PLC控制电梯.docx

1、PLC控制电梯内容提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,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

2、与展望。关键词 ：电梯；PLC控制；工作原理1.2 PLC及在电梯控制中的应用特点3第 2 章PLC控制系统硬件设计72.1 四层电梯主电路72.2工/0点数的分配及机型的选择83.1 PLC编程简介103.2系统结构框图133.3四层电梯梯形图153.4 STL语句表254.1电梯内呼开关测试314.2电梯外呼按钮测试32结 论33展 望34谢 词35参考文献36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

3、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。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出-人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而又在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批46台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国

4、只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。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

5、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35万小时。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

6、PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。用户买到所需要的PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。PLC现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBO

7、T）之一，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，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。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。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控

8、制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。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。 (

9、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。 总之，电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了

10、电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘客人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。所以目前电梯的继电器控制已经很少使用了。 1.2 PLC及在电梯控制中的应用特点1.2.1 PLC简介及其特点： PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，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（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称

11、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是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”PLC的特点：1.可

12、靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用

13、工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出

14、产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.2.2 PLC控制电梯的逻辑关系电梯控制逻辑关系如下: 1)行车方向由内选信号决定,顺向优先执行; 2)内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。 4)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示5)停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门; 6)有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车; 7)无内选时延时2s自动关门，但不能自动行车; 8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。1.2.3 PLC控制电梯的优点 随着社

15、会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。 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

16、(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 随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。 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

17、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

18、，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。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为曳引电机，交流接触器KM1，KM2通过控制电动机的运行来控制轿厢，从而进行对电梯的控制。FR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。FU为熔断器，起过电流保护作用。图2-1 电梯轿厢的主电路图2.2工/0点数的分配及机型的选择2.2.1 I/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

19、叫按钮SB11和指示灯H11，二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21以及下降呼叫按钮SB22和指示灯H22，三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31以及下降呼叫按钮SB32和指示灯H32，四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。一至四层有到位行程开关SQ1SQ4。电梯内有一至四层呼叫按钮SB1SB4和指示灯H1H4；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YA1和YA2控制，关门到位由行程开关SQ5检测。轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制。综上所述，输入点共有22个，输出点共有15个。可编程控制器S7200的CPU226输入，输出点数为2416。足以满足要求。2

20、.2.2输入/输出的分配如下：该系统占用PLC的37个I/O口，22个输入点，15个输出点，具体的I/O分配如下图所示：表2-1 I/O分配表输入输出符号说明输入点符号说明输出点SB1电梯内一层按钮I0.0H1电梯内一层按钮指示灯Q0.0SB2电梯内二层按钮I0.1H2电梯内二层按钮指示灯Q0.1SB3电梯内三层按钮I0.2H3电梯内三层按钮指示灯Q0.2SB4电梯内四层按钮I0.3H4电梯内四层按钮指示灯Q0.3SB11一层上升呼叫按钮I0.4H11一层上升呼叫按钮指示灯Q0.4SB21二层下降呼叫按钮I0.5H21二层下降呼叫按钮指示灯Q0.5SB22二层上升呼叫按钮I0.6H22二层上升

21、呼叫按钮指示灯Q0.6SB31三层下降呼叫按钮I0.7H31三层下降呼叫按钮指示灯Q0.7SB32三层上升呼叫按钮I1.0H32三层上升呼叫按钮指示灯Q1.0SB41四层下降呼叫按钮I1.1H41四层下降呼叫按钮指示灯Q1.1SQ1电梯一层到位限位开关I1.2KM1电动机正转接触器Q1.2SQ2电梯二层到位限位开关I1.3KM2电动机反转接触器Q1.3SQ3电梯三层到位限位开关I1.4HA电梯故障报警电铃Q1.4SQ4电梯四层到位限位开关I1.5YA1电梯开门电磁铁Q1.5SB5电梯开门按钮I2.0YA2电梯关门电磁铁Q1.6SB6电梯关门按钮I2.1SP电梯载重超限检测I2.2SB7检修开关

