III畢 業 設 計題目： 電梯自動控制系統設計 學 生： 龐金明 學 號： 2013031202 專 業： 機械設計制造基礎及自動化 指導教師： 陳嬋娟 陜西科技大學職業教育師范學院2017 年 6 月 3 日電梯自動控制系統設計摘 要隨著我國經濟的高速發展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發展，交流變頻調速技術也已經進入一個新的時代，其應用越來越廣。而電梯作為現代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活日益緊密相關。隨著人們對其要求的提高，電梯技術得到了快速發展，其拖動技術已經發展到了調頻調壓調速，其邏輯控制也由PLC代替了原來的繼電器控制。本次設計的研究題目是“電梯自動控制系統設計”主要是利用PLC及其軟件來實現電梯信號的控制，其控制的核心是PLC。課題研發的主要任務和內容是：熟悉電梯的主要組成部分、工作過程及對電梯整機的性能指標要求；制定單梯控制系統總體方案，繪制控制系統總框圖；電梯曵驅動系統原理圖及選型設計；PLC控制系統硬件設計、I/O分配及程序設計；程序調試與仿真；轎廂系統的三維模型設計。對于這次設計中的兩個核心問題，一個是運行效率和安全性的要求，另一個是利用PLC實現電梯的信號控制。針對這兩方面問題，在這次設計中通過對編程器的合理的選擇和程序的正確編寫，使問題得到了解決。關鍵詞：PLC控制；變頻調速；電梯；舒適感Design of elevator automatic control systemAbstractWith the rapid development of the economy, microelectronic technology, computer technology and the automatic theory are developed rapidly. The AC variable frequency technology has been in a new state. Its application is becoming more and more widely .But the elevator as an important traffic in skyscraper, it also has developed quickly with the improving requirement of the people. Its dragging technology has developed from DC timing to AC variable frequency timing and its logic control-relay control also has been replaced by PLC.The research topic of this design is Design of elevator automatic control system, mainly uses PLC and its software to realize elevator signal control, and its control core is PLC. Research of the main tasks and contents are: familiar with the requirements of main components, the working process of elevator and elevator performance indicators; establish single elevator control scheme of the system, drawing the general block diagram of the control system; the design and selection of the system principle driven elevator Yi; PLC control system design, hardware design and program I/O distribution; debugging and simulation program; the design of three-dimensional model of car system.For the design of the two core issues, one is the efficiency and safety requirements, and the other is the use of PLC to achieve elevator signal control. In view of these two problems, in this design, through the rational choice of programmer and the correct preparation