基于PLC电梯控制设计

1、西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 1 目 录 1 绪论.1 1.1 电梯设计背景 .3 1.1.1 电梯的发展.3 1.1.2 电梯的分类.3 1.1.3 电梯的主要组成部分.5 1.1.4 电梯的安全保护装置.5 1.2 电梯的设计平台 .5 1.2.1 元器件总的选择原则.6 2 方案论证部分 .7 2.1 传动方案论证 .7 2.1.1 卷绕式传动.7 2.1.2 电气控制运用 .7 2.2 电梯控制方案 .8 2.2.1 常见的控制方法.8 2.2.2 plc 程序的设计.9 2.3 plc 的基本概念.9 2.3.1 plc 的特点.9 2.3.2 plc 的基本结构.11 2

2、.3.3 plc 的工作原理.12 2.4 电梯控制系统 .13 2.4.1 plc 选型.13 2.4.2 plc 控制电梯的优点.13 2.4.3 电梯运行图.13 3 电梯结构设计 .16 3.1 电梯曳引机的选用 .16 3.2 电梯轿厢的设计 .16 3.3 电梯导向系统设计 .17 3.4 电梯门系统的设计 .17 3.5 钢丝绳的选用 .18 4 电梯信号控制系统的设计 .19 4.1 电梯的功能概述 .19 4.1.1 电梯基本功能.19 4.2 电梯信号要求 .20 4.2.1 电梯上行功能.20 4.2.2 电梯下行功能.22 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 2 4

3、.2.3 电梯门的自动功能.24 4.2.4 电梯门的手动功能.24 4.2.5 显示功能.24 4.3 电梯基本功能 .24 4.3.1 电梯总功能模块图.24 4.3.2 电梯内部件功能简介.24 4.3.3 电梯外部件功能简介.24 4.3.4 电梯初始状态，运行中状态和运行后状态分析.25 4.4 电梯结构 .25 4.5 电梯 plc 程序设计 .25 4.5.1 plc i/o 地址分配.25 4.5.2 plc 程序中的 i/o 点定义.26 参考文献 .28 致谢 .28 附 录 a.29 附 录 b.38 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 3 1 1 绪论绪论 1.11

4、.1 电梯设计背景电梯设计背景 1.1.1 电梯的发展 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，与人们的日常生 活密不可分。在许多交通设备中，电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。 以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制 系统广泛采用 plc，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很 大的提高。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

5、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。 在现代社会和经济活动中电梯已经成为城市物质文明的一种标志，特别是 在高楼层建筑中电梯是不可缺少的垂直运输设备。电梯作为垂直运输的升降设 备，起特点是在高层建筑物中所占的面积很小，同时通过电气或其它的控制方 式可以将乘客或货物安全、合理、有效地送到不同楼层， 基于这些优点，在建 筑业特别是在高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期

6、。 生活在继续，科技在发展，电梯在进步，电梯发展到今天,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,特别是从 电梯的控制智能化角度考虑电梯已经不再是单一的“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,远程控制与故障诊断,节能以及减少环境污染等。 1.1.2 电梯的分类 根据国家标准 gb/t70241997电梯，自动扶梯，自动人行道术语 ，电 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 4 梯的定义为：服务于规定楼层的固

7、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。 虽然，电梯是一种间歇动作的，沿垂直方向运动的，有电力驱动的，完成 方便载人或运送货物任务的升降设备。在建筑设备中属于起重机械，而在机场、 车站、大型商夏等公共场所普遍使用的自动扶梯和自动人行道，按专业定义则 属于一种在倾斜或水平方向上完成连续运输任务的输送机械，他只是电梯家族 中的一个分支。目前美、日、英、法、等国家则习惯于将电梯自动扶梯和自动 人行道都归为垂直运输设备。 由于建筑物的用途不同，客、货流量也不同，故需配置各种类型的电梯， 因此各个国家对电梯的分类也

8、采用不同的方法。根据我国的行业习惯，大致归 纳如下： （1）按速度分类 低速电梯 快速电梯 高速电梯 超高速电梯 （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 医用电梯 服务电梯 车辆电梯 自动扶梯 自动人行道 其他电梯 （3）按驱动方式分类 交流电梯 直流电梯 液压电梯 齿轮齿条电梯 螺杆式 电梯 直线电动机驱动的电梯 （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 5） 并联控制电梯 群控智能电梯 微机控制电梯 （6）按曳引机结构分类 有齿曳引机电梯 无齿曳引机电梯

