基于S7-300PLC的PLC电梯控制设计Word文档格式.doc
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随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。
更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。
目前电梯控制系统主要有三种控制方式：
继电路控制系统（“早期安装的电梯多位继电器控制系统）、PLC控制系统、微机控制系统。
继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。
微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。
而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。
关键词：
PLC；
电梯；
可控式编程器；
继电器
Abstract
Alongwithscience'
sandtechnology'
sdevelopment,therecentyears,ourcountry'
selevatorproductiontechnologyobtainedtherapidlyexpand.Someelevatorfactoryunceasinglyisalsoimprovingthedesign,therevisioncraft.Therenewalproductionrenewal'
selevator,theelevatormainlydividesintothemechanicalsystemandthecontrolsystemtwomajorparts,alongwiththeautomaticcontroltheoryandmicroelectronictechnology'
sdevelopment,elevator'
sdraggingwayandthecontrolmethodhashadtheverybigchange,theexchangevelocitymodulationisthecurrentelevatordraggingmaindevelopmentdirection.Atpresenttheliftcontrolsystemmainlyhasthreecontrolmodes:
Followingelectriccircuitcontrolsystem（“earlyinstallmentelevatormanyblack-whitecontrolsystem）,PLCcontrolsystem,microcomputercontrolsystem.Becausetheblack-whitecontrolsystemthefailurerateishigh,thereliabilityisbad,controlmodenotnimbleaswellasconsumedpowerbigandsoonshortcomings,atpresenthasbeeneliminatedgradually.
Keywords:
PLC；
elevator；
controllable-likeprogrammer；
relay
第1章前言
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。
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。
实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。
目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；
第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。
从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。
国内厂家大多选择第二种方式，其原因在可编程控制系统（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作系统。
它采用一种可编程的存储器，可执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
电梯是一种起重运输设备，广泛的应用于高层住宅，大型公共建筑，工厂仓库等场所，节省了人力和时间，提高了工作效率。
影响的质量好坏的重要因数是它的控制系统。
传统的电梯自动控制由继电器——接触器进行控制，其缺点是触点多，接线复杂，故障率高，可靠性差，维护工作量大，而采用PLC组成的控制系统很好的解决了上述问题，它工作可靠性高，灵活性好，通用性高，编程简单，使用方便，而且它的抗干扰能力远远强于传统电梯的，它使电梯的运行更加安全，方便。
本文主要通过提出电梯系统的基本功能要求，为实现这几种功能，我从硬件和软件两个方面入手，硬件方面，主要从ＰＬＣ的选型，内存容量计算，PLC输入输出地址的分配和硬件的设计和选型方面考虑；
软件方面，由于整个系统的程序设计相当复杂，为了便于设计，基于系统不同的功能要求，我将系统划分为电梯开门控制、电梯到层指示、层呼叫指示灯控制、箱内指令指示控制和电梯方向选择、启动控制、过载指示、限位保护等基本模块。
系统功能划分有利于简化设计思想，提高设计效率。
完成硬件和软件部分的设计，整体工程就完成了绝大部分，此后还需要程序的反复验证，现场调试，系统安装等等。
第2章PLC的概述
2.1PLC的基本特点
从PLC的工作原理知，PLC的输入与输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系是靠运行存储于它的内存中的程序实现。
它的入出相关，不是靠物理过程，不是用线路；
而是靠信息过程，用软逻辑联系。
它的工作基础是用好信息。
信息不同于物质与能量，有自身的规律。
信息便于处理，便于传递，便于存储；
信息还可重用，等等。
正是由于信息的这些特点，决定了PLC的基本特点。
下面介绍PLC的四个特点：
1.功能丰富
PLC的功能非常丰富。
这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。
它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。
凡普通计算机能做到的，它也都可作到。
它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。
I/O继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至10几万。
这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。
它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。
内存中一个位就可作为一个中间继电器，它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。
小小的箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。
这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。
而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。
以满足不同的使用要求。
这些也是继电器件所难以做到的。
它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。
PLC还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。
可送入程序，送入数据，可读出程序，读出数据。
而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。
数据读出后，可转储，可打印。
数据送入可键入，可以读卡入，等等。
PLC还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。
自身也可联网，以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。
PLC还有强大的自检功能，可进行自诊断。
其结果可自动记录。
这为它的维修增加了透明度，提供了方便。
丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能；
同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。
像PLC这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的；
更是传统的继电控制电路所无法比拟的。
2.使用方便
用PLC实现对系统的控制是非常方便的。
这是因为：
首先PLC控制逻辑的建立是程序,用程序代替硬件接线。
编程序比接线，更改程序比更改接线，当然要方便得多！
其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。
