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1、畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文) 專專 業(yè)業(yè) 班班 級級 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)學(xué) 號號 課課 題題 基于基于 PLCPLC 的建筑設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計的建筑設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計（一）電梯控制系統(tǒng)設(shè)計（一） 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 I 摘要摘要 本文介紹一種電梯 PLC 控制系統(tǒng)。電梯是垂直方向的運輸設(shè)備，是高層建 筑中不可缺少的交通運輸設(shè)備。它靠電力，拖動一個可以載人或物的轎廂，在 建筑的井道內(nèi)導(dǎo)軌上做垂直升降運動，在人們生活中起著舉足輕重的作用。而 控制電梯運行的 PLC 系統(tǒng)也要求越來越高，要求達到電梯運行的“穩(wěn)、準(zhǔn)、快” 的運行目的。該系統(tǒng)主要由 PLC、邏輯控制電路組成。其中包括
2、繼電器、接觸 器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本機控制 單元采用以西門子的可編程控制器 PLC 對機器進行全過程控制。 為了提高電梯控制系統(tǒng)的可靠性和設(shè)備的工作效率，設(shè)計了以PLC為核心控 制器的電梯控制系統(tǒng)，用來取代以往的較復(fù)雜的繼電器接觸器控制。本設(shè)計 控制系統(tǒng)針對的是五層電梯。核心控制部分采用的是軟件程序控制，從而在保 證電梯正常運行這個要求的情況下，大大的提高了電梯故障檢查與維修的方便 性和容易性，同時還克服了手動操作所帶來的一些人為干擾因素，實現(xiàn)了電梯 主機的啟動加速與穩(wěn)定運行、停車制動、呼叫優(yōu)先響應(yīng)和開關(guān)門等控制功能， 取得了良好的預(yù)期效果。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵
3、詞：電梯；PLC；梯形圖；控制系統(tǒng) II Abstract This text introduces the control system of a kind of elevator PLC. The elevator is perpendicular directional of the conveyance equipments be in the high building of transportation equipments. It depends electric power, dragging along to move a car that can carry person
4、or thing and lead a track in the building of the well way up do perpendicularity to ascend and descend sport, there is prominent function in the peoples life. And the control elevator circulate of the PLC system also has more and more high request, request to attain the movement purpose of “steady,
5、quasi-, quick“ of elevator movement. That system mainly from PLC, logic control the electric circuit constitute. Include an exchanges difference to tread electric motor among them, after the electric appliances, get in touch with a machine, route of travel switch and press button, give out light the
6、 indicator constitute and transducer for the control system of integral whole. The machine control unit adoption carries on whole process a control to the machine by the programmable controller PLC of Siemens company. In order to improve the reliability of elevator control system and equipment worki
7、ng efficiency, people designed PLC as the core controller in the elevator control system which replace the used complex relay - contactor control.The core control is partly adopted software program control system, the elevator breakdown checking and maintenance convenience is greatly improved and at
8、 the same time, the manual operation of some human interference is overcome in order to guarantee the normal operation of the elevator requirements in the situation.Therefore, accelerated starting and stable operation in the elevator host , parking brake, call preferred response, and open closing co