9、 （7）其他分类方式 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 5 按轿厢尺寸的大小时，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电梯，机房位于井道底部或底 部旁侧的下置电梯。近些年来还出现了小机房电梯和无机房电梯。 1.1.3 电梯的主要组成部分 （1）曳引部分通常由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、 呼梯按钮和厅站指示器组成。 （4）其它

10、装置对重装置、补偿装置等。 1.1.4 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，其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，轿厢上的撞块就触动此开关，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，

11、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。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 6 1.21.2 电梯的设计平台电梯的设计平台 我们所设计的电梯是一种用 plc 控制信号的电梯，在信号控制上，我们采 用计算机与 plc 连接技术，实现利用可编程控制器软件编程，利

12、用梯形图等手 段观察语句点的逻辑运行情况，同时也做到了计算机观测和控制整个系统的信 号，改变了手工编程的诸多不便。在编程上我们增加了锁定按钮功能，单行控 制，门的开关控制部分，楼层显示功能，运行状态显示，内请求按钮功能等， 改变了以前单纯的一点控点的设计思想，让我们的产品更接近现实生活中的是 用电梯。 1.2.1 元器件总的选择原则 （1）体积小、重量轻、整体的协调性好； （2）精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比高； （3）安全可靠、寿命长； （4）便于接线和控制； （5）不容易受其他元件影响，也不影响外部环境； （6）经济性好； （7）可靠性。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文）

13、7 2 2 方案论证部分方案论证部分 2 2. .1 1 传动方案论证传动方案论证 2.1.1 卷绕式传动 卷绕式如图 2-1 所示，常用电梯的拖动方式有：卷绕式和对重式两种。对 重式虽然可以大大减小电动机的额定功率，从而减少投资，降低能耗；但是对 重系统的平衡性要求比较高，在设计时计算也比较复杂，对曳引轮，减速器， 曳引钢丝绳都有特殊的处理要求，所需的元器件也不容易购买，同时也不容易 用别的器件来代替。而卷绕式原理简单直观，计算也比较方便。 图 2-1 卷绕式拖动图 2.1.2 电气控制运用 二极管和数码管：楼层显示器和状态显示器是电梯模型的基本功能之一， 实际生活中是当乘客到电梯前一方面要

14、了解电梯当前的位置，另一方面还要了 解电梯的运行状态；而我们的电梯模型是从数码管显示器上得知电梯轿厢当前 位置，从二极管的发光来判断电梯轿厢的运行情况。 行程开关：行程开关是电梯模型的关键器件之一，当轿厢到达某楼层后碰 它，它将传送一个信号给 plc。 点动按钮：点动按钮是乘客呼叫的请求工具，乘客可以通过按请求按钮把 相应的信号传输个 plc 让电梯模型作出相应的动作响映。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 8 继电器：因为我们所适用的电压是 220v，非安全电压，所以我们在设计时 尽量以安全为前提，采用远程控制换相。 2.22.2 电梯控制方案电梯控制方案 2.2.1 常见的控制方法

15、（1）采用继电器 所需继电器繁多 假设我们采用继电器作为信号控制，一个五层楼的电梯有，十个行程开关 （包括五个楼层的行程开关，开门关门的行程开关，上下极限行程开关） ，十四 个按钮（包括五个楼层的八个上下请求按钮，轿厢内五个楼层的五个请求按钮 和开关门的两个请求按钮） ， 我没有去算过到底需要多少个继电器，但我们都 学过数学，当电梯停于不同楼层时必须用不同的继电器来表示它的信号，期间 还需开门和关门等信号也需要不同的继电器来控制，但我们可以想象所需的继 电器一定不少。 排线困难 假设我们采用继电器控制，数百个继电器，要把它的信号分别按要求接出 来除了需要一定的时间和精力外，还有就是这样繁多的线

16、路不仅所占空间庞大， 而且所要接的线也很多，很容易出错，由于又没有专门的排线工具，所以给排 线也带来极大困难。 信号不稳定 由于继电器较多难以保证接触的稳定性，所以造成信号的不稳定。 （2）采用微机控制 技术难以保证； 经济性不好。 如果我们采用微机控制，的确可以方便观察整个流程的动态情况，但由于 我们所学知识所限，和现阶段的硬件条件不成熟，所以很难做到。同时采用微 机控制的经济也不是很理想，所以采用微机控制不是最佳选择。 （3）采用 plc 作为信号控制 优点： 可靠性高； 编程简单； 通用性好； 功能强大； 体积小、功 率底； 缺点： 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 9 可编程控制

