[8]。它的基本結構與計算機基本是一樣的，控制器、存儲器、I/O等構成主要部分。[9]PLC控制的主控制器主要是CPU，存儲數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)運算。此外PLC是以微機控制接觸器的一些技術原理為依據(jù)而創(chuàng)造出來的，它除了去除了微機價格高、保養(yǎng)不便、維修困難、性價比不高的短處，還保留微機易于控制的長處。PLC起初是為了知識水平不是特別高，工作在基層的技術人員而研發(fā)的控制系統(tǒng)，因此它的程序編輯不復雜，可靠系數(shù)反而比較高，檢修保養(yǎng)難度也不高。[10]該設計的電梯樓層僅不需要很復雜的邏輯運算，因此可以選用PLC來進行控制。PLC控制技術是本次的設計中最為主要的內容，是整個7層客梯PLC控制系統(tǒng)可以存在并運行的基礎。在這個電梯控制系統(tǒng)里面，PLC處理輸入端口的繁多的輸入信號，然后信號從輸出端口輸出，電梯控制系統(tǒng)要求實現(xiàn)的功能得到實現(xiàn)，電梯得以正常作。2.2.1電梯系統(tǒng)的的主拖動電路本設計選擇的異步電動機可以進行兩種速度的變換，電路中設有三級減速裝置，使電梯能夠平穩(wěn)停車，電路中設有熔斷器，可以在短路時切斷電路，從而實現(xiàn)電路保護。當PLC控制系統(tǒng)發(fā)出停層命令時，電梯會開始減速上升或者下降，三級減速裝置依次延時閉合，抱閘會在電梯系統(tǒng)接收到停層信號時抱死。系統(tǒng)的主拖動電路如圖2-1。圖2-1主拖動電路2.2.2門機電路、抱閘、門鎖電路和安全回路圖2-3門機電路、抱閘、門鎖電路和安全回路圖2-2由門機電路，、抱閘、門鎖電路和安全回路構成，門機電路中的電動機是專用門機電動機，其可以實現(xiàn)電梯基本的開門功能。抱閘基本的原理則是只有當電梯停止運行時，抱閘則抱死，反之，則處于釋放的狀態(tài)。門鎖電路與安全回路相像，但又不完全一樣，只有當門鎖繼電器都完全閉合時，則認為電梯處于正常工作的狀態(tài)，顯示電梯供電正常。安全回路是能夠讓電梯正常運行的重要保障，只有當電梯中的每個安全器件都處于正常的狀態(tài)時，電梯才能夠正常工作，否則乘客的人身安全不能得到足夠的保障。3電梯控制系統(tǒng)硬件設計3.1曳引電動機的選擇曳引電動機是客梯的主要動力來源，其能夠上升和下降，是因為曳引電動機提供了動力。[11]這樣頻繁、高強度的工作狀態(tài)使電動機需要具備過載能力強、機械強度高等特征。因此本設計考慮采用YYTD系列電梯電動機，這種電機機械特性硬、啟動轉矩高，而且噪聲低、振動小，大大提高了乘客的乘梯的舒適性，本設計的電梯為七層交流雙速客梯，樓層高度為七層，屬于低層，額定承載重量1000kg，額定速度是1.0m/s，屬于中速電梯，根據(jù)上述要求對曳引電動機進行選型。根據(jù)公式3-1進行計算，其中V為額定速度，M為額定載重，G為重力加速度。（3-1）所以：曳引電動機的功率不應小于9.8kW。因此選擇電梯專用的雙速籠型異步電動機YYTD-15，能滿足設計要求，選型參數(shù)如表3-1所示。表3-1曳引電動機參數(shù)表曳引電動機技術規(guī)格YYTD-15功率15kW電流34A轉速1420r/min極數(shù)4電壓AC380V3.2熱繼電器和繼電器的選擇電動機工作時其額定功率是15KW，額定電壓是380V，所以其額定電流為34A。熱繼電器的確定鑒定電流為該類型電機的額定電流60%至80%，所以應該盡量選擇額定電流在23A左右的熱繼電器。繼電器一般而言，切換負荷是指當額定電壓下，其中的電流范圍要求是在大于100mA、小于額定電流的75%時最佳，所以繼電器的最大輸出電流不可能超過25.5A。3.3熔斷器的選型熔斷器對電路進行過電流保護，當出現(xiàn)電路短路時，熔體會熔斷對電路實現(xiàn)保護。