基于PLC四层电梯控制系统设计
04123157 王斌
1、四层电梯控制系统设计方案
1.1设计方案比较
电梯控制方式主要分为三种，分别是继电器控制方式、微机控制方式和可编程控制器（PLC）控制方式，由于继电器控制存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短的缺陷现在已逐渐被淘汰，微机控制可靠性差故也不多采用，而PLC控制采用一种巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作。又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等是它本身系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，因此，它比继电器控制有明显的优越性，比微机控制有明显的可靠性，自动化水平更高。
综上所述PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、优越性和实用性的控制方式，它更适合用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。 1.2可编程控制器（PLC）的选择
目前市场是可编程控制器种类繁多，有西门子的、三菱的、欧姆龙的等。同一品牌的可编程控制器也有很多类型，仅西门子就S7-200/S7-300/S7-400这三个系列。
结合自身学习特点，在学习期间接触西门子s7-200的时间比较长，熟悉s7-200的各种功能指令，可以熟练利用s7-200各种功能指令编程。结合PLC s7-200本身具有的：模块结构、可靠性好、多功能性、易编程性等特点，本次系统设计需要输入端口26个，输出端口11个。故设计中选用西门子PLC S7-200 CPU224。 1.3 变频器的选择
电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行以改善电梯运行的舒适度。
由于西门子MM440变频器具有：(1)调试简单；（2）模块化的结构，配置灵活性最大；（3）6个可编程，带隔离的数字输入；（4）2个可表定的模拟输入（0V至10V，0mA至20mA），它们也可作为第7和第8个数字输入；（5）2个可编程的模拟输出（0mA至20mA）；（6）3个完全可编程的继电器输出（30V直流/5A，阻性负载；250V交流/2A，感性负载）；（7）当使用较高的开关频率时，电机可以低噪音运行（在开关频率
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较高情况下，要降格使用）（8）完善的变频器和电动机保护功能。所以本次课题设计采用西门子MM440变频器。
2、硬件设计
2.1系统框图
（1）控制系统框图（如图3.0＜1＞）
平层限位开关外召唤指令内选层指令安全保护开门限位开关关门限位开关图2.0＜1＞ 控制系统框图
（2）系统结构图（如图2.0＜2＞）
内外楼层显示器输 PLC入S7-200端CPU224口电铃输出端口电梯门开电梯门关超重报警拽引电动机
拽引机电源变频器门机显示现场信号
图2.0＜2＞ 系统结构图
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（）=50减速段加速段启动停车+5（
图2.1.1 时间t（s）/f（Hz）曲线
2.2减速及平层控制
电梯的工作特点是频繁启制动,为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车包闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸,即直接停止,要做到这一点是要准确发出减速信号,在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。本设计采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯运行，计数器就可以精确地确定走过的距离，达到与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。 2.3电梯的安全保护环节 (一)断绳与超速保护； (二)轿门与层门锁保护； (三)安全电路保护； (四)梯门入口安全保护； (五)上、下端站的强迫减速保护； (六)上、下方向限位保护及终端保护； （七）缺相、错相保护；
（八）电梯电气控制系统中的短路保护；
（九）拽引电动机（交流原动机、主变压器）的过载保护； （十）电动机运转时间限制保护； （十一）紧急停止保护； （十二）轿厢上行超速保护； 2.4电梯控制系统操作过程
(1)按动召唤按钮,电梯牵引机启动到达召唤层停止、响铃、电梯门和轿厢门同时打开。
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(2)人进入轿厢，超重保护没有报警。
(3)电梯门开的同时计时器开始计时5秒钟,5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。 (4)按动选层键,电梯牵引机启动到达选择层停止、响铃、电梯门和轿厢门同时打开。 (5)电梯门打开的同时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。 (6)当电梯行驶过程中收到正向召唤信号,则到达召唤楼层时停止,接收到反向召唤信号,电梯继续执行当前信号,在顺向信号执行完毕后执行反向信号,执行过程中自动相应最近的信号。
(7)电梯门和轿厢门设有压力传感器,当受到一定推力时,门自动返回计时5秒后重新关闭。
2.5电梯控制系统实现的功能
1.电梯内外当前楼层显示； 2.各层厅外召唤按钮； 3.轿厢内楼层选择指令键 ；
4.一台交流电动机拽引轿厢上升和下降；
5．待客召唤自动开门，当电梯在某层时，按下召唤信号自动开门； 6．感到压力及时自动重新开关门；
7.到站有自动响铃提示并自动开门经5秒自动关门；
8.指令记忆，当轿厢接收多个指令后，电梯能按顺序自动停靠车门，并自动选择最佳运行方向；
9.自动定向功能，当轿厢接收多个指令时，按照先入为主原则，自动确定运行方向； 10.呼梯记忆和顺向截梯功能，当电梯运行时，遇到顺向召唤信号能停靠应答； 11.自动换向功能，当电梯运行到顶层或最底层时，能自动换向运行；
