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六层电梯的PLC控制系统设计-毕业论文

来源：化拓教育网

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六层电梯的PLC控制系统设计

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摘要

本文介绍一种电梯PLC控制系统.电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备，在人们生活中起着举足轻重的作用。它靠电力拖动一个可以载人或物的轿厢,在建筑物的井道内导轨上做垂直升降运动，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行。本系统主要由PLC、变频器、交流异步电动机、继电器、行程开关、按钮和发光指示器组成,采用以西门子公司的可编程控制器S7—200对电梯模型进行全过程控制。

如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的工具,而采用 PLC与变频器组成的变频调速电梯具有很好的控制效果，整个系统通过PLC、变频器对电梯的升降、加减速、平层、起动制动进行控制，其结构简单、运行效率高、平层准确。

关键词:PLC控制系统；电梯模型;旋转编码器；变频器

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Abstract

This text introduces the control system of a kind of elevator PLC。The elevator is perpendicular directional of the conveyance equipments be indispensable in the high building of transportation equipments，there is prominent function in the people’s life。It depends electric power， dragging along to move a car that can carry persons or things and lead a track in the building of the well way up do perpendicularity to ascend and descend sport, Request to attain the movement purpose of ”steady, quasi-, quick\" of elevator movement.This system is mainly composed of PLC, frequency converter ，asynchronous motor,relays,trip switch，button，and a light indicator, It controls the whole process on the elevator by the programmable controller S7-200 of SIEMENS company。

Now the elevator has become indispensable tool by which people go in and out the high-rise building，VVVF elevator composed by PLC and the transducer have good control effect，The entire system controls the elevator lift, acceleration and deceleration, leveling， start braking through the PLC and inverter。 The system has simple structure， high efficiency, accurate leveling.

Key Words:The PLC controls system ；Elevator model；Rotary encoder；Electric circuit transducer

III

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1 绪论 ...................................................................................................................................... 1

1.1电梯的概述 ................................................................................................................... 1

1。1。1电梯的分类 ................................................................................................... 1 1.1。2电梯的组成 ...................................................................................................... 2 1。1。3电梯的工作原理 ........................................................................................... 2 1。2 PLC控制电梯的优势 ................................................................................................ 3 1。3电梯的发展趋势 ........................................................................................................ 4 2 总体设计方案 ........................................................................................................................ 5

2.1 THBCDT-2型多层电梯实验模型 ............................................................................... 5

2.1.1 概述 .................................................................................................................... 5 2。1.2 技术性能 ......................................................................................................... 6 2.1.3 操作、使用说明 ................................................................................................ 6 2.2 控制要求 ...................................................................................................................... 7 2.3 电梯模型控制系统构成 .............................................................................................. 7 3 硬件系统的组成 .................................................................................................................. 9

3.1 可编程控制器简介 .................................................................................................... 9

3。1。1 PLC的结构及各部分的作用 ....................................................................... 9 3。1.2 PLC的工作原理 ............................................................................................ 11 3.1.3 PLC的程序编制 ............................................................................................... 11 3。1。4 PLC的输出方式 ......................................................................................... 13 3。2 PLC型号选择 ....................................................................................................... 14 3.3 变频器的概述 .......................................................................................................... 15

3。3.1 变频器的选择 ............................................................................................... 15 3。3。2 变频器的控制方式 .................................................................................... 17 3.3。3 变频器调速原理 ........................................................................................... 17 3.4 旋转编码器的测速原理 ............................................................................................ 18 3。5 系统安全设计 ......................................................................................................... 19 3.6 硬件外部接线图 ........................................................................................................ 21 4 软件设计 .............................................................................................................................. 23

4。1 流程图 ..................................................................................................................... 23 4.2 输入/输出（I/O）分配表 .......................................................................................... 24 4.3 电梯的运行流程 ........................................................................................................ 25 4.4电梯的控制要求 ......................................................................................................... 25 4。5 控制程序设计 ......................................................................................................... 26

4。5。1 开门、关门控制程序 ................................................................................ 26 4。5.2 呼梯信号的锁定与清除程序 ....................................................................... 30 4.5.3 平层判断控制程序 .......................................................................................... 32 4。5。4 电梯上下行指示 ........................................................................................ 33

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4.5.5 自动复位控制程序 .......................................................................................... 35 4。5.6 调试过程中遇到的问题与解决方案 ........................................................... 36

结论 ........................................................................................................................................ 37 致谢 ........................................................................................................................................ 38 参考文献 .................................................................................................................................. 39 附录 .......................................................................................................................................... 40

附录 A 英文原文 ............................................................................................................ 40 附录 B 汉语翻译 ............................................................................... 错误!未定义书签。附录 C 程序清单 ............................................................................................................ 49

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1 绪论

1。1电梯的概述

1.1。1电梯的分类

电梯主要就是利用轿厢在固定轨道中把乘客或者物品竖直的运送到一定位置的固定设备。通常来说无论它的驱动方式怎么样,我们都能把电梯作为建筑物内部垂直运输交通工具的总称.通过对建筑物的各类需要的考虑，从而设计出不同种类的电梯。目前电梯基本分类方法大致如下. 1.按用途分类

乘客电梯 ,载货电梯，客货电梯，病床电梯，住宅电梯，杂物电梯，汽车电梯，特种电梯,观光电梯。 2. 按驱动方式分类

交流电梯,直流电梯，液压电梯，齿轮齿条电梯，螺杆式电梯，直线电动机驱动的电梯。

3. 按速度分类

低速梯，中速梯，高速梯，超高速梯. 4。按电梯有无司机分类

有司机的电梯,无司机电梯，有/无司机电梯。 5. 按操纵控制方式分类

手柄开关操纵,按钮控制电梯，信号控制电梯，集选控制电梯，并联控制电梯，群控电梯，

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1。1.2电梯的组成 1。曳引系统

曳引系统主要的作用是使轿厢进行上下运行，为其提供动力。 2。导向系统

导向系统的主要的作用是为轿厢的运动指引方向，为轿厢的运行提供正确的线路. 3。轿厢

轿厢主要是运载乘客和货物的箱式设备，是电梯的主题部分. 4. 门系统

门系统的主要功能是作为轿厢的门使用，使轿厢内部封闭更加安全. 5. 重量平衡系统

重量平衡系统的主要功能是对所承载的人或货物进行测量，防止超过固定值。 6. 电力拖动系统

电力拖动系统的功能主要是拖动整个轿厢系统，把电梯的速度控制在一定范围内. 7。电气控制系统

电气控制系统的功能是对电梯的运行和各方面的步骤进行全面设计和控制。 8。安全保护系统

安全保护系统保证电梯安全使用，可以防止一切危及人身安全的事故发生. 1。1。3电梯的工作原理

电梯在工作时，电梯的曳引绳两边一头接轿厢的主体另一头接对重部分，把曳引轮和导向轮连接在一起，并缠绕起来，曳引电机运行后通过变频器变速以后再使曳引轮变速运行，然后通过曳引绳与曳引轮之前相互摩擦而产生出的牵引力做功来使轿厢和对重上升下降，以此可以把人或物品运送到指定位置.

