第1章緒論課題研究背景及意義在社會的發展進程中，越來越多的高層建筑出現，也因此，電梯在人們的日常生活中的作用與地位越來越重要。電梯呼叫為隨機的，其運行則是根據自身控制規律，再結合外部呼叫來實現。一般的電梯均屬于人機交互系統。如果所使用的只有順序控制，則就無法達到實際的應用要求。所以，在電梯控制系統中，最常見的就是隨機邏輯控制。因為人們的要求也越來越高，電梯的各種技術日益革新，其中最常見的拖動技術就是變頻調速技術，在邏輯控制方面，也由PLC取代了以往的繼電器控制。電梯是上下垂直的交通工具，位能負載是其屬于范圍，頻繁的停止和起動要求，負載也會跟著進行相應的變化，倘若載客量多少變化、上下行變換。以微機作為控制單元進行信號控制，完成了電梯信號采集、運行狀態以及其他功能的設定后，從而實現了電梯集選運行和自動調度的功能，利用變頻器實現拖動控制，以及以可編程控制器進行信號集選控制，這屬于最常使用的兩類控制方法，并且其都有著各自的優勢和弊端。如果讓廠家自行設計的話，會有較高的成本，而且微機控制裝置的制造也很麻煩，所以廠家更喜歡第二類。所以，當前廣泛使用的是以可編程控制器來實現電梯控制。其觸點少，穩定性高，不會經常故障，修理簡單，不會產生較大的噪聲都是優點。當想要改變電梯的控制功能時，不需要繁瑣的操作，只需要改寫程序，就可以做到改變電梯的功能。雖然PLC編程語言需要不同，但它易于理解且易于學習。一般維護和工程人員可以掌握。PLC電梯控制系統更適用于小型高層建筑。1.2電梯的國內外發展狀況隨著世界經濟的飛速發展，電梯在越來越多的建筑中出現，也在越來越多的建筑中被需要。電梯行業起步于美歐日等發達國家，一些發展中國家也在探索。一百多年后，電梯的發展已經步入成熟階段。東芝，富士達，沃克斯等品牌在全球也越來越知名，且銷售額也十分突出。近幾年來，我國電梯企業的技術越來越成熟，且對其他發達國家的技術依賴度越來越低。國外的電梯品牌在國內的強大地位已經無法延續，因為我國電梯企業的技術研發，產品維護，軟件設計，建設服務鏈，權衡性價比等工作做的越來越好。數年前，我國的人才去國外學習先進的相關技術，經營模式和管理理念，在我國自己的電梯開發中加以運用和借鑒，最終使我國的電梯產業突飛猛進。經過各個企業的不斷努力，我國生產的電梯已經直接符合國際標準，所以國內電梯已經可以順利進入國際市場。中國是世界上人口最多的國家，自然也會成為世界上最大的電梯消費市場，那么世界上有能力有資本的電梯企業自然會到中國投資或建廠。國外的電梯由于發展時間較長，起步較早，其核心技術，經營模式和管理理念必然比國內的大多數品牌先進，所以外企的投資也對我國技術的進步有著積極的作用。近幾年，世界知名品牌電梯公司已在中國投資，不得不說，中國已經是世界上最主要的電梯競爭市場之一。就先關數據顯示，2018年，在我國的國內市場中，有55％位國外品牌，而國內品牌則只有45％。當前國內電梯產生要快速發展，并獲得更大的市場，既要與國外的品牌競爭，又要考慮到與國內其他電梯公司的競爭關系，如果沒有自己的特殊技術，則很難在國內的電梯市場占有一席之地。目前，中國已成為世界上電梯數量最多的國家。截至2018年底，全國電梯數量已達547萬部。中國的確擁有很多的電梯，但人均擁有量仍未達到世界平均水平。截至2018年，中國的人均電梯為28臺/10000臺，大概為日本的1/2，約為歐洲平均水平的1/5，約為韓國的1/6。北京和上海兩大城市的人均擁有量分別達到79/10000和66/10000，但仍遠低于歐洲一些發達國家的一線城市。中國的人均電梯數量仍有很大的提升空間。國內電梯行業企業眾多，主要有國內和國外兩類。在外資企業中，著名的包括了三菱，上海現代，富士達，瑞士迅達，蒂森克虜伯等;國內電梯企業主要有康力電梯，江南嘉杰，遠大智能國家品牌，如廣日電梯，快速電梯，神龍電梯，美倫電梯，東南電梯等。此外，家中的小型電梯將成為電梯系列的新部分。當代常見電梯如圖1-1圖1-1當代常見電梯1.3PLC所擁有的特點與優勢1.3.1PLC的特征PLC具有運行穩定性高，進行維修簡單，抵抗擾亂能力強，設計周期時間較短等長處，是當前世界先進電梯控制方式中最常用的方法。PLC是專門進行邏輯控制的系統。由于PLC具有運行穩定性高，進行維修簡單，抵抗擾亂能力強，設計周期時間較短的特點，因此工業領域的相關部門都經常運用PLC。自從PLC進入中國電梯市場以來，有越來越多的國內廠家接受了由PLC組成的電梯控制系統。電梯控制系統分為速度控制部分和邏輯控制部分。速度控制部分直接關系著用戶的舒適體驗；一個電梯是否能夠安全正常的運行則全看邏輯控制部分的設計。為了能夠讓用戶有更好的舒適體驗，為了能讓天梯能夠更加安全可靠地運作，更多的電梯廠家選擇了PLC。可編程控制器是基于微處理器的新一代工業控制器，集成了計算機技術和自動化技術。它具有運行穩定性高，適應工業領域高壓，噪音等極端環境的特點，是完成自動控制的重要手段，對我國工業化的發展有著不可磨滅的重要作用。1.3.2PLC的優勢（1）穩定性有比較高的保障，軟件可以實現電梯的自動運行和控制。（2）整體電路簡單，方便操作。（3）控制功能的更改并不困難，控制系統即使繁瑣也可以完成。（4）人工操作時更加安全維修時也更加方便。