基于PLC电梯控制系统的设计

III摘要随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在人们的生活中占有着越来越重要的地位。本文介绍一种电梯PLC控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计。论述PLC在电梯控制系统中的运用，研究并提出了基于西门子PLC(S7-200）的五层电梯控制系统设计的实现方案，通过合理的选择和设计，实现电梯指层、选层、选向、手动和自动关门等基本功能关键词：电梯、PLC、控制AbstractWiththecityconstruction'scontinuousdevelopment,theamountofhigh-risebuildingsisincreasingrapidly，whichmakestherolethatelevatorplayedinpeople'sdailylifebecomemoreandmoreimportant.ThistextintroducesthecontrolsystemofakindofelevatorPLC.Theelevatorisperpendiculardirectionaloftheconveyanceequipmentbeindispensableinthehighbuildingoftransportationequipment.Itdependselectricpower,draggingalongtomoveacarthatcancarrypersonorthingandleadatrackinthebuildingofthewellwayupdoperpendicularitytoascendanddescendsport,thereisprominentfunctioninthepeople'slife.AndthecontrolelevatorcirculateofthePLCsystemalsohasmoreandmorehighrequest,requesttoattainthemovementpurposeof"steady,quasi,quick"ofelevatormovement.Inthisthesis,basedontheintroductionofthebasicstructureoftheelevator,wedeeplyanalyzedhowtheelevatorworks,andemphasizedontheelevator'shardwareandsoftwaredesign.BystatingtheapplicationofPLCinthesystemofelevatorcontrol,weresearchedandworkedoutapracticalschemeof5layerelevator'scontrolsystembasedonSiemensPLC(s7-200).throughtherationalselectionanddesign,wemanagertomaketheelevatorcarryoutthebasicfunctionsuchaslayerpointing,layerselecting,directionselecting,manualandautomaticdooroperation,etc.Keywords:elevator,PLC,control目录1概述 11.1本课题的设计背景 11.2PLC在电梯中的应用 22电梯硬件分析 32.1电梯的组成 32.2电梯工作原理 53PLC简介 63.1PLC的定义 63.2PLC的产生发展与应用 63.3PLC的特点与工作原理 83.3.1PLC的特点 83.3.2PLC的工作原理 83.4PLC的编程语言 93.5PLC控制系统设计思路 94硬件设计 114.1电梯控制硬件设计 114.2PLCI/O分配与选型 114.2.1PLC控制系统的I/O点数计算与分配 114.2.2西门子S7-200PLC简介 144.3主电路及输入输出电路设计 144.3.1交流双速电梯主电路 144.3.2门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路 154.3.3PLC输入输出接线图 165软件设计 185.1开关门环节 185.2层楼信号的产生与清除环节 205.3停层信号的登记与消除环节 215.4外呼信号灯的登记与消除环节 225.5电梯的定向环节 235.6自动运行时起动加速和稳定运行环节 255.7停车制动环节 276仿真 306.1开门环节仿真 306.2关门环节仿真 306.3层楼信号的产生与清除仿真 316.4停层信号的登记与消除仿真 316.5外呼信号的登记与消除环节仿真 326.6启动加速和稳定运行环节仿真 336.7停车制动环节仿真 34结论 35致谢 36参考文献 37附录A英文原文 38附录B汉语翻译 431概述1.1本课题的设计背景追溯电梯的起源，在我国及国外都能找到其雏形。如我国公元前1700多年出现的桔棒，是一种用于提水的升降装置。公元前1100多年出现的轴辘，是一种用于提水或升举重物的升降装置。在古代希腊，于公元前236年出现的阿基米德绞车，是一种升举重物的升降装置。它们的共同特点是都由支架、卷筒、绳索、摇杆、乘物装置几部分组成的最原始、最简单的升降机械，由木（竹）材料制成，靠人力或畜力驱动在很低速度下运行。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力，这才出现名副其实的电梯，并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯，首批4-6台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机（真空管）控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统简化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。由于早期的电梯及电气控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器（即PLC）既保留了传统继电器控制系统的简单易懂，而且具备控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口连接、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的运用。如今，电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的交通工具，随着时代的发展，科技的进步，人们对电梯在运行时的平稳性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能提出了更高的要求。电梯今后的发展将主要呈现以下趋势：（1）超高速电梯。随着人们生活节奏的加快，高层建筑的增加，全功能的塔式建筑将会促使超高速电梯继续成为研究方向，5m/s以上运行速度的超高速电梯，成为人们关注的重点和市场发展的新趋向。（2）大型超载重电梯用导轨。随着大型公共场所、购物场所等公用建筑的增加，大型超载重电梯的运用日益广泛，对于垂直电梯、自动扶梯的载重量和运行平稳性提出了新的要求。（3）新型自动扶梯导轨。随着社会进步、城市化水平的提高以及越来越多的国家逐渐步入老龄化社会，各国政府对人文关怀日益重视，促使城市公共设施对自动扶梯和自动人行道的需求加速增长。为实现公共场所的无障碍通行，大量的体育场馆、地铁、机场、商场、写字楼、宾馆等需要加装自动扶梯和自动人行道。（4）无机房电梯导轨。对于高度在20层以下的民用建筑，可以通过改变曳引机的安装方式去除电梯机房的设计，从而降低建筑总高度、保持整体造型、节省建筑成本。此外，人们要求电梯节能、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等，甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯驱动补充能源等等，而这些都会对电梯导轨的运行技术不断提出新的要求1.2PLC在电梯中的应用随着城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，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。它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用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。