把导靴放置在轿厢上沿着位于建筑墙体上的导轨重复的做上升下降运动，以防轿厢在运动的过程中发生偏斜或摆动的问题.在电动机运行时常闭块式制动器一旦出现松

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闸,可使电梯运行，如果在失电时下制动的情况发生的话，可能会使轿厢停止上升下降运行，并且在指定目标楼层上保持轿厢停止的状态,让里面的人或货物逃出。轿厢的作用就是把乘客或者其他载货物运送到指定位置的一个箱体，对重主要是用来平衡轿厢的载荷、减少电动机的功率。补偿装置的作用是对曳引绳运动时张力和重量的变化进行补偿，能够稳定曳引机的负载能力，也可以将轿厢安全的停止。电气控制系统实现了对电梯各方面的控制。指示呼叫系统可以把轿厢的运动方向和所在楼层的位置显示出来。安全装置的作用是使电梯在运行过程中得到安全的保障。

1.2 PLC控制电梯的优势

自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来,

电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。

早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其特点是：结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制，但是其采用固定接线，通用性和灵活性差；又采用触点的开关动作,工作频率低,触点易损坏，可靠性差。

在当今时代，人类的高科技技术以飞速的方式发展,我们的微电子技术、计算机技术和自动控制技术也有了非常好的前景,电梯现如今已经成为我们在生活中必不可少的一种运输工具。另外，现如今生活对电梯在运行的安全性、高效性、舒适性等要求不断的提高的同时，其各种技术也随之非常快速的提高，其中电梯的拖动技术已经逐步发展成了调频调压调速，电梯的逻辑控制能力现在已经由PLC逐步取代了过去的一些元件控制。

电梯控制要求介入的设备使用起来比较简单，对应用于系统组态的编程也要简单,具有人性化的人机界面，配备应用程序库后,加快了编程和调试的速度。通过PLC对于程序进行编辑，改善了电梯的控制能力，加强了电梯在运行中的安全性能。因此PLC在电梯的控制系统中的应用就非常广泛,并且非常具有实际价值[1］.

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1。3电梯的发展趋势

1969年，出现了可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）,其特点

是：具备逻辑控制、定时、计数等功能，编程语言采用直观的梯形图语言,软件更改方便,通用性和灵活性好.

可编程控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、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性能.因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,PLC(可编程控制器）在工业控制领域内得到十分广泛地应用.PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器,用来存储用户指令,通过数字或模拟的输入/输出口,完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。

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。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［1]。

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2 总体设计方案

依据实验室中的六层电梯装置模型，设计一个六层交流调速电梯控制系统,按照

电梯的一般控制原则编制相应的软件程序，绘制出相关图纸。利用实验室的现有设备进行系统的模拟实验.对毕业设计进行总结,并撰写毕业设计报告.

2。1 THBCDT—2型多层电梯实验模型

2.1.1 概述

THBCDT-2型群控多层电梯实训装置是依据国家数控及机电一体化教学要求而开发的，适合机械制造及自动化、机电一体化、自动化、电气工程等专业的相关课程开设实验课。可编程控制器可采用目前市面上比较流行的西门子PLC。该装置涵盖了PLC技术、变频调速技术、传感器应用技术、位置控制、复杂的开关量控制、时序逻辑控制有机结合成一体的教学仪器。适合用于大、中专院校、高职高专学校的学生PLC实验实训、毕业设计、课程设计、实习实验等。

1 组成与特点

(1）．多层电梯层数为六层，楼层号标为“-1、1～5”,高度188cm，实验装置结构和电气线路布线合理，做工精致，美观大方。

(2)．电梯模型的电气部分由永磁低速同步电动机、变频器、PLC、欧姆龙旋转编码器、语音到站钟等组成

（3)．机械部分有框架、导轨、轿厢、配重及电梯呼盒组成。

(4)．本实验装置提供实现现代化电梯控制各种功能的检测信号、控制执行机构和显示器件。检测信号分为外呼信号、内选信号、平层信号、位置检测信号、轿厢门开闭位置信号、轿厢门防夹人保护信号、上、下极限位保护信号等。电梯轿厢可上下运行,轿厢门具有开关和限位等保护功能。显示实现每个楼层的当前轿厢所处位置楼层显示、运行方向显示、外呼/内选信号的回应显示.

（5)．电梯的主拖动由变频器驱动同步电机实现，能够仿真实际电梯的运行速度。

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带有检测电梯位置的编码器能精确检测轿厢位置,从而控制电梯的加速、减速过程. （6)．检修、消防站,在电梯出现故障/测试电梯运行时，可在检修站操作电梯，控制电梯的运行方向，在安全时刻打开电梯门。消防:模拟练习在出现火灾等情况下，电梯的运行情况。

2 通过编程和操作，可实现如下实验功能

（1）.变频调速控制 (2）.传感器检测和调整 (3）。电机传动（4）.旋转编码器定位（5）.电梯控制系统的程序设计

(6）。变频调速、PLC编程、传感器调整等方面的综合训练（7）.电梯检修训练 (8)。电梯消防直驶

通过编程，使上述功能按一定顺序排列即可完成同实现生活中电梯同样的控制功能。

2。1.2 技术性能

1．输入电源:单相三线220V±10％ 50Hz

2．工作环境：温度—10℃～+40℃ 相对湿度＜85％（25℃) 海拔＜4000m 3．绝缘电阻:大于3MΩ

4．外形尺寸：80 cm×50 cm×188cm

2。1。3 操作、使用说明

1．使用时先将后下方电源线插在单相电源插座上，打开检修站内部的电源总开关。正常显示，各楼层显示00，变频器得电。

2．本实验装置上带有开关电源提供DC24V、DC5V，如显示不正常，请上电检查电源输出是否正常.

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3。用PC/PPI编程电缆连接PLC与计算机，打开PLC电源开关，PLC工作正常,方可对PLC进行下载程序等操作.

4．实验始终，装置上要保持整洁,不可随意放置杂物，以免影响电梯运行。 5．实验完毕，应及时关闭电源开关,并及时清理实验装置。 6．若发生不能上电，请检查空气开关边上保险丝是否完好.

7。若不能排除故障请联系售后服务,在无把握时请勿随意改动模型。

8．电梯上下运行极限需通过PLC编程控制，不可盲目编程让轿厢一直上行或一直下行,以免损坏硬件.在编程了解电梯运行情况时，应时刻注意轿厢的运行情况,禁止将电梯运行出限位开关以外的位置.

9。群控实验时，将其中一台电梯估为主站，下载主站程序，另一台做为从站，下载从站程序。用DP网线连接二台PLC的0号通讯口，进行PPI通讯。

2。2 控制要求

A。设计应符合国家的相关标准

B.设计控制系统应符合故障安全准则 C.电梯具有维修控制功能 D。应有楼层和方向数码显示 E。电梯的运行应符合方向优先等原则 F.应具有自动调整功能

2.3 电梯模型控制系统构成

六层电梯实际模型控制系统的硬件是由三相异步电动机、变频器、传感器、旋转编

码器等组成，其中PLC和变频器的型号分别是S7-200、MM420,其控制系统结构如图2.1所示.

