1、 继续教育学院毕业设计（论文）题目：PLC 在彩灯控制中的应用院、系(站)： 机电工程系 学科专业： 机电一体化 学 生： 学 号： 指导教师： 2013 年 10 月前 言随着现代社会的迅速发展,微电子技术和计算机技术也随之迅速发展.当前数字电器系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。其中，有着代表性的是日趋进步和完善的 PLC 设计技术。PLC(即可编程控制器)在工业控制领域内得到十分广泛的应用。PLC 是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数
2、、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。PLC 的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的 PLC 各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析出来，传统 PLC 是无法完成的。然而基于 PC 通信的 PLC，既可以完成测量数据的传递，又可借助 PC，做测量数据的处理。所以这种类型的 PLC 无论在功能和世界应用上，都具有传统PLC 无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。目 录第一章 电梯的简介 11.1 电梯的起源与发展 .11.1.1 电梯的起源 .11.1.2 电梯技术的发展 .11.2 电梯的分类 .21.2.1 按用
3、途分类 .21.2.2 按驱动系统分类 .31.3 电梯的工作原理 .4第二章 PLC 的简介 52.1 PLC 的定义 .52.2 PLC 的基本结构和组成 .52.2.1PLC 的基本结构 52.2.2 PLC 控制系统的组成 .62.3 PLC 的工作原理 .92.4 PLC 的特点 102.5 PLC 系统的发展趋势 10第三章 PLC 电梯控制系统 .113.1 PLC 电梯控制的基本概念 113.2 电梯控制系统特性 .113.3 PLC 控制电梯的优点 123.4 PLC 电梯控制系统实现的功能 123.5 电梯控制主程序流程图和楼层显示程序图 .13第四章 PLC 控制系统的设
4、计方案 154.1 PLC 控制系统基本方案 154.1.1 轿厢楼层位置检测方法 154.1.2 PLC 的选型 164.2 PLC 电梯控制系统设计方向 164.2.1 电梯控制系统的基本结构组成 164.2.3 电梯控制系统的硬件组成 184.2.4 减速平层控制 184.2.5 信号控制系统 184.2.6 拖动控制系统 194.2.7 电梯上行 194.2.8 电梯下行 204.2.9 楼层显示 20第五章 PLC 电梯控制系统设计 .215.1 系统结构框图 215.2 硬件接线图 .225.3 控制逻辑流程图 .235.4 I/O 点的分配 245.5 硬件系统调试 .255.6
5、 软件系统调试 .255.7 程序梯形图 .255.8 程序说明 .29总 结 .34致 谢 .36参考文献 .37西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文1第一章 电梯的简介1.1 电梯的起源与发展1.1.1 电梯的起源现代社会中，电梯已经成为不可短少的运输设备。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。多层厂房和多层仓库需要有货梯；高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯，自动扶梯等。在现代社会，电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机，代替步行上下的楼梯。说到电梯的起源要从公元 2600 年埃及人在建造
6、金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了 1203 年，法国的二修道院安装了一台起重机，有所不同的是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在 1800 年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。数百年来人们制造过各种类型的升降机，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降机便急速地坠落到底层。1854 年奥迪斯设计了一种制动器：在升降机的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连接，起吊绳与货车弹簧连接，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。
7、如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立刻与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定，免了继续下坠。这样，第一台“安全”升降梯就产生了，然而真正能够称为电梯的产品应该是在 20 世纪初才出现。1.1.2 电梯技术的发展（1）电梯的速度要求越来越快，告诉，超高速电梯的数量越来越多。（2）电梯的拖动技术有了圈套的发展，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越来越广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速发展。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文2（3）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（PL
8、C）和计算机控制，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。（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用计算机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。如停车操作、消防员专用等。（5）智能群控制管理得到广泛的运用。（6）机械传动方面，由于国际上机械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。1.2 电梯的分类1.2.1 按用途分类（1） 乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯。主用与宾馆，饭店，办公楼，大型商店等客流量大的场合。这类电梯为了提高运送效率，其运行速度比较快，自动化程度比较高。轿厢的尺寸和结构形式