2电梯硬件分析2.1电梯的组成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合产品．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。图1.1电梯机械部分结构示意图1）曳引电动机齿轮曳引系统作为电梯的提升机构，主要由驱动电动机、电磁制动器（也称电磁抱闸）、减速器及曳引轮组成。

2）自动门机用来完成电梯的开门与关门：电梯的门由厅门（每层站一个）和轿门（只有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门、轿门全部关闭后才允许启动运行（检修状态时，可以在不关门的状态下运行）。3）层楼指示层楼指示也叫层显，过去常由低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方；现多由数码管或LED点阵结构组成，与呼梯盒、运行方向指示做成一体结构。4）呼梯盒呼梯盒也叫召唤按钮或外呼盒，用以在每层站召唤电梯。常安装在厅门外，离地1m左右的墙壁上。基站与顶站只有一个按钮，中间层站由上呼和下呼两个按钮组成。按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已经被接收并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层开门时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上，常带有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。5）操纵箱操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作指令。操纵箱上设有与电梯层数相同的内层选按钮（带指示记），上、下行启动按钮(带上、下行指示记忆灯，检修时用)，开、关门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行还是检修状态）以及风扇、照明等的控制开关。6）平层及开门装置该装置由磁铁板和上、下平层感应器1KR、2KR组成。上行时，1KR首先插入隔铁磁板，发出减速信号，电梯开始减速，至2KR插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，2KR首先插入隔磁铁板，发出减速信号至1KR插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号。7）停层装置在电梯的井道内每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电磁所处位置和产生平层信号。8）安全窗及其开关，安全钳及其开关，限速器及其开关，上、下行限位开关，上、下行强迫停止开关，极限开关电梯的轿厢顶部开有安全窗，供紧急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不允许运行。安全钳是为防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢挟持在导轨上。限速器时用以检查电梯运行速度的机械装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使电梯停止运行。以上三种装置的动作通过其相应开关来检测。当电梯运行至上、下极限位置时仍不停车，上、下限位开关动作，发出停车信号，若仍不能停车，将压下上、下强迫停止开关，强制电梯停止运行；若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关SQ0动作切断电梯曳引电动机的电源，以达到停车目的，避免电梯出现冲顶与礅底事故。2.2电梯工作原理曳引绳两端分别连着轿厢与对重（又称配重），缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中产生偏斜或摆动。常闭式制动器在电动机工作时间松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少发动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成边层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的于东方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。

