电梯模型教学教案.docx

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电梯模型教学教案

电梯模型》

教学目的：

1．使同学掌握电梯模型的硬件结构，对PLC的硬件设计方法具有一定的掌握。

2．使同学们掌握大型PLC程序的编制、调试方法。

3．使同学们掌握较复杂的PLC控制设备软件和硬件结合的设计、调试方法。

4．使同学们掌握PLC控制变频器进行交流调速的方法。

5．使同学们掌握PLC与触摸屏连接控制的方法。

6．使同学们掌握多台PLC之间利用PC-LINK技术进行数据交换的方法。

7．进一步巩固PLC中高速计数器的使用。

教学对象：

2012年维修电工技师培训班

教学时间：

2周

教学方式：

理论讲解、实践动手、随堂指导、故障模拟

教学重点：

PLC控制系统中软件与硬件结合的设计、调试方法

教学难点：

1．电梯的控制要求

2．触摸屏与PLC的连接以及控制

3．变频器与PLC的连接以及控制

4．多台PLC的PC-LINK数据交换技术

第一部分电梯的控制要求

利用PLC控制电梯是一种比较成熟的技术，在实际应用中有很广阔的市场。

实际应用的

电梯比较复杂，包括电气控制和机械方面，电梯模型主要是模拟实际电梯中的大部分电气控制。

具体的电梯控制模型控制要求如下:

一、电梯具有两种运行模式：

自动模式和手动模式（也叫消防模式）。

二、在手动模式（消防模式）下，电梯轿厢可以实现上行、下行、开门、关门等动作，并且可以随时停止，随时开关门。

三、在自动模式下，电梯的控制比较复杂，具体如下：

1．当由手动模式改为自动模式或者电梯在自动模式下通电时,电梯关闭轿厢门，然后自

动下降，返回下基准位置进行原点定位。

在此过程中，不响应任何呼叫信号。

到达基准位置后，电梯可以接受呼叫信号，进入正常运行阶段。

2．当有外呼梯信号到来时，电梯去对应的楼层响应该呼梯信号。

电梯轿厢响应某一个请求信号时，首先自动开门。

如果有人按下关门按钮，轿厢将关门。

如果没有人按下关门按钮，电梯轿厢门将延时一段时间后自动关门。

3．当有内呼梯信号到来时，电梯去对应的楼层响应该呼梯信号。

4．在电梯运行过程中，只响应经过楼层同方向的外呼梯信号，不响应经过楼层反向外呼梯信号。

但如果某反向外呼梯信号前方再无其他内呼梯、外呼梯信号，则电梯响应该外呼梯信号。

例如：

电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在此过程中可以响应二层向上外呼梯信号，但不响应二层向下外呼梯信号。

