1、基于PLC四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)04123157 王斌1、四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)方案比較電梯控制方式主要分為三種，分別是繼電器控制方式、微機(jī)控制方式和可編程控制器（PLC）控制方式，由于繼電器控制存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短的缺陷現(xiàn)在已逐漸被淘汰，微機(jī)控制可靠性差故也不多采用，而PLC控制采用一種巡回掃描的方式分時(shí)處理各項(xiàng)任務(wù)，而且依靠程序運(yùn)行，這就保證只有正確的程序才能運(yùn)行，否則電梯不會(huì)工作。又由于PLC中的內(nèi)部輔助繼電器及保持繼電器等是它本身系統(tǒng)內(nèi)存工作單元，即無(wú)線圈又無(wú)觸點(diǎn)，使用次數(shù)不受限制，因此，它比繼電器控制有明顯的優(yōu)越性，比微機(jī)控制有明顯的可靠性，自動(dòng)化水平更

2、高。綜上所述PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、優(yōu)越性和實(shí)用性的控制方式，它更適合用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)。1.2可編程控制器（PLC）的選擇目前市場(chǎng)是可編程控制器種類繁多，有西門子的、三菱的、歐姆龍的等。同一品牌的可編程控制器也有很多類型，僅西門子就S7-200/S7-300/S7-400這三個(gè)系列。結(jié)合自身學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)期間接觸西門子s7-200的時(shí)間比較長(zhǎng)，熟悉s7-200的各種功能指令，可以熟練利用s7-200各種功能指令編程。結(jié)合PLC s7-200本身具有的：模塊結(jié)構(gòu)、可靠性好、多功能性、易編程性等特點(diǎn)，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要輸入端口

3、26個(gè)，輸出端口11個(gè)。故設(shè)計(jì)中選用西門子PLC S7-200 CPU224。1.3 變頻器的選擇 電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能外，他的舒適度指標(biāo)往往是選擇的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本設(shè)計(jì)中拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運(yùn)行以改善電梯運(yùn)行的舒適度。 由于西門子MM440變頻器具有：(1)調(diào)試簡(jiǎn)單；（2）模塊化的結(jié)構(gòu)，配置靈活性最大；（3）6個(gè)可編程，帶隔離的數(shù)字輸入；（4）2個(gè)可表定的模擬輸入（0V至10V，0mA至20mA），它們也可作為第7和第8個(gè)數(shù)字輸入；（5）2個(gè)可編程的模擬輸出（0mA至20mA）；（6）3個(gè)完全可編程的繼電器輸出（30V直流/5A，阻性負(fù)

4、載；250V交流/2A，感性負(fù)載）；（7）當(dāng)使用較高的開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，電機(jī)可以低噪音運(yùn)行（在開(kāi)關(guān)頻率較高情況下，要降格使用）（8）完善的變頻器和電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能。所以本次課題設(shè)計(jì)采用西門子MM440變頻器。2、硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)框圖（1）控制系統(tǒng)框圖（如圖3.01） 圖2.01 控制系統(tǒng)框圖（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（如圖2.02）圖2.02 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2.1.1 時(shí)間t（s）/f（Hz）曲線2.2減速及平層控制電梯的工作特點(diǎn)是頻繁啟制動(dòng),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(shí)，準(zhǔn)確平層，即“無(wú)速停車包閘”，不要出現(xiàn)爬行現(xiàn)象或低速抱閘,即直接停止,要做到這一點(diǎn)是要準(zhǔn)確發(fā)出減速信號(hào),在接

5、近層樓面時(shí)按距離精確的自動(dòng)矯正速度給定曲線。本設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)轎廂位置，只要電梯運(yùn)行，計(jì)數(shù)器就可以精確地確定走過(guò)的距離，達(dá)到與減速點(diǎn)相應(yīng)的預(yù)制數(shù)時(shí)即可發(fā)出減速命令。2.3電梯的安全保護(hù)環(huán)節(jié) (一)斷繩與超速保護(hù)； (二)轎門與層門鎖保護(hù)； (三)安全電路保護(hù)； (四)梯門入口安全保護(hù)； (五)上、下端站的強(qiáng)迫減速保護(hù)； (六)上、下方向限位保護(hù)及終端保護(hù)； （七）缺相、錯(cuò)相保護(hù)； （八）電梯電氣控制系統(tǒng)中的短路保護(hù)； （九）拽引電動(dòng)機(jī)（交流原動(dòng)機(jī)、主變壓器）的過(guò)載保護(hù)； （十）電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間限制保護(hù)； （十一）緊急停止保護(hù)； （十二）轎廂上行超速保護(hù)；2.4電梯控制系統(tǒng)操作過(guò)程(1)按動(dòng)

