統(tǒng)使用了大量的機械觸點，其存在機械磨損、電弧燒傷等，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護性較差。而PLC大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，其壽命長、可靠性高，PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調試和維護提供了方便。本設計通過上述的比較和參照，因而得出PLC控制具有顯著的優(yōu)點。所以在電梯控制中采用了PLC來實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性，和安全性大大提高；實現(xiàn)各種復雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變；可進行故障自檢與報警顯示，提高安全性和可靠性，便于檢修；適用于群控調配和管理，并提高電梯運行效率。綜上所述，本設計采用PLC控制。1.3本文研究內容及安排電梯由單純“垂直升降機”發(fā)展成為現(xiàn)在集機-電一體化的生活交通工具，其安全性能、智能化、自動化程度也越來越高，電梯的使用性日益顯著，成為人們生活中不可缺少的交通工具之一。而本論文基于現(xiàn)有電梯的設計、制作工藝設計一個基于PLC的五層電梯控制系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，最終實現(xiàn)電梯平穩(wěn)運行、安全可靠，滿足電梯在實際生活中的控制要求的設計目的。本文設計任務主要通過四章完成設計目的，本章概述電梯的起源發(fā)展、分類、主要性能、控制指標，對于電梯控制系統(tǒng)，簡要介紹了電梯控制系統(tǒng)的結構、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)工作原理。第二章主要是基于PLC電梯控制系統(tǒng)，簡明介紹西門子S7200PLC硬件結構，還主要介紹了PLC可編程序控制器的定義、特點、結構和工作原理。第三章為控制系統(tǒng)的硬件設計部分著重對系統(tǒng)進行PLC系統(tǒng)配置及I/O點分配，設計電梯結構圖和PLCI/O接線端子圖，數碼顯示管實現(xiàn)樓層顯示任務，交流雙速電梯電路以及安全運行電路。第四章軟件設計部分作為控制系統(tǒng)的核心，在上一章硬件設計的基礎上，主要對五層電梯運行中啟動控制、換速控制、樓層感應控制、轎內指令控制、門廳召喚控制、選向控制、電梯平層信號控制、樓層顯示控制等進行詳細設計，從而實現(xiàn)軟、硬件結合。

2PLC可編程序控制器2.1PLC的定義PLC即可編程控制器（ProgrammablelogicController，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！?.2PLC的特點1.可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如西門子生產的S7系列PLC平均無障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易3.易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。4.系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。5.體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。2.3PLC的結構及工作原理2.3.1PLC結構PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。1．CPU運算和控制中心起“心臟”作用。縱：當從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲器中，然后CPU根據系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC內部所認可的用戶編譯程序。橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進，CPU將之存入工作數據存儲器中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數據和程序有機地結合在一起。把結果存入輸出映象寄存器或工作數據存儲器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅動器。組成：CPU由控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。CPU通過地址總線、數據總線與I/O接口電路相連接。2．存儲器具有記憶功能的半導體電路。分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內容不可更改，斷電不消失。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數據存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為3~5年。