基于PLC的电梯控制系统的设计

沈阳理工大学学士学位论文PAGEPAGEIV摘要本文作者阐述了基于PLC的电梯控制系统的设计及实现过程，本系统在THBCDT-3型多层电梯实验装置上进行调试和运行，西门子S7-200PLC为控制器，采用随机逻辑控制，即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。本文主要分五部分：第一部分介绍了基于PLC的电梯控制系统发展及应用现状；第二部分介绍了电梯系统的组成，包括曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电梯安全系统；第三部分主要介绍可编程控制器（PLC），包括PLC概念、特点及功能；第四部分为基于PLC的电梯控制系统的硬件选择，包括PLC和变频器的选择；第五部分为整体电梯控制系统的设计，包括变频器的参数设定、梯形图的编写、电梯的调试等。本文叙述的控制系统通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，利用通用变频器和PLC实现了对五层电梯的控制。关键词：PLC；变频调速；电梯AbstractTheauthorexpoundstheelevatorcontrolsystembasedonPLCofthedesignandrealizationoftheprocess,thesysteminTHBCDT-3typemultilayerelevatorexperimentdeviceonthecommissioningandoperation,SiemensS7-200PLCasthecontroller,thecontrollogic,namely,inrandomorderlogiccontroltorealizethebasicrequirementsofcontrol,onthebasisofrandominputsignal,accordingtotheelevatorandstatecorrespondingcontroltheoperationoftheelevatortimely.Thispapermainlypointsfiveparts:thefirstpartintroducestheelevatorcontrolsystembasedonPLCofthedevelopmentandapplicationstatus;Thesecondpartofthesystemisintroduced,includingthecompositionofthetractionsystem,guidingsystem,thecar,thedoorsystem,weightbalancesystem,elevatorsafetysystem;Thethirdpartmainlyintroduceprogrammablecontroller(PLC),includingtheconcept,thecharacteristicandthefunctionofPLC;ThefourthpartfortheelevatorcontrolsystembasedonPLChardwareoptions,includingPLCandinverterchoice;Thefifthpartforthewholeofelevatorcontrolsystemdesign,includingafrequencyconvertertotheparametersset,thewritingoftheladderdiagram,theadjustmentoftheelevator.Inthispaper,thecontrolsystemthroughthereasonableselectionofequipment,parametersettingandsoftwaredesign,usegeneralconverterandPLCforthefivelayersofelevatorcontrol.Keywords:PLC；frequencyconversiontiming；elevator目录1绪论 11.1课题背景. 11.2课题意义. 22电梯系统的组成及简介 32.1电梯系统的总体结构 32.2电梯系统的组成 52.3电梯的分类 113可编程控制器（PLC）简介 133.1PLC概述. 133.2PLC的特点及功能 163.2.1PLC的特点 163.2.2PLC的功能 163．3西门子S7-200PLC 173.3.1S7-200PLCCPU简介 173.3.2S7-200PLC的通讯和网络功能 194电梯控制系统的PLC及变频器选择 204.1电梯控制要求分析 204.2基于PLC电梯控制系统的优点 204.3PLC选型. 214.3.1PLC控制系统的I/O点数计算与分配 214.3.2PLC的型号确定 234.4变频器的选择 234.4.1变频器工作原理及特点 234.4.2变频器的选择 245基于PLC电梯控制系统设计 265.1设计软件. 265.2电梯控制系统总体设计 285.2.1总体结构及控制信号 285.2.2PLCCPU226I/O接线图 295.2.3程序设计流程图 315.2.4变频器的参数设置及参数计算 325.3电梯控制系统的功能 335.4梯形图设计 345.5电梯调试. 61结论 62致谢 63参考文献 64附录A英文原文 65附录B汉语翻译 721绪论1.1课题背景随着生产的发展和城市的崛起，电梯越来越接近我们的工作和生活。电梯作为一种垂直方向上的运输工具，广泛地进入了宾馆、仓库、住宅等场合，现代电梯在可靠性、速度、舒适、豪华等方面的要求越来越高。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。随着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。电梯的拖动技术也有了较大的发展。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。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。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。智能群控管理得到广泛应用。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。我国电梯控制系统主要有三种方式：继电器控制系统、微机控制系统和PLC控制系统。其中PLC控制系统以其显著的优点成为电梯控制系统的主流。80年代初投入使用的电梯大部分采用继电器控制、交流调速方式，这类电梯普遍存在起动电流大、调速性能差、结构复杂、舒适感差、能耗大等问题，加之使用年限较长、电梯零部件残旧老化、故障频繁、配件缺乏等原因，我们提出了采用VVVF变频调速器将该类电梯改造成VVVF型电梯。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。从90年代开始，利用可编程控制器(PLC)与VVVF变频器结合，PLC控制系统主要有双速电梯系统和变压变频调速系统，后者通过改变电机供电的电压和频率，平滑调节电梯速度，可以获得更好的乘坐舒适感，它平层精度高，并具有显著的节能效果，保障了电梯的可靠性。1.2课题意义我们的国家经济发展迅速,高楼中智能楼宇比例增加。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。电梯是一种垂直运输工具，它在运行中不但具有动能，而且具有势能。它经常处在正反转，反复起制动过程中。为满足乘客的舒适感和平层精度，要求电动机在各种负载下都有良好的调速性能和准确停车性能。为满足这些要求，采用变频器控制电动机是最合适的。变频器不但可以提供良好的调速性能，并能节约大量电能。变频调速是交流调速的一种重要手段，以其可靠性和很强的抗干扰能力在生产生活中得到了广泛的应用。用PLC组成的控制系统，省掉了接口电路的制作，系统结构简单、紧凑、可靠性高。直接将电梯的内外呼梯信号、层位检测信号、限位信号、开门关门信号等开关量接到PLC的开关量输入端，PLC提供的24V直流电源可作为指示灯的电源，用PLC的输出点直接控制变频器实现电机的正转、反转、停和多段速控制等。本文主要介绍一类小型电梯的PLC智能控制方法。所谓小型电梯是指在居民楼和小型办公楼中使用的电梯，这类电梯载重量相对较小，但是使用频繁。传统电梯控制系统主要有三种控制方式即继电气控制、PLC控制和微机控制，其中继电气控制系统具有故障高、可靠性差、接线复杂、通用性差等缺点。而将可编程序控制器（PLC）应用于电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长使用寿命，缩短了电梯的卡法周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。本文介绍的基于PLC的电梯控制系统与传统的电梯控制系统相比，在运行上具有良好的舒适感，可以节约电能，取得良好的经济效益与社会效益，达到较好的应用效果。2电梯系统的组成及简介2.1电梯系统的总体结构一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。服务于规定楼层的固定式升降设备。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。电梯的结构包括：四大空间，八大系统。四大空间：机房部分、井道及地坑部分、轿厢部分、层站部分。八大系统曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统。八大应用技术1、全数字识别乘客技术（所有乘客进入电梯前进行识别，其中包括眼球识别、指纹识别）2、数字智能型安全控制技术（通过乘客识别系统或者IC卡以及数码监控设备，拒绝外来人员进入）3、第四代无机房电梯技术（主机必须与导轨和轿厢分离，完全没有共振共鸣，速度可以达到2.0M/S以上，最高可以使用在30层以上。）4、双向安全保护技术（双向安全钳、双向限速器，在欧洲必须使用，中国正在被普遍使用）5、快速安装技术（改变过去的电梯安装方法，能够快速组装）6、节能技术（采用节能技术，使电梯更节约能源）7、数字监控技术（完全采用计算机进行电梯监控与控制）8、无线远程控制及报警装置（当电梯产生故障时，电梯可以通过无线装置给手机发送故障信息，并通过手机发送信号对电梯进行简单控制。）电梯的基本结构剖视图如图2.1所示。1-减速箱；2-曳引轮；3-曳引机底座；4-导向轮；

