电梯自动控制系统的设计

电梯自动控制系统设计毕业设计（论文）题 目 电梯自动控制系统设计所属系部 机电工程系 所学专业 机电一体化 班 级 学生姓名 指导教师 职 称 2015 年 5 月电梯自动控制系统的设计摘要：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的发展，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部分，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防线。目前电梯系统主要有三种控制方式：继电路控制系统，PLC控制系统，微机控制系统。继电气控制系统由于故障率高，可靠性差等缺点，目前已被淘汰。微机控制系统虽在只能控制方面有较强的功能，但也存在抗干扰性差，系统设计复杂等缺盐。而PLC控制系统由于运行可行性高，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，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛应用于传统继电器控制系统的技术改造。本次设计介绍了利用西门子S7-300可编程控制器编写的一个四层电梯的控制系统。关键词：电梯；PLC； 继电器Design of automatic control system for elevatorAbstract: with the development of science and technology, in recent years, Chinas elevator production technology has been rapid development, some of the elevator factory is constantly improving design, modification process. Update production renewal of the elevator, the elevator mainly divides into two parts: the mechanical system and the control system, along with the automatic control theory and microelectronic technologys development, the elevator dragging way and the control method occurred great changes, the AC speed regulation is the elevator dragging main development line of defense. At present, there are three main control modes in the elevator system: relay circuit control system, PLC control system, microcomputer control system. Following the electrical control system due to high failure rate, poor reliability, etc., has been eliminated. Although the microcomputer control system has strong function in the control of the computer, but also has the ability to resist the disturbance, the system design is complex and so on. Advantages and PLC control system due to the high operational feasibility, operation and maintenance convenient, strong anti-interference, design and debugging cycle short, paid more attention to by people, and now has become the most control mode of the elevator control system, is also widely used in traditional relay control system of the technical transformation. This design describes the use of the SIEMENS S7-300 programmable controller to write a four layer elevator control system.Key words: elevator；PLC； relay目录背景2第一章 绪论31.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题31.1.1 电梯继电器控制系统的优点31.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点31.2.1 PLC 的特点31.2.2 PLC 控制电梯的优点4第二章 S7-300PLC 的介绍52.1 基本组成52.2 数字量模块和模拟量模块62.3 FM(功能模块)、通信处理器模块（CP）以及通讯接口82.4 PLC的工作过程92.5指令系统13第三章 电梯的发展及前景143.1 电梯的出现及发展143.2 电梯设备153.2.1 电梯的分类163.2.2 电梯的主要组成部分163.2.3 电梯的安全保护装置163.2.4 电梯技术发展情况173.2.5 电梯发展展望17第四章 四层电梯总体方案设计184.1电梯的功能要求184.2控制器件列表184.3电梯主电路194.4 PLC的I/O控制点分配204.5控制四层电梯的梯形图20致 谢26参考文献26背景近年来我国的经济飞速发展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住条件得到了巨大的改善。电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具，与人们的生活息息相关。传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，另外，传统的电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器（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，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。