基于PLC的四层电梯控制系统设计.docx

1、基于PLC的四层电梯控制系统设计基于PLC的四层电梯控制系统设计摘 要国家经济的飞速发展，现代化程度日益提高，高层建筑越来越多，电梯也随之增多，电梯产品在人们物资文化生活中的地位得到了提高，成为重要的运输设备之一。国内传统的电梯控制一是由继电器、接触器构成。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点，而且在层数增加时，配线变化给制造及安装带来诸多不便。若用PLC控制就解决了以上的不足。本设计就以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。先对四层电梯的硬件部分作分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。然后，画出它的控制面板图，再根据控制面板图估计一下I/O点数，这样可以确定所选机型，然后再

2、设计软件，写出流程图，梯形图，写出语句。最后是进行调试，看看此程序是否可行。前 言有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。电梯就是用于高层建筑物中的固定式升降运输设备，它有一个装载乘客的轿厢，沿着垂直或倾斜角度小于15的导轨在各楼层间运行，是垂直运行的电梯(通常也简称为电梯)、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。代城市才得以长高。据估计，截至2002年，全球在用电梯约635万台，其中垂直电梯

3、约610万台，自动扶梯和自动人行道约25万台。电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显.可编程序控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置.鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替,同时由于电机交流变频调速技术的发展电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速.因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个优点。PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属

4、于计算机控制方法，PLC控制一般具有可靠性、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点.电梯采用了PLC控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高，控制系统结构简单，外部线路简化,另外可方便地增加或改变控制功能，也可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速.电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段,变频调速已其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调

5、速方式。 变频调速电梯使用了先进的SPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能，具有调速范围广、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机媲美,同时明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能显著。本设计介绍了基于S7-200系列PLC对电梯系统的控制，包括召唤响应，选向，起动，换速，平层，开关门，故障提示等功能的实现。本设计中，电梯能在有司机操作方式和无司机操作方式下工作。在无司机操作时，系统能根据电梯的召唤信号自动选择运行方向。在有司机操作时，不但能由系统自动选择运行方向，司机还能根据实际情况选择电梯的运行方向，能屏蔽厅外召唤，直接到达轿内召唤所指的

6、楼层。系统能根据轿厢内的载客情况，自动在超载时停止运行关门并发出警告，在满载时不响应厅外的召唤，免去不必要的停层。此外，系统还能自动检测运行时的一些故障并提示，保证了运行的安全。 如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现代建筑交通日益增长的需求。由此看来，电梯还有很大的发展空间等着我们去挖掘。作为21世纪的新一代大学生，我们也将会不断努力学习各种新的科学知识，努力把我们的祖国建设的越来越美好！前 言 III第1章 概述 11.1 可编程控制器的发展趋势及在电梯设计中的应用 21.2 PLC控制电梯的优点 31.3电梯的分类 3第2章 电梯

7、的硬件设计 52.1 电梯基本结构组成 62.2：电梯的控制部分 92.3 电梯控制系统主电路 92.4 电梯自动控制流程图 92.5 电梯输入输出地址分配 92.5.1 PLC输入输出接口 92.5.2 电梯设计输入输出地址分配表 122.6 PLC的外部接线图 14第3章 软件设计 153.1 电梯的控制系统梯形图及指令表 153.2 电梯控制系统工作过程 33设计总结 50致 谢 52参考文献 53第1章 概述1.1 PLC的发展趋势及在电梯设计中的应用目前，可编程控制器正向着两个不同的方向进一步发展。一个是向简易、廉价和超小型发展，以占领小型、分散和简单功能的工业控制市场，同时也便于适

8、应机电一体化的要求。另一个方向是向大型化、高速度、多功能和分散型、多层次全自动化网络发展，这种系统不仅具有逻辑运算、计数、定时、数值计算、模拟量控制、监控、记录、显示、以及与计算机接口并作数据传送等一般功能，同时还具有中断控制、智能控制、过程控制和远程控制等高级功能，此外I/O的点数进一步扩大，最多已达3200点。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了可编程控制器的应用，目前我国已经可以生产中、小型可编程控制器。随着我国四个现代化进程的逐步深入，可编程控制器在我国将有十分广阔的天地。

9、PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式.PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制,PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC

10、构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、

11、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大

12、为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.2 PLC控制电梯的优点1.在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高.2.去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化.3.PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能.4.PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便与检修.5