5-限速器；6-机座；

7-导轨支架；8-曳引钢丝绳；

9-开关碰铁；10-紧急终端开关；

11-导靴；12-轿架；

13-轿门；14-安全钳；

15-导轨；16-绳头组合；

17-对重，18-补偿链；

19-补偿链导轮；20-张紧装置；

21-缓冲器；22-底坑；

23-层门；24-呼梯盒；

25-层楼指示灯；26-随行电缆；

27-轿壁；28-轿内操纵箱；

29-开门机；30-井道传感器；

31-电源开关；32-控制柜；

33-曳引电机；34-制动器图2.1电梯的整体构造图2.2电梯系统的组成1、电梯曳引系统电梯曳引系统如图2.2所示图2.2电梯曳引系统功能：输出与传递动力，使电梯运行。组成：主要由供电系统、曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、速度反馈装置、调速装置、反绳轮等组成。供电系统：为电梯的电机提供电源的装置。曳引机：电动机、制动器、减速箱等组成，为电梯的运行提供动力，如无齿轮，则没有减速箱。曳引钢丝绳：连接轿厢和对重，靠与曳引轮间的摩擦力来传递动力，驱动轿厢升降。导向轮：安装在曳引机机架上或承重梁上，将曳引绳引向对重或轿厢的钢丝绳轮。速度反馈装置：为调速装置提供电梯实际速度信号的反馈装置，如测速发电机、速度编码器等，一般安装在曳引电动机尾部。调速装置：对曳引电动机实行速度调节和控制的装置。反绳轮：设置在轿厢顶和对重架顶部的动滑轮及设置在机房的定滑轮，根据需要曳引绳绕过反绳轮可构成不同的曳引比。2、导向系统电梯导向系统如图2.3所示图2.3电梯导向系统功能：限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨上下作升降运动。组成：由导轨、导靴、导轨支架组成。导轨：在井道中确定轿厢与对重的相互位置，并对它们的运动起导向作用的组件，一般由钢轨与连接板构成。导靴：安装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的部件。导轨架：是支承导轨的组件，固定在井道壁上。3、轿厢功能：用以运送乘客或货物的电梯组件。组成：由轿厢架与轿厢体（轿壁、轿顶、轿底及操纵箱等）构成，对于客梯，轿底一般安装有负载称重装置。轿厢架：固定轿厢体的承重构架，由上梁、立柱、底梁以及斜拉杆等组成。轿厢体：由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操作按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。轿厢如图2.4所示。4、门系统功能：封住层站入口和轿厢入口。组成：由轿厢门、层门、开门机、门锁装置等组成。轿厢门：设在轿厢入口的门，由轿门板、门导轨、轿厢地坎等组成。层门：又称厅门，设置在每个层站入口的门，由门、门导轨、层门地坎、层门联动机构及自复门机构等组成。开门机：使轿厢门及层门开启或关闭的装置。门锁装置：设置在层门内侧，门关闭后将层门锁紧，同时接通安全回路，使电梯方能运行的机电连锁安全装置。图2.4轿厢门系统如图2.5所示图2.5门系统5、重量平衡系统重量平衡系统如图2.6所示图2.6重量平衡系统功能：相对平衡轿厢重量，使轿厢与对重间的重量差保持在某一个限额之内，减少电梯曳引电动机功率的损耗，减少钢丝绳与曳引轮之间的曳引力（摩擦力），从而延长钢丝绳的使用寿命，保证电梯的曳引传动正常。组成：对重和对重块及重量补偿装置。对重：由对重架和对重块组成，其重量与轿厢满载时的重量成一定比例，与轿厢间的重量差具有一个恒定的最大值，又称平衡重。对重重量=轿厢重量+K*额定载重量K=0.4-0.5重量平衡装置：补偿轿厢与对重侧曳引绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置，一般有平衡链和平衡钢丝绳。6、电梯安全系统安全系统：电梯在狭小的轿厢内乘载着乘客，在井道内以相当的速度进行升降运行，所以要具有各种安全装置。除国标规定的安全装置外，也要有各种的安全装置或安全上必要的装备，所以电梯成为一种安全的交通工具。功能：保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。组成：主要由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置等。若大致区分这些安全装置和安全上必要的装备，可以分为机械的和电气两种安全装置。表2.2和表2.3表示机械的安全装置类和电气的安全装置类的概要。表2.1电梯安全装置一览表NO.规定内容安全装置名称1轿厢门及全部厅门任何一扇没有关闭就不能使轿厢升降的装置1.轿厢门连锁开关2.厅门连锁开关2交响不是停在厅门的位置时，若不用专门锁匙就不能从外面打开厅门的装置。机械门锁装置3曳引机驱动电梯启动时，电梯驱动主机不旋转；轿厢或对重受障碍物阻挡停止上行，并导致曳引绳在曳引轮上打滑。这时设有一种装置使电梯停止运行保持停止状态防止点击空转保护装置4在轿厢，机房，底坑或轿顶上可以切断动力的装置急停开关5轿厢速度在异常加大了的时候，下方向每分钟的速度还没有超过详单与额定速度的1.3倍时，就自动断动力的装置限速器电气保护开关6 紧急停止或正常制止由惯性产生的曳引机旋转的装置磁制动器7交响速度在异常加大的时候，下方向每分钟速度还没有超过相当于额定速度的1.4倍时候就自动制止下降的装置限速器安全钳8轿厢运行至接近上下端站不能正常减速时，强行减速及制止轿厢升降的装置1.强迫换速开关2.终端限位开关9轿厢或对重，由于上述7,8记载的装置失效而冲击井道底部时为了轿内人员的安全，而设置缓和冲击的装置缓冲器及电气保护开关10在电梯等非常状况下，轿内可以与轿外联络的装置对讲机11在客梯或病床梯方面，列举如下安全装置:在显著超过了载重量的情况下发出警报，并自动的制止入口门门锁的装置即使停电梯的时候，能提供至少1W灯泡用1h1.铃，蜂鸣器2.称重装置3.应急灯表2.2机械安全装置类的概要装置名称作用设置场所1磁制动器停电或电梯停止时，为了不让轿厢下降，以弹力来制动液印记的驱动轴曳引机2限速器用机械检测轿厢过对重的异常速度，当异常速度增大到一额定值时带动安全钳动作机房3安全钳在限速器动作时，锲块加紧导轨从而使轿厢停止轿底4缓冲器轿厢或对重进井道底部时，缓和冲击，使其停止井道底部5门锁装置安装在各听门外侧可用钥匙打开门厅门上端6轿厢上部安全窗因停电或故障，乘客被困在轿内时，为了把乘客救出轿外，而在天花板上设置安全窗轿顶7手动紧急操作装置轿厢在楼层中间时，则放松磁制动器，然后人力转动曳引机，使交响移动到楼层地面的盘车手轮机房表2.3电气的安全装置类的概要装置名称作用设置场所1主接触器因各部分的故障及停电或低电压时，切断主回路控制屏2保险丝对于超负载或线路故障等引起过电流的保护控制屏3门联锁开关厅门在不完全闭锁时，电梯则不能运行厅门上端4轿门开关轿门在不完全闭锁时，电梯则不能运行轿门上端5急停开关应及时，使交响停止轿顶、底坑、机房6轿门安全触板当人体或货物接触到正在关闭的轿门时，使门重新打开轿门7强迫换速开关超出规定以上的速度靠近了井道终端层时使之减速井道8终端限位开关靠近井道末端时切断工作电源井道上、下9终端机极限开关限位开关不动作，而更靠近终端部时，则切断工作电源井道上、下10安全窗开关打开安全窗时，切断电源轿顶上或侧边11内部对讲机由轿内用蜂鸣器呼叫外部管理人员，可以联络情况的装置轿内12称重装置超过额定载重时，则发出警报，停止门关闭，使电梯不能运行轿底或轿顶13应急灯停电时提供应急照明轿顶2.3电梯的分类1、按用途分乘客电梯:有完善的安全设计，只用于乘载乘客。住宅电梯：电梯功能、轿厢装潢较简单。观光电梯：轿厢壁透明，便于乘客观光电梯外景的客梯。病床电梯：轿厢长且窄，主要用于搭载病床和病人。