9、多为宽度大于深度，使乘客能畅通地进出。而且安全设施齐全，装潢美观。（2）载货电梯：为运送货物而设计的并通常有人伴随的电梯。主要用于两层楼以上的车间和各类仓库等场合。这类电梯装潢不太讲究自动化程度和速度一般比较低。而载重量和轿厢尺寸的变化范围则比较大。（3）住宅电梯：为提供住宅楼使用设计的电梯，一般采用下集选控制方式允许残疾人的轮椅，童车及家具等乘坐。（4）杂物电梯：供图书馆，办公楼，饭店等运送图书，文件，食品等物品。但不允许人员进入电梯。此种电梯结构简单，操纵按钮在厅门外侧，无乘人必备的安全装置。（5）船用电梯：固定安装在船舶上为乘客和船员或其他人员使用的电梯。船用电梯速度应小于或等于 1M/
10、S。能在船舶摇晃中工作。（6）汽车用电梯：用于垂直运输各种车辆。这种电梯的轿厢面积比较大结构牢固，梯速不大于 1M/S。有时无轿厢顶，其特点是大轿厢，大载重量。常用与立体停车场及汽车库等场所。（7）观光电梯：观光电梯是一种供乘客观光用的，轿厢透明的电梯。一般西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文3安装在高大建筑物的外壁供乘客观光建筑物的周围外景。（8）病床电梯：病床电梯是为医院运送病床而设计的电梯。其特点是轿厢窄而宽，常要求前后贯通开门。（9）消防梯：火警情况下能适应消防员专用的电梯，非火警情况下可作为一般客梯或货梯使用。消防梯轿厢的有效面积应不小于 1.4 M2。额定载重量不得低于 630
11、kg。庭门口宽度不得少于 0.8M，并要求以额定速度从最低一个停站直驶运行到最高一个停站（中间不停层）的运行速度时间不得超过 60s。（10）建筑施工电梯：建筑施工电梯指建筑施工与维修用的电梯。（11）扶梯：这类电梯装于商业大厦，火车站，飞机场。供运送顾客或乘客上下楼用。（12）自动人行道（自动步梯）：用于档次要求很高的国际机场，火车站。（13）特速电梯：除上述常用几种电梯外，还有为特殊环境，特殊条件，特殊要求而设计的电梯。如防爆电梯，防腐电梯等。1.2.2 按驱动系统分类交流电梯，牵引电动机是交流异步电动机的有以下四类：（1）交流单速电梯：牵引电机为交流单速异步电动机，梯速 V0.4M/S。
12、例如用于杂物梯等。（2）交流双速电梯：牵引电机为电梯专用的变极对数的交流异步电动机，梯速 V1M/S，提升高度 h50M。（3）交流调速电梯：牵引电梯为电梯专用的单速或多速交流异步电机，而电动机的驱动控制系统在电梯的起动加速-稳速-制动减速（或仅是制动减速）的过程中采用调压调速或涡流制动器调速或变频变压调速的方式，梯速V2M/S，提升高度 h50M。（4）交流高速电梯：牵引电机为电梯专用的低转速的交流异步电动机。其驱动控制系统为变频变压加矢量的 VVVF 系统。其梯速 V2M/S，一般提升高度h120M。直流电梯，牵引电动机是电梯专用直流电动机有以下两类：（1）直流快速电梯：牵引电动机给减速箱
13、后驱动电梯，梯速 V2.0M/S。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文4现在由直流发电机供电给直流电动机的一个直流快速电梯已被淘汰，今后若有直流快速电梯的话。将由晶闸管供电的直流快速电梯。一般提升高度 h50M。（2）直流高速电梯：牵引电动机为电梯专用的低转速直流电动机。电动机获得供电的方式是支流发电机组供电的，或是晶闸管供电的两种形式，其梯速V2.0M/S，一般的提升高度 h120 m。液压电梯，电梯的升降是依靠液压传动的有以下两类：（1）柱塞直顶式：液压缸柱塞直接支撑在轿厢底部。通过柱塞的升降而使轿厢升降的液压提。梯速 V1M/S，一般提升高度 h20M。（2）柱塞侧顶式：（俗称”背包
14、式” ）油缸柱塞设置于轿厢两侧，通过柱塞升降使轿厢升降的液压梯，梯速 V0.63。一般提升高度 h15M。1.3 电梯的工作原理当曳引机组的曳引轮旋转时，依靠嵌在曳引轮槽中的钢丝绳与曳引槽之间的摩擦力，驱动钢丝绳来升降轿厢，曳引钢丝绳一端挂着轿厢，另一端悬挂对重，产生拉力分别为 S1 和 S2。当 S1 和 S2 的差值等于或小于绳槽之间摩擦力时，电梯正常运行，绳槽之间无打滑现象。具体图形如图 1.1 所示：图 1.1 电梯的工作原理对 重8 曳 引 轮曳 引 钢 丝 绳导 向 轮轿 厢电 梯 工 作 原 理 图西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文5第二章 PLC 的简介2.1 PLC 的
15、定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术与算术操作等方面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2.2 PLC
16、 的基本结构和组成2.2.1PLC 的基本结构PLC 的结构图如下所示：图 2.1 PLC 的结构图CPU存 储 器 外 围 接 口 数 据总 线 外 设编 程 器通 信 网 络扩 展 单 元现 场 设 备交 流 /直 流电 源 基 本 I/O扩 展 接西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文6（1）中央处理单元（CPU）是 PLC 的控制中枢，在系统监控程序的控制下工作，承担着将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域，然后将接过送到输出映像寄存器区域。（2）存储器由只读存储器 ROM 和随机存储器 RAM 两大部分组成，存放系统软件的存储器称为系统程序的存储器 ROM，存放应用软件或中间运
17、行数据的存储器称为用户程序存储器 RAM。（3）基本 I/O 接口电路A.PLC 内部输入电路作用是将 PLC 外部电路提供的、符合 PLC 输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送到 PLC 内部电路。BPLC 输出电路用来将 CPU 运算的结果换成一定形式的功率输出，驱动被控负载。（4）接口电路：PLC 接口电路分为 I/O 扩展接口电路和外设通信接口电路两大类。A.I/O 扩展接口电路用于连接 I/O 扩展单元，可以用来扩充开关量 I/O 点数和增加模拟量的 I/O 端子。I/O 扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。B外设通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示