我們可以根據(jù)電路中電機的額定電流來選定熔斷器額定電流，確定熔斷器的選型[12]（1）對一臺電動機進行短路保護，相應的公式：式中，為熔體額定電流（A）；為電動機額定電流（A）（2）對多臺電動機進行短路保護，相應的公式：式中，最大容量電機額定電流（A）；是其他電機額定電流總和（A）。由于在本設計中，工作環(huán)境的額定電壓為380V，選擇保護一臺電動機相應的公式，故本次選用RT18-63X型熔斷器。3.4其他主要電氣設備3.5.1顯層本次設計的樓層顯示需要通過7段數(shù)碼管和譯碼器之間相配合。此外，井道內部對應每層都裝設了感應設備。3.5.2呼梯盒其中裝有呼梯裝置，可以用來進行呼梯請求。3.5.3平層停層及開門裝置圖3-1中各個廳門的上方位置都裝設了樓層感應器，可以感知樓層信號、傳輸信號，最好實現(xiàn)轎廂開門，一共7個樓層感應器。圖3-1平層停層及開門裝置示意圖3.5.4限位開關如果電梯已經(jīng)到達本層，卻沒有開門，此時限位開關要馬上動作，斷開電源，產(chǎn)生制動，迫使客梯停止運行。3.5.5強迫減速開關井道的最高層和最底層都裝設了此種開關，如果電梯駛過端站變速但沒有減速，此開關將會閉合，在電氣傳動控制裝置動作后，電梯被電動機強迫減速運行。[13]3.5.6急停開關檔電梯出現(xiàn)異常狀態(tài)時，此開關閉合從而斷開電源，此時電磁制動器制動，客梯立即停車。4電梯控制系統(tǒng)軟件設計本設計的PLC控制系統(tǒng)是采用西門子公司的S7-200系列產(chǎn)品PLC，使用梯形圖對該設計進行編程。梯形圖是由若干的階級購成，從上到下、從左到右排列，比較直觀、形象易懂[14]。現(xiàn)在需要根據(jù)電梯控制系統(tǒng)的要求和電梯運行流程框圖對程序開始進行分析，以便編程梯形圖。4.1電梯工作流程電梯的控制要求要在軟件程序設計中得到體現(xiàn)，在PLC控制程序下，能夠正常實現(xiàn)電梯要求實現(xiàn)的基本功能。電梯的工作過程是一個不斷循環(huán)往復的過程：電梯呼叫記憶，電梯定向運行；在電梯運行過程中，任何反方向下降或者是上升的外呼信號均不會響應，而是優(yōu)先執(zhí)行相同方向的呼叫指令，如果反向外呼信號前沒有其他內呼信號和外呼信號時，則電梯應該響應此外呼信號。當電梯經(jīng)過加速、勻速、減速幾個過程后運行到平層后，此時平層開關動作被觸發(fā)，然后轎廂門打開，直到開門限位開關動作后，轎廂會自動延時關門，電梯關門到位后則進入待命狀態(tài)，等待下一個電梯呼叫信號出現(xiàn)。這個循環(huán)的過程就是電梯的工作流程，可以根據(jù)這個流程來繪制電梯的工作流程框圖4-1。4-1電梯工作流程圖4.2PLC的程序編寫本設計使用順序控制法來進行編程，它不同于靈活性很高的梯形圖的經(jīng)驗設計法，其邏輯清晰、且容易讓人理解，而經(jīng)驗設計法更能體現(xiàn)出個人的思維，不便于編寫程序水平不高的人看懂。而倘若按照繼電器電路圖設計程序，顧名思義，PLC內部有大量繼電器，需要編寫者對整體電路系統(tǒng)足夠熟悉并有很深的理解，才能夠設計出可以正常運行的程序，對編寫者的水平要求更高。[15]所以，順序控制法是一般人最長采用的方法，在編寫之前，需要清楚控制系統(tǒng)按照順序需要實現(xiàn)的功能，據(jù)此按順序功能圖，如圖4-2所示。4-2順序功能圖4.3PLC輸入輸出部分PLC輸入部分包括各種感應器、開關、傳感器等器件，將所接收到的信號傳到PLC輸入端。LC輸出部分包括指示燈、報警器、譯碼器等器件，用來送出經(jīng)過運算后得到的信息，并通過機外的執(zhí)行機構完成各類控制。總體結構如圖4-3。4-3PLC輸入輸出總體結構圖4.4I/O點的確定以及PLC選型4.4.1輸入點的確定首先1到7層的選層按鈕總共占7個輸入點，電梯的開關門按鈕要占2個輸入點。防止電梯過載而設置的稱重感應器，過載時，電梯會發(fā)出報警聲音，考慮到電梯的運行狀態(tài)不確定性，設置自動運行和檢修運行兩種運行方式。