乘客梯，观光梯，病床梯如图2.7所示图2.7乘客梯观光梯病床梯2、按用途分客货电梯(服务梯)：轿厢装潢有别于客梯，可分别用来乘客和载物。货梯：有必备的安全装置，主要用于载货。杂物电梯：无乘人必备的安全装置，决不允许载人的小型货梯。按运行速度分低速梯:V<1.0m/s快速梯:1.0m/s≤V≤2.0m/s（10层以上）高速梯:2.0m/s<V≤5.0m/s（16层以上）超高速梯:V>5.0m/s3、按驱动方式分交流电梯:用交流电动机作为驱动力的电梯交流单速电动机，速度一般不高于0.5M/S。交流双速电动机，速度一般不高于1.0M/S。交流调压调速电梯，速度一般不高于1.75M/S。交流调频调压调速电梯，广泛应用于各速度段。直流电梯：用直流电动机作为驱动力的电梯，电梯的额定速度都在2m/s以上，已停止生产，目前已被交流调频调压调速电梯所取代。4、按控制方式分并联电梯:两、三台电梯共用厅外召唤信号，由控制系统自动调度电梯运行，当电梯无任务时，一台电梯自动返回基站，另一台电梯则停在其它层楼或停在设定的区域中心。群控电梯:三台以上的电梯共用厅外召唤信号，由控制系统自动控制和集中调度电梯的运行、停车及返回基站或区域中心，主要用于高层建筑中。群控智能控制电梯:具有数据采集、交换、存贮、分析、筛选以及报告功能。由电脑控制系统根据召唤信号、轿厢位置、轿厢负载等情况，自动选择最佳运行控制程序。3可编程控制器（PLC）简介3.1PLC概述可编程控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC或PC，在现代工业控制中占有重要地位。本文对其基础知识进行简要介绍。可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。PLC的应用广、功能强大、使用方便，是现代工业自动化的主要设备之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。1、PLC的组成PLC各组成部件及作用（1）CPU——是PLC的核心部分。与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。其功能：（a）用扫描方式接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；（b）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；（c）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；（2）存储器系统程序存储器——存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数，不能由用户直接存取。用户程序存储器——存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序，可以由用户直接存取。功能存储器（数据区）——存放用户数据注意：PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。（3）I/O输入/输出部件（I/O模块：接口电路、I/O映像存储器）I/O输入/输出部件——CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：输入/输出，电平转换，电气隔离，串/并行转换，数据传送，A/D、D/A转换，误码校验，其他功能模块。I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。(4)编程器等外部设备编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具。作用：用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视。通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数。通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话。分类：简单型——只能联机编程；只能用指令清单编程智能型——既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清单（语句表）、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程。注意：编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。其他外设：磁盘、光盘、EPROM写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。(5)电源内部电源——开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。外部电源——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。2、PLC的工作原理最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式—扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。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。（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；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。3.2PLC的特点及功能3.2.11、高可靠性所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2、丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀直接连接；另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。（1）采用模块化结构（2）编程简单易学（3）安装简单维修方便PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行各种模块上均有运行和故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。3.2.2PLC的功能：（1）数据采集与输出。（2）控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。（3）数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。（4）输入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。（5）通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成"集中管理、分散控制"的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。（6）支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。（7）编程、调试等，并且大部分支持在线编程3．3西门子S7-200PLCS7-200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。它集成6输入/4输出共10个数字量I/O点，无I/O扩展能力。