1、浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目 基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 0210110121 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 年年 級(jí)級(jí) 2013 級(jí) 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘摘 要要現(xiàn)今世界，電梯的生產(chǎn)情況和使用數(shù)量已成為衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。隨著城市人口的不斷提高，人們物質(zhì)文化生活水平的提高，建筑業(yè)不斷的發(fā)展，已是高樓林立，電梯在人們的生產(chǎn)、生活、工作中日益重要。因此電梯的研究也顯得愈來愈重要。本設(shè)計(jì)主要分析了電梯的主要結(jié)構(gòu)以及其控制要求，以四層電梯為設(shè)計(jì)對(duì)象，從電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原

2、理對(duì)電梯控制的硬件進(jìn)行相應(yīng)選擇，另外通過對(duì)電梯的 PLC 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此完成了基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：電梯控制；通用變頻器；可編程控制器（PLC）；三相異步交流電機(jī)浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目目 錄錄1 引言.11.1 設(shè)計(jì)的研究背景及意義.21.2 PLC 及在電梯控制中的應(yīng)用特點(diǎn) .31.2.1 PLC 簡介、特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域 .31.2.2 PLC 控制電梯的優(yōu)點(diǎn) .41.3 電梯變頻調(diào)速控制的特點(diǎn).41.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.52 電梯的概述.62.1 分析控制對(duì)象和確定控制范圍.62.1.1 本電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能 .62.1.2 電梯的控制

3、功能.72.1.3 電梯的控制要求.82.2 電梯的工作原理.82.3 電梯的組成.92.4 電梯硬件分析 .112.4.1 電梯曳引機(jī)部分.112.4.2 限位器和傳感器部分.112.4.3 轎廂和開關(guān)門電動(dòng)機(jī)部分.122.4.4 變頻器部分.122.5 電梯的硬件工作原理.133 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).153.1 四層電梯主電路.153.1.1 四層電梯曳引電機(jī)及門電機(jī)電路圖.153.1.2 PLC 外部接線圖 .153.2 I/O 點(diǎn)數(shù)的分配及機(jī)型的選擇 .173.2.1 I/O 點(diǎn)數(shù)的估算 .173.2.2 輸入/輸出的分配.173.2.3 機(jī)型的選擇 .183.2.4 STEP

4、7 概述 .19浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).214.1 四層電梯梯形圖設(shè)計(jì).214.1.1 PLC 的編程語言 .214.1.2 電梯各程序的說明.215 結(jié)束語.326 致 謝.337 附錄.348 參考文獻(xiàn).35浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 1 頁 共 35 頁1 引言電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運(yùn)輸工具。追溯電梯這種升降設(shè)備的歷史,據(jù)說最早可追溯到公元前 236 年的古希臘。而 1858 年在美國出現(xiàn)了以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的客梯,繼而英國又出現(xiàn)了水壓梯。1889 年美國奧的斯電梯公司率先使用電動(dòng)機(jī)作為電梯的傳動(dòng)動(dòng)力,這才出現(xiàn)了世界上第一部

5、名副其實(shí)的電梯,并使電梯開始趨于實(shí)用化。1900 年，出現(xiàn)了第一臺(tái)自動(dòng)扶梯。1949 年又出現(xiàn)了群控電梯,首批 46 臺(tái)群控電梯在美國紐約的聯(lián)合國大廈被投入使用。1955年出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)(真空管)控制的電梯。1962 年美國甚至還出現(xiàn)了速度高達(dá) 8米/秒的超高速電梯。1963 年，世界上一些先進(jìn)工業(yè)國制成了無觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯控制電梯。1967 年可控硅應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)化，性能也隨之提高。1971 年集成電路首次被應(yīng)用于電梯，次年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976 年微處理機(jī)開始應(yīng)用到電梯中，這使電梯的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)入到了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期 1 。電梯控制系統(tǒng)應(yīng)采用隨機(jī)邏輯控制方式控制。目前電

6、梯的控制普遍采用兩種控制方式：一種是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯的信號(hào)采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來完成；第二種控制方式是用可編程控制器（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制。國內(nèi)廠家大多數(shù)采用第二種方式，原因在于用 PLC 控制有很多優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，由于采取了一系類的 PLC 高可靠性的措施，PLC 的平均無故障時(shí)間（MTBF）一般可達(dá) 35 萬小時(shí)。另外 PLC 的環(huán)境適應(yīng)性也很強(qiáng)，它能在工業(yè)環(huán)境下可靠的工作；編程簡單，PLC 最常用的編程語言是梯形圖語言。這種編程語言形象直觀，簡單易懂，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)，便于廣大現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人

7、員使用和掌握。當(dāng)工作流程需要改變時(shí)，又可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便、靈活；體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維修方便。PLC 的體積小，重量輕，便于安裝。而且一般 PLC 都具有自診斷、故障報(bào)警、故障種類顯示等功能 2 。浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 2 頁 共 35 頁1.1 設(shè)計(jì)的研究背景及意義在現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)得到了快速發(fā)展，不斷滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活水平日益提高的需要，電梯作為一種重要的交通運(yùn)輸工具，已成為城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。電梯在辦公大樓、公司、高層住宅、賓館酒店等場(chǎng)所得到了廣泛應(yīng)用。尤其是在高層建筑中，電梯更是不可缺少的垂直運(yùn)

8、輸設(shè)備。隨著高層建筑飛速發(fā)展的今天，電梯行業(yè)也隨之進(jìn)入了它新的發(fā)展時(shí)期，載人電梯控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速控制階段，具有乘坐安全、運(yùn)行可靠、舒適度較高等特點(diǎn)，其主流控制技術(shù)采用 PLC控制，并擁有許多智能化控制功能。150 多年來，電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新-開關(guān)操縱、按鈕控制、信號(hào)控制、集選控制、人機(jī)對(duì)話等等，多臺(tái)電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運(yùn)輸能力的優(yōu)勢(shì)；變速式自動(dòng)人行道扶梯的出現(xiàn)大大節(jié)約了行人的時(shí)間；如今，以美國奧的斯電梯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風(fēng)姿，仍在繼續(xù)進(jìn)行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善

