基于西门子PLC的电梯控制系统设计及调试课程设计文档格式.docx
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以CPU控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。
1.3研究背景及设计意义
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。
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。
然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。
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。
可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机PLC以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。
PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
2电梯控制系统设计
2.1PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则:
（1）最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
（2）保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
例如:
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等）也能正常工作。
（3）力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。
因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
（4）适应发展的需要
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/0点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
2.2设计思想
电梯信号控制基本由PLC软件实现。
电梯信号控制系统如图2-3所示，输入到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。
各种数字信号通过输入接口输入PLC内部再由PLC通过输出接口控制各种功能的实现。
图2-1电梯PLC信号控制系统框图
2.3主电路的设计
2.3.1拖动电机电路的设计
本设计采用三相异步电机作为电梯的牵引电机，并且电机采用星-三角起动方式。
M
3～
L1
L2
L3
FU
KM3
KM4
FR
KM6
KM5
U1
V1
W1
U2
V2
W2
+
—
KM7
RZ
DC
图2-2电梯拖动电机电路
异步电机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电机的启动过程。
如果在额定电压下直接起动，由于最初起动瞬间主磁通约减小到额定值的1/2，转子功率因数又很低，造成了起动时堵转电流相当大而堵转转矩并不大（不像直流电机那样，起动转矩与起动电流成正比）的结果，所以要采用星-三角降压起动方法。
起动时，电机定子绕组接成星形联结，起动后改接成三角形联结，如图3所示。
起动时，接触器KM3、KM5触点闭合，电机定子绕组接成星形联结，待转速升高到一定程度后，接触器KM5触点断开，接触器KM6触点闭合，定子绕组改成三角形联结，电机进入正常运行。
制动时采用能耗制动，接触器KM3触点断开、KM7闭合，电机在断开交流电源的同时，在定子两相上通入直流电流，直流电流通过定子绕组，便在电机内建立一个位置固定、大小不变的恒定磁场。
电机转子由于惯性继续旋转，转子导体切割恒定磁场而产生感应电动势和电流，该电流和恒定磁场相互作用产生相互作用产生电磁转矩，转矩的方向与转子实际旋转方向相反，起到了制动的作用。
在制动过程中，电机的转速不断下降，电机不断吸收系统存储的机械能，并把它转换成电能消耗在转子电路的电阻上。
KM1
KM2
图2-3电梯门拖动电机
2.3.2门电机电路的设计
门电机的驱动也采用三相异步电机，而起动时采用直接起动的方式，因为门电机的功率不大，直接起动对电源的影响不大，门电机电路如图4所示。
接触器KM1闭合，门电机正转，电梯门打开。
