【正文】 電梯已經(jīng)成為可以調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速控制階段，這種控制具有很好的安全性，可靠性，舒適性等特點(diǎn)，現(xiàn)在主流的電梯控制系統(tǒng)是基于 PLC 的控制系統(tǒng)，并帶有 人性化的智能控制系統(tǒng)。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 中文題目： 電梯 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 摘 要 隨著社會不斷發(fā)展，電梯在寫字樓、公司、賓館、娛樂場所等高層建筑的應(yīng)用上越來越廣泛。同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，在計(jì)算機(jī)技術(shù)上，自動化控制方面有著日新月異的改變。 近些年來，隨著電梯事業(yè)的發(fā)展， PLC 在電梯系統(tǒng)控制上使用越來越廣泛，對于西門子公司的 S7300 的系統(tǒng)相對于 S7200 在功能上更為強(qiáng)大，擴(kuò)展性更好等方面，本文應(yīng)用西門子 S7300 系統(tǒng)作為電梯控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，結(jié)合 Wincc 監(jiān)控軟件技術(shù)，通過電梯的工作原理以及工作流程來設(shè)計(jì)相應(yīng)的電梯控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)四層電梯的 PLC 控制系統(tǒng)。 西門 子公司作為一家工控行業(yè)世界名列前茅的公司，它的 S7300系統(tǒng)作為一種即經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的方案廣泛應(yīng)用在工控行業(yè)中，本文設(shè)計(jì)利用西門子的 PLC 系統(tǒng)與電梯控制系統(tǒng)相結(jié)合，這是一種比較先進(jìn)的控制系統(tǒng)，有著很好的發(fā)展前景。 公元前 1100 年，我國古人發(fā)明了轆轤，它通過卷筒的回轉(zhuǎn)運(yùn)動完成升降動作。 19 世紀(jì)初，歐洲開始使用蒸汽機(jī)，作為升降工具的動力。 1889 年在紐約成功安裝了以直流電動機(jī)為動力的世界第一臺電力驅(qū)動升降機(jī)，從此誕生了名副其實(shí)的電梯。 后來人們發(fā)明了交流感應(yīng)電動機(jī)， 并于 1900 年被應(yīng)用在電梯上，出現(xiàn)了交流電梯。 1922 年出現(xiàn)第一臺現(xiàn)代化自動扶梯。 1993 年日本生產(chǎn)的 。應(yīng)用 PLC 或者微電腦全面取代繼電器控制邏輯以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，還具備故障診斷功能。像摩天 大樓對電梯要求比較特殊，現(xiàn)在正在研究無繩直線驅(qū)動電梯。同時(shí)，為了增加可靠性、安全性和舒適性，將電梯、扶梯、建筑和自然相協(xié)調(diào)，這樣對經(jīng)濟(jì)性、能吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 2 頁 共 28 頁 耗、噪聲和電磁干擾等方面也有相應(yīng)的要求。 第 2 節(jié) 電梯的發(fā)展現(xiàn)狀 在國內(nèi)外方面，隨著外商云集，國際上的大型電梯公司已經(jīng)全面進(jìn)入我國，像美國的奧的斯，瑞 士迅達(dá)，德國蒂森，日本三菱、日立等世界著名的電梯公司在中國投資建廠。 國內(nèi)電梯生產(chǎn)廠商隨著對外開放政策和國外先進(jìn)技術(shù)的引入，實(shí)力上不斷增強(qiáng)。事實(shí)證明這些國內(nèi)的企業(yè)在國際市場上同樣具有競爭力。在藍(lán)牙技術(shù)的廣泛應(yīng)用下，使得短距離無線通訊變的更加方便，通過短距離無線通訊技術(shù)將各種電子設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)無線組網(wǎng)，提高了電梯的可靠性和控制精度。電梯通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電氣部分，從而控制機(jī)械部分進(jìn)行工作，從而達(dá)到電梯的可考運(yùn)行。如圖 拽引系統(tǒng)，是輸出動力和傳遞動力，并驅(qū)動電梯運(yùn)行。拽引機(jī)為電梯提供動力，由電動機(jī)，拽引輪，聯(lián)軸器，減速箱和電磁制動器組成。