22、I2.3FR电动机过载保护继电器I2.4SQ5电梯关门到位限位开关I2.52.1.2 PLC外部接线图本设计的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530V（DC）或5250V（AC）。第三章 系统程序设计3.1 PLC编程简介3.1.1 PLC的编程语言PLC程序是PLC指令的有序集合，PLC运行程序就是按一定的顺序，执行这集合中的一条条指令。指令是指示PLC动作的文字代码或图形符号。使用的编程语言不同，这些文字代码和图形符号就不相同。但从本质

23、上来讲，指令的实质都是二进制机器码。同普通的计算机一样，PLC的编程软件通过编译系统把PLC程序编译成机器代码。PLC提供了功能较为完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用PLC的编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序”。PLC的编程语言一般有五种：顺序功能图(Sequential Function Chart)、梯形图(Ladder Diagram)、功能块图(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)和结构文本(Structured Text)。其中，顺序功能

24、图(SFC)、梯形图(LD)、功能块图(FBD)是图形编程语言，指令表(IL)和结构文本(ST)是文字语言。梯形图(LD)是目前使用最广泛的PLC图形编程语言，梯形图与继电器控制系统的电路图相似，比较易于掌握、程序表达清楚。本系统PLC程序的编制采用梯形图语言，编程软件为STEP 7。该软件能够完成制作程序、对可编程控制器CPU的写入/读出、监控程序运行、调试程序、PLC错误诊断等一系列功能。3.1.2 STEP 7概述STEP 7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是SIMATIC工业软件的组成部分。有下列版本的STEP 7标准软件包：用于SIMATIC S7-20

25、0上简单单站应用的STEP 7 Micro/DOS和STEP 7 Micro/WIN。用于使用带有各种功能的SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATIC M7-300/M7-400。SIMATIC C 7的STEP 7：- 可通过选择SIMATIC工业软件中的软件产品进行扩展- 为功能模板和通讯处理器赋值参数- 强制和多处理器模式- 全局数据通讯- 使用通讯功能块的事件驱动数据传送- 组态连接STEP7编程软件允许结构化用户程序，可以将程序分解为单个的自成体系的程序部分从而使大规模的程序更容易理解，可以对单个的程序部分进行标准化程序组织简化，修改更容易系统的调试也容易了许多在7s

26、用户程序中可以使用如下几种不同类型的块:组织块(OB)是操作系统和用户程序的接口它们由操作系统调用，并控制循环和中断驱动程序的执行，以及可编程控制器如何启动。它们还处理对错误的响应组织块决定各个程序部分执行的顺序用于循环程序处理的组织块OB1的优先级最高。操作系统循环调用OB1并用这个调用启动用户程序的循环执行。功能（FC）属于用户自己编程的块功能是“无存储区”的逻辑块FC的临时变量存储在局域数据堆栈中，当FC执行结束后，这些数据就丢失了。功能块（FB）属于用户自己编程的块功能块是具有“存储功能”的块，用数据块作为功能块的存储器(背景数据块)传递给FB的参数和静态变量存在背景数据块中，背景数据

27、块(背景DB)在每次功能块调用时都要分配一块给这次调用，用于传递参数。系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)是STEP7为用户提供的己编程好的程序的块，经过测试集成在CPU中的功能程序库SFB作为操作系统的一部分并不占用程序空间，是具有存储能力的块，它需要一个背景数据块，并须将此块作为程序的一部分安装到CPU中。3.1.3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

28、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。

29、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：（1）、步于步之间必须用转移隔开；（2）、转移与转移之间必须用步隔开；（3）、转移和步之间用有向线段连接，正常画

30、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；（4）、一个顺序功能图中至少有一个出初始步。3.2系统结构框图图3-1 电梯开关门流程图图3-2 电梯上升下降流程图3.3 四层电梯的PLC控制梯形图3.3 STL语句表ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1TITLE=程序注释BEGINNetwork 1 / 一楼上呼LD I0.4O Q0.4AN M4.0= Q0.4Network 2 / 二楼上呼LD I0.6O Q0.6LDN M4.1O Q1.3ALD= Q0.6Network 3 / 二楼下呼LD I0.5O Q0.5LDN M4.1O Q1.2ALD= Q0.5Network 4 / 三楼上呼LD I1.0O Q1.0LDN M4.2