（5）可以自行檢測是否存在故障并發出警報，運行效率更高。（6）硬件接線通常不用改變，即使需要改變控制方案時也是如此。1.4繼電器控制系統的特征及存在問題1.4.1繼電器控制系統的特征（1）硬件既可以完成信號的處理和全部的控制功能，控制線路易懂，方便操作者和學習者掌握。（2）當系統發生故障需要修復時，操作者不需要使用專門的工具和儀器，也不需要掌握難以理解的技術。（3）絕大多數的器件都是比較常用的設備，方便購買和更換。（4）此技術已經相對成熟，已形成系列化產品，有很多人熟悉此技術。1.4.2繼電器控制系統存在的問題與缺陷（1）系統線路比較的復雜，在對應的觸點經常會出現磨損現象，從而使得線路被燒壞。（2）若想要完成更加繁瑣的相應功能，則要確保技術水平更高，而且普通人員無法操作。（3）電磁機構和接觸動作速度非常的慢，存在著較大的機械和電磁慣性，難以實現系統控制精度。（4）系統本身巨大，耗電高，工作地點也會有很大的噪音。（5）因為布線過于繁瑣，系統很容易發生故障，需要經常對線路進行檢查和修復;并且很難檢查故障，這是耗時且勞動密集的。電梯中繼控制系統故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經常導致電梯停止，給乘客帶來不便和干擾。此外，一旦電梯頂部或底部，不僅電梯的機械部件會受損，而且還可能發生人身事故。1.5變頻調速控制所擁有的的特征隨著電子科技的進步和推廣，不斷更新完善了交流變頻調速技術。該類技術在電動機方面的運用，不僅使生態環境更加綠色，完善了生產過程，還使相關技術得以發展，產品質量更加完美。在當今社會，變頻調速控制已經被時間所認可。工作效率高，穩定性好，更高的節能可能都是被青睞的原因。（1）變頻調速電梯采用的電機為異步電動機，其擁有很多優勢，如穩定性高，價格便宜，容易修理等。（2）變頻調速電源采用先進的SPWM技術SUPWM技術，使電梯的安全性得以保障。（3）耗電量少，電源的質量更高，工作效率也更高。1.6論文的主要研究內容該項目重點是以可編程控制器，然后結合使用變頻器，來實現對電梯自動控制系統的改造的設計研究。如今國內很多以前生產的電梯存在巨大問題，人們想通過升級其控制系統來保證電梯的安全性和相關性能。所以，想要使國內電梯的核心技術進一步提升，鉆研PLC的控制技術是必不可少的，是必經之路。以前生產的電梯存在很多問題和缺陷，如穩定性差，需要經常維修，安全難以保障等。應該使用效率更高，更加的安全，并且具有更高穩定性的可編程控制器（PLC）來控制。而在所采用的調速系統方面，則使用到了交流變頻調速，其在各類負載條件下，都有著比較優越的調速性能，既能提高用戶的體驗程度，又能保證電梯的安全，電梯的耗電量也不會太高。論文可以概括為：首先，全面分析了電梯系統以及相關的可編程控制器內容，并進行了簡要介紹。之后，則從分類的角度對電梯控制系統開展了闡述，并介紹了其對應的特點。主要存在著兩個主要組成部分，分別為速度調節和信號控制。對系統總體結構進行確定，借助PLC來達到電梯信號控制的目的，變頻器所具有的功能就是變頻調速，選擇合適的變頻器和可編程控制器。然后，這進行硬件方面的開發，進行設置變頻器對應的各類參數，并選擇PLC，I/O點分配以及旋轉編碼器和PLC之間的連接。最后，設計了PLC的外部接線圖和流程圖，編寫了控制程序，并對編程的電梯控制程序進行了仿真和調試。第2章電梯控制系統設計方案論證2.1電梯的結構電梯是垂直運動的運輸裝置，在樓層超過七層的建筑中出現，其轎廂在垂直于水平面的至少兩列剛性軌道運動中操作或者以小于15°的角度傾斜于鉛垂線。牽引繩的兩端分別與轎廂和配重連接，繞牽引滑輪和導輪纏繞。牽引電動機通過減速器的換檔驅動牽引滑輪，并產生牽引繩和牽引滑輪之間的摩擦產生的牽引力。為了運輸目的，實現汽車和配重的提升運動。如圖2-1圖2-1當代電梯的內部結構2.2電梯的運行特點2.2.1電梯的平層與停層電梯里的乘客和在電梯外等待的人都需要知道電梯的實時位置。因此，電梯及其大廳配備有用于顯示樓層標志的電梯位置的顯示裝置。此外，電梯工作時對電梯所在實時位置信號的精確度有著極高的要求。傳統電梯的位置信號通常設置在井道的位置開關上，如果提供磁傳感器，當設置在汽車上的磁隔離板向傳感器插入時，進行位置信號的發出，從而使得樓層指示被激活，如圖2-2圖2-2電梯停層，平層裝置圖2.2.2轎廂內的運行指令及大廳召喚信號當用戶在大廳等待電梯時，需要根據自己的需要，按下電梯的上升或下降按鈕（底層無下降按鈕，頂層無上升按鈕），這就是外部的呼叫信號。若用戶在電梯里側，可以根據自己需要按下自己想要去樓層的相對應按鈕，此為內部選擇信號。當按下相應樓層的按鈕后，該指示燈會持續點亮，直到達到相應樓層，指示燈才會熄滅。信號還需要記憶并點亮門廳中的上或下呼叫指示燈，當請求被滿足時，該指示燈應自動取消信號。2.2.3電梯自主運行時的信號操作外部呼叫指令信號和內部呼叫指令信號決定著電梯的自主運行，并操縱著電梯決定移動電梯和停在這些樓層的方向。在正常情況下，電梯應按照首先上下的原則安排運送乘客的順序，并規定運輸。確定訂單后，它將不會響應中間的反向呼叫請求，并且不會返回到此方向上最遠的站點。2.2.4轎廂的啟動與運行汽車在行駛方向上確定，汽車門在關閉時自動啟動和運行。