9、ntrol functions are realized,which achieve the expected great performance. Key words: Elevator; PLC; Ladder diagram; Control system III 目目 錄錄 1 緒論1 1.1 PLC 電梯控制系統(tǒng)概述.1 1.2 PLC 的定義和組成.2 1.3 可編程控制 2 1.4 PLC 的等效工作電路.3 1.5 PLC 的工作原理.3 1.6 可編程控制器的特點 4 2 電梯設(shè)備及發(fā)展動態(tài) 5 2.1 電梯的出現(xiàn)及發(fā)展 5 2.2 電梯的分類 6 2.3 電梯的結(jié)構(gòu) 6 2
10、.3.1 曳引系統(tǒng).6 2.3.2 導(dǎo)向系統(tǒng) 6 2.3.3 轎廂.7 2.3.4 門系統(tǒng) 7 2.3.5 重量平衡系統(tǒng) 7 2.3.6 電力拖動系統(tǒng) 7 2.3.7 電氣控制系統(tǒng) 7 2.3.8 安全保護系統(tǒng) 7 2.4 電梯發(fā)展展望 7 3 西門子 S7-300 軟件與硬件設(shè)計.9 3.1 STEP 7 編程軟件的編程語言及基本指令 9 3.2 STEP 7 編程軟件的基本指令 .10 3.3 電梯設(shè)計流程圖12 3.4 電梯控制 I/O 口的分配 .13 3.5 PLC I/O 硬件連接圖 14 4 電梯功能及模塊化程序說明 .16 4.1 梯形圖的設(shè)計16 4.1.1 開關(guān)門環(huán)節(jié) .1
11、6 4.1.2 層樓信號的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié) .18 4.1.3 停層信號的登記與消除環(huán)節(jié)18 4.1.4 呼信號的登記與消除環(huán)節(jié) .19 IV 4.1.5 電梯的定向環(huán)節(jié) .20 結(jié)束語.23 致謝.24 參考文獻.25 附錄.26 1 基于基于 PLCPLC 的建筑設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計的建筑設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計（一）電梯控制系統(tǒng)設(shè)計（一） 1 1 緒論緒論 1.11.1 PLCPLC 電梯控制系統(tǒng)概述電梯控制系統(tǒng)概述 近年來我國的經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住條件得 到了巨大的改善。電梯作為建筑物內(nèi)的垂直交通運輸工具，與人們的生活息息 相關(guān)。傳統(tǒng)的電梯曳引電動
12、機采用接觸器來實現(xiàn)電動機工作狀態(tài)的改變，另外， 傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)由繼電器接觸器控制邏輯組成，存在著電氣元件多、功能 弱、電氣故障頻繁，可靠性差和工作壽命短等缺陷?？删幊炭刂破鳎≒LC）是根 據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運 算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被 PLC 控制代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式已 由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速，不僅能滿足乘客的舒適感和保證 平穩(wěn)的精度，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減小運行費用。因此，PLC 控制技 術(shù)加變頻調(diào)速已成為現(xiàn)代電梯行列的一個熱點。 本課題
13、的研究題目“基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計”做詮釋如下 PLC 控制是指電梯信號控制由 PLC 及其軟件來實現(xiàn)，控制系統(tǒng)的核心為 PLC。 其次課題開發(fā)的主要任務(wù)和內(nèi)容是：建立“PLC 控制的電梯系統(tǒng)”的總體框架； 信號控制系統(tǒng)利用 PLC 集中處理電梯運行方式、安全保護信號、內(nèi)指令信號、 外召喚信號、井道信號、門區(qū)信號、開關(guān)門及限位信號等信號，并顯示電梯所 到樓層、運行方向及呼梯應(yīng)答等，實現(xiàn)開關(guān)門控制；拖動控制系統(tǒng)中曳引機的 啟動、運行、制動停止，包括正反轉(zhuǎn)信號及多種速度信號，經(jīng) PLC 運算、判斷 后通過電機來實現(xiàn)。達到的要求是：通過深入的理論研究和編程實踐，全面認(rèn) 真的完成上述幾個內(nèi)
14、容。 本課題的核心問題有兩個：一是運行效率、平層精度和安全性的要求；二 是 PLC 實現(xiàn)電梯信號控制及其軟件開發(fā)。對于第一個問題，通過選擇合適的 PLC，進行合理的設(shè)計和編程便可以實現(xiàn)。本人選擇的 PLC 是德國西門子公司的 CPU-314 型可編程控制器。第二個問題，根據(jù)電梯所要實現(xiàn)的功能以及 PLC 的 順序執(zhí)行程序的特點，編寫 PLC 程序主要是采取模塊化編程思想，即根據(jù)各功 能實現(xiàn)的條件及原則編寫各個功能模塊來實現(xiàn)。 2 方案選擇是通過多種方案的比較和對照，完成電梯控制系統(tǒng)中控制方法的選 擇。 1.21.2 PLCPLC 的定義和組成的定義和組成 可編程控制器（PLC）是以微處理器為核
15、心，將自動控制技術(shù)、計算機技術(shù) 和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來的嶄新的工業(yè)自動控制裝置。PLC 以基本代替 傳統(tǒng)的繼電器控制而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，它已躍居工業(yè)自動化三 大支柱的首位。 PLC 控制系統(tǒng)的硬件是由微處理器（CPU） 、存儲器（ROM 和 RAM） 、輸 入/輸出（I/O）單元、電源單元及外圍設(shè)備等組成硬件結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。系統(tǒng) 的規(guī)?？筛鶕?jù)實際應(yīng)用的需要而定，可大可小。 圖 1-1PLC 硬件結(jié)構(gòu) 1.31.3 可編程控制可編程控制 任何一個控制系統(tǒng)要完成目的控制功能，必須通過一定的控制程序來實現(xiàn) 的。通常控制序可分兩大類：固定布線程序和可編程序。 （1）固定布線程序