of the program, the problem has been solved.Key words：PLC control；frequency conversion timing；elevator；feeling of comfort目 錄摘 要IAbstractII1 緒 論11.1 國內外現狀21.2 電梯的分類41.3 電梯的主要組成部分41.4 電梯的安全保護裝置51.5 電梯技術發展情況51.6 電梯發展展望62 電梯控制硬件設計72.1 變頻器的選擇72.1.1 基本方案概述72.1.2 電梯變頻調速控制的特點72.1.3 變頻器原理82.1.4 變頻器的選型92.2 可編程控制器（PLC）選擇92.2.1 PLC控制電梯的特點92.2.2電梯PLC控制系統基本結構112.2.3電梯信號控制系統組成112.2.4電梯控制系統原理框圖122.2.5電梯速度給定曲線132.3 PLC輸入輸出信號及系統選型142.3.1 PLC輸入輸出信號142.3.2 PLC系統選型152.4 PLC及擴展模塊外部接線設計162.4.1 PLC主機外部接線設計162.4.2電梯PLC系統控制電氣設計17 3 系統軟件設計183.1 程序中使用的通用繼電器及功能183.2 控制梯形圖的設計193.2.1 電梯控制系統實現的功能193.2.2 綜合開關門有效信號程序203.2.3上升綜合有效信號213.2.4下降綜合有效信號233.2.5 電梯自動返回基站253.2.6 樓層位置指示263.2.7 顯示樓層控制263.2.8 電梯轎廂減速控制程序27 4 電梯模擬調試及安裝294.1 組態軟件的介紹294.2 組態王監控電梯的制作過程294.2.1 創建工程294.2.2 構造畫面304.2.3 配置設備314.2.4 構造數據庫314.2.5 建立動畫連接334.2.6 編寫命令語言344.2.7 運行調試38結 論40參 考 文 獻41致 謝43電梯自動控制系統設計631 緒 論自1889年美國奧梯斯升降機公司推出世界第一部以電動機為動力的升降機以來，電梯在驅動方式上經歷了卷筒式驅動、牽引式驅動等歷程，逐漸形成了直流電機拖動和交流電機拖動兩種不同的拖動方式。如今電梯已成為人們進出高層建筑不可或缺的代步工具；而且作為載人工具，人們在運行的平滑性、高速性、準確性、高效性等一系列靜、動態性能方面對它提出了更高的要求。由于早期的電梯繼電器控制方式存在故障率較高、可靠性差、接線復雜、一旦接收完成不易更改等缺點，所以需要開發一種安全、高效的控制方式。可編程控制器（PLC）既保留了繼電器控制系統的簡單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計算機接口、維修方便等諸多高品質性能。因此，PLC在電梯控制領域得到了廣泛而深入的應用。可編程序控制器（PLC）最早是根據順序邏輯控制的需要而發展起來的，是專門為工業環境應用而設計的一種數字運算操作的電子系統。PLC作為新一代工業控制器，以其高可靠性和技術先進性，在電梯控制中得到廣泛應用，從而使電梯控制由傳統的繼電器控制方式發展成為計算機控制的一個重要方向，成為當今電梯控制和技術改造的熱點之一。通過PLC控制電梯，大大提高了電梯控制的自動化程度，給人們的生活帶來便利。鑒于其種種優點，目前電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制所代替。同時，由于電機交流變頻調速技術的發展，電梯的拖動方式已由原來直流調速逐漸過渡到了交流變頻調速。因此，PLC控制技術加變頻調速技術己成為現代電梯行業的一個熱點。本設計就是選用PLC控制技術加變頻調速技術實現電梯的全集選控制的。1.1 國內外現狀在現代化城市的高速發展中,一幢幢高樓拔地而起。電梯是樓房里上下運送乘客或貨物的垂直運輸設備。我國電梯行業的發展歷程，從改革開放到今天，電梯行業在不知不覺中走過了一個從無到有，從有到多，從多到精的發展歷程。隨著住宅市場的巨大變化，中國已經成為全球容量最大、增長最快的電梯市場。目前，我國電梯保有量已超過100萬臺，且保持每年20%的遞增速度，市場前景樂觀。這些電梯服務于寫字間、公寓、商場等各種場所。自1889美國的奧的斯升降機公司推出了世界第一部以直流電動機為動力誕生名副其實的電梯，從而徹底改寫了人類使用升降工具的歷史。上世紀90年代，隨的升降機著世界經濟快速發展及經濟全球化, 發達的工業化國家紛紛研制出高速及超高速電梯，電梯不僅是代步的工具,也是人類文明的標志,其技術的發展正體現了社會的進步與文明。隨著電梯技術的發展,綠色化、低能耗、智能化、網絡化、藍牙技術的電梯成為一段時間內的發展趨勢。綠色化：從減少環境污染的角度講，“綠色”新概念將成為21世紀的主流色調，一個全球性的綠色市場為企業的世紀誰先推出綠色產品，搶發展提供了廣闊的空間，占綠色營銷市場，誰就能掌握競爭的主動權。圖1-1 電梯結構簡圖降低能耗：減少電梯能耗的措施是多方面的。 主要包括：選擇減小電梯機械系統的慣性和磨擦阻力;合理運用對重和平衡重。