9、維保服務(wù)系統(tǒng)。現(xiàn)在，電梯已經(jīng)完全融入我們的生產(chǎn)、生活當(dāng)中，滿足我們的生活、學(xué)習(xí)及工作的需要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國在用電梯已達(dá) 100 多萬臺(tái)，每年還將以約 5 萬至 6 萬臺(tái)的速度增長。電梯的作用越來越大，需求也越來越多。而我國現(xiàn)階段使用的先進(jìn)電梯系統(tǒng)基本上是國外研發(fā)設(shè)計(jì)和制造的，其核心技術(shù)并不對(duì)外公開。而中國國內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制方法和技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用較少，與國外先進(jìn)技術(shù)相比還有較大的差距。因此，盡快研究和掌握先進(jìn)的控制技術(shù)，對(duì)國內(nèi)電梯工業(yè)的發(fā)展將會(huì)有很大的促進(jìn)作用。本設(shè)計(jì)針對(duì)我國電梯業(yè)的現(xiàn)狀，將可編程序控制器(PLC)應(yīng)用于 4 層電梯進(jìn)行邏輯控制，通過合理的選擇和設(shè)計(jì)，不但提高了電梯可靠性、

10、可維護(hù)性以及靈活性，同時(shí)也延長了電梯的使用壽命，縮短了其開發(fā)周期，并提高了它的控制水平，改善了電梯運(yùn)行的舒適度，使電梯達(dá)到了較為理想的控制效果。本文所設(shè)計(jì)的電梯與傳統(tǒng)的電梯相比，由于在核心控制部分采用軟件程序控制，從而在保證電梯正常運(yùn)行的情況下，大大提高了電梯故障檢查與維修的方便性和容易性，同時(shí)還克服了手動(dòng)操作所帶來的一些人為干擾因素，在運(yùn)行上具有良好的舒適感，在實(shí)際使用中還可以節(jié)約電能，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，達(dá)到了預(yù)期的效果。浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 3 頁 共 35 頁1.2 PLC 及在電梯控制中的應(yīng)用特點(diǎn)1.2.1 PLC 簡介、特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域PLC 即可編

11、程控制器，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。它是一種基于數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的

12、原則而設(shè)計(jì)。其特點(diǎn)如下：（1）使用可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性5。（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能外，現(xiàn)代 PLC 系統(tǒng)大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、速度控制、溫濕度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。此外，豐富的 CPU 類型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)

13、化問題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。再加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)，以及人機(jī)交互界面技術(shù)的不斷發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員的歡迎。PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向廣大工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它的接口簡單容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖非常接近，只用PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，易于改造。PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外

14、部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)系統(tǒng)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是這使得同一設(shè)備經(jīng)過改變程序從而改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。（5）體積小，重量輕，能耗低。以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 4 頁 共 35 頁尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗只有數(shù)瓦。由于體積小，因此很容易裝入到機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。目前，PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，使用情況大致可歸納為如下幾類6：（1）開關(guān)

15、量的邏輯控制。（2）模擬量控制。（3）運(yùn)動(dòng)控制。（4）過程控制。（5）數(shù)據(jù)處理。（6）通信及聯(lián)網(wǎng)。1.2.2 PLC 控制電梯的優(yōu)點(diǎn)PLC 在電梯控制上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關(guān)控制功能。由于 PLC 具有邏輯運(yùn)算，計(jì)數(shù)和定時(shí)以及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能。在電梯控制過程中，各種邏輯開關(guān)控制與 PLC 能夠很好的結(jié)合，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)電梯的控制。本文主要討論和研究利用西門子公司的可編程控制器對(duì)一部四層電梯的控制，形成電梯控制系統(tǒng)7。 電梯的電氣系統(tǒng)由拖動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)采用的繼電器邏輯控制由于觸點(diǎn)多、故障率高、可靠性差、體積大等眾多缺點(diǎn)，正在逐漸被淘汰。目前電梯設(shè)計(jì)使用可編

16、程控制器(PLC)，要求功能變化靈活，編程簡單，故障率少，噪音低。維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強(qiáng)，控制箱占地面積少。當(dāng)乘員進(jìn)入電梯，按下所要去的樓層按鈕，電梯門自動(dòng)關(guān)閉后控制系統(tǒng)進(jìn)行下列運(yùn)作：根據(jù)轎廂所處位置及乘員所處層數(shù)判定轎廂運(yùn)行方向，保證轎廂平層時(shí)減速。將轎廂停在選定的樓層上；同時(shí)，根據(jù)樓層的呼叫，順路停車，自動(dòng)開關(guān)門。另外在轎廂內(nèi)外均要有信號(hào)燈顯示電梯運(yùn)行方向及樓層數(shù)。1.3 電梯變頻調(diào)速控制的特點(diǎn)隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動(dòng)機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要

17、手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動(dòng)平穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式8。變頻調(diào)速電梯的優(yōu)點(diǎn):(1)變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動(dòng)機(jī)，比同容量的直流電動(dòng)機(jī)具有體積小、浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 5 頁 共 35 頁占空間小，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便、可靠性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。(2)變頻調(diào)速電源使用了先進(jìn)的 SPWM 技術(shù) SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電梯運(yùn)行質(zhì)量和性能；調(diào)速范圍寬、控制精度高，動(dòng)態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機(jī)調(diào)速9。(3)變頻調(diào)速電梯使用先進(jìn)的 SPWM 和 SVPWM 技術(shù)，明顯改

18、善了電動(dòng)機(jī)供電電源的質(zhì)量，減少了諧波，大大提高了運(yùn)行效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯。1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是在電梯機(jī)械模型和PLC控制裝置基礎(chǔ)上，完成4層電梯控制器的電路設(shè)計(jì)、元器件選型、PLC外部接口電路設(shè)計(jì)、控制器裝配圖與接線圖設(shè)計(jì)、列出元器件清單、完成PLC程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容。電梯控制系統(tǒng)可分為電力拖動(dòng)電路和電氣控制電路兩個(gè)主要部分。電力拖動(dòng)電路主要包括電梯垂直方向主拖動(dòng)電路和轎廂開關(guān)電路。二者均采用易于控制的三相交流異步電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)動(dòng)力源。電氣控制系統(tǒng)則由眾多呼叫按鈕、傳感器、控制用繼電器、指示燈和控制部分的核心器件（PLC）等組成。PLC集信號(hào)采集、信號(hào)輸出及邏輯控制于一體，