16、傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和電子器件系統(tǒng)中，要實現(xiàn)各種控制功能，其控制 程序是由種電氣元件通過一定的聯(lián)接方式-布線而成，輸入設(shè)備如按鈕開關(guān)、限 位開關(guān)、傳感器等，用以向控制系統(tǒng)送入信號。輸出設(shè)備如接觸器、電磁閥等 用以控制被控制對象的動作。其輸入對輸出的控制是通過接線來實現(xiàn)，接線工 3 作結(jié)束后，控制程序也被確定下來，若要改變控制程序，則必須改變接線方式 重新布線，對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)，是非常困難的。 （2）可編程序控制 可編程序控制控制系統(tǒng)中完成一定的控制，只通過專用的編程器，用程序 語言進行編程，寫入可編程控制的程序的存儲器中，然后由可編程序控制器來 完成各種操作。在可編程系統(tǒng)中，若要改變控制程序
17、，只用編程器改寫程序存 儲器中的某些程序語句，不必要重新布線，由于控制被控對象的動作是控制程 序語言來表達，故又稱為軟件程序。 1.41.4 PLCPLC 的等效工作電路的等效工作電路 PLC 是由以微機為核心的電子部件，可以將它看作是一個由各種繼電器、 定時器、計數(shù)器及狀態(tài)器組合體。PLC 的輸入繼電器，由外部開關(guān)通過輸入端 來驅(qū)動的；PLC 內(nèi)的輸出繼電器，帶有無數(shù)內(nèi)觸點和外部輸出觸點。此外，PLC 還有如定時器、計數(shù)器、狀態(tài)寄存器等“軟”元件，這些元件帶有動作線圈和 很多電子常開觸點和常閉點，可以在 PLC 內(nèi)自由選擇使用。 PLC 控制系統(tǒng)主要由三部分組成： （1）輸入部分 由用戶輸入
18、設(shè)備組成，如按開關(guān)、操作開關(guān)、限位開關(guān)及傳感器等。它們 直接與 PLC 的輸入端子相連接，用以產(chǎn)生輸入信號，這些信號或來自電梯轎廂 操縱控制板，或來自電梯井道。 （2）控制部分 是根據(jù)被控對象的實際控制要求編制用戶程序，并將編制好的程序通過編 程器送入 PLC 內(nèi)的用戶程序存儲器中，CPU 反復(fù)掃描執(zhí)行用戶程序，并產(chǎn)生各 種輸出控制信號，PLC 的控制功能是通過用戶程序來實現(xiàn)的。 （3）輸出部分 主要由用戶輸出設(shè)備組成，如接觸器、繼電器等，它們直接和 PLC 的輸出 端子相連，用以控制被控制的對象動作。 1.51.5 PLCPLC 的工作原理的工作原理 PLC 的工作過程實質(zhì)上就是執(zhí)行程序的過
19、程。當(dāng) PLC 運行時，CPU 按照分時 操作原理每個周期執(zhí)行一個操作，由于 CPU 的運算處理速度很快，使得外部出 現(xiàn)的結(jié)果從宏觀來看似乎是同時完成的，分時操作的過程稱為 CPU 對程序的掃 描。 4 PLC 的工作過程分為三個階段： （1）輸入處理 PLC 以重復(fù)掃描方式執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序?qū)?所有輸入端子的通斷狀態(tài)（輸入信號）讀入輸入映像寄存器中，然后開始執(zhí)行 程序。在執(zhí)行過程中，即使輸入狀態(tài)發(fā)生了變化，但輸入映象寄存器中的內(nèi)容 不變，直到一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀輸入狀態(tài)。 （2）程序執(zhí)行 在程序執(zhí)行階段，PLC 順序掃描用戶程序。每執(zhí)行一條程序所需要的
20、信息 都是從輸入映象寄存器和其他軟元件映象寄存器讀出并參與運算，然后將執(zhí)行 結(jié)果寫入有關(guān)的軟元件映象寄存器中，因此各軟元件映象寄儲器中的內(nèi)容隨著 程序的執(zhí)行在不斷的變化。 （3）輸出處理 當(dāng)全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存 寄存器中，構(gòu)成 PLC 的實際輸出并由輸出端子送出給執(zhí)行器。 1.61.6 可編程控制器的特點可編程控制器的特點 20 世紀(jì) 60 年代末，為了克服傳統(tǒng)繼電器的種種應(yīng)用上的缺點，人們研制 出了一種先進的自動控制設(shè)備 PLC，由于 PLC 具有優(yōu)良的技術(shù)性能，因此它一 問世就很快得到了推廣應(yīng)用。現(xiàn)在 PLC 作為用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的專用計算 機
21、，與商家、家用的微機不同，由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和 工作運行的連續(xù)性，在電梯控制中采用了 PLC，使其在設(shè)計上有許多特點： （1）用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。 （2）可進行故障自動檢測報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。 （3）去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。 （4）可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能，減少接線 量。 5 2 2 電梯設(shè)備及發(fā)展動態(tài)電梯設(shè)備及發(fā)展動態(tài) 2.12.1 電梯的出現(xiàn)及發(fā)展電梯的出現(xiàn)及發(fā)展 1854 年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙格雷夫 斯奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明
22、-歷史上第一部安全升降梯。從那以 后，升降梯在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司 也開始了她輝煌的旅程。150 年以來，她已經(jīng)發(fā)展成為世界、亞洲和中國領(lǐng)先 的電梯公司。 自從我國實行改革開放政策以來，全國各地高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為高樓 的垂直交通工具電梯，其需求量日益增長。各種類型、規(guī)格繁多的電梯已在 高樓內(nèi)投入運行。為了確保電梯正常運行、安全使用，必須要了解電梯、熟悉 電梯、管理電梯、維護好電梯。 20 世紀(jì)初，美國出現(xiàn)了曳引式電梯，其結(jié)構(gòu)如 圖 2-1 所示，從圖中可見，鋼絲繩懸掛在曳引輪上， 一端與轎廂連接，而另一端與對重連接，隨曳引輪的 轉(zhuǎn)動，靠鋼絲繩與曳引輪槽之
