1、目 錄前言 . . 1第一章 緒論 . 21.1 課題背景與現實意義 . 21.2 本文主要工作 . 3第二章 方案選擇 . 52.1 電梯控制系統組成 . 52.2 電梯的控制要求 . 62.3 電梯運行過程中的幾種情況 . 7第三章 系統的硬件設計 . 123.1 PLC 的選擇 . 123.2 輸入輸出點的估算 . 123.3 內存容量的估算 . 133.4 PLC 輸人輸出端的接線 . 15第四章 系統的軟件設計與調試 . 164.1 PLC 控制功能流程圖 . 16 4. 2 軟件調試 . 174.3 PLC 梯形圖程序設計 . 17第五章 總結 . 22參考文獻 . . 23基于P

2、LC 可編程控制器的電梯控制系統前言隨著城市建設的不斷發展，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，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控制器取代微機實現信號控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區別。PLC 可靠性高，程序設計方便靈活。本設計在用PLC 控制變頻調速實現電流、速度雙閉環的基礎上，在不增加硬件設備的條件下，實現電流、速度、位移三環控制。在常規自動控制系統中，傳感器與執行器

3、是獨立接線的，多個傳感器和執行器構成的系統需要大量導線。通信總線應用到測控系統中，不僅能節省大量的導線，而且可提高系統的可靠性。已被廣泛采用的工業總線一般有兩類。一類為主從結構方式，如RS-485通訊，該通訊總線在工業控制中已得到廣泛應用，其通訊方式為命令響應方式。主機定時向各子控制器發出查詢信號，再由各子控制器匯報各自狀態。這種通訊方式開發難度較小，但通訊實際耗費了主控制器相當一部分資源。所以此種方式并未能完全地發揮出主控制器強大的運算功能。另一類為各節點自主通訊方式，如歐姆龍公司、三菱公司的CAN 總線，NEWLIFT 公司的LONWORKS 總線等。這類總線的可靠性和通訊速率與前一種有著

4、本質的提高，但成本對較貴第一章 緒論1.1 課題背景與現實意義電梯是現代高層建筑中不可缺少的交通工具隨著我國經濟建設的迅猛發展，人們物質生活水平的迅速提高，電梯工業也隨之日新月異的發展起來，電梯不僅是生產環節中的主要設備，更是人們生活中的必須設備。電梯是一種起重運輸設備，廣泛用于住宅、公共建筑、工廠倉庫等場所，方便了人們的生活，節省了時間和體力。而隨著高層建筑的不斷增加，對電梯的控制要求也更高，從而對電氣控制技術也越來越高。電氣控制技術是隨著科學技術的不斷發展及生產工藝不斷提出新的要求而得到飛速發展的。在控制方法上，主要是從手動控制到自動控制；在控制功能上，是從簡單的控制設備到復雜的控制系統；

5、在操作方式上，有笨重到輕巧；在控制原理上，從有觸點的繼電器式控制系統到以計算機為核心的“軟”控制系統。隨著新的電器元件的不斷出現和計算機技術的發展，電器控制技術也在持續發展?，F代電器控制技術正是綜合了計算機，自動控制，電子技術和精密測量等許多先進科學技術成果，并得到飛速發展?？删幊炭刂破骶褪窃谶@個時候出現并加以應用的。可編程控制器，它是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以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指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLC 是微機技術與傳

6、統的繼電器控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC 的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購買到所需的PLC 后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC 應用于生產實踐。從結構上分，PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC 包括CPU 板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源

7、等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC 包括CPU 模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。PLC 的主要特點有以下幾個方面：(1所有的I/O接口電路均采。用光電隔離使工業現場的外電路與PLC 內部電路之間電氣上隔離;(2各輸入端均采用R-C 濾波器其濾波時間常數一般為10-20ms;(3各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干擾;(4采用性能優良的開關電源;(5對采用的器件進行嚴格的篩選;(5良好的自診斷功能一旦電源或其他軟硬件發生異常情況CPU 立即采用有效措施以防止故障擴大;(7大型PLC 還可以采用由雙CPU 構成冗余系統或有三CPU 構成表

8、決系統, 使可靠性更進一步提高.(8小型PLC 的I/O點數一般在128點以下，其特點是體積小、結構緊湊，整個硬件融為一體，除了開關量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執行包括邏輯運算、計時、計數、算術、運算數據處理和傳送通訊聯網以及各種應用指令。1.2 本文主要工作本文主要分為二部分，第一部分介紹了可編程控制器PLC 的原理，包括PLC 的基本結構和它的基本工作原理。第二部分介紹了PLC 在交流雙速集選控制電梯中的應用，實現電梯的自動控制。主要包括（1）交流雙速電梯的基本工作原理; （2）它的電氣控制系統；（3）I/O點數的分配及機型選擇；（4）電梯的各主要部分