13、.用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率.6.更改控制方案时不需改动硬件接线.1.3电梯的分类1.电梯种类繁多，可根据不同要求进行分类，如按使用性质分客梯、货梯、客货两用棉等。客梯：客梯一般是用于运送乘客。货梯：货梯一般专用于货物的运输。病床电梯：病床电梯通常用于运送躺在病床上的病人及其护理人员。客货两用梯：客货两用梯一般既可用于运送乘客，又可运送货物。2.电梯按速度分类电梯按速度一般分为:高速梯、快速梯和低速梯。高速电梯：高速电梯速度在2 m/s以上，有的称之为甲类梯。快速电梯：快速电梯速度在1.5m/s以上，有的称之为乙类梯。低速电梯：低速电梯速度在1.O1m/s以上，有的称之为丙类梯。目

14、前大部分住宅客梯都选择速度为1.Om/s 。 3.电梯按拖动系统分类电梯按拖动系统分类，一般分为交流电梯和直流电梯。交流电梯：交流电梯使用交流电梯曳引机。货梯及杂物梯一般为交流电驱动，速度在0.5m/s以内。客梯中交流电梯一般用于楼层不十分高及使用要求不高的场所。如一般民用住宅等，它的速度一般在1m/s以内。直流电梯：直流电梯，由于它的启车、换速、找平、停车比较平稳，运行速度快，用于高层及要求较高的场所。直流电梯又分成直流快速电梯和直流高速电梯，其速度分别为1.5-1.75m/s,和2-3.5m/s 。直流电梯的直流电动机一般由电动发动机组供电和控制。4.电梯接控制方式分类电梯按控制方式分类，

15、一般分为半自动电梯和自动电梯。半自动电梯：半自动电梯分三种情况:a.手开自平电梯是由轿箱内手柄开关控制，具有自动平层的电梯，货梯多属于此类。b.按钮自平电梯是由按钮控制具有自动平层装置的电梯，多用于货梯及杂物电梯。c.自平、自开门电梯上述两种带有自动开关门装置的电梯。自动电梯：自动电梯也分三种类型:1.信号控制电梯，除具有自动平层自开门动作外，并具有内外选层、自动定向，顺向截车等性能。此种电梯需有司机操作。2.集选控制电梯，除具有信号控制电梯的性能以外，也可以无司机操纵，所以需要增加厅外呼叫反向截车环节。3.下集选控制电梯，用于无司机交、直流电梯，基本工作状态与集选同，所不同的是厅外向下召唤信

16、号才予以应答。集选控制电梯：集选控制电梯是一种在信号控制基础上发展起来的、高度自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于它能实现无司机操纵。它除了具有信号控制方面的功能外，还具有自动掌握停站时间、自动应召服务、自动换向应答、反向厅外召唤等功能。第2章 硬件设计随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速的发展，其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了迅速的发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。本设计在已有的通用变频器的基础上，采用PLC对电梯进行控制，通

17、过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿厢开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无极调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件（PLC）等组成。PLC集结号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。四层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循

18、环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。2.1 电梯基本结构组成电梯控制系统的硬件结构如图2-1所示。包括按钮编码输入电路、器检测电路、发光二极管记忆灯电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及楼层传感一些其它辅助电路等电梯一般由五部分组成:井道和机房传动部分、升降部分的安全装置、控制部分。井道和机房部分：是电梯正常运行要求的房屋建筑部分。传动部分：传动部分即曳引机，主要由电机和钢索组成。升降设备部分：升降设备一般包括轿厢、对重、平衡链、导轨、门厅。安全装置：安全装置一般包括降速装置和电气安全设备。控制部分：控制部分

19、通常是指电气控制设备和必要的线控制柜、励磁柜和选层器等。曳引机：俗称减速器。它安装在机房内，一般在建筑物顶层之上，是电梯的曳引装置，它的纯轮通过钢丝绳牵引轿厢及对重。曳引机是由蜗轮减速箱、绳轮、电机、靠背轮、抱闸、底座等组成。高速元齿轮直流电梯曳引机，由电梯直接带动绳轮，无减速箱装置，其余部件同。门厅：每一层电梯门口装的门，门上带有机棋锁及电气接点。客梯多为自动开关门，开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的，而轿厢门是由轿厢上的开关门装置驱动的。井道：井道由围壁、顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重的有限空间。为了出人，在每个层站开有入口。围壁：围壁的作用是将电梯与外界分隔开，当