23、間的摩擦力使轎廂與對 重作一升一降的相反運動。顯然，鋼絲繩不用纏繞， 因此鋼絲繩的長度和股數(shù)均不受限，當(dāng)然轎廂的載重 以及提升高度就得到了提高，從而滿足了人們對電梯 的使用需求。因此，近一百年來，曳引式電梯一直受 到重視，并發(fā)展沿用至今。 圖 2-1 曳引式電梯示意圖 1轎廂 2曳引輪 3對重 在后來的幾十年里，電梯的自動平層控制系統(tǒng)以及通過變換電動機極數(shù)的 調(diào)速方法來調(diào)整電梯的運行速度的技術(shù)相繼研制成功，1933 年世界上第一臺運 行速度為 6m/s 的電梯被安裝在美國紐約的帝國大廈。 第二次世界大戰(zhàn)后，建筑業(yè)的發(fā)展促使電梯進入了高峰發(fā)展時期，代表新 技術(shù)的電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電梯領(lǐng)域的同時
24、，陸續(xù)出現(xiàn)了群控電梯、超高速 電梯、交流變頻變壓調(diào)速電梯。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，晶閘管變流裝置越來越多地用于電梯系統(tǒng)，使 電梯的拖動系統(tǒng)簡化，性能提高。同時交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的研制和開發(fā)，使交 流電梯的調(diào)速性能有了明顯的改善。進入 20 世紀(jì) 80 年代，通過控制電動機定 子供電電壓與頻率電梯運行速度的調(diào)壓調(diào)頻技術(shù)研制成功，出現(xiàn)了交流變壓變 6 頻（VVVF）調(diào)速電梯，開拓了電梯拖動的新領(lǐng)域。1993 年，日本生產(chǎn)了 12.5m/s 的世界高速交流變壓變頻調(diào)速電梯，結(jié)束了直流電梯獨占高速領(lǐng)域的 歷史。 電梯發(fā)展的今天，在使用需求和新技術(shù)應(yīng)用方面都進入到全面發(fā)展時期， 隨著智能化、信息化建筑的
25、興起與完善，要求電梯不只是完成垂直運輸?shù)幕?功能，還應(yīng)以人為本提高舒適度，特別從電梯運行的控制智能化角度考慮，電 梯的優(yōu)質(zhì)服務(wù)不再是單一的“時間最短”問題，而是采用模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 專家系統(tǒng)等方法，以期實現(xiàn)單梯與群控管理的最佳模式。合理的配置與使用遠(yuǎn) 程監(jiān)控與故障診斷、節(jié)能以及減少環(huán)境污染等。本文中著重研究電梯的升降控 制邏輯，不著重主電動機的升降速度以及電梯的安全保護措施。 2.22.2 電梯的分類電梯的分類 電梯的分類有各式各樣： （1）按速度分類：低速電梯 1m/s 以下，高速電梯 2-3m/s，超高速電梯 3-10m/s。 （2）按用途分類：乘客電梯，住宅電梯，觀光電梯，載貨電梯
26、，客貨兩用 電梯，車輛電梯，其他電梯。 （3）按拖動方式分類：交流電，直流電梯，液壓電梯，齒輪齒條電梯。螺 桿式電梯。 （4）按有無司機分類：有司機電梯，無司機電梯，有/無司機電梯。 （5）按控制方式分類：手柄操縱控制電梯，按鈕控制電梯，信號控制電梯， 集選控制電梯，群控電梯。 （6）按曳引機結(jié)構(gòu)分類：有齒曳引機電梯，無齒曳引機電梯。 （7）其它分類方式：按轎廂尺寸的大小分類時，經(jīng)常使用“小型” 、 “超大 型”等詞來描述電梯。按機房位置不同可分為：機房位于井道頂部的上置式電 梯；機房底部的下置式電梯。 2.32.3 電梯的結(jié)構(gòu)電梯的結(jié)構(gòu) 2.3.12.3.1 曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)的主要
27、功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。 曳引系統(tǒng)主要由曳引機、曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪，反繩輪組成。 2.3.22.3.2 導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng) 7 導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能 沿著導(dǎo)軌作升降運動。 導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。 2.3.32.3.3 轎廂轎廂 轎廂由轎廂架和轎廂體組成。運載乘客或其他載荷的轎體部件，如圖 2 所 示。 轎廂是電梯用以承載和運送人員和物資的箱形空間。轎廂一般由轎底、轎 壁、轎頂、轎門等主要部件構(gòu)成，其內(nèi)部凈高度至少應(yīng)為 2m。 2.3.42.3.4 門系統(tǒng)門系統(tǒng) 門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。 門系統(tǒng)由轎廂門，層門，
28、開門機，門鎖裝置組成。 2.3.52.3.5 重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng) 系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的 重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。 系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。 2.3.62.3.6 電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng) 電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實行電梯速度控制。 電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動機調(diào)速裝置 等組成。 2.3.72.3.7 電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。 電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置， 選層器等組成。 2.3.82.3.