17、器 plc 经济性不好。 综合以上两种信号控制的特点：考虑现有的条件和可操作性，采用 plc 控制电梯母性信号。 2.2.2 plc 程序的设计 plc 编程的方法有：（1）顺序控制； （2）选择分支控制； （3）并行 分支控制。 电梯作为一个多信号的控制系统，如果采用单一的方法编辑程序是根本不 可能实现它的功能。首先我们分析电梯的流程，简意流程图如图 3- -2 所示。从 电梯的简意流程图来看，当按下命令按钮后，plc 要处理的信号是多种的，经 过判断后，要执行的命令就只有四种；（1）是曳引电机正转（电梯的轿厢上行） ；（2）是曳引电机反转（电梯的轿厢下行） ；（3）开关门电机正转（开门）

18、； （4）开关门。 电机反转（关门） ，而且这四种情况在一定条件下还不成并列关系，为此我 们使用选择分支控制步进程序。 按命令按钮 经 plc 处理 曳引电机正转电梯上行曳引电机反转电梯下行 开关门电机正转（开门） 开关门电机反转（开门） 停 5s 图 2-2 电梯动作流程简意图 结 束 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 10 2.32.3 plcplc 的基本概念的基本概念 2.3.1 plc 的特点 （1）可靠性高 可编程控制器采用了微电子技术，大量的开关动作由无接触点的半导体集 成电路完成，内部处理过程不依靠与机械触点，而是通过对存储器的内容进行 读或写来完成，因此不会出现继电接触

19、器控制系统的接线老化，触点接触不良， 触点电弧等现象，此外，在制造工艺上加强了抗干扰措施。如在输入，输出端 口均采用了光电隔离电路，使外部电路与内部电路之间避免了直接电的联系， 可有效的控制外部电磁干扰。plc 还具有完善的自诊断功能，检查判断故障方 便，因而便于维修。plc 特殊的外壳封装结构，使其具有良好的密封、防尘、 抗震等的作用，因此可以工作在环境恶劣的工业现场。由于 plc 具有高可靠性， 其平均故障时间约为 25 万个小时。 （2）编程简单 plc 的最大特点是采用了易学易懂的梯形语言。它是以计算机软件技术构 造成人们已习惯的继电器模型，形成一套独立具有风格的以继电器线路图为基 础

20、的形象编程语言。梯形图语言的电路符号和表达式与继电接触器电路接线图 相当接近，只用 plc 的几十条开关量逻辑指令就可以实现继电器电路的功能。 只要通过如阅读 plc 的实用手册或接收短信期培训，电气操作人员就可以编制 用户程序。梯形图语言实际是一种面向用户的高级语言。plc 在执行梯形图时， 通过解释程序将它“翻译”成汇编语言去执行。与直接用汇编语言编写相比， 虽然执行时间要长些，但对大多数自动控制系统来说是微不足道的。 （3）通用性好 plc 是通用软件来实现控制的，同一台 plc 可用于不同的控制对象，只需 改变软件就可以实现不同的控制要求，充分体现了灵活性，通用性。各种 plc 都有各

21、自的系列产品，不同机型功能基本相同，可以互换，可以根据控制要求 进行扩展，包括容量扩展，功能扩展，可以进一步满足控制需要。 （4）功能强大 plc 不仅可以完成逻辑运算，计数，定时功能，还可以完成算术运算以及 a/d、d/a 转换等。plc 最广泛的应用场合是对开关量进行逻辑运算和顺序控制， 同时还可以应用对模拟量的控制。plc 可以控制一台单机，一条生长线，还可 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 11 以可控制一个机群，多条生产线，可以现场控制，也可以远距离控制，可控制 简单系统，也可以控制复杂系统。在大系统控制中，plc 可以作为下位机与上 位机或同级的 plc 之间进行通信，完成数

22、据的处理和信息交换，实现对整个生 产过程的信息控制和管理。 （5）体积小，功率底 由于 plc 采用半导体集成电路，因此具有体积小，质量轻，功率底的特点， 而且设计结构紧凑坚固，易于装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想设 备。 2.3.2 plc 的基本结构 plc 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算 机相同，如图 1 所示： 图 2-3 plc 的基本结构 中央处理单元(cpu)是 plc 的控制中枢。它按照 plc 系统程序赋予的功能接 收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、i/o 以及警戒 定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 p