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图2.1 电梯模型PLC控制系统框图

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3 硬件系统的组成

3。1 可编程控制器简介

可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC.但由于PC容易和个

人计算机（Personal Computer）混淆,故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。 3。1.1 PLC的结构及各部分的作用

PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如下图所示：

按钮可编程序控制器输输择开关选入出CPU 模模模块限位开关块块源电编程装置图3。1 PLC控制示意图

接触器电磁阀指示灯电源

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1。主机

主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理,即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作,将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器,主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果. 2．输入/输出（I/O）接口

I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标,通常小型机有几十个点,中型机有几百个点，大型机将超过千点. 3．电源

图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。 4．编程

编程是PLC利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监视PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的软件进行电脑编程和监控。 5．输入/输出扩展单元

I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起. 6.0 外部设备接口

此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。该设计选用的主机型号有西门子S7-200系列的CPU226（AC/DC/PL）.输入点数为24,输出点数为16［2]。

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3。1。2 PLC的工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束.然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口,进入程序执行阶段.

PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变.

刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作输出刷新阶段：当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出作[2]。

3。1.3 PLC的程序编制 1。编程元件

PLC是采用软件编制程序来实现控制要求。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等.

PLC内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线圈\"与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是PLC存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时,则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开.所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。

S7—200系列CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示

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表3。1 S7—200系列部分编程元件的编号范围与功能

元件名称输入寄存器输出寄存器位存储器

定时器

符号 I Q M 256(T0～t255)

编号范围 I0。1～I2。7共24点 Q0。0～Q1.7共16点 M0。0～M31。7

T0，T64

T1～T4,T65~T68 T5～T31，T69~T95 T32，T96

T37～T63,T101～T255

功能说明

接受外部输入设备的信号输出程序执行结果并驱动外部设备在程序内部使用，不能提供外部输出保持型通电延时1ms 保持型通电延时10ms 保持型通电延时100ms ON/OFF延时,1ms ON/OFF延时，100ms

加法计数器，触点在程序内部使用用来累计比CPU扫描速率更快的事件提供控制程序的逻辑分段数据处理用的数值存储元件使用临时的寄存器，作为暂时存储器 CPU与用户之间交换信息接受外部信号用来存放计算的中间值

T33～T36，T97～T100 ON/OFF延时,10ms C0~C255 HC0～HC5 S0.0~S31。7 VB0。0～VB5119.7 LB0.0~LB63.7 SM0.0～SM549.7 SM0。0～SM29。7 AC0～AC3

计数器高速计数器顺控继电器变量存储器局部存储器特殊存储器特殊存储器累加寄存器

C HC S V L SM SM（只读） AC

2。编程语言

所谓程序编制,就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言,将一个控制要求描述出来的过程.PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。（1)。梯形图(语言）

梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言.它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形,直观易懂。

梯形图中常用和图形符号分别表示PLC编程元件的动合和动断触点，用（）表示它们的线圈.梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。触点和线圈等组成的独立电路称为网络，用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号，允许以网络为单位给梯形图加注释。

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梯形图的设计应注意到以下三点:

①梯形图按从左到右、自上而下地顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈.

②梯形图中每个梯级流过的不是物理电流,而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 ③输入寄存器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入寄存器的触点，而不出现其线圈.输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出寄存器线圈得电时，就有信号输出,但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出寄存器的触点也可供内部编程使用。 (2）。指令语句表

指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言,它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的程序就是指令语句表。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成[3]。

3。1.4 PLC的输出方式

1.CPU226主机有二种不同的输出模式，一种为DC晶体管漏极输出结构，当对应的输出点使能时,此输出点与1M之间的电压等于1M与1L＋之间的电压，不使能时,输出端为高阻状态。在众多的工控设备厂家中，有不同的标准,比如西门子的PLC晶体管输出为高电平,三菱的PLC又是集电极输出结构.在本系统中使用的各种驱动器中，相当部分使用的是共阳极，低电平输入有效，为了使西门子的PLC也能驱动此类驱动器，我们在二者之间加装一块电平转换板，使PLC原本输出的高电平转换为集电极输出,使各驱动器得以识别。

2。另一种输出结构为继电器输出，同一组内的继电器的一端全部连在一起,作为1M,另一端为输出端。这种结构可使输出端应用在交直流电路均可。但用于脉冲量输出时，继电器就不能承受高速的开关吸合，这会大大减小使用寿命。

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3。2 PLC型号选择

PLC机型的选择基本原则是,在所有功能都能满足要求的前提下，选择最可靠、稳定，安全，维护使用比较方便的机型.

S7-200系列PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其中许多功能都能够达到大型PLC的水平，但是其价格确实十分便宜。S7-200系列PLC通过CPU模块进行区分一共能分成五种基本的规格的PLC.主要有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM。

表3.2 CPU各型号参数

型号电源/输入/输出类型 DC/DC/DC

主机 I/O 点数

CPU 221

AC/DC/继电器 DC/DC/DC

CPU 222

AC/DC/继电器 DC/DC/DC

CPU 224

AC/DC/继电器 AC/DC/继电器 DC/DC/DC

CPU 226

AC/DC/继电器 DC/DC/DC

CPU 226XM

AC/DC/继电器

6输入/4输出

8输入/6输出

14输入/10输出

24输入/16输出

S7—200 CPU 22X 的电源,对于每个型号，西门子厂家都提供24V DC和120V/240VAC两种电源供电的CPU类型。输出接口电路主要有三种类型，第一种也是较为常用的即交流继电器输出型，第二种是直流晶体管，第三种是晶闸管输出型。

本次设计根据具体情况，通过对输入\\输出点的估算以及对编程软件和机型的认识度,

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决定选用西门子的S7—200中的CPU226作为电梯的主要控制器。PLC是整个控制系统的核心部件,采用西门子S7-200系列可编程逻辑控制器，CPU226，它的运算能力以及通讯能力比其它PLC优越，可方便地进行数据处理和通讯。CPU226共有24个输入点、16个输出点。最多可以带7个扩展模块。

因为本次设计所用输入和输出点数超过CPU226的固有点数,所以根据本次设计的实际情况通过I/O接口模块来实现的.另外根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时应可以再增加10％～20％的备用量，可随时可以增加控制功能.根据估算这次设计的I/O点数大约为输入33点,输出32点。所以本次设计中IO扩展模块应采用EM223的模块。此型号数字量扩展既有输入点扩展也有输出点扩展。所以能满足本次设计的要求.本次设计选择其中的输入16点，输出16点的EM223模块。

3。3 变频器的概述

3。3.1 变频器的选择

西门子MM420系列变频器是用于控制三相交流电动机速度的变频系列。本系列有多种型号，从单相电源电压到三相电源电压，额定功率110W到11KW可供选用。

该变频器由微处理器控制并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件.因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的,因而降低了电动机运行时的噪声。