同时,如果电梯到达三层,如果四层没有任何呼梯信号

则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。

否则，电梯将继续运行至四楼，然后向下运行响应三

层向下外呼梯信号。

5.电梯应当具有最远反向外呼梯响应功能。

例如：

电梯轿厢在一楼。

而同时有二层向下外呼梯。

三层向下外呼梯。

四层向下外呼梯信号到来。

则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。

6•电梯未平层或运行时，开门按钮、关门按钮均不起作用。

平层且电梯停止运行后，按开门按钮轿厢门打开，按关门按钮轿厢门关闭。

7.电梯具有显示现在轿厢所处于的楼层以及电梯轿厢运行方向的能力，方便乘客。

&电梯运行具有加速和减速控制。

当电梯开始运行时，从某一个较低的初始速度开始加速，直到最高速度。

当电梯将要接近一个需要停下来的楼层时，从最高速度进行减速，最

后以一个较低的速度平层。

楼层和平层检测采用旋转编码器累计脉冲计数来实现。

第二部分硬件系统

电梯模型的硬件部分主要由两台PLG变频器、触摸屏、电梯轿厢、电梯本体等构成。

电梯控制中，主要有2种运动控制，一个是电梯轿厢的开关门控制，采用的是直流电动机驱动；另一个是电梯轿厢在电梯井道里的运动，用PLC的PWM脉冲输出功能驱动变频

器，由变频器控制交流电动机的速度来实现。

电梯的硬件构成采用了模块化结构，每三层电梯由一台PLC控制。

如果一台电梯有六

层，那么就有两台PLC参与控制。

两台PLC之间采用了PC—LINK的网络连接进行数据交换，六层电梯的电梯结构示意图如图1-1所示。

其外部电气原理接线如图1-2所示，其主要分为两部分：

主PLC外部电气接线以及从

PLC外部电气接线。

其中主PLC主要负责的输入输出信号如表1-1所示，从PLC主要负责

的输入输出信号如表1-2所示。

表1-1主PLC输入输出信号

输

入

输

出

端子号

PC-LINK

功能

端子号

PC-LINK

功能

A相脉冲输入

PWM控制信号

B相脉冲输入

轿厢上行控制信号

上定位限位开关

轿厢下行控制信号

上限位开关

丫3

PWM速度信号

上极限位保护开关

三层向下外选指示

三层向上外选指示

四层向下外选指示

四层向上外选指示

个位显示

三层向下外选信号

个位显示

三层向上外选信号

四层向下外选信号

五层向下外选指示

四层向上外选信号

电梯下行指示

五层向下外选信号

电梯上行指示

表1-2从PLC输入输出信号

输

入

输

出

端子号

PC-LINK

功能

端子号

PC-LINK

功能

下行近层信号

轿厢开门控制信号

轿厢关门控制信号

下定位限位开关

下限位开关

丫3

-1层向上外选指示

下极限位保护开关

一层向下外选指示

手动/自动选择

一层向上外选指示

急停按钮

二层向下外选指示

手动下行按钮

二层向上外选指示

手动上行按钮

个位显示

手动模式关门按钮

个位显示

手动模式开门按钮

个位显示

-1层向上外选信号

个位显示

一层向下外选信号

十位显示

一层向上外选信号

二层向下外选信号

电梯下行指示

二层向上外选信号

电梯上行指示

X20

卜行近层信号

X21

轿厢关门限位开关

X22

轿厢开门限位开关

X23

X24

到层信号

k7/1I7

X25

门安全信号

X26

X27

图1电梯结构示意图

2—编码器3—触摸屏

6—轿厢7—变频器

第三部分控制程序

六层电梯的控制是由两台PLC来控制的，分别称为主PLC和从PLC，两台PLC中均

有控制程序。

其中从PLC的程序主要是负责外部信号的采集和驱动部分外部信号，还有就是控制与之相连接的触摸屏GT10显示的画面。

而主PLC是主要的控制装置，它要对部分

外部信号进行采集，驱动外部负载，判断电梯的运行方向以及轿厢开关门等等，所以程序较

为复杂，下边具体说明。

一、从PLC控制程序

从PLC主要是负责-1层到2层的外部呼叫信号采集以及这三层呼叫信号的锁定，还有就是控制电梯轿厢的开门与关门并且将门是否打开或关闭的信号（由专门的限位开关来检测）、电梯轿厢门是否安全（由一对光电传感开关组成）传送给PLC，并且要负责触摸屏

GT10所显示的画面。

1.本地输入继电器信号送入LINK继电器

2.LINK继电器数据送到本地输出继电器

3.控制触摸屏GT10显示画面

触摸屏GT10显示的画面是由与其相连接的PLC的数据寄存器DT0中的数据来决定的，

一台GT10可以存储256幅画面，标记为十六进制数O-FF,PLC中的数据寄存器DT0中的

数据是多少，就显示那一幅画面。

目前与从PLC连接的触摸屏里面保存了2幅画面，分别

是手动控制画面和自动控制画面，其中自动控制画面的编号是0,手动控制画面的编号是1。

二、主PLC控制程序

电梯控制程序按PC-LINK数据交换部分，手动控制程序部分，自动复位控制程序，呼梯信号锁定与清除程序，平层判断控制程序，电梯轿厢开、关门控制程序，电梯轿厢运行方

向控制程序，电梯轿厢加、减速控制程序等八部分进行介绍。

1.PC-LINK数据交换部分

本地数据送入PC-LINK单元控制程序如图1-11a所示。

PC-LINK单元送入本地数据控制程序如图1-11b所示。

-1

—1

-1

—

A4!