導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對重的間距。它的作用是 限制轎廂和對重的活動自吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁 共 28 頁 由度，使得轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌做升降運(yùn)動。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇和門導(dǎo)軌等組成，層門設(shè)在層站入口處。 轎廂是運(yùn)送乘客或者貨物的電梯組件。轎廂架是轎廂體的承重機(jī)構(gòu)，由橫梁，立柱，底梁和斜拉桿組成。轎廂體空間大小由額定載重量和額定人數(shù)決定。對重由對重架和對重 塊組成。重量補(bǔ)償裝置是補(bǔ)償高層電梯中轎廂與對重側(cè)拽引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設(shè)計(jì)影響的裝置。拽引電機(jī)是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機(jī)或者直流電機(jī)。速度反饋系統(tǒng)是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運(yùn)行速度信號。調(diào)速裝置對拽引電機(jī)進(jìn)行速度控制。其中控 制裝置根據(jù)電梯的運(yùn)行邏輯功能要求，控制電梯的運(yùn)行，設(shè)置在機(jī)房中的控制柜上。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準(zhǔn)確平層的控制裝置。位置顯示裝置，是用來顯示電梯所在樓層位置的轎廂內(nèi)和廳門的指示燈，廳門指示燈還用箭頭指示電梯的運(yùn)行方向。同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，在計(jì)算機(jī)技術(shù)上，自動化控制方面以及電力電子技術(shù)上同樣有著日新月異的改變。綜上所述， PLC 作為電梯的主要控制系統(tǒng)就顯得越來越重要。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 5 頁 共 28 頁 第 2 章、 PLC 的簡介 第 1 節(jié) PLC 的基本概念 可編程邏輯控制器 （ PLC） ，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，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。 第 2 節(jié) PLC 的工作原理 PLC 是采用 “順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。 PLC 的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。 輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。 輸出電流分 2A， 5A 和 10A 三種。本文中所需要的模塊并不多，選擇 PS307 5A。 CPU 模塊在機(jī)架的第二個槽內(nèi)。大多數(shù) CPU 還有后備電 池盒，存儲器插槽可以插入存儲卡，用于掉電后程序和數(shù)據(jù)的保存。在本系統(tǒng)中，選擇 CPU312 適用于中等處理速度要求的小規(guī)模應(yīng)用。分為數(shù)字量輸入模塊（ DI），數(shù)字量輸出模塊（ DO），模擬量輸入模塊（ AI），模擬量輸出模塊（ AO），在本論文中，主要應(yīng)用 DI 與 DO 模塊。 接口模塊（ IM）：用于連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架。在分站中， IM 模塊位于分站的第二個槽。在本文中并不需要擴(kuò)展機(jī)架，所以該模塊在本文中不需要選型。 通訊模塊（ CP）：用于 PLC 之間， PLC 與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信。 STEP7 用于對整個控制系統(tǒng)（包括 PLC、 I/O、 HML、驅(qū)動裝置和通信網(wǎng)絡(luò)等）進(jìn)行組態(tài)、編程和監(jiān)吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 8 頁 共 28 頁 控。 組態(tài)通信連接，定義通信伙伴和連接特性。 