6、召喚按鈕,電梯牽引機(jī)啟動(dòng)到達(dá)召喚層停止、響鈴、電梯門和轎廂門同時(shí)打開(kāi)。(2)人進(jìn)入轎廂，超重保護(hù)沒(méi)有報(bào)警。(3)電梯門開(kāi)的同時(shí)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)5秒鐘,5秒鐘到電梯門和轎廂門自動(dòng)關(guān)閉。(4)按動(dòng)選層鍵,電梯牽引機(jī)啟動(dòng)到達(dá)選擇層停止、響鈴、電梯門和轎廂門同時(shí)打開(kāi)。(5)電梯門打開(kāi)的同時(shí)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)5秒鐘，5秒鐘到電梯門和轎廂門自動(dòng)關(guān)閉。(6)當(dāng)電梯行駛過(guò)程中收到正向召喚信號(hào),則到達(dá)召喚樓層時(shí)停止,接收到反向召喚信號(hào),電梯繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前信號(hào),在順向信號(hào)執(zhí)行完畢后執(zhí)行反向信號(hào),執(zhí)行過(guò)程中自動(dòng)相應(yīng)最近的信號(hào)。(7)電梯門和轎廂門設(shè)有壓力傳感器,當(dāng)受到一定推力時(shí),門自動(dòng)返回計(jì)時(shí)5秒后重新關(guān)閉。2.5電梯控制

7、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能1.電梯內(nèi)外當(dāng)前樓層顯示；2.各層廳外召喚按鈕；3.轎廂內(nèi)樓層選擇指令鍵 ；4.一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)拽引轎廂上升和下降；5待客召喚自動(dòng)開(kāi)門，當(dāng)電梯在某層時(shí)，按下召喚信號(hào)自動(dòng)開(kāi)門；6感到壓力及時(shí)自動(dòng)重新開(kāi)關(guān)門；7.到站有自動(dòng)響鈴提示并自動(dòng)開(kāi)門經(jīng)5秒自動(dòng)關(guān)門；8.指令記憶，當(dāng)轎廂接收多個(gè)指令后，電梯能按順序自動(dòng)停靠車門，并自動(dòng)選擇最佳運(yùn)行方向；9.自動(dòng)定向功能，當(dāng)轎廂接收多個(gè)指令時(shí)，按照先入為主原則，自動(dòng)確定運(yùn)行方向；10.呼梯記憶和順向截梯功能，當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)，遇到順向召喚信號(hào)能停靠應(yīng)答；11.自動(dòng)換向功能，當(dāng)電梯運(yùn)行到頂層或最底層時(shí)，能自動(dòng)換向運(yùn)行；12.自動(dòng)關(guān)門待客功能，當(dāng)電梯全部完成

8、轎廂內(nèi)指令，又無(wú)廳外召喚信號(hào)時(shí)，電梯能自動(dòng)關(guān)門停在原位待客。3、軟件設(shè)計(jì)3.1I/O(輸入/輸出)端口分配根據(jù)控制要求I/O端口分布（如圖4.1）圖3.1 輸入輸出端口分配2.外部接線圖（如圖3.2）根據(jù)I/O端口設(shè)計(jì)外部接線圖圖3.2 外部接線圖3.梯形圖4.梯形圖控制分析1. 網(wǎng)絡(luò)1至網(wǎng)絡(luò)6，實(shí)現(xiàn)外部召喚按鈕功能。當(dāng)按下召喚按鈕I0.0、I0.1、I0.2、I0.3時(shí)，對(duì)應(yīng)輔助繼電器，M0.0、M0.1和M0.2、M0.3和M0.4、M0.5得電，如果轎廂在呼叫層上方M0.0、M0.1、M0.3接通電梯下行輸出Q0.1，反之M0.2、M0.4、M0.5接通電梯上行輸出,當(dāng)電梯開(kāi)門時(shí),才能將

