基于PLC的电梯控制新版系统标准设计.doc

第1章 绪 论
1.1 论文背景及意义
伴随科学技术发展、城市现代化进程突飞猛进，电梯作为一个高效、迅捷、安全、可靠垂直运输设备，成为了大家不可缺乏运输工具。现代高层建筑中各办公大楼、住宅、宾馆、医院、工矿企业、仓库、码头、大型货轮等全部离不开它。据统计，在美国乘其它交通工具人数每十二个月约为80亿人次，而乘电梯人数每十二个月却有540亿人次之多。电梯服务中国已经有100多年历史，尤其在改革开放以后，中国电梯使用数量快速增加。尤其是现阶段，伴随经济日新月异发展，大家生活水平不停提升，城市建筑不停增多，楼房也越来越高，和此对应，电梯也得到迅猛发展。现在，电梯已完全融入我们生产、生活中，满足大家生活、工作及学习需要。据统计，中国在用电梯已达40多万台，每十二个月还以约5万～6万台速度增加[1][2]。
电梯作用越来越显著，电梯需求越来越大。而现在中国使用优异电梯系统基础上全部是国外设计制造，其关键技术并不公开。中国含有自主知识产权控制方法和技术在实际中应用还比较少，和国外优异技术相比还有较大差距。立即研究和掌握优异控制技术，对中国电梯工业发展会有很大促进作用。
早期电梯自动控制系统中，信号逻辑控制通常是由继电器—接触器电路来实现。因为继电器、接触器全部是有触点电气元件，体积庞大，弧光放电较严重，使用寿命有限；在电梯这种较复杂控制系统中可靠性不高，施工过程中接线复杂，当控制要求改变时必需改变硬件接线，使得通用性和灵活性不够，生产周期加长；另外，继电器、接触器触点数目有限，可扩展性较差；继电器—接触器控制系统依靠触点机械动作实现控制，工作频率低且机械触点还会出现抖动问题；继电器控制逻辑通常不含有计数功效；同时伴随楼宇层数增加，继电器—接触器控制系统过于庞大，给设计带来不便。基于以上多个原因，造成电梯控制系统工艺性、运行可靠性和安全性降低，故现在己被逐步淘汰。
现在电梯控制普遍采取两种方法，一是采取微机作为信号控制单元，完成电梯信号采集、运行状态和功效设定，实现电梯自动调度和集选运行功效。微机控制是电梯控制技术发展方向，现在已经有部分由微机控制电梯新机型相继推出，使控制功效得到增强，性能得到改善。微机控制系统即使在智能控制方面有较强大功效，但也存在一定不足之处，首先微机控制抗干扰能力较差、系统设计较复杂、通常维修人员难以掌握其维修技术，其次专门设计和制造微机控制装置，一次性成本较高。这些全部限制了微机控制系统应用普及。第二种控制方法用可编程控制器(PLC)替换微机实现信号集选控制。现在，在中国，对于一个中、小型电梯控制系统，大多采取PLC控制，关键原因在于当规模较小时，用PLC控制能够降低因专门设计和制造微机控制装置成本，且PLC含有编程简单；控制运行可靠性高，抗干扰能力强；通用性好、功效强大；开发周期短；体积小，使用方便，可扩展性强；成本低，维护方便和强大网络通讯功效等优点，所以成为现代楼宇中、小型电梯控制系统主流。同时，因为历史原因，中国现在还存在着相当数量由继电器—接触器系统控制传统电梯，这些电梯PLC技术改造也是目前中国电梯控制热点。所以，PLC控制在中国电梯行业有着广泛利用。
1.2 电梯控制系统发展现实状况
多年来，中国电梯生产技术得到了快速发展．部分电梯厂也在不停改善设计、修改工艺。更新换代生产更新型电梯。
继电器组成次序控制系统是最早一个实现电梯控制方法。不过，进入九十年代，伴随科学技术发展和计算机技术广泛应用，大家对电梯安全性、可靠性要求越来越高，继电器控制弱点就越来越显著。
可编程序控制器(PLC)最早是依据次序逻辑控制需要而发展起来，是专门为工业环境应用而设计数字运算操作电子装置。鉴于其种种优点，现在，电梯继电器控制方法己逐步被PLC控制所替换。同时，因为电机交流变频调速技术发展，电梯拖动方法己由原来直流调速逐步过渡到了交流变频调速。所以，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业一个热点。
1.2.1 电梯继电器控制系统特点及存在问题
电梯继电器控制系统优点：
（1）全部控制功效及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于了解和掌握，适合于通常技术人员和技术工人所掌握。
（2）系统保养、维修及故障检验无需较高技术和特殊工具、仪器。
（3）大部分电器均为常见控制电器，更换方便，价格较廉价。
（4）多年来中国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握人员较多。
电梯继电器控制系统存在问题：
（1）系统触点繁多、接线线路复杂，且触点轻易烧坏磨损，造成接触不良，所以故障率较高。
（2）一般控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂控制功效，使系统控制功效不易增加，技术水平难以提升。
（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提升。
（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
（5）因为线路复杂，易出现故障，所以保养维修工作量大，费用高;而且检验故障困难，费时费工。
电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯可靠性和安全性，常常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不仅会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。
1.2.2 PLC在电梯控制中应用特点
PLC控制系统因为运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受大家重视等优点，已成为现在在电梯控制系统中使用最多控制方法，现在也广泛用于传统继电器控制系统技术改造。
现在中国七八十年代安装很多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，很多已处于闲置状态，其拽引系统多采取交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。因为这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属能耗型调速机械部分无大问题，为节省资金，大部分传统电梯用户期望对电梯电气控制系统进行改造，提升电梯运行性能。所以对电梯控制技术进行研究，寻求适合中国传统电梯改造方法含有十分关键意义。
电梯作为高层建筑物关键交通工具和大家工作和生活日益紧密联络。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术优异性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统继电器控制方法发展为计算机控制一个关键方向，成为目前电梯控制和技术改造热点之一。
PLC是一个专门从事逻辑控制微型计算机系统。因为PLC含有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。所以在工业控制方面得到了广泛应用。自80年代后期PLC引入中国电梯行业以来，由PLC组成电梯控制系统被很多电梯制造厂家普遍采取。并形成了一系列定型产品。在传统继电器系统改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。
电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分性能对电梯运行是乘客舒适感有着关键影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行关键。为了改善电梯舒适感和运行可靠性，现在全部改为用PLC来控制电梯运行，这么大大提升了电梯性能。
