基于西门子PLC电梯控制系统设计说明

1、基于PLC的电梯控制系统设计摘要电梯是高层建筑不可缺少的交通工具。它用于垂直运输乘客和货物。传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制。缺点是触点多，故障率高，可靠性差，维护工作量大。等，而由PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。目前已在电梯行业得到广泛应用。 PLC用于控制电梯。通过合理的选型和设计，提高了电梯的控制水平，提高了电梯运行的舒适性，使电梯达到了比较理想的控制效果。在介绍电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理以及可编程控制器PLC在电梯控制中的应用。设计了电梯控制系统的总体运行方案，选择了门S7-200PLC，并根据控制要

2、求列出了具体的硬件电路和I/O分配表，并绘制了硬件接线图。在分析处理随机信号逻辑关系的基础上，最终设计了系统运行流程图，并用软件编制了梯形图。关键词：电梯控制 PLC梯形图目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc15201 第 1 章 引言 PAGEREF _Toc15201 1 HYPERLINK l _Toc4247 1.1 国外电梯发展现状 PAGEREF _Toc4247 1 HYPERLINK l _Toc3909 1.2 课题研究背景及意义 PAGEREF _Toc3909 2 HYPERLINK l _Toc6584 1.3 PLC在电梯控制中的应用及发展

3、前景 PAGEREF _Toc6584 3 HYPERLINK l _Toc8860 1.4 课题研究内容 PAGEREF _Toc8860 5 HYPERLINK l _Toc7206 第二章 电梯机械设计 PAGEREF _Toc7206 6 HYPERLINK l _Toc3098 2.1 电梯主要参数及性能指标 PAGEREF _Toc3098 6 HYPERLINK l _Toc6901 2.2 电梯类型 PAGEREF _Toc6901 8 HYPERLINK l _Toc13546 2.3 电梯原理 PAGEREF _Toc13546 8 HYPERLINK l _Toc1111

4、7 8的结构原理 PAGEREF _Toc11117 HYPERLINK l _Toc29425 2.3.2 电梯工作原理 PAGEREF _Toc29425 11 HYPERLINK l _Toc29353 第三章 电梯运行总体设计 PAGEREF _Toc29353 12 HYPERLINK l _Toc10856 3.1 PLC控制系统方案设计 PAGEREF _Toc10856 12 HYPERLINK l _Toc29027 3.1.1 电梯控制系统结构设计 PAGEREF _Toc29027 12 HYPERLINK l _Toc22779 3.1.2 电梯信号控制系统设计 PAG

5、EREF _Toc22779 13 HYPERLINK l _Toc5898 3.1.3 电梯控制系统实现的功能 PAGEREF _Toc5898 13 HYPERLINK l _Toc16133 3.2 电梯牵引方案及门电机电路图 PAGEREF _Toc16133 14 HYPERLINK l _Toc7823 3.3 可编程逻辑控制器（PLC）的选择 PAGEREF _Toc7823 14 HYPERLINK l _Toc16301 3.3.1 可编程逻辑控制器（PLC）的特点 PAGEREF _Toc16301 14 HYPERLINK l _Toc2701 3.3.2 PLC 的选择

6、 PAGEREF _Toc2701 15 HYPERLINK l _Toc5871 第 4 章 电梯硬件设计 PAGEREF _Toc5871 19 HYPERLINK l _Toc950 4.1 电梯控制要求 PAGEREF _Toc950 19 HYPERLINK l _Toc15566 4.2 输入/输出点分配 PAGEREF _Toc15566 20 HYPERLINK l _Toc13228 4.3 PLC外部接线图 PAGEREF _Toc13228 21 HYPERLINK l _Toc18251 第 5 章 电梯软件设计 PAGEREF _Toc18251 23 HYPERLI

7、NK l _Toc18358 5.1 PLC 的编程语言 PAGEREF _Toc18358 23 HYPERLINK l _Toc26831 5.2 系统运行流程图 PAGEREF _Toc26831 24 HYPERLINK l _Toc25063 5.3 梯形图 PAGEREF _Toc25063 25 HYPERLINK l _Toc22313 5.3.1 外部指令信号的注册和消除 PAGEREF _Toc22313 25 HYPERLINK l _Toc13490 5.3.2 指令信号登记与取消 PAGEREF _Toc13490 26 HYPERLINK l _Toc1882 5.

8、3.3 电梯平层信号处理 PAGEREF _Toc1882 28 HYPERLINK l _Toc9225 5.3.4 楼层选择方向和倒切梯 PAGEREF _Toc9225 28 HYPERLINK l _Toc19639 5.3.5 每层楼的停止信号 PAGEREF _Toc19639 35 HYPERLINK l _Toc24687 5.3.6 自动开门和关门 PAGEREF _Toc24687 36 HYPERLINK l _Toc7725 第 6 章 结论与展望 PAGEREF _Toc7725 39 HYPERLINK l _Toc21420 6.1 结论 PAGEREF _Toc

