电子信息技术期末考试试题及答案

一、引言

随着经济的不断发展和科技的进步，世界各地高层建筑不断涌现，作为建筑中枢神经，电梯起着起

作其它设备不可替代的作用。作为建筑物内部的主要运输工具，全社会使用电梯的数量正在迅速增加。

电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求

推动了电梯技术的更新。电梯的的种类也多种多样，如载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂

物电梯、观光电梯等。自动平层、微机检测、图像显示、监控以及现代通信都在电梯中得到应用。电梯

技术正向现代化、网络化，智能化发展，给人们提供了极其方便和舒适的生活条件。

可编程控制系统(ProgrammableLogicController))作为种工业控制微型计算机，它采用易学

易懂的梯形图语言、控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，现在的电梯控制多采用可编

程控制器来实现。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优

点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于继电器控制系统到监控计算机之间的许

多控制领域。PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计

数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的

实现了对电梯的控制。

二、可编程控制器控制电梯系统的设计方案

可编程控制器用于电梯控制系统，既具备微机板控制的一系列优点，又可以克服单纯应用微机板存

在的不足之处。

(一)可编程控制器用于控制电梯控制的特点

1.实时性强

信号处理时间短，速度快。

信号处理和程序运行的速度快。

能满足各种型号电梯的控制目标。

2.可靠性高

所有的"0输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与捽制器内部电路之间电气上隔

离。

(1)为了消除信号噪声，在输入接口内设置了多种滤波电路。

(2)为了PLC的信号处理,输入接口内有电平转换及信号锁存电路。

(3)为了便于与现场信号的连接,在输入接口外部设有接线端子排。

(4)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立即采取有效措施，以防

止故障扩大。大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模

块冗余、10模块冗余，使可靠性更进一步提高。

(5)采用性能优良的开关电源。

3.编程方便

PLC的设计是面向工业企业中一般电气工程技术人员的,它采用易于理解和掌握的梯形图语言,经

及面向工业控制的简单指令。这种梯形图语言继承了传统电器控制线路的表达式,又考虑到工业企业国

的电气技术人员的看图习惯的微机应用水平，因此得到了广大电气技术人员的欢迎。

4.使用方便

由于产品的系列化和模板化,并且配有品种齐全的各种软件,用户灵活组成各种规模和要求不同的

控制系统,用户在硬件设计方面,只是确定PLC的硬件配置和I/O通道的外部接线。在PLC构成的控制系

统中,只需在PLC的端子上接入相应的输入,输出信号即可,不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大

