集選電梯plc控制系統設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題設計的意義在于改變了以往繼電器控制的電梯可靠性和穩(wěn)定性差的缺點，使用變頻器調速，完成的主要工作有設定電梯正常運行速度，電梯轎廂加減速控制程序，平層后開關門判斷程序以及LED顯示部分的電路設計。</p><p>　　鑒于繼電器控制存在著上述的種種弊端，現將PLC應用于電梯控制,收到了良好效果?？删幊?/p>

2、控制器應用于電梯控制，用軟件編程替代原有繼電器硬件布線控制，使控制系統具有了極大的柔性和通用性。隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其拖動技術已經發(fā)展到了調頻調壓調速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。本設計在已有的變頻器的基礎上，采用PLC對電梯進行控制，通過合理的選擇和設計，提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達到了較為理想的控制效果。</p><p>　　本設計涉及電梯PL

3、C系統的設計安排以及電梯LED數碼顯示，電梯平層檢測元件和PLC的變頻器的使用等問題，通過PLC的開關量斷口發(fā)脈沖的方式實現電梯變頻器的速度給定，其輸出點可形成高速脈沖串輸出（PTO）或（PWM），整個設計思路正確，有一定的技術含量，雖然是模型的設計，但可用于實際的應用和操作。</p><p>　　關鍵詞：可編程控制器，LED數碼顯示，變頻器，電梯平層</p><p><b>　

4、　Abstract</b></p><p>　　The significance of the design task was to change the past Relay control of the reliability and stability of the lift poor shortcomings, Use Frequency Control, the main task is s

5、et normal operating speed elevator, elevator car speed control procedures, after the switch-layer doors judgment procedures and LED display part of the circuit design. </p><p>　　Given Relay control of the ex

6、istence of the above drawbacks, the programmable logic controller will now apply elevator control, and good results. Programmable controller for elevator control, and software programming to substitute the original wirin

7、g Relay hardware control, so that the control system has a tremendous flexibility and versatility. With the improvement of their claims, the lift has been rapid development, Drag its technology has been developed to spee

8、d the FM_PM, Logic Control PLC </p><p>　　The design of the existing converter, which is based on PLC on elevator control, through the rational choice and design, raise the elevator control levels, and to imp

9、rove the operation of the elevator comfort, the lift reached the ideal control effect. Involved in the design of the lift PLC system design arrangements and lift LED digital display. Elevator-layer components and testing

10、 PLC and the use of frequency converter, STEP7-Micro/WIN32 software used to prepare the lift procedures, PLC switc</p><p>　　Keywords： Programmable logic Controllers, LED digital display, inverter, floor elev

11、ator</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　第一章 電梯系統的控制簡介7</p><p>　　1.1 電梯的簡介7</p><p>　　1.1.1 中國電梯設計與制造新特點7</p>

12、<p>　　1.1.2 PLC與其他電梯控制系統的比較：7</p><p>　　1.2 電梯拖動系統及電梯的架構8</p><p>　　1.2.1 電梯的構造8</p><p>　　1.2.2 重要安全部件的介紹8</p><p>　　1.2.3 電梯控制系統設計思想9</p><p>　　第二

13、章 可編程序控制器的選用10</p><p>　　2.1 S7-200系列可編程序控制器簡介10</p><p>　　2.1.1 S7-200可編程控制器的系統配置10</p><p>　　2.1.2 S7-200系列PLC軟件10</p><p>　　2.1.3電梯PLC控制系統12</p><p>　　2

14、.2 PLC控制的流程圖及硬件結構圖13</p><p>　　2.3 PLC控制硬件連接圖15</p><p>　　第三章 變頻器、霍爾傳感器的選用16</p><p>　　3.1 變頻器原理16</p><p>　　3.2 變頻器的選型16</p><p>　　3.2.1變頻器選型時要確定以下幾點16&l

15、t;/p><p>　　3.2.2 變頻器與PLC的硬件連接16</p><p>　　3.3 霍爾傳感器的應用18</p><p>　　第四章 控制梯形圖的設計19</p><p>　　4.1電梯控制系統實現的功能19</p><p>　　4.1.1手動控制開關門程序20</p><p>　

16、　4.1.2自動控制開關門程序22</p><p>　　.2 內指令外召喚信號的登記消除及顯示23</p><p>　　4.2.1 內選信號鎖存23</p><p>　　4.2.2 外呼信號鎖存25</p><p>　　4.3 換速、平層、停車29</p><p>　　4.3.1 設定電梯正常運行速度29&

17、lt;/p><p>　　4.3.2電梯轎廂加速控制程序32</p><p>　　4.3.3 電梯轎廂減速控制程序34</p><p>　　4.3.4 平層后開關門判斷程序36</p><p>　　4.4 樓層位置指示39</p><p>　　4.4.1轎廂樓層位置檢測方法39</p><p&g

18、t;　　4.4.2顯示樓層控制39</p><p><b>　　結論與展望41</b></p><p><b>　　致 謝42</b></p><p><b>　　參考文獻43</b></p><p>　　附錄主要源程序44</p><p>&

19、lt;b>　　插圖清單</b></p><p>　　圖2-1 Step7-Micro/Win 4.0的控制界面13</p><p>　　圖2-2 電梯控制系統硬件結構框15</p><p>　　圖2-3 PLC控制的流程圖17</p><p>　　圖2-4 硬件連接圖18</p><p&g

20、t;　　圖3-1 變頻器硬件連接圖20</p><p>　　圖3-2 霍爾開關元件工作電路21</p><p>　　圖4-1 手動控制開關門程序24</p><p>　　圖4-2 開門信號復位控制25</p><p>　　圖4-3 自動控制開關門程序25</p><p>　　圖4-4 關門信號復位

21、控制26</p><p>　　圖4-5 內選信號鎖存程序28</p><p>　　圖4-6 一層上呼信號鎖存程序29</p><p>　　圖4-7 二層下呼信號鎖存程序30</p><p>　　圖4-8 二層上呼信號鎖存程序30</p><p>　　圖4-9 三層下呼信號鎖存程序31</p&