檢修運行時，門鎖電路不用完全接通，這種情況下需要設置人工上升或者下降，占有兩個輸入點。為防止關門時乘客意外夾傷，設置了光幕防夾裝置，當光幕被遮擋住時，PLC控制系統(tǒng)會重新發(fā)出開門指令。電梯內設置的急停開關將串連進安全回路中，與其一起占用一個輸入點，此外，需要指定某一層為基站，占用一個輸入點，當電梯長期待命時會自動返回基站。電梯的開門到位開關，占1個輸入點，關門到位開關串聯(lián)進門鎖電路中，作為整體占用一個輸入點，安全回路一樣也占一個輸入點。此外，呼梯按鈕除開底層的下呼按鈕和頂層的上呼按鈕，7層樓共占用12個輸入點。上下平層感應器占用2個輸入點，樓層感應器7層7個，共占用7個輸入點，限位開關要占用輸入點2個，此外，強迫停止開關也要占用輸入點2個。經(jīng)過以上計算，總共占用45個輸入點。4.4.2輸出點的確定電梯的上升和下降占用2個輸出點，設置的三級減速占用3個輸出點。門機的正反轉，即實現(xiàn)客梯的開門和關門，占用2個輸出點。報警器內的蜂鳴器裝置在電梯不能正常運行的意外情況下發(fā)出聲音，占用一個輸出點。此外，輸出部分在內選信號產(chǎn)生后，會有相應的記憶指示燈亮，共有7個記憶指示燈。顯示樓層運行方向的運行指示燈占用2個輸出點，譯碼器的輸出端子與PLC輸出部分相連，占用3個輸出點。所以，輸出點共有35個。本設計采用的ROM七段譯碼器，其在碼制變換、數(shù)據(jù)存儲等數(shù)字系統(tǒng)中有大量應用。ROM七段譯碼器的接線圖如4-4。圖4-4ROM七段譯碼器的接線圖ROM7段譯碼狀態(tài)表如圖4-5，考慮到本設計樓層為7層，只用到1-7數(shù)碼，輸入輸出數(shù)碼顯示Y0Y1Y2Y3最小項abcdefg0000M0111111000001M1011000010010M2110110120011M3111100130100M4011001140101M5101101150110M6101111160111M7111000071000M8111111181001M911110119表4-5ROM7段譯碼狀態(tài)表4.4.3PLC的選型本設計選擇的PLC是S7-200系列的CPU222，它可以擴展2個不同的拓展模塊，本次設計添加的2個拓展模塊，一個是EM223擴展模塊為8輸入8輸出，另外一個是EM223擴展模塊為32輸入32輸出。此外，CPU222為8輸入6輸出。計算后得出共有48個輸入端子，以及46個輸出端子。4.4.4I/O分配表表4-1I/O分配表名稱輸入點名稱輸出點安全運行I0.0上行Q0.0門鎖I0.1下行Q0.1自動I0.2高速Q0.2檢修I0.3低速Q0.3上行啟動I0.4啟動加速Q0.4下行啟動I0.5制動減速KM6Q0.5開門I0.6制動減速KM7Q0.6關門I0.7制動減速KM8Q1.0開門到位I1.0開門Q1.1關門到位I1.1關門Q1.2基站I1.2上行指示Q1.3超載I1.3下行指示Q1.4防夾I1.41層內選記憶指示Q1.51層內選I1.52層內選記憶指示Q1.62層內選I1.63層內選記憶指示Q1.73層內選I1.74層內選記憶指示Q2.04層內選I2.05層內選記憶指示Q2.15層內選I2.16層內選記憶指示Q2.26層內選I2.27層內選記憶指示Q2.37層內選I2.31樓上呼記憶Q2.41層上行I2.42樓上呼記憶Q2.52層上行I2.53樓上呼記憶Q2.63層上行I2.64樓上呼記憶Q2.74層上行I2.75樓上呼記憶Q3.05層上行I3.06樓上呼記憶Q3.16層上行I3.12樓下呼記憶Q3.22層下行I3.23樓下呼記憶Q3.33層下行I3.34樓下呼記憶Q3.44層下行I3.45樓下呼記憶Q3.55層下行I3.56樓下呼記憶Q3.66層下行I3.67樓下呼記憶Q3.77層下行I3.7Y0Q4.0上減速/上平層I4.0Y1Q4.1下減速/下平層I4.1Y2Q4.2上行限位I4.2報警裝置（蜂鳴器）Q4.3下行限位I4.3上強迫開關I4.4下強迫開關I4.51層樓層感應器I4.62層樓層感應器I4.73層樓層感應器I5.04層樓層感應器I5.15層樓層感應器I5.26層樓層感應器I5.37層樓層感應器I5.4PLC接線圖見附錄2S7-200電源主要參數(shù)如表3-2所示。