双座四层电梯PLC联动电气控制系统设计（11级机电5班）

柳州职业技术学院

毕业设计（论文）

题目: 双座四层电梯PLC联动电气控制系统设计

姓名 陆** 学号 20110103*** 专业 机电一体化技术 年级 2011级 指导教师 邓其* 完成时间 2013-11-26 柳州职业技术学院毕业设计（论文）

任 务 书

机电工程 系（部） 机电一体化技术 专业 5 班 学生 学号 20110103 一、毕业设计（论文）题目：双座四层电梯PLC联动电气控制系统设计

二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：2013年9 月26日起至2013年 11 月 26日 止

三、毕业设计（论文）进行地点： 柳州职业技术学院

四、任务书的内容：

目的：毕业设计是实现高职高专工科学生培养目标的重要的实践性、综合性教学环节。它是对学生

所学知识的综合训练，也是对知识转化为能力的实际测试；对进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力；对培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力；全面提高毕业生的素质，使之能较快地适应工程实践的需要起着极其重要的作用。

任务：

设计技术要求：

（1）设计某一4层双座电梯电气控制系统，有检修和自动两种控制方式，具备快捷工作流程，符合宾馆客梯使用。

（2）设计电梯主电路和控制电路，具有适合实际操作的楼层控制和显示单元，绘制完整的电路图。 （3）电梯由变频器和小型PLC联合控制，具有无级调速功能，编写完整的PLC控制程序，做好变频器功能设置说明。

（4）要有必要的短路、过载、连锁保护。 （5）撰写设计论文，装订成册。

工作日程安排：

9月26日-10月7日：下达毕业设计任务书， 分组明确设计课题，收集参考资料。 10月7日10月14日：编制设计方案。 10月14日-10月20日：方案设计。 10月21日-11月10日：实施设计任务。

11月10日-11月15日：整理并撰写毕业设计说明书,完成初稿工作。 11月15日-11月22日：修改设计说明书，完成定稿工作。 11月22日-11月24日：交毕业设计,经过审查后准备答辩。

11月24日-11月26日：毕业设计（论文）审阅评分并进行答辩。 11月30日： 将毕业设计归档、清点、装订、装袋后上交归档。

设计（论文）要求：

1、根据所选的课题，要求学生独立完成设计工作，训练学生运用所学专业知识解决工程实际问题的能力。

2、要求学生在通读教材、理解和掌握所学基础知识和基本方法的基础上,查阅相关参考书,吃透每一个知识点,结合内容进行实例分析。

3、要求学生对基本概念要做到深刻理解,对基本原理要弄清弄懂,对基本方法要熟练掌握,通过工程知识和工程技能的综合训练,以达到提高分析问题、解决问题的能力。

4、通过毕业设计，提高学生科研和实际技能水平，提高识图、制图、查阅技术手册，正确运算、文字表达能力和组织管理的能力。

5、培养学生独立工作的能力，进一步巩固和扩展专业知识，提高自学能力和工作适应能力。 6、培养学生严谨求实，理论联系实际的工作作风和严肃认真的科学态度。

学生开始执行任务书日期： 2013 年 9 月 26日 指导教师签名：

年 月 日

学生送交毕业设计（论文）日期：2013年 11 月 26日 教研室主任签名： 年 月 日

学生签名： 2013 年 11 月 26 日

目 录

摘 要 ...................................................... 1 引 言 ...................................................... 2 第 1 章 绪 论 ............................................. 4 1.1 课题研究的背景 .......................................... 4 1.2 课题研究的意义 .......................................... 5 1.3 课题的提出 .............................................. 6 第2章 器件的选择 ............................................ 9 2.1 PLC的选择 .............................................. 9 2.1.1 PLC介绍 ........................................... 9 2.1.2 工作原理 .......................................... 11 2.2系统结构 ............................................... 13 2.2.1变频调速系统的分析及选择 .......................... 15 第3章 双电梯控制系统的设计 ................................. 18 3.1电梯简介 ............................................... 18 3.1.1 电梯的定义 ........................................ 18 3.1.2 电梯的组成及功能 .................................. 18 3.2 电梯的原理 ............................................. 19 3.2.1 电梯的结构原理 .................................... 19 3.3 电梯的工作方式 ......................................... 20 3.4 电梯的PLC控制系统的功能分析 ........................... 21 3.5 双电梯的控制功能 ....................................... 21