23、lc 投入运行时，首先它 以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 i/o 映象区，然 后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行 逻辑或算数运算的结果送入 i/o 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执 行完毕之后，最后将 i/o 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 12 应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高 plc 的可靠性， 近年来对大型 plc 还采用双 cpu 构成冗余系统，或采用三 cpu 的表决式系统。 这样，即使某个 cpu 出现故障，整个系统仍能正常运行。 2.3

24、.3 plc 的工作原理 plc 是采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作的。即 plc 运行时， cpu 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号 （或地址号）作周期性循环扫描。如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条 顺序执行用户程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新 的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新 等工作周而复始。 plc 的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行 周期性循环。 （1）输入采样阶段 在输入采样阶段，plc 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将 它们存入 i/o 映

25、象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行 和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o 映象 区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该 脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能 被读入。 （2）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，plc 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯 形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控 制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运 算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 ram 存储区中对应位的 状态；

26、或者刷新该输出线圈在 i/o 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执 行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点 在 i/o 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 i/o 映 象区或系统 ram 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯 形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作 用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 13 个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 （3）输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，plc 就进入输出刷新阶段。在此

27、期间，cpu 按照 i/o 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动 相应的外设，这时，才是 plc 的真正输出。 2.42.4 电梯控制系统电梯控制系统 2.4.1 plc 选型 对 plc 选型，首先确定 plc 的输入输出点数。plc 需要的 i/o 点数随电梯 层数的不同而不同。经过对本次设计的内容以及世界众多厂家生产的各种型号 plc 的对比，决定选用德国西门子生产的 s7-200 系列的 plc 产品。s7-200 可编 程控制器是德国西门子公司研制的一种可编程控制器,它工作可靠功能强大，编 程方便，输出端可直接驱动 2a 的继电器或接触器的线圈，抗干扰能力

28、强，因此， 能够满足电梯对电气控制系统的要求。s7-200 系列小型 plc(microplc)可应用 于各种自动化系统,紧凑的结构。低廉的成本, s7-200plc 成为各种小型控制任 务理想的解决方案。利用西门子 s7-200 可编程序控制器编写一个五层电梯的控 制系统。分别完成桥厢内指令。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。step-micro/win32 是 s7-200 系统的 plc 的编程软件， 该软件在 windows 平台上运行。基本操作与 once 等标准 windows 软件相类似， 简单易学。其基本功能是有助用户完成应用软件任务。例如创建用户

29、程序修改 和编辑过程中编辑具有简单语法检查功能。 2.4.2 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。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 14 2.4.3 电梯运行图 电梯上行和下行运动流程图如图 2-4 所示。 电梯运行总流程

30、图 2-5 所示。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 15 图 2-4 电梯上升下降运动流程图 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 16 初始化 是否有门厅呼 是否目标 确认本层与目标层 电梯选向 电梯启动，加速运有 电梯匀速运行 楼层检测 是否有骄厢呼 电梯减速 平层检测 开门 电梯制动 延时 关门 是否停止运行 n y n y n y y n 停止 图 4-2 电梯运行总流程图 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 17 3 3 电梯结构设计电梯结构设计 通过对真实电梯的运行情况及结构组成的观察和分析后，我们并考虑到设 计产品的可实现性及市场调研的具体情况。对本次电梯的结构设计

31、作如下设计。 3.13.1 电梯曳引机的选用电梯曳引机的选用 （1）我们根据实际要求，立足市场，考虑实现性和经济性，采用可逆减速 电机代替传统的普通电机和减速器。 （2）由于不采用电机和减速器进行传输动力和进行减速，怎样实现动力传 输使轿厢上下运行也是一个关键的问题。经过设计和指导老师的指点我们选用 卷绕式曳引机，用卷筒代替曳引轮，卷筒卡在与电机相连的轴上，在卷筒上绕 线通过导向轮带动轿厢。其形状如图 3-1 所示。 图 3-1 卷绕式曳引机图 3.23.2 电梯轿厢的设计电梯轿厢的设计 电梯的轿厢主要是能直观的显示电梯的运行情况，因此，我们只做了一轿 厢的框架，用 25 号角钢焊接而成（如图

32、 3-2 所示） 。主要是因为： （1）用角钢焊接容易在上面加工安装其它部件的孔。 （2）角刚重量较轻。 （3）价格比较适中，经济性较好。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 18 图 3-2 电梯轿箱图 3.33.3 电梯导向系统设计电梯导向系统设计 在设计中，我们考虑到采用槽钢做导轨，但经济性不好。由于要在轿厢和 各楼层安装按钮和楼层显示器，会在框架上加工孔，同时为了方便我们的安装 和排线工作，我们仍采用 25 号角钢焊接一矩形框架，并在导轨架的两边钻孔， 用木条把锁住导轨，我们根据真实电梯导轨的功能选用窗帘导轨作为导轨。用 窗帘导轨相配的滑轮作为导靴，连接时，我们用顶部有孔的螺钉连接