2.2.5轎廂的平層與停車汽車行駛后，有必要確定一樓的停車位。調平意味著汽車的底部和大廳的“地平面”應該相互齊平。通常，存在特定的水平誤差，例如水平時的兩個平面。它們之間的差異不超過5毫米。傳統電梯的平層信號由平層傳感器發送。2.2.6安全保護電梯有許多安全保護措施，例如電梯的頂部和底部，斷線鋼絲繩，車內人員跌落，逃生保護以及許多其他措施，如消防。2.3PLC的介紹和選擇2.3.1PLC的定義PLC是一種常用且實用的電子系統，服務于生活中各種地方。他有很多種功能，比如計算，計數，定時，控制等。順序控制以及存儲邏輯運算是其中最核心的兩個功能。借助數字輸入輸出接口控制，從而完成各類輸入輸出。可當PLC還未發展成熟前，人們專注于計算機技術和電氣控制技術的鉆研，當這兩者發展逐漸成熟時，PLC的技術也慢慢發展起來。PLC是一種新型控制方式，擁有計算機技術，通信技術和自動化技術的部分優點。各種機械的設計與生產都與其有著密不可分的聯系。2.3.2可編程控制器的工作原理可編程控制器主要有著兩個方面的工作內容：變換輸入輸出的信息，完成物理上的實現，前者主要是借助其中的程序來完成的。該程序中，不僅包含了系統的，也存在著一些屬于用戶的。系統程序的存在，是用戶程序運行的基礎。而且，系統程序還具有著公共處理的功能，如自檢，I/O刷新等。用戶程序則是根據用戶需求設計而成的。

可靠物理實現則是以輸入輸出電路為實現依據。各輸入輸出點，分別對應著I或O電路。另外，一般都會集成多個電路于一個模塊中，然后集成多個模塊（或箱體）為PLC完整的I/O系統（電路）。盡管這些模塊相當多，占了PLC體積的大部分，但由于它們都是由高度集成化的，所以，PLC的體積還是不太大的。輸入電路一直保持著對輸入點狀態的監視，對于監視得到的狀態，會保留在暫存器中。暫存器與輸入點一一對應。輸出電路中包含了輸出鎖存器。其主要存在著高、低兩個電位狀態，并能夠鎖存。而且，其還存在著物理電路，能夠將其對應的狀態向輸出點傳送。輸出鎖存器與各輸出點一一對應。暫存器以及鎖存器其實就是PLC的I/O電路寄存器。其通過與PLC內存進行相關的信息價交換，通過PLC

I/O總線及運行PLC的系統程序實現。將暫存器信息向PLC內存進行傳輸，這就表示為輸入刷新。PLC內有著一個映射區，是用來存放輸入信息的。其中的各對應為則就是輸入繼電器，也就是所謂的軟觸點。當位置顯示為1時，則就說明為觸點通，而當為0時，則就是觸點斷。從PLC的運行來看，完整掃描周期T=（）+（）+（）+監控服務時間，掃描周期是受到以下三個因素決定其長短的：第一個因素是CPU執行指令速度;其次則是每條指令所占用時間;最后一個則為執行指令數量。掃描周期越長，系統響應越慢。現在工廠生產的基PLC具有大約10ms的掃描周期，這對于一般控制系統是完全允許的，這不僅會影響，而且可以增強系統的抗干擾能力。在大多數工作循環中，PLC實際上與外圍設備隔離，而工業現場干擾通常是脈沖式的。在短期內，由于系統響應緩慢，通常需要幾個掃描周期才能響應，由于瞬態干擾引起的多次掃描將大大減少，這將提高系統的抗干擾能力。但是，對于具有更嚴格的控制時間要求和更快的速度要求的系統，必須仔細編程，并在必要時采取特殊功能以減少掃描周期引起的不利影響。2.3.3PLC的選擇能夠適用于工程的PLC型號有多種，各類型號的功能比較的類似，并有著各自的優勢。而如何選擇，有必要根據自己的設計需求和應用水平。（1）整體式PLC：PLC在一個機箱中配備電源，CPU，I/O接口和其他組件。這種PLC型號擁有自己的優勢，如購買成本低廉，占用空間小等。當你不想花費太多，或者需要精巧的PLC時，你應該選擇這種。集成PLC的主要組成包括了基本單元，以及擴展單元組成，而后者包含了不同I/O點。前者主要包含了CPU，I/O接口，通過與擴展單元的I/O擴展端口相連，并與編程器接口相連。而在擴展單元中，則主要包括了電源和I/O，而不存在CPU。（2）模塊式PLC：這種PLC可以說并不是一個整體，各個重要的功能均存在著不同模塊管理。由于PLC有著比較齊全的功能，所以屬于大中型PLC，若果你對PLC要求比較多，大多數情況下都會選擇這種。這種PLC也有自己的長處，如方便維修，組裝方便，配置不繁瑣等。模塊化PLC由框架或基板和各種模塊組成，插座上一般裝有模塊，而框架或基板上一般都有插座。可編程控制器需要依據汽車底板位置檢測方法具有高數量的計數器。電梯的運行存在著兩個方向，PLC還必須有著可逆計數器。在五層電梯的設計方面，以上兩種模式都可以，但根據教材的學習和熟悉，結合自己的學習特點，他們主要研究了西門子S7-200在研究過程中，熟悉它。一種功能指令，可能夠很好的運用S7-200各種功能指令編程。結合其特點：模塊結構，可靠性，通用性，易編程等，該項目需要26個輸入端口和11個輸出端口。因此，在設計中選擇了西門子PLCS7-200CPU224。2.3.4S7-200MicroPLC介紹（1）概述SIMATICS7-200Micro是獨立的：它非常緊湊，但具有驚人的功能-特別是在其實時性能方面-其快速，強大的通信解決方案以及易于使用的硬件和軟件。所有這一切使SIMATICS7-200MicroPLC是一種非常經濟實惠的選擇方案，而且各種性能也十分良好。