3.5.1 双电梯控制简介 .................................... 21 3.5.2 双电梯的控制功能 .................................. 22 第4 章 系统软件设计 ......................................... 25 4.1 控制系统的软件设计 ..................................... 25 4.2程序框图 ............................................... 28 4.3 PLC编程 ............................................... 30 4.3.1 电梯升降模块 ...................................... 31 4.3.2 二楼电梯上升、下降梯形图 .......................... 31 4.3.3 二楼向下指示灯 .................................... 31 4.3.4 一楼、四楼指示灯梯形图 ............................ 32 4.3.5 一楼内呼灯 ........................................ 33 4.3.6 轿内指令控制梯形图 ................................ 33 4.3.7 门厅召唤控制梯形图 ................................ 34 结 论 ..................................................... 36 致 谢 ..................................................... 37 参考文献 .................................................... 38

摘 要

电梯在现代文明社会中扮演着重要的角色，电梯技术的发展很大程度 上与社会的进步息息相关，代表着社会的繁荣程度。随着现代高层建筑的不断发展，高层建筑内电梯的数量也在增加，单电梯的控制技术已不能适应这种情况，如何有效的对电梯进行控制，避免重复召唤也显得日益重要。

本文首先叙述在当代社会中电梯的重要性，对电梯进行并联控制的重要性及必要性，然后我查阅相关西门子公司的S7-200CN系列PLC，通过比较选用226型CPU，并使用EM223扩展模块进行扩展。随后了解了电梯的系统结构及其各部分的运行原理。用一台PLC控制两台四层电梯的双电梯联动控制系统具有传统电梯所不具备的巨大优越性，本文设计利用PLC设计双电梯联动控制系统。该控制系统采用可编程控制器作为控制器，并使用基于“最少等待时间” 的并联调度规则来运行2台电梯。本论文给出了PLC控制系统的基本结构，控制原理和实现方法的细节。同时给出了系统I/O分配表及关键模块的梯形图。其运行结果表明，它极大地增强了电梯运行的效率，减少了重复召唤的浪费。

关 键 词

双电梯 PLC 梯形图

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引 言

随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，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。

电梯就是用于高层建筑物中的固定式升降运输设备，它有一个装载乘客的轿厢，沿着垂直或倾斜角度小于15°的导轨在各楼层间运行，是垂直运行的电梯(通常也简称为电梯)、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。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。有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现代城市才得以长高。据估计，截至2002年，全球在用电梯约635万台，其中垂直电梯约610万台，自动扶梯和自动人行道约25万台。电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们对现代建筑交通日益增长的需求。

然而，近年来随着建筑业的蓬勃发展，高层建筑和智能化建筑的不断涌现，人们对电梯提出了越来越高的要求，单台电梯往往不能满足建筑物内的交通需要，这时候就需要合理安装多台电梯来缓解电梯运行的压力，因此电梯群控系统(elevator group control system)应运而生。与此同时，随着自动化技术的快速发展，也极大地促进了电梯控制技术的进步, 大量先进的控制技术应用于电梯群控系统, 使得电梯群控系统的控制特性得到

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很大的改善。针对目前这一现状，本论文以两台四层电梯为设计对象，对电梯的群控问题进行了较为深入的分析研究，提出了一些自己的认识和看法，设计出了一套双电梯PLC联动控制系统。

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第 1 章 绪 论

1.1 课题研究的背景

在很久以前，人们就会运用一些原始的升降工具来运送人和货物，这些升降工具的驱动力一般是人力或畜力。到19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。1845年，第一台液压驱动升降机研制成功，液压驱动的介质是水。尽管升降机被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而真正被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第一台安全升降机的诞生。