9、21420 39 HYPERLINK l _Toc6836 6.2电梯发展方向展望 PAGEREF _Toc6836 39 HYPERLINK l _Toc13310 参考文献 PAGEREF _Toc13310 40 HYPERLINK l _Toc28201 至 PAGEREF _Toc28201 41第一章 简介1.1国外电梯发展现状今天，随着经济的不断发展和科技的日新月异，建筑的高度也随着经济的发展同步增长。作为建筑物的中枢神经系统，电梯发挥着不可或缺的作用。作为建筑物内的主要交通工具，电梯与其他交通工具一样，已成为我们日常生活中不可缺少的一部分。在全球经济持续低迷的背景下，我国国民经

10、济继续保持较高速度增长，城镇化水平不断提高。这客观上导致我国电梯行业空前繁荣，我国已成为全球最大的电梯市场。 1980年代以来，随着经济建设的持续快速发展，我国对电梯的需求量不断增加。总体趋势向上，进入“第三波”， 2004年总产量超过8万台，目前还没有放缓的迹象。全世界平均有1000人拥有一部电梯。如果我们国家要达到这个水平，我们需要增加70万部电梯。尽管如此，我国的电梯还远未达到饱和。届时，全国将有130万部电梯在用，每年仅用于报废更新就需要6万部电梯。到2005年，中国电梯年产量达到13台。 5万台， 25年比1980年增长59倍，年均增长17 . 8 %。 2005年，安装验收电梯12

11、4465部。到2005年底，中国在用电梯总数达到651,794台。如此巨大的市场需求，为中国电梯行业的发展创造了广阔的舞台！我国电梯行业已经具备强大的生产能力。繁荣的电梯市场吸引了美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等13家全球知名电梯企业。外资企业进入国内市场。份额达到74 %。先进技术和先进管理的引进，对民族电梯企业起到了强有力的推动作用。江南、百世、捷安特、华立、彰化、飞鹏、宏达、神龙、东南液压等一批优秀的电梯品牌，已经清晰地看到了自己的定位和出路。目前，国内市场所需的电梯产品几乎都能在我国电梯行业生产，不仅大量替代进口，而且有一定的出口。国产电梯技术水

12、平和产品质量稳步提升。我国自1985年加入国际标准化组织ISO / TCl78以来，先后或等效采用了多项国际标准和先进国家标准。该标准的高起点使我国电梯行业在技术上处于有利地位。无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等许多新技术、新产品在国际上刚刚出现，我国很多企业都可以生产。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的地位，年销量已达1万台左右，约占亚洲市场的1/50 。一些合资企业也在出口外汇方面做出了贡献。当今世界，电梯的生产和使用已成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一1 。1.2 课题研究背景及意义电梯是机电一体化的复杂系统。它不仅涉及机械传动、电气控制和土木工程等工程领域

13、，还考虑了可靠性、舒适性和美观性等问题。对于现代电梯来说，它应该具有高度的安全性。事实上，电梯已经采取了多项安全防护措施。在设计电梯时，对机械部件和电气元件都采用了较大的安全系数和保险系数。但是，只有电梯的制造、安装调试、售后服务和维护都做到了高质量，才能充分保证电梯最终的高质量。在国外，规定实行电梯制造、安装、维修一体化，实行各制造企业认可、法规认证的专业安装团队维修单位，承担安装、调试、定期维护和检验检测，以保证电梯的可靠运行。安全和安全得到保证。因此，可以说乘坐电梯比较安全。美国一家保险公司对电梯的安全性进行了认真的调查和科学计算，得出的结论是乘坐电梯比走楼梯安全5倍。据挖掘统计，美国每

14、年乘坐其他交通工具的人数约为80亿人，而每年乘坐电梯的人数则高达540亿人之多。目前，由可编程逻辑控制器（PLC）和微机组成的电梯运行逻辑控制系统发展迅速。 PLC控制的电梯可靠性高、维修方便、开发周期短。这种电梯运行更加可靠，具有很大的灵活性，可以完成更复杂的控制任务，成为电梯控制的发展方向。可编程控制器是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物。它是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的一种新型控制器。由专用计算机控制2 。自1969年第一台针对工业自动控制的特点和需要而开发的PLC问世以来，已经发展了30多年。它的发展虽然包括对以往控制技术的继承和演进，但它不同于顺序控制器和通用微机

15、控制装置。它既充分利用微处理器的优势，满足各种工业领域的实时控制要求，又兼顾了现场电气运维人员的技能和习惯。形成了一套基于继电器梯形图的可视化编程语言和模块化软件结构，使用户程序的编写清晰直观，方便易学，易于调试和检查。此外，用户程序的编译、修改和调试不需要计算机编程语言的特殊知识。就这样，“计算机”的神秘面纱被打破，促进了计算机技术的普遍应用。可编程逻辑控制器（PLC）是现代工业自动化控制中最重要的先进控制技术。 PLC现已成为现代工业控制（PLC、CAD/CAM、ROBOT）的三大支柱之一，其可靠性高、逻辑功能强、体积小、控制程序可在线修改、具有远程通讯和联网功能、易于与人机交互计算机，可

16、以控制模拟量，具有高速计数和位置控制等高性能模块的优异性能，通益取代了传统的由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器组成的继电器-接点控制系统等。广泛应用于机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业。 PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。总之，电梯的控制比较复杂，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。 PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备。随着PLC应用技术的不断发展，其体积将大大缩小，功能将不断完善，过程控制将更加稳定可靠，抗干扰性能将增强，机电元件也将不断完善。有机结合在一个设备中，它集仪器、电子和计算机的功能3为一体。因此，它