3．輸入/輸出接口1）輸入接口：光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。光電三級管：在光信號的照射下導通，導通程度與光信號的強弱有關。在光電耦合器的線性工作區(qū)內，輸出信號與輸入信號有線性關系。輸入接口電路工作過程：當開關合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導通，向內部電路輸入信號。當開關斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導通。向內部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關信號轉化成PLC內部所能接受的數字信號。2）輸出接口PLC的繼電器輸出接口電路工作過程：當內部電路輸出數字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導通的電流和電壓。當內部電路輸出數字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內部的數字電路化成一種信號使負載動作或不動作。三種類型:

繼電器輸出：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負載

晶體管輸出：無觸點、壽命長、直流負載

晶閘管輸出：無觸點、壽命長、交流負載4．編程器編程器分為兩種，一種是手持編程器，方便。我們實驗室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口。與計算機相連。然后敲擊鍵盤。通過NSTP-GR軟件（或WINDOWS下軟件）向PLC內部輸入程序。2.3.2工作原理PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式1．每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。2．輸入刷新過程。當輸入端口關閉時，程序在進行執(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。6．由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應延遲。2.4PLC的選擇根據五層電梯設計需求需要I/O信號表如下：表2.1電梯控制輸入輸出點表輸入輸出點名稱及作用輸入輸出點名稱及作用X400—X404上行樓層感應干簧管觸點M123—M1261—4層向上召喚中間繼電器X405—X411下行樓層感應干簧管觸點M130上行中間繼電器X500—X504轎內指令按鈕M131下行中間繼電器X505—X5101—4層上召喚按鈕M132司機上行中間繼電器X000—X0032—5層下召喚按鈕M133司機下行中間繼電器X004有/無司機操作方式轉換M134換速中間繼電器X005下平層感應器觸點M135門鎖中間繼電器X412上平層感應觸點M140上平層感應中間繼電器X413門區(qū)感應器觸點M141門區(qū)感應中間繼電器X511司機上行選擇按鈕M142下平層感應中間繼電器X512司機下行選擇按鈕M143運行中間繼電器X513上強迫換速開關M144換速消除中間繼電器X411下強迫換速開關Y430KM1上行接觸器M100—M104樓層感應中間繼電器Y431KM2下行接觸器M112—M116轎內指令中間繼電器Y432KF快速接觸器M119—M1222—5層向下召喚中間繼電器Y433KS慢速接觸器M105—M111指層中間繼電器表2.2七段數碼顯示管與管腳關系圖樓層七段數碼輸出ABCDEFGQ4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.5Q4.61M1.001100002M1.111011013M1.211110014M1.301100115M1.41011011出于對本設計的要求，以及對PLC不同產品的熟悉程度，根據點表本次設計選用德國西門子公司PLC的S7200系列PLCCPU2266ES7216-2AD23-0XB8(數字16輸入/24輸出)作為核心，擴充模板EM2236ES7223-1PM22-0XA8（數字組合32輸入/32繼電器輸出）來實現(xiàn)五層電梯的控制。圖2.1CPU226實物圖圖2.2EM223實物圖S7200系列機還具有以下優(yōu)點：1體積極小2先進美觀的外部結構3提供多種子系列供用戶選用4靈活多變的系統(tǒng)配置5功能強，使用方便2.5本章小結本章主要介紹了關于PLC控制器的定義、特點、結構以及工作原理、通過PLC和傳統(tǒng)繼電器的對比有以下優(yōu)勢，在控制方法上，系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且PLC所謂“軟繼電器”實質上是存儲器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點數量是無限的，PLC系統(tǒng)的靈活性和可擴展性好，在工作方式上，PLC各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序掃描順序，此外PLC速度快，不會出現(xiàn)觸點抖動問題，從從定時和計數控制上看，PLC用戶可根據需要在程序中設定定時值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且PLC具有計數功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計數功能，從可靠性和可維護性上看，PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調試和維護提供了方便。