a）本地数据送入PC-LINK单元控制程序

PC-LINK单元送入本地数据控制程序

1-11PC-LINK数据交换控制程序

本段程序的目的是若干个PLC之间用PC-LINK方式来交换数据。

PC-LINK的数据交换方式是在LINK继电器（以WL、L为继电器标识）中给每台PLC都分配一段可读可写的继电器序号，每台PLC的可读可写继电器序号不会发生重叠，其余的继电器序号只可读不可写，这样分配的目的是为了防止若干个PLC同时对某一个继电器进行写入操作从而引起系

统错误。

在所有的用PC-LINK连接起来的PLC，它们的LINK继电器的状态是自动保持一致的，比如其中一台PLC对某一个LINK继电器进行了写入操作，使该继电器闭合（ON），那么和这台PLC通过PC-LINK连接的PLC的对应的LINK继电器的状态也会变为ON,并

不需要用户编程来传送数据，所有的一切均是自动完成。

上面中的两段程序就是用来交换数据的。

第一段程序的目的是将外部输入信号的状态传递给LINK继电器，以用来通知其余的PLC;第二段程序的目的是将别的PLC的信号读

进来，用来控制本台PLC的继电器。

2•手动控制程序部分

手动控制程序部分如图1-12所示。

L44

T24一|

图1-12手动控制梯形图程序

手动控制程序主要是在手动模式下控制电梯轿厢的上行、下行以及电梯轿厢门的开启、关闭。

这一段程序较为简单，当控制开关放置在手动模式下时，继电器L44将闭合，手动

控制程序将开始工作。

上面图1-12中的示例程序是用来手动控制电梯轿厢的上行。

当电梯轿厢未到达上极限位置（L66为OFF）或上基准位置（L65为OFF），按下电梯上的上行按钮（L47）或触摸屏上的上行按钮（R74），电梯轿厢的正转驱动继电器（Y1）将闭合，电梯轿厢将上行。