驅動系統使用永磁同步無齒輪曳引機從永磁同步電機工作原理可知其勵磁是由永磁鐵來實現的,不需要定子額外提供勵磁電流 因而電機的功率因數,可以達到很高（理論上可以達到1）。同時永磁同步電機的轉子無電流通過，不存在轉子耗損問題，一般比異步電機降低45%60%耗損。由于沒有效率低，高能耗蝸輪蝸桿傳動副，能耗進一步降低。智能化：隨著計算機技術，通訊技術與控制技術的發展使大廈的智能化成為現實，而電梯是智能建筑中的重要交通工具，其技術發展及智能化程度也倍受世人關注。智能化的電梯首先要與智能大廈中所有自動化系統聯網，如與樓宇控制系統、消防系統、保安監控系統等交互聯系，使電梯成為高效優質、安全舒適的服務工具。串行通訊以其布線簡單，傳輸信息量大等優點，在電梯控制系統中應用日益增多。由于去掉了微機接口板上大量輸入和輸出電路，減少了井道、機房中的布線數量，可靠性大大提高。隨著大樓智能化的提高，現場總線技術現已開始應用于電梯控制系統與大樓的BAS，FAS，SAS中。遠程監控技術的應用：電梯困人故障一直困擾著電梯的承包商,80上世紀年代初就有電梯廠商對電梯增加了過程監視系統，即在電梯轎廂內裝設攝像和通訊系統，被困轎廂中的乘客可以同大樓的監視人員建立聯系。由于這種設施只限于電梯所在大樓且由保安人員負責，一旦電梯困人，還得通知專業人員來解困。而現在提出的遠程監控服務系統是在遠程監視系統上更進了一步，這種先進裝置集通訊、故障診斷、微處理機為一體，它可以通過市話線傳遞電梯的運行和故障信息到遠程服務中心（即電梯遠程監控維修中心），使維修人員知道電梯問題所在并去處理。這種預保養式的售后服務方式在國外是深得用戶的信賴的，也將是我國電梯工業技術發展的一個重要方向。藍牙技術的應用：藍牙技術在電梯安裝過程的應用。安裝過電梯的人都知道放線、對線是費時、費力、極容易錯的工作。應用藍牙技術，安裝期將減少30%以上，其直接好處是降低安裝成本，客戶也因從訂梯到使用電梯周期費用減少和提高現金周轉率。在電梯上使用藍牙技術一定會使電梯控制系統大量使用最新最快微機，這將會進一步提高電梯整機可靠性，故障率大大降低，控制精度也進一步提高，帶來的結果是電梯更加舒適，平層更加準確。同時這也為將來通過網絡檢查電梯狀態成為可能，特別是電梯事先維修可以做到更好更全面。舊梯改造更加容易，所需時間、費用將會減小。根據統計表每年將有5萬臺舊梯進入更新改造市場，該技術使用將會產生巨大社會效益和企業效益。很好地解決了電梯控制與外圍設備的兼容和聯系。特別是可以把電梯和扶梯歸納到大樓管理系統或智能化管理小區系統中。如果控制屏與召喚系統通過藍牙技術連接起來實現無線召喚，將會是電梯控制的另一場革命，同時為我們帶來巨大好處。未來3-5年內，中國電梯行業所面臨的生存環境將更為嚴峻。大企業會繼續稱雄業界，而中小企業想獲得生存，要么被前者兼并，為其做專項產品的配套;要么發揮自己的特長，建設穩固的銷售渠道和研發團隊，來打造核心競爭力。未來幾年，技術創新是推動電梯行業進步的關鍵，無線電梯的出現必然對我國電梯業產生觸動，電梯行業也即將迎來全新的無線時代。雖然產業在不斷整合，但我國電梯市場還遠未飽和。未來兩年我國電梯需求將呈現快速增長的態勢，2010年我國電梯產量將達到33.41萬部。我國電梯市場仍將保持每年20%的遞增速度，年平均銷售額至少為500億美元。未來50年我國新增住房面積將達到200億平方米。目前國家規定20米以上高樓就應安裝電梯，未來住宅市場的電梯需求量將會非常龐大。隨著工業現代化生產規模不斷擴大和人們生活水平不斷提高，電能供需矛盾日益突出，節約電量的呼聲日益高漲。但在我國節能型電梯還占不到總量的5%，我國節能電梯的市場接受度仍然不高。巨大的市場容量，也將為節能電梯發展帶來了新的機遇。國外的電梯技術主要是三大系列：1、美國技術；2、歐洲技術；3、亞洲技術美國電梯技術是以OTIS為主的電梯技術，其中包括加拿大。美國技術始終保留先進技術，所以從沒有將最先進的電梯技術在世界各國應用。歐洲電梯技術是國際上應用最廣的電梯技術。在全球歐洲電梯技術以電梯耐用而稱著，一般電梯壽命為25年。加上歐洲人比美國人市場先導性好，所以在全球進行合資合作，使歐洲電梯技術成為國際通用技術之先鋒，同時歐洲電梯標準也為國際電梯標準。亞洲電梯技術是以日本為主導的電梯技術。而日本由于對用戶心理掌握的好，所以以舒適性好而聞名。但是日本為了自身利益考慮，所以雖然使用時的舒適感好，而電梯壽命只有歐洲電梯的60%，保證使用壽命只有15年。1.2 電梯的分類電梯的分類有各式各樣：（1）按速度分類 低速電梯 1m/s以下 高速電梯 2-3m/s 超高速電梯 3-10m/s（2）按用途分類 乘客電梯 住宅電梯 觀光電梯 載貨電梯 客貨兩用電梯 車輛電梯 其他電梯（3）按拖動方式分類 交流電梯 直流電梯 液壓電梯 齒輪齒條電梯 螺桿式電梯（4）按有無司機分類 有司機電梯 無司機電梯 有/無司機電梯（5）按控制方式分類 手柄操縱控制電梯 按鈕控制電梯 信號控制電梯 集選控制電梯 群控電梯（6）按曳引機結構分類 有齒曳引機電梯 無齒曳引機電梯（7）其它分類方式按轎廂尺寸的大小分類時，經常使用“小型”、“超大型”等詞來描述電梯。按機房位置不同可分為：機房位于井道頂部的上置式電梯；機房底部的下置式電梯。