綜上所述，我們選用PLC作為電梯設計方案的核心控制器?？紤]到設計的可實現(xiàn)性和美觀以及功能等因素，次設計選用德國西門子公司PLC的S7200系列PLC226作為核心，擴充模板EN223來實現(xiàn)五層電梯的控制

3基于PLC電梯自動控制系統(tǒng)的硬件設計3.1電梯PLC控制系統(tǒng)硬件設計思路電梯PLC的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成，電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結構，主要硬件包括PLC主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調速裝置與主拖動系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為PLC主機，操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過PLC輸入接口送人PLC，存儲在存儲器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號，向拖動和門機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。1）根據電梯組成部分和控制要求以及可實現(xiàn)性等因素，構建出電梯結構圖。2）根據電梯控制需要，確定I/O點數，畫出S7200CPU226和擴展模塊EM223的端子接線圖。3）使用七段顯示數碼管作為電梯樓層顯示，通過7個數字信號來控制七段數碼顯示，并畫出硬件圖。4）使用星型-三角形啟動方式控制電梯交流雙速電機拖動，并設計交流雙速電機控制電氣圖，考慮到電梯運行過程中的安全問題，應設計出相應的安全運行電路。3.2電梯結構圖圖3.1電梯結構圖3.3PLCI/0端子接線圖圖3.2S7200CPU226端子接線圖圖3.3S7200EM223端子接線圖3.4PLC樓層顯示電路圖3.4為七段數碼顯示管硬件電路。1）當Q4.0，Q4.2為高電平時，數碼管bc段得電，七段數碼顯示管樓層數為1。2）當Q4.0，Q4.1，Q4.3，Q4.4，Q4.6為高電平時，數碼管abgcd段得電，七段數碼顯示管樓層數為2。3）當Q4.0，Q4.1，Q4.2，Q4.3,Q4.6為高電平時，數碼管abgcd段得電，七段數碼顯示管樓層數為3。4）當Q4.1，Q4.2，Q4.5，Q4.6為高電平時，數碼管fgbc段得電，七段數碼顯示管樓層數為4。5）當Q4.0，Q4.2，Q4.3，Q4.5，Q4.6為高電平時，數碼管afgcd段得電，七段數碼顯示管樓層數為5。圖3.4樓層顯示電路3.5交流雙速電梯主電路以及安全運行電路圖3.5是交流雙速電梯的主電路圖。圖中M1為電梯專用型雙速籠型異步電動機；KM1、KM2為電動機正反轉接觸器，用以實現(xiàn)電梯上、下行控制；KM3、KM4為電梯高低速運行接觸器，用以實現(xiàn)電梯的高速或者低速運行；KM5為啟動加速接觸器；KM6、KM7、KM8為減速制動接觸器，用以調整電梯制動時的加速度；L1、L2與R1、R2為串入電動機定子電路中的電抗和電阻，當KM1或者KM2與KM3通電吸合時，電梯將進行上行或下行啟動，延時后KM5通電吸合，切除R1、L1，電梯將轉為上行或下行的穩(wěn)速運行；當電梯接收到停層指令后，KM3斷電釋放，KM4通電吸合，電機轉為低速接法，接入阻抗制動，實現(xiàn)上升與下降的低速運行，且KM6-KM8依次通電吸合，用來控制制動過程的強度，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，電梯停止運行。圖3.5交流雙速電梯主電路圖3.6為電梯的門機、抱閘、門鎖及安全運行電路。M2門電動機為他勵直流電動機，可由KM9、KM10控制其正反轉。KM9接通時，電阻R2與電動機電樞并聯(lián)，電流由電樞左端流向右端，電動機正轉實現(xiàn)開門，壓下SQ8時，R2部分被短接，實現(xiàn)開門調速。KM10接通時，電動機將反轉，實現(xiàn)關門，并由SQ9、SQ10與R3一起實現(xiàn)關門調速。當電梯上下運行時，抱閘應打開，其線圈應通電。電梯停止運行時，抱閘應抱死，其線圈應斷電。將所有廳、轎門開關串聯(lián)在一起，控制門鎖繼電器KA1，實現(xiàn)全部門關閉后電梯才能運行的控制。將安全窗開關、安全鉗開關、限速器開關、轎內急停開關、上下強迫停止開關、基站開關梯開關以及熱繼電器觸點FR1、FR2串聯(lián)在一起，構成安全回路，控制安全運行繼電器KA2，用KA2的觸點控制PLC的RUN口，只有當該KA2吸合時，才允許PLC處于運行狀態(tài)。