当电梯轿厢到达上极限位置（L66为OFF）或上基准位置（L65为OFF），或电梯上的上行按钮

（L47）和触摸屏上的上行按钮（R74）均不被按下，电梯轿厢的正转驱动继电器（Y1）将

释放，电梯轿厢将停止运行。

电梯轿厢下行控制和电梯轿厢的开门、关门控制也是类似的。

F0指令是用来控制触摸屏显示手动控制画面，CNDE指令是为了防止在手动控制时自

动控制程序被启动，所以使用了条件结束指令。

一旦手动控制模式开关（L44）闭合，整个

PLC控制程序将在此处结束，余下的PLC程序将不被执行，PLC转而进入循环扫描的下一个阶段。

3.自动复位控制程序

自动复位控制程序如图1-13所示。

当电梯在自动控制模式下由断电状态变为通电状态，或者由手动控制模式转为自动控制模式时，需要执行自动复位控制程序，这段程序的目的是使电梯恢复到初始状态：

电梯轿

厢门关闭，电梯处于下基准位置。

复位控制的过程是这样的：

复位控制继电器用（R200）来记忆复位过程。

当电梯轿厢

安全开关（L4F）检测轿厢门已经安全时，轿厢门（LE）可以关闭。

轿厢门关闭限位开关（L4A）检测到轿厢门关闭后，如果电梯轿厢不在下基准位置（L41）,电梯轿厢反转驱动继电器（Y2）

将闭合，电梯轿厢将下行，直到下基准位置（L41为ON）,复位过程结束。

4.呼梯信号锁定与清除梯形图程序

图1-14呼梯信号锁定与清除梯形图程序

电梯控制中呼梯信号包括外呼梯信号（在电梯轿厢外选择的请求上楼或下楼的信号）和

内呼梯信号（乘客需要到达的楼层）。

呼梯信号的锁定与清除比较简单，图1-14中的示例程序分别为内呼梯锁定与清除控制和外呼梯锁定与清除信号。

只要电梯轿厢不处于某一楼层，并且该楼层有内呼梯信号，那么该呼梯信号就需要被锁定。

只要电梯到达对应的楼层，该呼梯信号就应当被响应，响应的标志是电梯到达该楼层时停止运行，打开轿厢门。

外呼梯信号的锁定与清除相对来说要复杂一点，只要某一楼层有外呼梯信号，那么该呼

梯信号就需要被锁定。

当电梯运行方向与呼梯方向相同，那么就需要响应该信号；如果电梯运行方向与呼梯信号方向相反，那么就需要等待电梯轿厢运行回来后，再响应该呼梯信号。

如果电梯轿厢在运行过程中，有多个反方向呼梯信号同时存在，例如在电梯向上运行过程中

同时存在有1层向下呼梯信号、2层向下呼梯信号、3层向下呼梯信号、4层向下呼梯信号，那么就要优先响应最远的反方向呼梯信号，即4层向下呼梯信号，然后电梯轿厢转为向下运

行，依次响应其余的呼梯信号（此时其余的呼梯信号已经变为同向呼梯信号）。

如果电梯轿

厢在向上运行过程中，到达某一层遇到反方向呼梯信号，并且该楼层前方再没有其他的任何

呼梯信号，那么就需要开门响应该呼梯信号。

上图中的程序表示的就是电梯轿厢响应1层往

下外呼梯信号的控制程序：

当电梯轿厢往下运行（L16为ON），到达1层时候就需要开门

响应该呼梯信号；如果电梯轿厢往上运行（L17为ON）,1层楼层前方再没有其它的任何

呼梯信号（R201为ON），那么到达1层时候就需要开门响应该呼梯信号。

5•平层判断控制程序

平层判断控制程序如图1-15所示。

平层判断程序主要是为了判断电梯轿厢目前是否平层。

电梯轿厢运行的位置是用高速

计数器的脉冲数来定位的，所以使用了高速计数器控制字DT90052。

当电梯轿厢运行到下

基准位置（L41为ON）时，高速计数器控制字DT90052首先送入“1”，高速计数器经过值（DT90044）清零，然后高速计数器控制字DT90052送入“0”，高速计数器被启动。

高速

计数器的设定计数方式为：

双向、AB正交脉冲计数。

示例程序是用来控制6层电梯的，所以使用了6条比较指令来判断是否平层。

平层控制是有一定误差的，只要高速计数器经过值（DT90044）处于平层允许误差之内，就认为已经到达该楼层的平层位置，需要的时候可以停止电梯轿厢的运行，打开电梯轿厢门。

6.电梯轿厢开、关门控制程序

a）电梯轿厢开门控制梯形图程序

b）电梯轿厢电动机延时保护控制梯形图程序

c）电梯轿厢关门控制梯形图程序

图1-16电梯开关、延时保护及关门控制梯形图程序

电梯轿厢的开门、关门控制程序如图1-16所示。

其控制应遵循如下原则：

1）最低楼层和最高楼层（例如最低楼层），不论是外呼梯信号（L0为ON）还是内呼

梯信号（L5为ON）,只要电梯轿厢到达该楼层（R310为ON）,就一定要打开电梯轿厢门

响应该呼梯信号。

2）所有的楼层的内呼梯信号（例如1层的内呼梯信号L6为ON）,只要电梯轿厢到达

该楼层（R311为ON）,就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。

3）所有的与电梯轿厢运行方向同方向的外呼梯信号（例如电梯轿厢向上运行，L17

为ON,1层的向上呼梯信号L2为ON），只要电梯轿厢到达该楼层（R311为ON），就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。