3PLC简介3.1PLC的定义在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“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的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”3.2PLC的产生发展与应用第一台PLC的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的响应时间快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成功世界上第一台PLC，型号为PDP-14，投入汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。由于当时开发PLC的主要目的是用来取代继电器逻辑控制系统，所以最初的PLC其功能也仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等功能。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机：从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合：从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1．开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2．模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3．运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4．过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5．数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6．通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3.3PLC的特点与工作原理3.3.1PLC的特点PLC的特点：可靠性高，抗干扰能力强功能强大，成本低控制系统结构简单，适用性强编程方便、易于使用设计、施工、调试的周期短，改造方便维护方便体积小，重量轻，能耗低3.3.2PLC的工作原理当PLC投入运行后，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三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。图3.1PLC的运行阶段3.4PLC的编程语言编程语言是PLC的重要组成部分，PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应用户编程的需要。利用编程语言，按照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几点起的硬件接线线路，这就是所谓的“可编程序储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC共有5种标准编程语言，其中有三种图形语言，即梯形图（LD,LadderDiagram）、功能块图（FBD,FunctionBlockDiagram），和顺序功能图（SFC,SequentialFunctionChart），两种文本语言，即结构化文本（ST,StructuredText）和指令表（IL.InstructionList）。其中梯形图是最早使用的一种PLC语言，也是现在最常用的编程语言。它是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的，它继承了继电气控制系统中的基本工作原理和电器逻辑关系的表达方法，梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别，所以在逻辑控制系统中得到了广泛的使用。它的最大特点就是直观、清晰。3.5PLC控制系统设计思路本设计以PLC作为工具对五层电梯的各种操作进行控制。PLC控制系统设计一般分为以下几个步骤：(1)熟悉被控对象（本次设计的对象为五层电梯），制定控制方案(2)确定I/O点数(3)选择PLC机型（本次设计采用西门子S7-200PLC)(4)选择输入、输出设备，分配PLC的I/O地址(5)程序设计（包括梯形图的绘制）(6)系统调试(7)编制相关技术文件系统总体设计流程如图3.2所示：图3.2系统设计流程

4硬件设计4.1电梯控制硬件设计硬件可分为两部分，输入和输出单元，它们是PLC的I/O接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器等单元构成。输入单元为：门厅外按钮与轿箱内选层按钮，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示：开关门按钮，控制轿门的开闭；上下平层感应器，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层；上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入到PLC，PLC发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；门锁装置，轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、电源开关等。输出单元为：楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、目前的方向及层楼指示灯；开关门接触器，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作；启动加速、制动减速接触器，用于电梯的调速系统。4.2PLCI/O分配与选型4.2.1PLC控制系统的I/O点数计算与分配根据电梯控制的特点，输入信号应该包括以下几个部分：轿厢内及各层门厅外呼按钮轿厢内的楼层选择按钮共有数字键1～5，各层门厅的外呼按钮除第一层只有上升按钮，第五层只有下降按钮外，其余三层均设有上升、下降两个按钮，故一共需要13个输入。位置信号位置信号由安装于楼层的电梯停靠位置的五个传感器产生。还有上下平层感应器，上下行限位，一组开关门限位，所以位置信号一共需要11个输入。电梯门控制信号大部分电梯都具有开门按钮以及关门按钮，以方便手动开门，故电梯门控制信号一共需要2个输入。其他还有门锁，自动，检修，上下行启动，基站。共6个综上所述，共需要输入点32个。输出信号应该包括：内呼指示信号内呼指示信号有5个，分别表示l～5层的内呼被接受外呼指示信号外乎信号有13个，分别表示1-5层的外呼被接受，还有1~5层层楼指示，并在外呼指令完成后，信号消失。电梯轿厢上下行接触器，电梯上下行指示信号，共4个门电机开关指示，共需要输出点2个。速度信号高速，低速，启动加速及制动接触器，共需要输出点6个综上所述，共需输出点30个。PLC五层电梯控制系统的输入、输出点分配表如下所示：表4.1系统IO分配表输入点名称输出点名称1楼轿内选层钮I0.01层内选指示Q0.02楼轿内选层钮I0.12层内选指示Q0.13楼轿内选层钮I0.23层内选指示Q0.24楼轿内选层钮I0.34层内选指示Q0.35楼轿内选层钮I0.45层内选指示Q0.41层上行外呼钮I0.51层上呼记忆灯Q0.52层上行外呼钮I0.62层上呼记忆灯Q0.63层上行外呼钮I0.73层上呼记忆灯Q0.74层上行外呼钮I1.04层上呼记忆灯Q1.02层下行外呼钮I1.12层下呼记忆灯Q1.13层下行外呼钮I1.23层下呼记忆灯Q1.24层下行外呼钮I1.34层下呼记忆灯Q1.35层下行外呼钮I1.45层下呼记忆灯Q1.4开门到位I1.5开门接触器Q1.5关门到位I1.6关门接触器Q1.61楼感应器I1.71层层楼指示灯Q1.72楼感应器I2.02层层楼指示灯Q2.03楼感应器I2.13层层楼指示灯Q2.14楼感应器I2.24层层楼指示灯Q2.25楼感应器I2.35层层楼指示灯Q2.3上平层感应器I2.4制动接触器Q2.4下平层感应器I2.5制动接触器Q2.5上限位开关I2.6制动接触器Q2.6下限位开关I2.7上行接触器Q2.7上行启动按钮I3.0下行接触器Q3.0下行启动按钮I3.1高速接触器Q3.1开门按钮I3.2低速接触器Q3.2关门按钮I3.3启动接触器Q3.3门锁I3.4上行指示灯Q3.4自动I3.5下行指示灯Q3.5检修I3.6基站I西门子S7-200PLC简介S7-200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。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。CPU226它集成24个输入和16个输出，共40个I/O点，有I/O扩展能力。拥有6.6K字节程序和数据存储空间，内置高速计数器，2路独立的高速脉冲输出以及2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由协议通讯能力。非常适合于中小点数控制的微型控制器。STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学，可用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图三种编程语言编制程序，不同的编程语言编制的程序可以相互转换。STEP7-Micro/WIN32提供两套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和国际标准指令集CIE（1131-3方式）。程序编制完成之后，利用PLC与计算机专用的PC/PPI电缆传送程序至PLC。本论文选择西门子S7-200PLC，CPU226及其扩展模块16点输入16点输出的EM223为电梯进行控制。4.3主电路及输入输出电路设计4.3.1交流双速电梯主电路交流双速电梯的主电路图4.1是交流双速电梯的主电路图。图中Ml为YTD系列电梯专用型双速笼型异步电动机（6/24极）KMl,KM2为电动机正反转接触器．用以实现电梯上、下行控制；KM3，KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或低速运行：KM5为起动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗与电阻，与KM5～KM8配合实现对电机的加减速控制。当KMl或KM2与KM3通电吸合时，电梯将进行上行或下行起动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电机转为低速接法，串入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6～KM8依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接触器全部断电释放，抱闸抱死，电梯停止运行。在检修状态时，电梯只能在低速接法下电动运行图4.1交流双速电梯主电路4.3.2门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路门电动机为他励直流电动机，可由KM9、KM10制其正反转。KM9接通时，电阻R2与电动机电枢并联，电流由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门，压下SQ8时，R2部分被短接，实现开门调速（减速）。KM10通时，电动机将反转，实现关门，并由SQ9、SQ10与R2一起实现关门调速。在电梯上、下行运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。电梯停止运行时，抱闸应抱死，其线圈应断电，故可用KM1，KM2控制抱闸线圈YB的通电与断电。将所有厅、轿门开关串联在一起，控制门锁继电器KAl，现全部门关闭正常后电梯才能运行的控制。这样即可以减少占用PLC的输入口，又便于检修。将安全窗开关、安全钳开关、限速器开关、轿内急停开关、上下强迫停止开关、基站开关梯开关以及热继电器触点FR1，FR2串联在一起，构成安全回路．控制安全运行继电器KA2，用KA2的触点控制PLC的RUN口，只有当该KA2吸合时，才允许PLC处于运行状态。这样可以节省PLC的输入口，又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。图4.2为电梯的门机、抱闸、门锁及安全运行电路。图4.2门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路4.3.3PLC输入输出接线图