可编程控制器（Programmable Logic controller，简称PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术和自动化技术而开发新一代工业控制器。它含有可靠性高、适应工业现场高温、冲击和振动等恶劣环境特点，已成为处理自动控制问题最有效工具，是目前优异工业自动化三大支柱之一。
PLC控制电梯关键有以下几优点：
（1）在电梯控制中采取了 PLC，用软件实现对电梯运行自动控制，可靠性大大提升。
（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
（3）PLC 可实现多种复杂控制系统，方便地增加或改变控制功效。
（4）PLC 可进行故障自动检测报警显示，提升运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，并提升电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
另外，微机控制系统虽在智能控制方面有较强功效，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，通常维修人员难以掌握其维修技术等缺点而没被广泛采取。PLC控制系统因为运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，倍受大家重视等优点，已成为现在在电梯控制系统中使用最多控制方法。
1.3论文关键内容
课题所研究内容关键是用可编程控制器（PLC）来设计电梯自动控制系统。因为大部分传统电梯电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯电控系统进行改造，以节省资金。所以，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产传统电梯改造之路，并进而提升国产电梯技术水平和质量，含有十分关键意义。
针对传统电梯采取继电器逻辑控制方法存在功效弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺点，提出采取功效强、故障率低、可靠性高可编程控制器（PLC）来控制电梯。
因为PLC作为新一代电梯控制工具含有以上优点，此次毕业设计就以四层电梯作为控制对象，以PLC作为工具对电梯控制系统进行了设计。设计过程关键包含以下几项：
（1）分析电梯关键结构和控制要求。
（2）利用PLC技术实现四层电梯运行控制，包含：电梯开关门控制、电梯厅召唤控制、电梯到站指示控制、电梯自动平层控制、电梯调速控制。本文采取德国西门子（Siemens）企业生产S7-200型PLC及其扩展模块，利用其丰富和功效强大指令，设计出梯形图。
（3）利用S7-200仿真软件对关键程序进行仿真。
第2章 电梯控制理论基础
2.1 电梯概述
一个半世纪风风雨雨，翻天覆地是历史变迁，永恒不变是电梯提升现代人生活质量承诺。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。电梯材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新包含手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等。多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力优势，变速式自感人行道扶梯大大节省了行人时间；不一样外形扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中乘客视线不再封闭。
电梯关键分为机械系统和控制系统两大部份，伴随自动控制理论和微电子技术发展，电梯拖动方法和控制手段均发生了很大改变，交流调速是目前电梯拖动关键发展方向。现在电梯控制系统关键有三种控制方法：继电路控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统因为故障率高、可靠性差、控制方法不灵活和消耗功率大等缺点，现在已逐步被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强功效，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，通常维修人员难以掌握其维修技术等缺点。而PLC控制系统因为运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受大家重视等优点，已成为现在在电梯控制系统中使用最多控制方法，现在也广泛用于传统继电器控制系统技术改造。
2.1.1电梯起源和发展
电梯雏形始于中国商周时期出现提水用辘轳，它是由木制支架、卷筒、曲柄绳索组成简易卷扬机，依靠人力或畜力驱动，提升水速度很慢。1831年英国人法拉弟发明电机以后，德国最早出现了用电力拖动升降机——电梯。电梯在美国发展很快，1889年美国纽约“戴维斯特”大厅安装了第一批直流电动机和蜗轮蜗杆电梯，提升速度达成了0.5m/s。
19美国奥梯斯电梯企业制造出世界上第一台自动扶梯。
19已设计成功电梯自动平层控制系统。
1933年美国制造出6m/s高速电梯。
在第二次世界大战以后，美国建筑业得以快速发展，促进电梯也进入发展时期，新技术被广泛用于电梯。1949年研制出4-6台电梯群控系统。1955年出现了真空电子管小型计算机控制电梯。1962年在美国己出现了8.5m/s超高速电梯。在1967年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。伴随电力电子技术发展，在用晶闸管替换直流发电机一电动机组同时，研制出了交流调压调速系统，是交流电梯调速性能得到了显著改善。
1976年将微处理器应用于电梯。
1977年日本三菱电机株式会社开发出了lOm/s超高速电梯。
1984年日本将交流变频调速系统用于2m/s以上高速电梯。1985年以后，又将其延伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被认为是电梯行业现代技术。
1985年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯，使其显著降低了占地面积。
1993年日本生产12.5m/s世界上最高速交流变频调速电梯已投入运行。目前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采取直流拖动系统以外，用交流变频调速方法已成为高速电梯主流[3]。
应用微机全方面替换继电器控制逻辑实现闭环控制，深入提升电梯性能和可靠性，降低现场调试要求，是电梯控制技术方向。电梯群控系统是现代电梯技术又一关键组成部分。它不仅有完善分区服务、运行监控、客流交通统计分析等功效，还含有故障诊疗功效。
在电梯品种方面，出现了双层电梯、大吨位集装箱电梯等。
为适应摩天大楼对电梯特殊要求，现在正在研制无绳直线驱动电梯。
另外，用电子位置传感器替换机械选层器、用更优异装置替换门安全触板、增设轿厢内通信设施和轿厢非安全门区语音提醒和运行状态语音汇报等装置，也是电梯技术现代化表现。同时，更着重于可靠性、安全性和乘坐舒适性，进而主张电梯、扶梯和大自然相协调，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有对应要求。
至此，电梯进入了全方面快速发展新时期。
2.1.2 电梯结构
电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人躯体，电气部分相当于人神经，控制部分相当于人大脑。各部分经过控制部分调度，亲密协同，使电梯可靠运行。尽管电梯品种繁多，但现在使用电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统和机械安全保护装置组成。而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功效控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯基础结构图2-1所表示[4]。