拥有6K字节程序和数据存储空间，4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出以及1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统等。3.3.1S7-200PLCCPU简介S7-200CPU将一个微处理器、一个集成的电源和若干数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，组成一个功能强大的PLC。S-7200如图3.1所示。西门子提供多种类型的CPU，以适应各种应用的要求。不同类型的CPU具有不同的数字量I/O点数和内存容量等规格参数。S7-200PLC系列是一种紧凑型可编程序控制器。系统的硬件构架由构成系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。它能够控制各种设备以满足自动化控制需求。S7-200除具有PLC基本的控制功能外，更在以下方面具有独到之处，这些也是S7-200PLC普遍受欢迎的原因。(1)功能强大的指令集(2)丰富强大的通讯功能(3)编程软件的易用性(4)不断地创新图图3.1S7-200CPU外型目前，提供的S7-200CPU有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU226XM。S7-200CPU规格如表3.1所列。表3.1S7-200CPU规格特性CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM外形尺寸（mm）90*80*6290*80*62120.5*80*62190*80*62190*80*62程序存储区2048字2048字4096字4096字8192字数据存储区1024字1024字2560字2560字5120字掉电保护时间50小时50小时190小时190小时190小时本机I/O6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出24入/16出扩展模块数量02777高速计数器单相4路30KHz4路30KHz6路30KHz6路30KHz6路30KHz双相2路20KHz2路20KHz4路20KHz4路20KHz4路20KHz脉冲输出（DC）2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路20KHz模拟电位器11222实时时钟配时钟卡配时钟卡内置内置内置通讯口1RS-4851RS-4851RS-4852RS-4852RS-485浮点数运算有I/O映象区256（128入/128）布尔指令执行速度0.37µs/指令对于每个型号，西门子提供直流（24V）和交流（120～220V）两种电源供电的CPU类型。如CPU224DC/DC/DC和CPU224AC/DC/Relay。每个类型都有各自的定货号。DC/DC/DC：说明CPU是直流供电，直流数字量输入，数字量输出点是晶体管直流电路的类型。AC/DC/Relay：说明CPU是交流供电，直流数字量输入，数字量输出点是继电器触电的类型。3.3.2S7-200PLC的通讯和网络功能S7-200提供了多种通讯和网络功能，包括PPI网络通讯功能、Profibus-DP网络通讯功能、自由口通讯功能、以太网通讯功能和Modem远程通讯功能。S7-200编程软件STEP7-Micro/WIN32V3.2以上版本提供了USS和ModbusRTU从站指令库。USS和ModbusRTU从站指令库都使用S7-200CPU的自由口通讯模式编程实现。S7-200支持的PPI、Profibus-DP、自由口通讯模式都是建立在RS-485硬件的基础上。4电梯控制系统的PLC及变频器选择4.1电梯控制要求分析所涉及的电梯模型共有五层，电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；负1-5所对应的指示灯表示楼层号，每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯。工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，为此它要求具有自动选向、顺向截梯、反向保号，外呼记忆，自动开/关门状态，停梯消号，自动达层等功能。分析以上控制要求，将电梯控制要实现的功能罗列如下：（1）开始时，电梯处于任意一层。（2）当有外呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。（3）当有内呼梯信号到来时，电梯应该响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。（4）在电梯运行过程中电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信号均不响应，但如果反向呼梯信号前方无其它内、外呼梯信号时，则电梯相应该外呼信号，但不响应三层向下外呼梯信号。同时，如果电梯达到四层，五层没有任何呼梯信号，测电梯可以响应四层向下外呼梯信号。（5）电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。（6）电梯具有同向截车功能。（7）电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮可使门打开，按关门按钮可使门关闭。4.2基于PLC电梯控制系统的优点基于PLC电梯控制控制系统的优点有：（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的控制，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。4.3PLC选型4.3.1根据电梯控制的特点，输入信号应该包括以下几个部分：（1）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负一层只有上升按钮，第五层只有下降按钮外，其余四层均设有上升、下降两个按钮，故一共需要16个输入。（2）位置信号一对上下极限限位开关，还有一个下基准限位开关。平时为常开，当电梯运行到平层时关闭，另外还有一组开关门限位，故位置信号一共需要5个输入。（3）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。一个轿厢安全开关。一对轿厢开关门按钮。（4）其他信号编码器高速计数输入A/B相，检修开关，急停按钮，消防按钮。综上所述，共需要输入点33个。输出信号应该包括：（1）内呼指示信号内呼指示信号有6个，分别表示负1-5层的内呼被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。（2）外呼指示信号外呼信号共有10个，分别表示负1-5层的外呼被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。（3）电梯轿厢上下行，电梯上下行指示信号，共4个。（4）门电机开关指示，共需要输出点2个。（5）变频器输入点4个，NC，显示驱动4个，电子报站，电子报告电梯上下行综上所述，共需输出点32个。PLC五层电梯控制系统的输入、输出点分配表如表4.1所示。装置共有33点输入指令信号，32点输出控制信号，输入信号包括：楼层内、外选择信号、轿厢运行时楼层检测信号、检修控制系统信号、消防模拟信号、极限限位保护信号等，输出信号包括：变频驱动信号、楼层显示控制系统信号、楼层内外呼指示信号、上下行指示信号、到站钟信号、电梯开门、关门信号以及安全保护信号等。