4）所有的与电梯轿厢运行方向反方向的外呼梯信号（例如电梯轿厢向上运行，L17

为ON,1层的向下呼梯信号L1为ON），只有其前方楼层没有任何内呼梯、外呼梯信号（R201为ON）,那么电梯轿厢到达该楼层（R311为ON）,就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信

号。

如果电梯轿厢门在打开的过程中，有人按下了关门按钮（L3C或L3E为ON）,电梯轿

厢开门驱动继电器就应该释放。

为了防止电梯轿厢的开门机构卡死，导致开门电动机长时间堵转烧毁，当开门驱动继

电器（LD）闭合，延时一段时间后，如果开门限位开关（L4B）仍未闭合，T1定时器仍旧会使开门驱动继电器断开，保护电梯轿厢开门驱动电动机。

电梯轿厢的关门控制比较简单，当电梯轿厢内有人按下关门按钮（L3C或L3E为ON）,

或者电梯轿厢门打开一段时间后（TO为ON）,电梯轿厢门就应该关闭。

在电梯轿厢关门控

制过程中，如果有人按下了开门按钮（L3B或L3D为ON）,或者关门已经完成（关门限位

开关L4A为ON）,或者电梯轿厢门是安全的（安全开关L4F为OFF）,电梯轿厢关门驱动

继电器应该释放。

7.电梯轿厢运行方向控制程序

轿厢在1层时的上行趋势判断程序如图1-17所示。

轿厢上行趋势判断程序如图1-18所

示。

图1-17轿厢在1层时上行趋势判断梯形图程序

图1-18电梯轿厢上行趋势判断梯形图程序

电梯轿厢运行时首先要判断运行趋势，即下一步电梯轿厢是需要向上运行还是需要向下运行。

以最高为5层的电梯，电梯轿厢处于一层（R311为ON）为例，当1层有上呼梯

信号（L2为ON），或者2层有呼梯信号（2层上呼梯信号L3或2层下呼梯信号L4或2层内呼梯信号L7为ON）,……，或者5层有呼梯信号（5层下呼梯信号L1C或5层内呼梯信号LA为ON）,电梯轿厢就应该上行，其他楼层类似。

所有的使电梯轿厢向上运行的趋势以

及当电梯轿厢处于最低楼层（下基准位开关L41或最低楼层平层信号R310为ON）都会使

电梯轿厢应该往上运行。

当电梯轿厢处于一层（R311为ON）时，下行趋势判断程序如图1-19所示，如果电梯

向下运行（L16为ON）,或者电梯向上运行并且1层前方没有任何内呼梯信号以及外呼梯

信号（R201为ON）,那么电梯轿厢就不应当有向上运行的趋势，其它楼层也是类似的。

图1-20电梯轿厢下行趋势判断梯形图程序

电梯轿厢下行趋势判断和上行趋势判断也是类似的，梯形图程序如图1-20所示。

电梯

轿厢处于一层（R311为ON）时，当1层有下呼梯信号（L1为ON）,或者最低层有呼梯信号（最底层上呼梯信号L5或最底层内呼梯信号L0为ON）,电梯轿厢就应该下行，其他楼

层类似。

所有的使电梯轿厢向下运行的趋势以及当电梯轿厢处于最高楼层（上基准位开关

L65或最高楼层平层信号R315为ON）都会使电梯轿厢应该往下运行。

当电梯轿厢处于一层（R311为ON），如果电梯向上运行（L17为ON），或者电梯向下运行并且1层前方没有任何内呼梯信号以及外呼梯信号（R211为ON），那么电梯轿厢就不