33、滑轮与轿 厢。整个设计过程都采用满足功能要求的物件代替，整个结构体现了简单、经 济、合理等特点。 3.43.4 电梯门系统的设计电梯门系统的设计 电梯门系统从形式上分为中分门和旁开两种。本设计选用的是中分门系统。 电梯的门系统主要包括轿门（轿厢门） ，厅门（层门） ，开门关门机构，安 全装置以及附属的零部件，对于电梯特别是乘客电梯来讲，门系统是不可缺少 的安全保护设施，它可有效地防止候梯人员和物品坠落井道或是轿内人员和物 品与井道相碰闯而发生危险。如图 3-3 所示。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 19 图 3-3 中分门形状图 由于经费的欠缺和门系统结构的复杂性，在制作的时候我们简

34、化了门系统 只做了一个控制面板来代替演示门系统的功能。 3.53.5 钢丝绳的选用钢丝绳的选用 钢丝绳的种类：钢丝绳的分类方法较多，各国的分法不同，常见的有按钢 绳结构、捻向、表面、用途、强度等分类。品种的多样，反映了用途的多样。 电梯钢丝绳的选择：钢丝绳由绳股、绳股钢丝和绳芯组成。电梯钢丝绳是 以单绳股围绕绳芯呈螺旋状捻制而成。通常采用 5065 号优质碳素钢或 60si2mn 钢丝。为了安全，电梯钢丝绳用特号或 1 号钢丝，其钢丝直径限制在 0.31.3mm 之间。常用的电梯曳引钢丝绳有西鲁式（x 型）和瓦灵吞式（w 型） 。 目前，国产电梯普遍使用西鲁式 8 或 6 钢丝股的钢丝绳，其中

35、 8x（19）应用较 多。 电梯上专用的钢丝绳称为曳引钢丝绳，也称为曳引绳。它绕过曳引轮，导 向轮后，一端与轿厢连接，另一端与电机连接。 正确选择、使用和维护电梯曳引钢丝绳不仅关系到电梯的安全和正常运行， 而且对延长使用寿命也是至关重要的。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 20 4 4 电梯信号控制系统的设计电梯信号控制系统的设计 4.14.1 电梯的功能概述电梯的功能概述 电梯是把实现电梯按一定比例缩小或精简而设计的，而我们所设计的电梯 是实现电梯的一个缩影。它由 plc 控制轿厢内具有指令按钮登记的电梯，隔层 站上设有上下召唤按钮（顶、底层只有向上或向下的按钮） ，轿厢的操纵箱上设

36、 有选层按钮。plc 依照进入轿厢你欲去的层站，按下选层按钮，登记指令信号。 厅站乘客按下招呼按钮时，操纵向上的召唤灯亮 plc 可跟据闪亮的顺序向召唤 灯按下选层按钮，登记顺向呼梯信号。电梯轿厢在从基站向上行驶的过程中按 登记信号逐一停靠直至登记信号的最高层站。然后，plc 依然轿厢内向下指令 和闪亮的向下召唤信号灯，按下选层按钮登记所有向下信号，电梯轿厢在向下 的到行程中逐一依靠每次停靠时轿厢自动减速，平层开门，关门并起动运行。 4.1.1 电梯基本功能 （1）电梯的显示功能 电梯的显示功能分楼层显示功能和状态显示功能。楼层显示功能轿厢当前 所处的位置。从数码管上可以显示轿厢所处层楼；状态

37、显示功能是显示轿厢的 运行状态，其上可以显示轿厢是上行，下行还是停止。状态显示功能里还有按 钮状态显示功能，它可以判断该按钮是处于请求状态，还是空闲状态。 （2）电梯的记忆功能 电梯的记忆功能是电梯处于繁忙时的处理命令的功能，当电梯处于一种状 态，而另一种状态呼叫时，当它完成前一任务，再接着完成后一任务。 （3）电梯的上行功能 电梯的上行功能是电梯的最基本功能。就是当电梯的轿厢处于呼叫层之下 时，轿厢能运行到呼叫层。 （4）电梯的下行功能 电梯的下行功能是电梯的最基本功能。就是当电梯的轿厢处于呼叫层之上 时，轿厢能运行到呼叫层。 （5）电梯的开关门功能 电梯的开关门功能是当电梯的轿厢停靠某层后