（2）適用范圍SIMATICS7-200的適用范圍非常大，包括接觸器擴展到獨立，分布配置和各種網絡的自動化任務，接觸器擴展到獨立和更換繼電器。S7-200還更多的使用在各類特殊電子設備區域。（3）基本單元S7-200有很多種不同種類的CPU，若按基本型號來分的話，可分為4種。（4）擴展模塊擴展模塊自己并沒有CPU，但有自己的I/O口，用于與基本單元連接以擴展I/O點。目前來看S7-200主要有6中擴展模塊。（5）編程器當程序員在進行調試過程中，或檢測故障和進行監視時，需要熟練運用存儲，編程和用戶管理程序，PLC將接收用戶發送的程序。智能編程器采用計算機進行編程的執行，并以專用編程軟件傳遞到計算機中。其能夠采用梯形圖語言實現編程，并完成在線監控，具有著強大的功能，而且非常直觀。（6）存儲卡智能編程器采用計算機進行編程的執行，并以專用編程軟件傳遞到計算機中。其能夠采用梯形圖語言實現編程，并完成在線監控，具有著強大的功能，而且非常直觀。2.4變頻器的介紹與選擇2.4.1變頻器的定義變頻器為微電子技術和變頻技術結合，來實現電機頻率的改變，從而對電機電源達到有效控制的效果。變頻器在進行點擊的頻率轉化時，是以電力半導體器件的通斷來完成的。其主要的組成部分包括了濾波、整流、制動、逆變單元、檢測單元、驅動單元、微處理單元等。在變頻器的作用下，能夠改變原來的工頻電源，從而轉化為交流電源，并改變電機運行速度。而主電路是由控制電路進行控制的，整流電路則能夠轉化交流電為直流電，而直流中間電路則起到了平滑濾波的效果，而逆變電路則實現電流向交流電的轉化。變頻器如圖2-3圖2-3西門子MM440變頻器示意圖2.4.2變頻器的工作原理（1）主電路主電路的構成包括了三部分，逆變器的作用就是生成電壓波紋，把商用電源轉變為直流電源則由整流器負責，電壓波紋由平波電路吸收。主電路的功能能夠實現電流從交流向直流的轉化，而電感器則屬于直流環路濾波器；也能夠實現電流從直流向交流轉化，此時的電容器屬于交流環路濾波器。前者是屬于電流型主電路，后者為電壓型主電路。（2）整流器整流器表示的為整流裝置，也就是能夠實現交流向直流的轉化。其包含的功能為：第一，實現交流電向直流電的轉化，通過濾波然后向負載提供電力，或者向逆變器提供；第二，給蓄電池提供充電電壓。所以，其也屬于充電器。（3）平波回路直流電壓會被逆變器所產生的波紋電流所改變，電源頻率六倍的波紋電壓等于整流器的整流直流電壓。為了抑制電壓波動，使用電感器和電容器來吸收紋波電壓（電流）。當器件容量小時，如果電源和主電路形成具有余量的器件，就不需要復雜的平波回路了。（4）逆變器當直流電需要被轉化為交流電時，就需要逆變器的幫助了，并且在確定的時間打開和關閉三個開關裝置以獲得三相交流電輸出。2.4.3選擇變頻器除了一般工業控制的靜態和動態性能之外，如何能保證電梯的運行速度和速度調節，是必須要考慮的一個部分。電梯速度與乘客乘坐電梯是否舒適有著直接的聯系，所以變頻器的選擇是否正確也變得十分重要。此次畢業設計最終決定使用MM440變頻器，是因為MM440變頻器擁有以下優勢：（1）電機和變頻器的保護功能已經相對成熟;（2）電機運行時不會有很大的噪音;（3）6個可編程，帶隔離數字輸入;（4）可校準模擬輸入為兩個，其也能夠使用于第7和第8數字輸入;（5）可編程模擬輸出為2個;（6）完全可編程繼電器輸出為3個;（7）有著比較靈活的配置（8）具有較為簡單的操作與調試。2.4.4變頻器面板按鈕功能:圖2-4變頻器控制面板示意圖（1）改變電動機的旋轉方向;（2）啟動逆變器;（3）停止變頻器;（4）電動機慢跑;（5）訪問參數;（6）減小值：減小面板上顯示的參數值;（7）增加值：增加面板上顯示的參數值;（8）功能：在變頻器運行過程中，按此鍵2秒，同時顯示任意參數。2.5傳感器2.5.1傳感器的定義國家標準將傳感器定義為：“可根據某一定律（數學函數規則）測量并轉換成可用信號的設備，一般的組成包括了敏感和轉換元件。”中國物聯網學校表示，正是由于傳感器的出現，使得事物增加了感官能力，事物逐漸成為了生命力的存在。”在新魏式詞典中，“傳感器”定義為：“接收一個系統的電力，然后轉化為其他形式并向另一個系統供電”。2.5.2傳感器的類比傳感器主要具有著與人的五感相對應的功能：化學傳感器其實就相當于人的口舌氣體傳感器其實就相當于人的鼻子光敏傳感器其實就相當于人的眼睛聲敏傳感器其實就相當于人的耳朵流體、力、溫度壓傳感器其實就相當于人的皮膚2.5.3傳感器的介紹（1）光電傳感器光電傳感器，顧名思義是接收外部的光信號，經過自身的一定處理，再轉換為電的傳感器。光電傳感器的構成包括了發射器，檢測電路，接收器。按照工作時各個部分的工作和響應時間前后來看，應該先介紹發射器。傳感器（發射器）向目標位置發射光束，這束光可以是可見光，也可能是不可見光，而且光束經常源于發光二極管，紅外線發射二極管等，大多數均為半導體光源。而接收器一般都安裝了各種光學部件，如光圈和透鏡等，接收器會接收一定的信息。最后是檢測電路，它會對信息進行一定的檢測，修改信號。三角形發射器能夠對0—25的發射角進行改變，從而使得為一條發射線，在反射之后，進行一定的處理。