1、目 录摘要 1关键词 1Abstract 1Key words1引言 21 电梯控制系统的方案设计 41.1 电梯的工作原理 41.2 电梯的功能要求 42 电梯的硬件设计 52.1 PLC 的简介 52.1.1 PLC 的特点 52.1.2 PLC 在电梯控制中的特点52.1.3 S7-200 系列 PLC 的简介 62.1.4 PLC 结构和组成 62.1.5 PLC 的工作原理 72.2. 电梯系统硬件的选择及电路图 82.2.1 曳引电动机主电路图设计 92.2.2 电器柜布线图102.3 I/O 的分布及 PLC 的选择 102.3.1 I/O 点数计算及分配 112.3.2 PLC
2、 型号的选择 113 电梯控制系统的软件设计 113.1 设计梯形图 133.2 程序说明 133.2.1 电梯参数初始化程序段 133.2.2 用户输入登记程序段 143.2.3 系统确定状态程序段 153.2.4 判断电梯是否在开关门程序段 173.2.5 电梯开门子程序段 173.2.6 电梯关门子程序段 183.2.7 判断电梯是否空闲程序段 183.2.8 电梯空闲状态处理程序段 193.2.9 确定电梯下一个目标楼层的子程序段 203.2.10 清除标记子程序段213.2.11 电梯上行主程序段233.2.12 确定上行最近目标子程序段243.2.13 电梯下行主程序段253.2.
3、14 电梯下行最近目标子程序段26总 结 27参考文献 28致 谢 29基于 PLC 的电梯控制系统的设计机械电子工程专业学生 杨仁凯指导教师 王秀摘要：随着社会的发展，尤其是现代城市的建设高速发展所带来的高层建筑猛烈的增多，基于 PLC 的电梯控制系统的设计2在高层建筑之间的垂直交通工具电梯，对人们生活也就显得特别重要。在电梯出现的早期，其控制方式多为继电器控制方式，但这种控制方式有个致命的缺点安全性差。随着微电子技术、计算机技术、和自动控制理论技术的发展，电梯的逻辑控制也由 PLC 代替了原来的继电器控制，安全性、可靠性得到了质的飞越。本文针对六层电梯控制系统，对其 PLC 系统的设计和调
4、试进行了详细的阐述。关键词：PLC 电梯 控制系统The design of elevator control system Based on PLCStudent majoring in Mechatronic engineering Yang RenkaiTutor Wang XiuAbstract：With the development of society, especially the construction of modern city brought by rapid growth of the high-rise building more violent, elevato
5、r also is especially important for the people life in the high-rise building of vertical transportation! In the early, when lift is invented, its control way is relay control way, but this kind of control mode has a fatal flaw-poor safety. With the development of microelectronics technology, compute
6、r technology, and automatic control theory, the logic of the elevator control is PLC instead of the original relay control, and it is safety , reliability are improved. In this paper, the design and debugging of PLC system are stated in detail in a storied building six elevator control system.Key wo
7、rds: PLC; elevator; control system引言（1） 选题的意义电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。基于 PLC 的电梯控制系统的设计3电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。目前由可编程序控制
8、器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用 PLC 控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。 （2） 电梯的发展状况近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来
9、的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式己逐渐被 PLC 控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC 控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。（3）电梯的结构及组成部件电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全
10、保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。一 拽引系统电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。二 导向系统基于 PLC 的电梯控制系统的设计4导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。三 门系统门系统有轿厢
11、门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。四 轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定五 重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。六 电
12、力拖动系统电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。七 电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准
13、确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到用平面的操作。位置显示装置。是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。八 安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。基于 PLC 的电梯控制系统的设计5（4）研究内容及目标综上所述，由于电梯作为新一代运输工具，本次毕业设计就以六层电梯作为控制对象，以 PLC 作为工具对电梯控制系