表4-1S7-200電源主要參數(shù)表電源技術規(guī)格S7-200輸入電壓AC120/230V輸出電壓24VDC輸出電流3.5A4.5系統(tǒng)控制梯形圖設計分析本設計的PLC控制系統(tǒng)是采用西門子公司的S7-200系列產(chǎn)品PLC，使用梯形圖對該設計進行編程。梯形圖是由若干的階級購成，從上到下、從左到右排列，比較直觀、形象易懂[10]。現(xiàn)在需要根據(jù)電梯控制系統(tǒng)的要求和電梯運行流程框圖對程序開始進行分析，以便編程梯形圖。以下是對電梯控制系統(tǒng)中的幾個重要環(huán)節(jié)進行分析，梯形圖見附錄3。4.5.1開門環(huán)節(jié)分析（1）電梯司機將電梯開關鑰匙插入SA2中，轉到開梯的位置從而啟動電梯，此時PLC電源接通，PLC處于工作狀態(tài)，電梯開門，此時乘客進入電梯，（2）電梯運行到本層后，此時抱閘抱死，電梯自動開門。（3）當電梯故障，檢修人員進行檢修時，電梯的開關門動作需要手動完成。（4）當電梯進行關門動作時，如果有乘客或者物體被夾，光幕開關被遮擋，PLC控制系統(tǒng)則會重新發(fā)出開門信號，電梯門重新打開。（5）當電梯接收到呼梯請求時，會前往相應的層樓，然后自動打開，但還需要考慮最初電梯運行的方向是否與呼梯方向一致，如若不一致，則電梯不會再該樓層停（6）電梯在運行的過程中不允許開門，只有當停層后才能開門。4.5.2關門環(huán)節(jié)分析（1）電梯在運行中，禁止開門。（2）電梯沒有使用時，需要位于基站層，同時電梯司機需要用電梯鑰匙插入SA2，然后轉到關梯的位置，PLC斷電，電梯門關閉。（3）一般電梯正常的關門時間取決于時間繼電器，本設計將關門延時的長度定為5秒，當開門時間超過5秒后，電梯會自動合上門，假使在5秒內乘客就已經(jīng)進入轎廂，電梯關門動作可有乘客手動操作。（4）電梯過載時，稱重傳感器接收到信號發(fā)出聲音，直到載重在限定范圍內時，報警聲音消失，電梯此時可以關門。（5）檢修情況下，電梯可以不關門運行。4.5.3開關門保護環(huán)節(jié)在大型餐飲酒店，人流量一般情況下較大，難免會出現(xiàn)電梯故障，本系統(tǒng)設置了定時器，如若1分鐘時間內電梯沒有關門，則警報聲響起，如果超過5分鐘，電梯則停止運行，電梯司機會關閉電梯。4.5.4樓層信號的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)在電梯上升或者下降的的過程，每個樓層都會經(jīng)過，為了便于乘客乘坐電梯，需要向乘梯人員顯示電梯正在哪個位置。本設計的樓層信號是通過ROM七段數(shù)碼管，還有譯碼器實現(xiàn)的，此處每層還要加設樓層輔助信號繼電器。4.5.5內選信號的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)乘客進入電梯后進行選層操作，當電梯減速至停到本層后，會觸發(fā)樓層信號，若該信號與本層樓層信號一致，則會發(fā)出平層信號，此時PLC控制系統(tǒng)會消除停層信號，呼梯請求得到滿足。4.5.6外呼信號的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)外呼信號是乘客按下外呼按鈕是產(chǎn)生的信號，頂樓（下降）和底樓（上升）只有一個外呼按鈕，其余都有2個按鈕。只有當來自乘客的呼梯請求的方向與電梯運行方向相同，客梯才會接收該信號。當電梯接收到外呼信號，且已經(jīng)運行到本層打開電梯后，記憶指示燈不在亮著，呼梯信號也被清除。4.5.7電梯的定向環(huán)節(jié)電梯的定向保證了電梯能夠有序的進行工作。