1.3 電梯的主要組成部分（1） 曳引部分：通常有曳引機和曳引鋼絲繩組成。電動機帶動曳引機旋轉使轎廂上下運動。（2） 轎廂和廳門：轎廂由轎架，轎底，轎壁和轎門組成；廳門一般有封閉式、中分式、雙折中分式和直分式等。（3） 電器設備及控制裝置：有曳引機，選層器傳動及控制柜、轎廂操縱盤、呼梯按鈕和廳外指示器組成。（4） 其它裝置：對重裝置、補償裝置等。1.4 電梯的安全保護裝置（1） 電磁制動器：裝于曳引機軸上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層后斷電制動。（2） 強迫減速開關：分別裝于井道的頂部和底部，當轎廂駛過端站換速未減速時，轎廂上撞塊就觸動此開關，通過電器傳動控制裝置，使電動機強迫減速。 圖1-2 電梯組成系統簡圖（3） 限位開關：當轎廂經過端站平層位置后仍未停車，此限位開關立即動作，切斷電源并制動，強迫停車。（4） 行程極限保護開關：當限位開關不起作用，轎廂經過端站時，此開關動作。（5） 急停按鈕：裝于轎廂司機操縱盤上，發生異常情況時，按此按鈕切斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。（6） 廳門開關：每個廳門都裝有門鎖開關。僅當廳門關上才允許電梯啟動；在運行中如出現廳門開關斷開，電梯立即停車。（7） 關門安全開關：常見的是裝于轎廂門邊的安全觸板，在關門過程中如安全觸板碰到乘客時，發出信號，門電機停止關門，反向開門，延時重新開門，此外還有紅外線開關等。1.5 電梯技術發展情況（1） 電梯的速度要求越來越快，高速、超高速電梯的數量愈來愈多。（2） 電梯的拖動技術有了較大的發展，直流電梯由于能耗大、維修量大等缺點。逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運行平穩，機房位置靈活等特點，使得在低樓層場合得到愈來愈 廣泛的應用。交流拖動電梯更是得到迅速的發展，已由以前的變級調速（AC-VP）發展成為調壓調速（AC-VV）及調頻調壓調速（AC-VVVF），使得電梯的速度、加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。（3） 電梯的邏輯控制已從過去簡單的繼電器接觸器控制發展為可編程序控制器（PLC）和微機控制，控制方式也從手柄控制、信號控制發展為集選控制、并聯控制、群控等，電梯可靠性得到很大的提高。（4） 電梯的管理功能不斷加強，電梯廣泛采用微機控制技術，不斷滿足擁護的使用功能要求。如緊急停車操作，消防員專用、防搗亂系統等。（5） 智能群控管理得到廣泛應用。（6） 機械傳動方面，由于國際上機構加工水平的不斷提高，使斜齒傳動和行星齒輪傳動在電梯上的應用日益廣泛，已使電梯的傳動形式多樣化。1.6 電梯發展展望（1） 結構不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化。隨著新技術、新結構、新材料、新工藝的發展，電梯的機械系統結構簡單化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯在新世紀將會有較大速度發展。（2） 技術含量更高，性能更好。電梯行業技術發展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的VVVF 電梯，如今已成為電梯行業的標準配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節能、更潔凈、更安全、更安靜、更經濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流；由于永磁技術的先進性，將來很有可能取代VVVF 技術。另外，網絡控制和智能群控系統以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的發展潮流。（3） 安裝更方便、更快捷高效、安全、可重復使用的無腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式，隨著技術的開發、應用，電梯的硬件系統給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。此外，電梯的雙向安全裝置、無底坑、無線控制、綠色環保安全、環保、節能、舒適，也將是未來電梯的重要發展方向。2 電梯控制硬件設計2.1 變頻器的選擇2.1.1 基本方案概述電氣控制系統決定著電梯的性能，自動化程度和運行可靠性。隨著科學技術的發展和技術引進工作的進一步開展，電氣控制系統發展換代迅速。在國產電梯中，在拖動方面，除速度V0.63m/s的低速電梯仍有部分產品采用交流雙速電動機變極調速外，對于速度V1.0m/s的各類電梯，均已采用交流調壓調速和交流變頻調速拖動系統。在中間邏輯控制方面，已淘汰繼電器控制，采用PLC和微機控制。新電氣控制系統和拖動系統的出現，不但改善了電梯的性能，而且提高了電梯的運行可靠性，使我國電梯工業提高到一個新的水平，基本實現乘用安全、可靠、舒適的愿望。