表4.1PLC输入、输出点分配表PLC输入点电梯实物内部接口(I/O)PLC输出点电梯实物内部接口(I/O)I0.0编码器高速计数输入A相Q0.0DIN1（变频器输入点5）I0.1编码器高速计数输入B相Q0.1DIN2（变频器输入点6）I0.2轿厢安全开关Q0.2DIN3（变频器输入点7）I0.3五层外呼下按钮Q0.3DIN4（变频器输入点3）I0.4四层外呼上按钮Q0.4NCI0.5四层外呼下按钮Q0.5关门驱动I0.6三层外呼上按钮Q0.6开门驱动I0.7三层外呼下按钮Q0.7五层外呼下指示I1.0二层外呼上按钮Q1.0四层外呼上指示I1.1二层外呼下按钮Q1.1四层外呼下指示I1.2一层外呼上按钮Q1.2三层外呼上指示I1.3一层外呼下按钮Q1.3三层外呼下指示I1.4底层外呼上按钮Q1.4二层外呼上指示I1.5下基准限位开关Q1.5二层外呼下指示I1.6下极限限位开关Q1.6一层外呼上指示I1.7检修开关Q1.7一层外呼下指示I2.0手动开门按钮Q2.0底层外呼上指示I2.1手动关门按钮Q2.1显示驱动AI2.2手动上行按钮Q2.2显示驱动BI2.3手动下行按钮Q2.3显示驱动CI2.4急停按钮Q2.4显示驱动DI2.5消防按钮Q2.5电梯上行指示I2.6关门限位开关Q2.6电梯下行指示I2.7开门限位开关Q2.7底层内呼指示I3.0底层内呼按钮Q3.0一层内呼指示I3.1一层内呼按钮Q3.1二层内呼指示I3.2二层内呼按钮Q3.2三层内呼指示I3.3三层内呼按钮Q3.3四层内呼指示I3.4四层内呼按钮Q3.4五层内呼指示I3.5五层内呼按钮Q3.5电子报站I3.6轿厢开门按钮Q3.6电子报告电梯上行I3.7轿厢关门按钮Q3.7电子报告电梯下行I4.0上极限位开关4.3.2P综合输入输出点的计算以及要实现的电梯控制功能，使用西门子S7-200PLC（CPU226）加一个扩展模块，这样就能完全能够满足设计要求。S7-200PLC是一种小型可编程逻辑控制器（MicroPLC），可应用于各种小型自动化控制系统。高集成度的设计、低廉的成本使得S7-200成为各种小型控制任务理想的解决方案，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。并且，西门子S7-200PLC具有：极高的可靠性、丰富的指令集、极快的浮点运算速度、丰富的扩展模块、强大的内部集成功能等几个方面的出色表现。4.4变频器的选择4.4.1变频器工作原理及特点1、变频器工作原理（1）VVVF：改变电压、改变频率（VariableVoltageandVariableFrequency）的缩写。（2）CVCF：恒电压、恒频率（ConstantVoltageandConstantFrequency）的缩写。各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。2、变频器的特点通用变频器的发展：上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间内经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程。（1）容量不断扩大（2）结构的小型化（3）多功能和智能化（4）应用领域不断扩大4.4.2变频器的选择随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前，有为电梯控制而设计的专用变频器，其功能较强，使用灵活，但其价格昂贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感;另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素，本设计选用西门子MM420通用变频器，它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。西门子变频器进入中国市场较晚，但是其增长速度最快。西门子变频器主要分为通用型、工程型和专用型三类。西门子通用型变频器快速增长的原因主要有以下几个方面:(1)不断推出新产品，满足不同用户的特定要求。西门子产品一般的更新周期不超过5年。其产品能够满足不同用户的特殊要求。(2)强大的通讯功能和全面的配套软件，是西门子自动化产品的一大特点。这在我国造纸、化工、钢铁、机械制造等诸多产业从技术改造向自动化控制全面推进的飞速发展过程中，尤显其竞争优势。(3)近两年推出的MM4新一代变频器不仅具有西门子工程型变频器MasterDrive的良好架构，还具有较高的性能价格比，虽然价格不高却有着比同类产品更强大的功能。利用BiCo功能可以为更为复杂的功能进行编程，它可以在输入(数字的，模拟的，串行通讯的等等)和输出(变频器的电流，频率，模拟输出，继电器节点输出等等)之间建立布尔代数式和数学关系式。(4)MM4新一代变频器不同于其他变频器的另一个显著特点是：他给用户提供的是一个完全开放的编程平台，使用户可以根据自己的需要最大限度的合理利用有限的资源实现尽可能复杂的控制特性。它的几十个自由功能块可以代替PLC实现一些简单的编程操作。(5)由于价格低廉，变频器在制造时不得已选用了一些底端的原器件，或者说在选用原器件时考虑的富裕量太小。比如：耐压，耐温，耐电压、电流冲击等。因此，在我国使用的实践中出现问题相对较多，这是令我们感到非常遗憾的地方。变频器自学习功能的应用方法:为了使变频器工作在最佳状态，在完成参数设置后，需使变频器对所驱动的电动机进行自学习，而MM420就具有曳引机参数自学习的功能，其方法是:将曳引机制动轮与电机轴脱离，使电动机处于空载状态，然后启动电动机，让变频器自动识别并存储电动机有关参数，变频器将根据识别到的结果调整控制算法中的有关参数。显然，这一组自学习到的参数，是和变频器匹配的最佳参数，使变频器能对该电动机进行最佳控制。5基于PLC电梯控制系统设计5.1设计软件1、STEP7-Micro/WIN32简介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（IEC1131-3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。电梯控制系统使用STEP7-Micro/WIN32编程软件开发PLC应用程序，编写梯形图，电梯具有内呼，外呼，上行，下行，开门，关门，停层开门，楼层显示等功能。2、软件安装软件来源：STEP7-Micro/WIN32-西门子网站下载或光盘。安装：双击STEP7-Micro/WIN32的安装程序setup.exe，根据在线提示，安装完成。编程语言：英语。界面汉化：安装完后可用STEP7-Micro/WIN32中文汉化软件将编程界面和帮助文件汉化，使编程环境为中文状态。3、主页面各部分功能（1）菜单条包括：引导条，指令树，程序编辑器，符号表，状态图标，数据块，输出块，输出窗口，状态条程序查看，局部变量表。如图5.1所示（2）工具条提供便捷的鼠标操作，可用“检视”菜单的“工具栏”项自定义工具条，可添加和删除3种按钮：标准、调试、和指令。（3）引导条提供按钮控制的快速窗口切换功能，可用“检视”菜单的“浏览栏”项选择是否打开。引导条包括程序块、符号表、状态图标、数据块、系统块、交叉索引和通讯七个组件。一个完整的项目文件通常包括六个组件。（4）指令树提供编程时用到的所有快捷键操作命令和PLC可用“检视”菜单的“指令树”项决定是否将其打开。（5）输出窗口显示程序编译的结果信息图5.1STEP7-Micro/WIN322工作界面（6）状态条显示程序软件执行状态，编辑程序时，显示当前网络号、列号、行号；运行时，显示运行状态、通讯波特率、远程地址等。（7）程序编辑器梯形图、语句表或功能图表编辑器编写用户程序，或在联机状态下从PLC上装用户程序进行程序的编辑或修改。