22、gt;<p>　　圖4-10 三層上呼信號鎖存程序31</p><p>　　圖4-11 四層下呼信號鎖存程序32</p><p>　　圖4-12 四層上呼信號鎖存程序32</p><p>　　圖4-13 五層下呼信號鎖存33</p><p>　　圖4-14 選擇PWM方式調速34</p><

23、;p>　　圖4-15 設定手動運行頻率35</p><p>　　圖4-16 電梯轎廂加速控制程序37</p><p>　　圖4-18 加速控制程序37</p><p>　　圖4-19 減速控制程序38</p><p>　　圖4-20 減速禁止程序39</p><p>　　圖4-21 減速控制

24、程序40</p><p>　　圖4-22 平層開關門判斷程序42</p><p>　　圖4-23 平層信號送達程序42</p><p>　　圖4-24 霍爾開關元件和PLC連接圖43</p><p>　　圖4-25 樓層顯示電路硬件圖44</p><p>　　圖4-26 樓層高度顯示程序44<

25、;/p><p><b>　　表格清單</b></p><p>　　表2-1 保持定時器地址13</p><p>　　表3-1 變頻器接線端子的功能20</p><p>　　表4-1 PLC的輸入部分22</p><p>　　表4-2 PLC的輸出部分23</p><

26、p>　　表4-3 PLC輔助繼電器觸點23</p><p>　　表4-4 PTO/PWM控制寄存器的SM標志36</p><p>　　第一章 電梯系統的控制簡介</p><p><b>　　1.1 電梯的簡介</b></p><p>　　自1852年世界上第一臺電梯誕生在德國柏林之后，世界電梯工業(yè)已經走過了

27、150多年的發(fā)展歷程。而中國電梯工業(yè)真正的發(fā)展，是在1978年改革開放后。隨著現代化城市建設的突飛猛進，電梯已經與人們日常生活建立了十分密切的關系。根據中國電梯協會統計，2004年底，全國注冊在用電梯突破50萬臺。尤其是在最近10年中國電梯發(fā)展呈現許多新特點。具體表現在幾個方面：</p><p>　　一是數量飛速增長，進口、出口發(fā)生逆轉，但含金量不高。10年間，我國電梯產量從1996年以前的2.8萬臺猛增到200

28、4年的11萬臺，目前年產量占全球總量的三分之一。進口產品雖然總量不多，但多為高端產品，出口多為普通產品。二是安全性能越來越好，有關資料顯示，有人員傷亡的電梯事故，2003年53起，2004年26起。三是與國際水平相比，我國在產品研發(fā)投入和技術力量方面仍存在差距。四是我國電梯行業(yè)不是很大，在政策方面給予的限制和引導相對較少，行業(yè)發(fā)展完全以市場作為調節(jié)手段。無庸諱言，我國已成為世界最大的新裝電梯市場和最大的電梯生產國。盡管從整個行業(yè)自主開發(fā)

29、能力的角度來講，我國的技術儲備底蘊和持續(xù)開發(fā)的潛力與國外一些著名電梯企業(yè)相比，尚存在一定的差距，但也有抗衡的力量[1]。</p><p>　　1.1.1 中國電梯設計與制造新特點</p><p>　　隨著計算機技術和電子工業(yè)的發(fā)展，電梯控制系統普遍應用計算機控制，具有代表性的是通過PLC實現信息傳輸和交換的控制系統。電梯主控制系統應用了多個輸入輸出點的PLC來分別負責電梯的信號管理控制、驅

30、動控制和層站。使各部件之間的連接線大量減少，系統可靠性更高，功能處理更靈活。同時，外部邏輯通過組態(tài)軟件來實現?？s小了印板的面積，而且提高了電子線路的可靠性。但是，國內整機廠商能夠掌握這類核心技術并實現國產化和產業(yè)化的屈指可數。</p><p>　　應用矢量控制的變壓變頻電機驅動技術在電梯主機及門機控制上都采用了VVVF（交流變頻）PWM制式的矢量變換變壓變頻技術，比傳統的調壓調速電梯節(jié)能至少40%。特別是在曳引驅

31、動回路中通過交-直-交變頻環(huán)節(jié)中的直流可控，極大地提高了電梯系統負載的功率因數，減少了對電網的污染。由于國內相當部分廠商快速應對需求較廣的小于1000kg、小于1.75m/s的低速乘客電梯或實現功能較簡單的載貨電梯，所以采用通用變頻器作為曳引驅動回路為數不多。</p><p>　　1.1.2 PLC與其他電梯控制系統的比較：</p><p>　　以往我們都是用繼電器控制電梯的運行，現在我們

32、分析一下它的優(yōu)點和缺點；</p><p>　　優(yōu)點：所有控制功能及信號處理均由硬件實現，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術人員和技術工人所掌握。</p><p>　　缺點：系統觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。</p><p>　　早期的國產電梯控制系統中，電梯信號的邏輯控制一般是由繼電器電路來實現的。繼電器控制系統故障

33、率高，降低了電梯的運行可靠性與安全性。傳統的繼電器控制方式已經被計算機控制方式所代替，其控制方式有：單片機控制、單板機控制、單微機控制、多微機控制以及可編程序控制器( PLC) 控制等多種方式。其中單片機控制具有成本低，通用性強等優(yōu)點，但它不適于較復雜的控制算法和故障診斷等要求；微機控制的配件使系統設計和調試更加復雜，它必須具有相應的大型開發(fā)系統，無疑會增加電梯的成本，因此對于一個小型的智能電梯控制系統利用PLC 進行控制將是一個最佳的

34、選擇。</p><p>　　PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質上屬于計算機控制方式。PLC與普通微機一樣，以通用或專用CPU作為字處理器，實現通道(字)的運算和數據存儲，PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統的維修簡單，維修時間短。</p><p>　　1.2 電梯拖動系統及電梯的架構</p><p>　　交流電梯P