19、與電梯電力拖動(dòng)系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)了電梯控制的所有功能。電梯控制系統(tǒng)的硬件組成控制電路主要包括按鈕編碼輸入電路、樓層傳感器檢測(cè)電路、發(fā)光二極管記憶燈電路、轎箱開關(guān)電路、樓層顯示電路及一些其他輔助電路等。系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)由初始化、指令接收處理、電梯位置檢測(cè)與處理、同行截車和反向不截車處理、開關(guān)門控制處理、電梯升降控制等模塊組成，利用西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的 S7-200 型 PLC 及其擴(kuò)展模塊，使用豐富和功能強(qiáng)大的指令設(shè)計(jì)梯形圖，調(diào)試并最終完成電梯控制。浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 6 頁 共 35 頁2 電梯的概述2.1 分析控制對(duì)象和確定控制范圍現(xiàn)代電梯主要是由曳引機(jī)（絞車）

20、 、導(dǎo)軌、對(duì)重裝置、安全裝置(如限速器、安全鉗和緩沖器等)、信號(hào)操縱系統(tǒng)、轎廂與廳門等部分組成。這些部分分別安裝于建筑物的專用井道和機(jī)房中。它通常采用鋼絲繩摩擦傳動(dòng)，鋼絲繩繞過曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曳引輪使轎廂升降。電梯要求安全可靠、輸送效率高、平層準(zhǔn)確及乘坐舒適等。電梯的基本參數(shù)主要有額定載重量、轎廂外廓尺寸、可乘人數(shù)、額定速度和井道型式等。 2.1.1 本電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能1.電梯的基本功能首要工作是確定電梯本身所具有的功能和電梯在乘客進(jìn)行某種操作后應(yīng)具有的狀態(tài)。2.電梯內(nèi)部功能簡介在電梯內(nèi)部，應(yīng)該有四個(gè)樓層（14 層）按鈕、開門和關(guān)門按鈕以及樓層顯示器、上升

21、和下行顯示器。當(dāng)進(jìn)入電梯后，電梯里應(yīng)該有能讓乘客按下的代表其要去目的地的樓層按鈕，稱為內(nèi)呼叫按鈕。電梯停下時(shí)，應(yīng)具有開門、關(guān)門的功能，即電梯門可以自動(dòng)打開，經(jīng)過一定的延時(shí)后有可自動(dòng)關(guān)閉。而且，在電梯內(nèi)部也應(yīng)有控制電梯開門、關(guān)門的按鈕，是乘客可以在電梯停下時(shí)隨時(shí)的控制電梯的開門與關(guān)門。電梯內(nèi)部還應(yīng)配有指示燈，用來顯示電梯現(xiàn)在所處的狀態(tài)，即電梯是上升還是下降以及電梯所處在樓層的第幾層，這樣可以使電梯里的乘客清楚的知道自己所處的位置，離自己要到的樓層還有多遠(yuǎn)，電梯是上升還是下降等。3.電梯外部功能簡介電梯的外部共分四層，每層都應(yīng)該有呼叫按鈕、呼叫指示燈、上升和下降指示燈，以及樓層顯示器呼叫按鈕是乘客

22、用來發(fā)出呼叫的工具，呼叫指示燈在完成相應(yīng)的呼叫請(qǐng)求之前應(yīng)一直保持為亮，直到電梯響應(yīng)為止。另外上升指示燈、下降指示燈、樓層顯示器一樣，都是用來顯示電梯所處的狀態(tài)的。四層樓電梯中，一層只有上呼叫按鈕，四層只有下呼叫按鈕，其余兩層都同時(shí)具有上呼叫和下呼叫按鈕。而上升、下降指示燈以及樓層顯示器應(yīng)相同。4.電梯的初始狀態(tài)、運(yùn)行中狀態(tài)和運(yùn)行后狀態(tài)分析浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 7 頁 共 35 頁電梯的初始狀態(tài)，設(shè)電梯位于一層待命，各層顯示器都被初始化，電梯處于以下狀態(tài)：（1）各層呼叫燈均不亮；（2）電梯內(nèi)部及其外部的各樓層顯示器顯示均為“1” ；（3）電梯內(nèi)部及外部各層電梯門均關(guān)。電梯在運(yùn)

23、行過程中，按下某層呼叫按鈕（14 層）后，該層呼叫燈亮，電梯響應(yīng)該層呼叫：（1）電梯上升或下降至該層；（2）各樓層顯示隨電梯移動(dòng)而改變，各層指示燈也隨之而變；（3）運(yùn)行中電梯門始終關(guān)閉，到達(dá)指定門時(shí)，門才打開；（4）在電梯運(yùn)行過程中，支持其它呼叫；電梯在運(yùn)行后狀態(tài)： （1）電梯在到達(dá)指定樓層后,電梯會(huì)自動(dòng)打開,經(jīng)過一段延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉,在此過程中,支持手動(dòng)開門或關(guān)門；（2）各樓層顯示值為該層所在位置,且上升與下降指示燈均滅；（3）到達(dá)指定樓層后,電梯會(huì)繼續(xù)待命（2 分鐘后返回 1 層）,直至新命令產(chǎn)生。2.1.2 電梯的控制功能電梯可實(shí)現(xiàn)的功能如下所示，這些功能是根據(jù)生產(chǎn)廠家或用戶的要求制定的安全

24、和功能的事項(xiàng)而制定的。這里只根據(jù)本電梯主要的操作進(jìn)行說明，其他例如故障檢測(cè)、自救功能、火災(zāi)提示、語音提示、滿載控制等具體功能在此不作陳述，主要功能如下10。(1)集選控制：集選控制是將轎廂內(nèi)指令與廳外召喚指令等各種信號(hào)集中進(jìn)行綜合分析處理的高度自動(dòng)化的控制功能。它能對(duì)轎廂指令、廳外召喚登記，停靠站延時(shí)自動(dòng)關(guān)門啟動(dòng)運(yùn)行，同向逐一應(yīng)答，自動(dòng)平層自動(dòng)開門，順向截梯，自動(dòng)換向反向應(yīng)答，能自動(dòng)應(yīng)招服務(wù)。集選控制包括上行集選和下行集選。(2)停梯操作：在夜間、周末或假日，通過停梯開關(guān)使電梯停靠在指定樓層。停梯時(shí)，轎門關(guān)閉，照明、風(fēng)扇斷電，以利節(jié)電、安全。(3)開門按鍵：用于延長開門時(shí)間，使乘客順利進(jìn)出轎廂

