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四层电梯PLC控制系统

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可编程控制器（PLC）的四层电梯监控系统
目录

1绪论 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1
1。1 电梯的发展历史 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1
1。2 电梯的发展现状与主流控制方式分析 •••••••••••• 1
1.3 本设计课题概述 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3
2 可编程控制器（ PLC )概述 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3
2。1可编程控制器的( PLC ）发展历史 ••••••••••••••••••• 3
2.2可编程控制器（ PLC )的内部结构与特点 •••••••• 5
2。3 PLC控制电梯的意义和优点 ••••••••••••••••••••••••••••• 6
3 硬件控制电路分析 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 7
3。1 主控PLC的介绍 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 7
3。2 PLC电梯控制系统的设计 ••••••••••••••••••••••••••••••• 8
3.3 本设计中PLC的I/O接口及内存分配 ••••••••••••• 10
4 PLC电梯控制系统的程序设计 ••••••••••••••••••••••••••••••••• 14
4.1 本设计编程遵循的控制规律 ••••••••••••••••••••••••••• 14
4.2 PLC电梯控制系统程序设计 •••••••••••••••••••••••••••••• 15
5 结论 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 24
附录
参考文献
1绪论
1。1 电梯的发展历史
电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具.多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯，自动扶梯……。在现代社会，电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具.据统计，美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数.当今世界，电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一.追溯电梯这种升降设备的历史，据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出——--—人力驱动的卷筒式卷扬机.1858年以蒸汽机为动力的客梯,在美国出现,继而有在英国出现水压梯.1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力，这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化.1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯，首批4~6台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用.1955年出现了小型计算机(真空管）控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯.1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯.1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。本文为互联网收集，请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络
1.2 电梯的发展现状与主流控制方式分析
随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯,电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式:
（ 1 ) 继电路控制系统 （早期安装的电梯多为继电器控制系统)
继电器逻辑控制系统具有原理简单，线路简单，易于理解和掌握的特点，而且价格比较便宜。但是，继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰.
( 2 ） 微机控制系统
电梯微机控制系统主要是由微处理器通过预先置入软件程序完成对电梯的信号处理、运行过程控制、拖动系统的速度控制、运行监控和故障诊断、以及建筑内电梯的群控。它是将传统的有触点的电气控制改为无触点的程序控制，通过软件实现对电梯的自动控制.微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能,但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷.
（ 3 ) PLC控制系统
可编程控制器（Programmable Logic controller，简称PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器,是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统，是基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身,信息的入出，只要人机界面好就可以了.可编程序控制器(PLC）控制器源于继电控制装置,但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。
PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。
鉴于其种种优点, 目前电梯的继电器控制方式已逐渐被 PLC控制所代替。
1.3 本设计课题概述
1.3。1 课题主要内容
本设计课题主要是采用PLC对电梯进行实时控制的优势，以四层楼电梯为例，编制四层电梯的PLC的梯形图程序，应用监控软件开发四层电梯的监控画面，可编程控制器采用西门子S7—200PLC。该四层电梯先上，上到该到层次后开门，后开到位后停15s后就自动关门，关门到位后在运行下一要求层数。
1.3.2 课题主要任务与设计指标
（ 1 )编写西门子S7—200PLC梯形图程序。
( 2 ）使用STEP7 Micro WIN编成软件编译、调试、下载。
2 可编程控制器（ PLC )概述
2。1可编程控制器的( PLC )发展历史
可编程控制器（Programmable Logic controller，简称PLC)是以微处理器为基础,综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。
第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的.当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘,在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后,美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果,从此开创了PLC的新纪元。
第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装,占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准—梯形图编程语言,这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。
70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃.在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期,日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的PLC，我国在1974年也开始研制。
随着时代的发展，当今的技术也日趋完善、竞争愈演愈烈。单一人工的操作已不能满足于目前的制造业前景，也无法保证更高质量的要求和高新技术企业的形象。人们在生产实践中看到，自动化给人们带来了极大的便利和产品质量上的保证，同时也减轻了人员的劳动强度，减少了人员上的编制。在许多复杂的生产过程中难以实现的目标控制、整体优化、最佳决策等，熟练的操作工、技术人员或专家、管理者却能够容易判断和操作，可以获得满意的效果。人工智能的研究目标正是利用计算机来实现、模拟这些智能行为,通过人脑与计算机协调工作，以人机结合的模式，为解决十分复杂的问题寻找最佳的途径。
我们在各种场合看到了继电器连接的控制，那已经是时代的过去，如今的继电器只能作为低端的基层控制模块或者简单的设备中使用到；而PLC的出现也成为了划时代的主题，通过极其稳定的硬件穿插灵活的软件控制,使得自动化走向了新的高潮。
2。2可编程控制器（ PLC ）的内部结构与特点
2。2。1 PLC的内部结构
PLC的内部由三大部分组成
（ 1 ） 中央处理器（ CPU ）
CPU的核心是由一个或者多个累加器组成，它们具有逻辑的数学运算能力，并能读取程序存储器的内容通过计算后去驱动相应的存储器和I/O接口。
（ 2 ） 带有外部I/O口扩展的I/O接口地址
I/O口将内部累加器和外部的输入和输出系统连接起来，并将相关的数据存入程序存储器或者数据存储器中。
（ 3 ) 存储器
存储器可以将I/O口输入的数据存入存储器中，并在工作时调转到累加器和I/O接口上。存储器分程序存储器ROM和数据存储器RAM，ROM可以将数据永久的存入存储器中，而RAM只能作为CPU计算时临时计算使用的缓冲空间。
2。2.2 PLC的特点
PLC的最大特点在于：电气工程师已不再电气的硬件上花费太多的心计,只要将按钮开关或感应器的输入点连接到PLC的输入点上就能解决问题,通过输出点连接接触器或继电器来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接就可以。
PLC的抗干扰是极其优秀的，我们根本不用去关心它的使用寿命和工作场合的恶劣,这些所有的问题已不再成为我们失败的主题,而留给我们的是关心如何来利用PLC的内部资源为我们加强设备的控制能力，使我们的设备更加的柔性。
2.3 PLC控制电梯的应用和优点
2.3。1 PLC控制电梯的应用
电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。
可编程序控制器 （PLC）最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的,是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点.因此在工业控制方面得到了广泛应用。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来,由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用.并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，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。调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响,而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键.为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行,这样大大提高了电梯的性能。
2.3.2 PLC控制电梯的优点
(1)在电梯控制中采用了 PLC,用软件实现对 电梯运行的 自动控制 ， 可靠性大大提高。
(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可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。
(4）PLC 可进行故障自动检测与报警显示,提高运行安全性，并便于检修 。
(5)用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
（6)更改控制方案时不需改动硬件接线。