35、LC 拖動系統主電路及調速裝置與繼電器控制系統的不同,主要是拖動系統的工作狀態(tài)及部分反映信號送入PLC ,由PLC 向拖動系統發(fā)出速度指令切換、起動、運行、換速、平層等控制信號。</p><p>　　1.2.1 電梯的構造</p><p>　　⑴機房部分：包括曳引機、限速器、極限開關、控制柜與信號柜、機械選層器以及電源接線板等設備。 ⑵井道部分：包括導軌、對重裝置、緩沖器、限速器鋼

36、絲繩張緊裝置、隨行電纜等。 ⑶廳門部分：包括廳門、召喚按鈕廂、樓層顯示裝置等。 ⑷轎廂部分：包括轎廂、安全鉗、導靴、自動開門機、平層裝置、操縱廂、轎廂內指層燈、轎廂照明等</p><p>　　1.2.2 重要安全部件的介紹</p><p>　　電梯轎廂位置檢測和電氣選層信號由安裝在轎廂頂上和各層站的雙穩(wěn)態(tài)磁性開關得到，從而擺脫了以往靠繼電器和接觸開關等有觸點器件控制的龐雜線

37、路系統，優(yōu)化了線路，大大地提高了系統運行的可靠性，同時也便于檢修。⑴限速器與安全鉗保護系統：當發(fā)生意外事故時，轎廂超速或高速下滑（如鋼絲繩折斷，轎頂滑輪脫離，曳引機蝸輪嚙合失靈，電機下降轉速過高等原因）。這時，限速器就會緊急制動，通過安全鋼索及連桿機構，帶動安全鉗動作，使轎廂卡在導軌上而不會下落。⑵轎廂彈簧緩沖裝置：緩沖器是電梯極限位置的安全裝置，當電梯因故障，造成轎廂對底層或沖頂時（極限開關保護失效），轎廂或對重撞擊彈簧緩沖器，由

38、緩沖器吸收電梯的能量，從而使轎廂或對重安全減速直至停止。⑶終端極限開關安全保護系統，井道的頂層及底層裝有終端極限開關。當電梯因故障失控，轎廂發(fā)生沖頂或蹲底時，終端極限開關切斷控制電路，使轎廂停止運行。⑷門安全觸板保護裝置：在轎廂門的邊沿上，裝有活動的安全觸板。當門在關閉過程中，安全觸板與乘客或障礙物相接觸時，通過與安全觸板相連的聯桿，觸及裝在轎廂門上的微動開關動作，使門重新打開，避免事故發(fā)生。⑸廳門自動閉合裝置：電梯層</p

39、><p>　　1.2.3 電梯控制系統設計思想</p><p>　　電梯控制是PLC 控制的一個典型應用。下面以五層樓電梯為例,說明利用PLC設計電梯的思想。首先，要開發(fā)一個模擬電梯作為被控對象,該模擬電梯應能滿足如下要求:</p><p>　　(1)能夠發(fā)出PLC 所需要的輸入信號：</p><p>　?、俑鳂菍与娞莸轿恍谐涕_關模擬信號；<

40、;/p><p>　?、陔娞蓍T開到最大的行程開關模擬信號，電梯門完全關閉的行程開關模擬信號;</p><p>　?、垭娞莸耐獠亢艚行盘枺阂粯巧虾艚校巧虾艚?，二樓下呼叫，三樓上呼叫，三樓下呼叫，四樓上呼叫，四樓下呼叫，五樓下呼叫；</p><p>　?、茈娞輧炔康模阂粯呛艚? 二樓呼叫, 三樓呼叫,四樓呼叫,五樓呼叫,電梯開門按鈕模擬信號，電梯關門按鈕模擬信號。<

41、/p><p>　　(2)能夠接受PLC 發(fā)出的控制信號并完成相應的動作：</p><p>　?、匐娞莸纳闲?電梯的下行,接到“停信號”后停止；</p><p>　?、诮拥健伴_門信號”后開門,接到“關門信號”后關門；</p><p>　?、劢拥侥场皹菍语@示信號”后相應的樓層顯示燈亮；</p><p>　　④接到“電梯上行顯示

42、信號”后電梯上行顯示燈亮,接到“電梯下行顯示信號”后電梯下行顯示燈亮；</p><p>　　⑤接到某“呼叫保持信號”后相應的呼叫保持燈亮。</p><p>　　(3)模擬電梯能夠直觀地反映PLC 程序運行的結果：</p><p>　　①模擬電梯顯示電梯的物理位置，以比較PLC發(fā)出的樓層指示信號是否正確；</p><p>　　②模擬電梯顯示電梯

43、的運行方向，以比較PLC發(fā)出的電梯運行方向指示信號是否正確；</p><p>　?、勰M電梯顯示電梯開關門的動作, 以配合PLC 發(fā)出的開關門信號。</p><p>　　(4)模擬電梯是以運行的形式反映PLC 程序執(zhí)行結果的，故模擬應盡可能的逼真,給人身臨其境的感覺。</p><p>　　(5)該模擬電梯可實現真實電梯所要求的功能,對PLC編程沒有任何的附加限制,用

44、戶所編寫的程序不同,可實現的電梯運行方式亦不同,即電梯的運行方式只受用戶的程序控制,而不受模擬電梯的限制。該模擬電梯的控制分兩部分,一部分是電梯的內部控制,另一部分是電梯的外部控制。模擬電梯可以滿足PLC對控制對象(五層電梯)的所有要求,“用戶”可以用手點電梯上的按鈕,表示“呼叫”,同時,此呼叫信號發(fā)向PLC ,PLC 接到該信號后,經過控制程序發(fā)出控制指令,模擬電梯上的指示燈及樓層指示信號代替真正電梯的機械、顯示等動作。</p&