1852年，美国纽约杨克斯的机械工程师奥的斯先生发明了世界第一台安全升降机。1857年3月23日，奥的斯公司在纽约为一座专营法国瓷器和玻璃器皿的商店安装了世界第一台客运升降机。1862年，奥的斯公司采用单独蒸汽机控制的升降机问世。1878年奥的斯公司在纽约百老汇大街155号安装了第一台水压式乘客升降机，这是以直流电动机为动力的世界第一台电力驱动升降机，从此诞生了名副其实的电梯。

自从电梯系统提出15-20年，它已经逐步演变成如今高科技的现代化设施。两个现代化项目的主要问题通常是：现有设备的可靠性已达到不可接受的程度，不能满足乘客的流量，因此也增加了旧体制的交通处理能力。

2003年2月19日国务院颁布了《特种设备安全监察条例》，明确规定电梯是特种设备，并对电梯的含义做了叙述：“电梯，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者固定线路运行的梯级（踏板）进行升降或者平行运送人、货物的机电设备”。这种对电梯的论述，被称作广义电梯概念，既包括上下运送人、货物的升降式电梯，也包括用于水平或倾斜输送乘客的自动人行道和自动扶梯。

而随着现代建筑技术的不断突飞猛进，高层和超高层建筑如雨后春笋一般。在这些高层、大规模建筑中为满足乘客流量过多的需要一般都安装了多部电梯。传统的电梯电器控制系统是一个继电器控制系统。它有诸多缺点，例如：电路复杂，故障率高和可靠性较差；以及极大的影响了电梯的运行质量。在这种情况下，有必要采用电梯群控系统

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对建筑物内的多部电梯进行管理调度，协调各电梯的运行，提高电梯的服务质量和运

行效率。因此，研究和制造智能化、高效的电梯群控系统能满足规模越来越庞大的现代建筑群的需要，具有极其重要的现实意义，备受工业界的关注。

另外电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。在传统的电气控制系统中

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采用的继电器逻辑控制，由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等诸多缺点，正逐渐被淘汰。目前的电梯设计中一般使用可编程控制器(PLC)，它具有功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低等优点。同时维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后．控制系统即进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数．判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。这些优点使得PLC控制的电梯系统成为现在的主流。

1.2 课题研究的意义

1967年晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯出现。1983年，变压变频（VVVF）控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和功能等特点迅速成为电梯的主流产品[6]。1984年在日本已将其用于2m/s以上的高速电梯。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的当代技术。

在我国，老的直流电梯已被淘汰，交流双速梯、ACVV交流调速梯逐渐被VVVF交流变频变压调速电梯所取代，控制系统已在大量采用PLC和微电脑控制技术，最高梯速已达到4m/s。

当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高速电梯的主流。

电梯的控制系统经历了继电器控制、可编程序控制（PLC）、单片微机控制、多微机控制多种形式。继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式，具有控制逻辑线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往会接触不良，所以电梯故障高，同时众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大，这些都成为继电器控制的巨大缺点。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制方式发生了巨大的变化，因为微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器，整个系统也变得更加可靠，灵活性更加提高，功能极大地增强了。但由于微机的集成度高，功能项目固化，所以一般的维修人员及工程人员修改或增加不了其功能。如果要修改或增加其功能就要找回生厂家或用专用的工具，及其的麻烦，限制了电梯控制系统的可调性。可编程序控制器取代继电器构成

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的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小，最主要的是可编程序控制系统的\可编程\功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，对于安装和维修人员非常方便。而PLC的编程语言虽然不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点，一般的维修及工程人员都能掌握,PLC电梯控制系统比较适用于小高层的楼房。

PLC（Programmable Logical Controller）全称可编程逻辑控制器，凭借其良好的可操作性，自诞生起就始终处于工业自动化领域的主战场，为各类工业设备提供非常可靠的控制手段。目前，PLC与DCS、工业PC并列成为现代工业自动化的三大支柱。