這樣可以節(jié)省PLC的輸入口，又可以實現(xiàn)在多種緊急情況下的立即停車。圖3.6電梯的門機、抱閘、門鎖和安全運行電路3.6本章小結本章根據電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結構，主要硬件包括PLC主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調速裝置與主拖動系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為PLC主機，操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過PLC輸入接口送人PLC，存儲在存儲器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號，向拖動和門機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號，據此設計出了PLC電梯的硬件系統(tǒng)，主要包括電梯結構圖、PLCI/O端子接線圖、PLC樓層顯示電路、交流雙速電梯主電路以及安全運行電路

4基于PLC電梯自動控制系統(tǒng)的軟件設計4.1電梯控制要求1）當電梯停于某層時，有一高層呼叫時，電梯上升到呼叫層停止。2）當電梯停于某層時，有一低層呼叫時，電梯下降到呼叫層停止。3）當電梯停于某層時，有多高層呼叫時，電梯先上升到較低的呼叫層，停5秒后繼上升到高的呼叫層，響應完畢后停止。4）當電梯停于某層時，有多低層呼叫時，電梯先下降到較高的呼叫層，停5秒后繼續(xù)下降到低的呼叫層，響應完畢后停止。5）當電梯處于上升或上降過程中，任何反向的呼叫均無效。4.2電梯系統(tǒng)原理圖根據電梯控制要求可以設計出如圖4.1的電梯系統(tǒng)原理圖。圖4.1電梯系統(tǒng)原理圖4.3電梯主電路流程圖圖4.2電梯主電路流程圖4.4PLC梯形圖圖4.3啟動控制梯形圖如圖4.3為電梯啟動控制梯形圖，當上下行中間繼電器以及門鎖中間繼電器得電，M143運行中間繼電器就得電，電梯進入運行狀態(tài)，若X513上行強迫開關和X411下行強迫開關同時按下或者換速中間繼電器得電，都將使M143失電。M141門區(qū)感應中間繼電器得點會啟動Y432KF快速中間繼電器，M143運行中間繼電器、Y433KS慢速中間繼電器得掉會使Y432失電。Y430KM1上行接觸器或Y431KM2下行接觸器得電會啟動Y433KS慢速中間繼電器，M141門區(qū)感應、Y432快速中間繼電器得電會使Y433失電。綜上所述，當換速繼電器M134接通時M143斷開，Y432斷開，接通慢速接觸器Y433，電動機在慢速的固有特性上運行。圖4.4換速控制梯形圖如圖4.3為電梯換速控制梯形圖，若M114換速中間繼電器得電，M134換速中間繼電器一點失電，若M114換速中間不得電，那么有以下組合得電會使M134換速中間繼電器得電：M105、M113和M106、M114和M107、M115和M110、M111、M134，但是M130和M131得電會使M134失電。M105、M106、M107、M110、M111得電會使M144得電。綜上所述，換速控制梯形圖其工作原理如：若三樓有指令信號，即M114接通，在電梯到達三樓時，M107接通，使換速繼電器M134接通，發(fā)出換速信號，并保持，當電梯到達頂層或底層時，無論有無轎內指令都必須換速，M144為換速消除繼電器，當電梯離開任何一樓層時，M144接通，斷開M134，這時電梯告訴運行。M130，M131常閉觸點支路為無方向換速控制，保證其他原因使M105-M111全部斷開時，電梯進入換速狀態(tài)，以便在最近樓層停止。圖4.5樓層感應控制梯形圖如圖4.5對于樓層感應控制梯形圖，其工作原理：當電梯在一樓時，M104接通，M111接通，并保持，電梯到達二樓時M103接通，M110接通，并保持，同時切斷M111。其它層的工作原理也相同?？梢?，電梯上升至某一層時，相應的樓層感應中間繼電器接通指層中間繼電器，同理，當電梯向下時，相應的樓層感應中間繼電器也接通指層中間繼電器。圖4.6轎內指令控制梯形圖如圖4.6對于轎內指令控制梯形圖來說，工作原理如:當進入轎廂內，按下第三層的指令按鈕，則X502接通，M114接通并自鎖，當電梯到達第三層時樓層信號M102斷開指令信號。其他樓層工作情況亦同。圖4.7門廳召喚控制梯形圖如圖4.7門廳召喚控制梯形圖，工作原理：當電梯位于一樓，若三樓有上呼信號，二樓有上呼，下呼信號，即M125，M124，M122接通，當電梯到達二樓時，M110接通，M125自保斷開。二樓上戶信號消失，而下呼信號M122仍然保持，即下呼信號得到保留。其它樓層工作情況類同。圖4.8選向控制梯形圖如圖4.8選向控制梯形圖，可知其原理：當電梯位于二層，即M110接通，如果按下三樓指令按鈕，M114接通，這是由于M110的常閉觸點斷開，因此M130接通，選擇上行。反之，如果一樓指令按鈕按下，M116接通，則向下方向繼電器M131接通，選擇向下方向，當上，下方向均有指令時，若電梯已經處于上行狀態(tài)，則執(zhí)行完上行命令后再執(zhí)行下行指令。在有司機操作的情況下，情況類似。圖4.9電梯平層控制梯形圖如圖4.9電梯平層控制梯形圖，可知其工作原理如：如果電梯因