9、程序設計等內容。本文的主要工作如下：第一部分 介紹了電梯系統的發展概況和控制理論在電梯自動控制系統中的應用概況，提出了論文要研究的主要內容。第二部分 介紹了電梯系統變頻調速的原理，指出了需要解決的關鍵問題。第三部分 對電梯的硬件部分進行設計, 給出了可編程控制器PLC 控制系統硬件電路的結構框圖.第四部分 對系統的軟件進行設計與調試, 設計了電梯系統主程序流程圖、梯形圖。第五部分 總結了本文的主要工作，包括得出的主要結論、仿真結果以及作者的主要成果，最后指出了進一步研究的方向。第二章 方案選擇2.1 電梯控制系統組成電梯控制系統可分為電力拖動系統和電氣控制系統兩個主要部分。電力拖動系統主要包括

10、電梯垂直方向主拖動電路和轎箱開關電路。二者均采用易于控制的直流電動機作為拖動動力源。主拖動電路采用PWM 調試方式，達到了無級調速的目的。而開關門電路上電機僅需一種速度進行運動。電氣控制系統則由眾多呼叫按鈕、傳感器、控制用繼電器、指示燈、LED 七段數碼管和控制部分的核心器件（PLD ）等組成。PLC 集信號采集、信號輸出及邏輯控制于一體，與電梯電力拖動系統一起實現了電梯控制的所有功能。三層電梯控制系統由呼叫到響應形成一次工作循環，電梯工作過程又可細致分為自檢、正常工作、強制工作等三種工作狀態。電梯在三種工作狀態之間來回切換，構成了完整的電梯工作過程。電梯的三個工作狀態1電梯的自檢狀態將程序下

11、載到AB 公司的MicroLogix1000型PLC 后上電，PLC 中的程序已開始運行，但因為電梯尚未讀入任何數據，也就無法在收到請求信號后通過固化在PLC 中的程序作出響應。為滿足處于響應呼叫就緒狀態這一條件，必須使電梯處于平層狀態已知樓層且電梯門處于關閉狀態。電梯自檢過程的目標為：為先按下啟動按鈕，再按下恢復正常工作按鈕，電梯首先電梯門處于關閉狀態，然后電梯自動向上運行，經過兩個平層點后停止。2電梯的正常工作狀態電梯完成一個呼叫響應的步驟如下：（1）電梯在檢測到門廳或轎箱的呼叫信號后將此樓層信號與轎箱所在樓層信號比較，通過選向模塊進行運行選向。（2）電梯通過拖動調速模塊驅動直流電機拖動轎

12、箱運動。轎箱運動速度要經過低速轉變為中速再轉變為高速，并以高速運行至減速點。（3）當電梯檢測到目標層樓層檢測點產生的減速點信號時，電梯進入減速狀態，由中速變為低速，并以低速運行至平層點停止。（4）平層后，經過一定延時后開門，直至碰到開關到位行程開關；再經過一定延時后關門，直到碰到關門到位行程開關。電梯控制系統始終實時顯示轎箱所在樓層。3電梯強制工作狀態當電梯的初始位置需要調整或電梯需要檢修時，應設置一種狀態使電梯處于該狀態時不響應正常的呼叫，并能移動到導軌上、下行極限點間的任意位置?？刂婆_上的消防/檢修按鈕按下后，使電梯立刻停止原來的運行，然后按下強迫上行（下行）按鈕，電梯上行（下行）；一旦放

13、開該按鈕，電梯立刻停止，當處理完畢時可用恢復正常工作按鈕來使電梯跳出強制工作狀態。由于電梯控制的復雜性，如果采用常規繼電器控制，電梯控制屏的可靠性較差，并且接線復雜。采用PLC 控制后，由于PLC 是采用程序控制，是軟接線，因此可靠性大大提高了。但是，PLC 控制與繼電器控制相比，PLC 的成本較高。不過可以采用節省輸入點的辦法解決成本較高的問題。電梯的電氣系統由拖動系統和控制系統兩部分組成。傳統的電氣控制系統采用的繼電器邏輯控制由于觸點多、故障率高、可靠性差、體積大等缺點，正逐漸被淘汰。目前電梯設計使用可編程控制器(PLC，要求功能變化靈活，編程簡單，故障少，噪音低。維修保養方便，節能省工，