（2）陶瓷壓力傳感器一些傳感器的介質會受溫度變化和電流的影響，若想不被上述外界條件所干擾，陶瓷會是一個不錯的選擇。該傳感器具有0至70°C的溫度補償，可與大多數介質直接接觸，而且陶瓷有不錯的時間穩定性。陶瓷壓力傳感器主要的組成包括了瓷環，陶瓷膜以及陶瓷蓋。陶瓷膜片作為光敏彈性體，采用百分之九十四的三氧化二鋁瓷制成。學過高中化學都知道，三氧化二鋁是一種致密的物質，所以使用這種材料。而瓷環通常是以高溫燒制的方式生產，因此，就涉及到了熱壓鑄造工藝。以高溫玻璃漿料連接陶瓷膜片和瓷環。并借助厚膜印刷和熱燒制技術一起燒制以形成周圍的杯形彈性體。傳感器的電路由厚膜工藝技術制成。陶瓷蓋板下部的圓形槽在蓋板和隔膜之間形成一定的間隙。極限位置可以防止隔膜在過載時因過度彎曲而損壞，從而形成對傳感器的抗過載保護。陶瓷是一種公認的優質材料，因為它是很好的絕緣體，自身很難被電流所影響，而且抗酸能力強，也有不錯的彈性，沖擊也不會對其造成太大的影響。陶瓷擁有極強的熱穩定性，所以溫度較高的場合十分適用。陶瓷傳感器的輸出信號穩定，并且輸出信號長且強。性價比也比較高，因為其價格并不昂貴，在中國，硅壓力傳感器逐漸減少，更多的采用了陶瓷傳感器。在壓力傳感器領域，將會越來越多的采用高性能陶瓷傳感器。2.6本章小結本章主要對變頻器，可編程控制器和傳感器做了簡單的介紹，并根據自己題目的需要，完成了變頻器和PLC的選型。最終選擇西門子MM440變頻器和西門子PLCS7-200作為本次設計的核心硬件。第3章硬件的相關設計3.1電梯控制系統設計的相應步驟PLC控制系統設計步驟最終確定如下：（1）詳細了解電梯的相關知識并決定控制計劃（2）根據要求計算出控制系統的I/O點數（3）綜合考慮并完選定PLC型號（4）進行輸入輸出設備的選定，并進行I/O口的地址分配（5）進行電梯模擬調試（6）開展相關技術文件的撰寫圖3-1電梯控制系統設計相應步驟流程圖3.2電梯五層控制的要求與分析根據要求，該設計電梯共為五層。用戶在每個樓層都應該能看到相應的指示器，顯示電梯是否在上升或下降和電梯現在所處樓層數的指示器。每層樓的地板都有輸入（上下）按鈕來召喚電梯。運行狀態的電梯，主要是對當前運行以及呼叫信號作出分析處理，并選定下一工作狀態。所以，其主要的功能為自動選向、外呼記憶、停梯消號自動開/關門狀態、自動達層等。確定設計要求，電梯控制的相應功能也可以得知：按照最普通的情況來說，假設電梯初始位置為任意樓層。當有顧客在大廳按下上升或下降按鈕時，電梯響應呼叫信號，這種信號為外部呼叫信號。電梯會接收此信號并對其進行分析，若呼叫樓層低于電梯所在樓層，電梯會向下運行；若呼叫樓層高于電梯所在樓層，電梯會向上運行；若呼叫樓層等于電梯所在樓層，電梯不會上下運行。當電梯達到呼叫樓層后，電梯停止上下運動，電梯門會打開，若激光傳感器檢測到電梯門中間已經無物體存在，延遲三秒后會自動關閉。當有顧客在電梯內按下特定樓層數的按鈕后，電梯響應呼叫信號，這種信號為內部呼叫信號。電梯會接收此信號并對其進行分析，若呼叫樓層低于電梯所在樓層，電梯會向下運行；若呼叫樓層高于電梯所在樓層，電梯會向上運行；若呼叫樓層等于電梯所在樓層，電梯不會上下運行。當電梯處于上升狀態時，低于電梯實時所在樓層的呼叫信號均暫時不會響應，當已經沒有高于梯實時所在樓層的呼叫信號后，下面的信號才會被響應，電梯開始向下運行；當電梯處于下降狀態時，高于電梯實時所在樓層的呼叫信號均暫時不會響應，當已經沒有低于梯實時所在樓層的呼叫信號后，上面信號才能被響應，電梯則向上運行。電梯要確保存在著最遠反向外呼梯響應功能。如電梯處于一樓，此時在而二、三、四層均有向下外呼梯，此時電梯首先運行到四樓。還必須有著同向攔截功能。在達到相應樓層后，按下開門按鈕，就會開門，而如果按鈕一直處于按下的狀態，則就會保持開門狀態，而且用戶也能夠提前按下關門按鈕來關門，使等待時間縮短。但是當電梯處于上升或下降的過程中，或者電梯還未平層時，電梯門的開啟是十分危險的。所以當電梯還未平層或處于上升或下降狀態時，如果有顧客按下開門按鈕或關門按鈕，電梯門均不會做出響應。3.3PLC選型3.3.1計算出控制系統的I/O點數根據題目的要求，輸入和輸出信號計算如下：（一）必須擁有的輸入信號：（1）電梯內和大廳的呼叫按鈕電梯內的特定層數選擇按鈕應該為阿拉伯數字1到5。至于大廳外每層樓的按鈕，五樓應該只有下降按鈕，一樓應該只有上升按鈕，二到四層要有著上下運行的兩個按鈕。所以，共存在著13個輸入。（2）位置信號位置信號的輸入為7，在電梯沒有達到樓層時打開，當電梯處于平層狀態時關閉，而且還需要一組開關門限位。各個樓層的電梯停靠位置一般裝有四個傳感器，位置信號由此處產生。（3）電梯門控制信號就相關要求，電梯門主要存在著兩個控制信號輸入。分別為開門和關門。綜上，一共需要22個輸入點。（二）必須擁有的輸出信號：（1）電梯內部呼叫指示信號有5個內部呼叫指示信號，表示電梯在此時是否有第1層到第5層的內部呼叫，并且在內部呼叫指令完成后信號消失。（2）電梯外部呼叫指示信號有8個外部呼叫信號，表示接受了第1層到第5層的外部呼叫，并且在呼出命令完成后信號消失。（3）上下2臺電梯，2個指示信號，2各電梯門電機開關指示，共6個。綜上，輸出點共有19個。