图4.4PLC输入输出接线图

5软件设计由电梯运动流程图可以看出电梯的运动控制中最需要关注的主要部分是：开关轿厢门的控制，电梯的自动选向，轿厢的内呼和楼层外呼指示。将各部分分为单独的模块分别进行编程，绘制梯形图，不仅条理清晰，提高编程效率，而且能更为方便的进行程序的调试。本次设计采用西门子STEP7Micro/Win4.0进行设计。5.1开关门环节电梯开关门存在以下几种情况：电梯投入运行前开门：此时电梯为预计占，将开关梯钥匙插入SA2内，旋转至开梯位置，则电梯应自动开门，乘客或司机进入轿厢，选层后电梯自动运行。电梯检修时的开关门：检修状态下，开关门均为后动状态，有开关门按钮SB1、SB2实施开关与关门。电梯自动运行停层时的开门：电梯在停层时至平层位置，M4.0接通，电梯应开始开门。电梯关门过程中的重新开门：在电梯关门的过程中，若有人或物夹在两门的中间，需重新开门现通过开门按钮实施重新开门。现大多是电梯采用光幕或机械安全出版进行检测，自动发送重新开门信号，以达到重新开门的目的。呼梯开门：电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将替考在该层站待命，若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。若其它层站有人呼梯，电梯楼层再开门，此时的开门按停层开门处理。开门环节的电梯图如图5.1所示图5.1开门环节梯形图电梯停用后的关门此时电梯到达基站，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开、关梯钥匙插入SA2，旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯被关闭。电梯自动运行时的关门停站时间经电器T37延时结束时，电梯应自动关门。停站时间未到时，可通过关门按钮实现提前关门。考虑检修状态时的关门，则关门环节的梯形图如图5.2所示图5.2关门环节梯形图5.2层楼信号的产生与清除环节当电梯位于某一层时，应产生位于该接层的信号，以控制指层灯的状态，离开该层时，该层信号应被新的楼层信号（上一层或下一层）取代。故其梯形图5.3如图图5.3层楼信号产生与消除环节梯形图