因此，PLC 控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。本课题的研究题目“基于 PLC的电梯控制系统的设计”做诠释如下 PLC 控制是指电梯信号控制由 PLC 及其软件来实现，控制系统的核心为 PLC。其次课题开发的主要任务和内容是：建立“PLC 控制的电梯系统”的总体框架；信号控制系统利用 PLC 集中处理电梯运行方式、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到楼层、运行方向及呼梯应答等，实现开关门控制；拖动控制系统中曳引机的启动、运行、制动停止，包括正反转信号及多种速度信号，经 PLC 运算、判断后通过电机来实现。达到的要求是：通过深入的理论研究和编程实践，全面认真的完成上述几个内容。第一章 绪论1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题1.1.1 电梯继电器控制系统的优点（1） 所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。（2） 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。（3） 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。（4） 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。1.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题（1） 系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。（2） 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。（3） 电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。（4） 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。（5） 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故 。1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点1.2.1 PLC 的特点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，实现字运算和数据存储，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、可靠性对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。（1） PLC 不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。（2） PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了 MTTF（平均无故障时间），使可靠性提高。（3） PLC 有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。（4） PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。（5） 在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。（6） PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。2、易操作性PLC 的易操作性表现在下列几个方面：（1） 操作方便PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数 PLC 采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的 PLC，编程器采用了 CRT 屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 上显示。（2） 编程方便PLC 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。（3） 维修方便PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。3、灵活性PLC 的灵活性表现在以下几个方面：（1） 编程的灵活性。PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。（2） 扩展的灵活性。PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。（3） 操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易1.2.2 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报警显示，提高运行安全性，并便于检修。（5） 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。此外，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没被广泛采用。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。PLC以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国内 7080 年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。利用 PLC 和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。第二章 S7-300PLC 的介绍可编程序控制器是二进制逻辑运算为主的、专为工业环境应用而设计的控制器，后来发展成为具有各种接口，且通讯功能和 软件能日趋完善的工业控制器。为与个人计算机区分，可编程序控制器一般简称为PLC(Programmable Logical Controller)。PLC与单片机等计算机控制系统相比，具有以下特点：全系统采用模板化标准结构；针对生产过程的系列化I/O接口模板，能适用于各种电压等级，越来越丰富的智能接口模板；模块化软件和面对普通电气人员的梯形图编程语言；系列化产品形成，同系列不同型号间联网容易；适应工业环境，安装维护容易；可靠性高，故障率低；系统组成灵活，易扩充，易更新；便于在线调试修改。 SIMATIC S7-300是一种通用型的PLC能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易掌握等特点，使得S7-300在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的一种解决方法。