17、已成为电梯运行中的一项关键技术。1.3 PLC在电梯控制中的应用及发展前景目前电梯控制方式主要有继电器控制、PLC控制和微机控制三种。 PLC实际上是一台专用计算机。它采用循环扫描的方式分时处理各种任务，依靠程序运行，保证只有正确的程序才能运行，否则电梯将无法工作。并且由于PLC中的辅助继电器和保持继电器实际上是PLC系统的工作单元，相比继电器控制具有明显优势，运行寿命更长，工作更可靠安全，自动化程度更高4 。 PLC控制是三种控制方式中最可靠、最实用、最灵活的控制方式。更适合电梯的技术改造和控制系统的升级。是电梯控制系统中一种理想的新型控制技术。随着科技的进步，电梯也越来越安全、舒适。然而，

18、人们的追求并没有就此停止，还在进行研究和改进。绿色是和平，绿色是自然，绿色是和谐。电梯是一种载人的机电设备。实现“绿色”，就是强调电梯更舒适、安全地为人类生产生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。现在意义上的“绿色”一般强调“自然”的一面，强调与环境的协调与和谐。电梯是纯工业产品，其自然性应表现为对环境的影响最小、与环境的协调平衡、与电梯本身的人性化。这也应该是绿色电梯的发展方向。(1)智能。我们这里说的智能电梯，是传统人工智能无能。传统的智能控制是一种技术预设。说到底是一种程序控制，一种周期系统自动控制，并不是真正的智能化。真正的智能电梯应该更加人性化。它不仅具有传统人工智能的所有优点，而且

19、具有传统人工智能无法比拟的东西。它具有随机思考和处理各种问题的能力。例如，根据轿厢的情况和各楼层的候车信息，自动制定每次最优的移动速度和停车策略；自动选择运动方面；双向语音通信；更具主动性，让楼宇交通实现真正的人机对话。智能化要求电梯具有自动安全检测功能，使电梯能够自行检测到电梯的故障，并及时报警排除5 。(2) 安全。运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的其他所有工作都围绕着这一点展开，使电梯的安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯启动时的强电磁辐射，使用安全的材料，运行平稳，还要有良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞明亮的轿厢里都有一种安全舒适的心情。（三）与环境的协调平衡，包括以下几

20、个方面：视觉协调。有人研究过环境颜色是否对人有影响。本研究进展：视觉上不协调的环境色彩对人的情绪和精神有很大的影响。宜人的色彩、优雅的风格、做工精良的电梯，乘客自然会有安全感和视觉舒适感。 消除电磁辐射。如前所述，由于电梯是建筑物内频繁启动和制动的大容量电器，是电磁干扰的罪魁祸首，所以绿色电梯必须是对建筑物的电磁干扰达到最小的建筑物机电设备。并且不受其他电磁干扰的影响。 .这样既能保证乘客的身心健康，又能保证楼宇和楼内楼宇的办公自动化（0A）、楼宇自动化（BA）、通信自动化（CA）的正常运行。 舒适。采用高载频矢量静音逆变器，可以降低噪声转换频率和电压。采用连续变换CPU控制电压和频率的方式，

21、根据人体的生理适应要求，通过计算机优化设计理想的跑步曲线，实现更稳定、更舒适的跑步6 。图 1-1 电梯运行速度曲线随着时代的发展，人们在与外界隔绝、封闭的电梯轿厢内的心理压抑和恐惧也被考虑在内。因此，建议对电梯进行豪华装修。1.4 课题研究内容研究课题主要是利用可编程逻辑控制器（PLC）对在用电梯的自动控制系统进行改造。由于大多数老式电梯的电控系统可靠性较差，用户寻求对电梯的电控系统进行改造以节省资金。因此，研究电梯控制技术，为国产老式电梯的改造找到一条合适的道路，进而提高国产电梯的技术水平和质量具有重要意义。针对旧电梯采用的继电器逻辑控制方式功能弱、故障多、可靠性差、使用寿命短等缺陷，提出

22、了一种功能强大、故障率低、可靠性高的可编程序控制器（PLC）来控制电梯。电梯。论文主要内容如下：首先对电梯系统和可编程逻辑控制器（PLC）进行了全面的总结和介绍。然后阐述了电梯控制系统的分类和特点。电梯控制系统分为速度调节和信号控制两部分。确定了系统的总体结构，通过PLC实现电梯信号控制，完成电机和可编程序控制器（PLC）的选型。然后是系统硬件的开发，完成PLC的选型、I/O点的分配以及与PLC的连接。最后是系统软件设计，设计了电梯运行流程图，并利用编程软件编制了梯形图。第二章电梯机械设计2.1 电梯主要参数及性能指标一、性能指标：(1) 安全电梯运送乘客时，即使是货梯，通常也有人陪伴，所以对