图2-1 电梯基础结构
1-控制柜(屏);2-拽引机;3-拽引钢丝绳;4-限速器;5-限速器钢绳;6-限速器张紧装置;7-轿厢;8-安全钳;9-轿厢门安全触板;10-导轨;11-对重;12-厅门；13-缓冲器。

（1）拽引系统
电梯拽系统功效是输出动力和传输动力，驱动电梯运行。关键由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间摩擦来驱动轿厢升降。导向轮作用是分开轿厢和对重间距，采取复绕型还能够增加拽引力。
（2）导向系统
导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它作用是限制轿厢和对重活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。
（3）门系统
门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门动力源。
（4）轿厢
轿厢是运输乘客或货物电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶和照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间大小由额定载重量和额定客人数决定
（5）重量平衡系统
重量平衡系统由对重和重量赔偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量赔偿装置是赔偿高层电梯中轿厢和对重侧拽引钢丝绳长度改变对电梯平衡设计影响装置。
（6）电力拖动系统
电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯动力源，依据电梯配置可采取交流电机或直流电机。供电系统是为电机提供电源装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。通常采取测速发电机或速度脉冲发生器和电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。
（7）电气控制系统
电梯电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置依据电梯运行逻辑功效要求，控制电梯运行，设置在机房中控制柜上。操纵装置是由轿厢内按钮箱和厅门召唤箱按钮来操纵电梯运行。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢正确平层控制装置。所谓平层，是指轿厢在靠近某一楼层停靠站时，欲使轿厢地坎和厅门地坎达成同—平面操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置轿内和厅门指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯运行方向。
（8）安全保护系统
安全保护系统包含机械和电气多种保护系统，可保护电梯安全使用。机械方面有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源极限保护装置。电气方面安全保护在电梯各个运行步骤中全部有表现。
2.1.3 电梯控制要求
大家对现代电梯自动化程度和智能行越来越高，能够有下列基础功效，这些功效有是厂家作为标准功效配置在电梯上，有是可按用户要求配置。不过因为此次设计工作时间有限，不可能实现下面全部控制要求，只能完成其中部分关键最基础控制要求。
（1）司机操作。由司机关门开启电梯运行，由轿内指令按钮选向，厅外召唤只能顺向截梯，自动平层。
（2）集选控制。集选控制是将轿厢内指令和厅外召唤等多种信号集中进行综合分析处理高度自动控制功效。它能对轿厢指令、厅外召唤登记，停站延时自动关门起动运行，同向逐一应答，自动平层自动开门，顺向截梯，自动换向反向应答，能自动应召服务。
（3）下行集选。只在下行时含有集选功效，所以厅外只设下行召唤按钮，上行不能截梯。
（4）独立操作。只经过轿内指令驶往特定楼层，专为特定楼层乘客提供服务不应答其它层站和厅外召唤。
（5）尤其楼层优先控制。尤其楼层有呼叫时，电梯以最短时间应答。应答前往时，不理会轿内指令和其它召唤。抵达该尤其楼层后，该功效自动取消。
（6）停梯操作。在夜间、周末或假日，经过停梯开关使用电梯停在指定楼层停梯时，轿门关闭，照明、风扇断电，以利节电、安全。
（7）满载控制。当轿内满载时，不响应厅外召唤。
（8）清除无效指令。清除全部和电梯运行方向不符轿内指令。
（9）开门时间自动控制。依据厅外召唤、轿内指令种类和轿内情况，自动调整开门时间。
（10）按客流量控制开门时间。监视乘客进出流量，使开门时间最短。
（11）开门时间延长按钮。用于延长开门时间，使乘客顺利进出轿厢。
（12）故障重开门。因故障使电梯门不能关闭时，或在关门过程中又有乘客进入时候，使门重新打开再试关门。
（13）强迫关门。当门被阻挡超出一定时间时，发出报警信号，并以一定力量强行关门。
（14）光电装置。用来监视乘客或货物进出情况。
（15）光幕感应装置。利用光幕效应，如关门时仍有乘客进出，则轿门未触及人体就能自动重新开门。
（16）副操纵箱。在轿厢内左边设置副操纵箱，上面设有各楼层轿内指令按钮便于乘客较拥挤时使用。
（17）电子触钮。用手指轻触按钮便完成厅外召唤或轿内指令登记工作。
（18）灯光报站。电梯将抵达时，厅外灯光闪动，并有双音报站钟报站。
（19）停电时紧急操作。当市电电网停电时，用备用电源将电梯运行到指定楼层待机。
（20）火灾时紧急操作。发生火灾时，使电梯自动运行到指定楼层待机。
（21）消防操作。当消防开关闭合时，使电梯自动返回基站，此时只能由消防员进行轿内操作。
（22）故障检测。将故障统计在微机内存（通常可存入8～20个故障），并以数码显示故障性质。当故障超出一定数量时，电梯便停止运行。只有排除故障，清除内存统计后，电梯才能运行。大多数微机控制电梯全部含有这种功效[5]。
2.2 PLC可编程控制器
2.2.1 PLC发展