目前電梯的控制普遍采用兩種方式：一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態和功能的設定，實現電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程序控制器（PLC）取代微機實現信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區別。國內廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產規模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高。雖然在智能控制方面微機控制系統有較強大的功能，但其存在抗干擾性差，系統設計較復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術等缺陷。而PLC控制系統由于運行可靠，使用維修方便，抗干擾性強等優點，已成為目前在電梯控制系統中使用最多的控制方式。本設計便是選用第二種方式實現電梯控制的。最終完成了電梯控制系統中變頻器和可編程序控制器的選擇。電梯控制系統主要由電力拖動部分和電氣控制部分兩部分組成。電力拖動部分（即主電路）由三相交流輸入、變頻驅動、曳引機和制動單元幾部分組成。通過合理設計完成電梯的拖動任務。電氣控制部分又稱為控制電路，它是電梯控制系統的核心。本設計中由PLC作控制器，完成電梯的邏輯控制。用PLC控制變頻器調速，PLC根據輸入的轎內指令、響應信號、現行位置及其他相關信號，經運算后向變頻器送去上行、下行、換速、平層等控制信號。最終實現電梯的信號全集選控制。2.1.2 電梯變頻調速控制的特點隨著電力電子技術、微電子技術和自動控制技術的高速發展，交流變頻調速技術也有了十分迅速的發展。其已成為當今節電, 改善工藝流程以及提高產品質量和改善環境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速憑借著優異的調速性能和起制動平穩性能、高效率、高功率因數和節電效果、廣泛的適用范圍及其它許多優勢，而被國內外公認為是最有發展前途的調速方式。近年來，電梯調速系統很多采用變頻調速控制。主要原因在于變頻器不但可以提供良好的調速性能，并能節約大量電能。電梯屬位能負載，并且要求頻繁起停。隨著載客量多少的變化、上下行的變換，要求電動機在四象限內運行。更重要的是要滿足乘客的舒適感和保證平層精度（即準確停車）。這些要求是變頻器在電梯中應用的特殊之處。變頻調速電梯的特點如下:（1）變頻調速電梯使用的是交流電動機，與同容量的直流電動機相比具有體積小、占空間小、結構簡單、維護方便、可靠性高、價格低等優點。（2）變頻調速電源采用先進的SPWM技術和SVPWM 技術，使電梯運行質量和性能有了明顯的改善；由于變頻調速為無極調速，調速范圍寬，因此電梯乘坐的舒適感也有了大大提高。（3）變頻調速電梯控制精度高，且具有良好的動態響應、動態品質和抗負荷干擾能力，已逐漸取代直流電機調速。（4）變頻調速電梯使用先進的SPWM和SVPWM技術，明顯改善了電動機供電電源的質量，減少了諧波，提高了效率和功率因數，節能明顯。2.1.3變頻器原理電梯的舒適度無非是讓人感覺電梯不那么快的驟停，這也就是我們為什么要引進變頻器的原因。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。現在使用的變頻器主要采用交直交方式（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、中間直流環節、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，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。VVVF的全稱是VariableVoltageVariableFrequency，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、價格低等優點。調頻范圍廣、控制精度高、動態性能好、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、節能而與直流電梯相媲美、相競爭,最終取而代之。電梯運行優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。2.1.4 變頻器的選型變頻器選型時要確定以下幾點：（1）采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。（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。（3）變頻器與負載的匹配問題；電壓匹配；電流匹配；轉矩匹配。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無沖擊，無反向溜車，可減速平層控制，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。