表3-1表示的是輸入輸出點數表3-1輸入輸出點數信號類型點數輸入信號（22）電梯內呼及其外呼信號13位置信號7電梯門控制信號2輸出信號（共19個）內呼指示信號5外呼指示信號8轎廂上下行及其開關門指示63.3.2擴展模塊的選擇1.擴展模塊EM22316I/16Q介紹根據數據，EM22316I/16Q可根據輸出類型分為兩種類型，一種是固態MOSFET型，另一種是繼電器型，外觀如圖3-2，擴展模塊尺寸如圖3-3，EM223CN連接方式圖如圖3-4圖3-2EM223外觀圖圖3-3擴展模塊尺寸圖圖3-4EM223CN連接方式圖2.擴展模塊的安裝方式（1）這種擴展模塊具有與基本單元相同的設計特征。S7-200CNPLC有多種類型的擴展模塊，固定方法與CPU相同。如果模塊已連接，如果有更多擴展模塊，模塊將會變得很長。在這種情況下，就必須使用擴展轉接電纜。運用總線使CPU與電纜相互連接。SIEMENS+EM223CN數字量混合輸入輸出模塊(16路)安裝方式如圖3-5圖3-5SIEMENS+EM223CN安裝方式3.4I/O點數的編址和擴展本地I/O點的I/O地址均為固定的，且都由CPU224的每個主機所提供。擴展時，CPU連接在擴展模塊的左側。尋址方法是相同類型的輸入或輸出點。模塊根據主機的位置在鏈中遞增。其他類型模塊的存在與否以及模塊的位置不會影響此類模塊的數量。S7-200系統對于輸入/輸出地址空間，則將其進行分配規則擴展表示為：（1）對一樣的輸入輸出模塊進行順序編址。（2）輸入/輸出圖像寄存器，其所具有的單位為1B。如果其中高位沒有達到8位，則會對于沒有使用的位，數字量則就會分配給I/O鏈的后續模塊。地址編程必須以新的連續字節重新開始。（3）而對模擬量，以2個通道進行輸入/輸出分配。而這一模塊所存在的未使用通道地址，則就無法為后續模塊使用，，而且還需要對后續地址作出安排。后續地址的編排須重新從新的兩個字以后的地址開始。本系統CPU與擴展模塊連接方式如圖3-6圖3-6CPU與擴展模塊連接方式3.5分配輸入輸出點經過分析計算，確定了輸入輸出點，表示為表3-2所示表3-2電梯控制系統的輸入、輸出點分配表說明對應PLC地址說明對應PLC地址外部一層上呼叫按鈕I0.0外部一層上呼叫燈Q0.0外部二層上呼叫按鈕I0.1外部二層上呼叫燈Q0.1外部二層下呼叫按鈕I0.2外部二層下呼叫燈Q0.2外部三層上呼叫按鈕I0.3外部三層上呼叫燈Q0.3外部三層下呼叫按鈕I0.4外部三層下呼叫燈Q0.4外部四層上呼叫按鈕I0.5外部四層上呼叫燈Q0.5外部四層下呼叫按鈕I0.6外部四層下呼叫燈Q0.6外部五層下呼叫按鈕I0.7外部五層下呼叫燈Q0.7一層行程開關I1.0超重指示Q1.0二層行程開關I1.1警報器Q1.1三層行程開關I1.2一層位燈Q2.0四層行程開關I1.3二層位燈Q2.1五層行程開關I1.4三層位燈Q2.2內部一層呼叫按鈕I1.5四層位燈Q2.3內部二層呼叫按鈕I2.0五層位燈Q2.4內部三層呼叫按鈕I2.1內部一層呼叫燈Q2.5內部四層呼叫按鈕I2.2內部二層呼叫燈Q2.6內部五層呼叫按鈕I2.3內部三層呼叫燈Q2.7開門呼叫按鈕I2.4內部四層呼叫燈Q3.0關門呼叫按鈕I2.5內部五層呼叫燈Q3.1開門行程開關I2.6電梯上升Q3.2關門行程開關I2.7電梯下升Q3.3電梯上行極限位I3.0上升指示燈Q3.4電梯上行極限位I3.1下升指示燈Q3.5稱重傳感器I3.2電梯開門Q3.6警報按鈕I3.3電梯關門Q3.7激光傳感器I3.43.6PLC和電梯模型接線圖主電路圖如圖3-7所示圖3-7主電路圖控制電路圖如圖3-8所示圖3-8控制電路圖3.7本章小結本章主要對電梯控制系統的硬件部分進行設計。完成了變頻器參數設置、外部接線圖、I/O(輸入/輸出)端口分配、電動機控制電路以及拽引電動機過載、啟動校驗等。第4章軟件設計4.1電梯系統程序流程圖根據題目所要求，進行一定的設計，最終電梯系統程序流程圖如圖4-1所示圖4-1電梯系統程序設計流程圖4.2STEP7編程軟件的編程語言及基本指令4.2.1STEP7編程軟件的編程語言在本設計中所使用的是梯形圖編程語言。標準STEP7軟件包共存在著語言表、功能塊圖以及梯形圖和順序功能圖三種基本編程語言。其之間是能夠相互轉換的。梯形圖具有以下特征：（1）物理電流是不存在于梯形圖之中的，只擁有概念中所謂的電流，是一種很形象的表示方法。這種抽象的電流從上到下，從左到右，而且必須如此。所以，梯形圖兩端的母線其實并沒有電源與其連接，是一種形象化的編程語言。（2）線圈并不存在于梯形圖中，不過其中卻包括了輸入繼電器觸點，主要是由于后者無法從內部其他觸點進行驅動，僅能從外部的輸入信號所驅動。相對應的輸入信號變化是由輸入繼電器的觸點狀態所體現的。（3）梯形圖的每一層邏輯的開始點為母線，而其之后則是各觸點的連接，最后則在通過繼電器線圈之后終止于母線處。圖形，從上到下，從左到右，執行順序亦是如此。（4）梯形圖中的繼電器被稱作軟元件或軟繼電器。這軟元件會輸出計數器，輔助繼電器，狀態器和定時器等，因為它實質上是位觸發器，不同于傳統繼電器。該類軟繼電器有著無數個常閉和常開觸點，能夠進行自由選用。如果常開觸點均處于閉合狀態，此時則常閉觸點均斷開，這表示對應的繼電器線圈接通，位觸發為“1”。