全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MM420具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MM420具有完善的控制功能在设置参数以后，他也可用于更高级的电动机控制系统,既可以用于单机驱动系统，也可以集成到自动化系统中。

选用的MM420额定参数为：电源电压：220V~230V 额定输出功率:0。75kW 额定输入电流:9.9A

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额定输出电流:3。9A 外形尺寸：A型

操作面板：基本操作板（BOP)

(1) 主要特点 ①易于安装与调试 ②牢固的EMC设计

③可由IT（中性点不接地)电源供电 ④对控制信号的响应是快速和可重复的

⑤参数设置的范围很广，确保可对广泛的应用的对象进行配置 ⑥电缆连接简单

⑦采用模块化设计,配置非常灵活

⑧脉宽调制的频率高,因而电动机运行的噪音低 ⑨详细的变频状态信息和信息集成功能 (2）性能特征

①磁通电流控制（FCC)，改善了动态响应和电动机的控制特性 ②快速电流限制（FCL)功能，实现了正常状态下的无跳闸运行 ③内置的直流注入制动 ④复合制动功能改善了制动特性

⑤加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能 ⑥具有比例,积分控制功能的闭环控制 ⑦多点V/F特性（3)保护特性 ①过压和欠压保护 ②变频器过热保护 ③接地故障保护 ④短路保护

⑤I2t电动机过热保护

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3.3。2 变频器的控制方式

变频器有多种控制方式，有操作面板控制，端子控制和通信控制。端子控制又分为开关量控制和模拟量控制。本次毕业设计采用的就是端子控制。

本次设计所用MM420变频器中UVW接电动机，有三个口接PLC的正转、急停和反转口,另外有RST接三相电源供电。 3.3.3 变频器调速原理

变频器顾名思义是把工频电通过既定好的变化转换成其它各种频率的交流电，这样就使电动机的运行方式处于改变速度的运行的状态。当今时代采用的变频器都流行VVVF变频方式，首先让工频交流电和整流器连接起来，通过它继而变为直流电源，之后把直流电源进行进一步的变换,转换后的频率可以进一步调节，同样转换后的电压也可以进一步地调节，将此信号传送至电动机。变频器的电路主要包括四个部分,具体的来说：第一部分即最先开始的是整流环节，第二部分为中间直流部分，紧随其后的是第三部分是逆变环节，最后的是第四部分为控制环节。变频器调速技术的作用机理是依赖电动机的转速与工作时的电源输入频率成正比的关系得到的即[4］： n = 60f（1-s）/p （3.1） n 表示电机转速

f 为电动机正常工作时电源的频率 s 为电动机的转差率

p 为电动机所固有的磁极对数

由式（3。1)可知，频率变化了转速也随之变化，这就是变频器调速的原理。

变频器的运行曲线依靠外部指令提供的速度指令和控制曲线形状和速度的变频器参数配合使用的,

首先设定好变频器的快速频率、中速频率、慢速频率，还要设置电机加速、减速时间，变频器的上限频率、下限频率等参数设定，这些参数通过对电梯模型进行系统调试后得出最后比较合理的参数值。得到的电梯运行的速度曲如图3.2所示

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图3。2 电梯调速图

3.4 旋转编码器的测速原理

旋转编码器与电动机相连，当电动机转动时，带动码盘旋转,便发出转速和转角信

号.旋转编码器可分为绝对式和相对式两种。绝对式编码器在码盘上分层刻上表示角度的二进制编码或循环码，通过接收器将数码送入计算机。绝对式编码器常用语检测转角，若需得到转速信号,必须对转角进行微分处理。增量式光电旋转编码器在码盘均匀的刻制一定数量的光栅，当电动机旋转时,码盘随着电动机一起转动。通过光栅的作用，持续不断地开放或封闭光路,因此,在接收装置的输出端便得到频率与转速成正比的方波脉冲序列，从而可以计算转速.增量式光电旋转编码器的关键技术在和主要技术难点都集中在光栅的制造上，因为光栅直接影响检测的精度、检测信号的可靠性以及抗冲击性。增量式光电旋转编码器的光栅一般有金属和玻璃两种。若用金属制造，则在转盘上开通光栅（孔)；若用玻璃制造，则在玻璃表面涂一层遮光膜，再加工形成透明线条.在槽数少的场合下（一般小于1000P/r），可以在金属圆盘使用冲压或腐蚀的方法开槽，当槽数较多时,腐蚀加工也是很困难的,光刻技术几乎成了唯一的手段。光电旋转编码器已成为检测旋转角度和线性位置最要的工具。随着工业自动化事业的发展，光电旋转编码器的应用领域将不断扩大.

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图3.3 增量式旋转编码器示意图

上述脉冲序列正确反映了转速的高低，但不能鉴别方向.为了获得转速的方向，可

增加一对发光接收装置，使两对发光和接收装置错开光栅节距的1/4，则两组脉冲序列A和B的相位相差90度。正转时A相超前B相；反转时B相超前A相。采用简单鉴相电路可以分辨转向。

图3.4 区分旋转方向的A、B两组脉冲序列

若码盘的光栅数为N，则转速分辨率为1/N，常用的旋转编码器光栅数1024、2048、4096等，再增加光栅数将大大增加旋转编码器的制作难度和成本。

3。5 系统安全设计

电梯运行的充分与必要条件就是电梯的各种安全保护必须可靠有效。这是为了保证电梯最安全，最可靠的运行.根据电梯安全标准的要求，不论何种电梯均要符合标准中的安全保护要求.现就一般电梯常用的且必不可少的安全保护环节简介如下。

（1)超速断绳保护

这一保护是很重要的，凡是在有可能使各类人员进入电梯轿厢内的电梯，必须设置

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这一保护，是极为重要的保护环节，绝不能等闲视之,但只有在不允许,也不能进入各类人员的小型杂物电梯上才可不设置这一保护环节。

(2）层门锁保护

电梯运行的三个充分与必要条件中之一是电梯必须关闭好门后方可运行。因此电梯门(包括轿厢门和各层楼的所有层门）必须闭锁；若没有闭锁好，是不允许电梯运行的!并且还要求不可能随意强制拨开各个层楼的层门.所以各楼层的层门必须要有机械和电气的联锁保护，即只有当各个层门确实关闭好后，机械的钩子锁锁紧后电气触点才能接通，这样电梯就可安全地运行.

由上述可知，层门闭锁保护是机械和电气不可分割的环节。因此在电梯安装竣工验收时必须提供某一类型的层门闭锁保护装置的型式试验报告和性能检测报告。

（3)电梯门的安全保护环节

这一保护环节主要是指在关门过程中防止夹伤乘客等人员的保护装置.一般有：安全触板，光电保护或电子光幕保护装置和关门力限制保护等。这些保护装置可任选一种或两种以上均可。

这些保护装置是在电梯关门过程中才起作用的。当有乘客或其他人员在电梯关门过程中碰撞（或接近)电梯门扇时使电梯门停止关闭，并立即开启，从而使乘客不致被门扇夹痛(伤）。

（4）上、下端站的强迫减速保护

为了防止电梯在两端站的永磁感应器或选层器触点等失效而产生不了减速信号所导致的快速冲顶或蹲底，根据电梯安全标准规定,必须在电梯井道内的两端设置强迫减速装置.

