基于plc的电梯变频调速电控系统

第1章绪论课题研究背景及意义在社会的发展进程中，越来越多的高层建筑出现，也因此，电梯在人们的日常生活中的作用与地位越来越重要。电梯呼叫为随机的，其运行则是根据自身控制规律，再结合外部呼叫来实现。一般的电梯均属于人机交互系统。如果所使用的只有顺序控制，则就无法达到实际的应用要求。所以，在电梯控制系统中，最常见的就是随机逻辑控制。因为人们的要求也越来越高，电梯的各种技术日益革新，其中最常见的拖动技术就是变频调速技术，在逻辑控制方面，也由PLC取代了以往的继电器控制。电梯是上下垂直的交通工具，位能负载是其属于范围，频繁的停止和起动要求，负载也会跟着进行相应的变化，倘若载客量多少变化、上下行变换。以微机作为控制单元进行信号控制，完成了电梯信号采集、运行状态以及其他功能的设定后，从而实现了电梯集选运行和自动调度的功能，利用变频器实现拖动控制，以及以可编程控制器进行信号集选控制，这属于最常使用的两类控制方法，并且其都有着各自的优势和弊端。如果让厂家自行设计的话，会有较高的成本，而且微机控制装置的制造也很麻烦，所以厂家更喜欢第二类。所以，当前广泛使用的是以可编程控制器来实现电梯控制。其触点少，稳定性高，不会经常故障，修理简单，不会产生较大的噪声都是优点。当想要改变电梯的控制功能时，不需要繁琐的操作，只需要改写程序，就可以做到改变电梯的功能。虽然PLC编程语言需要不同，但它易于理解且易于学习。一般维护和工程人员可以掌握。PLC电梯控制系统更适用于小型高层建筑。1.2电梯的国内外发展状况随着世界经济的飞速发展，电梯在越来越多的建筑中出现，也在越来越多的建筑中被需要。电梯行业起步于美欧日等发达国家，一些发展中国家也在探索。一百多年后，电梯的发展已经步入成熟阶段。东芝，富士达，沃克斯等品牌在全球也越来越知名，且销售额也十分突出。近几年来，我国电梯企业的技术越来越成熟，且对其他发达国家的技术依赖度越来越低。国外的电梯品牌在国内的强大地位已经无法延续，因为我国电梯企业的技术研发，产品维护，软件设计，建设服务链，权衡性价比等工作做的越来越好。数年前，我国的人才去国外学习先进的相关技术，经营模式和管理理念，在我国自己的电梯开发中加以运用和借鉴，最终使我国的电梯产业突飞猛进。经过各个企业的不断努力，我国生产的电梯已经直接符合国际标准，所以国内电梯已经可以顺利进入国际市场。中国是世界上人口最多的国家，自然也会成为世界上最大的电梯消费市场，那么世界上有能力有资本的电梯企业自然会到中国投资或建厂。国外的电梯由于发展时间较长，起步较早，其核心技术，经营模式和管理理念必然比国内的大多数品牌先进，所以外企的投资也对我国技术的进步有着积极的作用。近几年，世界知名品牌电梯公司已在中国投资，不得不说，中国已经是世界上最主要的电梯竞争市场之一。就先关数据显示，2018年，在我国的国内市场中，有55％位国外品牌，而国内品牌则只有45％。当前国内电梯产生要快速发展，并获得更大的市场，既要与国外的品牌竞争，又要考虑到与国内其他电梯公司的竞争关系，如果没有自己的特殊技术，则很难在国内的电梯市场占有一席之地。目前，中国已成为世界上电梯数量最多的国家。截至2018年底，全国电梯数量已达547万部。中国的确拥有很多的电梯，但人均拥有量仍未达到世界平均水平。截至2018年，中国的人均电梯为28台/10000台，大概为日本的1/2，约为欧洲平均水平的1/5，约为韩国的1/6。北京和上海两大城市的人均拥有量分别达到79/10000和66/10000，但仍远低于欧洲一些发达国家的一线城市。中国的人均电梯数量仍有很大的提升空间。国内电梯行业企业众多，主要有国内和国外两类。在外资企业中，著名的包括了三菱，上海现代，富士达，瑞士迅达，蒂森克虏伯等;国内电梯企业主要有康力电梯，江南嘉杰，远大智能国家品牌，如广日电梯，快速电梯，神龙电梯，美伦电梯，东南电梯等。此外，家中的小型电梯将成为电梯系列的新部分。当代常见电梯如图1-1图1-1当代常见电梯1.3PLC所拥有的特点与优势1.3.1PLC的特征PLC具有运行稳定性高，进行维修简单，抵抗扰乱能力强，设计周期时间较短等长处，是当前世界先进电梯控制方式中最常用的方法。PLC是专门进行逻辑控制的系统。由于PLC具有运行稳定性高，进行维修简单，抵抗扰乱能力强，设计周期时间较短的特点，因此工业领域的相关部门都经常运用PLC。自从PLC进入中国电梯市场以来，有越来越多的国内厂家接受了由PLC组成的电梯控制系统。电梯控制系统分为速度控制部分和逻辑控制部分。速度控制部分直接关系着用户的舒适体验；一个电梯是否能够安全正常的运行则全看逻辑控制部分的设计。为了能够让用户有更好的舒适体验，为了能让天梯能够更加安全可靠地运作，更多的电梯厂家选择了PLC。可编程控制器是基于微处理器的新一代工业控制器，集成了计算机技术和自动化技术。它具有运行稳定性高，适应工业领域高压，噪音等极端环境的特点，是完成自动控制的重要手段，对我国工业化的发展有着不可磨灭的重要作用。1.3.2PLC的优势（1）稳定性有比较高的保障，软件可以实现电梯的自动运行和控制。（2）整体电路简单，方便操作。（3）控制功能的更改并不困难，控制系统即使繁琐也可以完成。（4）人工操作时更加安全维修时也更加方便。