38、具有开门，关门的功能。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 21 4.24.2 电梯信号要求电梯信号要求 4.2.1 电梯上行功能 （1）当轿厢停于 1f 或 2f，3f 时，4f 时，在 5f 呼叫时，则轿厢上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门，碰关门行程开关，关门结束。 （2）当轿厢停于 1f 或 2f 时，3f 时，在 4f 呼叫时，则轿厢上行到 4f 碰 4f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后 关门，碰关门行程开关，关门结束。 （3）当轿厢停于 1f 或 2f 时，在 3f 呼叫时，

39、则轿厢上行到 3f 碰 3f 的行 程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门， 碰关门行程开关，关门结束。 （4）当轿厢停于 1f 时，在 2f 呼叫时，则轿厢上行到 2f 碰 2f 的行程开关 后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门，碰关门 行程开关，关门结束。 （5）当轿厢停于 1f，若在 2f，3f，4f，5f 同时呼叫时，则轿厢先上行到 2f 碰 2f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。然后上行到 3f 碰 3f 的行程开关 后停止，开门，碰开门行程开关后开门结

40、束，开门后待 5s，然后关门，碰关门 行程开关，关门结束。再继续上行到 4f 碰 4f 的行程开关后停止，开门，碰开 门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门，碰关门行程开关，关门结束。 最后上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束， 开门后待 5s，然后关门，碰关门行程开关，关门结束。 （6）当轿厢停于 1f，若在 2f，3f，5f 同时呼叫时，则轿厢先上行到 2f 碰 2f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s， 然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。关门结束，继续上行到 3f 碰 3f 的行 程开关后停止，开门，碰开门行程

41、开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。再继续上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门， 碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门 结束。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 22 （7）当轿厢停于 1f，若在 2f，4f，5f 呼叫时，则轿厢先上行到 2f 碰 2f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关 门, 碰关门行程开关，关门结束。继续上行到 4f 碰 4f 的行程开关后停止，开 门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关， 关门结束。再继续上行到

42、5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关 后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。 （8）当轿厢停于 1f，若在 3f，4f，5f 呼叫时，则轿厢先上行到 3f 碰 3f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关 门, 碰关门行程开关，关门结束。继续上行到 4f 碰 4f 的行程开关后停止，开 门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关， 关门结束。再继续上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关 后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。 （9）当

43、轿厢停于 1f，若在 3f, 5f 呼叫时，则轿厢先上行到 3f 碰 3f 的行 程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。再继续上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门， 碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门 结束。 (10) 当轿厢停于 1f，若在 2f, 5f 呼叫时，则轿厢先上行到 2f 碰 2f 的行 程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。再继续上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门， 碰开门行程开关后开门结束，开

44、门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门 结束。 (11) 当轿厢停于 1f，若在 4f，5f 呼叫时，则轿厢先上行到 4f 碰 4f 的行 程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。再继续上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门， 碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门 结束。 (12) 当轿厢停于 2f，若在 3f，4f,5f 同时呼叫时，则轿厢上行到 3f 碰 3f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关 门, 碰关门行程开关，关门结束，继续上行到

45、4f 碰 4f 的行程开关后停止，开 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 23 门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关， 关门结束。再继续上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关 后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。 (13) 当轿厢停于 2f，若在 3f, 5f 呼叫时，则轿厢先上行到 3f 碰 3f 的行 程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。再继续上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门， 碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，

46、然后关门, 碰关门行程开关，关门 结束。 (14) 当轿厢停于 2f，若在 4f，5f 呼叫时，则轿厢先上行到 4f 碰 4f 的行 程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。再继续上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门， 碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门 结束。 (15) 当轿厢停于 3f，若在 4f, 5f 呼叫时，则轿厢先上行到 4f 碰 4f 的行 程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。再继续上行到 5f 碰 5f 的

47、行程开关后停止，开门， 碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门 结束。 (16) 当轿厢停于 4f，则轿厢上行到 5f 碰 5f 的行程开关后停止，开门， 碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门 结束。 4.2.2 电梯下行功能 （1）当轿厢停于 5f 或 4f,3f，2f 时，在 1f 呼叫时，则轿厢下行到 1f 碰 1f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后 关门，碰关门行程开关，关门结束。 （2）当轿厢停于 5f 或 4f, 3f 时，在 2f 呼叫时，则轿厢下行到 2f 碰 2f