（6)上、下方向限位保护及终端保护

对于速度不大于lm／s的交流双速电梯，应另设置终端极限开关。当方向限位保护不起作用时，则最后通过碰铁使极限开关动作，切断电梯的动力电源，迫使电梯强行停止。

（7）缺相、错相保护

如当供给电梯用电的电网系统，由于检修人员检修时不慎而造成三相动力线的相序与原相序有所不同时，就可使电梯原定的运行方向变更为相反的方向，这样就会给电梯运行造成极大的危险性，带来不堪设想的后果。此外也为防止电梯曳引电动机（或原动机）在电源缺相情况下的不正常运转而导致烧损电动机现象的产生。因此要求在电梯控

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制系统中必须设置：缺相、错相的保护继电器.

当输入交流曳引电动机（或直流电梯中的交流原动机，或主变压器）接线端子前的任一部分（例如热保护继电器、接触器的主触头、熔断器、总电源开关等等)发生问题而导致的缺相，均应通过缺相、错相保护继电器的动作而切断控制电路中的安全保护回路。

现在,人们常将缺相和错相的两种保护作用合并在一个继电器内,这就是我们通常所称的缺相、错相保护继电器.

（8）电梯电气控制系统中的短路保护一般的电气设备均应有短路保护，在电梯的电气控制系统中也与其他电气设备一样，均用不同容量的熔断器进行短路保护。熔断器中的熔丝保护。

(9)曳引电动机（或直流电梯中的交流原动机或主变压器）的过载保护一般最常用的过载保护是热继电器保护，当电梯长期过载（即电动机中的电流大于额定电流)，热继电器中的双金属片经过一定时间（该时间将随电动机中电流大小而变化)后变形而断开串接在安全保护回路中的热继电器触点，从而切断全部控制电路，强令电梯停止运行，从而保护电动机(或主变压器)不因长期过载而烧损[6，7］.

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3.6 硬件外部接线图

图3。5 电梯控制系统外部接线图

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4 软件设计

4。1 流程图

图5.1 控制程序流程图

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4。2 输入/输出(I/O）分配表

表4。1 输入/输出分配表

高速计数输入A相高速计数输入B相轿厢安全开关五层外呼下四层外呼上四层外呼下三层外呼上三层外呼下二层外呼上二层外呼下一层外呼上一层外呼下底层外呼上下基准位限位下极限位限位检修开关手动开门按钮手动关门按钮手动上行按钮手动下行按钮紧急停车按钮消防

关门限位开关开门限位开关底层内呼按钮一层内呼按钮二层内呼按钮三层内呼按钮四层内呼按钮五层内呼按钮轿厢开门按钮轿厢关门按钮上基准位限位

I0。0 I0。1 I0。2 I0。3 I0.4 I0。5 I0。6 I0.7 I1。0 I1。1 I1。2 I1.3 I1.4 I1.5 I1。6 I1.7 I2。0 I2.1 I2。2 I2。3 I2。4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 I3。1 I3.2 I3。3 I3。4 I3.5 I3.6 I3.7 I4。0

DIN1(下行驱动） DIN2（电梯急停) DIN3（上行驱动) DIN4 NC

关门驱动开门驱动五层下指示四层上指示四层下指示三层上指示三层下指示二层上指示二层下指示一层上指示一层下指示底层向上指示显示驱动A 显示驱动B 显示驱动C 显示驱动D 电梯上行指示电梯下行指示底层内呼指示一层内呼指示二层内呼指示三层内呼指示四层内呼指示五层内呼指示叮咚电梯上行电梯下行

Q0。0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0。4 Q0。5 Q0。6 Q0。7 Q1。0 Q1.1 Q1.2 Q1。3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2。0 Q2。1 Q2.2 Q2。3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2。7 Q3.0 Q3。1 Q3.2 Q3。3 Q3.4 Q3.5 Q3。6 Q3。7

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4。3 电梯的运行流程

（1）电梯的初始状态。为了方便分析,假设电梯位于-1层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态： ①各层呼叫灯均不亮。

②电梯内部及外部各层显示器均为“ -1”。 ③电梯内部及外部各层电梯门均关。（2）电梯在运行过程中：

① 按下某层呼叫按钮（—1~6层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。 ② 电梯上行时，若呼叫层处于电梯当前运行之上目标运行层之下，则电梯在完成前一指令之前先上行至该层，完成改层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作.若呼叫层处于电梯当前层之下,则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。

③ 电梯下行时，若呼叫层处于电梯当前运行之下目标运行层之上，则电梯在完成前一指令之前先下行至该层,完成改层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作.若呼叫层处于电梯当前层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。

④各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。 ⑤运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开。 ⑥在电梯运行过程中支持其它呼叫。

(3）电梯运行后状态:在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。 ①电梯在到达指定楼层后,电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭。 ②各楼层显示值为该层所在位置,且上行下行指示灯均灭。

4.4电梯的控制要求

（1）接受每个按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。 (2）电梯停在某一层（例如3层）时，此时按动该层（3层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程;若此时电梯的轿厢不在该

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层（在其余6层)，则等到电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。（3）电梯运行的不换向原则是指优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反向运行的呼叫.例如现在电梯位置在2层和3层之间上行,此时出现了2层上呼叫、3层下呼叫和4层上呼叫,则电梯首先响应4层上呼叫，然后再依次响应3层下呼叫和2层上呼叫。

（4）电梯在每一层都有一个行程开关,当电梯碰到某层行程开关时，表示电梯已经到达该层。

（5)当按动某个呼叫按钮后，响应的指示等亮并保持,直到电梯响应该呼叫为止。（6)当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内部的关门按钮,则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。

（7）当电梯运行到某层后，相应的指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变［5]。

4。5 控制程序设计

4。5。1 开门、关门控制程序

电梯轿厢的开门、关门控制程序应遵循以下原则：

（1）不论是外呼梯信号还是内呼梯信号，只要电梯轿厢到达最低楼层或最高楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号.

（2)任一楼层的内呼梯信号为“ON”时,（如三层的内呼梯信号为“ON”），只要电梯轿厢到达该楼层,就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号.

(3）所有的与电梯轿厢运行方向同向的外呼梯信号为“ON\"时(例如,电梯轿厢向上运行，三层的向上呼梯信号为“ON”）,只要电梯轿厢到达该楼层,就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。

（4）所有的与电梯运行方向反方向的外呼梯信号为“ON\"时（例如，电梯轿厢向上运行，三层的向下呼梯信号为“ON“），只要其前方楼层没有任何内呼梯或外呼梯信号，那么电梯轿厢到达该楼层时就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。

如果电梯轿厢门在打开的过程中,有人按下了关门按钮，电梯轿厢门开门驱动器就应该

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释放。电梯轿厢的关门控制比较简单，当电梯轿厢内有人按下了关门按钮,或则电梯轿厢门打开一段时间后，电梯轿厢门就应该关闭。在电梯轿厢门关闭的过程中,如果有人按下了开门按钮，或则关门已经完成,又或者电梯轿厢门时安全的，电梯轿厢关门驱动器就应该释放.

