基于西门子PLC的四层电梯控制系统设计Word下载.docx

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可编程控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。

电梯控制要求接入设备使用简便，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。

通过PLC对程序设计，实现对电梯的运行控制。

关键词PLC电梯控制系统

1绪论

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（即可编程控制器）在工业控制领域内得到十分广泛地应用。

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、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。

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。

据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。

当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。

1.1、可编程控制器的介绍

1.1.1定义

PLC可编程序控制器：

PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:

一种数字运算操作的电子系统，专为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，计数与算术操作等面向用户的指令，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。

1.1.2PLC的构成

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

1.1.3CPU的构成

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

但工作节奏由震荡信号控制。

运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

1.1.4I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。

常用的I/O分类如下：

开关量：

按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：

按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

1.1.5电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：

交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）　

1.1.6底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：

电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

1.1.7PLC系统的其它设备

　　1）编程设备：

编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。

小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

2）人机界面：

最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

　　3）输入输出设备：

用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机　

1.2电梯硬件的分析 

1.2.1 

电梯的组成 

（1）曳引系统 

曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。

曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。

（2）导向系统 

导向系统的主要功能是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作升降运动。

导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。

（3）轿厢 

轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。

轿厢由轿厢架和轿厢体组成。

（4）门系统 

门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。

门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。

（5）重量平衡系统 

系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。

系统主要由对重和重量补偿装置组成。

（6）电力拖动系统 

电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。

电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。

（7）电气控制系统 

电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。

电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏（柜），平层装置，选层器等组成。

（8）安全保护系统 

保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。

由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。

1.2.2电梯的工作原理 

曳引绳两端分别连着轿厢和对重，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，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。

常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，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、减少电动机功率。

补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，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、测速、照明工作。

指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。

安全装置保证电梯运行安全。

2四层电梯控制系统的设计

2.1设计要求

所设计的电梯控制系统共有四层。

电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；

1—4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，顺向截梯和反向保号，外呼记忆，自动开、关门，停梯信号，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，电梯门自动打开，延时3秒后自动关门。

3.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，电梯门自动打开，延时3秒后自动关门。

4.在电梯运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反向下降（或上升）的呼梯信号均不响应；

如果某反向呼梯信号前方再无其他呼梯信号，则电梯响应该呼梯信号。

5.电梯应具有最远反向呼梯功能。

6.电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮军不起作用。

平层且电梯停止运行后，按开门按钮可使电梯门打开，按关门按钮可使电梯门关闭。

2.2设计分析

2.2.1、PLC控制系统的I/O点数计算

根据电梯控制的特点，应该包括以下两大部分：

1、输入信号

1）轿厢内及各层门厅外呼按钮

主要是轿厢内的楼层选择数字键1~4，各层门厅外呼按钮，除一层只设置上升按钮，四层只设置下降按钮外，其他层均设置上升和下降两个按钮。

一共需要10个输入。

2）位置信号

位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的4个传感器产生。

所以位置信号一共需要4个输入，即行程开关。

3）电梯门控制信号

大部分电梯都具有开门按钮、关门按钮，以方便手动开关门。

一共需要2个输入。

4）模拟电梯到位按钮

由于条件有限，所以本文海设置了到位按钮。

电梯一共四层，所以设置了2个到位按钮，即开到位和关到位，所以一共需要2个输入。

5）超重检测、夹人检测和过载保护

考虑到电梯运行的安全，电梯的负荷是有限的，故有一超重检测的传感器和过载保护装置；

在关门时也可能出现夹人的现象，所以有一夹人检测的传感器，因此一共需要3个输入。

综上所述，共需要输入点21个。

2、输出信号

1）内呼指示信号

内呼指示信号有四个，分别用来表示1~4层楼层内呼的指令被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。

2）外呼指示信号

外呼指示信号共有六个，分别用来表示1~4层楼层外呼的指令被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。

3）电梯上下行指示信号，共四个。

4）箱门开关指示，共需两个输出点。

5）电梯显示其在哪一层共有四个。

综上所述，共需要输出点18个。

2.2.2PLC的型号选择

综合输入、输出点的计算以及要实现的电梯控制功能，实验室现有的西门子CPU224型的PLC四层电梯控制系统的模拟系统完全能实现设计要求。

3硬件接线设计

3.1主电路设计

系统的硬件连接图即PLC和系统中各个硬件的连线。

具体如图1-1：

图1-1主电路

3.