5.3停层信号的登记与消除环节乘客或司机通过对轿厢内操纵盘上的1~5层选层按钮的操作，可以选择欲去的楼层。选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。当电梯到达所选的楼层后，停层信号应被消除，指示灯也应熄灭。故其梯形图如图5.4所示图5.4停层信号登记与消除环节梯形图

5.4外呼信号灯的登记与消除环节乘客或司机在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。当电梯到达该楼层，且定向方向与目的地方向一至时（基层和顶层除外），呼梯要求已满足，呼梯信号成被消除。故其梯形图如图5.5所示。图5.5外呼信号登记与消除环节梯形图图5.5中，按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器接通，外呼钮下的指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。电梯运行方向与呼梯目的地方向一时，至呼梯楼层时，电梯将停止，呼梯要求己满足，呼梯信号被消除。电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，如电梯从一楼向上运行（上行），而呼梯要求从二楼向下，若有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时（无二楼上行要求）不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除；若三楼以上无用梯要求，电梯将停在二楼，但呼梯信号（二下），不能立即消除，待乘客进入轿厢，选层（去一楼）后，电梯定向下，则二下呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。5.5电梯的定向环节在自动运行状态下，电梯首先应确定运行方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。电梯在处于待命状态下，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号运行比较，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选与外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。检修状态下运行方向直接由上行和下行启动按钮确定，不需定向，故其梯形如图5.6所示。图5.6定向环节梯形图图中，M0.3及M0.4在电梯上行及下行的全过程中，存在不能全程接通的情况．如上行至五楼时，一旦五楼层楼继电器M1.4接通时，M0.3则立即断开，而此时电梯仍处于上行状态，至五楼平层位置时才能停止。为解决这一问题，引人M6.3～M6.6，使上行与下行继电器接通时间延长至上行及下行的全过程。若不使用M6.3～M6.6，可能会发生下述情况：四楼向下的外呼信号（不存在其它外呼及内选层信号），使电梯上行，电梯至四楼位置，M1.3使M0.3断开，在电梯至四楼位置到电梯停层开门，乘客进入轿厢内选五层之间的时间内，一、二、三楼的外呼及内选层信号可以使电梯在未完成四楼向上的运动之前定下行方向。5.6自动运行时起动加速和稳定运行环节电梯起动的条件是：运行方向己确定，门已关好。其梯形图如图5.7所示。图5.7启动加速环节梯形图图5.8稳定运行环节梯形图上述梯形图只考虑接触器的通电，而未考虑其断电与互锁等问题。

5.7停车制动环节电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确定要停靠的楼层，应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿内选层信号比较后得出。其梯形图如图5.9所示。图5.9停层信号梯形图外呼信号方向与运行方向一致时，产生外呼所在楼层的停车要求；内选层信号产生欲去楼层的停车要求。满足停车要求时，停车信号应被消除。电梯运行过程中，所处的楼层若存在停车要求，则立即产生停车信号。图中M0.3、M0.4动断触点的作用是为了解决呼梯方向与电梯运行方向相反是的停车问题（如二楼向下的外呼信号，是电梯从一楼向上运行是，M7.1不会被触发，至二楼位置，靠M0.3、M0.4的动断触点使M0.5接通）。停层信号产生后，与上下平层感应器配合，进行停车制动。停车制动之前。应先产生停车制动信号，然后由停车制动信号控制接触器实现通车制动。为解决电梯进入平层区间后才出现的停车信号致使电梯过急停车问题，采用微分指令将I2.4及I2.5变成短信号。其梯形图如图5.10所示。图5.10制动停车环节将图5.7~图5.10进行综合，并考虑电梯在检修状态下的运行情况，以及限位保护等问题，可以得到电梯启动加速、稳速运行、停车制动的梯形图如图5.115.11启动、稳速运行、制动减速、环节梯形图