23、电梯的第一要求就是安全。电梯的安全与设计、制造、安装、调试和维护密切相关。如果任何一个环节出错，都可能造成不安全的隐患，甚至引发事故。(2) 可靠性电梯的可靠性非常重要。如果电梯在运行中频繁出现故障，将会影响人们的正常生产生活，给人们带来极大的不便。不可靠也是事故隐患，往往是不安全的原因。为了提高可靠性，首先要提高构成电梯的各个部件的可靠性。只有每个部件都可靠，整个电梯才能可靠。(3) 停止精度停止精度也称为平层精度、平层精度。 GB/T10058-1997电梯技术条件对轿厢平层精度的规定如下：电梯类型额定速度（米/秒）调平精度（mm）交流双速电梯0.25 或 0.5150.75 或 1.03

24、0交直流快速电梯1.52.015交直流高速电梯2.05电梯轿厢的平层精度与电梯的额定速度和电梯的负载密切相关。负载越重，惯性越大，转速越高，惯性越大。因此在校核平层精度时，测量空载、满载、上下运行的平衡误差，停在同一个着陆站，取最大值作为平层站的平层精度。(4) 振动、噪音和电磁干扰现代电梯为乘客创造了舒适的生活和工作环境。要求电梯运行平稳、安静、无电磁干扰。(5) 舒适和速度电梯作为一种交通工具，对于快节奏来说是必不可少的，而快节奏可以节省时间，这对于快节奏的现代生活中的乘客来说非常重要。但是，过度增加的加速和减速的不合理变化可能会给乘客带来不适。因此，在电梯设计中必须考虑到快速性和舒适性这

25、两个矛盾的因素。(6) 节能现代电梯应合理选择拖曳方式以达到节能目的2、主要参数：(1) 额定载重量(kg)：制造设计规定的电梯载重量。(2)轿厢尺寸(mm)：宽深高。(3)轿厢形式：有单开门或双面开门等特殊要求等，根据轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，电动的要求而定粉丝等(4)轿门形式：有栅栏门、封闭式对开门、封闭式双对开门、封闭式双对开门等。(5) 开门宽度(mm)：轿门与厅门全开的净宽度。(6)开门方向：人面向厅外厅门，向左开门为左门，向右开门为右门，左右开门为中间门，又称中门。中门。(7)牵引方式：常用的半绕1：1吊装方式，小车运行速度等于钢丝运行速度。半绕2：1吊索方式，小车运行速

26、度等于线材运行速度的一半。全绕1:1吊索方式，小车运行速度等于钢丝运行速度。(8) 额定速度(m/s)：制造设计规定的电梯运行速度。(9)电气控制系统：包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动、汽车按钮控制或集体选择控制等。（10）站（站）数：建筑物各层用于进出汽车的所有位置均称为站。(11) 起升高度(mm)：下站层到上站层的垂直距离。(12) 顶层高度(mm)：最高端站层到机房地板或隔音地板下最突出的构件的垂直距离。电梯运行速度越快，一般顶层就越高。(13) 坑深(mm)：站台地板底面至竖井底面的垂直距离。电梯越快，坑越深。(14)井深(mm)：井底至机房地板或隔音地板

27、下最突出构件的垂直距离。(15)井尺寸(mm)：宽深 7 。2.2 电梯的种类2003年2月19日，国务院颁布了特种设备安全监察条例，明确规定电梯为特种设备，并描述了电梯的含义：“电梯为动力驱动，采用沿刚性导轨运行的箱体或沿固定线路升降梯级（踏板）或平行运送人和货物的机电设备。”本次讨论的电梯，称为广义的电梯概念，既包括上下运送人和货物的升降电梯，也包括用于水平或倾斜运送乘客的自动人行道（英文Passenger Conveyor）和自动扶梯（英文Escalator）。现代电梯主要由曳引机（绞盘）、导轨、配重装置、安全装置（如限速器、安全钳和缓冲器等）、信号控制系统、轿厢和厅门等组成。这些部分安

28、装分别在大楼的竖井和机房。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕曳引轮绕行，两端分别连接轿厢和配重，电机带动曳引轮将轿厢提升。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确、乘坐舒适。电梯的基本参数主要包括额定载荷、乘客人数、额定速度、轿厢外形尺寸和井道类型8 。目前电梯行业和社会对电梯的分类一般如下：（1）按用途分：客梯、货梯、客货梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、观光电梯等特种电梯。(2)按额定速度：低速电梯，通常指速度低于1.00m/s的电梯；中速电梯，通常指速度为1.00-2.00m/s的电梯。高速电梯通常是指速度大于2.00m/s的电梯。超高速电梯，速度超过5.00m/s的电梯。(3)按曳引方式分

29、：交流升降机、直流升降机、液压升降机、齿轮齿条式升降机、螺旋升降机。(4)按控制方式分：手柄控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、下行集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、智能控制电梯。其他分类方法包括：按电梯有无司机分类9 。2.3 电梯原理2.3.1 电梯的结构原理电梯是机电一体化产品。它的机械部分好比人体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分由控制部分调度，密切配合，使电梯运行可靠。虽然电梯的种类很多，但目前使用的电梯大多是电力牵引和钢丝绳牵引结构。电梯的基本结构如图 2-1 所示。1控制柜（屏） 2曳引机 3曳引钢丝绳 4调速器 5调速器钢丝绳 6调速器