20世纪60年代，汽车生产流水线自动控制系统基础上全部是由继电器控制装置占据主导地位。因为继电器控制系统显著缺点即通用性和灵活性、可扩展性较差，造成当初汽车每一次改型全部需要对控制系统进行重新设计和安装。伴随生产发展，汽车型号更新周期愈来愈短，显然，继电器控制装置十分费时、费工、费料，延长了更新周期。为了适应汽车型号不停翻新及生产工艺不停改变需要，1968年美国通用企业公开招标，要求用新控制装置替换继电器控制装置，由此，PLC这种新型工业控制装置得以诞生并以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小和使用寿命长等一系列优点，很快在美国其它工业领域得到推广应用。到1971年，PLC已经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等工业中并很快受到了世界其它国家高度重视。1971年日本从美国引进该项技术，很快研制出日本第一台PLC；1973年西欧国家也研制出了她们第一台PLC；中国1974年开始研制，1977年开始工业应用[6]。
2.2.2 PLC特点
PLC 是一个用于工业自动化控制专用计算机，实质上属于计算机控制方法。PLC 和一般微机一样。以通用或专用 CPU 作为字处理器，实现字运算和数据存放，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算和控制。PLC 控制通常含有可靠性高、易操作、维修。编程简单、灵活性强等特点[7]。
（1）可靠性
对可维修产品，可靠性包含产品有效性和可维修性。
①PLC 不需要大量活动元件和接线电子元件，它接线大大降低，和此同时，系统维修简单，维修时间短。
②PLC 采取了一系列可靠性设计方法进行设计，比如，冗余设计，断电保护，故障诊疗和信息保护及恢复等，提升了 MTTR，使可靠性提升。
③PLC 有较高易操作性，它含有编程简单，操作方便，维修轻易等特点，通常不易发生操作错误。
④PLC 是为工业生产过程控制而专门设计控制装置，它含有比通用计算机更简单编程语言和更可靠硬件。采取了精简化编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计硬件使可靠性大大提升。
⑤在 PLC 硬件方面，采取了一系列提升可靠性方法。比如，采取可靠性元件；采取优异工艺制造流水线制造；对干扰屏蔽、隔离和滤波等；对电源断电保护；对存放器内容保护等。
⑥PLC 软件方面，也采取了一系列提升系统可靠性方法。比如，采取软件滤波等；软件自诊疗；简化编程语言等。
（2）易操作性
PLC 易操作性表现在下列多个方面：
①操作方便
PLC 操作包含程序输入和程序更改操作。大多数 PLC 采取编程器进行输入和更改操作。编程器最少提供了输入信息显示，对大中型 PLC，编程器采取了 CRT 屏幕显示，所以，程序输入直接能够显示。更改程序操作也可直接依据所需要地址编号或接点号进行搜索或次序寻求，然后进行更改。更改信息可在液晶屏或 CRT 上显示。
②编程方便
PLC 有多个程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，因为梯形图和电气原理图较为靠近，轻易掌握和了解。采取布尔助记符编程语言，十分有利于编程人员编程。
③维修方便
PLC 含有自诊疗功效对维修人员维修技能要求减低。当系统发生故障时，经过硬件和软件自诊疗，维修人员能够很快找到故障部位，方便维修。
（3）灵活性
PLC 灵活性表现在以下多个方面：
①编程灵活性。
PLC 采取编程语言有梯形图、布尔助记符、功效表图、功效模块和语句描述编程语言。编程方法多样性使编程方便、应用面拓展。
②扩展灵活性。
PLC 扩展灵活性是它一个关键特点。它可依据应用规模不一样，即可进行容量扩展、功效扩展、应用和控制范围扩展。
③操作灵活性。
操作十分灵活方便，监视和控制变得十分轻易。
2.2.3 PLC功效和应用
（1）PLC功效
伴随PLC技术不停发展，它现在关键有以下控制功效：
①条件控制功效
条件控制又称逻辑控制，用PLC“和”、“或”、“非”等逻辑指令替换继电器触点串联、并联及其它多种逻辑连接来实现开关控制，实现逻辑运算功效。
②计数、定时功效
PLC含有计数、定时功效，即使用PLC提供定时器、计数器指令实现对某种操作定时或计数控制，以替换时间继电器和计数继电器。计数、定时值可由用户在编程时设定，在运行中读出和修改，使用和操作全部很灵活方便。
③步进控制功效
步进控制功效是指用步进指令来实现在有多道加工工序控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作控制，即次序控制，可利用移位寄存器或步进指令直接编程。
④数据处理功效
数据处理功效是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算和逻辑运算和编码和译码等操作。
⑤A/D、D/A转换功效
A/D、D/A转换功效是指经过A/D和D/A模块完成模拟量和数字量之间转换，从而实现对模拟量控制和调整。并可经过PID实现对温度、压力、速度、流量等物理参数闭环控制，完成过程控制。
⑥通信和联网功效
通信和联网功效是指PLC采取通信技术，进行远程I/O控制和数据交换，实现多台PLC之间同位链接，PLC和上位机之间联网，从而组成份布式控制网络以完成较大规模复杂控制。
⑦监控功效
PLC能监视系统各部分运行状态和进程，对系统中出现异常情况进行报警和统计，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中定时器、计数器等设定值或强制I/O状态。
（2）PLC应用
现在，PLC在中国外全部已得到了广泛应用。利用PLC最基础逻辑运算、定时、计数等功效进行逻辑控制，能够替换传统继电器控制系统，广泛用于机床、印刷机、装配生产线、电镀流水线和电梯控制。
大多数PLC可配置拖动步进电机或伺服电机单轴或多轴位置控制模块。这一功效广泛用于多种机械设备，如对多种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。大、中型PLC含有多路模拟量输入输出和PID控制，可组成闭环系统，广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒等方面过程控制。
另外因为PLC强大通信联网功效，和通用计算机可直接或经过通信处理单元、通信转换单元相连组成网络，实现信息交换，并可组成“集中管理、分散控制”多级分布式控制系统，满足从单机自动化到生产线自动化乃至工厂自动化，从工业机器人、数控设备到柔性制造系统（FMS），从集中控制系统到大型集散控制系统发展需要。