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4.5.2 呼梯信号的锁定与清除程序

电梯控制中的呼梯信号包括外呼梯信号（在电梯轿厢外选择的请求上楼或下楼的信

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号）和内呼梯信号(乘客需要到达的楼层）。

内呼梯信号的锁定与清除比较简单.只要电梯轿厢不处于某一楼层，并且该楼层有内呼梯信号，那么该呼梯信号就需要被锁定.只要电梯到达对应的楼层，该呼梯信号就应当被响应。响应的标识是电梯到达该楼层时停止运行，打开轿厢门。

外呼梯信号的锁定与清除相对来说要复杂一点,只要某一楼层有外呼梯信号，那么该呼梯信号就需要被锁定。当电梯的运行方向与呼梯方向相同，那么就需要响应该呼梯信号；如果电梯的运行方向与呼梯方向相反，那么就需要等待电梯轿厢运行回来后,再响应

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该呼梯信号。电梯轿厢在运行过程中,如果有多个反方向的呼梯信号同时存在，例如,在电梯轿厢向上运行过程时同时存在有一层向下呼梯信号、二层向下呼梯信号、三层向下呼梯信号、四层向下呼梯信号,此时就要优先响应最远的反方向呼梯信号,即四层向下呼梯信号，然后电梯轿厢转为向下运行，依次响应其余的呼梯信号(此时，其余的呼梯信号已经变为同向呼梯信号。如果电梯轿厢在向上运行的过程中，达到某一层遇到反方向的呼梯信号,并且该楼层的前方再没有其他的任何呼梯信号时，那么就需要开门响应.

以上程序表示的就是电梯轿厢响应一层往下外呼信号的控制程序。当电梯轿厢往下运行，到达一层时就需要开门响应该呼梯信号；如果电梯轿厢往上运行，一层楼层前方再没有其他的任何呼梯信号，那么到达一层时就需要开门响应该呼梯信号.二层到五层的外呼梯信号的锁定与复位程序以此类推.

4。5。3 平层判断控制程序

平层判断控制程序主要是为了判断电梯轿厢目前是否处于平层。电梯轿厢运行的位置是用高速计数器的脉冲数来定位的,所以使用了高速计数器控制字。当电梯轿厢运行到下基准位置时,高速计数器的控制字首先被清零,然后高速计数器被启动。高速计数器的设定计数方式为双向、AB正交脉冲计数.

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以上程序是用来控制六层电梯的，所以使用了六条比较指令来判断电梯是否平层.平层控制是有一定的误差的，只要高速计数器经过值处于平层允许误差之内,就认为已经到达该楼层的平层位置,需要的时候可以停止电梯轿厢的运行,打开电梯轿厢开门。

4。5。4 电梯上下行指示

电梯轿厢的运行趋势确定后，只要有任何呼梯信号，电梯运行方向就应该显示出来，以提供给乘坐电梯的乘客。

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行.运行方向控制程序如下所示。

电梯的运行方向确定后,如果电梯轿厢门关闭，那么电梯轿厢就可以在井道里上下运

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电梯轿厢在井道里运行期间，上行如果碰到上基准限位开关，下行如果碰到下基准限位开关或下极限保护开关,或者电梯轿厢开门，均应该停止运行。

4.5。5 自动复位控制程序

当电梯在自动控制模式下由断电状态变为通电状态，或者由手动控制模式转为自动控制模式时，需要执行自动复位控制程序。这段程序的目的是使电梯恢复到初始状态，即电梯轿厢门关闭，电梯处于下基准位置。

复位控制的过程是用自动调整信号继电器来记忆复位过程。当电梯轿厢安全监测到轿厢门已经安全时,轿厢门可以关闭。

轿厢门的关闭限位开关监测到轿厢门关闭后，如果电梯轿厢不在下基准位置，电梯轿厢正转驱动器继电器将闭合，电梯轿厢下行，直到下基准位置时停止。到达下基准位置后,复位过程结束。

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4.5.6 调试过程中遇到的问题与解决方案

(1）、电梯运行到每一楼层停下时，电梯门打开一半就不能继续开门了，开门延时了很长一段时间都不能关门，得手动按下电梯的“关门按钮”电梯门才能关闭，继而才能继续运行，后来甚至到每一平层时电梯门都不能打开，得手动按下电梯的“关门按钮”电梯才能继续运行,刚开始还以为是程序编写有问题，不过检查了半天也没发现程序有啥毛病，运行时监控状态发现\"开门按钮“触点接通了,后来请教导师时导师说可能是开门按钮的保险丝烧了，所以门才开不了门，导师说保险丝得让厂家来维修，所以以后的调试实验轿厢到达每一平层时都得手动按下”关门按钮“电梯才能继续运行.

(2)、调试过程中，电梯上行到五层时所有的下呼信号都不响应了，开关门信号也不能响应，换句话说电梯运行到五层时就停止运行了，但是在其他的楼层时所有的呼叫信号都好使，后来用STEP_7-MicroWIN_V4_SP3 编程软件的“程序状态监控”功能发现电梯在五层时“五层平层信号”没有响应，原来是高速计数器的值没能大于“五层下平层”的值，初步判断“五层下平层”的值设置过高，后来发现是“楼层高度值”设置过高。于是参考PLC里面的原始程序，发现原始序里的“楼层高度值”为1470，而我所设置的高度是1525,当把楼层高度改为1470后电梯上行到五层就能运行了.

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结论

整个系统用PLC做为主控器件安全可靠,用变频器控制速度可以达到稳、准、快等控制要求。基本达到了设计的预定目的，利用可编程控制器（PLC）控制技术控制电梯，充分利用了现代电力电子技术、计算机原理和检测技术，达到了对电梯的可靠控制.通过参数设置和软件设计，提高了电梯运行的可靠性。采用PLC改造后的电梯结构紧凑、维修简单、故障率低。PLC与交流变频调速控制技术结合将提升电梯的的效率和舒适感，有利于电梯的节能。具有一定的经济效益和社会效益。

电梯的拖动控制正在由直流电机拖动逐渐向变频调速转变，由于时间有限对此没有做过多研究,这也是本文的一大不足.发现问题，面对问题,才有可能解决问题。希望以后有机会可以对电梯的拖动控制进行详细研究,对电梯的上下行速度进行控制，让电梯的运行更舒适、安全。

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致谢

本论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有导师的指引和帮助，没有父母和朋友的帮助和支持,我在大学的学术成长肯定会大打折扣。当我打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。我首先要感谢我的导师付丽君老师，对我的构思以及论文的内容不厌其烦的进行多次指导和悉心指点，付老师多次询问进程，并为我指点迷津,帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。付老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以文,而且教我做人，却给以终生受益无穷之道。对付老师的感激之情是无法用言语表达的,使我在完成论文的同时也深受启发和教育。感谢给我提出宝贵意见的各位同学，没有你们的意见我是不可能这么快就完成论文的。感谢每个专业课老师给我们传授各种知识我才有这个能力做这次的毕业论文。