29、8 安全保護系統(tǒng)安全保護系統(tǒng) 保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。 由限速器，安全鉗，緩沖器，端站保護裝置組成。 2.42.4 電梯發(fā)展展望電梯發(fā)展展望 (1) 結(jié)構(gòu)不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化。 隨著新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的發(fā)展，電梯的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 8 化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯 在新世紀(jì)將會有較大速度發(fā)展。 (2) 技術(shù)含量更高，性能更好。 電梯行業(yè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的 VVVF 電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有 更節(jié)能、更潔凈、更安全、更安靜、更經(jīng)濟
30、的特點，所以永磁同步曳引機逐步 成為新型曳引機的主流；由于永磁技術(shù)的先進性，將來很有可能取代 VVVF 技 術(shù)。另外，網(wǎng)絡(luò)控制和智能群控系統(tǒng)以其控制的先進性、快速性、準(zhǔn)確性和可 靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。 (3) 安裝更方便、更快捷。 高效、安全、可重復(fù)使用的無腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式， 隨著技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝 更快、效率更高。 (4) 理念是電梯發(fā)展趨勢。 不斷改進產(chǎn)品的設(shè)計，生產(chǎn)環(huán)保型低能耗、低噪聲、無漏油、無漏水、無 電磁干擾、無井道導(dǎo)軌油漬污染的電梯。電梯曳引采用尼龍合成纖維曳引繩， 鋼皮帶等無潤滑油污染曳引方式。電梯空載上升和
31、滿載下行電機再生發(fā)電回收 技術(shù)。 9 3 3 西門子西門子 S7-300S7-300 軟件與硬件設(shè)計軟件與硬件設(shè)計 3.13.1 STEPSTEP 7 7 編程軟件的編程語言編程軟件的編程語言及基本指令及基本指令 本次試驗采用西門子 STEP 7 編程軟件進行編程。STEP 7 是西門子公司專 為 s7-300/400 系列 PLC 設(shè)計的編程軟件。 標(biāo)準(zhǔn)的 STEP 7 軟件包配 3 種基本編程語言，即梯形圖(LAD)、功能塊圖 (FBD） 、語言表（STL）編程語言，它們在 STEP 7 中可以相互轉(zhuǎn)換。本實驗采用 梯形圖這種編程語言。 梯形圖結(jié)構(gòu)形式類似地傳統(tǒng)的繼電器控制電路，它是由圖形
32、符號連接而成， 這些符號分別代表常開觸點、常閉觸點、并聯(lián)接線、串聯(lián)接線及繼電器線圈等， 每個觸點和線圈都有一個編碼。梯形圖具有如下特點： (1) 梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列，也是程序的執(zhí)行順序。通 常每個繼電器線圈為一邏輯行，即一層階梯。每一邏輯起始于母線，然后是觸 點的各種連接，最后經(jīng)過繼電器線圈終止于母線，整個梯形圖呈現(xiàn)梯形。 (2)梯形圖中的繼電器不同于傳統(tǒng)繼電器控制線路中的物理繼電器，它實質(zhì) 上是內(nèi)部存儲中的位觸發(fā)器，因此稱為“軟繼電器”或“軟元件” 。這些軟元件 輸出繼電器，輔助繼電器，定時器，計數(shù)器及狀態(tài)器等，它們均有無限常開觸 點和常閉觸點。在 PLC 內(nèi)部可以自由選取
33、使用。如果某個位觸發(fā)為“1” ，表示 對應(yīng)的繼電器線圈接通，相應(yīng)的常開觸點都閉合，而常閉觸點都斷開。 (3) 梯形圖是一種形象化的編程語言，其兩端的母線是沒有電源連接。因 此核彈頭形圖中不存真實的物理電流，而具有“概念”電流，是用戶程序運算 過程中滿足輸出執(zhí)行條件的形象化表示方式。 “概念”電流只能從左到右流動， 層次的改變是從上到下。 (4) 輸入繼電器只能從外部輸入信號驅(qū)動，而不能由內(nèi)部其他觸點驅(qū)動。 因此在梯形圖中只能出現(xiàn)輸入繼電器的觸點而不出現(xiàn)線圈，輸入繼電器的觸點 狀態(tài)即表示相對應(yīng)的輸入信號的變化。 (5) 輸出繼電器用于 PLC 的輸出控制，它是通過外輸出觸點驅(qū)動外部執(zhí)行 器。因此