量繁杂的硬接线电路。在生产工艺流程改变,或生产线设备更新,或系统控制要求改变,需要变更控制系

统的功能时,一般不必改变或很少改变I/O通道的外部接线,只要改变存储器中的控制程序即可,这在传

统的继电器控制时是很难想象的。

5.质优价廉，性价比高

6.安装简单，维修方便

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。

7.设计、施工、调试周期短

PLC完成一项控制工程中，由于其硬软件齐全，设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了继

电器硬接线实现控制功能，使得控制柜的设计及安装接线工作量大为减少，缩短了施工周期。同时，由于

用户程序大都可以在实验室模拟调试,模拟调试好后再将PLC控制系统在生产现场进行联机经统调、快

速、安全,因此大大缩短了设计和投运周期。

综上所述，可编程控制器非常适用于交流电梯控制系统。

（二）系统设计内容与步骤

1.分析电梯的使用环境及客户要求，确定控制系统的硬件配置。

2.根据电梯的软件控制系统，我们对可编程控制器控制电梯的核心控制

部件可编程控制器的软件资源进行资源分配。

（三）可编程控制器控制电梯硬件系统的设计

1.电梯配重的选择

电梯是垂直运输工具，属于位能负载。动力来自于电动机，本系统选用15KW的异步电动机。曳引机

的作用有三点：其一是调速；其二是驱动曳引钢丝绳，其三是在电梯停车时实施制动。为了加大载重能力,

钢丝绳的一端是轿厢，另一端加装了配重装置，

配重的重量随电梯我重量的大小而变化。计算公式

如：

配重的重量=（载重量/2+轿厢自重）*45%

W0

图2-1拖动机构原理

这种拖动机构可使电梯的载重能力大为提高。

2.曳引机功率的选择

曳引机功率的选择公式：

N=QV（1-Y）/102W

其中：W为电梯机械传动效率；Y为电梯平衡系数：Q为电梯的额定载重量；V为电梯的额定速度。

在计算电梯曳引机功率后再预留20猿~30%的功率。

（四）可编程控制器控制电梯软件的选择

本设计系统为五层楼电梯控制系统，采用S7—200CPU226加上一个扩展模块EM223的24VDC输

入法16点/输出16点类型。它是24点输入和16点输出点加上16点扩展输入和16点扩展输出。

图1-2S7-200CPU226PLC外型

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解帅!］帕顺中网麻（工

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图1-2S7-200CPU226DC/DC/DC端子连接图

1.I/O接口分配数

输入接口名称与作用输出接口名称与作用

10.0门锁Q0.0上行

10.1自动Q0.1下行

10.2检修Q0.2高速

10.3开门Q0.3低速

10.4关门Q0.4启动加速

10.5上行启动Q0.5制动减速1

10.6下行启动Q0.6制动减速2

10.7基站Q0.7制动减速3

11.0开门到位Q1.0开门

11.1关门到位Q1.1关门

11.2上行限位Q1.2上行指示

11.3下行限位Q1.3下行指示

11.4一楼内选Q1.4一层层楼指示

11.5二楼内选Q1.5二层层楼指示

11.6三楼内选Q1.6三层层楼指示

11.7四楼内选Q1.7四层层楼指示

12.0五楼内选Q2.0五层层楼指示

12.1一楼感应器Q2.1一层内选记忆灯

12.2二楼感应器Q2.2二层内选记忆灯

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12.3三楼感应器Q2.3三层内选记忆灯

12.4四楼感应器Q2.4四层内选记忆灯

12.5五楼感应器Q2.5五层内选记忆灯

12.6上平层感应器Q2.6一楼上呼记忆

12.7下平层感应器Q2.7二楼上呼记忆

13.0一楼上行Q3.0三楼上呼记忆

13.1二楼上行Q3.1四楼上呼记忆

13.2三楼上行Q3.2二楼下呼记忆

13.3四楼上行Q3.3三楼下呼记忆

13.4二楼下行Q3.4四楼下呼记忆

13.5三楼下行Q3.5五楼下呼记忆

13.6四楼下行Q3.6报警

13.7五楼下行Q3.7A

14.0•楼智能判断Q4.0B

14.1二楼智能判断Q4.1C

14.2三楼智能判断Q4.2D

14.3四楼智能判断Q4.3E

14.4五楼智能判断Q4.4F

14.5超重Q4.5G

14.6自动开门

2.内部继电器分配

楼层信号产生与消除环节Ml.O'Ml.7

停层信号登记与消除环节M2.0~M2.7

外呼信号登记与消除环节M3.0~M3.7

定向环节M4.0~M4.7

停层信号环节M5.0~M5.7

起动、稳速运行、制动减速环节M6.0~M6.7M7.0~M7.7

开关门环节继电器MO.0~M0.7M8.0~M8.7

①底文为浅色的接口需要再加扩展模板

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3.五层电梯PLC控制输入/输出口接线图

KM2

必KA2QO.O——iSJYU_-------------------

QO.l

「颜K).O—

:SAfJQ0.2高速

年力哂

Q0.3

,SA1-2Q0.4启动Oi速

检修K).2KM5

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KM6

TFl'1K),3

Q0.6

，SB2KNT7

关门K).4Q0.7

QI.0IO册口

上行SB3K).5S7-20CX3PU226KM7^

QI.1为1

SB4K).6

QI.2

理占/SQ5卜彳月标

K).7QL.

.43下行指示

JB'W/：SQ611.0L

Q11后加国后代

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为'倒(立SQ7”.]QQ162匕母楼指^

7

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卜彳JM'ZJU.3

房内组SB5[]4

SB6I1.5

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五层内选SB9J2.0

12.1

三层感^^

4KR

四层感、号搭24

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上也侬巡」26

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卜、I失辇'''湍Q.7

1楼I彳flSB匕.0

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2楼上彳f2sB!13.1..J0

Q2

3楼l/^3SB113.2.1层内选记IZJM

Q2

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4楼l"4sBi13.3Q2

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2楼卜,2SB2Q24

13.424VDC16/16.