25、。(4)關(guān)門按鍵：用于立刻關(guān)門操作，使乘客順利登上電梯。(5)廂內(nèi)操作箱：在轎廂內(nèi)左邊設(shè)置操作箱，上面設(shè)置有各樓層轎內(nèi)指令按鍵，便于乘客按下想要到達(dá)的各樓層。(6)廂外操作按鍵：在各樓層的乘客只要按下想要上行或下行的按鍵即可得浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 8 頁 共 35 頁到電梯的響應(yīng)。(7)燈光響應(yīng)：在乘客按下相應(yīng)按鍵或到達(dá)相應(yīng)樓層時(shí)會(huì)得到電梯的燈光狀態(tài)相應(yīng)，以便提醒乘客相應(yīng)的提示作用。2.1.3 電梯的控制要求四層電梯控制系統(tǒng)的控制要求如下：(1)由于電梯對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性和安全性要求極高，主要以邏輯控制為主，通常采用 PLC 作為控制系統(tǒng)的核心，所以，應(yīng)用 PLC 來設(shè)計(jì)一

26、個(gè) 4 層電梯控制器具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。(2)上行與下行選擇由上電梯的人選擇信號(hào)決定。順向優(yōu)先執(zhí)行，順向執(zhí)行完畢后再反向執(zhí)行。(3)行車途中如果收到呼梯信號(hào)時(shí)，順向截車，反向不截車。(4)內(nèi)選信號(hào)、呼梯信號(hào)具有記憶功能，執(zhí)行后解除。(5)內(nèi)選信號(hào)、呼梯信號(hào)、行車方向、行車樓層均有指示燈。(6)停層時(shí)延時(shí) 2 秒后自動(dòng)開門或手動(dòng)開門。(7)有內(nèi)選信號(hào)時(shí)，延時(shí) 2 秒自動(dòng)關(guān)門或手動(dòng)直接關(guān)門。(8)無內(nèi)選信號(hào)時(shí)可以手動(dòng)關(guān)門，但不會(huì)自動(dòng)關(guān)門。(9)行車時(shí)不能手動(dòng)開門，開門時(shí)不能行車。2.2 電梯的工作原理一種以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的垂直升降機(jī)，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運(yùn)貨物。也有臺(tái)階式，踏步板裝在履

27、帶上連續(xù)運(yùn)行，俗稱自動(dòng)電梯。 服務(wù)于規(guī)定樓層的固定式升降設(shè)備。它具有一個(gè)轎廂，運(yùn)行在至少兩列垂直的或傾斜角小于 15的剛性導(dǎo)軌之間，轎廂尺寸與結(jié)構(gòu)形式便于乘客出入或裝卸貨物11。習(xí)慣上不論其驅(qū)動(dòng)方式如何，將電梯作為建筑物內(nèi)垂直交通運(yùn)輸工具的總稱。近幾年來，隨著國際社會(huì)對(duì)環(huán)保認(rèn)識(shí)的關(guān)注，各大電梯公司目前在其電梯表面基本都采用了粉末涂料進(jìn)行噴涂，這是一種新型環(huán)保無溶劑涂料，并且各種性能皆優(yōu)于油漆。 電梯的工作圖如圖 2.1 所示。電梯上升時(shí)，電梯順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過曳引輪和曳引繩來帶動(dòng)轎廂上升；下降時(shí)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過曳引輪和曳引繩帶動(dòng)轎廂下降。電梯運(yùn)行時(shí)有啟動(dòng)、加速、滿速運(yùn)行、減速和電梯停層等過程

28、，因此電梯控制的核心是控制工作電機(jī)。曳引繩兩端分別連著轎廂和對(duì)重，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動(dòng)機(jī)通過減速器變速后帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對(duì)重的升降運(yùn)動(dòng)，達(dá)到運(yùn)輸目的。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 9 頁 共 35 頁物井道墻體上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升降運(yùn)動(dòng)，防止轎廂在運(yùn)行中偏斜或擺動(dòng)。常閉塊式制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)松閘，使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在失電情況下制動(dòng)，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止?fàn)顟B(tài)，以便人員和貨物出入。轎廂是運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對(duì)重用來平衡轎廂載荷、減少電動(dòng)機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動(dòng)中

29、的張力和重量變化，使曳引電動(dòng)機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確停靠。電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)動(dòng)的控制，同時(shí)完成選層、平層、測(cè)速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時(shí)顯示轎廂的運(yùn)動(dòng)方向和所在樓層位置。安全裝置可保證電梯運(yùn)行安全。電梯以曳引電機(jī)為核心，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電梯的上下運(yùn)行，在此基礎(chǔ)上增加了電梯門的開關(guān)，也同樣用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制電梯門的開關(guān)；具體到電梯的上下運(yùn)行和停留時(shí)，會(huì)用到很多的傳感器和接觸器等附加的器件，這樣才能保證電梯在樓層之間正確平穩(wěn)的運(yùn)行，更多的也會(huì)考慮到乘客的安全、舒適等各種問題，這些問題和解決方案將會(huì)在電梯硬件和軟件的選擇、安裝和控制中詳細(xì)說明。圖 2.1 電梯工作原理圖2.3 電梯的組成電

30、梯是機(jī)電合一的大型復(fù)雜產(chǎn)品，機(jī)械部分相當(dāng)于人的軀體，電氣部分相當(dāng)于人的神經(jīng)。機(jī)與電的高度合一,使電梯成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的綜合產(chǎn)品。對(duì)于電浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 10 頁 共 35 頁梯的結(jié)構(gòu)而言,傳統(tǒng)的方法是分為機(jī)械部分和電氣部分,但以功能系統(tǒng)來描述,則更能反映電梯的特點(diǎn)。電梯的結(jié)構(gòu)包括：四大空間，八大系統(tǒng)。四大空間即機(jī)房部分、井道及地坑部分、轎廂部分、層站部分。八大系統(tǒng)即曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)。下面簡單介紹電梯機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)。(1)曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng)由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪和反向輪組成。(2)導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)

31、由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成，它的作用是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重智能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌架上，導(dǎo)軌架是承重導(dǎo)軌的組件，與井道壁連接。導(dǎo)靴安裝裝在轎廂和對(duì)重架上，與導(dǎo)軌配合，強(qiáng)制轎廂和對(duì)重的運(yùn)動(dòng)服從于導(dǎo)軌的直立方向。(3)門系統(tǒng)門系統(tǒng)是由轎廂門、層門、開門機(jī)、連動(dòng)機(jī)構(gòu)、門鎖等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴和門刀等組成。層門設(shè)在層站入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴。門鎖裝置以及應(yīng)急開鎖裝置組成。開門機(jī)設(shè)在轎廂上，是轎廂門和層門啟閉的動(dòng)力源。(4)轎廂轎廂是運(yùn)送乘客或貨物的電梯組件。它是由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重構(gòu)架，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿

32、等組成。轎廂體由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂及照明、通風(fēng)裝置、轎廂裝飾件和轎內(nèi)按鍵組成。轎廂的大小由額定載重量或額定載客人數(shù)決定。 (5)重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)由對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置組成。由對(duì)重架和對(duì)重塊組成。對(duì)重將平衡轎廂自重和部分房的額定的載重。重量補(bǔ)償裝置是補(bǔ)償高層電梯中轎廂與對(duì)重側(cè)曳引鋼絲繩長度變化對(duì)電梯平衡設(shè)計(jì)影響的裝置。(6)電力拖動(dòng)裝置電力拖動(dòng)裝置由曳引電機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等組成，它的作用是對(duì)電梯實(shí)行速度控制。曳引電機(jī)是電梯的動(dòng)力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)。供電裝置是為電機(jī)提供電源的裝置。速度反饋裝置是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運(yùn)行速度信號(hào)。一般采用測(cè)速發(fā)電機(jī)

33、或速度脈沖發(fā)生器與電機(jī)相連。調(diào)速裝置用于對(duì)曳引電機(jī)實(shí)行調(diào)速控制。(7)電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層裝置等浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 11 頁 共 35 頁組成，它的作用是對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。操縱裝置包括轎廂內(nèi)的按鈕操作箱或手柄開關(guān)箱、層站召喚按鈕、轎頂盒及房中的檢修或應(yīng)急操縱箱。(8)安全保護(hù)系統(tǒng)安全保系統(tǒng)包括機(jī)械和電氣的各類保護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)電梯的安全使用。機(jī)械方面：限速器和安全鉗起超速保護(hù)作用，緩沖器起沖頂和撞底保護(hù)作用，還有切斷電源的極限保護(hù)裝置。而電氣的保護(hù)在電梯的各個(gè)環(huán)節(jié)都有。2.4 電梯硬件分析電梯系統(tǒng)由電梯機(jī)械部分和

34、控制部分組成。為了能夠簡潔明了的介紹電梯的各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)，需要對(duì)各硬件部分進(jìn)行分析。電梯的基本框架是每一層門廳都要有門廳按鈕，除了底樓和頂樓只需要一個(gè)門廳按鈕外，其余各層要安裝兩個(gè)門廳按鈕。還需要安裝控制電梯平層和減速的傳感器感應(yīng)片，除了底樓和頂樓只各安裝一片減速感應(yīng)片和平層感應(yīng)片外，其余各層都要安裝兩片減速感應(yīng)片和平層感應(yīng)片，而與這些感應(yīng)片相對(duì)應(yīng)的 4 個(gè)傳感器安裝在轎廂的頂端。在底樓和頂樓需要安裝機(jī)械式的限位器，保證電梯在失控的時(shí)候不會(huì)超過頂樓和底樓。曳引機(jī)載整個(gè)電梯的頂樓，按照一般的設(shè)置，整個(gè)機(jī)房在樓層頂部。控制設(shè)備由 PLC、變頻器、電腦主機(jī)、等組成，其主要作用是通過 PLC 接受從電梯

35、傳來的信號(hào)設(shè)置變頻器控制電梯的上下運(yùn)作，設(shè)定電梯的運(yùn)行模式12。2.4.1 電梯曳引機(jī)部分電梯的曳引機(jī)通常是由曳引電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速箱及座底組成。電梯曳引電動(dòng)機(jī)并不是通常的工業(yè)用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，電梯是典型的位能負(fù)載，根據(jù)電梯的工作性質(zhì)，電梯曳引電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有如下特點(diǎn)。(1)能頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)；(2)啟動(dòng)電流小；(3)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行噪聲；(4)對(duì)電動(dòng)機(jī)的散熱要做周密考慮；(5)電梯曳引電動(dòng)機(jī)為雙繞組雙速電動(dòng)機(jī)。除了上述特點(diǎn)外，電梯交流調(diào)速用曳引電動(dòng)機(jī)往往備有兩個(gè)軸伸端：其中一段為傳動(dòng)端，與減速耦合；另一段為非傳動(dòng)端，通常裝有飛輪，用以增加運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，改善乘客的舒適感。2.4.2 限位器和傳感

36、器部分在整個(gè)裝置中使用了四個(gè)限位器和四個(gè)傳感器。四個(gè)限位器是機(jī)械的，上行減速限位器和上行平層限位器，下行于上行類似。限位器和銅片相對(duì)應(yīng)，傳感器浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 12 頁 共 35 頁與銅片配合使用，只有當(dāng)傳感器與相應(yīng)的銅片對(duì)齊時(shí)，傳感器上的紅燈才會(huì)亮，因此銅片的位置十分關(guān)鍵，它的位置調(diào)整也十分麻煩。2.4.3 轎廂和開關(guān)門電動(dòng)機(jī)部分轎廂上除了上一節(jié)介紹的四個(gè)傳感器以外還有開關(guān)門電動(dòng)機(jī)也是十分重要的，其開關(guān)門裝置由電動(dòng)機(jī)控制，在其齒輪帶上有兩個(gè)綁定的機(jī)械限位器，用來確定轎門的狀態(tài)是開還是關(guān)。當(dāng)開關(guān)門電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)帶動(dòng)兩根金屬絲，改變限位器的狀態(tài)，并以開關(guān)量的形式傳送給

37、 PLC。2.4.4 變頻器部分變頻器是利用電力半導(dǎo)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。它能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。我們現(xiàn)代使用的變頻器主要采用交-直-交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源提供給電動(dòng)機(jī)，變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四個(gè)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(chǔ)能和緩沖無功功率。變頻器是利用輸出功率可改變的交流電力拖動(dòng)設(shè)備

38、。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機(jī)定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電。以此為電源再供給電機(jī)使用。而變頻器的主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型和電流型。電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變化為直流功率的“整流器” ，吸收在變流其和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路” ，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器” 。電梯的調(diào)速要求除了一般