12.自动关门待客功能，当电梯全部完成轿厢内指令，又无厅外召唤信号时，电梯能自动关门停在原位待客。
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3、软件设计
3.1I/O(输入/输出)端口分配
根据控制要求I/O端口分布（如图4.1）
输入端口一层呼叫二层呼叫三层呼叫四层呼叫去一层去二层去三层去四层断绳超速保护轿门与层门锁保护安全电路保护梯门入口安全保护上下端站强迫保护I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4上下方向限位及终端保护拽引机过载保护电动机运转时间限制保护紧急停止保护好轿厢上行超速保护开门限位开关关门限位开关一层限位开关二层限位开关三层限位开关四层限位开关缺相、错相保护电梯电气控制系统短路保护I1.5I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7I3.0I3.1I3.2I3.3电梯上行电梯下行电梯开门电梯关门电铃一层显示二层显示三层显示四层显示故障报警超超载报警输出端口Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2
图3.1 输入输出端口分配
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2.外部接线图（如图3.2） 根据I/O端口设计外部接线图
变频器PLC S7-200CPU224一层呼叫二层呼叫三层呼叫四层呼叫去一层去二层去三层去四层断绳超速保护轿门与层门锁保护安全电路保护梯门入口安全保护上下端站强迫保护上下方向限位及终端保护电梯上行电梯下行电梯开门电梯关门电 铃一层显示二层显示三层显示四层显示故障报警拽引机（交流原动机、主变电器过载保护电动机运转时间限制保护超载报警紧急停止保护轿厢上行超速保护开门限位开关关门限位开关一层限位开关二层限位开关三层限位开关四层限位开关缺相、错相保护电梯电气控制系统中的短路保护
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图3.2 外部接线图
3.梯形图
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4.梯形图控制分析
1. 网络1至网络6，实现外部召唤按钮功能。当按下召唤按钮I0.0、I0.1、I0.2、I0.3时，对应辅助继电器，M0.0、M0.1和M0.2、M0.3和M0.4、M0.5得电，如果轿厢在呼叫层上方M0.0、M0.1、M0.3接通电梯下行输出Q0.1，反之M0.2、M0.4、M0.5接通电梯上行输出,当电梯开门时,才能将当前呼梯信号清除,只有当前信号有效,轿厢到达时,才能自动开。当有多个呼梯信号同时发生，根据轿厢位置，利用时间继电器，管理轿厢上行或者下行，例如轿厢在二层，一层、三层和四层同时有呼梯，轿厢先去三层四层，最后去一层。
2. 网络7至网络网络18，实现电梯内部选层功能，当按下选层按钮，如果是向上辅助继电器M0.6、M0.7、M1.0、M1.2、M1.3、M1.6接通电梯上行输出，电梯上行；
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反之M1.1、M1.4、M1.5、M1.7、M2.0、M2.1接通电梯下行输出，电梯下行。同时，电梯能够自行的执行智能选择程序，根据当前的电梯位置，管理电梯的上下行输出。
3. 网络19至网络24，实现对外部召唤按钮的智能应答。利用时间继电器，将多个同时呼梯信号排序，如果轿厢在三层，这时一层、二层和四层同时有呼梯，通过网络22辅助继电器M2.5先断开网络1的M0.0和网络6的M0.5，然后分别利用时间继电器T41定时1秒、T42定时2秒接通M0.0和M0.5。使轿厢先去二层再去一层最后去四层。
4. 网络25至网络30，实现对电梯内部选层功能的智能应答。当有多个选层信号时，分别利用定时继电器将信号延时输入,起到对选层信号智能逐一执行的作用。例如网络25如果轿厢在二层当去一层、三层/四层时按下时，利用辅助继电器M3.4先断开网络M1.3和网络M1.4输入，利用定时器T46延时5秒钟接通M1.2和M1.3，使轿厢先去一层。
5. 网络31至网络38，当轿厢运行时正好有顺向呼梯信号，电梯运行到呼梯层停止并开门接客，然后继续运行。例如，电梯在一层，去三层，二层有呼叫，电梯运行到二层开门。
6. 网络39至网络40为电梯上行和下行输出。上行和下行互锁，都设有开门、关门、故障、开门限位保护。
7. 网络41至网络45为电梯开门输出，碰到开门限位开关I2.4时电梯停止开门。网络45设有电梯门侧压力传感器输入I1.3，当侧门感受到一定压力时重新将门打开。Q0.4是电铃，与开门输出并联，当门开时电铃同时响。
8. 网络46至网络47是电梯关门过程，当门碰到极限开关I2.4时停止开门，并接通定时器T45定时5秒钟，T45接通关门输出Q0.3，电梯门自动关闭，当碰到关门限位开关I2.5时断开关门输出Q0.3，电梯停止关门。
9. 网络48为电梯的安全保护输入，当任何一个元器件发生故障时，Q1.1会立即被接通得电，并通过Q1.1的常闭触点断开电梯所有的输入输出，使电梯立即停止运行。 10.网络49是电梯超载保护输入，当电梯超载时发出警告信号，并断开关门输出。当超载解除时继续执行关门输出。
11.网络50至网络53是电梯运行显示指示信号输出，用于显示轿厢当前所在楼层。
4.模拟仿真
模拟情景：电梯在三层，一层呼叫。
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1.电梯在三层，I3.0闭合，一层呼叫，I0.0闭合，启动模拟，电梯下行，Q0.1输出。
2.电梯到达一层，关闭I3.0，打开I2.6，电梯开门，Q0.2输出，电铃响，一层指示灯亮，Q0.4，Q0.5输出。
3.开门限位到I2.4输入，过5秒电梯关门，Q0.3输出。
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4.仿真结束。
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