（5）如果PLC為運行狀態，CPU接梯形圖中，從上到下進行元件排列，而處理則是從左到右按行進行。（6）若輸出端子存在著輸出信號，則梯形圖中就會對應輸出繼電器接線。而對于輸出繼電器，則通過利用輸出觸點實現對外部執行器的驅動，以能夠實現PLC的輸出控制。（7）PLC內所包含有的各類軟元件觸點，僅為內部使用，而無法驅動外部執行器。4.2.2STEP7編程軟件的基本指令STEP7編程軟件主要包括了算術運算指令、傳送與比較指令、程序控制指令、數據轉換指令、位邏輯指令等基本指令。4.3轎廂開關門程序及仿真1.轎廂開門條件為（1）電梯位于平地板上，帶有外部呼叫指示或內部呼叫指示。（2）電梯位于二樓，呼叫指示外面有兩層（電梯選項下降），二樓外呼叫指示（電梯選項上升）或二樓內部呼叫指示。（3）電梯位于三樓，呼叫指示外有三層（電梯選項下降），三樓外呼叫指示（電梯選項上調）或三層內部呼叫指示。（4）電梯位于四樓，呼叫指示外面有四層（電梯選項下降），四樓外呼叫指示（電梯選項上調）或四樓內部呼叫指示。（5）電梯位于五層樓，有五層出局電話或五層內部電話。（6）電梯調平時按門打開按鈕。開門程序如圖4-2(a)門電機驅動置位(b)門電機開門置位圖4-2門電機開門置位(一)本段程序說明:M3.7為開門驅動，當滿足轎廂開門條件時，M3.7置位，考慮到電機運行的平穩與安全，M3.7置位后將進入1.5秒開門延時，經1.5秒后，門電機開門。(二)本段程序典型環節仿真1.一樓外呼上置位當電梯位于一樓時,按下一樓外呼上按鈕I0.5，一樓外呼上指示Q0.5置位，如圖4-3圖4-3一樓外呼上置位2.門電機開門當按下一樓外呼上指示Q0.5置位時，如果此時電梯位于一樓平層（一樓平層I3.7置位）,則電梯就會開門，即將門電機開門指示Q3.7置位，并會取消一樓外呼上Q0.5的指示，如圖4-4圖4-4門電機開門4.4轎廂開門復位程序及仿真1.轎廂開門復位所具有的條件:（1）在確保開門按鈕不動的情況下，按下關門按鈕。（2）在確保開門按鈕不動的情況下，進行信號門電機關置位的輸出。（3）在開門限位達到之后，則開門動作就會自動停止。開門按鈕輔助常閉觸點與門電機開門指示以及開門驅動實現互鎖，當達到上述條件時，門電機開門指示以及開門驅動實現復位。所繪制的梯形圖如圖4-5圖4-5轎廂開門復位4.5門電機關門、復位程序及仿真開門動作達到開門限位后，開機出現3秒延時，之后則就會自動關門，而在達到關門限位后，則就會結束關門動作。而如果關門按鈕被按下，也能夠關閉電梯門，按下開門按鈕，或出現了輸出的門電機開信號時，則關門動作就會被取消。所繪制的梯形圖如圖4-6圖4-6門電機關門及復位本段程序仿真：1.門電機關門當門電機達到開門限位時，開門限位I2.4置位，此時門電機開門動作停止，進入三秒鐘延時，延時過后，門電機關門動作Q2.0啟動，門電機開始關門。本過程仿真如圖4-7圖4-7門電機關門2.門電機關門復位當門電機達到關門限位，即當I2.5置位時，關門動作停止，Q2.0復位。本過程仿真如圖4-8圖4-8門電機關門復位4.6電梯自動選向程序設計及仿真4.6.1電梯轎廂下行條件通過分析所設計的電梯系統，確定了電梯能夠達到下面的條件，則開始下行：（1）電梯當前處于四層，此時在三層和二層均出現了外呼上和呼下指示，在一層出現了外呼上指示，而在一、二、三層均出現了內呼指示。（2）電梯當前處于三層，此時存在著二層外呼上呼下指示，而在一層則有外呼上指示，在一、二層均出現了內呼指示。（3）電梯當前處于二層，此時存在著一層外呼上和內呼指示。（4）電梯當前處于五層，在一至四層只要有呼梯信號就下行，而電梯當前處于一層時，則不管怎樣都不會出現下行。滿足上面的條件，而且沒有和粗線上行條件時，電梯下行，圖4-9表示的就是對應的梯形圖圖4-9電梯轎廂下行條件（一）本段程序典型環節仿真假設現在電梯位于五層平層（I2.3），在同一時間有一層外呼上（I0.5），一層內呼(I0.0)，二層外呼上(I0.7)，三層外呼下(I3.0)這些呼梯信號。1.當接收到這些信號時，電梯下行Q2.2置位，如圖4-10圖4-10電梯下行置位2.當達到三層平層I2.1時，Q3.7置位，電梯開門，電梯開門，三層外呼下I3.0指示復位，此過程仿真如圖4-11圖4-11三層外呼下指示復位3.當達到開門限位（I2.4）后，進入三秒延時，延時過后轎廂門關閉，達到關門限位（I2.5）后，關門動作停止，電梯繼續下行(Q2.2)。此過程仿真如圖4-12三樓同向截車：（a）門電機關門（b）轎廂從三樓繼續下行圖4-12三樓同向截車4.當轎廂到達二層平層（I2.0）時，由于在二樓只有二樓外呼上這一個呼梯信號（I0.7），所以，根據電梯控制原則，在二樓不具備同向截車的條件，所以電梯在經過二樓平層時不停，繼續下行。此過程仿真如圖4-13圖4-13二樓不截車5.當轎廂到達一層平層（I3.7）時，一樓外呼上（I0.5）以及一樓內呼（I0.0）復位，電梯開門(Q3.7)。此過程如圖4-14圖4-14一樓呼梯復位6.當電梯電梯轎廂開門到達開門限位（I2.4）之后轎廂關門，到達關門限位（I2.5）后，轎廂繼續上行。此過程仿真如圖4-15圖4-15轎廂繼續上行7.