6仿真6.1开门环节仿真手动按下开门按钮I3.2，电梯门打开Q1.5输出图6.1开门环节仿真6.2关门环节仿真图6.2关门环节仿真6.3层楼信号的产生与清除仿真假设电梯位于2层，当电梯离开二层向3层上升后。2层指示消失，三层指示出现图6.3当电梯位于二楼图6.4当电梯升上三楼二楼指示灯熄灭6.4停层信号的登记与消除仿真对轿厢内4层按钮I0.3操作。可以选去四楼。选层信号按钮下的指示灯亮。图6.5内呼指示灯亮当电梯到达所选楼层后，停层信号消除，指示灯熄灭图6.6内呼指示灯熄灭6.5外呼信号的登记与消除环节仿真当乘客在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接受和记忆图6.7外呼指示灯点亮当电梯到达该层时，护体信号被消除图6.8外呼指示灯熄灭6.6启动加速和稳定运行环节仿真电梯启动条件是：运行方向已确定，门已关好。图6.9启动加速与稳定运行6.7停车制动环节仿真图6.10减速停车与制动

结论至此，整个设计系统的工作完成，最终达到了预想的设计要求。本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对5层5站电梯，使用西门子S7-200可编程控制器，设计了电梯的控制系统。包括电梯的指层控制模块、轿内指令和厅外召唤的登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯的开关门运行模块、电梯运行控制模块等，实现了电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯指令的记录、电梯运行方向和停靠的层站的控制，自动运行和自动开关门等功能。本次毕业设计课题的内容是PLC在电梯上控制系统设计。电梯PLC控制系统所涉及的面非常广，使我原来的知识得到了巩固和加深。同时，我又学到了很多新的知识，特别是电梯的基本结构，基本，工作原理和控制系统。而且这是一次难得的把所学的理论知识在实践中加以运用的机会，使之更融会贯通，对我日后的学习和工作都会有很大的帮助。毕业设计是大学学习阶段的一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次独立地较为完整的设计出电梯PLC控制系统，我摆脱了单纯的理论学习状态。通过实际的软、硬件设计与选择，锻炼了我综合运用所学专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及专业文献翻译等其他方面的能力水平。通过与王耿芳指导老师的沟通与交流，我了解到许多PLC的实际运用知识，硬件设备的边用方法等，让我的综合能力得到了提高。这一次的毕业设计使我得到了宝贵的实际设计经验，使我能够更好的把理论与实践结合起来，再未来的工作中表现出更好的自主学习能力和灵活应变能力。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。但在此次毕业设计中，我还有一些未能完成遗憾。由于能力所限，我仅仅运用PLC实现了电梯最基本的运动控制功能，在实际运行中还存在一些不足，例如没有考虑到电梯的舒适性，电梯轿厢以及轿厢门、厅门的运行速度只有一个设定值，没有运用变频器对电机进行调速，造成在实际运用中乘坐人员舒适度的降低，这也是我进一步需要努力和加强的地方。

致谢长达数月的毕业设计终于结束了，回想整个做毕业设计的经历，是一个不断发现问题、解决问题，努力汲取新知识来丰富自己的过程，让我觉得分外充实。此次毕业设计不仅让我对PLC和组态软件有的更深一步的了解，同时也增加了自己的动手实践能力，为以后的工作打下了基础。可以说毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。首先，我要感谢培育了我思念的学校，是她让我在大学生活中不仅学到了学业上的知识，也学到了为人处事的道理，让我的学识和思想都更加成熟，为以后的学习、工作、生活奠定了基础。本次毕业设计是在我的指导老师王显春的悉心指导下完成的。从论文的选题到论文的完成，无不倾注着老师辛勤的汗水和心血。王老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我受益匪浅。在此，我要向我的指导老师致以最衷心的感谢，感谢老师的选题能让我在这次毕业设计中可以学以致用，接触到实际应用中的知识。最后，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意！

参考文献[1]王永华．《现代电器控制及PLC应用技术》．第二版．北京航天航空大学出版社．2008[2]余雷声等．《电气控制与PLC应用》．机械工业出版社．2001[3]高钟毓．《机电控制工程》．第二版．清华大学出版社．2002[4]齐占庆等．《电气控制技术》．机械工业出版社．2002[5]程子华．《PLC原理与编程实例分析》．第一版．国防工业出版社．2007[6]何波等．《电气控制与PLC应用》．第一版．中国电力出版社．2008[7]张浩风．《PLC梯形图设计方法与应用实例》．第一版．机械工业出版社．2008