而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。
种种控制系统所需的模块，PLC厂家多有现货供应，市场上即可购得。
所以，硬件系统配置与建造也非常方便。
正因如此，用可编程序控制器才有这个"
可"
字。
对软件讲，它的程序可编，也不难编。
对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变。
具体地讲，PLC有五个方面的方便：
（1）配置方便：
可接控制系统的需要确定要使用哪家的PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。
（2）安装方便：
PLC硬件安装简单，组装容易。
外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，更换模块时，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。
内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。
（3）编程方便：
PLC内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系统内存，这些器件却实实在在地存在着。
其数量之多是继电器控制系统难以想象的。
即使是小型的PLC，内部继电器数都可以千计，时间继电器、计数也以百计。
而且，这些继电器的接点可无限次地使用。
PLC内部逻辑器件之多，用户用起来已不感到有什么限制。
唯一考虑的只是入出点。
而这个内部入出点即使用得再多，也无关紧要。
大型PLC的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现实系统？
若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。
PLC的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。
PLC还有存储数据的内存区，可存储控制过程的所有要保存的信息。
……总之，由于PLC功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。
（4）维修方便：
①PLC工作可靠，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。
这在讲述PLC的第三个特点时，还将进一步介绍。
②即使PLC出现故障，维修也很方便。
这是因为PLC都设有很多故障提示信号，如PLC支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。
而且，PLC本身还可作故障情况记录。
所以，PLC出了故障，很易诊断。
同时，诊断出故障后排故也很简单。
可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的更换就可以。
至于软件，调试好后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。
（5）改用方便：
PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。
如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。
3.工作可靠
用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。
这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。
事实上，如果PLC工作不可靠，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。
（1）在硬件方面：
PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。
其信息靠光耦器件或电磁器件传递。
而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。
故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。
PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。
在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。
使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达80--90度。
有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。
一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。
还有更进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。
三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。
这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。
当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。
（2）软件方面：
PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的"
冒险竞争"
，其控制结果总是确定的；
而且又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。
为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了"
看门狗"
（Watchingdog）监控程序。
运行用户程序开始时，先清"
定时器，并开始计时。
当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。
若超时（一般不超过100ms），则报警。
严重超时，还可使PLC停止工作。
用户可依报警信号采取相应的应急措施。
定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。
显然，有了这个"
监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现"
死循环"
而影响其工作的可靠性。
PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。
可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。
PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。
这是系统程序配置了的，用户可不干预。
出现故障时有相应的出错信号提示。
正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了PLC具有可靠工作的特点。
它的平均无故障时间可达几万小时以上；
出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。
曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。
在回答中，多数用户把PLC工作可靠作为选用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作为它的首选指标。
4.经济合算
高新技术的使用必将带来巨大的社会效益与经济效益，这是科技是第一生产力的体现，也是高新技术生命力之所在。
PLC也是如此。
尽管使用PLC首次投资要大些，但从全面及长远看，使用PLC还是经济的。
使用PLC的投资虽大，但它的体积小、所占空间小，辅助设施的投入少；
使用时省电，运行费少；
工作可靠，停工损失少；
维修简单，维修费少；
还可再次使用以及能带来附加价值等等，从中可得更大的回报。
所以，在多数情况下，它的效益是可观的
2.2PLC的分类
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。
1.按I/O点数分类
PLC按其I/O点数多少一般可分为以下4类。
（1）微型PLC：
I/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。
（2）小型PLC：
I/O点数为256点以下，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。
它可以连接开关量和模拟量I/O模块以及其他各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网等功能。
如西门子公司的S7-200PLC，三菱公司的F1、F2和FX0系列PLC都属于小型机。
（3）中型PLC：
I/O点数在512～2048点之间的为中型PLC。
它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。
如西门子公司的S7-300PLC、三菱公司的A1S系列PLC都属于中型机.