下載和調(diào)試用戶程序，啟動、維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和故障診斷等功能。包括之后安裝 PLCSIM 和 WINCC 的時(shí)候同樣適用。就可以不需要重新啟動系統(tǒng)就可以安裝軟件了。用戶必須先安裝 STEP，再安裝上位機(jī)組態(tài)軟件 WINCC。本文中安裝的 PLCSIM 版本為 。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 9 頁 共 28 頁 第 3 章、基于 S7300 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 1 節(jié) 總體設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的目標(biāo) 根據(jù)提出的電梯控制要求，繪制控制流程圖，分配 I/O 點(diǎn)、通過 SIMATIC manger 完成硬件組態(tài)，利用梯形圖（ LAD）編寫程序?qū)崿F(xiàn)電梯控制，通過 PLCSIM實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)試。 控制系統(tǒng)的方案 根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體目標(biāo)，電梯控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖 ，電梯系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)電梯外部呼叫信號、內(nèi)部呼叫信號的檢測和電梯的上行、下行以及相關(guān)操作的外部顯示輸出。當(dāng)電梯有外部呼叫信號或者是內(nèi)部呼叫信號時(shí)，能夠通過 PLC 來響應(yīng)控制，并且同時(shí)在上位機(jī)的監(jiān)控畫面上顯示電梯的運(yùn)行狀況。 （ 2）當(dāng)有外部呼叫信號時(shí)，電梯響應(yīng)該外部呼叫信號，到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開，延時(shí) 5S 后自動關(guān)門。 （ 4）當(dāng)電梯運(yùn)行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外部呼叫信號均不響應(yīng)，但如果反方向外部呼叫信號前方向無其他內(nèi)部、外部呼叫信號時(shí)，則電梯響應(yīng)該外部呼叫信號，但是不影響二層向下的外部呼叫信號。例如：電梯到達(dá)三樓，如果這時(shí)二層向下信號發(fā)出，電梯向下運(yùn)行，這時(shí)再按四層向下信號則無反應(yīng)。例如：電梯在一層，而同時(shí)有二層向下外部呼叫信號，三層向下外部呼叫信號，四層向下外部呼叫信號，則電梯優(yōu)先去四層響應(yīng)四層向下外部呼叫信號，即電梯首先到達(dá)四層口開門，等用戶進(jìn)入后再下降至三樓，直至到一樓。電梯到達(dá)平層并且停止運(yùn)行后，按開門 按鈕電梯門打開，按關(guān)門按鈕電梯門關(guān)閉。 序號 名稱 輸入點(diǎn) 序號 名稱 輸出 點(diǎn) 1 一層內(nèi)部呼叫 1 一層內(nèi)部呼指示 2 二層內(nèi)部呼叫 2 二層內(nèi)部呼指示 3 三層內(nèi)部呼叫 3 三層內(nèi)部呼 指示 4 四層內(nèi)部呼叫 4 四層內(nèi)部呼指示 5 一層外部呼叫向上 5 一層外部呼叫向上指示 6 二層外部呼叫向下 6 二層外部呼叫向下指示 7 二層外部呼叫向上 7 二層外部呼叫向上指示 8 三層外部呼叫向下 8 三層外部呼叫向下指示 9 三層外部呼叫向上 9 三層外部呼叫向上指示 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 11 頁 共 28 頁 10 四層外部呼叫向下 10 四層外部呼叫向下指示 11 開門 開關(guān) 11 電梯上行 12 關(guān)門開關(guān) 12 電梯下行 13 一層平層 13 門電機(jī)開 14 二層平層 14 門電機(jī)關(guān) 15 三層平層 15 電梯上行指示 16 四層平層 16 電梯下行指示 17 開門限位 18 關(guān)門限位 19 電梯上升極限位 20 電梯下降極限位 表 31 地址分配 電梯系統(tǒng)流 程圖 按照控制要求先畫出程序流程圖（如圖 ）。 電梯開始啟動，通過直流電動機(jī)拖動轎廂運(yùn)動，直到到達(dá)目標(biāo)層。 繼續(xù)響應(yīng)其他呼叫，進(jìn)行下一次的呼叫任務(wù)響應(yīng)。