14、抗干擾能力強，控制箱占地面積少。當乘員進入電梯，按下樓層按鈕，電梯門自動關閉后控制系統進行下列運作：根據轎廂所處位置及乘員所處層數判定轎廂運行方向，保證轎廂平層時減速。將轎廂停在選定的樓層上；同時，根據樓層的呼叫，順路停車，自動開關門。另外在轎廂內外均要有信號燈顯示電梯運行方向及樓層數。2.2 電梯的控制要求2.2.1 控制要求：1. 當電梯停于某層時，有一高層呼叫時，電梯上升到呼叫層停止。2. 當電梯停于某層時，有一低層呼叫時，電梯下降到呼叫層停止。3. 當電梯停于某層時，有多高層呼叫時，電梯先上升到較低的呼叫層，停3秒后繼上升到高的呼叫層，響應完畢后停止。4. 當電梯停于某層時，有多低層呼

15、叫時，電梯先下降到較高的呼叫層，停3秒后繼續下降到低的呼叫層，響應完畢后停止。5. 當電梯處于上升或下降過程中，任何反向的呼叫均無效。2.2.2 I/O分配：輸入：X4SIN1 1層, X5SIN2 2層, X6SIN3 3層（SIN1SIN3是檢測樓層位置的霍爾開關）P01X21 1層呼叫, P02X22 2層呼叫, P03X20 3層呼叫（P01P03是呼叫按鈕）輸出：Y2電梯上升，Y3電梯下降。2.3 電梯運行過程中的幾種情況通過對電梯的動作了解, 電梯在運行中將會出現以下六種情況, 即圖2-1、圖2-2、圖2-3、圖2-4、圖2-5、圖2-6所示的為電梯在運行過程中出現的幾種情況： 圖

16、2-1 圖2-2 圖2-3 圖2-4 圖2-5 圖2-6圖2-1為電梯在三層時，一層呼叫和一層呼叫后二層又呼叫的情況。圖2-2為電梯在一層時，三層呼叫和三層呼叫后二層又呼叫的情況。圖2-3為電梯在三層時，二層呼叫和二層呼叫后一層又呼叫的情況。圖2-4為電梯在一層時，二層呼叫和二層呼叫后三層又呼叫的情況。圖2-5為電梯在二層時，一層呼叫后，三層又呼叫的情況. 圖2-6為電梯在二層時，三層呼叫后，一層又呼叫的情況。第三章 系統的硬件設計3.1 PLC的選擇電梯的電氣系統由拖動系統和控制系統兩部分組成。傳統的電氣控制系統采用的繼電器邏輯控制由于觸點多、故障率高、可靠性差、體積大等缺點，正逐漸被淘汰。

17、目前電梯設計使用可編程控制器，要求功能變化靈活，編程簡單，故障少，噪音低。維修保養方便，節能省工，抗干擾能力強，控制箱占地面積少。當乘員進入電梯，按下樓層按鈕，電梯門自動關閉后控制系統進行下列運作：根據轎廂所處位置及乘員所處層數判定轎廂運行方向，保證轎廂平層時減速。將轎廂停在選定的樓層上；同時，根據樓層的呼叫，順路停車，自動開關門。另外在轎廂內外均要有信號燈顯示電梯運行方向及樓層數。利用西門子S7-200可編程控制器編寫的一個三層電梯的控制系統，利用仿真軟件制作人機對話界面，檢驗電梯控制系統的運行情況。實踐證明，可遍程控制器和仿真軟件結合有利于控制系統的設計、檢測，具有良好的應用價值3.2 輸

18、入輸出點的估算為了完成設定的控制任務，主要根據電梯控制方式與輸入輸出點數和占用內存的多少來確定PLC 的機型。本系統為三層樓的電梯，采用集選控制方式。所需輸入輸出點數與內存容量估算如下： 輸入點有：門廳按鈕4個，轎廂內按鈕5個，樓層限位開關3個， 轎廂門限開關2個，安全開關1個，檢修開關1個， 共計輸入點數為16個。 輸出點有：接觸器5個，繼電器2個，樓層指示燈4個， 轎廂內指示燈3個，報警器1個， 共計輸出點數為15個。若考慮余量，則總計輸入輸出點數為1816。表3-1 輸入地址分配表表3-2 輸出地址分配表 3.3 內存容量的估算用戶控制程序所需內存容量與內存利用率、輸入輸出點數、用戶的程