34、，在梯形圖中的某個輸出繼電器的線圈接能時，表示在對應(yīng)的輸出端 子上有輸出信號。 (6)PLC 內(nèi)部其他軟元件的觸點不能驅(qū)動外部執(zhí)行器，它們只供 PLC 內(nèi)部使 用。 (7)當(dāng) PLC 處于運行狀態(tài)時，CPU 接梯形圖中元件排列順序從上而下，從左 10 到右逐行處理。 3.23.2 STEPSTEP 7 7 編程軟件的基本指令編程軟件的基本指令 STEP 7 編程軟件的基本指令有位邏輯指令、計數(shù)器與計時器指令、傳送與 比較指令、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令、算術(shù)運算指令、移位與循環(huán)指令、程序控制指令等。 大多數(shù)用梯形圖和指令程序，主要包括： (1) 設(shè)計控制流程，根據(jù)工藝要求先畫出工作循環(huán)，如有必要再畫詳細(xì)的
35、狀態(tài)流程圖； (2) 根據(jù)工作循環(huán)圖，畫出虛擬的電路圖-繼電器梯形圖； (3) 按梯形圖編寫指令程序表； (4) 系統(tǒng)調(diào)試：根據(jù)設(shè)計要求，對程序進行調(diào)試和修改，必要時還可對硬 件進行修改，直到符合要求為止。 在 WINDOWS 環(huán)境下打開 s7 軟件，向軟件中輸入程序，待程序輸入完畢將其 變換后寫入 PLC 中。寫入完畢后，打開菜單欄中仿真軟件，將程序下載在到軟 件當(dāng)中，運行軟件實現(xiàn)對過程的監(jiān)控功能。根據(jù)實驗要求，動作相應(yīng)開 關(guān)，模擬電梯控制系統(tǒng)的工作過程。在實驗過程中要注意觀察程序運行的變化 過程。 若輸入的程序有問題，對程序進行修改，經(jīng)變換后再寫入中調(diào)試。 符號表是 STEP7 用來定義符
36、號地址的表格形式，其本質(zhì)都是為了建立絕對地址 和符號地址之間的內(nèi)在聯(lián)系。 11 圖 3-1 S7-200 項目創(chuàng)建 圖 3-2 I/O 點的地址分配 12 3.33.3 電梯設(shè)計流程圖電梯設(shè)計流程圖 根據(jù)電梯的工作原理與功能要求以及輸入/輸出點的地址分配表，來繪制電 梯的程序流程圖。和設(shè)計電梯的程序梯形圖。電梯程序流程圖為圖 3-3。梯形圖 分成：初始化、指層控制、開關(guān)門控制、轎內(nèi)呼叫與標(biāo)記控制、廳外呼叫與標(biāo) 記控制電梯上下行選擇與指示控制、電梯的運行控制來編寫與調(diào)試。 上電 初始化 等待 是否門廳呼叫 是否轎廂呼叫 確認(rèn)本層與目標(biāo)層 目標(biāo)層與本層是否同層 電梯選向 電梯啟動 電梯加速 電梯高
37、速運行 是否目標(biāo)層 Y Y N Y Y N N 13 圖3-3電梯流程圖 3.43.4 電梯控制電梯控制 I/OI/O 口的分配口的分配 硬件可分為兩部分，輸入和輸出單元，它門是 PLC 的 I/O 接口部分，主 要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、 門鎖、開關(guān)門限位等單元構(gòu)成。 表 3-1 電梯輸入輸出端子 輸入信號輸出信號 名稱代號地址名稱代號地址 一樓位置開關(guān) SQ1I0.0 上行記憶 L1Q0.0 二樓位置開關(guān) SQ2I0.1 下行記憶 L2Q0.1 三樓位置開關(guān) SQ3I0.2 電機正轉(zhuǎn) KM1Q0.2 四樓位置開關(guān) SQ4I0.3 電轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) KM2Q
38、0.3 五樓位置開關(guān) SQ5I0.4 一樓樓層顯示 L3Q3.0 一樓內(nèi)呼指令 K1I0.5 二樓樓層顯示 L4Q3.1 二樓內(nèi)呼指令 K2I0.6 三樓樓層顯示 L5Q3.2 三樓內(nèi)呼指令 K3I0.7 四樓樓層顯示 L6Q3.3 四樓內(nèi)呼指令 K4I1.0 五樓樓層顯示 L7Q3.4 五樓內(nèi)呼指令 K5I1.1 一樓內(nèi)呼顯示 L8Q0.4 一樓上行按鈕 K6I1.2 二樓內(nèi)呼顯示 L9Q0.5 二樓上行按鈕 K7I1.3 三樓內(nèi)呼顯示 L10Q0.6 二樓下行按鈕 K8I1.4 四樓內(nèi)呼顯示 L11Q0.7 電梯減速 電梯制動 開門 延時 關(guān)門 是否停止運行 關(guān)門 信號保持 樓層是否改變
39、樓層指示燈 樓層檢測 Y N Y Y N 14 三樓上行按鈕 K9I1.5 五樓內(nèi)呼顯示 L12Q1.0 三樓下行按鈕 K10I1.6 一樓上行顯示 L13Q1.1 四樓上行按鈕 K11I1.7 二樓上行顯示 L14Q1.2 四樓下行按鈕 K12I2.0 二樓下行顯示 L15Q1.3 五樓下行按鈕 K13I2.1 三樓上行顯示 L16Q1.4 手動開門 SQ6I2.2 三樓下行顯示 L17Q1.5 手動關(guān)門 SQ7I2.3 四樓上行顯示 L18Q1.6 開門限位 SQ8I2.4 四樓下行顯示 L19Q1.7 關(guān)門限位 SQ9I2.5 五樓下行顯示 L20Q2.0 門電機反轉(zhuǎn) KM3Q2.3 門