第3章 基于PLC电梯控制程序设计
3.1 电梯PLC控制系统结构
电梯PLC控制系统和其它类型电梯控制系统一样，关键由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。系统控电梯PLC控制系统基础组成结构图3-1所表示，关键硬件包含PLC、机械系统、轿厢操纵厢、厅外呼梯、门机和主拖动系统等。其中控制系统关键为PLC主机。来自操纵箱、呼梯盒、井道装置及安全装置外部信号经过输入接口经过输入单元及其扩展送入PLC内部CPU微处理器进行逻辑运算和处理，再经过输出单元及其扩展模块分别向楼层显示、呼梯信号灯、运行方向信号灯发出显示信号，向门机发出开关门控制信号，向变频器发出上下行、换速等信号，从而实现电梯运行状态控制。输入、输出单元通常全部经过光电隔离和滤波把PLC和外部电路隔开，所以，PLC抗干扰能力很强，平均无故障率可达成4～5万小时，远远超出继电器控制系统和计算机控制系统同时，PLC内部“软”继电器、“软”接点和“软”接线替换了继电器控制系统里“硬”器件、“硬”触点和“硬”接线，其控制逻辑由存放在内存中程序实现，大大降低了系统中继电器使用数量，使得触点少、磨损现象少、连线少，降低了控制柜体积，系统可靠性增强，并有良好灵活性和扩展性。