（5）可以自行检测是否存在故障并发出警报，运行效率更高。（6）硬件接线通常不用改变，即使需要改变控制方案时也是如此。1.4继电器控制系统的特征及存在问题1.4.1继电器控制系统的特征（1）硬件既可以完成信号的处理和全部的控制功能，控制线路易懂，方便操作者和学习者掌握。（2）当系统发生故障需要修复时，操作者不需要使用专门的工具和仪器，也不需要掌握难以理解的技术。（3）绝大多数的器件都是比较常用的设备，方便购买和更换。（4）此技术已经相对成熟，已形成系列化产品，有很多人熟悉此技术。1.4.2继电器控制系统存在的问题与缺陷（1）系统线路比较的复杂，在对应的触点经常会出现磨损现象，从而使得线路被烧坏。（2）若想要完成更加繁琐的相应功能，则要确保技术水平更高，而且普通人员无法操作。（3）电磁机构和接触动作速度非常的慢，存在着较大的机械和电磁惯性，难以实现系统控制精度。（4）系统本身巨大，耗电高，工作地点也会有很大的噪音。（5）因为布线过于繁琐，系统很容易发生故障，需要经常对线路进行检查和修复;并且很难检查故障，这是耗时且劳动密集的。电梯中继控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常导致电梯停止，给乘客带来不便和干扰。此外，一旦电梯顶部或底部，不仅电梯的机械部件会受损，而且还可能发生人身事故。1.5变频调速控制所拥有的的特征随着电子科技的进步和推广，不断更新完善了交流变频调速技术。该类技术在电动机方面的运用，不仅使生态环境更加绿色，完善了生产过程，还使相关技术得以发展，产品质量更加完美。在当今社会，变频调速控制已经被时间所认可。工作效率高，稳定性好，更高的节能可能都是被青睐的原因。（1）变频调速电梯采用的电机为异步电动机，其拥有很多优势，如稳定性高，价格便宜，容易修理等。（2）变频调速电源采用先进的SPWM技术SUPWM技术，使电梯的安全性得以保障。（3）耗电量少，电源的质量更高，工作效率也更高。1.6论文的主要研究内容该项目重点是以可编程控制器，然后结合使用变频器，来实现对电梯自动控制系统的改造的设计研究。如今国内很多以前生产的电梯存在巨大问题，人们想通过升级其控制系统来保证电梯的安全性和相关性能。所以，想要使国内电梯的核心技术进一步提升，钻研PLC的控制技术是必不可少的，是必经之路。以前生产的电梯存在很多问题和缺陷，如稳定性差，需要经常维修，安全难以保障等。应该使用效率更高，更加的安全，并且具有更高稳定性的可编程控制器（PLC）来控制。而在所采用的调速系统方面，则使用到了交流变频调速，其在各类负载条件下，都有着比较优越的调速性能，既能提高用户的体验程度，又能保证电梯的安全，电梯的耗电量也不会太高。论文可以概括为：首先，全面分析了电梯系统以及相关的可编程控制器内容，并进行了简要介绍。之后，则从分类的角度对电梯控制系统开展了阐述，并介绍了其对应的特点。主要存在着两个主要组成部分，分别为速度调节和信号控制。对系统总体结构进行确定，借助PLC来达到电梯信号控制的目的，变频器所具有的功能就是变频调速，选择合适的变频器和可编程控制器。然后，这进行硬件方面的开发，进行设置变频器对应的各类参数，并选择PLC，I/O点分配以及旋转编码器和PLC之间的连接。最后，设计了PLC的外部接线图和流程图，编写了控制程序，并对编程的电梯控制程序进行了仿真和调试。第2章电梯控制系统设计方案论证2.1电梯的结构电梯是垂直运动的运输装置，在楼层超过七层的建筑中出现，其轿厢在垂直于水平面的至少两列刚性轨道运动中操作或者以小于15°的角度倾斜于铅垂线。牵引绳的两端分别与轿厢和配重连接，绕牵引滑轮和导轮缠绕。牵引电动机通过减速器的换档驱动牵引滑轮，并产生牵引绳和牵引滑轮之间的摩擦产生的牵引力。为了运输目的，实现汽车和配重的提升运动。如图2-1图2-1当代电梯的内部结构2.2电梯的运行特点2.2.1电梯的平层与停层电梯里的乘客和在电梯外等待的人都需要知道电梯的实时位置。因此，电梯及其大厅配备有用于显示楼层标志的电梯位置的显示装置。此外，电梯工作时对电梯所在实时位置信号的精确度有着极高的要求。传统电梯的位置信号通常设置在井道的位置开关上，如果提供磁传感器，当设置在汽车上的磁隔离板向传感器插入时，进行位置信号的发出，从而使得楼层指示被激活，如图2-2图2-2电梯停层，平层装置图2.2.2轿厢内的运行指令及大厅召唤信号当用户在大厅等待电梯时，需要根据自己的需要，按下电梯的上升或下降按钮（底层无下降按钮，顶层无上升按钮），这就是外部的呼叫信号。若用户在电梯里侧，可以根据自己需要按下自己想要去楼层的相对应按钮，此为内部选择信号。当按下相应楼层的按钮后，该指示灯会持续点亮，直到达到相应楼层，指示灯才会熄灭。信号还需要记忆并点亮门厅中的上或下呼叫指示灯，当请求被满足时，该指示灯应自动取消信号。2.2.3电梯自主运行时的信号操作外部呼叫指令信号和内部呼叫指令信号决定着电梯的自主运行，并操纵着电梯决定移动电梯和停在这些楼层的方向。在正常情况下，电梯应按照首先上下的原则安排运送乘客的顺序，并规定运输。确定订单后，它将不会响应中间的反向呼叫请求，并且不会返回到此方向上最远的站点。2.2.4轿厢的启动与运行汽车在行驶方向上确定，汽车门在关闭时自动启动和运行。