电梯群控系统是现代化电梯技术的重要组成部分。它不但有完善的分区服务、运行监控、客流交通统计分析等功能，还具备故障诊断功能。

本文借鉴了现有的电梯群控算法，通过实验验证和改进，使用西门子公司的PLC构建了双电梯联动控制系统，实现了电梯的合理调度。

1.3 课题的提出

可编程控制器(PLC)是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点，具有良好的操作性与可调节性，使用PLC进行电梯的电气控制是必然的趋势。

安全和门锁回路轿内指令和厅外按钮信号井道信号门区、门锁信号PLC可编程控制器楼层显示器中间继电器、接触器轿内指令和厅外按钮信号变频驱动装置速度反馈信号拽引马达 图1-1 控制方框图

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电梯质量的好坏,在很大程度上是取决于控制系统的质量，所以控制系统的选择尤为重要。电梯的控制系统主要采用以下三种控制方式:一是继电器控制系统；二是PLC控制系统；三是微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高,控制方式不灵活及功率消耗大等缺点,目前已逐渐被人们所淘汰。而微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能,但也存在一定的不足之处,即抗干扰性差,系统设计较为复杂,导致一般的维修人员难以掌握其维修技术,这些因素使得微机控制系统应用的广泛性受到严重制约。而PLC控制系统由于其运行可靠、使用及维修方便、抗干扰性强等优越性,成为当前在电梯控制系中使用的主流控制方式。

当今PLC在电梯中的应用已经很成熟,如图1-1是PLC应用于电梯控制的控制框图。图中以PLC作为主控制器，一方面采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面又把采集到的信号进行计算和处理并给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器等，这些信号传输给变频器，继而变频器驱动拽引电机以控制电梯的运行。

我们利用PLC内的条件跳转和主控制指令，把对电梯的控制程序划分为几个不同程序段：检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段（如图1-2所示）。当给电梯送电时，PLC立即就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是否接通、厅门轿门是否关闭、继而判断电梯处在何种状态。在正常自动状态下，PLC检测门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时，则进入待机状态，此时若收到指令信号则电梯即起动。当电梯到达减速楼层时，PLC通过比较楼层的基数脉冲和换速点脉冲是否相等来判断电梯的下一步动作，相等时给出电梯减速信号,电梯减速运行；否则电梯继续运行，电梯间试运行时需要判断电梯是否到达平层区，若到达平层区，则给出平层开门信号，否则电梯继续减速。

我们平时乘坐电梯除了要操作开关门按钮外，还要给出要去的目的层指令，PLC通过楼层感应器判断电梯现在所在的楼层继而确定运行方向，然后起动运行。

根据查阅资料了解到的当今电梯控制系统和电梯拖动系统的发展趋势以及掌握的知识，本次设计将采用西门子S7-200 PLC，结合安川VS-616G5通用变频器，实现两台 电梯的联动控制系统。

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开始安全回路是否接通是司机专用电梯现在处于检修何种状态自动给出指令信号关门门锁是否接通否是电梯运行是否到达减速否点是电梯减速是否到达平层否区是给出平层开门信号返回图1-2运行流程图

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第2章 器件的选择

2.1 PLC的选择

2.1.1 PLC介绍

1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求，这揭开了可编程控制器的发展篇章。1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP—14 ，随后在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段进行了电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称为Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

起初它仅是具有逻辑运算、定时、计数等简单功能，用于开关量的控制，实际上只能进行逻辑运算，所以被称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。在20世纪80年代后期，以微处理器构成的微机取得了飞速发展，使得可编程逻辑控制器在概念、设计、性能上都有了新的突破。这种控制器的功能不再局限于当初的逻辑运算，增加了数值运算、模拟量的处理、通信等功能，成为真正意义上的可编程控制器（Programmable Controller）,简称PC。但为了与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，可编程控制器仍简称为PLC。