45、gt;<p>　　PLC 控制電梯系統既克服了繼電接觸器控制電梯系統工作可靠性差,事故率高的缺點；又克服了單片機控制電梯系統抗干擾能力差的缺點,所以具有廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　第二章 可編程序控制器的選用</p><p>　　2.1 S7-200系列可編程序控制器簡介</p><p>　　可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統,專為工

46、業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器,用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運行順序控制、 定時、 計數和算術運算等操作的指令,并通過數字式模擬式的輸入和輸出,控制各種機械或生產過程。可編程序控制器及其有關外部設備都按易于工業(yè)控制系統連成一個整體、 易于擴充其功能的原則設計[3]。</p><p>　　經過對本次設計的內容以及世界眾多廠家生產的各型號PLC的對比，決定選用德國西門子生產的S7

47、-200系列的PLC產品。 SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。</p><p>　　它工作可靠，功能強，存儲容量大，編程方便，輸出端可直接驅動2A的繼電器或接觸器的線圈，抗干擾能力強。因此，能夠滿足電梯對電氣控制系統的要求。S7-2

48、00系列小型PLC(Micro PLC)可應用于各種自動化系統。緊湊的結構。低廉的成本和功能強大的指令集使得S7—200 PLC成為各種小型控制任務理想的解決方案。利用西門子S7—200可編程序控制器編寫一個五層電梯的控制系統。分別完成轎內指令、廳外召喚指令、樓層位置指示、平層換速控制、開門控制等控制任務。</p><p>　　2.1.1 S7-200可編程控制器的系統配置</p><p&

49、gt;　　S7-200 CPU將一個微處理器、一個集成電源和數字量I/O點集成在一個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強大的微型PLC，在下載了程序之后，S7-200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應用程序中的輸入輸出設備。S7--200既可以安裝在控制柜背板上，也可以安裝在標準導軌上。</p><p>　　I/O接線端子排，輸出 LED指示；前蓋：模式選擇開關（RUN/STOP）；模擬電位器；擴展端口（適用大部分CPU

50、）狀態(tài)LED：系統錯誤/診斷（SF/DIAG）；RUN（運行）；STOP（停止）可選卡插槽：存儲卡；時鐘卡；電池卡通訊口，輸入 LED指示，擴展電纜等</p><p>　　2.1.2 S7-200系列PLC軟件</p><p>　　STEP 7-Micro／Win 4.0是S7-200系列的PLC的編程軟件．可以對S7—200的所有功能進行編程。該軟件在Windows平臺上運行?；静僮髋c

51、omce等標準Windows軟件相類似，簡單、易學。其基本功能是協助用戶完成應用軟件任務。例如創(chuàng)建用戶程序、修改和編輯過程中編輯器具有簡單語法檢查功能。還可以直接用軟件設置PLC的工作方式、參數和運行監(jiān)控。</p><p>　　相比STEP7 V5.3軟件來說，Step7-Micro/Win 4.0要簡單得多，沒有硬件態(tài)功能，所有的硬件I/O地址都由模塊物理位置確定的，從CPU模塊開始，依次往后面排列。</

52、p><p>　　以下是Step7-Micro/Win 4.0的控制界面，整個界面簡單明了，操作簡單；</p><p>　　開關量輸入/輸出地址，分別表示為I和Q，從I0.0或Q0.0開始一直往下排，</p><p>　　I、Q使用的是不同的地址空間，可以相同，如I3.2和Q3.2同時出現是允許的;</p><p>　　模擬量輸入/輸出地址，分別表

53、示為AIW和AQW，從AIW0或AQW0開始一直往后排，模擬量輸入/輸出的地址都是16位的字，所以對于AI來說，排列的順序應該是AIW0、AIW2、AIW4……，模擬量輸出也是如此。</p><p>　　圖2-1 Step7-Micro/Win 4.0的控制界面</p><p>　　內存地址(M)：這些地址都存放在CPU的內存中，一般情況下，斷電后保存在M中的數據會丟失，但在CPU的系統

54、參數中可以將部分M設置成保存，這樣在重新上電后，數據可以恢復</p><p>　　M地址支持位操作（如M3.2）、字節(jié)操作（如MB4）、字操作（如MW6）、雙字操作（如MD0）。</p><p>　　S7-200 PLC中的M地址用法與S7-300/400PLC中的一樣。</p><p>　　另外，系統中還有一些特殊的M地址，用在中斷、通訊等專用功能上，如后面程序中

55、用到的SM0.0、SM0.1、SMB47等。</p><p>　　存儲數據區(qū)（V）：V數據是可以斷電保存，相當于S7-300/400PLC的DB，但比DB的用法要簡單，在200PLC的CPU中只有一個連續(xù)的V地址空間，使用前也不必要定義。同M地址一樣，V地址也支持位操作（如V3.2）、字節(jié)操作（如VB4）、字操作（如VW6）、雙字操作（如VD0）。</p><p>　　定時器/計數器地址：

56、在S7-200PLC中，各個定時器的時間分辨率是不一樣的，同樣是200，在T0中表示200MS，而在T5中則表示20S。保持定時器的地址（如表1-1）所示。 （表2-1）持定時器地址</p><p>　　S7-200系列PLC的主要特點</p><p>　　S7-200系列PLC可提供4個不同的基本型號的8種CPU，集成的24V負載電源：可直接連接到

57、傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222具有180mA輸出， CPU 224，CPU 226分別輸出280，400mA?？捎米髫撦d電源。</p><p>　　CPU 221具有6個輸入點和4個輸出點，CPU 222具有8個輸入點和6個輸出點，CPU 224具有14個輸入點和10個輸出點。CPU 226具有24個輸入點和16個輸出點。中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應。CPU224/226

58、6個高速計數器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。脈沖輸出 2路高頻率脈沖輸出（最大20KHz），用于控制步進電機或伺服電機實現定位任務。</p><p>　　2.1.3電梯PLC控制系統</p><p>　　S7 — 200系列可編程控制器是德國西門子公司的一種小型可編程控制器。它抗干擾能力強，可靠性高，控制系統結構簡單，通用性強，編程方便，易于使用，輸出端可直接驅動2A