2.2.5轿厢的平层与停车汽车行驶后，有必要确定一楼的停车位。调平意味着汽车的底部和大厅的“地平面”应该相互齐平。通常，存在特定的水平误差，例如水平时的两个平面。它们之间的差异不超过5毫米。传统电梯的平层信号由平层传感器发送。2.2.6安全保护电梯有许多安全保护措施，例如电梯的顶部和底部，断线钢丝绳，车内人员跌落，逃生保护以及许多其他措施，如消防。2.3PLC的介绍和选择2.3.1PLC的定义PLC是一种常用且实用的电子系统，服务于生活中各种地方。他有很多种功能，比如计算，计数，定时，控制等。顺序控制以及存储逻辑运算是其中最核心的两个功能。借助数字输入输出接口控制，从而完成各类输入输出。可当PLC还未发展成熟前，人们专注于计算机技术和电气控制技术的钻研，当这两者发展逐渐成熟时，PLC的技术也慢慢发展起来。PLC是一种新型控制方式，拥有计算机技术，通信技术和自动化技术的部分优点。各种机械的设计与生产都与其有着密不可分的联系。2.3.2可编程控制器的工作原理可编程控制器主要有着两个方面的工作内容：变换输入输出的信息，完成物理上的实现，前者主要是借助其中的程序来完成的。该程序中，不仅包含了系统的，也存在着一些属于用户的。系统程序的存在，是用户程序运行的基础。而且，系统程序还具有着公共处理的功能，如自检，I/O刷新等。用户程序则是根据用户需求设计而成的。

可靠物理实现则是以输入输出电路为实现依据。各输入输出点，分别对应着I或O电路。另外，一般都会集成多个电路于一个模块中，然后集成多个模块（或箱体）为PLC完整的I/O系统（电路）。尽管这些模块相当多，占了PLC体积的大部分，但由于它们都是由高度集成化的，所以，PLC的体积还是不太大的。输入电路一直保持着对输入点状态的监视，对于监视得到的状态，会保留在暂存器中。暂存器与输入点一一对应。输出电路中包含了输出锁存器。其主要存在着高、低两个电位状态，并能够锁存。而且，其还存在着物理电路，能够将其对应的状态向输出点传送。输出锁存器与各输出点一一对应。暂存器以及锁存器其实就是PLC的I/O电路寄存器。其通过与PLC内存进行相关的信息价交换，通过PLC

I/O总线及运行PLC的系统程序实现。将暂存器信息向PLC内存进行传输，这就表示为输入刷新。PLC内有着一个映射区，是用来存放输入信息的。其中的各对应为则就是输入继电器，也就是所谓的软触点。当位置显示为1时，则就说明为触点通，而当为0时，则就是触点断。从PLC的运行来看，完整扫描周期T=（）+（）+（）+监控服务时间，扫描周期是受到以下三个因素决定其长短的：第一个因素是CPU执行指令速度;其次则是每条指令所占用时间;最后一个则为执行指令数量。扫描周期越长，系统响应越慢。现在工厂生产的基PLC具有大约10ms的扫描周期，这对于一般控制系统是完全允许的，这不仅会影响，而且可以增强系统的抗干扰能力。在大多数工作循环中，PLC实际上与外围设备隔离，而工业现场干扰通常是脉冲式的。在短期内，由于系统响应缓慢，通常需要几个扫描周期才能响应，由于瞬态干扰引起的多次扫描将大大减少，这将提高系统的抗干扰能力。但是，对于具有更严格的控制时间要求和更快的速度要求的系统，必须仔细编程，并在必要时采取特殊功能以减少扫描周期引起的不利影响。2.3.3PLC的选择能够适用于工程的PLC型号有多种，各类型号的功能比较的类似，并有着各自的优势。而如何选择，有必要根据自己的设计需求和应用水平。（1）整体式PLC：PLC在一个机箱中配备电源，CPU，I/O接口和其他组件。这种PLC型号拥有自己的优势，如购买成本低廉，占用空间小等。当你不想花费太多，或者需要精巧的PLC时，你应该选择这种。集成PLC的主要组成包括了基本单元，以及扩展单元组成，而后者包含了不同I/O点。前者主要包含了CPU，I/O接口，通过与扩展单元的I/O扩展端口相连，并与编程器接口相连。而在扩展单元中，则主要包括了电源和I/O，而不存在CPU。（2）模块式PLC：这种PLC可以说并不是一个整体，各个重要的功能均存在着不同模块管理。由于PLC有着比较齐全的功能，所以属于大中型PLC，若果你对PLC要求比较多，大多数情况下都会选择这种。这种PLC也有自己的长处，如方便维修，组装方便，配置不繁琐等。模块化PLC由框架或基板和各种模块组成，插座上一般装有模块，而框架或基板上一般都有插座。可编程控制器需要依据汽车底板位置检测方法具有高数量的计数器。电梯的运行存在着两个方向，PLC还必须有着可逆计数器。在五层电梯的设计方面，以上两种模式都可以，但根据教材的学习和熟悉，结合自己的学习特点，他们主要研究了西门子S7-200在研究过程中，熟悉它。一种功能指令，可能够很好的运用S7-200各种功能指令编程。结合其特点：模块结构，可靠性，通用性，易编程等，该项目需要26个输入端口和11个输出端口。因此，在设计中选择了西门子PLCS7-200CPU224。2.3.4S7-200MicroPLC介绍（1）概述SIMATICS7-200Micro是独立的：它非常紧凑，但具有惊人的功能-特别是在其实时性能方面-其快速，强大的通信解决方案以及易于使用的硬件和软件。所有这一切使SIMATICS7-200MicroPLC是一种非常经济实惠的选择方案，而且各种性能也十分良好。