30、张紧装置 7轿厢 8安全钳 9轿门安全 触摸屏 10导轨11对重 12厅门 13缓冲器图 2-1 电梯基本结构一、四大空间从电梯空间的利用来看，它由四部分组成：机房和附属于建筑物的井道；载客或货物的空间汽车；乘客或货物进出汽车的地方着陆。即机房、竖井、轿厢、层站。2.八系统(1) 牵引系统电梯牵引系统的作用是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由曳引机、曳引钢丝绳、导轮和倒绳轮组成。曳引机为电梯的运行提供动力，由电动机、曳引轮、联轴器、减速箱、电磁制动器等组成。牵引钢丝的两端分别与轿厢和对重相连，通过钢丝绳与曳引轮的摩擦力带动轿厢上下运动。导向轮的作用是分隔小车与对重之间的距离，采用收卷式还

31、可以增加牵引力。(2) 导向系统导轨系统由导轨、导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的运动自由度，使轿厢和对重只能沿导轨上下移动。(3) 门系统门系统由轿门、层门、开门、联动机构等组成。轿门设置在轿厢入口处，由门扇、门导轨架等组成。层门设置在层站入口处。开门器安装在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。(4) 汽车轿厢是运送乘客或货物的电梯总成，由轿厢架和车体组成。车架是车体的承重机构，由横梁、立柱、底梁、斜拉杆等组成。车体由车底、车壁、车顶、照明和通风装置、车内装饰件和车内控制按钮板组成。车体空间大小由额定载重量和额定乘车人数决定(5) 重量平衡系统重量平衡系统由配重和重量补偿装置组成。配重由

32、配重架和配重块组成。配重将平衡汽车自身重量和部分额定负载。重量补偿装置是补偿高层电梯中曳引钢丝绳长度变化对电梯轿厢和对重侧的影响对电梯平衡设计的影响的装置。(6) 电动拖曳系统电力牵引系统由牵引电机、供电系统、速度反馈装置、速度控制装置等组成，其作用是控制电梯的速度。曳引电机是电梯的动力源，可根据电梯配置选用交流电机或直流电机。供电系统是为电动机提供动力的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机连接。调速装置控制牵引电机的速度。(7) 电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置、控制装置、平层装置、位置显示装置组成。控制装置根据电梯运行逻辑的功

33、能要求控制电梯运行，设置在机房内的控制柜上。操作装置由轿厢按钮盒和厅门召唤盒按钮控制，控制电梯的运行。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢接近某一楼层停靠点时，使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置用于显示轿厢和电梯所在楼层的厅门指示灯，厅门指示灯也用尖头来指示电梯的运行方向。(8) 安全防护系统安全保护系统包括各种机械和电气保护系统，可以保护电梯的安全使用。机械方面，限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起上下碰撞保护作用，并设有切断总电源的限位保护装置。电气安全保护体现在电梯的每一个运行环节。2.3.2 电梯工作原理曳引绳的两端分别与轿厢

34、和对重相连，并缠绕在曳引轮和导向轮上。牵引电机在减速机变速后带动牵引绳轮转动。 ，实现小车和配重的升降运动，以达到运输的目的。固定在轿厢上的导靴可沿安装在建筑竖井壁上的固定导轨上下往复运动，防止轿厢在运行过程中歪斜或摆动。常闭块制动器在电机工作时释放制动器使电梯运行，在停电情况下制动，使轿厢停止电梯，并在指定楼层保持静止状态，供人员和货物进出。出口。轿厢是承载乘客或其他负载的箱体部件，配重用于平衡轿厢负载，降低电动机的功率。补偿装置用于补偿牵引绳运动过程中受力和重量的变化，使牵引电机负载平稳，使汽车准确停车。电气系统实现对电梯运行的控制，同时完成选层、平层、测速、照明等工作。指示呼叫系统随时显

35、示轿厢的移动方向和楼层位置。安全装置确保电梯安全运行。第三章电梯运行总体设计3.1 PLC控制系统方案设计3.1.1 电梯控制系统结构设计与其他类型的电梯控制系统一样，电梯PLC控制系统主要由信号控制系统和曳引控制系统两部分组成。图3-1是电梯PLC控制系统的基本结构图。主要硬件包括PLC主机和分机、机械系统、轿厢控制面板、外召面板、楼层导轨、门机、调速装置和主驱动系统等11 。系统的控制核心是PLC主机。操作面板、呼叫面板、井道、安全保护信号通过PLC输入接口致到PLC，存储在内存中，呼叫指示灯发出显示信号，向拖动和门操作控制系统致控制信号. 12 。图3-1 电梯PLC控制系统基本结构图电

36、梯的安全保护装置用于电梯的启停控制；轿厢操作面板用于控制轿厢门的关闭和轿厢需要到达的楼层；外召的主要作用是当有人召唤时，电梯能准确到达召唤位置；楼层指示器用于显示电梯到达的具体位置；拖动控制用于控制电梯的启动、停止、加速和减速等功能；门机控制主要用于在电梯到达一定位置时控制电梯门。应该能自动打开，或者当门外的电梯人要求乘电梯时，电梯门应该能自动打开。3.1.2 电梯信号控制系统设计电梯信号控制基本由PLC软件实现。输入PLC的控制信号包括运行模式选择（如自动、司机、维修、消防运行模式等）、运行控制、轿厢指令、层站召唤、安全保护信号、门开关及限位信号、门区域和水平信号等13 。电梯信号控制系统如