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参考文献

[1］李晓霞.PLC在电梯控制系统的应用设计[J］. 数字技术与应用,2010：2—10 ［2］吴中俊,黄永红。可编程序控制器原理及运用。机械工业出版社,2009：36-55 [3］扬后川,张冬冬,组先锋。西门子S7—200PLC编程速学与快速应用。电子工业出版社， 2010：129—152

［4] 姚锡禄。变频器控制技术入门与应用实例.中国电力出版社,2009:53—60 ［5］常斗南.PLC运动控制实例及解析.机械工业出版社，2010：129-145 [6] 魏伟。PLC控制技术与应用[M].中国轻工业出版社,2010：35—50

［7］赵景波，李杰臣.西门子S7—200PLC实践与应用。机械工业出版社，2012：150

—175

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附录

附录 A 英文原文

Elevator System Based on PLC

John R。Hack Worth，Frederick D.Hack Worth，Jr

Composed by the order of relay control system is a realization of the first elevator control method. However, to enter the nineties， with the development of science and technology and the widespread application of computer technology, the safety of elevators， reliability of the increasingly high demand on the relay control weaknesses are becoming evident。

Elevator control system relays the failure rate high， greatly reduces the reliability and safety of elevators， and escalators stopped often to take with the staff about the inconvenience and fear。 And the event rather than taking the lift or squat at the end of the lift will not only cause damage to mechanical components, but also personal accident may occur. Programmable Logic Controller （PLC) is the first order logic control in accordance with the needs of developed specifically for industrial environment applications to operate the electronic digital computing device。 Given its advantages， at present, the relay control the lift has been gradually replaced by PLC control。 At the same time， AC variable frequency motor speed control technology, the way the lift drag speed has been a gradual transition from DC to AC frequency converter。 Thus， PLC control technology increases VVVF Elevator modern technology has become a hot industry. 1。 PLC elevator control advantages

(1） used in elevator control PLC， with software for automatic control of lift operation, reliability greatly increased。

(2） layer was removed and a majority of the relay， the control system structure is simple， to simplify the external circuit.

(3） PLC can be a variety of complex control system， easy to add or change control

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functions.

(4） PLC can be automated fault detection and alarm display to improve the operation of security and ease of maintenance。

(5） for the group control the allocation and management， and improve the efficiency of elevator operation。

（6) do not need to change the control scheme changes when the hardware connection. 2. VVVF elevator control characteristics

With the power electronics， microelectronics and computer technology to control the rapid development of technology, communication technology VVVF also a very rapid rate。 AC variable frequency motor speed control technology is the power to improve the process in order to improve product quality and improving the environment and promoting technological progress as a primary means。 Frequency of its excellent performance and the speed brake from a smooth performance， high efficiency, high power factor and power-saving effect of a broad scope of application and many other advantages of being at home and abroad recognized as the most promising approach speed Exchange characteristics of VVVF Elevator （1)low energy consumption

(2) low load circuit, the required emergency power supply device of small

In the acceleration stage, the required start-up current of less than 2.5 times the rated current. Peak starting current and time is short. Since the starting current is drastically reduced, so power consumption and power supply cable diameter can be reduced a lot. Required for emergency power supply devices are also relatively small size. （3） high reliability and long service life. （4） good comfort

Elevator operation is best to follow the speed curve of a given operation。 Their characteristics can be adapted to human feelings, and to ensure that noise operation， smooth brake

Ping layer and high precision （5） Stable noise-free

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（6) In the car， the engine room and adjacent areas to ensure that noise. Because their systems use a high clock frequency. Always produce a true sine wave power supply current yet。 Motor torque ripple does not appear。 Therefore， to eliminate vibration and noise. 3。 Elevator control technology

The so—called elevator control technology refers to the elevator drive system and electrical control system of automatic control。 70 as the 20th century in China's elevator was marked by the exchange of two-speed elevator. Its speed is used to change the elevator traction motor of the very few， two or multi—level approach to the number of windings， very few of them as high—speed winding of the winding, a very few number of windings as the low-speed winding。 Windings for high-speed elevator—speed start-up and running, low—speed windings for braking and the maintenance of elevators。

The early 80s， VVVF inverter controlled variable lift system available。 It uses AC motor drives， are able to reach the level of DC motor, control the speed of the current has reached 6 m / sec. Its small size, light weight, high efficiency, energy saving, including the past almost all the advantages of the lift. Is the latest elevator drive system.

Operation in vertical lift, there is also the starting point of the terminus station。 For more than three-story elevator buildings， the starting point of the terminal stations and stops between the had not， the starting point for these stations at the first floor of the terminal located at the highest floor. Starting point in the first floor of the station known as base stations, known as the starting point at both ends of the terminal stations and stations at both ends of intermediate stops between stations。

Outside the station has a call box， box set are used by staff for elevator call button or touch the call button， the general ends of the lift stations in the call box on the Settings button or touch of a button。 Middle layer of the station set up the call box button or touch button 2。 No drivers for the control of elevators， at various stations are set up calls me on a button or touch button. Elevator car and the internal settings （except for debris elevator) to manipulate me. Control box switch on the handle or set up stations and the corresponding layer of buttons or touch-button control box on the touch—control button or command button or touch the city button。 Outside the command button or touch-button issue as the signal outside the command signal, within the command button or touch-button issue within the signal as a

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command signal. 80 In the mid—20th century, the touch button has been replaced by micro-button。

As the elevator call box outside the base station， in addition to set up a call button or touch button, but also set a key switch in order to work the elevator clearance. Drivers or management staff to open the elevator to the base station can wriggle through a dedicated key to the key switch。 Close the elevator in place to automatically cut off the elevator control power supply or power supply。 4. PLC Control Elevator Design

With the continuous development of urban construction， the increasing high—rise buildings, elevators and life in the national economy has a broad application。 Elevator high—rise buildings as a means of transport in the vertical run of daily life has been inextricably linked with people。 In fact the lift is based on external call control signals， as well as the laws of their own， such as running, and the call is random, the lift is actually a man—machine interactive control system, simple to use control or logic control order can not meet the control requirements， and therefore , elevator control system uses a random control logic. Elevator control is currently generally used in two ways， first， the use of computer as a signal control unit, the completion of the lift signal acquisition, operation and function of the set， to achieve the lift and set the automatic scheduling function to run the election， drag the control from inverter to complete; the second control mode with programmable logic controller (PLC) to replace the computer control signal sets the election。 From the control and performance， these two types of methods and there is no significant difference. Most of the domestic manufacturers to choose the second approach， because the smaller scale of production, their design and manufacture of high cost of computer control devices； and PLC high reliability, convenient and flexible program design, anti—interference ability, stable and reliable operation of the characteristics of Therefore， the elevator control system is now widely used to realize programmable controller. 5。 Elevator control system characteristics