（8）局部变量表每个程序块都对应一个局部变量表，在带参数的子程序调用中，参数的传递就是通过局部变量表进行的。5.2电梯控制系统总体设计5.2.1总体结构及控制信号基于PLC的电梯控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图5.2为电梯PLC控制系统总体结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、变频器、曳引机、门机、显示系统、信号系统、PG（旋转编码器）、电源等。系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器并由PLC软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。电梯PLC控制系统总体结构如图5.3所示。图5.2系统总体结构图图5.3控制信号结构图5.2.2PLCCPU226I/O图5.4（a）（b）为CPU226I/O接线图。图5.4（a）CPU226I/O接线图图5.4（b）CPU226I/O接线图图5.5为扩展模块I/O接线图。图5.5扩展模块EN223I/O接线图5.2.3程序设计流程图程序设计的流程如图5.6所示。（其中不包括检修及司机开关电梯环节，只是电梯运行的基本流程图）图5.6程序设计的流程图轿箱内设有选择楼层按键和上升、下降指示组成，底层指示、一层指示、二层指示、三层指示、四层指示、五层指示。电梯在上升途中只响应上升请求，下降途中只能响应下降请求，任何相反方向的请求都无效。5.2.4变频器的参数设置及参数计算1、变频器MM420参数设置（1）先下载程序打开STEP-7软件，在工具栏中的“工具”“选项”“一般”中把编程模式改为“IEC1131-3”,后“确认”。打开“USSPLC”变频器.mvp”程序，下载。完成此步！（2）连载拔去PLC上的下载线，用RS-485线将PLC与变频器相连。U连接A，V连接B，W连接C，X连接Y连接Z，完成此步！（3）设置变频器通电，设置数据，先按“P”,再按“△”，找到P0010再按“P”，此时会显一数字。用“△”和“▽”将此数字改为要求的数字，其它类同。需改动的数据依次为：P0010=1P0304=230VP0305=1.3AP0307=180WP0310=50HZP0311=1394P0010=0P0700=5P1000=5P1120=10P1121=10P2000=50P2009=0P2010=6P2011=程序中的站点P2014=0--65535P0971=1设置完成，关电源一次！（注意P700和P1000的参数设定，设为5：为通信方式，：设为2为：模拟量方式，设为1：自身调节）2、变频器容量计算变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取。设电梯曳引机电机功率为P1电梯运行速度为v，电梯自重为w1，电梯载重为W2配重为W3重力加速度为g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P2:P2=[(W1+W2-W3)g+F1]v其中F1=K(W1+W2-W3)g+＆为摩擦力，＆可忽略不计。电机功率P1，变频器功率P应接近于电机功率P1，相对于P2留有较大裕量，可取P≈l.5P23、变频器制动电阻参数的计算由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能.带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高.采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果.能耗制动电阻R1的大小应使制动电流I1的值不超过变频器额定电流的一半，即I1=Uo/R1≤I/2其中Uo为额定情况下变频器的直流母线电压.由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率.5.3电梯控制系统的功能电梯控制系统实现的功能包括：(1)一台电机控制上升和下降。(2)各层设上/下呼叫开关(最顶层与起始层只设一只)。(3)电梯到位后具有手动或自动开门关门功能。(4)电梯内设有层楼指令键，开关门按键，警铃风扇及照明按键。(5)电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯。(6)待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客。(7)自动关门与提早关门.在一般情况下，电梯停站4-6秒应能自动关门;在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作。(8)按钮开门。在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开。(9)内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。(10)自动定向。当轿厢内操纵盘上，选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。(11)呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。(12)自动换向。当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。(13)自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。(14)自动返基站。当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。5.4梯形图设计梯形图的设计可以分成几个环节进行，然后再将这些环节组合在一起形成完整的梯形图。开关门环节电梯的开关门，存在以下几种情况：电梯检修时的开关门。检修状态下，开关门均为手动状态，由开关门按钮实施开门与关门。如图5.7、5.8所示。图5.7手动关门程序图5.8手动开门程序（2）电梯自动运行停层时的开门。电梯在平层时至平层位置，电梯应开始开门。如图5.9所示。图5.9开关门判断程序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。目前大多数电梯采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，已达到重新开门的目的。（3）呼梯开门。电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。若其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并启动运行，到达呼梯楼层时再开门。如图5.10所示。图5.10呼梯开门程序（4）电梯自动运行时的关门。停站时间继电器延时结束时，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。如图5.11所示。图5.11自动运行过程中的关门程序层楼显示程序层楼指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿箱内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。过去常由低压灯泡构成，现多由LED组成，且与呼梯盒做成一体结构。如图5.12所示。图5.12楼层显示程序3．