37、图3-2所示：图 3-2 电梯信号控制系统3.1.3 电梯控制系统实现的功能电梯控制系统实现以下功能：(1)行驶方向由选择信号决定，优先执行前进方向。(2) 行车过程中如遇电梯呼梯信号，应正向停车，不得反向停车。(3) 选择信号和电梯呼梯信号具有记忆功能，执行后释放。(4)选择信号、电梯召唤信号、行车方向和行车楼层位置均由信号灯指示。（5）当楼层停止时，可延时自动开门、手动开门，（在关门过程中）按当前方向召唤电梯开门。(6)延时自动关门，关门后延时等待选择，自动驱动。（7）开车时，不能手动开门，也不能叫本层电梯开门，不能开门开车。3.2 电梯牵引方案及门电机电路图曳引式电梯是当今世界上应用最广

38、泛的梯型，具有安全可靠、提升高度高、结构紧凑等优点。曳引电梯最常用的曳引比为1:1和2:1。在本设计中，为了降低对电机的要求，采用了 2:1 的牵引方案1 4 。根据设计要求，本次设计的电梯控制系统主电路原理图如图3-3所示。图中M1和M2分别是牵引电机和门电机。交流接触器KM1KM4通过控制两台电机的运行来控制轿厢和厅门，从而控制电梯。 FR1和FR2为过载保护热继电器，用于在电梯过载时断开主电路。 FU1为保险丝，起过流保护作用。图3-3 电气控制系统主电路示意图3.3 可编程逻辑控制器（PLC）的选择3.3.1 可编程逻辑控制器（PLC）的特点1、可靠性高，抗干扰能力强PLC是为工业控制

39、而设计的。除了对设备进行严格筛选外，在硬件和软件上还采取了屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，平均故障间隔时间达到(3 5) 104h 或更多15 。2. 直观简单的编程考虑到大部分电气技术人员都熟悉电气控制线路的特点，PLC不使用微机控制常用的汇编语言，而是使用面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言类似于继电器原理图。它直观且易于学习和理解。具有一定知识的电气工程师和电气技术人员可以在短时间内学会它。计算机技术与传统继电器控制技术的差距在PLC上是完全不同的。存在。因此，许多国家生产的PLC都使用梯形图语言作为第一用户语言。此外，指令列表可用于编程控

40、制。3、适应性好PLC由程序控制。当控制要求发生变化时，只需修改程序即可。由于PLC产品已经标准化、系列化、模块化，可以灵活方便地配置，形成不同规模、不同功能的控制系统。适应性很强，不仅可以控制一台机器、一条生产线，还可以控制复杂的群控系统；既可以现场控制，也可以远程控制。4.功能完善，界面功能强大目前的PLC具有数字和模拟输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、通讯、人机对话、自检、记录和显示等功能，大大提高了设备控制水平。它的接口驱动功率大，不像普通电脑输出信号需要放大才能驱动负载，对用户来说极为方便。其常用的数字输入输出接口在供电方面包括110V、220V AC和5V、48V D

41、C。负载能力可在 0.5 至 5 A 之间变化，模拟输入和输出为 50。 MV、10V、0-10MA、4-20MA等多种规格，可方便地将PLC与各种现场控制设备依次连接，形成应用系统。由于PLC具有以上特点，与传统的继电器-接触器控制和目前流行的计算机控制相比，在电梯等大型电气设备的控制系统中使用PLC应该是最好的选择。近年来，PLC在处理速度、控制功能、通讯能力和控制领域不断取得新突破，正向电气控制、仪表控制、计算机控制集成（EIC）方向发展。基本装置是构成 FMS、COMC 和 FA的主控制单元1 6 。3.3.2 PLC的选择根据上面选择的轿厢层位检测方式，要求可编程控制器必须有一个高计

42、数计数器。并且由于电梯双向运行，PLC 还需要有一个可逆计数器1 7 。在本设计中，考虑到以下几个方面，因此选用西门子PLC来实现四层电梯的电气控制：(1) 简单的配置。所有型号都可以使用相同的配置，简化设备采购和仓库库存管理。(2)编程方便。用户可根据不同机型的工艺要求编写程序，程序调试修改非常简单，可根据客户需要进行更改。该程序可以设置密码保护，以保护您的劳动成果。而且PLC使用的梯形图语言简单易学，使用方便。它不像单片机控制系统那么复杂，一旦定型就不容易修改，也不能根据客户需求进行更改。(3) 系统可以方便地连接到PC监控系统或楼宇自动化系统等其他系统。根据应用程序，它有时可以在不添加额

43、外硬件的情况下实现。添加适当的硬件可以连接到互联网。(4)系统外观高档，控制灵活，精度高，故障率极低，节省维护成本。综上所述，本设计选用西门子PLC进行过程控制。 S7-200CNCPU型号包括CPU222CN、CPU224CN、CPU226CN等。 S7-200CN主要针对性能要求不高的小型PLC。可控制各种设备，满足自动化控制的需要。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使 S7-200 成为各种控制应用的理想解决方案。一、S7-200的特点S7-200系列PLC是SIEMENS推出的一种小型PLC，属于整体式结构。其特点是：(1) 结构紧凑(2) 良好的可扩展性(3)命令功能强大(4) 极