接触器KM2闭合，门电机反转，电梯门关闭。
2.4I/O点数的分配
根据电梯控制的要求，电梯应具有内呼和外呼按钮、行程开关、开关门按钮，以及相应的指示灯，估算所需I/O口的数量，并绘制I/O口分配表，见下表。
表2-1I/O地址分配表
序号
输入信号
输出信号
编号
名称
1
I0.0
开门
Q0.0
2
I0.1
一层限位
Q0.1
一层指示
3
I0.2
二层限位
Q0.2
二层指示
4
I0.3
三层限位
Q0.3
三层指示
5
I0.4
四层限位
Q0.4
四层指示
6
I0.5
关门
Q0.5
7
I0.6
开门到位
Q0.6
上行指示
8
I0.7
关门到位
Q0.7
下行指示
9
I1.0
上平层感应器
Q1.0
高速
10
I1.1
一层内选
Q1.1
一层内选指示
11
I1.2
二层内选
Q1.2
二层内选指示
12
I1.3
三层内选
Q1.3
三层内选指示
13
I1.4
四层内选
Q1.4
四层内选指示
14
I1.5
下平层感应器
Q1.5
低速
15
I1.6
上限位
Q1.6
上行输出
16
I1.7
下限位
Q1.7
下行输出
17
I2.0
一楼上呼
Q2.0
一楼上行
18
I2.1
二楼下呼
Q2.1
二楼下行
19
I2.2
二楼上呼
Q2.2
二楼上行
20
I2.3
三楼下呼
Q2.3
三楼下行
21
I2.4
三楼上呼
Q2.4
三楼上行
22
I2.5
四楼下呼
Q2.5
四楼下行
23
I2.6
关门测试信号
2.5PLC外部接线图
根据I/O点数分配表及电梯实现的功能画出PLC外部接线图如下图所示：
图2-4PLC外部接线图
3电梯控制系统功能实现与仿真
3.1各段程序块功能
3.1.1复位初始化模块
首先观察检测电梯是否处于关门状态，如果不是，就执行关门。
当电梯门彻底闭合之后，将关门电机复位，停止关门。
梯形图如下：
图3-1电梯开关门状态
中间继电器M1.1的作用是记录轿厢是不是在楼层上，到达任一楼层后，复位M1.1表示已经到达正确楼层。
图3-2电梯是否到达正确楼层
3.1.2内选模块
举例说明，假设内选一层，内选一层时一层指示灯亮；
到达一层并且执行开门时指示灯熄灭；
电梯停在某一层时该层指示灯灭。
图3-3一层指示灯电路
3.1.3上下行指示中间继电器
当电梯处于下行状态或者上行没有到3、4楼的任务时，M0.0有效；
当电梯处于上行状态或者下行没有到1楼的任务时，M0.1有效；
当电梯处于下行状态或者上行没有到4楼的任务时，M0.2有效；
当电梯处于上行状态或者下行没有到1、2楼的任务时，M0.3有效。
图3-4上下行指示中间继电器
3.1.4外呼模块
举例说明，假设电梯到达二层，则电梯开门。
电梯是上行方向或者下行但是没有往下的任务时取消呼梯信号。
图3-5二楼外呼上行电路
3.1.5平层感应
有时电梯运行时由于某些影响，导致电梯不能准确的停留在欲停留的楼层，会与楼层出现错位，因此要加装平层感应装置。
图3-6平层感应电路
3.1.6电梯高低速运行
电梯运行过程中有一个高低速转换状态，电梯开始启动时先进入低速模式，一定时间后转为高速状态。
当预停车继电器M2.0有效时，当电梯有上行输出且上平层感应器接触时；
或者电梯有下行输出且下平层感应器接触时；
电梯则由高速运行转为低速运行。
当有电梯上行输出且下平层感应器接触断开时；
或者电梯有下行输出且上平层感应器断开时；
电梯由低速运行转为高速运行。
图3-7电梯高低速运行
3.1.7停车模块
M2.0为预停车继电器，当在一层，有一层内选或上呼时；
当在二层，有二层内选或上、下呼时；
当在三层，有三层内选或上、下呼时；
当在四层，有四层内选或下呼时；
则M2.0有效。
当平层到位时，M2.0复位。
图4-7电梯高低速运行
图3-8停车电路
3.1.8电梯上下行中间继电器
以下行中间继电器为例，M0.5为下行继电器，当电梯在三层，有三楼下呼、二楼上呼、二楼下呼、一楼上呼、轿厢内选一层、轿厢内选二层时；
当电梯在二层，有一楼上呼、轿厢内选一层时；
当电梯有轿厢内选四层时；
下行继电器M0.5有效。
平层到位继电器有效，当电梯在二层，二楼可上行继电器有效时；
当电梯在三层，三层可上行继电器有效时；
当电梯在一层时；
则下行继电器复位。
图3-9电梯上下行中间继电器
图4-7电梯下行中间继电器
3.1.9开关门模块
以开门状态举例，在满足各楼层的开门条件，并且前提是关门状态时，执行开门，在按下关门电机或者关门到位的时候关闭开门电机，开门到位后延时一段时间，电梯自动关门。
图3-10开门电路
3.1.10电梯上下行输出
以上行输出为例，当上行指示灯亮，关门到位信号有效，电梯既没有执行开门动作也没有下行输出，则电梯上行输出灯亮。