附录A英文原文ApplicationofPLCintheElevatorControlSystemofIntelligenceAbstract:Thepapermainlydiscussesonesubsystemofintelligencebuildingsystem:theelevatorcontrolsystem.ThePLCstrongabilityininterferenceandsoonmakestheelevatorindustryoneafteranothertoapplythePLCtotheelevatorcontrolsysteminordertoreplacetherelaybeingusedintraditionalelevatorcontrolsystem.TheApplicationofPLCintheElevatorcontrolsystemreducesthebreakdownrateandefficientlyimprovestheoperatingreliabilityoftheelevatorwithsafety.Thestructureofsystemisalsosimpleandtightlypacked.Theworkingprincipleoftheelevatorcontrolsystemis:ThespotcontrolinformationissendintothePLCfromthecustomerinputdevicesfirstly,thenthePLCcontrolcabinetisrequiredtosendoutthecontrolsignaltodrivetheequipmentaccordingtothesystemdemands.Theelevatorcanthenproceedthehomologousactionaccordingtothecontrolrequest.ThepaperselectsOMRONcompany'sC200HEseriesPLC,introducingpartsofsignalhookupoftheelevatorcontrolsystemandexplainingthefunctionofthecontrolcabinet.Lastlytheautomationprogrammingisintroduced.Simulatedexperimentsenunciatethatthedesignmethodisviable.Itcanmakethepersonneloftheindustrymanagementcentertolong-distancemonitorandcontroltheelevatorincontrolcenter,toconnecttheelevatorcontrolsystemwithintelligencebuildingindustrymanagementsystembyEthernetorspecial-purposenetworksuchasLonWorks.Theelevatorworkingstatecanalsobetimelywatched.Thesenotonlycanrealizescientificcentralizedmanagementoftheelevator,butalsocanlowertheelevatormaintenancecostetc.ItisoneofthedevelopingdirectionsofintelligencebuildingelevatorcontrolsystemKeywords:PLC;intelligencebuilding;elevatorcontrolsystem;workingprinciple;programdesignI.IntroductionIn1980sThefirstintelligencemansionhadbeencompletedinAmerica,thenintelligencebuildinghasbeenabroadlytakenattentionsbythewholeworld.Theconceptofintelligencebuildinghasbeenputdifferentmeaningsalongwiththedevelopmentofsociety.Theearlystageintelligencebuildinghadbeenthoughtthatitisequaltotheintelligentmansion,butnowtheintelligencebuildingnotonlyincludestheintelligencemansionsbutalsoinvolvesintelligenceresidentialdistricts.Thispapermainlydiscussesonesubsystemofintelligencebuildingsystem:theelevatorcontrolsystem.Inintelligenceresidentialdistrictstheenterprise'sinformationmanagingsystemmainlytakeschargeofthethingswhichrelatedtothedailylife,forexamplesupervisingthedistrictequipment’s,managingvehicles,disposingcriticalsituationsandsoon.Theelevatorsupervisingandcontrolsystemisalsonecessarytotheintelligenceresidentialdistricts.Howtomakepeoplefeelsafe,stableandcomfortableandhowtosaveenergyresourcesandprotectenvironmentsandsoonarethebasicrequirementstotheelevatorcontrolsystem.PLCisacommonindustrycontroldevice.Iputerwhichhastheperfectfunctionandsimpleframe.ThePLCstrongabilityininterferenceandsoonmakestheelevatorindustryoneafteranothertoapplythePLCtotheelevatorcontrolsystem,inordertoreplacetherelaybeingusedintraditionalelevatorcontrolsystem.TheApplicationofPLCintheelevatorcontrolsystemreducesthebreakdownrateandefficientlyimprovestheoperatingreliabilityoftheelevatorwithsafety.Thispapermainlydiscussestheelevatorcontrolsystem'sworkingprinciples,thesystem'ssoftwareandhardwarerealizationmethodsandsoon.II.TheWorkingPrincipleofElevatorControlSystemInFig.1theHardwareStructureGraphofElevatorControlSystemispresented.Fig.1TheHardwareStructureGraphofElevatorControlSystemTheWorkingPrinciplesofElevatorControlSystemarestatedasfollows:ThespotcontrolinformationissendintothePLCfromthecustomerinputdevicesfirstly,thenthePLCcontrolcabinetisrequiredtosendoutthecontrolsignaltodrivetheequipment’saccordingtothesystemdemands.Theelevatorcanthenperformthehomologousactionaccordingtothecontrolrequest.Therearevelocityfeedbackdevicesinsystem,whichadoptmeasurevelocitygeneratorstoprovidetheelevatorvelocitiesandgenerallyareinstalledinthetailoftowmotors.Sothisisafeedbackcontrolsystem,whichcanimprovethesystem'scontrolprecision.III.TheHardwareConfigurationofControlSystemItisnotnecessarytodointerfacecircuitintheelevator'sPLCcontrolsystem.WhatweshoulddoistosendthesignalstoPLCdigitalinputterminals.Thesignalsincludeinsideandoutsidecallingsignals;floorlocationinspectingsignals,limitinglocationsignals,openingandshutdowntheelevatordoorsignalsetc.TheDCpowerwhichisprovidedtoPLCcanbeusedasindicatorlightpower.ThePLCoutputpointscanbedirectlyusedtocontroltransducersforthepurposeofelectricalmotor'spositiveturnandreverse,stopandcontroleachsegmentvelocityandsoon.0MR0Ncompany'sC200HEseriesPLChasbeenselectedasmajorcontrolconfigurationaccordingtotheinput/outputpointsandthelengthofuser'sprogram.Ontheotherbandwealsoconsiderthatthesystem'sfunctioncanbeexpandedinthefuture.C200HEseriesPLC,whoseperfectfunctionandstrongreliability,canmeetthesedemandsatpresent.Moreover,inputandoutputdevicesareneededinelevatorcontrolsystem,besidesthePLC,system'smajorcontroldevice.PartofsignalhookupsoftheelevatorelectriccontrolsystemisshowninFig.2.Thecontrolcabinetisthecontrolcenter,fromwhichwecansendoutvariouscontrolcommands.Thecontrolcabinetoftenwasinstalledintheelevatorroom.Theelectricdevicesandsignalsystems,forexamplethecontactors,relays,capacitances,resistors,rectifiersandtransformersetc.,arecentralizedinthecontrolcabinet.ThePowerofthecontrol.Cabinetwasimportedfromthechiefpoweroftheelevatorroom.Thispowerwasalsointroducedintocontrolpanelbysoftcablesandwaslinkedwitheachcontrolbuttons.Thepowerlineswhichwasderivedfromcontrolcabinetwasdeliveredtotowelectricmotors.Otherscontrollinesandsignallineswereseparatelysenttoeachfloorjunction.