44、高的可靠性(5) 实时特性(6) 强大的沟通能力二、S7-200的系统组成图 3-4 S7-200 PLC 系统基本结构(1) 基本单元基本单元有时称为CPU模块，有的称为主机或机器。它包括CPU、内存、基本输入输出点和电源等，是PLC的主要部分。它实际上是一个完整的控制系统，可以单独完成某些控制任务。(2) 扩展单元当主机 I/O 的数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种 I/O 模块。连续扩展单元的数量和实际可使用的 I/O 点数由多种因素构成。的。(3) 特殊功能模块当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可以与S7-200主机连接，完成某种特殊的控制任务，制作专用设备。(4

45、) 相关设备相关设备是为了充分、方便地利用S7-200系统的软硬件资源而开发和使用的一些设备，主要包括编程设备、人机界面、网络设备等。(5) 工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的程序。它主要由标准工具、开发工具、操作软件和人机界面组成。三、S7-200的工作原理PLC投入运行时，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新。完成以上三个阶段称为一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度反复执行上述三个阶段18 。(1) 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读取所有输入状态和数据，并存储在I/O图像区的相应单元中。输入采样结束

46、后，进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图像区域中相应单元的状态和数据也不会发生变化。因此，如果输入是脉冲信号，则脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，以保证输入在任何情况下都能被读取。(2) 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是从上到下依次扫描用户程序（梯形图）。在扫描每个梯形图时，总是先扫描梯形图左侧的触点构成的控制电路，对触点构成的控制电路按先左后右的顺序进行逻辑运算，先上后下。 ，然后根据逻辑运算的结果，刷新系统RAM存储区中逻辑线圈对应位的状态；或刷新I/O图像区输出线圈对应位的状态；或者判断是否执行指定的特殊功能指令。即在用户程

47、序执行过程中，只有I/O映像区的输入点的状态和数据不会改变，而I/O映像区的其他输出点和软设备的状态和数据不会改变。否则系统 RAM 存储区不会改变。数据可能会发生变化，上面列出的梯形图的程序执行结果会影响所有使用这些线圈的梯形图或下排数据；相反，下面列出的梯形图将被刷新。逻辑线圈的状态或数据只能在下一个扫描周期之前对其上方排列的程序生效。(3) 输出刷新阶段当扫描用户程序结束时，PLC 进入输出刷新阶段。在此期间，CPU根据I/O图像区对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，然后通过输出电路驱动相应的外设。此时是PLC的真正输出。同样的几个梯形图排列顺序不同，执行结果也不同。此外，使用扫描运

48、行用户程序的结果与与继电器控制设备的硬逻辑并行运行的结果之间存在差异。当然，如果整个运行过程中扫描周期所花费的时间可以忽略不计，那么两者之间没有区别。第四章电梯硬件设计4.1 电梯控制要求上游要求：1、当电梯停在1、2、3层时，按S4键呼梯，电梯上升到LS4停止。2、当电梯停在一楼时，按S2键呼梯，电梯将上升至LS2停止。如果按 S3 按钮呼叫电梯，电梯轿厢将上升到 LS3 并停止。3、当电梯停在2楼时，按S3键召唤电梯，电梯将上升到LS3并停止。4、当电梯停在一楼，S2、S3按键有人呼梯时，电梯上升到LS2停顿5秒，然后继续上升到LS3停止。5、当电梯停在2楼，S3、S4按键有人呼梯时，电梯

49、上升到LS3停顿5秒，然后继续上升到LS4停顿。6、当电梯停在一楼，S2、S4按钮上有人叫梯时，电梯上升到LS2停顿5秒，然后继续上升到LS4停止。7、当电梯停在一楼，S3、S4按键有人叫梯时，电梯上升到LS3停顿5秒，然后继续上升到LS4停止。8、当电梯停在一楼，S2、S3、S4按键上有人叫梯时，电梯会继续上升到LS2，停顿5秒，再继续上升到LS4，停顿 5 秒后。缺点要求：9、当电梯在4层或3层或2层时，按S1呼叫电梯，电梯将下降到LS1并停止。10、当电梯停在4楼时，按S3呼梯，电梯下降到LS3停止，按S2呼梯，电梯下降到LS2停止。11、当电梯停在3楼时，按S2键呼梯，电梯将下降到LS

50、2停止。12、当电梯停在4楼，S2、S3按钮有人呼梯时，电梯下降到LS3停顿5秒，然后继续下降到LS2停止。13、当电梯停在4楼，S3、S1有人呼梯时，电梯下降到LS3停顿5秒，继续下降到LS1停止。14、当电梯停在4楼，S3、S2、S1按钮上有人叫梯时，电梯下降到LS3，暂停5秒，继续下降到LS25秒，然后继续下降到 LS1 停止。15、当电梯停在3楼，S2、S1按键有人叫梯时，电梯下降到LS2停顿5秒，然后继续下降到LS1停止。16、当电梯停在2楼，S1、S3、S4按钮有人呼梯时，电梯先下降到LS1，停顿5秒，然后上升。17、当电梯停在3楼，有人呼叫电梯按钮S1、S2、S4时，电梯先下降到