端子 ON端子功能關聯數據1頻率設定用電位器接線端子（+5V）P092頻率設定模擬信號的輸入端子P093（1，2，4，5，6，7，8，9）輸入共用端子4多功能模擬信號輸出端子（05V）P58,595運行/停止、正轉運行信號的輸入端子P086正轉/反轉，反轉運行信號的輸入端子P087多功能控制信號 SW1 的輸入端子P19,20,218多功能控制信號 SW2 的輸入端子P19219多功能控制信號 SW3 的輸入端子P192110開路式集電極輸出端子（c:）P2511開路式集電極輸出端子（e:發射極）P25A繼電器接點輸出端子 NO 點P26B繼電器接點輸出端子 NC 點P26C繼電器接點輸出端子 COM 點P26表2-1 變頻器的端子功能2.2 可編程控制器（PLC）選擇2.2.1 PLC控制電梯的特點PLC是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境而設計。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作為微處理器，實現通道的運算和數據存儲，另外還有位處理器（布爾處理器），進行點（位）運算與控制。它采用了可編程的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種機械的生產過程。PLC具有抗干擾能力強，可靠性高；控制系統結構簡單，通用性強；編程方便易于使用；功能完善；設計、施工、調試周期短；體積小，維護操作方便等特點。其在電梯控制中更具有如下特點：（1）采用PLC控制電梯，用軟件實現對電梯運行的自動控制，使系統的可靠性大大提高。（2）去掉了選層器及大部分繼電器，使得控制系統結構簡單，外部線路簡化。（3）采用PLC控制電梯具有極強的靈活性，系統可方便地增加或改變控制功能，實現各種復雜的控制要求。（4）PLC可進行故障自動檢測與報警顯示，使運行安全性得以提高，并易于檢修。（5）可用于群控調配和管理，提高了電梯的運行效率。（6）更改控制方案時系統硬件接線可不改動。本設計轎廂位置檢測利用旋轉編碼器實現。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，因此在電梯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，硬件連接簡單方便。用旋轉編碼器檢測轎廂位置，要求可編程序控制器必須具有高數計數器。又因為電梯是雙向運行的，所以PLC還需具有可逆計數功能。綜合考慮后，本設計選擇了德國西門子（SIEMENS）公司S7系列SIMATIC S7-200第二代產品CPU22*系列。S7-200系列出色表現在以下幾個方面：（1）極高的可靠性。（2）極豐富的指令集。（3）易于掌握。（4）便捷的操作。（5）豐富的內置集成功能。（6）實時特性。（7）強勁的通訊能力。（8）豐富的擴展模塊。2.2.2 電梯PLC控制系統基本結構電梯PLC控制系統和其他類型的電梯控制系統一樣，主要由信號控制系統和拖動控制系統兩部分組成。圖3.1為電梯PLC控制系統基本結構框圖。主要硬件包括PLC主機及擴展單元、機械系統、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調速裝置與主拖動系統等。輸入接口輸出接口PLC主機CPU 存儲器井道裝置安全裝置指層器調速裝置拖動裝置轎廂操縱盤廳外呼梯盤門機系統圖2-1 電梯PLC控制系統基本結構框圖系統控制核心為PLC主機。操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過PLC輸入接口送入PLC，存儲在存儲器，向召喚指示燈等發出顯示信號，向拖動和門機控制系統等發出控制信號。2.2.3 電梯信號控制系統組成電梯PLC信號控制系統框圖如圖2-2所示。輸入到PLC的控制信號有：運行方式選擇（如自動、手動）、運行控制、安全保護信號、轎內指令、廳外召喚、開關門及限位信號、門區或平層信號等。輸入接口PLC輸出接口安全保護信號運行方式選擇運行控制信號內指令信號外召喚信號光電脈沖信號開關門信號門區或平層信號拖動控制系統呼梯信號指示樓層指示運行方向指示開關門控制呼梯報警鈴圖2-2 電梯PLC信號控制系統2.2.4電梯控制系統原理框圖電梯控制系統原理框圖如圖2-3所示，主要由轎箱內指令電路、門廳呼叫電路、主拖動電機電路、開關門電路、起動運行線路、開關門控制線路、樓層檢測與平層檢測傳感器及PLC電路等組成的。圖2-3 電梯控制系統原理框圖2.2.4電梯控制系統功能電梯控制系統功能較多，根據實際要求的不同控制系統需實現的功能略有差異。本設計中電梯為6層變頻調速全集選客梯設計，其可實現電梯控制系統的基本要求，具體實現的功能如下：（1）兩臺電機：一臺作為拖動電機控制電梯上升和下降。另一臺作為門機實現開關門控制。（2）電梯操作方式采用全集選，即登記所有廳門和轎廂召喚；上行時順應答轎廂和廳門上召喚，直至最高層自動反向應答下召喚和轎廂召喚。