（2）适用范围SIMATICS7-200的适用范围非常大，包括接触器扩展到独立，分布配置和各种网络的自动化任务，接触器扩展到独立和更换继电器。S7-200还更多的使用在各类特殊电子设备区域。（3）基本单元S7-200有很多种不同种类的CPU，若按基本型号来分的话，可分为4种。（4）扩展模块扩展模块自己并没有CPU，但有自己的I/O口，用于与基本单元连接以扩展I/O点。目前来看S7-200主要有6中扩展模块。（5）编程器当程序员在进行调试过程中，或检测故障和进行监视时，需要熟练运用存储，编程和用户管理程序，PLC将接收用户发送的程序。智能编程器采用计算机进行编程的执行，并以专用编程软件传递到计算机中。其能够采用梯形图语言实现编程，并完成在线监控，具有着强大的功能，而且非常直观。（6）存储卡智能编程器采用计算机进行编程的执行，并以专用编程软件传递到计算机中。其能够采用梯形图语言实现编程，并完成在线监控，具有着强大的功能，而且非常直观。2.4变频器的介绍与选择2.4.1变频器的定义变频器为微电子技术和变频技术结合，来实现电机频率的改变，从而对电机电源达到有效控制的效果。变频器在进行点击的频率转化时，是以电力半导体器件的通断来完成的。其主要的组成部分包括了滤波、整流、制动、逆变单元、检测单元、驱动单元、微处理单元等。在变频器的作用下，能够改变原来的工频电源，从而转化为交流电源，并改变电机运行速度。而主电路是由控制电路进行控制的，整流电路则能够转化交流电为直流电，而直流中间电路则起到了平滑滤波的效果，而逆变电路则实现电流向交流电的转化。变频器如图2-3图2-3西门子MM440变频器示意图2.4.2变频器的工作原理（1）主电路主电路的构成包括了三部分，逆变器的作用就是生成电压波纹，把商用电源转变为直流电源则由整流器负责，电压波纹由平波电路吸收。主电路的功能能够实现电流从交流向直流的转化，而电感器则属于直流环路滤波器；也能够实现电流从直流向交流转化，此时的电容器属于交流环路滤波器。前者是属于电流型主电路，后者为电压型主电路。（2）整流器整流器表示的为整流装置，也就是能够实现交流向直流的转化。其包含的功能为：第一，实现交流电向直流电的转化，通过滤波然后向负载提供电力，或者向逆变器提供；第二，给蓄电池提供充电电压。所以，其也属于充电器。（3）平波回路直流电压会被逆变器所产生的波纹电流所改变，电源频率六倍的波纹电压等于整流器的整流直流电压。为了抑制电压波动，使用电感器和电容器来吸收纹波电压（电流）。当器件容量小时，如果电源和主电路形成具有余量的器件，就不需要复杂的平波回路了。（4）逆变器当直流电需要被转化为交流电时，就需要逆变器的帮助了，并且在确定的时间打开和关闭三个开关装置以获得三相交流电输出。2.4.3选择变频器除了一般工业控制的静态和动态性能之外，如何能保证电梯的运行速度和速度调节，是必须要考虑的一个部分。电梯速度与乘客乘坐电梯是否舒适有着直接的联系，所以变频器的选择是否正确也变得十分重要。此次毕业设计最终决定使用MM440变频器，是因为MM440变频器拥有以下优势：（1）电机和变频器的保护功能已经相对成熟;（2）电机运行时不会有很大的噪音;（3）6个可编程，带隔离数字输入;（4）可校准模拟输入为两个，其也能够使用于第7和第8数字输入;（5）可编程模拟输出为2个;（6）完全可编程继电器输出为3个;（7）有着比较灵活的配置（8）具有较为简单的操作与调试。2.4.4变频器面板按钮功能:图2-4变频器控制面板示意图（1）改变电动机的旋转方向;（2）启动逆变器;（3）停止变频器;（4）电动机慢跑;（5）访问参数;（6）减小值：减小面板上显示的参数值;（7）增加值：增加面板上显示的参数值;（8）功能：在变频器运行过程中，按此键2秒，同时显示任意参数。2.5传感器2.5.1传感器的定义国家标准将传感器定义为：“可根据某一定律（数学函数规则）测量并转换成可用信号的设备，一般的组成包括了敏感和转换元件。”中国物联网学校表示，正是由于传感器的出现，使得事物增加了感官能力，事物逐渐成为了生命力的存在。”在新魏式词典中，“传感器”定义为：“接收一个系统的电力，然后转化为其他形式并向另一个系统供电”。2.5.2传感器的类比传感器主要具有着与人的五感相对应的功能：化学传感器其实就相当于人的口舌气体传感器其实就相当于人的鼻子光敏传感器其实就相当于人的眼睛声敏传感器其实就相当于人的耳朵流体、力、温度压传感器其实就相当于人的皮肤2.5.3传感器的介绍（1）光电传感器光电传感器，顾名思义是接收外部的光信号，经过自身的一定处理，再转换为电的传感器。光电传感器的构成包括了发射器，检测电路，接收器。按照工作时各个部分的工作和响应时间前后来看，应该先介绍发射器。传感器（发射器）向目标位置发射光束，这束光可以是可见光，也可能是不可见光，而且光束经常源于发光二极管，红外线发射二极管等，大多数均为半导体光源。而接收器一般都安装了各种光学部件，如光圈和透镜等，接收器会接收一定的信息。最后是检测电路，它会对信息进行一定的检测，修改信号。三角形发射器能够对0—25的发射角进行改变，从而使得为一条发射线，在反射之后，进行一定的处理。