59、的繼電器或接觸器的線圈。因此，能夠滿足電梯對電氣控制系統的要求。</p><p>　　由于PLC在使用時應當空出三分之一的口線，不應全部用滿，所以在這次設計中我決定采用CPU226，現在簡單的介紹一下CPU226：型號CPU 226 DC/DC/DC6ES7 216-1AD21-0XB0，本機數字輸入24 路數字量輸入，本機數字輸出16 路數字量輸出，開關頻率 (脈沖串輸出)Q0.0 和 Q0.1，20 kHz，

60、最大。在CPU226上有兩個通訊口，一個是RS485通訊口（P0），另一個（P1）用來和計算機或編程器通訊，通訊協議是PPI。</p><p>　　本PLC集成24輸入16輸出共40個數字量I/O點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點。13K字節(jié)程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，兩路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，1個RS-485通訊/編程

61、口。是具有較強控制能力的控制器。</p><p>　　PLC 系統部分完成所設定的控制任務所需要的PLC 規(guī)模主要取決于控制系統對輸入，輸出點的需求量和控制過程的難易程度。本系統為五層樓的交流電梯,所以I/ O 點與存儲容量的估算如下：</p><p>　　（1）I /O 點的估算：</p><p>　　系統的輸入點有：門廳召喚按鈕8個輸入點；轎廂內指令按鈕共5個點

62、；樓層感應器共5個點；轎廂開門/關門按鈕2個點；手動控制開關1個點；手動開門/關門按鈕2個點；開門/關門限位開關2個點；下基準限位1個點；轎廂安全開關1個點；共27個輸入點。而輸出點有：樓層內呼指示燈5個點；門廳外指示燈8個點；上/下指示燈2個點；共15個輸出點?？傆婭 /O 點數為27/15。可編程控制器S7 —200 的CPU226輸入，輸出點數為24/16 。需要擴展一塊EM223,DI16/DO16. </p>

63、<p>　?。?）存儲容量的估算：用戶程序占用內存的多少與多種因素有關。例如:輸入/ 輸出點的數量、類型、輸入/ 輸出之間的關系的復雜程度、需要進行運算處理的難易程度、程序結構等都與內存容量有關。因此,在用戶程序調試好之前很難估算內存容量。一般只能根據I/ O點數與類型、控制的繁簡程度加以估算。考慮備用與計算機接口通訊所占用的內存容量,估算本系統要有1 K 字節(jié)以上的內存容量。</p><p>　　可編

64、程控制器:根據I/ O 點數與內存容量,選用西門子公司生產的S7 - 200 系列產品6ES7 226 - ZBD00 - 0XB0可編程控制器。它的主要技術數據:輸入/ 輸出點數為24/ 16 ,程序存儲器容量為8 K/ 可存放4 K 標準語句;數據存儲器2. 5 K;位存儲器256 (0255) ;計數器256 個; 定時器256 個,其標準定時為1ms -30s ,10ms - 5min ,100ms - 54min ;有二個RS

65、 - 485通訊接口。因此,它完全能夠滿足本電氣控制系統的要求。由于它所使用的中央處理單元為CPU226 。</p><p>　　2.2 PLC控制的流程圖及硬件結構圖</p><p>　　電梯控制系統硬件結構框如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 電梯控制系統硬件結構框</p><p>　　PLC控制的流程圖如圖2-3所示：&l

66、t;/p><p>　?。?）電梯復位程序段</p><p>　　此段程序有兩個功能：一個是在系統上電以后，把轎廂的位置恢復到第一層的狀態(tài)；</p><p>　　（2）用戶輸入程序段</p><p>　　用戶的輸入包括門廳的按鈕和轎廂內的按鈕，擁護輸入程序段完成在用戶輸入以后，馬上保持用戶選擇的狀態(tài)，以便后面的程序判斷。</p>&l

67、t;p>　?。?）轎廂開關門程序段</p><p>　　控制轎廂的開關門，修改開關門的狀態(tài)邏輯線圈，包括關門延時。</p><p><b>　?。?）設定上行目標</b></p><p>　　此段程序是用來上行過程中的下一個目標，只有在上行以及電梯空閑時才會調用，如果沒有下一個目標，電梯為空閑。</p><p>&

68、lt;b>　?。?）設定下行目標</b></p><p>　　此段程序是用來上行過程中的下一個目標，只有在下行以及電梯空閑時才會調用，如果沒有下一個目標，電梯為空閑</p><p><b>　?。?）行上行程序</b></p><p>　　此段程序包括控制電梯上行，檢測是否應該減速或者停止電梯正轉并且執(zhí)行。</p>

69、<p><b>　?。?）執(zhí)行下行程序</b></p><p>　　此段程序包括控制電梯下行，檢測是否應該減速或者停止電梯正轉并且執(zhí)行。</p><p>　　圖2-3 PLC控制的流程圖</p><p>　　2.3 PLC控制硬件連接圖</p><p>　　圖2-4 硬件連接圖</p>&

70、lt;p>　　第三章 變頻器、霍爾傳感器的選用</p><p><b>　　3.1 變頻器原理</b></p><p>　　電梯的舒適度無非是讓人感覺電梯不那么快的驟停，這也就是我們?yōu)槭裁匆M變頻器的原因。</p><p>　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置?，F在使用的變頻器主要采用交—直—交

71、方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。</p><p>　　VVVF的全稱是Variable Voltage Varia

72、ble Frequency，意思是“變壓變頻”。 VVVF 電梯使用的是交流異步電動機,比同容量的直流電動機具有體積小、占空間少、結構簡單、維護方便、可靠性高、價格低等優(yōu)點。調頻范圍廣、控制精度高、動態(tài)性能好、舒適、安靜、快捷,幾乎可與直流電梯相媲美。電梯融入先進的微機技術,使其更趨于高性能、高精度、大容量、微型化、數字化、智能化,所控制的電梯以其舒適、高效、節(jié)能而與直流電梯相媲美、相競爭,最終取而代之。</p><