（3）電梯具有自動運行、有司機運行、檢修運行三種運行方式。（4）電梯到位后具有手動和自動開關門功能。（5）電梯對轎內指令信號、廳外呼梯信號具有記憶功能。并能及時對轎內和廳外召喚信號作出響應。（6）電梯內、外設有運行方向指示燈及樓層信號指示燈，以顯示電梯運行位置。（7）電梯具有自動定向、自動換向等功能。（8）電梯具有滿載直駛；超載停駛；端站強迫換速及其它安全保護等功能。2.2.5 電梯速度給定曲線電梯的工作特點是頻繁起制動，為了提高工作效率、改善舒適感，要求電梯能平滑減速至速度為零時，準確平層，即“無速停車抱閘”，不要出現爬行現象或低速抱閘，即直接停止。要做到這一點關鍵是準確發出減速信號，在接近層樓面時按距離精確的自動矯正速度給定曲線。為了滿足舒適感提高運輸效率及正確平層要求，電梯的速度給定曲線是一個關鍵環節。人們對于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。根據大量的研究和試驗表明，人可接受的最大加速度amax1.5m/s2，加速度變化率m3 m/s3，電梯的理想運行曲線按加速度可劃分為三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲線實現較為困難，而三角形曲線的最大加速度和在啟動及制動段的轉折點處的加速度變化率均大于梯形曲線，即+m跳變到-m或由-m跳變到+m的變化率，故很少采用。因梯形曲線容易實現并且具有良好加速度變化率頻繁指標，故被廣泛采用。本設計便是采用此種梯形加速度曲線。采用梯形加速度曲線的電梯理想運行速度給定曲線如圖2-4所示（圖中a為加速度，v為速度）。a.v 0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 a v T 圖2-4 電梯理想運行速度給定曲線2.3 PLC輸入輸出信號及系統選型2.3.1 PLC輸入輸出信號由于采用PLC作為邏輯控制部件，故變頻器和PLC通訊時采用開關量而不用模擬量。為了完成PLC選型，首先確定PLC的輸入/輸出點數。PLC需要的I/O點數隨電梯層數的不同而不同。本設計中電梯為6層，按電梯各個功能部分分類統計，PLC的輸入信號有：變頻器與PLC通訊：變頻器“運轉”與“故障”信號共占2個輸入點。運行方式選擇開關：分為自動運行和手動操作兩方面，共占2個點。轎內指令按鈕：位于轎內的操縱箱上，每層各一個，6層共占6個輸入點。門廳召喚按鈕：位于電梯的廳門口，除頂層6層只有下召，底層1層只有上召外，其余每層均有上、下呼梯兩個按鈕，這樣門廳召喚共占11個輸入點。開關門：有廳門、轎門電氣觸點開關（用于保證電梯廳、轎門都關好，開關接通時才能運行）、開門限位開關、關門限位開關、手動開關門按鈕，共占7個輸入點。其他：有上/下極限開關、 平層感應信號共7個輸入點。PLC的輸出信號有：指示燈：1-5層的上召指示燈；2-6層的下召指示燈；轎內內選指示燈；轎內上/下運行指示燈共占21個輸出點。電梯運行位置指示：電梯運行位置指示采用七段碼顯示，由PLC軟件實現譯碼。 其他：上/下行接觸器；開/關門繼電器；平層停車繼電器；綜上可知，系統所有輸入/輸出均為開關量。共有開關量輸入點 25個，開關量輸出點22個。輸入/輸出信號及對應的電氣符號如表2-2所示。表2-2 輸入/輸出信號及對應的電氣符號表輸入輸出外呼按鈕1上升I0.0KA1電機正傳Q0.0外呼按鈕2上升I0.1KA2電機反轉Q0.1外呼按鈕2下降I0.2上行指示Q0.2外呼按鈕3上升I0.3下行指示Q0.3外呼按鈕3下降I0.4開門指示Q0.4外呼按鈕4上升I0.5關門指示Q0.5外呼按鈕4下降I0.61外呼上升指示Q0.6外呼按鈕5上升I0.72外呼上升指示Q0.7外呼按鈕5下降I1.02外呼下降指示Q1.0外呼按鈕6下降I1.13外呼上升指示Q1.1內呼按鈕去1樓I1.23外呼下降指示Q1.2內呼按鈕去2樓I1.34外呼上升指示Q1.3內呼按鈕去3樓I1.44外呼下降指示Q1.4內呼按鈕去4樓I1.55外呼上升指示Q1.5內呼按鈕去5樓I1.65外呼下降指示Q1.6內呼按鈕去6樓I1.76外呼下降指示Q1.71樓平層信號I2.0內呼按鈕去1樓指示Q2.02樓平層信號I2.1內呼按鈕去2樓指示Q2.13樓平層信號I2.2內呼按鈕去3樓指示Q2.24樓平層信號I3.3內呼按鈕去4樓指示Q3.35樓平層信號I3.4內呼按鈕去5樓指示Q3.46樓平層信號I2.5內呼按鈕去6樓指示Q2.5上下限位I2.6電梯內開門按鈕I2.7電梯內關門按鈕I3.02.3.2 PLC系統選型S7-200系列小型可編程序控制器，發展至今經歷了兩代產品。其第二代產品的CPU模塊為CPU22*，是在21世紀初投放市場的。它的運算速度很快，且具有極強的通訊能力。其五種不同結構配置的CPU單元如下：（1）CPU221 本機集成6輸入/4輸出，I/O共計10點。無I/O擴展能力。程序和數據存儲容量較少，有一定的高速計數處理能力，非常適合于少點數控制系統。（2）CPU222 本機集成8輸入/6輸出，I/O共計14點。