Operation of the lift curve is above the start to run comfort indicators lift the key features， and comfort are directly related with the acceleration, according to control theory， for a certain amount of change according to the law must be directly controlled, for elevator

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control system, according to the ideal acceleration curve acceleration feedback to be used, in accordance with the motor torque equation： M-MZ = ΔM = J (dn / dt）， can be seen reflected in the rate of change of acceleration of the system of dynamic torque changes on the control system to control the acceleration of the dynamic torque ΔM = M—MZ。 Therefore, during this time to control the use of the principle of acceleration, when the start rate of increase in steady-state value above 90%, the acceleration control system by the switch to speed control， as in paragraph steady speed， speed control for the constant fluctuations in the smaller, little change in acceleration， speed and the use of closed—loop control can maintain a steady—state speed accuracy and precision for the braking section to create the conditions ping layer。 Is rising at a rate in the system， and although the above-speed PI regulator used to control, but two of the PI parameters are different in order to improve the system dynamic response indicators. The brake in the system, that is, to reduce the speed of control necessary to ensure the comfort, but also strictly in accordance with the operation of the lift of the relationship between speed and distance control to ensure the accuracy of flat layers. To the speed in the system before 120r/min， in order to take into account both be taken to control the acceleration of time—based and at the same time in each braking distance based on actual speed and speed deviations from the theory to fix the acceleration curve of a given method。 For example， from a flat layer at the distance L, the speed should be reduced to Vm / s， while the actual high speed V'm / s, is illustrated by the increase in the braking torque is not enough here， therefore to calculate value determined by the speed-ag after it combined with a negative deviation of ε， even here the value given by the speed of amended - (ag + ε） so that a given rate of deceleration and the actual increase of negative bias, which increases braking torque big, so fast down to the standard value， when the motor speed 120r/min down after the car at this time only a dozen or so cm layer anomaly, low speed lift, in order to prevent yet floor parking area on the phenomenon in order to enable faster access to the lift to floor area ratio adjustment used in this paragraph and the use of optimal control of time in order to ensure accurate and timely access to elevator floor area， in order to achieve accurate and reliable level layer。

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附录 B 汉语翻译

PLC控制下的电梯系统

约翰 R Hack Worth，弗雷德里克 D Hack Worth,Jr

由继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。

电梯继电器控制系统故障率高,大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底,不但会造成电梯机械部件损坏,还可能出现人身事故。

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。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式己逐渐被PLC控制所代替。同时,由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点. 1. 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. 2.电梯变频调速控制的特点

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随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式

交流变频调速电梯的特点 ⑴ 能源消耗低

⑵ 电路负载低，所需紧急供电装置小

在加速阶段，所需起动电流小于2。5倍的额定电流。且起动电流峰值时间短.由于起动电流大幅度减小，故功耗和供电缆线直径可减小很多。所需的紧急供电装置的尺寸也比较小。

⑶ 可靠性高，使用寿命长。 ⑷ 舒适感好

电梯运行是跟随最佳给定的速度曲线运行的。其特性可适应人体感受,并保证运行噪声小,制动平稳

⑸ 平层精度高 ⑹ 运行平稳无噪声

在轿厢内,机房内及邻近区域确保噪声小.因为其系统中采用了高时钟频率。始终产生一个不失真的正弦波供电电流。电动机不会出现转距脉动。因此，消除了振动和噪声. 3。电梯控制技术

所谓电梯控制技术是指电梯的传动系统及操纵系统的电气自动控制。作为我国20世纪70年代电梯的主要标志是交流双速电梯。其调速方法是采用改变电梯牵引电动机的极对数，两种或两种不同级对数的绕组，其中极数少的绕组称为高速绕组,极数多的绕组称为低速绕组.高速绕组用于电梯的起动及稳速运行，低速绕组用于制动及电梯的维修。

80年代初，VVVF变频变压系统控制的电梯问世。它采用交流电动机驱动，却可以达到直流电动机的水平，目前控制速度已达6米/秒。它的体积小，重量轻,效率高,节省能源等几乎包括了以往电梯的所有优点。是目前最新的电梯拖动系统。

电梯在垂直运行过程中，有起点站也有终点站。对于三层楼以上的建筑物的电梯，起点站和终点站之间还没有停靠站，起点站设在一楼,终点站设在最高楼.设在一楼的起

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点站称为基站,起点站和终点站称为两端站，两端站之间称为中间站。

各站厅外设有召唤箱,箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或触钮，一般电梯在两端站的召唤箱上各设置一只按钮或触钮。中间层站的召唤箱各设置两只按钮或触钮.对于无司机控制的电梯，在各层站的召唤箱上均设置一只按钮或触钮。而电梯的轿厢内部设置有（杂物电梯除外)操纵箱。操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮，操纵箱上的按钮或触钮城内指令按钮或触钮。外指令按钮或触钮发出的电信号称为外指令信号,内指令按钮或触钮发出的电信号成为内指令信号。20世纪80年代中期后，触钮已被微动按钮所取代。

作为电梯基站的厅外召唤箱，除设置一只召唤按钮或触钮外，还设置一只钥匙开关,以便下班关电梯时。司机或管理人员把电梯开到基站后,可以通过专用钥匙扭动该钥匙开关。把电梯的厅门关闭妥当后，自动切断电梯控制电源或动力电源。 4。 PLC控制电梯的设计

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多,电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制.目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制.从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高,程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现. 5。电梯控制系统特性

在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节，而舒适感又与加速度直接相关，根据控制理论，要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制，对于电梯控制系统来说,要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈，根据电动机的力矩方程式:M—MZ=ΔM=J（dn/dt)，可见加速度的变化率反映了系统动态转距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距ΔM=M—MZ。故在此段采用加速度的时间控制原则，当启动上升段速度达到稳态值的90%时，将系统由加速度控制切换到速度控制，因为在

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稳速段,速度为恒值控制波动较小，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度，为制动段的精确平层创造条件.在系统的速度上升段和稳速段虽都采用PI调节器控制，但两段的PI参数是不同的，以提高系统的动态响应指标。在系统的制动段,即要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制,以保证平层的精度。在系统的转速降至120r/min之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控制为主,同时根据在每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法.例如在距离平层点的某一距离L处，速度应降为Vm/s，而实际转速高为V′m/s，则说明所加的制动转距不够，因此计算出此处的给定减速度值-ag后，使其再加上一个负偏差ε,即使此处的减速度给定值修正为-（ag+ε）使给定减速度与实际速度负偏差加大，从而加大了制动转距,使速度很快降到标准值，当电动机的转速降到120r/min以后，此时轿厢距平层只有十几厘米,电梯的运行速度很低,为防止未到平层区就停车的现象出现，以使电梯能较快地进入平层区，在此段采用比例调节，并采用时间优化控制,以保证电梯准确及时地进入平层区，以达到准确可靠平层。

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附录 C 程序清单

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六层电梯的PLC控制系统设计-毕业论文