Q2

3楼卜£3SB2$2.65

PQ1楼111乎记忆

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4楼Hff4SB2p.6172楼11呼II忆

Q

33.J聘喇£

5才娄"1"RG|3.7Q

32

Q

楼智向引新332楼即乎d•乙

114.0Q

KR1343才委卜"乎记忆

Q34楼卜呼记|乙

2楼惭u.lKR2

Q3.655即乙

3楼^⑥”析14.2

KR3超丽:靖

4楼枪"析43

KR4

5楼？，响aj折乩4KR5

超，舟痴14.5

—_________

BJ

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三、电梯硬件选择

（-）主电路

图2-1是交流双速电梯的主电路图。图中Ml为YTD系列专用双速笼型异步电动机（6/24极）；KM1、

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

现电梯的高速与低速成运行接触器;L1、L2与R0、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成控制。当KM1式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Rl、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，提高停车制动的舒适度。至平层位置时，接触器全部释放，

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点动运行。[4]

（二）门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路

门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路如图2-2,门电动机为他励直流电动机，可由KM9、KM10

控制其正反转。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接通时，电动机将反转，实现关门，并

由SQ9、SQ10与R3一起实现关门调速。

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、轿门开头串联在一起，控制门锁继

电器KA1,实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。

将安全窗开头、安全钳开头、限速器开头、轿内急停开头、上下行强迫停止开头、基站开头梯门

开头以及热继电器触点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。[4]

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图2-1主电路

图2-2门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路

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四、层楼信号的产生、消除及显示

（一）层楼信号的产生、消除梯形图

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网第35

M1.1Q1.5

<)

网络36

M1.2Q1.6

<)

网第37

M1.3Q1.7

<)

网络38

当电梯到达某一层楼时，该楼层的感应器接收到感应信号，并与它的上下层楼进行互锁，保证电梯

的逻辑的唯一。如：以第二层为例，接通二楼感应器时，串接楼与三楼感应器的常闭触点。若二楼感

应器出现问题，当电梯到达三楼时，12.2也处于接通状态，QL5也会同时接通，出现逻辑混乱。

（二）轿厢位置显示

若要接入轿厢显示电路，由于本系统的接口基本已用完，可以再加一个EM2228点24DC输出型的

数字输出扩展模板。

采用七段数码管，它是将数码管分布在同一平面内，由若干发光二极管或液科体组成各种数字管。

在七段码显示电路中，对数码管的输入管脚A、B、C、D、E、F、G送入24V电源，则相应的区段就会被

点亮，控制可编程控制器的端子Q3.7、Q4.0、Q4.1、Q4.2、Q4.3、Q4.4、Q4.5闭合或断开就可以控制

数码管相应段的亮与火，以组成相应的数值。

VCC

a

b

g

eLd

dp

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七段数码显示数值与管脚关系

楼层七段数码输出

ABCDEFG

(Q3.7)(Q4.0)(Q4.1)(Q4.2)(Q4.3)(Q4.4)(Q4.5)

l(Ml.O)0110000

2(Ml.1)1101101

3(Ml.2)1111001

4(Ml.3)0110011

5(Ml.4)1011011

网络1网络标题

显示电路

M1.1Q3.7

T)

TH

TM__

网络2网络标题

网络注释

M1.0Q4,0

—IH-p()

TH

TH

TM

网络3网络标题

网络注释

M1.0Q4.1

—I1L)

M1.2

T—

M1.3

—II—

M1.4

—I一

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网络4网络标题

|网络注释一

M1.1Q4.2

网络7网络标题

|网络注释]

M1.1Q4.5

—II—T-<)

M1.3

—II—

程序原理如卜一:

当电梯到达2、3、5层时，ML1、Ml.2、ML4常开触点闭合,令Q3.7得电。

当电梯到达1、2、3、4层时,Ml.OxMl.hMl.2、Ml.3开触点闭合,令Q4.0得电。

当电梯到达1、3、4、5层时，MLOM1.2、Ml.3Ml.4常开触点闭合，令Q4.1得电。

当电梯到达2、3、5层时，Ml.1、ML2、Ml.4常开触点闭合，令Q4.2得电。

当电梯到达2层时，ML1常开触点闭合，令Q4.3得电。

当电梯到达4、5层时，Ml.3、Ml.4常开触点闭合，令Q4.4得电。

当电梯到达2、3、4、5层时,Ml.1、ML2、Ml.3、Ml.4常开触点闭合,令Q4.5得电。

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五、停层信号的登记与消除

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网络23

I

M2.1Q2.2

—II——C)