當轎廂上行（Q2.1）到達二樓平層（I2.0）時，轎廂開門，二樓外呼上指示（I0.7）復位，門電機關門，到達關門限位（I2.5）后，關門停止，電梯停止在二樓。此過程放真如圖4-16（a）二樓開門及信號復位（b）二樓關門（c）停在二樓圖4-16電梯回返二樓截車4.6.2電梯轎廂上行條件通過分析所設計的電梯系統，確定電梯存在著以下條件，則就會出現上行：（1）電梯當前處于四層，并在五層出現了外呼下以及內呼指示。（2）電梯當前處于三層，而且在四層出現了外呼下和呼上指示，在五層出現了外呼下指示，而四、五層均出現了內呼指示。（3）電梯當前處于二層，而且在三、四層均出現了外呼上下指示，在五層出現了外呼下指示，并且在三、四、五層均出現了內呼指示。（4）電梯當前處于一層時，主要在二—五層出現了呼梯信號，就會出現上行；而如果其處于第五層，則不管處于何種信號狀態均不會出現上行。滿足上面的條件，并不存在著下行條件時，則電梯就會出現上行，圖4-17表示的是對應的梯形圖圖4-17電梯轎廂上行條件（一）本段程序典型環節仿真假設目前電梯轎廂在一樓（I3.7），電梯同時接受5樓外呼下（I3.4），四樓外呼下（I3.2），三樓內呼（I0.2），三樓外呼上（I3.1）。1.電梯在一樓時同時接受這些呼梯信號，電梯上行（Q2.1），此過程仿真如圖4-18圖4-18電梯上行2.當電梯到達三樓平層（I2.1）時，電梯開門（Q1.7），三層內呼指示（Q0.2）、三層外呼上指示（Q3.1）復位，此過程仿真如圖4-19圖4-19三樓截車3.電梯轎廂門開門到開門限位（I2.4）后，延時三秒，關門（Q2.0），到達關門限位（I2.5）后，電梯繼續上行（Q2.1），到達四樓平層（I2.2），由電梯電梯控制要求，電梯不能截車，所以轎廂繼續上行。此過程仿真如圖4-20圖4-20四樓不截車4.當轎廂到達五樓平層（I2.3）時，電梯停止上行，轎廂門打開（Q3.7），呼梯信號五層外呼下指示（Q3.4）復位，此過程仿真如圖4-21圖4-21五層截車5.當達到開門限位時，延時三秒后轎廂自動關門，電梯開始下行，此過程仿真如圖4-22圖4-22電梯轎廂從五樓下行6.當轎廂到達四樓平層（I2.2）時，電梯停止下行，轎廂門打開（Q3.7），四層外呼下指示（Q3.2）復位，經三秒延時后，轎廂門關閉，電梯轎廂停在四樓，此過程仿真如圖4-23（a）轎廂開門(b)轎廂關門(c)停在四樓圖4-23轎廂回返下行四樓截車4.7轎廂內呼及轎廂外呼指示與復位當在大廳出現了外呼按鈕信號，則就對應外呼指示置位，如果取消置位時，電梯在5層和1層方向僅有一種，因此，直接平層后門電機打開就可以實現置位的取消；不過2，3，4層不一樣，由于在這三層中，電梯既能夠向上運行，也能夠向下運行，當電梯運動和外呼運動兩個方向一致時，才能進行置位的取消，由此可知，樓層外呼指示程序是相當的復雜。如果電梯內出現了內呼按鈕響應后，內呼指示此置位，而在達到指定樓層后，內呼指示取消置位，此時電梯門就會打開。從此可見轎廂內呼較要比轎廂外簡單得多。這就是所謂的同向截梯。繪制梯形圖如圖4-24圖4-24轎廂內呼及外呼指示置位與復位4.8本章小結本章主要進行系統的軟件設計，根據要完成的功能繪出系統流程圖，并編寫程序，并最終完成仿真。第5章綜合調試5.1硬件調試硬件調試主要包括兩類，分別為控制電路和主拖動電路的調試。這兩部分先分開調試，分別調試成功后，再進行綜合調試。硬件在模擬電路板上按電路圖仿制電梯的模式接好元件，將所有公共端相連，輸出端口1L、2L、3L連在一起，并將PLC的L+端連起來；分別引出來接到PLC對應的輸出口接到N端。將公共端1M、2M相連，并將M端連起來；將按鈕開關引出的另一端分別接到PLC的+24V電壓上。再將PLC接入220V的交流電。把所有的輸入、輸出都接好后就可以進行通電試驗了。5.2軟件調試使用西門子仿真軟件觀測輸出點分析其是否達到了控制要求，當沒有達到要求時，則再次調試程序，直到達到要求。總結在本論文的設計中，電梯的控制由S7-200可編程控制器實現。通過估計I/O端口，可以合理地選擇PLC模型。充分利用學校獲得的知識（運動控制技術，PLC，自動控制原理等），認真審查相關信息，結合當今社會的主流控制方法，結合PLC控制和交流變頻調速進行設備的有效選型，并進行軟件設計，設置相應的參數，從而簡化控制系統結構和外部電路，使得電梯運行質量得以提升，并提高整體的性能。其還能夠確保電梯有著調速范圍廣，控制精度高，動態性能好，舒適，安靜，快速，基本滿足設計任務書所要求的任務。這種設計可能存在某些缺陷，由于時間緊迫，設備條件和專業知識，只能模擬電梯控制，軟件可用于模擬，不能選擇相關組件，可以生產電梯模型。由于設計時間和分度資源有限，指令程序無法通過編程器完全發送到PLC，并進行系統仿真調試。若條件允許后，上述設計缺陷可以進一步改進，請老師諒解。致謝本論文得以完成首先要感謝我的指導導師韓順杰老師。韓老師嚴謹的教學態度以及工作的認真都給了我很大幫助。從對論文的一竅不通到現在完成論文，多虧了韓老師，老師教我如何查文獻，如何將論文的每一步都寫出來，當論文有問題時不厭其煩的幫我解決。我很慶幸在大學可以碰到這樣的好導師，不僅教會了我知識，還教會了我為人處世，在這里我要鄭重地和老師說一句：老師，謝謝您。我還要感謝我身邊的的小伙伴，以及吳振和張