3 硬件控制电路分析
3。1 主控PLC的介绍
3.1。1本课题电梯模型中使用的PLC类型
本课题使用的是西门子S7—200系列,型号为CPU 226的PLC。
SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
本课题使用的是西门子S7—200系列，型号为CPU 226的PLC，S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
西门子S7-200系列，型号为CPU 226的PLC介绍：
本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块,最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点.13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。
3.1。2 微机与S7-200 PLC的通讯方式
连接S7—200与编程设备的方式有两种：一种是直接使用PC/PPI电缆;另一种是用通讯卡和MPI电缆。
PPI电缆比较常用,而且成本较低.它将S7-200的编程口与计算机的RS—232端口相连。PPI电缆也可用于其它设备与S7-200的连接。
如果使用MPI电缆，就必须先在计算机上安装通讯卡.这种通讯方式可以用较高的波特率进行通讯。
本次设计考虑到实际情况，选择PPI电缆连接方式作为实际调试时的通讯连接方式。
3.2 PLC电梯控制系统的设计
3。2。1 PLC电梯运行控制系统实现的功能
（1）开、关门环节
j 电梯响应开关门呼叫或到目标层停车自动开门；
k 开门延迟时间到后，自动关门，延迟时间未到可以手动关门；
l 在电梯关门过程中，需开门时，可以通过手动开门实施重新开门；
（2）内、外信号的保持
电梯有内、外信号时，呼梯信号应被记忆，即响应按钮的指示灯亮，呼梯信号被响应后，呼梯信号应被消除，即响应按钮的指示灯灭；
（3）由一台电机的正反转来控制电梯的上升和下降；
（4）自动定向
当有梯内请求信号时或选层指令相对于电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则,自动确定方向。
(5）顺向截停
当电梯在运行中，可以响应梯外或梯内的请求信号，若符合运行方向，则能逐一停靠应答，即当电梯向上运行的时候，不会响应所有楼层向下的请求和低于当前层的楼层向上的请求；同理，当电梯向下运行时,也不会响应所有楼层向上的请求和高于当前层的楼层向下的请求。
（6)自动换向
当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。
3.2。2 PLC电梯信号控制系统的实现
电梯信号控制基本由 PLC软件实现。电梯信号控制系统如图3—2所示，输入到 PLC的控制信号有: 内指令信号（电梯内请求）、外指令信号（电梯外请求)、门层信号（限位信号)、开门和关门信号。