（4）大型PLC：
I/O点数为2048点以上的为大型PLC。
它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。
另外大型PLC还可以采用三个CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。
如西门子公司的S7-400系列PLC、三菱公司的A3M、A3N系列PLC都属于大型机。
2.按结构分类
PLC按其结构可分为整体式、模块式及叠装式3种。
1）整体式PLC
将CPU、I/O单元、电源、通信等部件集成到一个机壳内的称为整体式PLC。
整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。
基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口以及与编程器相连的接口。
扩展单元内只有I/O接口和电源等，没有CPU。
基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。
它还配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。
整体式PLC一般都是小型机。
2）模块式PLC
模块式PLC是将PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。
模块式PLC由母板（或框架）以及各种模块组成。
把这些模块按控制系统需要选取后，安插到母板上，就构成了一个完整的PLC系统。
这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。
大、中型PLC一般采用模块式结构。
例如，西门子公司的S7-300系列、S7-400系列PLC都采用模块式结构形式。
3）叠装式PLC
将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。
叠装式PLC将CPU模块、电源模块、通信模块和一定数量的I/O单元集成到一个机壳内，如果集成的I/O模块不够使用，可以进行模块扩展。
其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间要靠电缆进行连接，并且各模块可以一层层地叠装。
叠装式PLC集整体式PLC与模块式PLC优点于一身，它不但系统配置灵活，而且体积较小，安装方便。
西门子公司的S7-200系列PLC就是叠装式的结构形式。
3.按功能分类
根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档3类。
1）低档PLC
具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。
主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
2）中档PLC
除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。
有些还可增设中断控制、PID（比例、积分、微分控制）控制等功能，以适用于复杂控制系统。
3）高档PLC
除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。
一般低档机多为小型PLC，采用整体式结构；
中档机可为大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中型和大型PLC采用模块式结构。
2.3PLC的发展方向
长期以来，plc始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与dcs和工业pc形成了三足鼎立之势。
同时，plc也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业pc所带来的冲击。
目前，全世界plc生产厂家约200家，生产300多种产品。
国内plc市场仍以国外产品为主，如siemens、modicon、a-b、omron、三菱、ge的产品。
经过多年的发展，国内plc生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说plc在我国尚未形成制造产业化。
在plc应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。
专家估计，2000年plc的国内市场销量为15（20万套（其中进口占90%左右），约25（35亿元人民币，年增长率约为12%。
预计到2005年全国plc需求量将达到25万套左右，约35（45亿元人民币。
plc市场也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。
但是，按照automationresearchcorp的预测，尽管全球经济下滑，plc市场将会复苏，估计全球plc市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。
微型化、网络化、pc化和开放性是plc未来发展的主要方向。
在基于plc自动化的早期，plc体积大而且价格昂贵。
但在最近几年，微型plc（小于32i/o）已经出现，价格只有几百欧元。
随着软plc（softplc）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软plc组态软件和pc-based控制的市场份额将逐步得到增长。
当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是ethernet技术的扩展，plc也不例外。
现在越来越多的plc供应商开始提供ethernet接口。
可以相信，plc将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业pc的控制系统。
第3章电梯的概述
3.1电梯的定义
英译:
elevator（一般商业用此词）；
lift；
movingstaircase
一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。
也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。
服务于规定楼层的固定式升降设备。
它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°
的刚性导轨之间。
轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。
习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
3.2电梯的结构
电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它.
一.曳引系统
曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行.
曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成.
二.导向系统
导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动.
导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成.
三.轿厢
轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分.
轿厢由轿厢架和轿厢体组成.
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