9、當(dāng)前呼梯信號(hào)清除,只有當(dāng)前信號(hào)有效,轎廂到達(dá)時(shí),才能自動(dòng)開(kāi)。當(dāng)有多個(gè)呼梯信號(hào)同時(shí)發(fā)生，根據(jù)轎廂位置，利用時(shí)間繼電器，管理轎廂上行或者下行，例如轎廂在二層，一層、三層和四層同時(shí)有呼梯，轎廂先去三層四層，最后去一層。2. 網(wǎng)絡(luò)7至網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)18，實(shí)現(xiàn)電梯內(nèi)部選層功能，當(dāng)按下選層按鈕，如果是向上輔助繼電器M0.6、M0.7、M1.0、M1.2、M1.3、M1.6接通電梯上行輸出，電梯上行；反之M1.1、M1.4、M1.5、M1.7、M2.0、M2.1接通電梯下行輸出，電梯下行。同時(shí)，電梯能夠自行的執(zhí)行智能選擇程序，根據(jù)當(dāng)前的電梯位置，管理電梯的上下行輸出。3. 網(wǎng)絡(luò)19至網(wǎng)絡(luò)24，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部召喚按鈕的

10、智能應(yīng)答。利用時(shí)間繼電器，將多個(gè)同時(shí)呼梯信號(hào)排序，如果轎廂在三層，這時(shí)一層、二層和四層同時(shí)有呼梯，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)22輔助繼電器M2.5先斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)1的M0.0和網(wǎng)絡(luò)6的M0.5，然后分別利用時(shí)間繼電器T41定時(shí)1秒、T42定時(shí)2秒接通M0.0和M0.5。使轎廂先去二層再去一層最后去四層。4. 網(wǎng)絡(luò)25至網(wǎng)絡(luò)30，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯內(nèi)部選層功能的智能應(yīng)答。當(dāng)有多個(gè)選層信號(hào)時(shí)，分別利用定時(shí)繼電器將信號(hào)延時(shí)輸入,起到對(duì)選層信號(hào)智能逐一執(zhí)行的作用。例如網(wǎng)絡(luò)25如果轎廂在二層當(dāng)去一層、三層/四層時(shí)按下時(shí)，利用輔助繼電器M3.4先斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)M1.3和網(wǎng)絡(luò)M1.4輸入，利用定時(shí)器T46延時(shí)5秒鐘接通M1.2和M1.3，使轎廂

11、先去一層。5. 網(wǎng)絡(luò)31至網(wǎng)絡(luò)38，當(dāng)轎廂運(yùn)行時(shí)正好有順向呼梯信號(hào)，電梯運(yùn)行到呼梯層停止并開(kāi)門接客，然后繼續(xù)運(yùn)行。例如，電梯在一層，去三層，二層有呼叫，電梯運(yùn)行到二層開(kāi)門。6. 網(wǎng)絡(luò)39至網(wǎng)絡(luò)40為電梯上行和下行輸出。上行和下行互鎖，都設(shè)有開(kāi)門、關(guān)門、故障、開(kāi)門限位保護(hù)。7. 網(wǎng)絡(luò)41至網(wǎng)絡(luò)45為電梯開(kāi)門輸出，碰到開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)I2.4時(shí)電梯停止開(kāi)門。網(wǎng)絡(luò)45設(shè)有電梯門側(cè)壓力傳感器輸入I1.3，當(dāng)側(cè)門感受到一定壓力時(shí)重新將門打開(kāi)。Q0.4是電鈴，與開(kāi)門輸出并聯(lián)，當(dāng)門開(kāi)時(shí)電鈴?fù)瑫r(shí)響。8. 網(wǎng)絡(luò)46至網(wǎng)絡(luò)47是電梯關(guān)門過(guò)程，當(dāng)門碰到極限開(kāi)關(guān)I2.4時(shí)停止開(kāi)門，并接通定時(shí)器T45定時(shí)5秒鐘，T45接通關(guān)門輸出Q0.3，電梯門自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)碰到關(guān)門限位開(kāi)關(guān)I2.5時(shí)斷開(kāi)關(guān)門輸出Q0.3，電梯停止關(guān)門。9. 網(wǎng)絡(luò)48為電梯的安全保護(hù)輸入，當(dāng)任何一個(gè)元器件發(fā)生故障時(shí)，Q1.1會(huì)立即被接通得電，并通過(guò)Q1.1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)電梯所有的輸入輸出，使電梯立即停止運(yùn)行。10.網(wǎng)絡(luò)49是電梯超載保護(hù)輸入，當(dāng)電梯超載時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，并斷開(kāi)關(guān)門輸出。當(dāng)超載解除時(shí)繼續(xù)執(zhí)行關(guān)門輸出。11.網(wǎng)絡(luò)50至網(wǎng)絡(luò)53是電梯運(yùn)行顯示