图3—2 电梯PLC信号控制系统框图
3.3 本设计中PLC的I/O接口及内存分配
本设计是以四层电梯为例，需要的控制开关包括:电梯楼层的限位开关、梯内的请求开关、梯外的请求开关，开门和关门的开关。设备需要有34个输入点、有18个输出点需要控制，故选择S7-200系列CUP226的PLC（24入/16出）和S7—200系列PLC的扩展模块EM223（4入/4出)、EM221（8入）。
设计中包含的PLC内存类型和属性如表3-1所示:
表3—1设计中包含的PLC内存类型和属性
区域
说明
位存取
字节存取
字存取
双字存取
可保留
可强迫
I
离散输入
读/写
读/写
读/写
读/写
否
是
Q
离散输出
读/写
读/写
读/写
读/写
否
是
M
内部内存位
读/写
读/写
读/写
读/写
是
是
SM
特殊内存位
(SM0—SM29为只读内存区）
读/写
读/写
读/写
读/写
否
否
本设计中PLC I/O端口及内存分配如下所示：
输入部分:
表3—2 输入端口分配表
I2.1
电梯一层限位
I1。1
梯外一层向上请求按钮
I2。2
电梯二层限位
I1.2
梯外二层向上请求按钮
I2。3
电梯三层限位
I1。3
梯外三层向上请求按钮
I2.4
电梯四层限位
I1。4
梯外二层向下请求按钮
I0。1
梯内呼一层
I1.5
梯外三层向下请求按钮
I0.2
梯内呼二层
I1.6
梯外四层向下请求按钮
I0.3
梯内呼三层
I2。5
极上限位
I0.4
梯内呼四层
I2.6
极上限位
I0.5
梯内开门按钮
I0。6
梯内关门按钮
I0。7
开门到位限位
I2。7
关门到位限位
I0.0
上下热继电器
I1.0
开关热继电器

输出部分：
表3—3 输出端口分配表
Q0。0
电机正转
Q1.0
电机反转
Q0.1
电梯在1层指示灯
Q1.1
梯内1层呼叫指示灯
Q0.2
电梯在2层指示灯
Q1。2
梯内2层呼叫指示灯
Q0。3
电梯在3层指示灯
Q1。3
梯内3层呼叫指示灯
Q0。4
电梯在4层指示灯
Q1。4
梯内4层呼叫指示灯
Q0。5
1层向上指示灯
Q1。5
2层向下指示灯
Q0。6
2层向上指示灯
Q1.6
3层向下指示灯
Q0.7
3层向上指示灯
Q1。7
4层向下指示灯
Q2。0
电梯门开门
Q2。1
电梯门关门
Q2。2
电梯门开门到位
Q2.3
电梯门关门到位
中间继电器部分:
表3-4 中间继电器分配表
M1。1
一层上行
M2.1
二层下行
M1。2
二层上行
M2.2
三层下行
M1。3
三层上行
M2。3
四层下行
M0.1
下行到二层
M3。0
上行二层开门到位
M0。2
上行到三层
M3.1
上行三层开门到位
M0.3
下行到三层
M3.2
上行四层开门到位
M0.5
下行到一层
M3.3
开门到位
M0。6
自动回一层
M3。4
上行二层关门到位
M4。0
上行二层开门
M3。5
上行三层关门到位
M4。1
上行三层开门
M3。6
上行四层关门到位
M4。2
上行四层开门
M5.0
下行三层开门到位
M4。3
关门到位
M5。1
下行二层开门到位
M4.4
上行二层关门
M5。2
下行一层开门到位
M4。5
上行三层关门
M5.4
下行三层关门到位
M4.6
上行四层关门
M5。5
下行二层关门到位
M0.0
上行到二层
M5.6
下行一层关门到位
M6。0
下行三层开门
M6.4
下行三层关门
M6.1
下行二层开门
M6.5
下行二层关门
M6。2
下行一层开门
M6.6
下行一层关门
M5.7
上下热继电器保护
M6。7
开关热继电器保护
4 PLC电梯控制系统程序设计
由于硬件系统的外部连接设备是固有的,并不能加以改动。所以在分配好PLC的I/O接口及内存后,为了实现优化控制，就需要用西门子STEP 7专业编程软件对电梯控制程序进行设计.由于电梯控制系统实际上是一个人机交互式的控制系统，因此单纯采用顺序控制或逻辑控制是不能够满足要求的，而应该在设计中采用随机逻辑控制方式。同时，由于梯形图之间的相互关联性很强,程序设计比较复杂，因此在电梯控制系统的软件部分时,主要采用模块化的编程思想来进行设计
4。1 本设计编程遵循的控制规律
电梯的运行规律：主要有上升、下降、开轿门、关轿门这四种工作方式。
其编制的程序主要遵循以下控制规律：
（1)电梯遵守集选规则，即将呼叫信号先进行登记，对与电梯运行同向的呼叫信号逐一应答,当同向指令和召唤应答完毕后电梯可以自动换向。
（2)电梯还遵循相应的调度原则:正常情况下，当电梯首次开机使用时，电梯将会自动下降到一层,在第一层楼待命。当某层站有门厅呼叫信号时,电梯立即启动并定向运行去接该层站的乘客。
（3）当电梯因轿厢内指令而到达基站后关门待命时,电梯停留在最后停靠的层站待命.
（4）当电梯正在上行时
j若是当前层上方出现上行方向的门厅呼叫信号，电梯按照由低层到高层的优先顺序进行响应。
k若是当前层上方出现下行方向的门厅呼叫信号，电梯暂时不响应，待执行完本周期内最高层上行目标请求后再响应该请求信号。
l若是当前层下方出现向下或向上的门厅呼叫信号，电梯暂时不响应，待执行完本周期内最高层上行目标请求后再按照一定的优先顺序响应请求信号。
(5）当电梯正在下行时
j若是当前层下方出现下行方向的门厅呼叫信号，电梯按照由高层到低层的优先顺序进行响应.
k若是当前层下方出现上行方向的门厅呼叫信号，电梯暂时不响应，待执行完本周期内最低层下行目标请求后再响应该请求信号。
l若是当前层上方出现向下或向上的门厅呼叫信号，电梯暂时不响应,待执行完本周期内最低层下行目标请求后再按照一定的优先顺序响应请求信号。
(6）开、关门控制规律
j 电梯响应开关门呼叫或到目标层停车自动开门；
k 开门延迟时间到后，自动关门，延迟时间未到可以手动关门；
l 在电梯关门过程中，需开门时,可以通过手动开门实施重新开门；
4.2 PLC电梯控制系统程序设计
键位的自锁