39、工業(yè)控制的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能外，它的舒適度指標(biāo)往往是選擇中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,為使乘客擁有良好的舒適感，電梯采用 S 型速度曲線，轉(zhuǎn)換成頻率曲線如圖 2.2 所示，以改善電梯運(yùn)行的舒適感。另外，由于電梯在建筑物內(nèi)的耗電量占建筑物總用電量的相當(dāng)比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視。浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 13 頁 共 35 頁圖 2.2 電梯運(yùn)行曲線MM440 是西門子公司生產(chǎn)的通用型矢量變頻器，它性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，功能齊全，在電梯行業(yè)首次使用。可編程序控制器 PLC 和 MM440 變頻器之間的通訊可有兩種方式，一種是串行通訊,采用串行通訊只需一根雙芯屏蔽電纜西門子專用，它大大減少

40、了布線的數(shù)量，無須重新布線即可更改控制功能，可以通過串行接口設(shè)置和修改變頻器的參數(shù)，還能連續(xù)對(duì)變頻器的特性進(jìn)行監(jiān)視和控制另一種并行通訊。使 PLC 通過邏輯分析后發(fā)出控制信號(hào)給變頻器，變頻器接受指令并且按照預(yù)先設(shè)定好的曲線拖動(dòng)轎廂正常運(yùn)行。另外變頻器還發(fā)出信息如零速變頻器是否故障抱閘等信號(hào)給 PLC使其參加 PLC 的邏輯運(yùn)算以保證電梯的安全運(yùn)行另外變頻器上還安裝了編碼器模板這使得這種通用型 MM440 可以接成閉環(huán)速度反饋控制方式與無傳感器矢量控制 SLVC 和變壓/變頻 V/F 相比這種控制方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）零速時(shí)仍然具有額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載能力。（2）速度控制的精度。（3）速度控制和轉(zhuǎn)矩

41、控制的動(dòng)態(tài)性能得到改善。 通過有關(guān)人員的系統(tǒng)測(cè)試，這種變頻器完全可以用到電梯控制系統(tǒng)中且運(yùn)行良好，而且它還有一個(gè)其它變頻器所沒有的優(yōu)點(diǎn)，那就是進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)時(shí)電機(jī)的軸不轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣曳引機(jī)可在帶負(fù)載的情況下也能進(jìn)行自學(xué)習(xí)而不必像其它變頻器那樣必須把轎廂吊起使曳引機(jī)脫離負(fù)載后才能自學(xué)習(xí)。給電梯的安裝改造帶來很大方便。2.5 電梯的硬件工作原理電梯的硬件工作是軟件的基礎(chǔ)，其工作原理如圖 2.3 所示，以 PLC 核心，左側(cè)為輸入電路部分，右側(cè)為輸出相應(yīng)部分。在輸入部分電梯會(huì)相應(yīng)的響應(yīng)用戶的呼叫，電梯在運(yùn)行過程中會(huì)不停得到傳感器的回應(yīng)以及其他輸入信號(hào)，在 PLC 控制器部分會(huì)對(duì)各輸入變量進(jìn)行邏輯分析

42、，將結(jié)果輸出到 PLC 輸出端，在外部有各浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 14 頁 共 35 頁種硬件相應(yīng)輸出信號(hào)，會(huì)使電梯正反轉(zhuǎn)，達(dá)到上升下降的目的，開關(guān)閉電梯門以及各樓層的顯示電路的提示作用都會(huì)發(fā)揮作用。 PLC 控制器編碼器按鈕電路樓層傳感器檢測(cè)電路電梯其它輸入信號(hào)發(fā)光二極管記憶燈電路PWM 控制調(diào)整電路轎廂開關(guān)門電路樓層顯示電路圖 2.3 PLC 硬件控制原理圖浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 15 頁 共 35 頁3 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 四層電梯主電路3.1.1 四層電梯曳引電機(jī)及門電機(jī)電路圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如 3.1 圖

43、所示。圖中M1，M2 為曳引電機(jī)和門電機(jī)，交流接觸器 KM1KM4 通過控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行來控制轎廂和廳門，從而進(jìn)行對(duì)電梯的控制。FR1，F(xiàn)R2 為起過載保護(hù)作用的熱繼電器，用于電梯運(yùn)行過載時(shí)斷開主電路。FU1 為熔斷器，起過電流的過電流保護(hù)作用。圖 3.2 電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖3.1.2 PLC 外部接線圖本設(shè)計(jì)的 PLC 外部接線圖如圖 3.2 所示。CPU226CN 的傳感器電源 24V(DC)可浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 16 頁 共 35 頁以輸出 600mA 電流，通過核算在本設(shè)計(jì)中 PLC 容量完全滿足要求，CPU226CN 的輸出繼電器觸點(diǎn)容量為 2A，電壓

44、范圍為 530V（DC）或 5250V（AC） 。I I0 0. .0 0I I0 0. .1 1I I0 0. .2 2I I0 0. .3 3I I0 0. .4 4I I0 0. .5 5I I0 0. .6 6I I0 0. .7 7I I1 1. .0 0I I1 1. .1 1I I1 1. .2 2I I1 1. .3 3I I1 1. .4 4I I1 1. .5 5Q Q0 0. .0 0Q Q0 0. .1 1Q Q0 0. .2 2Q Q0 0. .3 3Q Q0 0. .4 4Q Q0 0. .5 5Q Q0 0. .6 6Q Q0 0. .7 7Q Q1 1. .0

45、0Q Q1 1. .1 1Q Q1 1. .2 2Q Q1 1. .3 3Q Q1 1. .4 4Q Q1 1. .5 5Q Q1 1. .6 6Q Q1 1. .7 71 1M M2 2M M2 24 4V V2 22 20 0V VF FU U1 1L L2 2L L3 3L LC CP PU U 2 22 26 6 C CN N一一樓樓位位置置開開關(guān)關(guān)二二樓樓位位置置開開關(guān)關(guān)三三樓樓位位置置開開關(guān)關(guān)四四樓樓位位置置開開關(guān)關(guān)一一樓樓內(nèi)內(nèi)呼呼指指令令二二樓樓內(nèi)內(nèi)呼呼指指令令三三樓樓內(nèi)內(nèi)呼呼指指令令四四樓樓內(nèi)內(nèi)呼呼指指令令一一樓樓上上行行二二樓樓上上行行三三樓樓上上行行二二樓樓下下行行三三樓樓