应当有向下运行的趋势，其它楼层也是类似的。

电梯轿厢运行方向显示控制程序如图1-21所示。

口HIL2THTIL4TIL18TIL19TILlATILlBTILlcTILSTIL6TIL7TILfiTIL9TllATST

B■

图1-21电梯轿厢运行方向显示控制梯形图程序

电梯轿厢运行趋势确定后，只要有任何内呼梯信号或外呼梯信号，电梯运行方向就应该显示出来，以提供给乘坐电梯的乘客。

电梯的运行方向确定后，如果电梯轿厢门关闭（L4A为ON）,那么电梯轿厢就可以在

电梯井道里上下运行。

运行方向的控制程序如图1-22所示。

电梯轿厢在电梯井道里运行期

间，上行如果碰到上基准开关（L65）或上极限位保护开关（L66），下行如果碰到下基准开关（L41）或下极限位保护开关（L42），或者电梯轿厢开门，均应该停止运行。

&电梯轿厢加、减速控制程序

R9013

K13

』DT20

K300

」DT21

]

ET20

」K2

图1-23

PWM控制设定梯形图程序

56卜||—[FOMV

[FOHIV

R9010

BS|—||—[F1T3FWNIK

电梯轿厢的运行是采用PLC输出PWM波形，输出到变频器，变频器根据PWM波形

折合的给定直流电压值，输出对应频率的交流电压，进而控制交流电动机的转速。

PWM控制设定程序如图1-23所示，给数据寄存器DT20中送入常数K13是为了启动PWM控制功能，给数据寄存器DT21中送入常数K300时表示占空比为300/1000，即30%占空比的PWM波形，周期为1s,高电平持续0.3s。

F173（PWMH）指令是PWM波形输出控制指令，该指令从对应的数据表中（例题中数据表起始地址为DT20）连续读入控制字，

高电平持续时间，然后输出持续的PWM波形。

电梯轿厢加速控制程序如图1-24所示。

图1-24电梯轿厢加速控制梯形图程序

当电梯轿厢启动运行时，不论是上升（Y1为ON）还是下降（Y2为ON），都应该启动

加速控制程序。

电梯轿厢加速控制开始的时候，首先将加速的最低速度数据（常数K10）送入PWM占空比控制寄存器（DT21），然后每隔固定的时间（R9018为特殊内部寄存器，每0.01秒闭合一次），PWM占空比控制寄存器（DT21）检测占空比是否到达最大值（常数K750），如果没有，就将占空比控制寄存器（DT21）中的数据加一个固定的数值（常数K5），重新送入

PWM占空比控制寄存器（DT21），直到占空比到达最大值（常数K750）。

电梯减速区域的梯形图程序如图1-25所示。

其中减速区域设置程序如图1-25a所示，

电梯轿厢与楼层相对位置判断程序如图1-25b所示，相对位置转换为绝对位置程序如图1-25C

所示。

K300,DT355]

DT255,K4,DI355

a）减速区域设置梯形图程序

电梯轿厢与楼层相对位置判断梯形图程序

DT457]

C）相对位置转换为绝对位置程序

图1-25电梯减速区域的梯形图程序

电梯轿厢减速的时候，首先要判断目前电梯轿厢与某一楼层的平层位置的相对位置，

只有距离某一楼层的距离足够近，才有可能减速。

电梯轿厢在电梯井道里运行，可能是向上

运行，也可能是向下运行，所有的距离某一楼层的位置都必须换算成无符号的，然后和设定

的减速区段（DT355）大小进行比较。

减速信号判断程序如图1-26所示。

减速信号应该在电梯轿厢将要到达某一楼层，并且必须在该楼层停止运行，打开电梯轿厢门响应呼梯信号的时候首先判断是否进入了减速区，以电梯轿厢将要到1层为例：

如果电梯轿厢将要到达1层，如果1层有内呼梯信号（L6为

ON），或者电梯轿厢下行（L16为ON）的时候或者上行时候1层上方没有任何呼梯信号（R201为ON）并且有1层下呼梯

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