上行到2，3，4层的程序 及开关能程序

4层下行得到1层 及下行到各层的开关门

1层开门 关门程序

电梯在非1层是无请求停10S自动回1层

中间继电器的并用

5 结论
本次设计是按照外部实验设备的硬件条件所进行的程序设计，通过与外部实验设备的连接、调试.使电梯在功能上基本达到控制要求，所以本设计也基本完成了设计的任务和目标。设计时,在通过实际调试的过程中，会不断发现在设计中存在的问题，并可以及时加以调整和修正。在调试中出现过的部分问题及解决方法简要介绍如下：
电梯在上行或下行运行状态中时能按任务的优先级顺序响应,但在允许有连续的多个请求的条件下，在那层请求得按照电梯上行、下行的请求分开执行如果上行未到最后一个程序电梯不接受下行的请求得反之依然。如：梯外有4层下请求、2层下请求 电梯上上4层2层不停在从4层下到2层在停.有如:梯内请求3层、梯外请求2层上4层还有3层下1层。电梯将先停在2层开门上人在关门上行到3层下人后上4层后在下2层载人带1层，该电梯的设置在非一层是停留10s电梯就将自动下1层。
参考文献

[1］ 靳文涛，李桂莲编，电气控制与可编程序控制器,煤炭工业出版社，2005年8月
［2]《STEP 7-Miert／WIN 32编程帮助手册》,西门子自动化设备公司
［3]《SIMATIC S7—200 可编程序控制器使用手册》,西门子自动化设备公司
［4]《组态王6.5使用手册》,北京亚控科技发展有限公司
[5] 唐永奇，赵葵银 ，PLC在电梯调速控制系统中的应用，电工技术,2001年9期,26-27
［6] 江秀汉，可编程序控制器原理及应用，西安电子科技大学出版社，1996
[7］ 皮壮行,可编程序控制器的系统设计与应用实例，机械工业出版社，2000
[8］ 王也平，可编程序控制器原理及应用，西南交通大学出版社，1994
[9] 陈海雄，电梯产品的绿色呼唤，中国电梯，2001，(10）
[10]姚秋霞,现代电梯浅析与展望,陕西广播电视大学学报，2002,4（3)

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