电梯PLC控制.docx

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电梯PLC控制

摘要

在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。

特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。

随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。

　　本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器（PLC）应用于四层电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。

本文所设计的电梯与传统的电梯相比，在运行上具有良好的舒适感，在生活中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益，达到了理想的目的。

该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点。

　　在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了PLC的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。

前　言

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……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。

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要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。

目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：

一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、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，这两种方式并没有太大的区别。

国内厂家大多采用答二种方式，其原因在于用PLC控制有许多优点：

1，可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达3~5万小时。

而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2，编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。

这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。

当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。

PLC的体积小，重量轻，便于安装。

一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。

总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与PLC相比较，存在质的差别。

PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。

因此它已成为电梯运行中的关键技术。

第1章绪论

1.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题

1.1.1电梯继电器控制系统的优点

（1）所有控制功能及信号处理均有硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。

（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。

（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。

（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。

1.1.2电梯继电器控制的缺点：

（1）系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。

（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。

（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。

（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。

（5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大。

费用高；而且检查故障困难，费时费工。

1.2PLC及在电梯控制中的应用特点

1.2.1PLC简介及其特点

PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

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.

PLC的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强

2.配套齐全，功能完善，适用性强

3.易学易用，深受工程技术人员欢迎

4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

5.体积小，重量轻，能耗低

PLC控制电梯的优点

PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。

由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。

在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。

本文主要讨论研究利用西门子公司可编程控制器对四层电梯的控制，形成电梯控制系统。

电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。

传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。

目前电梯设计使用可编程控制器（PLC），要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。

维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。

当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后．控制系统进行下列运作：

根据轿厢所处位置及乘员所处层数．判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。

将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。

另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。

电梯变频调速控制的特点

MM440是西门子公司生产的通用型矢量变频器，它性能稳定，质量可靠，功能齐全，在电梯行业首次使用。

通过我们的现场试验这种变频器完全可以用到电梯控制系统中且运行良好而且它还有一个其它变频器所没有的优点就是进行电机参数自学习时电机的轴不转动这样曳引机可在带负载的情况下也能进行自学习而不必像其它变频器那样必须把轿厢吊起使曳引机脱离负载后才能自学习这样给电梯的安装改造带来很大方便。

根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。

图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1~KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。

FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。

FU1为熔断器，起过电流保护作用。

本设计的PLC外部接线图如图所示.CPU226CN的传感器电源24V（DC）可以输出600mA电流，通过核算在本设计中PLC容量完全满足要求，CPU226CN的输出继电器触点容量为2A，电压范围为5~30V（DC）或5~250V（AC）。

2.2工/0点数的分配及机型的选择

2.2.1I/O点数的估算

采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。

电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。

一层有上升呼叫按钮K1和指示灯H1，二层有上升呼叫按钮K2和指示灯H2以及下降呼叫按钮K4和指示灯H4，三层有上升呼叫按钮K3和指示灯H3以及下降呼叫按钮K5和指示灯H5，四层有下降呼叫按钮K6和指示灯H6。

一至四层有到位行程开关SQ1～SQ4。

电梯内有一至四层呼叫按钮K10～K7和指示灯H10～H7；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制，关门到位由行程开关ST1检测，开门到位由行程开关ST2检测。

轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。

综上所述，输入点共有14个，输出点共有16个。

可编程控制器S7—200的CPU226输入，输出点数为24／16。

足以满足要求

2.2.2输入/输出的分配如下：

该系统占用PLC的30个I/O口，14个输入点，16个输出点，具体的I/O分配如下图所示：

2.2.3机型的选择

SIMATICS7-200系列PLC及其编程软件STEP7-Micro/WIN32

   SIMATIC小型S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

S7-200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；丰富的扩展模块等。

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、环境保护设备等等。

   STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学，可用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图三种编程语言编制程序，不同的编程语言编制的程序可以相互转换。

STEP7-Micro/WIN32提供两套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和国际标准指令集（IEC1131-3方式）。

程序编制完成之后，利用PLC与计算机专用的PC/PPI电缆传送程序至PLC。

2.3系统结构框图

电梯开关门流程图

电梯上升下降流程图

第三章系统软件设计

3.1四层电梯梯形图

程序设计常用方法

在工程中，对PLC应用程序的设计有多种方法，这些方法的使用，也因各个设计人员的技术水平和喜好有较大的差异。

现将常用的几种应用程序的设计方法简要介绍如下。

1.经验设计法

经验设计法也叫凑试法。

在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。

这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。

经验设计法的具体步骤如下：

（1）确定输入/输出电器；

（2）确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；

（3）做出系统动作工程流程图；

（4）选择PLC指令并编写程序；

（5）编写其它控制控制要求的程序；

（6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。

2.逻辑设计法

工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。

而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：

断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。

该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。

在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。

3.顺序控制法

对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。

顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。

在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。

功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。

功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：

步于步之间必须用转移隔开；

转移与转移之间必须用步隔开；

转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。

按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。

一个顺序功能图中至少有一个出初始步。

3.1.1外召唤信号登记及消除

厅外召唤指令具有登记指示，到层取消。

3.1.2内指令信号登记及消除

点动内呼按钮，信号登记显示。

到层信号取消。

本系统设一楼为基站，两分钟内无任何操作，电梯自动返回一楼。

3.1.3电梯的平层信号处理

3.1.4选层定向及反向截梯

轿厢上行

轿厢下行

3.1.5内指令外召唤信号的保持

轿厢的内呼指令与外召唤指令保持信号，用于在有乘坐需要的楼层停车，并自动或手动执行开关门操作。

开关门执行一次之后，信号取消。

使电梯能够继续响应其他乘坐信号。

3.1.6各楼层停车信号

3.1.7自动开关门

如梯形图所示，电梯到层停车后，延时

2s开门，5s后自动关门。

并设有手动开门按

扭和关门按钮。

可实现即时开关门。

1、PLC程序模拟仿真

2、MM440变频器调试

变频调速：

额定频率为50HZ，平层速度为：

5HZ，分别采用数字端子1、2、3、4做为控制端，参数设置如下所示

P00031

P00100

P01000

P07002

P07011

P07022

P070316

P070416

电机采用三相交流异步电动机，额定功率为380W，并采用三角形接法，将变频器的输出直接接到交流电机上

结　论

四层教学电梯系统在各类院校的实践教学中得到广泛的利用，它可以作为电气及楼宇自动化等专业的PLC、变频器相关课程的实践教学平台。

但是由于实际硬件的教学电梯投入较大，对教学空间也比较苛刻，从而给各个院校的实践教学带来很大的困扰。

利用工控组态软件实现PLC与上位计算机通信的方法简单易行，本四层教学仿真电梯系统利用工控组态软件组态王，配合简单的PLC主机，在PC机界面上实现了实践教学训练平台，投入较少，对教学空间要求不高，适合大批量学生的实践训练，符合大多数高等院校及培训机构的教学要求。

所以利用PLC主机、PC机及工控组态软件设计实现的四层教学仿真电梯系统，在PLC、组态软件应用及电梯控制等课程教学中，具有突出的优点和很好的利用价值。