随着可编程控制器的不断发展，其定义也在不断变化。最终国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：

“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器，它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作、并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计”。

实际上，由于可编程控制技术的迅猛发展，许多新产品的功能已超出上述定义。 从硬件来看，PLC主要由CPU，存储器，I/O接口，电源，编程器等构成。

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图2-1 PLC硬件的基本结构

（1）CPU板

CPU板是PLC的核心部件，它由微处理器CPU、存储器（ROM、RAM）、并行接口（PIO）、串行接口（SIO）及时钟控制电路等组成。CPU板是PLC的运算、控制中心，用以实现各种逻辑运算、算术运算及对整机进行管理控制；PLC内部携有程序存储器和数据存储器（ROM，RAM），分别用于存储系统程序和用户程序，并生成用户环境；并行接口和串行接口主要用于CUP与各接口电路之间的信息交换。时钟及控制电路用于产生脉冲及各种控制信号。

（2）输入/输出电路

通常有两种形式的输入电路；直流输入和交流输入电路。输入电路的作用是接收来自现场输入设备的控制信号，再经光电耦合器隔离后转换成PLC内部的标准电平信号，最后由CPU读入并送至输入映象寄存器中，供程序执行使用。

输出电路的作用是将PLC的输出控制信号送给外部输出设备，通过输出设备控制被控制对象工作。输出电路有三种形式：一种是继电器形式，它是通过控制继电器的线圈利用其触点的通断来控制输出设备，实现电气隔离；另一种是晶体管输出型，它通过光电耦合器控制输出开关晶体管通断，进而控制输出设备；第三种是可控硅输出型，通过触发可控硅的通断来实现对外部输出设备的控制。

（3）存储器扩展接口

存储器扩展接口用于连接用户程序存储器及数据存储器的扩展卡盒。一般扩展卡盒有三种：一种是COMS开型ROM卡盒，它需要用锂电池后备，以防止断电时程序及数据

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丢失；另一种是EPROM卡盒，这种卡盒需要用专门的写入器将调试好的用户程序或数据写入EPROM中，擦写时需要用紫外线擦除器；第三种是EEPROM卡盒，是电可擦除存储器，它的写入和擦写只需专用编程器。

（4）I/O扩展接口

I/O扩展接口与CPU之间是以总线方式连接的，因此它可以连接开总量的I/O扩展单元及扩展块，使I/O点数规模在配置更加灵活。同时也可以配接如模拟量、高速脉冲等单元及通信适配器等特殊功能模块，使PLC的功能大大增强。

（5）编程器及其接口

编程器用于程序以及数据的输入、编辑、调试和检测。当PLC正常运转时，一般不需要编程器，因此编程器被设计为独立的部件。为了能对PLC进行编程及调试，在PLC上设有一个专门的编程接口，通过这个接口可以连接各种形式的编程器。编程器的种类很多，常见的有便携式手持编程器、专用智能编程器，通过计算机和专用接口实现对PLC的编程。

（6）电源

一般PLC使用220V的交流电源，通过电源部件将交流电转换成供PLC的中央处理器，存储器等电子电路工作所需的直流电，使PLC能正常工作。

鉴于电梯控制输入输出口数量较多的问题，本次采用EM223型数字扩展模块进行扩展。

2.1.2 工作原理

PLC是以微机为核心的电子部件，可以将它看作是一个由各种继电器、定时器、计数器及状态器组成的组合体。PLC的输入继电器，由外部开关通过输入端来驱动；PLC内的输出继电器，带有无数内触点和外部输出触点。此外，PLC还有如定时器、计数器、状态寄存器等“软”元件，这些元件都带有动作线圈和很多电子常开、常闭触点，可以在PLC内自由选择使用。

PLC控制系统主要由三部分组成：输入部分、控制部分、输出部分。

输入部分由用户的输入设备如按开关、操作开关、限位开关及传感器等组成。它们直接与PLC的输入端子相连接，用以产生输入信号，这些信号或来自电梯轿厢操纵控制板，或来自电梯井道。