当电梯上限位有效或执行开门动作时，电梯执行上行输出复位。
图3-11上下行输出电路
3.2程序仿真
图3-12程序仿真图
4设计总结
本设计基本上达到了设计目的,利用PLC实现了对电梯的控制，通过合理的软件设计，提高了电梯运行的可靠性，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能。
利用可编程控制器（PLC）控制技术改造旧电梯，充分利用了现代电力电子技术、计算机原理和检测技术，达到了对电梯的可靠控制。
通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，提高了电梯的运行可靠性。
采用PLC改造后的电梯结构紧凑、维修简单、故障率低。
如果PLC与交流变频调速（VVVF）控制技术结合将提升电梯的的效率和舒适感，有利于电梯的节能。
具有一定的经济效益和社会效益。
当然，本次设计还存在一些不足之处，例如:
本设计的外围电路设计过于简单。
但由于时间有限，本人没有考虑周详。
另外，由于实际条件的限制，本设计是模拟设计不能采集到现场数据，这也是不足之处。
当然，设计中肯定还有其他不足和纰漏之处，请各位老师指正。
5参考文献
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附录
Network1
//关门指示
LDSM0.1
ANI0.6
ANI0.7
SQ0.5,1
Network2
//关门到位1
LDI0.7
RQ0.5,1
Network3
//初始下行复位
ANI0.1
ANI0.2
ANI0.3
ANI0.4
ANI1.6
SM1.1,1
Network4
//复位
LDI0.1
OI0.2
OI0.3
OI0.4
OI1.7
RM1.1,1
Network5
//一层内呼
LDNI0.1
AI1.1
ONQ0.0
AQ1.1
OLD
=Q1.1
Network6
//二层内呼
LDNI0.2
AI1.2
AQ1.2
=Q1.2
Network7
//三层内呼
LDNI0.3
AI1.3
AQ1.3
=Q1.3
Network8
//四层内呼
LDNI0.4
AI1.4
AQ1.4
=Q1.4
Network9
//二层外呼下响应
LDM0.4
ANQ1.3
ANQ1.4
ANQ2.2
ANQ2.3
ANQ2.4
ANQ2.5
OM0.5
=M0.0
Network10
//二层外呼上响应
LDM0.5
ANQ2.0
ANQ2.1
ANQ1.1
OM0.4
=M0.1
Network11
//三层外呼下响应
=M0.2
Network12
//三层外呼上响应
ANQ1.2
=M0.3
Network13
//一层外呼上灯
LDI2.0
AQ2.0
=Q2.0
Network14
//四层外呼下灯
LDI2.5
AQ2.5
=Q2.5
Network15
//二层外呼下灯
LDI2.1
LDNM0.0
ONI0.2
AQ2.1
=Q2.1
Network16
//二层外呼上灯
LDI2.2
LDNM0.1
AQ2.2
=Q2.2
Network17
//三层外呼下灯
LDI2.3
ONM0.2
AQ2.3
=Q2.3
Network18
//三层外呼上灯
LDI2.4
ONM0.3
AQ2.4
=Q2.4
Network19
//开门
LDQ1.1
OQ2.0
AI0.1
LDM0.0
LDM0.1
OQ1.2
AI0.2
LDM0.2
LDM0.3
OQ1.3
AI0.3
LDQ1.4
OQ2.5
AI0.4
LDI0.0
ANQ0.0
ANQ0.5
LDQ0.7
ANQ0.6
EU
OI0.6
NOT
LPS
AQ0.0
=Q0.0
LPP
ALD
OQ0.0
Network20
//开门后延时3秒
LDI0.6
TONT33,300
Network21
//关门
LDI0.5
OT33
ANI0.5
OI0.7
AQ0.5
=Q0.5
OQ0.5
Network22
//上行指令中间继电器
LDQ2.2
OQ1.4
OQ2.3
OQ2.4
OI0.1
LDQ2.4
ANM0.5
LDI0.2
AM0.0
LDI0.3
AM0.2
AM0.4
=M0.4
Network23
//关断是否下行
LDQ2.1
OQ1.1
LDQ2.3
OQ2.1
OQ2.2
ANM0.4
AM0.1
AM0.3
AM0.5
=M0.5
Network24
//上行指示
LDQ1.2
LDQ1.3
AI0.7
ANQ0.7
LDI0.4
OQ0.7
AQ0.6
=Q0.6
OQ0.6
Network25
升级会员 