46、下下行行四四樓樓下下行行上上行行記記憶憶下下行行記記憶憶電電機(jī)機(jī)正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)電電機(jī)機(jī)反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一一樓樓內(nèi)內(nèi)呼呼登登記記二二樓樓內(nèi)內(nèi)呼呼登登記記三三樓樓內(nèi)內(nèi)呼呼登登記記四四樓樓內(nèi)內(nèi)呼呼登登記記一一樓樓上上行行登登記記二二樓樓上上行行登登記記三三樓樓上上行行登登記記二二樓樓下下行行登登記記三三樓樓下下行行登登記記四四樓樓下下行行登登記記開開門門模模擬擬關(guān)關(guān)門門模模擬擬S SQ Q1 1S SQ Q2 2S SQ Q3 3S SQ Q4 4K K1 10 0K K9 9K K8 8K K7 7K K1 1K K2 2K K3 3K K4 4K K5 5K K6 6K KM M1 1K KM M2 2K K

47、M M3 3K KM M4 4手手動(dòng)動(dòng)開開門門手手動(dòng)動(dòng)關(guān)關(guān)門門圖 3.2 PLC 外部接線圖浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 17 頁 共 35 頁3.2 I/O 點(diǎn)數(shù)的分配及機(jī)型的選擇3.2.1 I/O 點(diǎn)數(shù)的估算采用 PLC 構(gòu)成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降。一層有上升呼叫按鈕 K1 和指示燈H1，二層有上升呼叫按鈕 K2 和指示燈 H2 以及下降呼叫按鈕 K4 和指示燈 H4，三層有上升呼叫按鈕 K3 和指示燈 H3 以及下降呼叫按鈕 K5 和指示燈 H5，四層有下降呼叫按鈕 K6 和指示燈 H6。一至四層有到位行程開

48、關(guān) SQ1SQ4。電梯內(nèi)有一至四層呼叫按鈕 K10K7 和指示燈 H10H7；電梯開門和關(guān)門按鈕 SB5 和 SB6，電梯開門和關(guān)門分別通過電磁鐵 KM3 和 KM4 控制，關(guān)門到位由行程開關(guān) ST1 檢測(cè)，開門到位由行程開關(guān) ST2 檢測(cè)。轎廂上行和下行由接觸器 KM1 和 KM2 控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。綜上所述，輸入點(diǎn) 14 個(gè)，外加 6 個(gè)額外觸點(diǎn)共 20 個(gè)，輸出點(diǎn)共有 16 個(gè)。可編程控制器 S7200 的 CPU226 輸入，輸出點(diǎn)數(shù)為 2416。足以滿足要求。3.2.2 輸入/輸出的分配該系統(tǒng)占用 PLC 的 36 個(gè) I/O 口，20 個(gè)輸入點(diǎn)，16 個(gè)輸出點(diǎn)

49、，具體的 I/O 分配如表 3.1 所示：表 3.1 I/O 分配序號(hào)名 稱輸入點(diǎn)序號(hào)名 稱輸出點(diǎn)0一層平層I0.00電梯上行記憶Q0.01二層平層I0.11電梯下行記憶Q0.12三層平層I0.22電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.23四層平層I0.33電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.34內(nèi)呼一樓I0.44內(nèi)呼一樓指示Q0.45內(nèi)呼二樓I0.55內(nèi)呼二樓指示Q0.56內(nèi)呼三樓I0.66內(nèi)呼三樓指示Q0.67內(nèi)呼四樓I0.77內(nèi)呼四樓指示Q0.78一層外呼上行I1.08一層外呼上行指示Q1.09二層外呼上行I1.19二層外呼上行指示Q1.110三樓外呼上行I1.210三樓外呼上行指示Q1.211二樓外呼下行I1.311二樓外呼下行指

50、示Q1.3浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 18 頁 共 35 頁3.2.3 機(jī)型的選擇控制器使用了德國西門子的 PLC，其型號(hào)為 S7-200，它的外觀圖如圖 3.3 所示，其輸入輸出端口如圖 3.4 所示。S7-200 系列是一類可編程控制器（Micro PLC） 。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制需要，由于具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得 S7-200 可以滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的 CPU 類型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問題是具有很強(qiáng)的適應(yīng)性13。SIMATIC 小型 S7-200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的

51、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200 系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。S7-200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊等。S7-200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等。STEP 7-Micro/WIN 32 是西門子公司專門為 S7-200 系列 PLC 設(shè)計(jì)

52、在個(gè)人計(jì)算機(jī) Windows 操作系統(tǒng)下運(yùn)行的編程軟件，它的功能強(qiáng)大，使用方便，簡單易學(xué)，可用梯形圖（LAD） 、語句表（STL）和功能塊圖三種編程語言編制程序，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換。STEP 7-Micro/WIN 32 提供兩套指令集，即SIMATIC 指令集（S7-200 方式）和國際標(biāo)準(zhǔn)指令集（IEC1131-3 方式） 。程序編制完成之后，利用 PLC 與計(jì)算機(jī)專用的 PC/PPI 電纜傳送程序至 PLC。12三樓外呼下行I1.412三樓外呼下行指示Q1.413四樓外呼下行I1.513四樓外呼下行指示Q1.514手動(dòng)開門I2.014門電機(jī)正轉(zhuǎn)Q1.615手動(dòng)關(guān)門I2.

53、115門電機(jī)反轉(zhuǎn)Q1.716開門限位I2.217關(guān)門限位I2.318電梯上升極限位I2.419電梯下降極限位I2.5浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 19 頁 共 35 頁圖 3.1 S7-200 型 PLC 外觀圖圖 3.4 S7-200 實(shí)物圖3.2.4 STEP 7 概述STEP 7 編程軟件是用于 SIMATIC 可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。它是 SIMATIC 工業(yè)軟件的組成部分。軟件包中提供一系列的應(yīng)用工具，如：SIMATIC 管理器、符號(hào)編輯器、硬件診斷、編程語言、硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等。浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 20 頁 共 35 頁STEP7