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控制部分是根据被控对象的实际控制要求编制用户的控制程序，并将编制好的程序通过编程器输入PLC内的用户程序存储器中，CPU反复扫描、执行用户程序，并产生各种输出控制信号，通过用户程序来实现PLC的控制功能。

输出部分主要由用户输出设备如接触器、继电器等组成，它们直接和PLC的输出端子相连，用来控制被控制的对象动作。

PLC的工作过程实质上就是执行用户程序的过程。当PLC运行时，CPU按照分时操作原理每个周期执行一次操作，由于CPU的运算处理速度很快，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的，这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。

PLC的工作过程分为输入处理、程序执行及输出处理三个阶段。 （1）输入处理

PLC以重复扫描的方式执行用户程序。在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态（输入信号）读入输入映像寄存器中，然后开始执行程序。在执行过程中，即使是输入状态发生了变化，但输入映象寄存器中的内容不变，直到完成一个扫描周期的输入处理才重新读输入状态。

（2）程序执行

在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序。每执行一条程序所需要的信息都是从输入映象寄存器和其他软元件映象寄存器中读出并参与运算，然后将执行结果写入有关的软元件映象寄存器中，因此各软元件映象寄储器中的内容随着程序的执行而不断的变化。

（3）输出处理

当全部的指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送到输出锁存寄存器中，成为PLC的实际输出并由输出端子送出给执行器。

SIMATIC PLC是德国西门子公司在1995年推出的性能价格比比较高的PLC系统。其中，微型的有SIMATIC S7-200系列，中小型的有SIMATIC S7-300CN，中高档性能的有S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都具有模块化、无排风扇结构和易于用户掌握等优点，使得S7系列的PLC成为各种从小规模到中大规模应用的首选产品。

S7-200CN可编程控制器是德国西门子公司研制的新型可编程控制器。它工作可靠、功能强大、存储容量大、编程方便，输出端可直接驱动2A的继电器或接触器的线圈，抗干扰能力强。因此，能够满足电梯对电气控制系统的要求。S7-200系列小型PLC(Micro

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PLC)可应用于各种自动化系统。紧凑的结构、低廉的成本以及功能强大的指令集使得S7-200 PLC成为各种小型控制任务的理想解决方案。利用西门子S7-200可编程序控制器编写两个四层电梯的控制系统。分别完成轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。具有AS-Interface总线功能的西门子S7-200CN PLC性能较好，功能强大，支持三角函数、开方、对数运算等功能；可在线编辑和监视;通过调制解调器支持远程监控；可以故障诊断，执行单次扫描，强制输出；还可以编辑变量状态表，使用多个可同时打开的窗口可同时显示信号状态和状态表。所以基于S7-200CN PLC的电梯控制系统是一个网络化、智能化、性价比极高的控制系统。

STEP 7-Micro／WIN 32是S7-200系列PLC的编程软件。可以对S7-200所有的功能进行编程。该软件简单且易学。其基本功能是协助用户完成应用软件任务。例如创建用户程序，在修改和编辑过程中编辑器具有简单语法的检查功能。还可以用软件直接设置PLC的工作方式、参数和运行监控。

同时SIMATIC系列PLC S7-200体积小巧，功能全面，适应中小型机器设备的控制。适用于各种场合中检测、监测及控制的自动化，应用领域极为广泛，具有较高性价比，在可靠性、操作便捷性、实时特性、通讯联网能力、功能低成本扩展、内置集成等方面均有出色表现。

所以在本次的设计中，选择西门子S7-200PLC进行电梯控制的设计。

2.2系统结构

本系统是由PLC、变频器、控制箱、显示器、曳引电动机等组成的交流变频调速系统(Variable Voltage Variable Frequency，简称VVVF)。通过一台PLC 去控制两台电梯运行的方式，可以省去两台可编程控制器之间的相互通信,从而使得控制系统的可靠性更高,结构显得更加简单。系统的硬件框图如图2-2所示。