图3-1 电梯控制系统框图
3.2 I/O点数分析
依据电梯层站数、梯型、控制方法、应用场所及具体控制要求，计算出PLC输入信号和输出信号数量（以4层电梯为例）。
（1）现场输入信号。电梯作为一个多层站、长距离运行大型运输设备，在井道、厅外及轿厢内有大量信号要经过输入接口送入PLC，现以四层电梯模型为例介绍其I口信号。
①内呼按钮共4个，即内呼按钮去1楼、内呼按钮去2楼、内呼按钮去3楼、内呼按钮去4楼，用于下达各层轿内指令。
②外呼按钮共6个，即1-3层外呼向上和2-4层外呼向下，用于厅外乘客发出召唤信号。
③楼层感应干簧管共4个，即一层感应干簧管、二层感应干簧管、三层感应干簧管、四层感应干簧管。感应干簧管安装在井道中每层平层位置周围，在轿厢上安装有隔磁钢板，当电梯上行或下行，使隔磁钢板进入干簧管内时，干簧管中触点动作发出控制信号。干簧管关键用于：发出电梯减速信号；发出楼层指示信号。
④强迫减速开关共2个，上强迫减速开关和下强迫减速开关。强迫减速开关是电梯失控、有可能造成冲顶或蹲底时第一道防线。上下强迫减速开关分别装在井道中对应最高层站和最低层站对应位置，各有一个。当电梯失控，轿厢已到顶层或底层，正常减速停车控制不起作用时，装在轿厢上碰铁和强迫减速开关碰轮相接触，使开关内接点发出指令信号，迫使电梯停驶。
⑤开关门按钮共2个，用于乘客或司机手动开、关门控制。
⑥厅门开关1-4层共4个，再加轿门开关1个共5个，分别安装在厅门、轿门上。当它们全部闭合时，说明全部门全部已关好，电梯许可运行；若上述开关有任何一个没有闭合，说明有门未关好，这时不许可电梯运行。为了节省输入点，设计门联锁回路图图3-2所表示[8]。只有全部门电气联锁开关在全部接通情况下，控制柜内门联锁继电器方能吸合，门锁继电器触点才能接通，将该对触点作为门安全信号送到PLC输入点，此时电梯才能运行。所以，厅门开关和轿门开关能够整合成一个输入点，达成降低I/O点数主动意义。