（2）陶瓷压力传感器一些传感器的介质会受温度变化和电流的影响，若想不被上述外界条件所干扰，陶瓷会是一个不错的选择。该传感器具有0至70°C的温度补偿，可与大多数介质直接接触，而且陶瓷有不错的时间稳定性。陶瓷压力传感器主要的组成包括了瓷环，陶瓷膜以及陶瓷盖。陶瓷膜片作为光敏弹性体，采用百分之九十四的三氧化二铝瓷制成。学过高中化学都知道，三氧化二铝是一种致密的物质，所以使用这种材料。而瓷环通常是以高温烧制的方式生产，因此，就涉及到了热压铸造工艺。以高温玻璃浆料连接陶瓷膜片和瓷环。并借助厚膜印刷和热烧制技术一起烧制以形成周围的杯形弹性体。传感器的电路由厚膜工艺技术制成。陶瓷盖板下部的圆形槽在盖板和隔膜之间形成一定的间隙。极限位置可以防止隔膜在过载时因过度弯曲而损坏，从而形成对传感器的抗过载保护。陶瓷是一种公认的优质材料，因为它是很好的绝缘体，自身很难被电流所影响，而且抗酸能力强，也有不错的弹性，冲击也不会对其造成太大的影响。陶瓷拥有极强的热稳定性，所以温度较高的场合十分适用。陶瓷传感器的输出信号稳定，并且输出信号长且强。性价比也比较高，因为其价格并不昂贵，在中国，硅压力传感器逐渐减少，更多的采用了陶瓷传感器。在压力传感器领域，将会越来越多的采用高性能陶瓷传感器。2.6本章小结本章主要对变频器，可编程控制器和传感器做了简单的介绍，并根据自己题目的需要，完成了变频器和PLC的选型。最终选择西门子MM440变频器和西门子PLCS7-200作为本次设计的核心硬件。第3章硬件的相关设计3.1电梯控制系统设计的相应步骤PLC控制系统设计步骤最终确定如下：（1）详细了解电梯的相关知识并决定控制计划（2）根据要求计算出控制系统的I/O点数（3）综合考虑并完选定PLC型号（4）进行输入输出设备的选定，并进行I/O口的地址分配（5）进行电梯模拟调试（6）开展相关技术文件的撰写图3-1电梯控制系统设计相应步骤流程图3.2电梯五层控制的要求与分析根据要求，该设计电梯共为五层。用户在每个楼层都应该能看到相应的指示器，显示电梯是否在上升或下降和电梯现在所处楼层数的指示器。每层楼的地板都有输入（上下）按钮来召唤电梯。运行状态的电梯，主要是对当前运行以及呼叫信号作出分析处理，并选定下一工作状态。所以，其主要的功能为自动选向、外呼记忆、停梯消号自动开/关门状态、自动达层等。确定设计要求，电梯控制的相应功能也可以得知：按照最普通的情况来说，假设电梯初始位置为任意楼层。当有顾客在大厅按下上升或下降按钮时，电梯响应呼叫信号，这种信号为外部呼叫信号。电梯会接收此信号并对其进行分析，若呼叫楼层低于电梯所在楼层，电梯会向下运行；若呼叫楼层高于电梯所在楼层，电梯会向上运行；若呼叫楼层等于电梯所在楼层，电梯不会上下运行。当电梯达到呼叫楼层后，电梯停止上下运动，电梯门会打开，若激光传感器检测到电梯门中间已经无物体存在，延迟三秒后会自动关闭。当有顾客在电梯内按下特定楼层数的按钮后，电梯响应呼叫信号，这种信号为内部呼叫信号。电梯会接收此信号并对其进行分析，若呼叫楼层低于电梯所在楼层，电梯会向下运行；若呼叫楼层高于电梯所在楼层，电梯会向上运行；若呼叫楼层等于电梯所在楼层，电梯不会上下运行。当电梯处于上升状态时，低于电梯实时所在楼层的呼叫信号均暂时不会响应，当已经没有高于梯实时所在楼层的呼叫信号后，下面的信号才会被响应，电梯开始向下运行；当电梯处于下降状态时，高于电梯实时所在楼层的呼叫信号均暂时不会响应，当已经没有低于梯实时所在楼层的呼叫信号后，上面信号才能被响应，电梯则向上运行。电梯要确保存在着最远反向外呼梯响应功能。如电梯处于一楼，此时在而二、三、四层均有向下外呼梯，此时电梯首先运行到四楼。还必须有着同向拦截功能。在达到相应楼层后，按下开门按钮，就会开门，而如果按钮一直处于按下的状态，则就会保持开门状态，而且用户也能够提前按下关门按钮来关门，使等待时间缩短。但是当电梯处于上升或下降的过程中，或者电梯还未平层时，电梯门的开启是十分危险的。所以当电梯还未平层或处于上升或下降状态时，如果有顾客按下开门按钮或关门按钮，电梯门均不会做出响应。3.3PLC选型3.3.1计算出控制系统的I/O点数根据题目的要求，输入和输出信号计算如下：（一）必须拥有的输入信号：（1）电梯内和大厅的呼叫按钮电梯内的特定层数选择按钮应该为阿拉伯数字1到5。至于大厅外每层楼的按钮，五楼应该只有下降按钮，一楼应该只有上升按钮，二到四层要有着上下运行的两个按钮。所以，共存在着13个输入。（2）位置信号位置信号的输入为7，在电梯没有达到楼层时打开，当电梯处于平层状态时关闭，而且还需要一组开关门限位。各个楼层的电梯停靠位置一般装有四个传感器，位置信号由此处产生。（3）电梯门控制信号就相关要求，电梯门主要存在着两个控制信号输入。分别为开门和关门。综上，一共需要22个输入点。（二）必须拥有的输出信号：（1）电梯内部呼叫指示信号有5个内部呼叫指示信号，表示电梯在此时是否有第1层到第5层的内部呼叫，并且在内部呼叫指令完成后信号消失。（2）电梯外部呼叫指示信号有8个外部呼叫信号，表示接受了第1层到第5层的外部呼叫，并且在呼出命令完成后信号消失。（3）上下2台电梯，2个指示信号，2各电梯门电机开关指示，共6个。综上，输出点共有19个。