网络24

I

M2.2Q2.3

—II——()

网络25

I

M2.3Q2,4

—II-----()

网络26

II

M2.4Q2.5

TI-------C)

当乘客在电梯内选择广5层的选层按钮操作，被选中的楼层的相应指示灯就会亮，如：被选中的

二层时，则H.5接通，通过继电器M2.1互锁，Q2.2就会动作，发光。

六、外呼信号的登记与消除环节

网络49NetworkTide

|外呼信号登记与消除环节梯形图|

13.0M1.0M3.0

—II—pH/I-------C)

M3.0

—II—1

网络50

I~1

M3.014.0Q2.6

TI-------1I-------()

Network51

I1

13.1M1.1M3.1

—IH-pH/I-)

M3.1|M40||

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Network59

I-

13.5M1.2M3.5

—II—pH/)

M3：|।M44||

网络63

网络64

M3.7I4,4Q3.5

I---1I---()

在厅外呼梯时，呼梯信号应被接收与记忆。当到该层时，若定向方向与目的方向一致时，呼梯要

求被满足，呼梯信号被取消。

如：以第二层上外呼为例，当电梯在第一层时，若二层有人按外呼上行按钮，则13.1接通，M3.1

通电自锁，Q2.7动作，指示灯亮。由于从一层到达第二层是上行，则M4.0是断开的，当电梯到达第二

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层时，Ml.1断开，所以M3.1断开，指示灯熄灭。当电梯从二层以上向一层方向运行时，则M4.0不动

作，处于接通状态，按下二层外呼上行按钮，13.1接通，M3.1通电自锁，Q2.7动作，指示灯亮。，当

到达二层楼时，M1.1断开，但是由于M4.0不动作，所以M3.1继续通电，指示灯亮，当电梯从底层方

向向上运行时，到达二层楼时，M3.1断开，指示灯熄灭。

七、电梯的定向

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电梯在运行状态下，首先应确定电梯的运行方向。电梯的上行与下行是内选信号和外呼信号与当前

所处的位置进行比较，再确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选与外呼信号对电梯进行顺向运行

的要求没有满足时，定向信号不能消除。M4.0和M4.4分别为定上行和定下行辅助继电器，它们线圈的工

作条件触点块由内外呼信号及电梯位置信号组成。比如：当电梯上行且位于第二层时，Ml.1的动断触点

断开，一层的内呼外唤都不能影响上行状态。T45的作用是只有当电梯门处于关闭状态电梯才能作上行与

下行运动。

M4.0和M4.4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Ml.4接通时，则M4.0立即断开，而此时电梯仍处于上行状态，至五楼平层位置忖才能停

止。为了解决这…个问题，引入了M4.2、MM4.3、M4.5、M4.1等继电器，使上行与下行继电器接通时间

延长至上行和下行的全过程。若不使用M4.2、M4.3、M4.5,M4.1,可能会发生下述情况：四楼向下的外

呼信号，使电梯上行，电梯至四楼位置，Ml.3使M4.0断开，从电梯至四楼位置到电梯停层开门，乘客进

行轿厢内选五层之间的时间内，一、二、三楼的外呼及内选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。

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八、停车信号

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Network81

Network82

T37M1.3M5.3

R)

1

Network83

Network84

Network85

M5.0M1.0M55

___1__I1I________I_1I1______c

M5.1M1.1

____II_________1II1____

M5.2M1.2

____II_________II1____

M5.3M1.3

____II_________II____

M5.4M1.4

____II_________II____

M4.0M4.4

)

____I/I_________1II1____

电梯在停车制动前.，首先应确定其停层信号，再根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿内选层

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信号比较后得出。厅外上行上呼、厅外下行下呼以及厅内内选信号都是电梯停车的条件。梯形图中M4.0

和M4.4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时的停车问题，如：三楼向下的外呼信

号，使电梯从一楼向上运行时，M5.2不会被触发，至三楼位置，靠M4.0、M4.4的动断触点使M5.5接通

而设计的。停车信号的消除是停车时间到，T37为停层时间定时器。

九、起动、稳速运行、制动减速

网络86

I起动、稳速运行、制动减速环节梯形图一

12.6M6.0

—II-------1pI------C)