2.1 基本组成 S7-300（如图2-2-1所示），由多种模块部件组成，包括导轨（RACK）、电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入/输出模块（SM）。各种模块能以不同方式结合在一起，从而可控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。 图2-2-1 S7-300PLC基本结构(1) CPU模块 CPU是PLC系统的运算控制核心。它根据系统程序的要求完成任务：接受并存储用户程序和数据，接收现场输入设备的状态和数据，诊断PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，完成用户程序规定的运算任务，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制或数据通信等功能。S7-300的CPU有20种不同的型号，各款都有非常详尽的性能数据表，其中值得关注的CPU性能有以下5个方面：I/O扩展能力；指令执行速度；工作内存容量；通信能力；CPU上的集成功能。CPU 313C-2DP，本例所用的紧凑型CPU，带集成的数字量输入和输出以及PROFIBUS DP主站/从站接口。操作时也必须用MMC卡扩充装载存储器。(2) 电源模块（PS）电源模块是构成PLC控制系统的重要组成部分。正对不同系列地CPU，西门子有匹配的电源模块与之对应，用于对PLC内部电路和外部负载供电。有多种S7-300电源的模块可为可编程控制器供电,也可以向需要24V直流的传感器/执行器供电,比如PS 305、PS 307。PS 305电源模块是直流供电，PS 307电源模块是交流供电。(3) 输入/输出模块（SM）信号模块（SM）也叫输入/输出模块，是 CPU模块与现场输入/输出原件和设备连接得桥梁，用户可根据现场输入/输出设备选择各种用途的I/O模块。信号模块包含了数字量模块和模拟量模块。 S7-300的输入/输出模块外部连线在插入式的前连接器的端子上，前连接器 插在前盖后面的凹槽内。无须断开前连接器上的外部连线，可以迅速的更换模块。信号模块面板上的LED用来显示各数字量输入/输出点的信号状态，模块安装在DIN标准导轨上，通过总线连接器与相邻的模块连接。2.2 数字量模块和模拟量模块（1）S7-300有多种型号的数字量I/O模块供选择。本例主要介绍数字量模块I/O SM323。SM323模块有两种类型：一种是带有8个共地输入端和8个共地输出端；另一种是带有16个共地输入端和16个共地输出端。两种特性相同。I/O额定负载电压24VDC，输入电压“1”信号电平为1130V,“0”信号电平为-3+5V,I/O通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟为1.24.8ms。输出具有电子短路保护功能（2）S7-300模拟量输入模块的输入测量范围很宽，它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，而S7-300模拟量输出模块可以输出010V、115V、-1010V、020mA、420mA、-2020mA 等模拟信号。以下简单介绍模拟量I/O模块SM334。模拟量I/O模块SM334有两种规格：一种是4模拟量输入/2模拟量输出，其输入、输出精度为8位；另一种也是有4模拟量输入/2模拟量输出，其输入/输出精度为12位。SM334模块输入测量范围为010V或020mA，输出范围为010V或020mA。它的I/O测量范围的选择是通过恰当的接线而不是通过组态软件编程设计的。与其他模拟量模块不同，SM334没有负的测量范围，且精度较低。SM33的通道地址（如图2-2-2所示）。通道地址输入通道0模块的起始输入通道1模块的起始+2B的地址偏移量输入通道2模块的起始+4B的地址偏移量输入通道3模块的起始+6B的地址偏移量输出通道0模块的起始输出通道1模块的起始+2B的地址偏移量图2-2-2 SM334 的通道地址 2.3 FM(功能模块)、通信处理器模块（CP）以及通讯接口（1）功能模块主要用于对实时性和存储容量要求较高的控制任务，例如计算器模块、伺服电动机定位模块、高速计算器、闭环控制模块、电子凸轮控制器模块、工业表示系统的接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。（2）S7-300系列PLC有多种用途的通信处理器模块，如 CP340、CP 342-5 DP、CP 342-FMS等，其中既有为装置进行点对点通信设计的 模块，也有为PLC上网到西门子的低速现场总线 SINEC L2 和高速 SINEC HI 网设计的网络接口模块。（3）CPU模块上有以下3种通讯接口：MPI接口。多点接口MPI(MultiPoint Interface)是用于连接CPU和PG/OP的接口或用于MPI子网中的通讯接口。PROFIBUS-DP接口。PROFIBUS-DP接口主要用于连接分布式I/O。PROFIBUS-DP用于创建大型扩展子网。例如， PROFIBUS-DP接口既可组态为主站，也可组态为从站。PtP接口。可在CPU上使用PtP（点带点）接口，来连接外部设备至串口，如条形妈阅读器、打印机等。在CPU PtP的接口中安装有以下通信驱动程序，其报文格式是公开的：ASCII驱动；协议；只适用于CPU 314C-2。2.4 PLC的工作过程PLC有比计算机更强的工业过程接口，可视为一种特殊的工业控制计算机。但编程语言和工作原理于计算机相比有一定的差别，于继电器控制逻辑的工作过程也有很大的差别PLC的工作过程一般可分为3个主要阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，如图2-2-3所示。 图2-2-3 PLC的工作过程输入采样阶段。PLC以扫描工作方式，按顺序将所有信号读入到寄存输入状态的输入映像区中存储，这一过程称为采样。在整个工作周期内，这个采样结果的内容不会改变，而且这个采样结果将在PLC执行时被使用。程序执行阶段。PLC按顺序进行扫描，及从上到下、从左到右地扫描每条指令并分别从输入映像区和输出映像区中获得所需地数据进行运算、处理，再将程序执行结果写入寄存执行结果的输出映像区中保存。这个结果在程序执行期间可能发生变化，但在整个程序未执行完毕之前不会到输出端口。输出刷新阶段。在执行完用户所有程序后，PLC将输出映像区中的内容送到寄存输出状态的输出锁存器，再去驱动用户设备。PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。PLC在一个工作周期中，输入采样和输出刷新的时间一般为毫秒级，而程序执行时间因程序的长度不同而不同。PLC投入运行后，重复完成以上3个阶段工作，即采用循环扫描工作过程。PLC工作主要特点是输入/输出采样、程序执行、输出刷新的“串行”工作方式，这样既可以避免继电器、接触器控制系统中的触电竞争和时序混乱，又可提高PLC的运算速度，这是PLC系统可靠性高、响应快的原因。