73、p>　　電梯運行優(yōu)秀的舒適感一直是設計人員最終追求的目標，但是往往我們維修保養(yǎng)的電梯很難達到理想的運行舒適感，（電梯運行舒適感也是可以用數據來表示的，那就是電梯運行的振動分析，包括轎箱三個方向的振動水平。包括了：加速度，加加速度，最大振動峰值，噪音等指標）這些標準一般都很難達到。</p><p>　　3.2 變頻器的選型</p><p>　　3.2.1變頻器選型時要確定以下幾點<

74、;/p><p>　?。?）采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。</p><p>　　（2）變頻器的負載類型；注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。</p><p>　　（3）變頻器與負載的匹配問題；電壓匹配；電流匹配；轉矩匹配。</p><p>　　基于以上幾點特別是第三點的轉矩匹配，并保證電梯啟動時平穩(wěn)無沖擊，無反向溜車，可減速

75、平層控制，我選用的是松下VFO型變頻器系列的變頻器，在本次設計中并沒有用到變頻器的所有功能，所涉及的只是此系列變頻器的最基本的方面，設定幾個初值就可以了。</p><p>　　3.2.2 變頻器與PLC的硬件連接</p><p>　　電梯變頻器的速度給定沒有用模擬量端口，是通過PLC的開關量端口發(fā)脈沖的方式實現的，PLC上電時要將該端口復位為0。</p><p>　

76、　S7-200集成有高速沖輸出功能，其輸出點Q0.0和Q0.1可形成高速脈沖（PTO）或脈寬調制（PWM）。本設計變頻器與PLC的硬件連接如下所示。</p><p>　　圖3-1 變頻器硬件連接圖</p><p>　　變頻器接線端子的功能如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 變頻器接線端子的功能</p><p>　　3.3 霍爾

77、傳感器的應用</p><p>　　選擇使用霍爾感應器開關對電梯進行精確平層。</p><p>　　霍爾開關元件具有體積小、重量輕，無觸點、無噪聲、防爆、抗震、耐油水、工作可靠、長壽命等特點。</p><p>　　霍爾效應開關電路：輸出電路NPN型OC方式（集電極開路型）。此類傳感器作為一種非接觸電子開關，可廣泛用于各種機械設備直線往復運動的限位、定位、自動化生產線、

78、微機控制、液位控制等。</p><p>　　HLB型霍爾效應開關如圖3－2所示。它是檢測直線往復運動、擺動或回轉運動等機構位移與位置變化的接近開關式傳感器。HLB型傳感器在工作時，若機構處于靜止狀態(tài)，傳感器輸出為低電平，當機構處于運動狀態(tài)時，機構所載發(fā)訊磁體到達傳感器端面的瞬間，傳感器的輸出端將產生脈沖正跳變，輸出為高電平，當磁極離開傳感器時，其輸出迅速跳回至低電平。</p><p>&l

79、t;b>　　12V</b></p><p><b>　　820Ω</b></p><p>　　圖3-2 霍爾開關元件工作電路</p><p>　　霍爾開關元件和PLC連接圖見圖4-24。在此不贅述。</p><p>　　第四章 控制梯形圖的設計</p><p>　　4.1電梯控

80、制系統實現的功能</p><p>　?、呸I內指令功能由司機或乘客在轎內控制電梯的運行方向和達到任一層。⑵廳外呼梯功能由使用人員在廳外呼喚電梯前往該層執(zhí)行運送任務。由于都是利用主令元件(按鈕)對電梯發(fā)出控制命令，因此轎內指令和廳外召喚控制環(huán)節(jié)有著基本相同的形式。一般以轎內指令優(yōu)先。⑶減速平層功能電梯到達目的層前的某一位置時，能自動地使電梯開始減速，當到達目的層站平面時，能自動使電梯停止。⑷選層、定向功能

81、當電梯接受的若干個轎內、廳外指令時，能根據電梯地目前狀態(tài)選擇最合理地運行方向及停靠層站。選向過程中一般實行順向優(yōu)先。及當電梯接受到多個指令時，把與當前運行方向相同的那些指令全部執(zhí)行完畢，然后再執(zhí)行與當前運行方向相反的指令。</p><p><b>　?、蒊/O點的分配</b></p><p><b>　　輸入部分: </b></p>

82、<p>　　表4-1 PLC的輸入部分</p><p><b>　　輸出部分:</b></p><p>　　表4-2 PLC的輸出部分</p><p><b>　　中間輔助繼電器:</b></p><p>　　表4-3 PLC輔助繼電器觸點</p><p>

83、;　　4.1.1手動控制開關門程序</p><p>　　如圖4-1所示，此控制開關能實現模擬電梯的手動開門和關門功能</p><p>　　圖4-1 手動控制開關門程序</p><p>　　這段程序是控制電梯在手動運行（調試狀態(tài)下）時的開門和關門動作，邏輯是：在手動運行模式下，按下手動開門按鈕I2.7時，開門驅動Q1.6置1,電梯開門，這是帶保持回路的按鈕，電梯開門

84、信號接通后，信號由轎廂安全開關保持，直到碰到開門限位I3.1（開到最大位）或者碰到轎廂安全開關I3.3；按下手動關門按鈕I3.0時，關門信號接通并保持，直到碰到關門限位（關到位）；</p><p>　　在三種情況下，開門驅動被設為0：</p><p>　　A 按下關門按鈕；</p><p>　　B 關門驅動為1時；</p><p><

85、;b>　　C 門開到位時。</b></p><p>　　開門信號復位控制如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 開門信號復位控制</p><p>　　4.1.2自動控制開關門程序</p><p>　　自動控制開關門程序如圖4-3所示。</p><p>　　在兩種情況下執(zhí)行關門動作：<