18、器，并能组成 PLC 的控制网络。（5）电源：PLC 内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为 PLC 内部电路需要的工作电源（5V 直流） 。2.2.2 PLC 控制系统的组成PLC 控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指 PLC 本身及其外围设备，软件是指管理 PLC 的系统软件，PLC的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文7图 2.2 PLC 控制系统的组成PLC 控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。PLC 系统软件是 PLC 工作所必须的软件。在
19、系统软件的支持西，PLC 对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。PLC 的这种工作方式就称之为循环扫描。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文8图 2.3 PLC 内部工作示意图值得注意的是在继电器控制系统中，一个继电器的线圈被接通或断开，继电器的所用触点（常开触点和常闭触点）都会立即动作。但在 PLC 中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所用只有扫描到”线圈”的触点时，才会动作，没有扫描到时，触点就不会动。并且 PLC 扫描一次用户程序的时间即扫描周期与拥护程序的长短和扫描速度有关，一般为 1ms 至几十毫秒。公共操作是在每西安工业
20、大学继续教育学院毕业（设计）论文9次扫描程序前又一次自检，若发现故障，除了报警显示灯亮之外，还判断故障性质。一般性故障，只报警不停机，等待处理；对于严重故障，则停止运行用户程序，此时 PLC 切断一切输出。数据 I/O 数据输入/输出操作有的称为 I/O 状态刷新。它包括两种操作：一是采样输入信号（即刷新输入状态的内容）；二是送出处理结果（即按输出状态表的内容刷新输出电路）。PLC 数据 I/O 示意图如下：图 2.4 PLC 数据 I/O 示意图2.3 PLC 的工作原理PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储
21、器中的程序，按指令步序号或地址号作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存储器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随机关闭输入端口，进入程序执行阶段。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文10PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经
22、相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式输出，驱动相应输出设备工作。2.4 PLC 的特点PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC 与普通计算机一样，以通用或专用 CPU 作为处理器，实现通道的运算和数据的存储，另外还有位处理器，进行点（位）的运算与控制。PLC 控制一般具有可靠性高，易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。2.5 PLC 系统的发展趋势PLC 当初是针对工业顺序控制发展而研制的
23、。经过 30 几年的迅速发展，PLC 已不仅能进行开关量控制，而且还能进行模拟量控制，位置控制。特别是PLC 的通信网络技术的发展，使得 PLC 如虎添翼，由单机控制向多机控制，由集中控制向多层次分布式控制系统发展。现在 PLC 的足迹已遍布了国民经济的各个领域，形成了满足各种需要的 PLC 应用系统。电梯结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。今后 PLC 控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化，微型化系统方向发展。作为控制系统的关键
24、设备，PLC 将朝着体积更小，速度更快，功能更强，价格更低的方向发展。二是向大型化，网络化，多功能的方向发展。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文11第三章 PLC 电梯控制系统3.1 PLC 电梯控制的基本概念电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿箱开关电路。二者均为采用易于控制的直流电机作为拖动动力源。主要拖动电路采用 PWM 调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED 七段数码管和控制部分的核心器件等组成。PLC 集信号采集
25、、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。电梯控制系统原理框图主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电楼层检测与平层检测传感器及 PLC 电路等组成的。电梯控制系统的硬件结构包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测电路、发光二极管记忆灯电路、PWM 控制直流电机无线调速电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其他辅助电路等。3.2 电梯控制系统特性在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节，而舒适感又与加速度直接相关，根据控制理论，要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制，对于电梯控制系统来说，
26、要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈，根据电动机的力矩方程式:MMZ=M=J（dn/dt），可见加速度的变化率反映了系统动态转距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距 M=M MZ。故在此段采用加速度的时间控制原则，当启动上升段速度达到稳态值的 90%时，将系统由加速度控制切换到速度控制，因为在稳速段，速度为恒值控制波动较小，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文12度保持一定的精度，为制动段的精确平层创造条件。在系统的速度上升段和稳速段虽都采用 PI 调节器控制，但两段的 PI 参数是不同的，以提高系统的动态响应指标。在系统的制动段，即