表3-1表示的是输入输出点数表3-1输入输出点数信号类型点数输入信号（22）电梯内呼及其外呼信号13位置信号7电梯门控制信号2输出信号（共19个）内呼指示信号5外呼指示信号8轿厢上下行及其开关门指示63.3.2扩展模块的选择1.扩展模块EM22316I/16Q介绍根据数据，EM22316I/16Q可根据输出类型分为两种类型，一种是固态MOSFET型，另一种是继电器型，外观如图3-2，扩展模块尺寸如图3-3，EM223CN连接方式图如图3-4图3-2EM223外观图图3-3扩展模块尺寸图图3-4EM223CN连接方式图2.扩展模块的安装方式（1）这种扩展模块具有与基本单元相同的设计特征。S7-200CNPLC有多种类型的扩展模块，固定方法与CPU相同。如果模块已连接，如果有更多扩展模块，模块将会变得很长。在这种情况下，就必须使用扩展转接电缆。运用总线使CPU与电缆相互连接。SIEMENS+EM223CN数字量混合输入输出模块(16路)安装方式如图3-5图3-5SIEMENS+EM223CN安装方式3.4I/O点数的编址和扩展本地I/O点的I/O地址均为固定的，且都由CPU224的每个主机所提供。扩展时，CPU连接在扩展模块的左侧。寻址方法是相同类型的输入或输出点。模块根据主机的位置在链中递增。其他类型模块的存在与否以及模块的位置不会影响此类模块的数量。S7-200系统对于输入/输出地址空间，则将其进行分配规则扩展表示为：（1）对一样的输入输出模块进行顺序编址。（2）输入/输出图像寄存器，其所具有的单位为1B。如果其中高位没有达到8位，则会对于没有使用的位，数字量则就会分配给I/O链的后续模块。地址编程必须以新的连续字节重新开始。（3）而对模拟量，以2个通道进行输入/输出分配。而这一模块所存在的未使用通道地址，则就无法为后续模块使用，，而且还需要对后续地址作出安排。后续地址的编排须重新从新的两个字以后的地址开始。本系统CPU与扩展模块连接方式如图3-6图3-6CPU与扩展模块连接方式3.5分配输入输出点经过分析计算，确定了输入输出点，表示为表3-2所示表3-2电梯控制系统的输入、输出点分配表说明对应PLC地址说明对应PLC地址外部一层上呼叫按钮I0.0外部一层上呼叫灯Q0.0外部二层上呼叫按钮I0.1外部二层上呼叫灯Q0.1外部二层下呼叫按钮I0.2外部二层下呼叫灯Q0.2外部三层上呼叫按钮I0.3外部三层上呼叫灯Q0.3外部三层下呼叫按钮I0.4外部三层下呼叫灯Q0.4外部四层上呼叫按钮I0.5外部四层上呼叫灯Q0.5外部四层下呼叫按钮I0.6外部四层下呼叫灯Q0.6外部五层下呼叫按钮I0.7外部五层下呼叫灯Q0.7一层行程开关I1.0超重指示Q1.0二层行程开关I1.1警报器Q1.1三层行程开关I1.2一层位灯Q2.0四层行程开关I1.3二层位灯Q2.1五层行程开关I1.4三层位灯Q2.2内部一层呼叫按钮I1.5四层位灯Q2.3内部二层呼叫按钮I2.0五层位灯Q2.4内部三层呼叫按钮I2.1内部一层呼叫灯Q2.5内部四层呼叫按钮I2.2内部二层呼叫灯Q2.6内部五层呼叫按钮I2.3内部三层呼叫灯Q2.7开门呼叫按钮I2.4内部四层呼叫灯Q3.0关门呼叫按钮I2.5内部五层呼叫灯Q3.1开门行程开关I2.6电梯上升Q3.2关门行程开关I2.7电梯下升Q3.3电梯上行极限位I3.0上升指示灯Q3.4电梯上行极限位I3.1下升指示灯Q3.5称重传感器I3.2电梯开门Q3.6警报按钮I3.3电梯关门Q3.7激光传感器I3.43.6PLC和电梯模型接线图主电路图如图3-7所示图3-7主电路图控制电路图如图3-8所示图3-8控制电路图3.7本章小结本章主要对电梯控制系统的硬件部分进行设计。完成了变频器参数设置、外部接线图、I/O(输入/输出)端口分配、电动机控制电路以及拽引电动机过载、启动校验等。第4章软件设计4.1电梯系统程序流程图根据题目所要求，进行一定的设计，最终电梯系统程序流程图如图4-1所示图4-1电梯系统程序设计流程图4.2STEP7编程软件的编程语言及基本指令4.2.1STEP7编程软件的编程语言在本设计中所使用的是梯形图编程语言。标准STEP7软件包共存在着语言表、功能块图以及梯形图和顺序功能图三种基本编程语言。其之间是能够相互转换的。梯形图具有以下特征：（1）物理电流是不存在于梯形图之中的，只拥有概念中所谓的电流，是一种很形象的表示方法。这种抽象的电流从上到下，从左到右，而且必须如此。所以，梯形图两端的母线其实并没有电源与其连接，是一种形象化的编程语言。（2）线圈并不存在于梯形图中，不过其中却包括了输入继电器触点，主要是由于后者无法从内部其他触点进行驱动，仅能从外部的输入信号所驱动。相对应的输入信号变化是由输入继电器的触点状态所体现的。（3）梯形图的每一层逻辑的开始点为母线，而其之后则是各触点的连接，最后则在通过继电器线圈之后终止于母线处。图形，从上到下，从左到右，执行顺序亦是如此。（4）梯形图中的继电器被称作软元件或软继电器。这软元件会输出计数器，辅助继电器，状态器和定时器等，因为它实质上是位触发器，不同于传统继电器。该类软继电器有着无数个常闭和常开触点，能够进行自由选用。如果常开触点均处于闭合状态，此时则常闭触点均断开，这表示对应的继电器线圈接通，位触发为“1”。