86、/p><p><b>　　A 關門按鈕；</b></p><p>　　B 開門到位延時5秒后。</p><p>　　圖4-3 自動控制開關門程序</p><p>　　在四種情況下復位關門動作：</p><p><b>　　A 開門的瞬間；</b></p>&

87、lt;p><b>　　B 開門按鈕；</b></p><p>　　C 安全開關（防止夾傷乘客）；</p><p><b>　　D 門關到位。</b></p><p>　　關門信號復位控制如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 關門信號復位控制</p><p&

88、gt;　　.2 內指令外召喚信號的登記消除及顯示</p><p>　　4.2.1 內選信號鎖存</p><p>　　內選信號鎖存程序如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 內選信號鎖存程序</p><p>　　這段程序的功能是鎖存電梯內按鈕信號，并輸出按鈕指示燈信號。以四層內呼指示為例，分析這段程序的邏輯：</p>&

89、lt;p>　　當電梯不在四層時（“四層平層信號M0.4”=0），在電梯內按下“4”（“四樓內呼按鈕”），按鈕“4”指示燈（“四樓內呼指示Q1.4”）亮；當電梯停在四樓（四樓平層信號M0.4=1）并且開門時（“開門驅動Q1.6”=1）時，按鈕燈滅。其它樓層的控制原理是一樣的。</p><p>　　4.2.2 外呼信號鎖存</p><p>　　以下是外呼信號鎖存控制程序，一層上呼信號鎖存

90、如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6 一層上呼信號鎖存程序</p><p>　　以下是外呼信號鎖存控制程序，二層下呼信號鎖存如圖4-7所示。</p><p>　　圖4-7 二層下呼信號鎖存程序</p><p>　　下是外呼信號鎖存控制程序，二層上呼信號鎖存如圖4-8所示。</p><p>　　圖4-8

91、二層上呼信號鎖存程序</p><p>　　以下是外呼信號鎖存控制程序，三層下呼信號鎖存如圖4-9所示。</p><p>　　圖4-9 三層下呼信號鎖存程序</p><p>　　以下是外呼信號鎖存控制程序，三層上呼信號鎖存如圖4-10所示。</p><p>　　圖4-10 三層上呼信號鎖存程序</p><p>　　以

92、下是外呼信號鎖存控制程序，四層下呼信號鎖存如圖4-11所示。</p><p>　　圖4-11 四層下呼信號鎖存程序</p><p>　　以下是外呼信號鎖存控制程序，四層上呼信號鎖存如圖4-12所示。</p><p>　　圖4-12 四層上呼信號鎖存程序</p><p>　　以下是外呼信號鎖存控制程序，五層下呼信號鎖存程序如圖4-13所示。

93、</p><p>　　圖4-13 五層下呼信號鎖存</p><p>　　同樣以四樓為例說明外部按鈕的邏輯：在電梯門外按外部向上按鈕（“四樓外呼上I1.6”=1）后，按鈕指示燈亮（“四層上指示Q2.6”=1）；當電梯往上運行（“四層往上運行M1.4”=1或“電梯上行指示Q3.2”=1），到達四樓（“四樓平層信號M0.4”=1）并且電梯開門時（“開門驅動Q1.6”=1），按鈕指示燈滅（“四層

94、上指示Q2.6”=0）。其它樓層的邏輯一樣。</p><p>　　4.3 換速、平層、停車</p><p>　　電梯減速按照距離直接停車平層，即要求各層站的減速距離完全一致。減速到平層時無爬行過程，由運行速度直接向零速減速。為保證停車時的舒適感，應確認電梯到達零速時(此信號由變頻器給出)才給出合抱閘命令，實踐證明，改造后的電梯運行舒適感好，啟動、減速、平層的舒適感不因轎廂負載的變化而變化，

95、取得了令人滿意的效果。</p><p>　　4.3.1 設定電梯正常運行速度</p><p>　　電梯變頻器的速度給定沒有用模擬量端口，是通過PLC的開關量端口發(fā)脈沖的方式實現的，PLC上電時要將該端口復位為0。</p><p>　　S7-200集成有高速脈沖輸出功能，其輸出點Q0.0和Q0.1可形成高速脈沖串（PTO）或脈寬調制（PWM）。</p>

96、<p>　　PTO輸出占方波（占空比50%），指定所輸出的脈沖數量（1到4,294,967,295）和周期（以微秒或毫秒為單位）。脈沖序列輸出（PTO）功能可以編程為產生一列脈沖或產生由多個脈沖序列組成的脈沖包絡。在脈沖包絡操作方式中，PTO功能被編程為控制一個步進電機運行一個簡單的斜坡上升、運行和斜坡下降操作序列或更復雜的操作序列。</p><p>　　PWM 可變占空比的固定周期的輸出脈沖，周期和脈

97、寬既可以用微秒又可以用毫秒為單位。當脈寬等于周期時，占空比為100％，輸出恒定為1；當脈寬等于0時，占空比為0，輸出恒定為0。</p><p>　　電梯調速是PWM方式，輸出口是Q0.1。</p><p>　　有關脈沖輸出的指令可以使用向導程序編程。</p><p>　　圖4-14 選擇PWM方式調速</p><p>　　設定手動運行頻率程

98、序如圖4-15所示。</p><p>　　圖4-15 設定手動運行頻率</p><p>　　PLS指令從特殊存儲器SM讀取數據，程序按照其存儲值控制PTO/PWM發(fā)生器。SMB67控制PTO0或者PWM0，SMB77控制PTO1或者PWM1。表4-1對用于控制PTO/PWM操作的存儲器給出了描述。</p><p>　　表4-4 PTO/PWM控制寄存器的SM標志

99、</p><p>　　以下程序是設定電梯正常運行速度：</p><p>　　第1句是設定PWM輸出的控制字，設定值為16進制數#D3，轉換為2進制為11010011，即：</p><p>　　SM77.0=1 更新周期值，因為變頻器的速度要求是可變的，在PWM方式下，PWM的脈沖頻率就是變頻器的給定速度；</p><p>　　SM77.