19、序編寫水平等因素有關。因此，在用戶程序編寫前只能根據輸入輸出點數、控制系統的復雜程度進行估算。本系統有開關量I O 總點數有 34個，模擬量I O 總點數為0個。利用估算PLC 內存總容量的計算公式：所需總內存字數=開關量I O 總點數×(1015+模擬量I O 總點數×(150250 再按30%左右預留余量。估算本系統需要約1K 字節的內存容量。根據輸入輸出點數與內存容量，再留出一定的I 0節點與內存空間以供擴展時使用。因此選用OMRON 公司CPM1A 系列的CPM1A 一40CDR A ，它的輸入輸出點數為2416，程序容量為2K 字節，完全滿足要求。3.4 PLC輸

20、人輸出端的接線圖3-1 PLC的輸入/輸出端的接線圖 第四章 系統的軟件設計與調試4.1 PLC控制功能流程圖根據電梯的電氣控制要求，電梯總是按照一定的程序重復地進行動作，電梯運行的循環過程為8：選層，判斷電梯的運行方向，起動運行，在運行過程中，要進行順向截梯、呼梯和轎內選擇記憶等操作。到達層站時，平層、開門、關門。PLC 控制功能流程圖如圖4-1所示。 圖4-1 PLC控制功能流程圖4. 2 軟件調試(1 根據 GE-I/J 型 PLC 的語句編程規則，把梯形圖轉換為語句表。 (2 程序的輸入，檢查，調試考核和運行，通過編程器把由梯形圖生成的語句表輸入到 PLC存放在用戶程序存儲器中，應用

21、PLC 的自診斷功能對輸入程序進行語法分析和校驗，若發現錯誤PLC 便拒絕接收，并在顯示器上提示出錯誤信息此時應及時修改錯誤程序，并重新檢驗，直到排除所有的錯誤，使 PLC 控制實現的鉆削加工過程完全符合工藝的要求。(3 連機調試，可以把 PLC 輸出的信號真正連接到鉆床的接觸器和電磁閥等設備上進行空機調試，若發現有問題可以用 PLC 中的移位，刪除插入等編輯命令對程序再次進行修改和調整，直到滿足預定工藝控制要求為止。(4 動態測試，連機調試通過后，還要對已調試通過的程序進行連續運行和考核 以檢驗其動態性能等指標，在連續運行過程中 PLC 的另一個自診斷功能，即周期性地對 PLC 內部各個器件

22、部件進行檢查，如判斷數值是否溢出，數字的存取是否出錯，各主要觸點的電源電壓是否正常，備用鋰電池電壓值正常與否等，發現異常情況 PLC 會立即輸出報警信號，顯示出錯代碼，若是災難性錯誤則會自動停止運行，操作人員應根據具體情況進行具體分析處理，如果是程序上的問題則應進一步修改程序，重復上述有關步驟，直到完全通過為止。 (5 最后，把調試通過的程序固化到 EPROM中。4.3 PLC梯形圖程序設計圖4-2電梯控制系統的輸出電路的梯形圖, 該電路適合需要正轉和反轉信號的電動機。 圖4-2安裝電梯輸出電路的梯形圖圖4-3安裝電梯樓層到位指示燈梯形圖圖4-3為拖動需要運轉信號和方向信號電動機的輸出梯形圖.

23、 根據PLC 控制功能流程圖及PLC 的輸入輸出地址分配表，進行梯形圖程序設計工作。下圖分別對應圖4-4到圖4-9的六種情況 圖4-4電梯梯形圖圖4-4為電梯在三層時，一層呼叫和一層呼叫后二層又呼叫的情況。 4-5電梯梯形圖圖4-5為電梯在一層時，三層呼叫和三層呼叫后二層又呼叫的情況。 圖4-6電梯梯形圖圖4-6為電梯在三層時，二層呼叫和二層呼叫后一層又呼叫的情況。 圖4-7電梯梯形圖圖4-7為電梯在一層時，二層呼叫和二層呼叫后三層又呼叫的情況。 圖4-8電梯梯形圖圖4-8為電梯在二層時，一層呼叫后，三層又呼叫的情況. 圖4-9電梯梯形圖圖4-9為電梯在二層時，三層呼叫后，一層又呼叫的情況第五章 總結針對這個三層電梯的控制系統，本文采用OMRON 公司CPM1A 一40CDR A 可編程控制器。設計電梯的控制系統完成電梯的轎內指令、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。利用MCGS 組態軟減設計模擬電梯PLC 控制系統的運行。將PLC 中的串口