但是也导致对输入在时间上的滞后。S1S2KKI0.0Q0.0I0.1Q0.0（a）电气原理图（b）PLC梯形图图3-3-4 电气原理图与PLC梯图形土22由图可见，在电气原路图中，线圈K通电与否（数据逻辑通电为“1”，断电为“0”）取决于开关S1、S2及触点K的接通或断开（逻辑关系）。要使线圈K通电（为“1”），必须使S1或K动作闭合（为“1”），且S2复位，其常闭触点闭合（复位为“0”，但常闭触点表示为逻辑非，即“0”的非为“1”，表示闭合）。在PLC中，要使输出端子Q0.0的值输出高电平，则内部存储单元I0.0储存的值应为“1”或Q0.0存储的值为“1”，且I0.1储存的值则应为“0”，才能继续保持Q0.0的值为“1”。Q0.0的值为“1”，则可以通过输出接口输出高电平，从而实现原理图中需要硬件开关、触点才能实现的控制功能。在PLC梯形图中，内部存储器单元也形象地称为元件，但这是一个软元件。实际上，一个元件的线圈或触点是内部存储器单元中的一个位来储存其状态。储存值为“1”，表示该元器件的线圈处于通电状态，元件的常开触点闭合，常闭触点断开。由于内部存储单元中的内容可被无限次调用（读取），因此在PLC中“线圈元件”的“触点个数”从理论上讲有无穷多个。由次可见，PLC梯形图表示的逻辑控制，实际上是采用程序软件取代实际硬件的控制。PLC梯形图中元件和连接线中实际并没有电流流过，编写程序时必须清楚这一点，它仅代表“线圈元件”与各“触点”间的逻辑关系。语言表(STL)PLC的语句表语言采用助记符来表示，一般由操作码和操作数组成。操作码表示的是指令需要完成的操作功能，操作数为变量或常数。变量指数据存储单元在PLC工作时其存储内容是变化的。可作为变量寻址的PLC元件（数据存储器单元）主要有：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、专用辅助继电器、定时/计数器、状态寄存器和数据寄存器。不同的PLC作为变量的单元地址范围通常也不同，但对于确定的机型，变量的地址范围是有明确规定的。除了变量外，常数也是语句表语言中操作数的主要形式之一。使用常数的场合主要有：算术运算等指令需要进行赋值时；需要通过两个或以上参数才能确定指令的操作功能时。例如，对定时器或计数器的设定，第一个操作数选择变量（定时器或计数器单元）的地址，第二个操作数确定定时/计数器的定时/记数值。有些PLC对某些特定操作功能采用 专门的子程序来实现，着些子程序则以编号的形式存放在PLC的系统程序中。此时，操作数除了指定完成操作所需要的参数外，还用来指定具体调用的子程序的编号。功能图（FBD） 功能图语言类似数字电路里的逻辑功能图；指令是不同的功能盒，根据一定的逻辑关系连接功能盒，实现一定的控制功能。图3-3-4中的梯形图程序对应的FBD的程序如图3-3-5所示。梯形图和功能图两种语言都是图形化的编程语言，容易理解、便于掌握、易于使用，但灵活性相对较差。2.5指令系统PLC指令的常见类型1、PLC指令的类型主要有：基本逻辑指令、定时/计数器指令、数值运算指令、数据变换处理指令、程序控制指令以及其他功能指令等。 （1）基本逻辑指令。基本逻辑指令是PLC最基本的指令，用来完成对继电器逻辑变量的布尔运算。主要的基本逻辑指令有：装入指令（又称“取”指令、连接指令、输入指令）、赋值指令（又称输出指令）、逻辑与指令（又称触点串联指令）、逻辑或指令（又称触点并联指令）、复位置位指令、脉冲指令等。装入指令（“取”指令）用于一段程序的开始，表示将某一单元的内容取出来准备用于运算操作；赋值指令是将一段程序的计算结果赋值给某一数据储存单元的操作指令，在梯形图中相当于是一个线圈通电或断电的输出，所以又称为输指令；（2）定时器指令。STEP 7 定时器指令相当于继电器控制系统中时间继电器的功能。STEP 7 定时器指令较为丰富，共有5种不同的定时器指令。脉冲定时器（SP）；扩展脉冲定时器（SE）；开通延时定时器（SD）；保持型开通延时定时器（SS）；关断延时定时器（SF）。（3）数据装载和传送指令（MOVE）。使用赋值指令能够为变量指定特定值。允许输入EN端的状态为“1”时启动赋值指令，PLC将执行MOVE指令，即将IN端指定的数值送到OUT输出端指定的目的地地址中。EN和ENO有相同的信号状态。使用MOVE指令可以传送直接数，也可以将某个地址中存储的数据传递到指定的目的地地址。（4）移位指令和循环指令。A、SETP 7 移位指令能够将累加器1低字的内容或整个累加器的内容逐位向左或向右移动。移动位数由输入值N决定。可使用的移位指令有：字左移指令SHLW；字右移指令SHRRW；双字左移指令SHLDW；双字右移指令SHRDW；整数右移指令SHRI；双整数右移指令SHRDI。B、循环指令能够将累加器1整个内容逐位向左或向右循环移动位。可使用的循环指令有：双字左循环指令ROLDW；双字右循环指令RORDW。（5）控制转移指令。使用逻辑控制指令能够有条件或无条件地转移至某一标号。控制转移指令没有参数，只有一个地址标号。（6）比较指令。SETP 7 提供了丰富的比较指令，可以对下列数值进行比较：两个整数的比较；两个双整数的比较；两个实数的比较。比较指令触发比较操作，在程序中可以像用节点指令一样使用比较指令，即比较指令可以放在所有结节点指令可以放的位置。比较指令对IN1和IN2两个进行比较，如果比较结果是真则比较逻辑运算结果为“1”，反之则为“0”。如果比较指令使用在串联中，则比较结果根据“与”关系和逻辑位相组合；如果比较指令使用在并联中，则比较结果根据“或”关系和逻辑位相组合。（7）算术运算指令。PLC数值运算的基本指令是四则运算指令。操作功能为：对两个操作书实施运算，并将运算结果存放到另一个操作数指令的单元。加、减、乘、除运算由操作码指定。通常加减法指令的三个操作数的字长相同；而乘法指令中结果操作数的字长一般需要增加一倍。例如，参加运算的操作数为单字节数时，运算结果则为双字节数，占用两个相邻的数据寄存器。（8）数据转换指令。转换指令是将一种格式的整数转化为另一种格式进行存储。例如，想让一个整数数据跟一个实数进行运算，首先需要将它们的格式统一成实数才能进行算术运算。有时候实数也需要进行取整运算。S7指令系统就提供各种转换指令。（9）字逻辑指令。字逻辑指令按照布尔逻辑将成对的字（16）位和双字（32）位逐位进行比较。下列指令用于执行字逻辑指令：字与字相“与”指令WANDW；双字与双字相“与”指令WANDDW；字与字相“或”指令WORW；双字与双字相“或”指令WORDW；字与字相“异或”指令WXORW；双字与双字相“异或”指令WXORDW。（10）计数器指令。计数器是PLC提供的一个基本功能，S7系列PLC的CPU中有专门的计数存储区，计数器存储区的大小由CPU型号决定。每个计数器有一个16位的字和一个二进制的位，计数器的字用来存放它的当前值，计数器触点的状态由它的位的状态决定。计数器指令包括计数器线圈指令和计数器方框指令，可实现相同的功能。计数器线圈指令包括以下3条：计数器置初值指令（SC）；加法计数器线圈指令（CU）；减法计数器线圈指令（CD）。