网络87

网络88

网络89

M6.2T47

INTON

PT100ms

网络90

I

M6.2T37M7.0

—I\—r—\，I------()

M7.0

—II—1

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|网络注释

网络99

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T35Q0.6

网络101

T36Q0.7

T卜<)

网络102NetworkTide

NetworkComment

Q0.0M0.0

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停层信号的产后，与上行下行感应器配合，进行停车制动。在停车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停车制动。为解决电梯进入平层区间后才出现停车信号致使电梯过急停

车的问题，采用P指令将其在上下平层信号的上升沿期间触发。此电梯的停层时间为10S,当起动高速

继电器KM3,1S后启动加速继电器KM5。减速制动是分别控制为KM6、KM7、KM8,其吸合时间分别为0.5S、

IS、1.5S等，最终达到制动的目的。

十、开关门环节

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L电梯在投入运行前的开门。电梯开始时位于基站，用钥匙旋转至开梯位置，则电梯会自动开门。

2.电梯检修时的开门。电梯在检修状态下，开关门均为手动状态。检修接口10.2接通，同时接通10.3、

10.4就可以启动开关门。

3.电梯自动运行停层时的开门。当电梯到达指定的停层时，T47接通，电梯会自动地开门。

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4.电梯关门过程中重新开门。若有人或物被夹在门中，采用机械安全触板进行检测，将检测到的信

号传入到开门继电器，14.5接通，电梯将自动开门。

5.呼梯开门。电梯到达某层站后，若没有人继续使用电梯，电梯将停在该层待命，若有人在该层外

梯应首先开门。如：在二楼按下二楼上行，则13.1接通，M8.1置位，二层层楼指示QL5接通，电梯开门。

6.电梯停用后的关门。电梯到达基站后，若没有人在轿内，电梯自动关门。

7.电梯自动运行时的关门。停站时间继电器T37延时结束时，电梯应关门。

十一、智能判断控制

智能判断主要是针对外呼信号来设计的,所以这一节的梯形图是与外呼信号的登记与消除合并在一

起的。电梯到层、电梯门打开，但电梯外的乘客由于某种原因已经离开，此时没有乘客进入电梯轿厢,

影响了电梯的运行效率。这种情况在真实电梯运行过程中经常出现。针对这种情况，本电梯增加了自动

取消无效呼梯功能（这里仅仅针对第二楼来分析，其它楼层相同），可有效地提高电梯运行效率。其实

现方法是：在电梯模型上添加人体感应模块，并将人体感应模块的输出信号连接到输入点14.1上，

14.1的常开触点串联在二楼呼梯信号的保持线圈上。当在二楼等电梯的乘客离开,14.1复位，从而取

消二楼呼梯信号，电梯就不再停留此。

将上述层楼信号的产生与消除、停层信号的登记与消除、外呼信号的登记与消除、电梯的定向、停

车信号、起动、稳速运行、制动减速、开关门环节、智能判断控制等模块有机的联接起来，就可以得到

电梯PLC控制的梯形图。

验证

本设计通过S7-200CPU226实验平台已基本得到了验证，能够正常的运行，但是由于学校实验室条

件有限，还有一部份功能没有得到有效的验证。由于采用S7—200CPU226与一个扩展模块EN223,共有

24点输入加16点输入与16点输出加上16点输出，基本可以满足五层楼的电梯控制系统。

电梯硬件选择方面：由于本系统采用的是交流双速控制电梯的正反转、加减速控制和制动过程，虽

然它与变频器作为拖动系统有一定的差异，但是对于一般的电梯控制系统都是可以满足的，采用继电器

控制有利于降低成本，由其是在一些小型的电梯控制系统中，控制精度不是很高的场合，本系统都是可

以满足的。

电梯软件控制方面：采用PLC控制的系统，可以用软件代替硬件节约资源，降低生产成本，PLC

控制能使工厂一线工人都能够看懂，有利于机器的维护，缩短工人的培训时间，增加公司的效益。本设

计采用了上下行限位感应器，避免了电梯冲顶的可能性，抱闸系统采用的KM1、KM2在通电是，抱闸系

统通电，抱闸放开，只要电梯停止运行时，KM1、KM2失电，抱闸抱紧