54、 編程軟件可以對(duì)硬件和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組態(tài)，具有簡單、直觀、便于修改等特點(diǎn)。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對(duì) PLC 在線上載或下載。利用 STEP7 可以方便地創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化解決方案。STEP7 編程軟件允許結(jié)構(gòu)化用戶程序，可以將程序分解為單個(gè)的自成體系的程序部分從而使大規(guī)模的程序更容易理解，可以對(duì)單個(gè)的程序部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化程序組織簡化，修改更容易系統(tǒng)的調(diào)試也容易了許多在 S7 用戶程序中可以使用如下幾種不同類型的塊:組織塊(OB)是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口它們由操作系統(tǒng)調(diào)用，并控制循環(huán)和中斷驅(qū)動(dòng)程序的執(zhí)行，以及可編程控制器如何啟動(dòng)。它們還能夠處理對(duì)錯(cuò)誤的響應(yīng)，組織塊決定各個(gè)程序部分執(zhí)行的順序

55、，用于循環(huán)程序處理的組織塊 OB1 的優(yōu)先級(jí)最高。操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用 OB1 并用這個(gè)調(diào)用啟動(dòng)用戶程序的循環(huán)執(zhí)行。功能（FC）屬于用戶自己編程的塊功能是“無存儲(chǔ)區(qū)”的邏輯塊 FC 的臨時(shí)變量存儲(chǔ)在局域數(shù)據(jù)堆棧中，當(dāng) FC 執(zhí)行結(jié)束后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。功能塊（FB）屬于用戶自己編程的塊功能塊是具有“存儲(chǔ)功能”的塊，用數(shù)據(jù)塊作為功能塊的存儲(chǔ)器(背景數(shù)據(jù)塊)傳遞給 FB 的參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據(jù)塊中，背景數(shù)據(jù)塊(背景 DB)在每次功能塊調(diào)用時(shí)都要分配一塊給這次調(diào)用，用于傳遞參數(shù)。系統(tǒng)功能塊(SFB)和系統(tǒng)功能(SFC)是 STEP7 為用戶提供的己編程好的程序的塊，經(jīng)過測(cè)試集成在 CPU 中的功

56、能程序庫 SFB 作為操作系統(tǒng)的一部分并不占用程序空間，是具有存儲(chǔ)能力的塊，它需要一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊，并須將此塊作為程序的一部分安裝到 CPU 中。浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 21 頁 共 35 頁4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 四層電梯梯形圖設(shè)計(jì)4.1.1 PLC 的編程語言程序（梯形圖）在 PLC 中并非同時(shí)執(zhí)行，而是按照網(wǎng)絡(luò)的順序依次執(zhí)行的。運(yùn)行完最后一個(gè)網(wǎng)絡(luò)后，重新回到網(wǎng)絡(luò) 1 開始下一輪循環(huán)，所以任務(wù)在 PLC 中是掃描循環(huán)執(zhí)行的14。PLC 程序是 PLC 指令的有序集合，PLC 運(yùn)行程序就是按一定的順序，執(zhí)行這集合中的一條條指令。指令是指示 PLC 動(dòng)作的文字代碼或圖形符號(hào)。使

57、用的編程語言不同，這些文字代碼和圖形符號(hào)就不相同。但從本質(zhì)上來講，指令的實(shí)質(zhì)都是二進(jìn)制機(jī)器碼。同普通的計(jì)算機(jī)一樣，PLC 的編程軟件通過編譯系統(tǒng)把 PLC 程序編譯成機(jī)器代碼。PLC 提供了功能較為完整的編程語言，以適應(yīng) PLC 在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用 PLC 的編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變繼電器控制的硬件接線，也就是所謂的“可編程序” 。PLC 的編程語言一般有五種：順序功能圖(Sequential Function Chart)、梯形圖(Ladder Diagram)、功能塊圖(Function Block Diagram)、指令表(Instruct

58、ion List)和結(jié)構(gòu)文本(Structured Text)。其中，順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能塊圖(FBD)是圖形編程語言，指令表(IL)和結(jié)構(gòu)文本(ST)是文字語言。梯形圖(LD)是目前使用最廣泛的 PLC 圖形編程語言，梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，比較易于掌握、程序表達(dá)清楚。本系統(tǒng) PLC 程序的編制采用梯形圖語言，編程軟件為 STEP 7。該軟件能夠完成制作程序、對(duì)可編程控制器 CPU 的寫入/讀出、監(jiān)控程序運(yùn)行、調(diào)試程序、PLC錯(cuò)誤診斷等一系列功能。4.1.2 電梯各程序的說明若要實(shí)現(xiàn)程序可根據(jù)流程圖 4.1 所示，一步步做好程序。電梯先靜止，若有信號(hào)電梯響應(yīng)

59、才開始。關(guān)門完成后，電梯定向移動(dòng)，上行過程中若有上行停梯的則平層開門。直到?jīng)]有上行信號(hào)，電梯開始響應(yīng)下行信號(hào)，同樣的，電梯在下行過程中，不會(huì)響應(yīng)上行呼叫信號(hào)。浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 22 頁 共 35 頁開始初始化輸入上、下行請(qǐng)求關(guān)門，定向電梯上、下行停車，開門電梯返回一層。結(jié)束關(guān)門完成？到達(dá)樓層？上、下行信號(hào)是否轉(zhuǎn)換？2 分鐘內(nèi)還有信號(hào)？還有上、下行信號(hào)？YESYESYESYESYESNONONONONO圖 4.1 流程圖浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 23 頁 共 35 頁1外召喚信號(hào)登記及消除如下圖 4.2 所示，廳外召喚指令具有登記指示，到層取消。以網(wǎng)絡(luò) 3

60、 三樓下呼為例，當(dāng)外召喚下呼 I1.4 信號(hào)輸入，且電梯不在三層時(shí)，Q1.4 形成自鎖，保持并顯示外信號(hào)登記狀態(tài)，當(dāng)電梯到達(dá)三層時(shí)，M4.2 的觸點(diǎn)動(dòng)作，并且當(dāng)電機(jī)在反轉(zhuǎn)下行時(shí)（電梯上行經(jīng)三層不消除下行信號(hào)）Q0.2 和 Q1.4 都將斷開，消除信號(hào)。浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 24 頁 共 35 頁圖 4.2 外召喚信號(hào)登記及消除程序段 圖 4.3 內(nèi)指令信號(hào)登記及消除程序段浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 25 頁 共 35 頁 2.內(nèi)指令信號(hào)登記及消除如上圖 4.3 所示，點(diǎn)動(dòng)內(nèi)呼按鈕以內(nèi)呼一樓為例，形成 I0.4 輸入信號(hào)自鎖并登記顯示。當(dāng)轎廂到達(dá)一樓，一層平層信