51、LS2暂停5秒，然后继续下降到LS1暂停5秒，然后上升到 LS4 停止。注意：当所选方向与运行方向不一致时，呼叫无效，并且选择与上面相同。4.2输入/输出点分配为了完成设定的控制任务，主要根据电梯控制方式、输入输出点数和内存占用量来确定PLC型号。本系统为四层电梯，采用集选控制方式。所需的 I/O 点数和存储容量估计如下：1.输入/输出点的估计：采用PLC组成四层简易电梯电气控制系统。电梯的升降由电机驱动，电机正转电梯上升，反转电机下降。一层有上召按钮SB1和指示灯H1，二层有上召按钮SB2和指示灯H2与下召按钮SB4和指示灯H4相匹配，三层有上召按钮K3和指示灯H3为配合下召按钮SB5和指示

52、灯H5，四楼有下召按钮SB6和指示灯H6。一楼至四楼设有到位行程开关SQ1至SQ4。电梯在1-4层有呼叫按钮SB10SB7和指示灯H10H7；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别由电磁铁KM3和KM4控制。行程开关SQ6检测。轿厢的上升和下降由接触器KM1和KM2控制，上升位置由行程开关SQ7检测，下降位置由行程开关SQ8检测，有上行记忆和两个指示灯向下的记忆。有20个输入点，16个输出点，总共36个。2. 存储容量估算用户控制程序所需的存储容量与存储利用率、输入/输出点数、用户编程水平等因素有关。因此，在编写用户程序之前，只能根据输入/输出点的数量和控制系统的复杂程度来估计。

53、系统有36个开关量I/O点和0个模拟量I/O点。使用计算公式估算PLC内存的总容量：存储字数=开关量I/O点总数（1015）+模拟量I/O点总数（150250），然后预留30%左右的余量。估计这个系统需要大约1K字节的存储容量。集成 I/O 点数取决于存储容量。 S7-200的CPU226的输入输出点为24/16，足以满足要求。系统占用PLC的36个I/O口，20个输入点和16个输出点。具体的 I/O 分配如表 4-1 所示。表 4-1 I/O 分配表序列号姓名输入点序列号姓名输出点0一层I0.00电梯向上记忆Q0.01二楼调平I0.11电梯下降记忆Q0.12三层I0.22电机正转Q0.23四

54、层公寓I0.33电机反转Q0.34打电话给一楼I0.44拨打一楼说明Q0.45打电话给二楼I0.55二楼求指点Q0.56打电话给三楼I0.66求三楼方向Q0.67打电话给四楼I0.77打电话给四楼Q0.78一楼外呼I1.08一楼外呼上行指示Q1.09二楼外呼I1.19第 2 层出站上行链路指示Q1.110从三楼向上呼唤I1.210三楼呼出向上方向Q1.211二楼外呼I1.3112楼呼出指示Q1.312三楼外呼I1.4123楼外呼指示Q1.4134楼外呼I1.5134楼外呼下行方向Q1.514手动开门I2.014门电机正转Q1.615手动关门I2.115门电机反转Q1.716开门限位I2.217

55、关门限位I2.318提升极限位置I2.419电梯下限位置I2.54.3 PLC外部接线图本设计的PLC外部接线图如图4-2所示。 CPU226CN的24V（DC）传感器电源可输出600mA电流。经计算，本设计PLC容量完全满足要求。 CPU226CN的输出继电器触点容量为2A。电压范围为 530V (DC) 或 5250V (AC)图 4-2 PLC 外部接线图第五章电梯软件设计5.1 PLC 的编程语言PLC程序是PLC指令的有序集合，PLC运行程序按照一定的顺序执行该集合中的一条指令。指令是指示 PLC 动作的文本代码或图形符号。这些文本代码和图形符号因使用的编程语言而异。但本质上，指令的

56、本质是二进制机器码。 PLC编程软件与普通计算机一样，通过编译系统将PLC程序编译成机器码。PLC提供了比较完善的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。使用PLC编程语言根据不同的控制要求编写不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，即所谓的“可编程程序”。 19PLC编程语言一般有五种：顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表和结构化文本。其中顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）是图形编程语言，指令表（IL）和结构化文本（ST）是文本语言。梯形图（LD）是目前应用最广泛的PLC图形编程语言。梯形图类似于继电器控制系统的电路图。更容易掌握和清楚地表达程序。本系统的PLC程序采用梯形图语言。5.2 系统运行流程图5.3 梯形图5.3.1 外部指令信号的注册和移除5.3.2 指令信号登记与取消点击手机通话按钮，将显示信号注册。到达信号被取消。系统将一楼设置为基站，两分钟无操作，电梯自动返回一楼。5.3.3 电梯平层信号处理5.3.4 楼层选择方向和逆梯切割1.车上去2. 车子掉了3 、命令呼叫信号的保持轿厢呼叫指令和外召指令保持信号，用于在需要乘坐的楼层停车，自动或手动进行开门、关门操作。门开闭一次后，信号取消。使电梯能够继续响应其他乘车信号。5.3