（5）如果PLC为运行状态，CPU接梯形图中，从上到下进行元件排列，而处理则是从左到右按行进行。（6）若输出端子存在着输出信号，则梯形图中就会对应输出继电器接线。而对于输出继电器，则通过利用输出触点实现对外部执行器的驱动，以能够实现PLC的输出控制。（7）PLC内所包含有的各类软元件触点，仅为内部使用，而无法驱动外部执行器。4.2.2STEP7编程软件的基本指令STEP7编程软件主要包括了算术运算指令、传送与比较指令、程序控制指令、数据转换指令、位逻辑指令等基本指令。4.3轿厢开关门程序及仿真1.轿厢开门条件为（1）电梯位于平地板上，带有外部呼叫指示或内部呼叫指示。（2）电梯位于二楼，呼叫指示外面有两层（电梯选项下降），二楼外呼叫指示（电梯选项上升）或二楼内部呼叫指示。（3）电梯位于三楼，呼叫指示外有三层（电梯选项下降），三楼外呼叫指示（电梯选项上调）或三层内部呼叫指示。（4）电梯位于四楼，呼叫指示外面有四层（电梯选项下降），四楼外呼叫指示（电梯选项上调）或四楼内部呼叫指示。（5）电梯位于五层楼，有五层出局电话或五层内部电话。（6）电梯调平时按门打开按钮。开门程序如图4-2(a)门电机驱动置位(b)门电机开门置位图4-2门电机开门置位(一)本段程序说明:M3.7为开门驱动，当满足轿厢开门条件时，M3.7置位，考虑到电机运行的平稳与安全，M3.7置位后将进入1.5秒开门延时，经1.5秒后，门电机开门。(二)本段程序典型环节仿真1.一楼外呼上置位当电梯位于一楼时,按下一楼外呼上按钮I0.5，一楼外呼上指示Q0.5置位，如图4-3图4-3一楼外呼上置位2.门电机开门当按下一楼外呼上指示Q0.5置位时，如果此时电梯位于一楼平层（一楼平层I3.7置位）,则电梯就会开门，即将门电机开门指示Q3.7置位，并会取消一楼外呼上Q0.5的指示，如图4-4图4-4门电机开门4.4轿厢开门复位程序及仿真1.轿厢开门复位所具有的条件:（1）在确保开门按钮不动的情况下，按下关门按钮。（2）在确保开门按钮不动的情况下，进行信号门电机关置位的输出。（3）在开门限位达到之后，则开门动作就会自动停止。开门按钮辅助常闭触点与门电机开门指示以及开门驱动实现互锁，当达到上述条件时，门电机开门指示以及开门驱动实现复位。所绘制的梯形图如图4-5图4-5轿厢开门复位4.5门电机关门、复位程序及仿真开门动作达到开门限位后，开机出现3秒延时，之后则就会自动关门，而在达到关门限位后，则就会结束关门动作。而如果关门按钮被按下，也能够关闭电梯门，按下开门按钮，或出现了输出的门电机开信号时，则关门动作就会被取消。所绘制的梯形图如图4-6图4-6门电机关门及复位本段程序仿真：1.门电机关门当门电机达到开门限位时，开门限位I2.4置位，此时门电机开门动作停止，进入三秒钟延时，延时过后，门电机关门动作Q2.0启动，门电机开始关门。本过程仿真如图4-7图4-7门电机关门2.门电机关门复位当门电机达到关门限位，即当I2.5置位时，关门动作停止，Q2.0复位。本过程仿真如图4-8图4-8门电机关门复位4.6电梯自动选向程序设计及仿真4.6.1电梯轿厢下行条件通过分析所设计的电梯系统，确定了电梯能够达到下面的条件，则开始下行：（1）电梯当前处于四层，此时在三层和二层均出现了外呼上和呼下指示，在一层出现了外呼上指示，而在一、二、三层均出现了内呼指示。（2）电梯当前处于三层，此时存在着二层外呼上呼下指示，而在一层则有外呼上指示，在一、二层均出现了内呼指示。（3）电梯当前处于二层，此时存在着一层外呼上和内呼指示。（4）电梯当前处于五层，在一至四层只要有呼梯信号就下行，而电梯当前处于一层时，则不管怎样都不会出现下行。满足上面的条件，而且没有和粗线上行条件时，电梯下行，图4-9表示的就是对应的梯形图图4-9电梯轿厢下行条件（一）本段程序典型环节仿真假设现在电梯位于五层平层（I2.3），在同一时间有一层外呼上（I0.5），一层内呼(I0.0)，二层外呼上(I0.7)，三层外呼下(I3.0)这些呼梯信号。1.当接收到这些信号时，电梯下行Q2.2置位，如图4-10图4-10电梯下行置位2.当达到三层平层I2.1时，Q3.7置位，电梯开门，电梯开门，三层外呼下I3.0指示复位，此过程仿真如图4-11图4-11三层外呼下指示复位3.当达到开门限位（I2.4）后，进入三秒延时，延时过后轿厢门关闭，达到关门限位（I2.5）后，关门动作停止，电梯继续下行(Q2.2)。此过程仿真如图4-12三楼同向截车：（a）门电机关门（b）轿厢从三楼继续下行图4-12三楼同向截车4.当轿厢到达二层平层（I2.0）时，由于在二楼只有二楼外呼上这一个呼梯信号（I0.7），所以，根据电梯控制原则，在二楼不具备同向截车的条件，所以电梯在经过二楼平层时不停，继续下行。此过程仿真如图4-13图4-13二楼不截车5.当轿厢到达一层平层（I3.7）时，一楼外呼上（I0.5）以及一楼内呼（I0.0）复位，电梯开门(Q3.7)。此过程如图4-14图4-14一楼呼梯复位6.当电梯电梯轿厢开门到达开门限位（I2.4）之后轿厢关门，到达关门限位（I2.5）后，轿厢继续上行。此过程仿真如图4-15图4-15轿厢继续上行7.