40、電機正轉(zhuǎn) KM4Q2.4 （1）輸入單元為： 門廳外按鈕與轎箱內(nèi)選層按鈕：負(fù)責(zé)對預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示； 開關(guān)門按鈕：控制轎門的開閉； 上下平層感應(yīng)器：用來保證電梯轎箱在各層?？繒r準(zhǔn)確平層； 各樓層位置開關(guān)：通過電梯觸碰個樓層位置開關(guān)來確定位置所在層信息， 信號輸入到 PLC，PLC 發(fā)出換速信號強迫電梯減速運行到平層位置； 門鎖裝置：當(dāng)電梯電機處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)狀態(tài)時為自動運行時開門按鈕失效； 開關(guān)門限位：負(fù)責(zé)表征開門到位及關(guān)門到位。 （2）輸出單元為： 樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、目前的方向及層樓指 示燈； 開關(guān)門接觸器，用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關(guān)閉，在自動定
41、向完 成或電梯平穩(wěn)?？亢螅琍LC 給出相關(guān)指令，完成開關(guān)門動作； 15 圖 3-4 電梯轎廂 3.53.5 PLCPLC I/OI/O 硬件連接圖硬件連接圖 根據(jù)上面 I/O 地址分配的分析和電梯的要求，本設(shè)計采用西門子公司的 PLC，型號為 CPU-314，輸入輸出節(jié)點各為 46 個。該 PLC 既能滿足輸入輸出節(jié) 點的需求，而且還留有一定的冗余量，為以后電梯系統(tǒng)的擴展提供方便，具體 的硬件連接圖如圖 3-5 所示。 16 圖 3-5 PLC I/O 硬件接線圖 17 4 4 電梯功能及模塊化程序說明電梯功能及模塊化程序說明 4.14.1 梯形圖的設(shè)計梯形圖的設(shè)計 梯形圖的設(shè)計可以分成幾個環(huán)
42、節(jié)進行，然后再將這些環(huán)節(jié)組合在一起形成 完整的梯形圖。 4.1.14.1.1 開關(guān)門環(huán)節(jié)開關(guān)門環(huán)節(jié) 電梯的開關(guān)門，存在以下幾種情況： （1）電梯自動運行停層時的開門。電梯在平層時至平層位置，門電機接通， 電梯應(yīng)開始開門。 （2）電梯關(guān)門過程中的重新開門。在電梯關(guān)門的過程中，若有人或物夾在 兩門的中間，需重新開門。目前大多數(shù)電梯采用光幕或機械安全觸板進行檢測， 自動發(fā)送重新開門信號，已達到重新開門的目的。 （3）電梯在靜止時，處于電梯內(nèi)部的乘客可以按手動開門按鈕實現(xiàn)開門操 作。 （4）呼梯開門。電梯到達某層站后，如果沒有人繼續(xù)使用電梯，電梯將停 靠在該層站待命，電梯將首先開門，以滿足用梯的要求。
43、若其他層站有人呼梯， 電梯將首先定向，并啟動運行，到達呼梯樓層時再開門，此時的開門按停層開 門處理。 18 （5）電梯停后的關(guān)門。此時電梯到達基站，乘客離開轎廂，電梯自動關(guān)門。 （6）電梯自動運行時的關(guān)門。停站時間繼電器延時結(jié)束時，電梯應(yīng)自動關(guān) 門。停站時間未到時，可通過關(guān)門按鈕實現(xiàn)提前關(guān)門。 19 4.1.24.1.2 層樓信號的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié)層樓信號的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié) 當(dāng)電梯位于某一層時，樓層位置開關(guān)產(chǎn)生樓層信號，以控制指層燈的狀態(tài)， 離開該層時，該樓層信號應(yīng)被新的樓層信號所取代。 20 4.1.34.1.3 停層信號的登記與消除環(huán)節(jié)停層信號的登記與消除環(huán)節(jié) 乘客通過對轎廂內(nèi)操作盤上 1-5
44、 層選層按鈕的操作，可以選擇欲去的樓層。 選層信號被登記后，選層按鈕下的指示燈亮。當(dāng)電梯到達所選的樓層后，停層 信號即被消除，指示燈也應(yīng)熄滅。 21 4.1.44.1.4 呼信號的登記與消除環(huán)節(jié)呼信號的登記與消除環(huán)節(jié) 乘客在廳門外呼梯時，呼梯信號應(yīng)被接收和記憶。當(dāng)電梯到達該層，且定 向方向與目的地方向一致時（基層和頂層除外） ，呼梯要求已滿足，呼梯信號應(yīng) 被消除。按下外呼按鈕時，相對應(yīng)的外呼輔助繼電器接通，外呼鈕下的指示燈 亮，表示呼梯要求已被電梯接收并記憶。該信號的消除環(huán)節(jié)是由當(dāng)層信號的動 斷觸點與運行方向的動斷并聯(lián)構(gòu)成的。這樣可以使電梯運行方向與呼梯目的方 向一致且到達呼梯樓層時，電梯將停
45、止，呼梯要求已滿足，呼梯信號被消除。 電梯的運行方向與呼梯目的方向相反時，呼梯要求沒有滿足，呼梯信號不能消 除。 22 4.1.54.1.5 電梯的定向環(huán)節(jié)電梯的定向環(huán)節(jié) 電梯上行： a.當(dāng)電梯停于 1 樓（1F）或 2F、3F、4F 時，5 樓呼叫或內(nèi)選 5 樓，則上行 到 5 樓碰到行程開關(guān)后停止。 b.電梯停于 1F 或 2F、3F，4F 呼叫或內(nèi)選 4 樓，則上行，碰到 4 樓行程開 關(guān)后停止。 c.電梯停于 1F、2F，3F 呼叫或內(nèi)選 3 樓，則上行，碰到 3 樓行程開關(guān)后停 止。 d.電梯停于 1F，2F 呼叫或內(nèi)選 2 樓，則上行碰到 2 樓行程開關(guān)后后停止。 電梯下行： a.