图3-2 门联锁回路
⑦平层感应干簧管共有上平层感应干簧管、下平层感应干簧管和门区感应干簧管3个,安装在轿厢顶部，在井道对应位置上装有隔磁钢板，当钢板同时在上平层感应干簧管、下平层感应干簧管和门区感应干簧管之间时，电梯恰好处于平层位置。
⑧其它信号包含：急停按钮、警铃按钮、慢上按钮、慢下按钮、直驶按钮、消防/检修/自动三种方法选择等，共8个输入点。
（2）现场输出信号。PLC将实施结果经过输出接口控制以下输出设备：
①接触器共8个：上升接触器、下降接触器；快速接触器、慢速接触器；快加速接触器、第一慢加速接触器、第二慢加速接触器；点动检修接触器。
②指示灯信号14个：外呼1上指示灯、外呼2上指示灯、外呼2下指示灯、外呼3上指示灯、外呼3下指示灯、外呼4下指示灯；内呼去1楼指示灯、内呼去2楼指示灯、内呼去3楼指示灯、内呼去4楼指示灯；1层位置指示灯、2层位置指示灯、3层位置指示灯、4层位置指示灯。
③其它控制信号：报警警铃输出；开门输出信号、关门输出信号共3个。
3.3 PLC选型及I/O口定义
由上述分析可知，现场输入信号共30个，输出信号共25个，选择西门子企业生产S7-200 CPU226基础单元（24入/16出，AC/DC继电器输出方法）外加扩展模块EM223（数字混合模块，16输入/16继电器输出），主机和扩展模块共有40入/32出，满足本系统30个输入点，25个输出点要求，并留有适度余量。S7-200PLC是德国西门子企业研制生产出一个叠装式结构小型可编程控制器。它指令丰富、功效强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑、便于扩展、性能价格比高，且输出端可直接驱动2A继电器/接触器线圈，抗干扰能力强，广泛应用于多种自动化系统[9]。S7-200 CPU226主机可带7个扩展模块，用户程序存放容量为6.6K字；内置高速计数器，含有PID控制器功效；有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通信口；含有PPI通信协议、MPI通信协议和自由口协议通信能力。因为是继电器输出方法，所以带载灵活，既可带直流负载，也可带交流负载。所以，适适用于本电梯系统控制[10]。表3-1是PLCI/O口定义、分配表。

表3-1 PLCI/O分配、定义表
输入点
对应信号
输出点
对应信号
I0.0
门安全信号
Q0.0
上升接触器
I0.1
外呼按钮1上
Q0.1
下降接触器
I0.2
外呼按钮2上
Q0.2
外呼1上指示灯