第三章电梯的发展及前景3.1 电梯的出现及发展1854 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明-历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。150 年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具电梯，其需求量日益增长。各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。20世纪初，美国出现了曳引式电梯，其结构如图1-1所示，从图中可见，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力使轿厢与对重作一升一降的相反运动。显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的长度和股数均不受限，当然轿厢的载重以及提升高度就得到了提高，从而满足了人们对电梯的使用需求。因此，近一百年来，曳引式电梯一直受到重视，并发展沿用至今。 图3-1 曳引式电梯示意图在后来的几十年里，电梯的自动平层控制系统以及1轿厢 2曳引轮 3对重 通过变换电动机极数的调速方法来调整电梯的运行速度的技术相继研制成功，1933年世界上第一台运行速度为6m/s的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯、交流变频变压调速电梯。随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显的改善。进入20世纪80年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。1993年，日本生产了12.5m/s的世界高速交流变压变频调速电梯，结束了直流电梯独占高速领域的历史。电梯发展的今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到全面发展时期，随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应以人为本提高舒适度，特别从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式。合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。本文中着重研究电梯的升降控制逻辑，不着重主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施。3.2 电梯设备3.2.1 电梯的分类电梯的分类有各式各样：（1）按速度分类 低速电梯 1m/s以下 高速电梯 2-3m/s 超高速电梯 3-10m/s（2）按用途分类 乘客电梯 住宅电梯 观光电梯 载货电梯客货两用电梯 车辆电梯 其他电梯（3）按拖动方式分类 交流电梯 直流电梯 液压电梯 齿轮齿条电梯螺杆式电梯（4）按有无司机分类 有司机电梯 无司机电梯 有/无司机电梯（5）按控制方式分类 手柄操纵控制电梯 按钮控制电梯 信号控制电梯 集选控制电梯 群控电梯（6）按曳引机结构分类 有齿曳引机电梯 无齿曳引机电梯（7）其它分类方式按轿厢尺寸的大小分类时，经常使用“小型”、“超大型”等词来描述电梯。按机房位置不同可分为：机房位于井道顶部的上置式电梯；机房底部的下置式电梯。3.2.2 电梯的主要组成部分（1） 曳引部分：通常有曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。（2） 轿厢和厅门：轿厢由轿架，轿底，轿壁和轿门组成；厅门一般有封闭式、中分式、双折中分式和直分式等。（3） 电器设备及控制装置：有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅外指示器组成。（4） 其它装置：对重装置、补偿装置等。3.2.3 电梯的安全保护装置（1） 电磁制动器：装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。（2） 强迫减速开关：分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。（3） 限位开关：当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。（4） 行程极限保护开关：当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。（5） 急停按钮：装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。（6） 厅门开关：每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动；在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。（7） 关门安全开关：常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。（8） 超载开关：当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。（9） 其它的开关：安全窗开关，钢带轮的断带开关等。3.2.4 电梯技术发展情况（1） 电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。（2） 电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈 广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。（3） 电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。（4） 电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功能要求。如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。（5） 智能群控管理得到广泛应用。（6） 机械传动方面，由于国际上机构加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。3.2.5 电梯发展展望（1） 结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。（2） 技术含量更高，性能更好。电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF 电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF 技术。另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。（3） 安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。第四章四层电梯总体方案设计4.1电梯的功能要