20、导轨架直接安装在围壁上时，它还应承受费切力。围壁的结构分为封闭式和空格式。顶板：井道的顶部是机房，它是维修人员工作的地方。因此顶板必须是封闭型的，将井道与机房完全隔离。顶板还具有阻止机房即传向井道的作用。对于快、高速电梯，为了取得良好的隔声效果，常在井道顶部设隔音层，此时的井道顶成了双层结构。底坑：井道的底坑深入地面，用于安装缓冲器、限速器、钢丝绳涨紧装置等。由于深人了地面，因此要求防水，最好有排水设施。机房：机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房可以设置在井道顶部，也可设置在井由自部。当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方式。这种方式结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大，只有在

21、机房无法顶置时才使用。对于绝大多数电梯，椭均设于井道顶部。机房必须有足够的面积，高度、承重能力及良好的通风条件。1.拽引机拽引机是电梯的驱动机构，它包括拽引电动机、电磁制动器减速器和拽引电动机为电梯专用YTD系列双速电动机。减速器采用蜗轮蜗杆减速。拽引轮是V型或轮挂着对重，当轿厢上升时同，对重下降，反之当轿厢下降时对重上升，轿厢与对重要在井道中各自的导轨内滑动。 图2-1 电梯控制系统硬件结构框图2.控制屏 控制屏上装有电梯电气控制系统的大部分电器，包括熔断器、接触器，各种继电器、变压器、整流器及各种阻容元件等。井道、轿厢部分：井道是电梯轿厢垂直运动的通道，在井道里安装有轿厢和对重的导轨，缓冲

22、器，以及各种控制和保护用的电器极限开关，楼层感应器，平层隔磁板等。、电梯的轿厢部分包括轿厢体，安全钳，轿厢门的自动开关装置，平层和层楼信号装置，以及轿厢渺无人烟操纵屏和指示灯。厅门部分：厅门部分主要有厅门，厅门外的召唤按钮和指示灯。(1)厅门厅门是指每一楼层的电梯门，厅门平时应是关闭的。而且从外面不能打开。厅门本身没有开关门的动力。当电梯轿厢到达一层楼时，由轿厢门上的拔叉插入厅门上的两个渡轮之间，带动厅门与轿厢一起开、关。(2)厅门外的呼唤按钮和楼层信号指示灯在厅门的门框旁，装有两个按钮，用来发出呼唤电梯信号，一个是上呼唤按钮，一个是下呼唤按钮。交流双速电梯电气控制系统由拖动电路部分,直流控制

23、电路部分,交流控制电路部分,照明电路部分,厅外召唤电路部分,以及指示灯信号指示电路。交流双速电梯电气控制系统按电路功能分为自动门的开关电路,轿厢指令控制与厅外招呼控制电路,指层电路与定向控制电路,电梯的启动加速与减速平层电路等.各电路之间的控制关系。正是上述电路的相互配合,曳引电动机按指拧启动,正转、反转、加速、减速、等速、制动、停止来实现电梯各种工作状态的运行。2.2：电梯的控制部分 针对这个四层电梯的控制系统本文采用西门子S7200可编程控制器设计电梯的控制系统完成电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务电梯运行规则：当电梯在一楼时，按厢内指令开关”四”

24、,电梯应在四楼停车。1.按“1”楼下呼梯开关,电梯应由四楼降到一楼接人。2.按厢内指令开关”三”,同时按二楼上呼开关电梯应在二楼接入后,再到三楼.。3.当电梯在三楼时,依次按厢内开关”二”四”一”电梯应下行到二楼 下行至一楼 上行至四楼。4.电梯在一楼,按厢内指令开关”二”随后立即按三楼,四楼应下呼梯开关,电梯应先到二楼,下客后断续上升到四楼接客,然后到三楼接客。2.3 电梯控制系统主电路图2-2是电梯控制系统主电路，它反映了在该设计中需要用到的电机的数量以及主电路的接线方式。从图中能清晰到了解到它的主电路是两个电机的正反转控制，一个是驱动器的电机，一个是电梯电机的控制。从图中还可以了解到在主

25、电路中用到了许多保护环节，保证了电梯的安全运行。2.4 电梯自动控制流程图电梯自动控制流程图如图2-3所示：2.5 电梯输入输出地址分配2.5.1 PLC输入输出接口 输入输出接口是CPU与工业现场装置之间的连接部分，是PLC的重要组成部分。与微机的I/o接口工作于弱电的情况不同，PLC的u0接口是按强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接。对于小型PLC，厂家通常将1/O部分就装在PLC的本体部分，而对于中、大型PLC,各厂家通常都将1/O部分做成可供选取、扩充的模块组件，用户可根据自己的需要选取不同功能、不同点数的1/O组件来组成自己的控制系统。为便