48、的 行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门， 碰关门行程开关，关门结束。 （3）当轿厢停于 5f,4f 时，在 3f 呼叫时，则轿厢下行到 3f 碰 3f 的行程开 关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门， 。碰 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 24 关门行程开关，关门结束。 （4）当轿厢停于 5f 时，在 4f 呼叫时，则轿厢下行到 4f 碰 4f 的行程开关 后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门， 。碰关 门行程开关，关门结束。 （5）当轿厢停于 4f，若在 3f，2f 同时呼叫时，则轿厢下行

49、到 3f 碰 3f 的 行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。继续下行到 2f 碰 2f 的行程开关后停止，开门， 碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门，碰关门行程开关，关门 结束。 （6）当轿厢停于 4f，若在 3f，1f 同时呼叫时，则轿厢下行到 3f 碰 3f 的 行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。关门后继续下行到 1f 碰 1f 的行程开关后停止， 开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关， 关门结束。 （7

50、）当轿厢停于 4f，若在 2f，1f 同时呼叫时，则轿厢下行到 2f 碰 2f 的 行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束。关门后继续下行到 1f 碰 1f 的行程开关后停止， 开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关， 关门结束。 （8）当轿厢停于 4f，若在 3f，2f，1f 同时呼叫时，则轿厢下行到 3f 碰 3f 的行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关 门, 碰关门行程开关，关门结束。关门后继续上行到 2f 碰 2f 的行程开关后停 止，开门，碰开门行程开关

51、后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程 开关，关门结束。关门结束后再继续上行到 1f 碰 1f 的行程开关后停止，开门， 碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门 结束。 （9）当轿厢停于 3f，若在 2f，1f 同时呼叫时，则轿厢下行到 2f 碰 2f 的 行程开关后停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程开关，关门结束，关门结束后继续上行到 1f 碰 1f 的行程开关后停 止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门, 碰关门行程 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 25 开关，关门结束。

52、 （10）当轿厢停于 2f 时，1f 呼叫时，则轿厢下行到 1f 碰 1f 的行程开关后 停止，开门，碰开门行程开关后开门结束，开门后待 5s，然后关门。 4.2.3 电梯门的自动功能 当轿厢撞到某层的行程开关后 ，门自动打开，待 5s 后自动关闭。如果有 请求继续运行，如果没有请求就停于该层。 4.2.4 电梯门的手动功能 当轿厢停于某层时 ，按门的打开按钮，门自动打开，如果需要长时间停于 该层，可以一直按住开门按钮，则门将一直开着，如果需要关门方法有两种： （1）松开开门按钮，等待 5s 门将自动关闭。 （2）按关门按钮，则门立即自动 关闭。为应急在门上设有开门触动按钮，主要用于在关门过程

53、中，因人或物被 卡在门上，当人或物触动该按钮时门则自动退回将继续开着。 以免人或物被门 卡住，同时也是电梯在装载时不允许装载体的任何部位伸出轿厢以外。 4.2.5 显示功能 不管是在轿厢里还是在轿厢外，你都可以了解到轿厢当前的位置和运行情 况（停或上行或下行） ，因为轿箱里和每层电梯的门口右侧我们都设有显示装置， 能从显示器上看到当前轿厢的位置，同时也可以判断轿厢是停，上行或下行， 根据箭头来判断轿厢是上行还是下行，箭头向上轿厢上行，箭头向下轿厢下行， 如果指示灯不亮那么说明轿厢停于该层。设备选型：plc 控制器选用西门子 s7-200,cpu 选择 221xp。 4.34.3 电梯基本功能电

54、梯基本功能 4.3.1 电梯总功能模块图（见附录） 4.3.2 电梯内部件功能简介 在电梯轿厢内，我们设置有 5 个楼层（15 层）按钮，开门和关门楼层显 示器，上升和下降显示灯。轿厢内设有能让你按下的代表其要去的目的地的楼 层按钮，轿厢停下时，我们设置具有开门，关门的功能，即轿厢门可以自动打 开，经过 5s 的延时后，又可自动关闭。而且，在轿厢内部也设有控制电梯开门， 关门的按钮，使你可以在轿厢停下时随时地控制轿厢门的开与关。轿厢内部我 们也设置了指示灯，用来显示轿厢现在所处的状态，即轿厢是上升还是下降以 及轿厢所处的楼层数，这样可以使轿厢里的你清楚地知道自己所处的位置，离 西南科技大学应用