续表3-1
输入点
对应信号
输出点
对应信号
I0.3
外呼按钮3上
Q0.3
外呼2上指示灯
I0.4
外呼按钮2下
Q0.4
外呼3上指示灯
I0.5
外呼按钮3下
Q0.5
外呼2下指示灯
I0.6
外呼按钮4下
Q0.6
快速接触器
I0.7
急停按钮
Q0.7
慢速接触器
I1.0
1层感应干簧管
Q1.0
外呼3下指示灯
I1.1
2层感应干簧管
Q1.1
外呼4下指示灯
I1.2
3层感应干簧管
Q1.2
内呼去1楼指示灯
I1.3
4层感应干簧管
Q1.3
内呼去2楼指示灯
I1.4
内呼按钮去1楼
Q1.4
内呼去3楼指示灯
I1.5
内呼按钮去2楼
Q1.5
内呼去4楼指示灯
I1.6
内呼按钮去3楼
Q1.6
开门输出信号
I1.7
内呼按钮去4楼
Q1.7
关门输出信号
I2.0
轿厢内开门按钮
Q2.0
1层位置指示灯
I2.1
轿厢内关门按钮
Q2.1
2层位置指示灯
I2.2
上平层感应干簧管
Q2.2
3层位置指示灯
I2.3
下平层感应干簧管
Q2.3
4层位置指示灯
I2.4
门区层感应干簧管
Q2.4
快加速接触器
I2.5
上强迫减速开关
Q2.5
第一慢加速接触器
I2.6
下强迫减速开关
Q2.6
第二慢加速接触器
I2.7
警铃按钮
Q2.7
点动检修接触器
I3.0
检修慢上
Q3.0
报警警龄输出
I3.1
检修慢下

I3.2
直驶开关

I3.3
自动选择开关

I3.4
消防选择开关

I3.5
检修选择开关

3.4 电梯PLC程序步骤图
程序步骤图以下图3-3所表示。

图3-3 程序步骤图

3.5 梯形图设计
电梯要求实现功效比较多，所以梯形图较长。下面按不一样功效分别分析其原理（以有司机方法编程）。
（1）楼层信号控制
楼层信号由图3-4所表示梯形图控制步骤产生，这些信号用来控制楼层指示灯、选向、选层等。依据要求，楼层信号应连续改变，即电梯运行到使下一层楼层感应器动作之前任何位置，应一直显示上一层楼层数。比如电梯原在一层，I1.0得电,所以Q2.0,由I/O口定义可知一层位置指示灯亮,显示”1”。当电梯离开1层向上运行时，因为离开1层感应干簧管区位使得I1.0失电，但Q2.0经过自锁维持得电状态，故一层位置指示灯一直亮。当抵达2层感应干簧管区位时，I1.1得电,,使得Q2.1得电,Q2.1常闭触点使Q2.0断电,即楼层位置指示灯“2”亮，同时“1”熄灭[11]。在其它各层，情况和此相同。

图3-4楼层信号控制梯形图

（2）内呼指令信号控制
图3-5为内呼指令信号控制梯形图。该步骤实现内呼指令登记及消除。中间继电器M0.1～M0.4中一个或多个为ON时,表示对应楼层内呼被登记,反之则表示对应内呼指令信号被消除。现假设电梯在1层处于停止状态，Q0.0、Q0.1均未得电，当内呼去2层按钮、内呼去4层按钮被按下，则I1.5、I1.7得电，从而将M0.2、M0.4置位。即2、4两层内呼指令信号被记忆。当电梯上行抵达2层感应干簧管区位时，由楼层信号控制步骤可知Q2.1得电，于是M0.2被复位，即去2层内呼指令被消除，该指令已被实施完成。而M0.4因为其复位端条件不含有，所以去4层内呼指令仍然保留下来，直到电梯抵达4层时，M0.4才含有复位条件，信号才会被消除。

图3-5 内呼指令信号控制梯形图

（3）外呼指令信号控制
图3-6为外呼指令信号控制梯形图。它实现厅外召唤指令记忆和消除。设电梯在一层处于停止状态。2、3层厅外乘客欲乘梯上行，故分别按下外呼2上按钮、外呼3上按钮，同时若2层还有乘客欲下行，按下外呼2下按钮，于是图3-7中I0.2、I0.3、I0.4均得电，输出继电器Q0.3、Q0.4、Q0.5分别使外呼2上指示灯、外呼3上指示灯、外呼2下指示灯亮。司机接到指示信号后操纵电梯上行，故M3.0得电。当电梯抵达2层停靠时Q2.1得电，故Q0.3失电，外呼2上指示灯熄灭。因为还未抵达3层，外呼3上信号Q0.4仍然处于记忆、登记