100、1=1 更新脈沖寬度值；</p><p>　　SM77.2=0 是PTO方式的參數，在PWM方式下不用，可設為0；</p><p>　　SM77.3=0 時間基準（分辨率）選擇1μs；</p><p>　　SM77.4=1 更新方法為同步更新；</p><p>　　SM77.5=0 是PTO方式的參數，在PWM方

101、式下不用，可設為0；</p><p>　　SM77.6=1 模式選擇為PWM；</p><p>　　SM77.7=1 PWM允許；</p><p>　　第2句設定PWM的周期值為1000（μs）；</p><p>　　第3句設定PWM的脈沖寬度為500（μs）；</p><p>　　第4句用PLS指令啟動P

102、WM輸出一個脈沖輸出到Q0.1(變頻器給定脈沖)，脈沖的周期是1000μs，占空比是50%。</p><p>　　4.3.2電梯轎廂加速控制程序</p><p>　　電梯轎廂加速控制程序如圖4-16所示。</p><p>　　圖4-16 電梯轎廂加速控制程序</p><p>　?。ā爱旊娞萆闲序寗観3.0”=1）或是（“當電梯下行驅動Q3.

103、1”=1）時，（“加速控制信號M2.0”）置1。電梯的速度不是恒定的，在電梯剛啟動時，速度是慢慢加上去的，在電機啟動的瞬間設置加速標志位，即開始加速。</p><p>　　轎廂加速復位控制程序如圖4-17所示。</p><p>　　在電梯停止或開始減速時（接近平層高度）清除加速標志。</p><p>　　加速控制程序如圖4-18所示。</p><

104、p>　　圖4-18 加速控制程序</p><p>　　產生一周期為4毫秒的方波信號，PLC上電時，T32觸點不通，接通T32線圈；4MS后，T32線圈接通，T32觸點也隨之接通，T32線圈自動斷開，開始新一輪循環(huán)?？紤]到PLC程序掃描時間，實際周期略大于4MS。在加速標志位為1時，每4MS給輸出的速度加3，直至速度達到800。</p><p>　　4.3.3 電梯轎廂減速控制程序&

105、lt;/p><p>　　減速控制程序如圖4-19所示。運行時判斷樓層，發(fā)出減速控制信號。</p><p>　　圖4-19 減速控制程序</p><p>　　以二層為例，分析減速的邏輯：</p><p>　　上行時（電梯上行驅動Q3.0=1），判斷上行二層霍爾感應器I2.3是否置1，如果是則表示電梯進入了減速區(qū)；電梯是否要停在二樓，通俗地說，就是

106、電梯是否要送人到二樓或是到二樓去接人，從前面的程序中可以看出，這一邏輯是有內呼或外呼按鈕產生的。</p><p>　　其它樓層的邏輯都一樣。</p><p>　　減速禁止程序如圖4-20所示。</p><p>　　圖4-20 減速禁止程序</p><p>　　3.0是禁止減速的標志位，在電梯啟動的瞬間（上行的上升沿及下行的上升沿）設置減速禁

107、止標志，該標志在儲蓄2秒后（T33）自動清除，解除禁止。減速控制程序如圖4-21所示。</p><p>　　圖4-21 減速控制程序</p><p>　　電梯減速時，每4ms減速減3，直到減到400。</p><p>　　4.3.4 平層后開關門判斷程序</p><p>　　平層開關門判斷程序如圖4-22所示。</p><

108、;p>　　圖4-22 平層開關門判斷程序</p><p>　　正常運行時，只有在兩中情況下，打開電梯門：電梯運行到位或電梯內手動開門。</p><p>　　首先分析到位時開門的邏輯。以第四層上行到位為例：當有人在廂內按“4”需要送上四樓，或在四樓門外呼叫電梯上來接后（“四樓上指示Q2.6”=1），到達四樓（“四樓平層信號M0.4”=1）時開門；同樣情況下，電梯下行到四樓時，門也打開

109、。</p><p>　　當電梯停在某個樓層時（“電梯上行驅動”=0并且“電梯下行驅動”=0）用電梯的按鈕可以開門，“轎廂安全開關”=0時，必須開門，防止夾傷乘客。平層信號送達程序如圖4-23所示。</p><p>　　圖4-23 平層信號送達程序</p><p>　　當電梯轎廂到達某層平層位置后，此層的霍爾感應器得電，該層的平層信號置1。</p>&

110、lt;p>　　4.4 樓層位置指示</p><p>　　4.4.1轎廂樓層位置檢測方法</p><p>　　主要方法有如下幾種:</p><p>　　(1)用干簧管磁感應器或其它位置開關:這種方法直觀、簡單，但由于每層需使用一個磁感應器，當樓層較高時，會占用PLC太多的輸入點。</p><p>　　(2)利用穩(wěn)態(tài)磁保開關:這種方法需對磁

111、保開關的不同狀態(tài)進行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，但它是無權代碼，進行運算時需采用PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大。</p><p>　　(3)利用旋轉編碼器:目前，PLC一般都有高速脈沖輸入端或專用計數單元，計數準確，使用方便，因而在電梯PLC控制系統中，可用編碼器測取電梯運行過程中的準確位置，編碼器可直接與PLC高速脈沖輸入端相連，電源也可利用PLC內置24V直流電源，

112、硬件連接可謂簡單方便。</p><p>　　(4) 利用霍爾感應器開關信號對電梯進行精確平層。</p><p>　　經過比較方法四最好，故本設計采用此法。用M0.1~M0.5組合邏輯實現。</p><p>　　本設計在每一個樓層的中間都安裝有霍爾感應器，每當電梯的轎箱到到達平層位置，即壓到了該樓層的霍爾感應器開關，此時該霍爾感應器得電，發(fā)出減速信號，使得電梯舒適度增