Fig.2Pru1ofelevatorro1ltrolsystemsignalhookupsIV.ProgramdesignThedesignincludestwoparts:hardwareandsoftware.Thehardwaredesignisthebaseofsoftware.Consideringthatthecontroldemandsarerelativelycomplex,wedesigntheprogramsseparatelyaccordingtothecontrolfunction.Furthermore,wefollowtheprincipleasfollows:Whentheelevatorisascending,theascendingdemandsarcpriortootherdemands;Whentheelevatorisdescending,thedescendingdemandsarepriortootherdemands.TheSequentialFunctionChart(SFC)isadoptedduringtheboxestoformelevator'sexecutivecircuitrydesign.Itisamethodspeciallyusedinindustrialsequentialcontrol.TheSFCmethodcandescribethesystem'sworkingprocedureingreatdetail.Forexamplethereisathreelayersintelligencebuilding.Asubprogram,thecallingfromthethirdflooraselevatorinthefirstfloor,isshowninFig.3withSFC.Fig,3AsubprogramSFC:thecallingfromthethirdflooraselevatorinthefirstfloorWhenallSFCaredrawnandI/Oaddresslistsarepresented,wecanconverttheSFCtoLadderDiagram(LD).Consideringthestrictdemandsfortimeandforlockedeachother,weintroduceworkingbitstorememberworkingsteps.Weshouldwriteouttheworkingbitscontrolprogram,whichcanlinktogethereachstepandmakethepreviousstepasthenextsteprestrictioncondition.Thustheactualoutputsarethelogiccombinationoftheseworkingsteps.V.ConclusionThesystemprogramhasbeendebuggedcompletelyatpresent.Simulatedexperimentenunciatesthatthedesignmet