和CPU221相比，它可以進行一定的模擬量控制和2個模塊的擴展，因此是應用更為廣泛的全功能控制器。（3）CPU224 本機集成14輸入/10輸出，I/O共計24點。和前兩者相比，存儲容量擴大了一倍，它可以連接7個擴展模塊，有內置時鐘，它有更強的模擬量和高速計數處理能力，是使用最多的S7-200產品。（4）CPU226 本機集成24輸入/16輸出，I/O共計40點。和CPU224相比，增加了通訊口的數量，通信能力大大增強。它可用于點數較多、要求較高的小型或中型控制系統。（5）CPU226XM 這是西門子公司后來推出的一種增強型主機，它在用戶程序存儲容量和數據存儲容量上進行了擴展，其他指標和CPU226相同。由于系統所需開關量輸入點25個，開關量輸出點23個，系統I/O點數較多，S7-200系列PLC硬件系統的配置方式采用整體式加積木式，即主機包含一定數量的輸入/輸出（I/O）點，同時可以擴展I/O模塊和各種功能模塊。所以選用主機為CPU226（24入/16繼電器輸出）一臺，再加上兩個擴展模塊EM223（8入/8繼電器輸出）。這樣配置可以滿足系統需求而且比較經濟。整個PLC系統配置框圖如圖2-5所示。主機單元CPU226AC/DC繼電器擴展單元EM223（A）AC/DC繼電器圖2-5 PLC系統配置框圖2.4 PLC及擴展模塊外部接線設計 2.4.1 PLC主機外部接線設計根據I/O地址分配進行PLC及擴展模塊外部接線，PLC外部接線如圖2-6所示，圖2-6 擴展模塊外部接線圖2.4.2 電梯PLC系統控制電氣設計電梯系統接線圖如圖2-7所示。圖2-7 電梯系統接線圖3 系統軟件設計3.1 程序中使用的通用繼電器及功能在本梯形圖設計中使用了許多PLC內部通用繼電器。所使用的通用繼電器及功能如表3-1所示。表3-1 程序中使用的通用繼電器及功能表有上升信號M0.0下降綜合信號3M5.5有下降信號M0.2下降綜合信號4M5.61樓上升記憶外呼M1.0下降綜合信號5M5.72樓上升記憶外呼M1.1下降綜合信號6M6.02樓下降記憶外呼M1.2上升記憶信號M6.13樓上升記憶外呼M1.3下降記憶信號M6.23樓下降記憶外呼M1.41層有效開門信號M6.34樓上升記憶外呼M1.52層有效開門信號M6.44樓下降記憶外呼M1.63層有效開門信號M6.55樓上升記憶外呼M1.74層有效開門信號M6.65樓下降記憶外呼M2.05層有效開門信號M6.76樓下降記憶外呼M2.16層有效開門信號M7.01樓平層M2.21層手動開門M7.12樓平層M2.32層手動開門M7.23樓平層M2.43層手動開門M7.34樓平層M2.54層手動開門M7.45樓平層M3.05層手動開門M7.56樓平層M4.16層手動開門M7.6內呼去1樓M4.21樓上升1M7.7內呼去2樓M3.32樓上升1M8.0內呼去3樓M3.42樓下降1M9.0內呼去4樓M3.53樓上升1M10.0內呼去5樓M3.63樓下降1M10.1內呼去6樓M3.74樓上升1M10.2內呼叫去1樓M4.04樓下降1M10.3內呼叫去2樓M4.15樓上升1M10.4內呼叫去3樓M4.25樓下降1M10.5內呼叫去4樓M4.36樓下降1M10.6內呼叫去5樓M4.4各層手動開門綜合信號M12.0內呼叫去6樓M4.5已正常開關門記憶信號M24.0上升綜合信號1M4.6上升綜合信號2M4.7開門時間T37上升綜合信號3M5.0關門時間T38上升綜合信號4M5.1運行后不再平層時間T39上升綜合信號5M5.2無人乘坐返回基站時間T41下降綜合信號1M5.3下降綜合信號2M5.43.2 控制梯形圖的設計3.2.1 電梯控制系統實現的功能（1）轎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。（2）廳外呼梯功能由使用人員在廳外呼喚電梯前往該層執行運送任務。由于都是利用主令元件（按鈕）對電梯發出控制命令，因此轎內指令和廳外召喚控制環節有著基本相同的形式。一般以轎內指令優先。（3）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。（4）選層、定向功能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行完畢，然后再執行與當前運行方向相反的指令。3.2.2 綜合開關門有效信號程序圖3-1 電梯開門綜合有效信號梯形圖當1-6層開門有效信號M6.3-M7.0任意一層有效的時候，則開門線圈Q0.4得電，當已正常開門中間繼電器M24.0上電的時候或者開門時間到T37得電的時候則停止開門，當拽引電機沒有啟動，KA1拽引電機正轉和KA2拽引電機反轉沒有得電的時候有手動開門信號I2.7的時候，則開門線圈的電，執行開門命令，當開門時間到T37的電的時候，Q0.4開門線圈斷電，開門停止，開始關門。開門定時T37得電則開始關門，關門線圈Q0.5得電，執行關門命令并且關門定時器T38開始定時，定時時間到則關門停止，關門線圈Q0.5失電，當有手動開門信號的時候I3.0得電的時候并且拽引電機沒有啟動，KA1拽引電機正轉和KA2拽引電機反轉沒有得電的時候，則關門線圈響應關門信號，并且手動