27、要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。在系统的转速降至 120r/min 之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控制为主，同时根据在每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。例如在距离平层点的某一距离 L 处，速度应降为 Vm/s，而实际转速高为 Vm/s，则说明所加的制动转距不够，因此计算出此处的给定减速度值-ag 后，使其再加上一个负偏差 ，即使此处的减速度给定值修正为 -（ag+）使给定减速度与实际速度负偏差加大，从而加大了制动转距，使速度很快降到标准值，当电动机的转速降到 120r/min
28、以后，此时轿厢距平层只有十几厘米，电梯的运行速度很低，为防止未到平层区就停车的现象出现，以使电梯能较快地进入平层区，在此段采用比例调节，并采用时间优化控制，以保证电梯准确及时地进入平层区，以达到准确可靠平层。3.3 PLC 控制电梯的优点1.在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。2.去掉了选层器大部分继电器，控制系统结构简单，尾部线路简化。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与报警显示，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。更改控制方案时不需改动硬件接线。3.4 P
29、LC 电梯控制系统实现的功能1.一台电机控制上升和下降。2.各层设上/下呼叫开关，其中最顶层与起始层只设一只。3.电梯到位后具有手动和自动开门功能。4.电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层信号指示灯。5.电梯内设有楼层指令键，开关门按键，警铃风扇及照明按键。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文136.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 510 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：在开关过程或门关闭后，电梯启动前，按下操作盘上开关按钮，门将打开。9.内指令
30、记忆：当轿箱内操作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：当轿箱内操作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：当完成全部轿箱内指令，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门轿箱照明。14.自动返基站：当电梯高于基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站停机待客。西安工业大学继续教育学
31、院毕业（设计）论文163.5 电梯控制主程序流程图和楼层显示程序图西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文17图 3.1 电梯控制主程序流程图和楼层显示程序图西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文18第四章 PLC 控制系统的设计方案4.1 PLC 控制系统基本方案随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。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。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式
32、控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而 PLC 可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。本文将用四层楼作为背景进行设计。4.1.1 轿厢楼层位置检测方法主要方法有以下几种：（1）用于簧管磁
33、感应器或其他位置开关：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，但是它是无权代码，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，因此在电梯 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，电源可利用 PLC 内置的 24V 直流电源，硬件连接可谓简单方便。西安工
34、业大学继续教育学院毕业（设计）论文19由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢的位置优于其他方法，故本设计采用此方法4.1.2 PLC 的选型根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须且有高数计数器。又因为电梯时双向运行的，所以 PLC 还需具有可逆计数器。综合考虑后，本设计选择西门子公司生产的 S7200 系列机。S7200 系列机具有以下优点：1.体积极小2.先进美观的外部结构3.提供多种子系列供用户选用4.灵活多变的系统配置5.功能强、使用方便4.2 PLC 电梯控制系统设计方向4.2.1 电梯控制系统的基本结构组成电梯 PLC 的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号
35、控制系统和拖运控制系统两部分组成。图 7 为电梯 PLC 控制系统的基本结构图，主要硬件包括 PLC 主机及扩展、机械系统、轿箱操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为 PLC 主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全信号通过 PLC 输入接口送入 PLC，存储在存储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。电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主动拖动电路和轿厢开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用 PWM 调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一