电梯平层判断轿厢楼层位置检测方法：主要方法有如下几种：(1)用干簧管磁感应器或其它位置开关:这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。(2)利用稳态磁保开关:这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。(3)利用旋转编码器:目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因而在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可利用PLC内置24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢位置优于其他方法，故本设计采用此法。平层程序如图5.13所示。图5.13平层判断程序4．内选信号锁存乘客或司机通过对轿厢内操作盘上负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，停层信号即被消除，指示灯也应熄灭。内选信号锁存程序如图5.14所示。图5.14内选信号锁存程序5．外呼信号锁存控制程序乘客或司机在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。当电梯到达该层，且定向方向与目的地方向一致时（基层和顶层除外），呼梯要求已满足，呼梯信号应被消除。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。外呼信号锁存控制程序如图5.15所示。图5.15外呼信号锁存控制程序6．电梯运行方向程序本程序的自动选项功能主要由电梯的上行条件和下行条件两部分组成，其中，电梯满足以下条件时上行：（1）电梯在一层，且有二层外呼下指示，二层外呼上指示，二层内呼指示，三层外呼下指示，三层外呼上指示，三层内呼指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，四层内呼指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。（2）电梯在二层，且有三层外呼下指示，三层外呼上指示，三层内呼指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，四层内呼指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。（3）电梯在三层，且有四层外呼下指示，四层外呼上指示，四层内呼指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。（4）电梯在四层，且有五层外呼下指示，五层内呼指示。（5）电梯在负一层时，无论什么情况均上行；同理，电梯在第五层时无论什么情况均不上行。满足以上条件同时不满足电梯下行条件时，电梯上行，绘制电梯上行梯形图如图5.16所示。图5.16电梯向上运行程序同样，当满足以下条件，且不满足电梯上行条件时，电梯下行：（1）电梯在一层，且有负一层上呼指示，负一层内呼指示。（2）电梯在二层，一层外呼上指示，一层内呼指示，负一层上呼指示，负一层内呼指示。（3）电梯在三层，二层外呼上指示，二层外呼下指示，二层内呼指示，一层外呼上指示，一层外呼下指示，一层内呼指示，负一层上呼指示，负一层内呼指示。（4）电梯在四层，三层外呼上指示，三层外呼下指示，三层内呼指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，二层内呼指示，一层外呼上指示，一层外呼下指示，一层内呼指示，负一层上呼指示，负一层内呼指示。（5）电梯在五层时，无论什么情况均满足下行条件，同理，电梯在负一层时，无论如何均不会下行。绘制电梯下行梯形图如图5.17所示。图5.17电梯向下运行程序7．电梯运行方向显示程序电梯运行方向显示程序如图5.18所示。图5.18电梯运行方向显示程序8．电梯减速控制程序电梯减速控制程序如图5.19所示。图5.19电梯减速控制程序电梯的工作特点是频繁起制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车抱闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。本设计采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯一运行，计数器就可以精确地确定走过的距离，达到与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。不论哪种方式产生的减速命令，由于负载的变化、电网波动、钢丝绳打滑等，都会使减速过程不符合平层技术要求，为此一般在离层楼100-200mm处需设置一个平层矫正器，以确保平层的长期准确性。9.手动控制方向程序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。手动控制方向程序如图5.20所示。图5.20手动控制方向程序10．电子报站程序电子报站程序如图5.21所示。图5.21电子报站程序11.消防功能程序消防功能程序如图5.22所示。图5.22消防功能程序5.5电梯调试1、单指令运行调试这是一种最简单的调试方法，检查所设计的程序在完成其最简单的控制功能时是否会发生错误。若各种调试无错误，则再用复杂的方法进行调试。单指令运行调试的具体内容如下：假定电梯的轿厢在一楼，一层指示灯发光，此时按下5楼的内指令按钮，5楼内指令显示亮，电梯关门后，开始上行，当轿厢上升到5楼后，数码管显示为“5”楼的内指令显示信号消除。2、单层运行调试单指令运行调试之后，再下来就是单层调试，以确保程序再多条指令运行时的正确性。此种调试是让电梯单方向运行于n层，譬如，电梯轿厢原先在二层，如此时三楼和四楼有向上外呼，三楼和四楼外呼指示灯亮，此时按下关门按钮，则轿厢往上运行，到三楼时经过比较发出平层信号，轿厢停层响应呼梯，三楼外呼指示灯灭，延时5秒后，轿厢继续向上运行，到四楼时经过比较发出平层信号，轿厢停层响应呼梯，并消除登记信号。结论在完成此毕业设计过程中，通过在图书馆、互联网上查阅有关资料，了解了电梯的起源和发展过程，并且加深了对电梯的运行过程、控制系统的认识。熟悉了可编程控制器在电梯控制系统中的运用。为了完成这个课题，我用了大量的时间来学习PLC及电气自动化的相关知识。虽然在开始阶段感到很困难，但还是坚持下来了。并且在所学知识的基础上利用已有的电梯控制系统的设计知识，尝试了基于PLC电梯控制系统的设计。此次毕业设计的经历使我将原来所学的知识系统化、实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。通过这次设计，我还认识到无论做什么，都需要踏实、勤奋、严谨的工作态度。这对我以后的工作产生深远的影响。本设计基本上达到了设计目的。通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，利用通用变频器和PLC实现了对五层电梯的控制。该系统采用随机逻辑控制，即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计算器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。电梯的运行方向以及电梯所在的楼层显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示。该系统的PLC能对轿厢的加减速以及制动进行有效的控制，根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现，我们为了电梯的运行安全，还设置了可靠的故障保护和相应的显示。