26、于检查，每个1/0点都接有指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光指示。用户可以方便地检查各点的通断状态。图2-2 电梯控制系统主电路图2-3 电梯控制系统流程图 1.输入接口输入接口的功能是采集现场各种开关接点的状态信号，并将其转换成标准的逻辑电平，送给CPU处理。一般的输入信号多为开关量信号，各种开关量输入接口的基本结构大同小异，常有直流和交流开关量输入接口电路两种。交流开关量输入接口电路与直流开关量输入接口电路的主要区别是，前者要由现场提供交流电流，输入的交流信号经整流后得到直流，再去驱动光电祸合器。在机械设备中，除开关量外，还常遇到一些模拟量如温度、压力、位移和速度等。对这些模拟量进行采集

27、时，必须经模数转换器(ACD)将模拟量转换成数字量，才能为PLC的CPU所接受。2.输出接口为适应不同的负载，输出接口有多种方式。常用的有晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器输出方式。晶体管输出方式用于直流负载:双向晶闸管输出方式用于交流负载，继电器输出方式可用于直流负载，也可用于交流负载。一些PLC还真有模拟输出接口，用于需要摸拟信号驱动的负载。2.5.2 电梯设计输入输出地址分配表 本设计根据需要控制的开关、设备大约有14个输入点,16个输出点需进行控制。I/O分配表如表2-1、2-2所示。表2-1 输 入名称元件名地址编码名称元件名地址编码一层位置开关SQ1I0.0一层上行呼梯K1I1

28、.0二层位置开关SQ2I0.1二层上行呼梯K3I1.1三层位置开关SQ3I0.2三层上行呼梯K5I1.2四层位置开关SQ4I0.3二层下行呼梯K2I1.3一层指令开关K7I0.4三层下行呼梯K4I1.4二层指令开关K8I0.5四层下行呼梯K6I1.5三层指令开关K9I0.6四层指令开关K10I0.7表2-2 输 出名称 元件名地址编码名称元件名地址编码上行指示L10Q0.0一层上行呼梯L1Q1.0下行指示L11Q0.1二层上行呼梯L2Q1.1上行驱动KM1Q0.2三层上行呼梯L3Q1.2下行驱动KM2Q0.3二层下行呼梯L4Q1.3一层指令登记L11Q0.4三层下行呼梯L5Q1.4二层指令登记

29、L12Q0.5四层下行呼梯L6Q1.5三层指令登记L13Q0.6开门模拟L13Q1.6四层指令登记L14Q0.7关门模拟L14Q1.7表2-3 LED七段数码管显示LED层显示a段L21Q2.0LED层显示b段L22Q2.1LED层显示c段L23Q2.2LED层显示d段L24Q2.3LED层显示e段L25Q2.4LED层显示f段L26Q2.5LED层显示g段L27Q2.6表2-4 内部继电器说明M0.11楼平层信号M2.0延时继电器M0.22楼平层信号M2.5上行内呼楼层指令信号M0.33楼平层信号M2.6下行内呼楼层指令信号M0.44楼平层信号M2.7上行外呼楼层指令信号M1.0楼层到达指令

30、信号M3.2下行外呼指令信号M1.1下降记忆信号M3.0中间继电器M1.2上升记忆信号M3.1中间继电器M1.5上行中间继电器M1.6下行中间继电器2.6PLC的外部接线图根据输入输出表可以得出以下外部接线图，它可以十分清晰地表示出输入输出点的个数。PLC的外部接线图如图2-4所示：图2-4 PLC的外部接线图第3章 软件设计3.1 电梯的控制系统梯形图及指令表 图3-1 电梯控制系统梯形图四层电梯控制系统的指令表如下所示：Network 1 Network Title指层指令 一楼指令登记LD I0.4O Q0.4 AN M0.1= Q0.4Network 2 二楼指令登记LD I0.5O Q0.5 AN M0.2= Q0.6Network 3三楼指令登记LD I0.6O Q0.6AN M0.3= Q0.6Network 4四楼指令登记LD I0.7O Q0.7 AN M0.4= Q0.7Network 5 上呼 一楼上行呼楼登记LD I1.0O Q1.0 AN M0.1= Q1.0Network 6 二楼上行呼楼登记LD I1.1O Q1.1 LDN