在運行過程中，如果接收到內選信號或者是外選信號，需要將電梯所處的樓層與目標樓層進行對比，如若電梯在3樓向上運行，此時有乘客在2樓按下向下的呼梯請求，電梯不會立馬改變方向，直到同一方向的呼梯請求都完成后才換方向運行。在檢修人員檢修時，電梯的方向可以通過人工操作來實現(xiàn)。4.5.8停層信號的發(fā)生和清除電梯接收到呼梯請求，然后運行到對應的樓層后，電梯必須接收到停層信號后才能夠進行停層動作。反之電梯會發(fā)生故障。此處依然會出現(xiàn)接收到的外呼信號是否會與目前電梯運行方向一致的難題，電梯的定向是前提。當電梯停層后，經(jīng)過延時，電梯門關上，電梯的呼梯請求得到滿足，該停層信號會消除。4.5.9停車制動環(huán)節(jié)電梯停層需要經(jīng)過一系列的動作才能夠實現(xiàn)平穩(wěn)停車。本設計有很多的輔助繼電器，如減速輔助繼電器。到電梯延時結束后關門，該層的停層信號會消失，上行和下行的停車制動環(huán)節(jié)可類比。4.5.10電梯的啟動、加速和穩(wěn)定運行環(huán)節(jié)當電梯接到同方向高層的呼梯請求時，此時電梯要將電路中串聯(lián)的電阻短路，電梯就會加速上升。當停層信號產(chǎn)生，上下平層感應器接收到此信號，抱閘抱死，電梯停止運行。4.6設計存在的問題將上述幾個環(huán)節(jié)的梯形圖綜合起來，得到7層建筑的電梯PLC控制系統(tǒng)。實際上電梯是一個非常系統(tǒng)化的整體，但由于本人水平有限，所以本設計忽略了電梯的通信、監(jiān)控、消防等方面的功能，這些功能在實際電梯控制中是必不可少的。5程序模擬在電腦上打開編程軟件，編寫好程序，然后將其進行編譯。假使程序可以成功進行編譯則說明程序沒有錯誤且可以運行，將程序上傳到仿真軟件中，選擇CPU配置，添加選擇好的EM223擴展模塊，按步驟進行調試，模擬PLC的實際工作過程。在整個控制流程，各種邏輯開關的控制需要與PLC高度結合，從而實現(xiàn)電梯系統(tǒng)的自動控制。在仿真運行的過程中，需要細致地觀察各種變化，并去思考它們的實現(xiàn)的作用。此處由于仿真軟件陳舊，所以將32輸入32輸出的EM223擴展模塊換成2個EM223擴展模塊為16輸入16輸。（1）安全回路正常接通，按下開門開關和檢修開關，轎廂開門，相應指示燈變亮。（2）開門的相應指示燈變亮，此時將安全回路中的相應開關打開，這種情況下的燈熄滅，表示電梯關閉。（3）進行超載防夾模擬仿真試驗，先將所有開關關閉，然后把將對應超載的開關閉合，這個時候相應的燈變亮，代表開門。（4）若把對應超載的開關關閉，將對應光幕的開關打開，模擬光幕開關被遮擋，有人或東西夾住，這個時候相應的燈亮起，表示電梯重新開門。總結設計說明書簡述了電梯的國內外發(fā)展現(xiàn)狀，以及本設計研究的目的與意義：研究節(jié)能環(huán)保、占用空間小、智能化、等很多長處的電梯及其重要性。PLC由于安全性、可靠性的程度高，檢修次數(shù)相對少，性價較高等優(yōu)點，在眾多控制方式中得以脫穎而出，成為現(xiàn)代電梯控制系統(tǒng)安裝的主要潮流。本設計采用S7-200PLC作為核心控制器件，它的高可靠性和安全性增加了乘客使用電梯的舒適程度，檢修次數(shù)少可以節(jié)約很多人力資源以及資金的投入。本次設計就客梯要實現(xiàn)的運行功能，進行了主要器件的選型和介紹、主要電路的設計、畫了客梯運行的流程圖以及對所要實現(xiàn)的功能進行具體的分析并進行仿真。畫這次設計的電路圖的設計、PLC選型、I/O分配和仿真部分等方面由于本人專業(yè)方面能力不足，在指導老師和同學們的傾力幫助下才完成，整個過程中讓我意識到PLC的深奧與作用。本設計最大的不足之處在于由于目前PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)相對很成熟，所以本設計的電梯控制系統(tǒng)沒有很好的體現(xiàn)“提升”二