集成在 STEP7中的硬件組態(tài)工具 HW Config 用于自動化工程使用的硬件進(jìn)行配置和參數(shù)設(shè)置。硬件組態(tài)還包括生成網(wǎng)絡(luò)、生成網(wǎng)絡(luò)中各個站點(diǎn)和它們的模塊，以及設(shè)置各硬件組成部分的參數(shù)，即給參數(shù)賦值。用接口 模塊連接多機(jī)架系統(tǒng)的各個機(jī)架。在本文中只需要一個機(jī)架，所以不需要接口模塊來擴(kuò)展機(jī)架。如果沒有特殊要求，可以使用默認(rèn)的參數(shù)。組態(tài)的參數(shù)下載后， CPU之外的其他模塊的參數(shù)一般保存在 CPU 中。 本文中，系統(tǒng)的硬件組態(tài)步驟： （ 1）首先新建一個 S7300 的站點(diǎn)，然后雙擊 Hardware（硬件組態(tài)）圖標(biāo)，進(jìn)入硬件組態(tài)窗口。 （ 3）根據(jù)先前所選擇的模塊，依次添加相應(yīng)型號的電源模塊， CPU 模塊，數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊，并對相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行修改。 本系統(tǒng)的硬件組態(tài)如圖 33。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 14 頁 共 28 頁 圖 34 符號表 廂門開關(guān)的控制程序 廂門作為電梯的一個重要組成部分，廂門的開關(guān)需要較高的安全性和控制條件，廂門的開門條件根據(jù)每一層具體情況來控制。例如用戶在二層外部按向下按鈕，只有二層向下運(yùn)行響應(yīng)允許并且電梯到達(dá)該樓層，廂門才可以打開，這就滿足了控制要求中的第 5 條。 （廂門開關(guān)的控制程序?yàn)閳D 35） 廂門關(guān)門的條件限制條件是只要求關(guān)門請求、或者開門后 3 秒，這兩個條件任意一個即可關(guān)門。 按照上面所說的控制要求，電梯各層內(nèi)部呼叫指示燈，在相應(yīng)內(nèi)部呼叫按鈕按鈕按下時(shí)候點(diǎn)亮，到達(dá)該層并且門電機(jī)打開后熄滅。響應(yīng)允許標(biāo)志是根據(jù)前面所提到的控制要求指定的，比如二層外部呼叫向下指示燈的響應(yīng)的允許標(biāo)志只有在以下兩種情況之下為導(dǎo)通： （ 1）電梯向下運(yùn)行。 圖 36 為電梯二層外部呼叫向下允許標(biāo)志 圖 37 二層外部呼叫向下指示燈點(diǎn)亮程序 電梯外部還有電梯向上、向下運(yùn)行的指示燈，它可以顯示電梯的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，在程序當(dāng)中，它的點(diǎn)亮與否由上升 （或者下降 ）運(yùn)行 標(biāo)志決定（程序圖如 38），當(dāng)運(yùn)行標(biāo)志導(dǎo)通，并且有用戶請求時(shí)點(diǎn)亮，當(dāng)運(yùn)行標(biāo)志斷開時(shí)熄滅。上升運(yùn)行標(biāo)志的復(fù)位條件為前面提到的控制要求，比如電梯在二層并且二層向下運(yùn)行，這時(shí)候就需要把上升的運(yùn)行標(biāo)志復(fù)位，電梯才向下運(yùn)行。 圖 38 電梯向上運(yùn)行標(biāo)志 轎廂升降的控制程序 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 18 頁 共 28 頁 轎廂的升降過程和廂門的開關(guān)過程是由兩臺不 同的電機(jī)完成的，在程序的設(shè)計(jì)中是分別實(shí)現(xiàn)控制的。對于公共條件是廂門電機(jī)關(guān)閉、廂門關(guān)閉限位、電梯上升指示燈亮起。電梯上行復(fù)位的條件有以下幾個，電梯向下指示燈亮起時(shí)，電梯向下運(yùn)行時(shí)，電梯上升到極限位置時(shí)，廂門電機(jī)開時(shí)，這幾個條件是電梯向上運(yùn)行的復(fù)位條件。轎廂上升的控制程序如圖39。 （ 2）進(jìn)入梯形圖的編輯畫面，點(diǎn)擊 （下載）按鈕，將程序下載到 PLCSIM中。 （ 4） PLCSIM 中新的 CPU 可以對變量進(jìn)行控制，如圖 310。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 19 頁 共 28 頁 圖 39 電梯上行的控制程序 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 20 頁 共 28 頁 圖 310 變量控制及程序調(diào)試