55、型自考毕业设计（论文） 26 自己要到的楼层还有多远，轿厢是上升还是下降等。 4.3.3 电梯外部件功能简介 电梯外部共分 5 层，每层都设置有呼叫按钮，上升和下降指示灯及楼层显 示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，5 层楼电梯中，1 层只有上呼叫按 钮，5 层只有下呼叫按钮，其余 3 层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升， 下降指示灯以及楼层显示器，5 层电梯我们都设为相同。 4.3.4 电梯初始状态，运行中状态和运行后状态分析 （1）电梯初始状态 为了方便分析，假设轿厢位于 1 层待命，各层显示器都被初始化，电梯处 于以下状态： 电梯内部以及外部各楼层显示器显示均为“1” 。 电梯内

56、部及外部各层的状态显示灯都应该不亮。 电梯内部及外部各层厅门均关。 （2）电梯在运行过程中： 按下某层呼叫按钮（15 层）后，电梯响应该层呼叫。 轿厢上行或下行直至该层。 各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而改变。 运行中轿厢的门始终关闭，到达指定层时，门才打开。在电梯运行过程中， 支持其它呼叫。 （3）电梯运行后状态 在到达指定楼层后，轿厢会继续待命，直至新命令产生。 轿厢在到达指定楼层后，轿厢门会自动打开，经延时 5s 后自动关闭， 在此过程中，支持手动开门或关门； 各楼层显示值为该层所在位置，且上行与下行指示灯均灭。 4.44.4 电梯结构电梯结构 开关及信号灯说明如下: l1

57、l5 分别是 15 层位置指示灯；1f5f 分别是电梯轿厢到 15 层的到 位开关；an1an12 是各层呼叫电梯上下的按钮。 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 27 4.54.5 电梯电梯 plcplc 程序设计程序设计 4.5.1 plc i/o 地址分配 根据电梯操作的工艺过程及对控制系统的要求，首先归纳本系统中所有输 入信号和输出信号；然后根据 plc 的输入点和输出点进行 i/o 地址分配，使每 个输入信号对应 plc 内部的输入继电器，每个输出信号对应 plc 内部的输出继 电器。 4.5.2 plc 程序中的 i/o 点定义 plc 程序中的 i/o 点定义请参见表 4-3

58、。 输入定义输入点辅助点输出定义输出点辅助点 内呼一层 an1 i0.0m0.0 一层指示灯 l1 q0.0m1.2 内呼二层 an2 i0.1m0.1 二层指示灯 l2 q0.1m1.3 内呼三层 an3 i0.2m0.2 三层指示灯 l3 q0.2m1.4 内呼四层 an4 i0.3m0.3 四层指示灯 l4 q0.3m1.5 内呼五层 an5 i0.4m0.4 五层指示灯 l5 q0.4m1.6 一层上呼 an6 i0.5m0.5 一层上呼灯 l6 q0.5m0.5 二层下呼 an7 i0.6m0.6 二层下呼灯 l7 q0.6m0.6 二层上呼 an8 i0.7m0.7 二层上呼灯 l

59、8 q0.7m0.7 三层下呼 an9 i1.0m1.0 三层下呼灯 l9 q1.0m1.0 三层上呼 an10 i1.1m1.1 三层上呼灯 l10 q1.1m1.1 四层下呼 an11 i1.0m1.0 四层下呼灯 l11 q1.0m1.0 四层上呼 an12 i1.1m1.1 四层上呼灯 l12 q1.1m1.1 一层到位 1f i1.3m1.3 轿厢下降 km1 q2.1m3.0 二层到位 2f i1.4m1.4 轿厢上升 km2 q2.2m3.1 三层到位 3f i1.5m1.5 四层到位 4f i1.6m1.6 辅助点定义 m2.0 上升时二层呼停记忆辅助点 m2.1 上升时三层呼

60、停记忆辅助点 m2.2 上升时四层呼停记忆辅助点 m2.3 下降时二层呼停记忆辅助点 m2.4 下降时三层呼停记忆辅助点 m2.5 下降时四层呼停记忆辅助点 m2.6 下降时四层有呼停屏蔽辅助点 m2.7 下降时三层有呼停屏蔽辅助点 m2.8 下降时二层有呼停屏蔽辅助点 m2.0 下降时屏蔽输出 m4.1 上升时二层有呼停屏蔽辅助点 输入定义输入点辅助点输出定义输出点辅助点 m4.2 上升时三层有呼停屏蔽辅助点 m4.3 上升时四层有呼停屏蔽辅助点 西南科技大学应用型自考毕业设计（论文） 28 m4.4 上升时屏蔽输出 定时器 t37 上升时二层停延时 t38 上升时三层停延时 t39 上升时