14、统进行了设计。在设计过程中，首先对 PLC 进行了详细的介绍，然后针对六层电梯的设计进行 PLC 类型的选型，再次就是对六层电梯硬件分析，根据输入输出点数，确定 PLC 机型，画出硬件连线图，然后进行软件分析编程，写出梯形图和语句，进行程序的下载、调试，最后进行软件的仿真、调试等。1 电梯控制系统的方案设计1.1 电梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢与对重，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
15、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 轿厢停止升降补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，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。 ，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 时完成选层 、平 层工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的于东方向和所在楼层位置。1.2 电梯的功能要求（1）电梯运行指定位置后具有手动或自动开/关门的功能。（2）利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯的到达信号。（3）能自动判断
16、电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。（4）电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。（5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿厢门关闭。（6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮。（7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。（8）行车时，厅门和轿厢都不能开门。开 门之后不能行车，有 门连锁保护平层时可自动开门、手动开门， 夹人时自动开门。基于 PLC 的电梯控制系统的设计62 电梯的硬件设计2.1 PLC 的简介2.1.1 PLC 的特点PLC实质上属于计算机控制方式，与普通微机一样。以通用或专用 CPU 作为字处理
17、器， 实现字运算和数据存储，另外 还有位处理器（布尔处理器）， 进行点（位）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。1、可靠性：对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。（1）PLC 无需大量的活动元件和接线电子元件（2）PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计（3）PLC 有较高的易操作性，编程简单，操作方便，维 修容易（4）PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件，采用精简化的编程语言（5）在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。（6）在 PLC 的软件方面，也采取
18、了一系列提高系统可靠性的措施。2、易操作性:PLC 的易操作性表现在下列几个方面：（1）操作方便（2）编程方便（3）维修方便3、灵活性:PLC 的灵活性表现在以下几个方面：（1）编程的灵活性。（2）扩展的灵活性。（3）操作的灵活性。2.1.2 PLC 在电梯控制中的特点（1）采用 PLC 控制电梯，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
19、）更改控制方案时不需改动硬件接线。此外，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，已成 为目前在电 梯控制系统中使用最多的控制方式。基于 PLC 的电梯控制系统的设计72.1.3 S7-200 系列 PLC 的简介西门子的 SIMATIC S7 系列是市场上流行的具有代表性的可编程序控制器，它包括 S7-200、S7-300、S7-400 三类，其中 S7-200 是小型可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。具有紧凑的设计、良好的扩展性、安全可靠的通讯、界面友好的编程软件，高速的处理能力，强大的指令集。S
20、7-200 系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块，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。2.1.4 PLC 的结构及组成 S7-200 的 CPU 将一个微处理器、一个集成电源和数字量 I/O 点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型 PLC，外部结构图如图 2-1 所示：图 2
21、-1PLC 通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成，如图 2-2 所示：I/O 指示灯状态指示灯（LF RUN STOP）可选卡插槽通信端口前盖（模式选择开关）（模拟电位器）（I/O 扩展端口）接线端子接触器电磁阀指示灯电 源编程装置CPU模块输出模块输入模块可编程控制器按钮选择开关限位开关电源基于 PLC 的电梯控制系统的设计8图 2-2（1）主机 主机部分包括中央处理器（CPU） 、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU 是 PLC 的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、做出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令
22、规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。（2）输入/输出（I/O）接口 I/O 接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等） 。I/O 接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O 点数即输入/输出端子数是 PLC 的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。（3）电源 电源是指为 CPU、存储器、I/O 接口等内部电子电
23、路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。（4）编程器 编程器是 PLC 的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监控 PLC 的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将 PLC 与电脑连接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。PLC 在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入 PLC 中，在调试过程中，进行监控和故障检测。2.1.5 PLC 的工作原理PLC 的工作过程分为以下几个阶段：输入处理阶段、执行程序、处理通讯请求、执行 CPU 自诊断测试、输出处理阶段。（1）输入处理阶段 每次扫描周期开始时，先读数字输入点的当前值，然