致谢电梯控制技术是一项专业技术，它涉及到自动化专业的诸多课程。通过此次设计我对自己所学基础理论、专业知识和基本技能进行了综合的检验。培养了分析与解决实际问题的能力，同时这次毕业设计不仅使我了解了很多新的知识，更重要的是我检索和获取知识的能力的到了很大的提高，这跟老师们给我的指导也是分不开的。本文是在导师张焕君老师的悉心指导下完成的，导师严谨求实的治学态度让我受益匪浅。谨此向导师致以崇高的敬意和衷心的感谢！在课题选题和研究过程中，还得到了其他老师和同学的帮助。在此，对其他给予帮助的老师们表示我诚挚的谢意，对给予帮助的同学们表示衷心的感激和谢意。鉴于本人所学知识有限，经验不足，又是初次研究这种复杂的设计。在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请各位老师给予批评和指正。最后，还要感谢沈阳理工大学以及信息科学与工程学院的所有老师在这大学四年中给我的培养。四年的培育，不仅使我学到了很多新知识，更重要的是，使我建立起了一套完整的科学思考观，正是有了这样科学的分析和思考问题的方式，才能使我解决毕业设计中遇到的一系列问题，同时这在我以后的生活、学习和工作中也将起到举足轻重的作用。参考文献[1]马宏革.可编程控制技术.北京：化学工业出版社，2010：45-53[2]宋伯生．PLC编程实用指南．北京：机械工业出版社，2007：33-36[3]胡健．西门子S7-200PLC应用教程．北京：机械工业出版社，2008：90-100[4]张进秋.可编程控制器原理及应用实例.北京：机械工业出版社，2004：40-54[5]肖清，王中锋.西门子PLC课程设计指导书，2009：16-20[6]曹梦龙.可编程控制器基础及工程实践.北京：化学工业出版社，2010：73-85[7]SIEMENSCo.SIMATICS7-300可编程程序控制器硬件和安装手册,2002：99-130[8]吴丽编.电气控制与PLC.河南：黄河水利出版社，2011：44-57[9]高丽丽.PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的研究.山东：山东科技大学，2003：88-95[10]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆：重庆大学出版社，2001：39-52附录A英文原文Understanding