当轿厢上行（Q2.1）到达二楼平层（I2.0）时，轿厢开门，二楼外呼上指示（I0.7）复位，门电机关门，到达关门限位（I2.5）后，关门停止，电梯停止在二楼。此过程放真如图4-16（a）二楼开门及信号复位（b）二楼关门（c）停在二楼图4-16电梯回返二楼截车4.6.2电梯轿厢上行条件通过分析所设计的电梯系统，确定电梯存在着以下条件，则就会出现上行：（1）电梯当前处于四层，并在五层出现了外呼下以及内呼指示。（2）电梯当前处于三层，而且在四层出现了外呼下和呼上指示，在五层出现了外呼下指示，而四、五层均出现了内呼指示。（3）电梯当前处于二层，而且在三、四层均出现了外呼上下指示，在五层出现了外呼下指示，并且在三、四、五层均出现了内呼指示。（4）电梯当前处于一层时，主要在二—五层出现了呼梯信号，就会出现上行；而如果其处于第五层，则不管处于何种信号状态均不会出现上行。满足上面的条件，并不存在着下行条件时，则电梯就会出现上行，图4-17表示的是对应的梯形图图4-17电梯轿厢上行条件（一）本段程序典型环节仿真假设目前电梯轿厢在一楼（I3.7），电梯同时接受5楼外呼下（I3.4），四楼外呼下（I3.2），三楼内呼（I0.2），三楼外呼上（I3.1）。1.电梯在一楼时同时接受这些呼梯信号，电梯上行（Q2.1），此过程仿真如图4-18图4-18电梯上行2.当电梯到达三楼平层（I2.1）时，电梯开门（Q1.7），三层内呼指示（Q0.2）、三层外呼上指示（Q3.1）复位，此过程仿真如图4-19图4-19三楼截车3.电梯轿厢门开门到开门限位（I2.4）后，延时三秒，关门（Q2.0），到达关门限位（I2.5）后，电梯继续上行（Q2.1），到达四楼平层（I2.2），由电梯电梯控制要求，电梯不能截车，所以轿厢继续上行。此过程仿真如图4-20图4-20四楼不截车4.当轿厢到达五楼平层（I2.3）时，电梯停止上行，轿厢门打开（Q3.7），呼梯信号五层外呼下指示（Q3.4）复位，此过程仿真如图4-21图4-21五层截车5.当达到开门限位时，延时三秒后轿厢自动关门，电梯开始下行，此过程仿真如图4-22图4-22电梯轿厢从五楼下行6.当轿厢到达四楼平层（I2.2）时，电梯停止下行，轿厢门打开（Q3.7），四层外呼下指示（Q3.2）复位，经三秒延时后，轿厢门关闭，电梯轿厢停在四楼，此过程仿真如图4-23（a）轿厢开门(b)轿厢关门(c)停在四楼图4-23轿厢回返下行四楼截车4.7轿厢内呼及轿厢外呼指示与复位当在大厅出现了外呼按钮信号，则就对应外呼指示置位，如果取消置位时，电梯在5层和1层方向仅有一种，因此，直接平层后门电机打开就可以实现置位的取消；不过2，3，4层不一样，由于在这三层中，电梯既能够向上运行，也能够向下运行，当电梯运动和外呼运动两个方向一致时，才能进行置位的取消，由此可知，楼层外呼指示程序是相当的复杂。如果电梯内出现了内呼按钮响应后，内呼指示此置位，而在达到指定楼层后，内呼指示取消置位，此时电梯门就会打开。从此可见轿厢内呼较要比轿厢外简单得多。这就是所谓的同向截梯。绘制梯形图如图4-24图4-24轿厢内呼及外呼指示置位与复位4.8本章小结本章主要进行系统的软件设计，根据要完成的功能绘出系统流程图，并编写程序，并最终完成仿真。第5章综合调试5.1硬件调试硬件调试主要包括两类，分别为控制电路和主拖动电路的调试。这两部分先分开调试，分别调试成功后，再进行综合调试。硬件在模拟电路板上按电路图仿制电梯的模式接好元件，将所有公共端相连，输出端口1L、2L、3L连在一起，并将PLC的L+端连起来；分别引出来接到PLC对应的输出口接到N端。将公共端1M、2M相连，并将M端连起来；将按钮开关引出的另一端分别接到PLC的+24V电压上。再将PLC接入220V的交流电。把所有的输入、输出都接好后就可以进行通电试验了。5.2软件调试使用西门子仿真软件观测输出点分析其是否达到了控制要求，当没有达到要求时，则再次调试程序，直到达到要求。总结在本论文的设计中，电梯的控制由S7-200可编程控制器实现。通过估计I/O端口，可以合理地选择PLC模型。充分利用学校获得的知识（运动控制技术，PLC，自动控制原理等），认真审查相关信息，结合当今社会的主流控制方法，结合PLC控制和交流变频调速进行设备的有效选型，并进行软件设计，设置相应的参数，从而简化控制系统结构和外部电路，使得电梯运行质量得以提升，并提高整体的性能。其还能够确保电梯有着调速范围广，控制精度高，动态性能好，舒适，安静，快速，基本满足设计任务书所要求的任务。这种设计可能存在某些缺陷，由于时间紧迫，设备条件和专业知识，只能模拟电梯控制，软件可用于模拟，不能选择相关组件，可以生产电梯模型。由于设计时间和分度资源有限，指令程序无法通过编程器完全发送到PLC，并进行系统仿真调试。若条件允许后，上述设计缺陷可以进一步改进，请老师谅解。致谢本论文得以完成首先要感谢我的指导导师韩顺杰老师。韩老师严谨的教学态度以及工作的认真都给了我很大帮助。从对论文的一窍不通到现在完成论文，多亏了韩老师，老师教我如何查文献，如何将论文的每一步都写出来，当论文有问题时不厌其烦的帮我解决。我很庆幸在大学可以碰到这样的好导师，不仅教会了我知识，还教会了我为人处世，在这里我要郑重地和老师说一句：老师，谢谢您。我还要感谢我身边的的小伙伴，以及吴振和张