46、電梯停于 5 樓或 4 樓或 3 樓或 2 樓，1 樓呼叫或內(nèi)選 1 樓，電梯下行到 1 樓停止。 b.電梯停于 5 樓或 4 樓或 3 樓，2 樓呼叫或內(nèi)選 2 樓，電梯下行到 2 樓停 止。 c.電梯停于 5 樓或 4 樓，3 樓呼叫或內(nèi)選 3 樓，電梯下行到 3 樓停止。 d.電梯停于 5 樓，4 樓或內(nèi)選 4 樓呼叫，電梯下行到 4 樓停止。 23 24 25 結(jié)束語結(jié)束語 至此，整個設(shè)計系統(tǒng)的工作完成，最終達到了預(yù)想的設(shè)計要求。 本次畢業(yè)設(shè)計課題的內(nèi)容是 PLC 在電梯控制系統(tǒng)設(shè)計。電梯 PLC 控制系統(tǒng) 所涉及的面非常廣，使我原來的知識得到了鞏固和加深。同時，我又學(xué)到了很 多新的知
47、識，特別是電梯的基本結(jié)構(gòu)，基本，工作原理和控制系統(tǒng)。而且這是 一次難得的把所學(xué)的理論知識在實踐中加以運用的機會，使之更融會貫通，對 我日后的學(xué)習(xí)和工作都會有很大的幫助。 設(shè)計中遇到了不少困難，一個困難的解決，就是一次知識和經(jīng)驗積累的過 程，讓我明白了真正設(shè)計出成果的不易，更加認(rèn)識到知識的力量，讓我在以后 的工作和學(xué)習(xí)過程中可以時刻提醒自己。 通過完成此次課題，使我對電梯和 PLC 及電梯有了一些新的看法。電梯作 為當(dāng)今高層建筑中的交通工具，為了更好地滿足用戶的要求，方便人們.它將隨 之不斷改進，使之更加舒適、安全、可靠、方便。在舒適方面可以采用變頻調(diào) 速，讓人感覺猶如平地。從方便來看，可以用微
48、機智能控制，實現(xiàn)智能化。為 配合樓層的伸高，更要開發(fā)安全的高速電梯。 最后，要說明的是，電梯和 PLC 都是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng),由于對電梯運行 理解有所不同，也會有很多種控制方法，由于水平有限，這里只是做了其中之 一，肯定會有不足之處，而且 PLC 在電梯更多控制方面未能試驗。 26 致謝致謝 通過這次畢業(yè)設(shè)計，本人基本上掌握了電梯控制系統(tǒng)的基本思路和實施步 驟。在設(shè)計和論文寫作的整個過程中，我要特別感謝我的指導(dǎo)教師，老師每周 以來都給予了全面的指導(dǎo)和幫助，使我終于能完成這個對我來說很艱巨的任務(wù)。 導(dǎo)師的淵博知識、務(wù)真求實、勤奮嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范，認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，每 個星期的督促與指導(dǎo)、誨人不
49、倦的授業(yè)精神給我?guī)砹松羁痰挠∠蠛途薮蟮膸?助；在這次畢業(yè)設(shè)計中他讓我們學(xué)會了怎樣去獨立的思考和完成一項任務(wù)，以 及怎樣去面對和了解我所未知的東西，從何下手，怎樣解決，以及如何和同學(xué) 一起交流解決問題，利用團隊的力量，這些都使我受益終身。 在學(xué)習(xí)期間，得到學(xué)習(xí)很多老師的親切關(guān)懷和無私的幫助，使我在學(xué)習(xí)的 過程學(xué)到了許多做人的道理。在此向他們道聲：謝謝了！ 最后感謝其它做西門子編程的同學(xué)，謝謝他們平時對我的幫助。 27 參考文獻參考文獻 【1】 電氣控制與 PLC 應(yīng)用 （第二版） ，陳建明主編，電子工業(yè)出版社，2010 【2】 電氣控制與可編程控制器應(yīng)用 ，吳曉君、楊向明主編，中國建筑工業(yè)出
50、版社,2004 【3】 PLC 編程與應(yīng)用 ，何文雪、劉華波、吳賀榮編著，機械工業(yè)出版社， 2011 【4】 電梯控制技術(shù) ，葉安麗主編，機械工業(yè)出版社，2007 【6】 電梯電氣設(shè)計 ，劉劍、朱德文、梁質(zhì)林編著，中國電力出版社，2006 【7】 建筑設(shè)備 ，李祥平、閆増峰，中國建筑工業(yè)出版社，2008 【8】 電工電子技術(shù)，焦陽主編，電子工業(yè)出版社，2006 【9】 電機原理及拖動(第 2 版)，彭鴻才編著，機械工業(yè)出版社，2011 【10】【10】Richard DPetersGreen liftsJ.Elevator World1998 【11】【11】Siemens AG.Prod ave Operating Instructions,2004 28 附錄附錄 五層電梯的梯形圖 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
電梯控制系統(tǒng)設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計論文.doc