36、种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED 七段数码管和控制部分的核心器件等组成。PLC 集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。十层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文20等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。如下图：图 4.1 电梯 PLC 控制系统的基本结构4.2.2 电梯控制系统原理框图电梯控制系统原理框图如下图所示，主要由轿厢内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关
37、门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及 PLC 电路等组成的。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文21图 4.2 电梯控制系统原理框图4.2.3 电梯控制系统的硬件组成电梯控制系统的硬件结构如下图所示。包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测电路、发光二极管记忆灯电路、PWM 控制直流电机无线调速电路、轿厢开关电路、楼层显示电路及一些其它辅助电路等。为建设 PLC 输入输出点数，采用编码的方式将 31 个呼叫及指层按钮编码五位二进制码输入 PLC。图 4.3 电梯控制系统硬件结构框图4.2.4 减速平层控制电梯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
38、梯能平滑减速到速度为零时，准确平层，不要出现爬行现象或直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号在接近楼层面是按距离精确地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，计数器就可以精确的确定起过距离，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，为此一般在离楼层 100-200mm 处需设置一个平层矫正器，以确保平层的长期准确性。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文224.2.5 信号控制系统电梯信号控制基本由 PLC 软件实现。电梯信号控制系统如下图所示，输入到
39、PLC 的控制信号有：运行方式选择、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。图 4.4 电梯信号控制系统4.2.6 拖动控制系统电梯主要由直流和交流两种拖动方式，PLC 控制的拖动系统主电路及调速装置与继电器控制系统相比无需做很多改动。拖动系统的工作状态及部分反馈西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文23信号可直接送入 PLC，由 PLC 向拖动系统发出速度切换、起动、运行、平层等控制信号。4.2.7 电梯上行（1）电梯停在 1F，2F 呼叫时，则上行，碰到 2F 的行程开关后停止。（2）电梯停在 1F 或 2F 时，3F 呼叫，则
40、上行，碰到 3F 的行程开关后停止。（3）当电梯停在 1F 或 2F、3F 时，4F 呼叫，则上行到 4F 碰到行程开关后停止。（4）电梯停在 1F，2F、3F 同时呼叫时，则电梯上行到 2F 后停 5s，继续上行到 3F 后停止。（5）电梯停在 1F，2F、3F 同时呼叫时，电梯上行到 2F 停 5s，继续上行到 3F 停止。（6）电梯停在 1F，3F、4F 同时呼叫时，电梯上行到 3F 停止 5s，继续上行到 4F 停止。（7）电梯停在 1F，2F、3F、4F 同时呼叫时，电梯上行到 2F 停 5s，继续上行到 3F，停 5s，继续上行到 4F 停止。（8）电梯停在 2F，3F、4F 同时
41、呼叫时，电梯上行到 3F，停 5s，继续上行到 4F 停止。4.2.8 电梯下行（1）电梯停在 4F 或 3F 或 2F，1F 呼叫，电梯下行到 1F 停止。（2）电梯停在 4F 或 3F，2F 呼叫，电梯下行到 2F 停止。（3）电梯停在 4F，3F 呼叫，电梯下行到 3F 停止。（4）电梯停在 4F，3F、2F 同时呼叫时，电梯下行到 3F，停 5s,继续下行到 2F 停止。（5）电梯停在 4F，2F、1F 同时呼叫时，电梯下行到 2F，停 5s，继续下行到 1F 停止。（6）电梯停在 4F，3F、2F、1F 同时呼叫时，电梯下行到 3F，停 5s，继续下行到 2F，停 5s，继续下行到
42、1F 停止。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文244.2.9 楼层显示楼层显示用 8 只发光二极管，即 LED 数码管。如图所示：图 4.5 LED 数码管第五章 PLC 电梯控制系统设计5.1 系统结构框图系统由轿厢、开关门机构、曳引机构、控制系统等组成。如图 5.1：图 5.1 系统结构框图西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文25西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文265.2 硬件接线图图 5.2 PLC 电梯控制的硬件接线图西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文275.3 控制逻辑流程图图 5.3 控制逻辑流程图流程图各部分说明：1.电梯复位在系统上电以后和楼层显示有误的情况，都要把轿厢的位置恢复到第一层的状态。2用户输入程序段用户输入包括门厅的按钮和轿厢内的按钮，用户输入后，系统会自动选择执行程序。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文283.轿厢开关门程序段：控制轿厢的开关门4.设定上行、下行指示系统会根据外呼和内选信号及门锁信号综合判断电梯的运行方向。5.执行上行程序此段程序包括控制电梯上行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。6.执行下行程序此段程序包括控制电梯下行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。5.4 I/O 点的分配根据需要控制的开关、设备大约有 15 个输入点，11 个输出点。如图 5.4：图 5.4 I/O 点的分配