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呼梯信号平层信号楼层信号呼梯信号门电机一号拽引机PLC二号拽引机一号变频器电源二号变频器 图2-2 PLC双电梯联动控制系统硬件框图

图2-2中可以看出，该系统主要由两个部分组成，其中电梯控制的逻辑部分由PLC来实现。通过分析研究电梯的实际运行情况和控制规律，从而设计开发出一套双电梯联动控制程序，使得两台电梯的运行操作能够用一台PLC控制。电梯的调速部分则选用高性能的矢量控制变频器，配以脉冲发生器(编码器)测量鼠笼式曳引电动机的转速，从而构成电机的闭环矢量控制系统，实现鼠笼式曳引电动机的交流变频调速(Variable Voltage Variable Frequency，简称VVVF)运行。

首先，PLC接收来自电梯的呼梯信号、平层信号，然后根据这些输入信号的状态，通过其内部一系列的复杂控制程序，对各种信号的逻辑关系进行有序地处理，最后向直流门控电机、变频器和各类显示器适时地发出开关量控制信号，对两台电梯实施联控。在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随机性控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强，所以逻辑关系处理起来非常复杂，这就给PLC的编程带来很大难度。某种意义上来说，PLC编程水平的高低就决定整个系统运行质量的好坏。因此，PLC应用在电梯控制中的编程技术就成为控制电梯运行的关键技术。

在PLC向变频器发出开关量控制信号的同时，为了满足电梯的要求，变频器又需要通过与鼠笼式曳引电动机同轴连接的脉冲发生器和PG卡, 对电动机完成速度检测及反馈,形成闭环矢量控制系统系统。脉冲发生器输出A、B两相脉冲，PG卡接收到脉冲信号

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以后，再将此反馈给变频器内部,以便进行运算调节。根据A、B脉冲的相序,可判断出电动机的转动方向,并可以根据A、B脉冲的频率测得电动机的转速（如图2-3）。由于本设计选用的是通用型变频器，因此其参数设置和外部线路设计的复杂程度要远远地高于电梯专用变频器，其设置的好坏也将直接影响到电梯运行的实际效果。

呼叫信号位置信号楼层显示呼叫显示PLC门电机PG拽引机变频器电源 图2-3 闭环矢量控制框图

2.2.1变频调速系统的分析及选择

80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大的进展过程。目前从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，几乎都可采用交流调速传动。因此可以说在电气调速传动领域内，以变频器应用技术为代表的交流调速传动已经成为电气调速传动的主流。电梯调速除了要求一般工业控制的静态、动态性能外，舒适度是一项重要指标。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感；另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当大的比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素，通过对各主要生产厂家的产品的性能指标与价格比分析，选用日本安川公司的变频器。

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带PG(脉冲发生器)矢量控制方式的调速范围宽广，速度控制精度高，可以用于各种伺服驱动、高精度速度控制和力矩控制。但是带有PG矢量控制功能的变频器的价格相当高，基于性价比方面因素的考虑，本次电梯调速控制的设计选用的是VS-616G5 型通用变频器, 选择有PG矢量控制作为曳引鼠笼式电动机的控制方式。

VS-616G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。这种变频器不仅考虑了u/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。VS-616G5变频器的特点如下:

(1) 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化； (2) 有丰富的内藏与选择功能；

(3) 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小； (4) 保护功能完善、维修性能好； (5) 通过LCD操作装置，可提高操作性能。

为了使变频器工作在最佳状态，在完成参数设置后，需使变频器对所驱动的电动机进行自学习，而616G5就具有曳引机参数自学习的功能，其方法是:将曳引机制动轮与电机轴脱离，使电动机处于空载状态，然后启动电动机，让变频器自动识别并存储电动机有关参数，变频器将根据识别到的结果调整控制算法中的有关参数。显然，这一组自学习到的参数，是和变频器匹配的最佳参数，使变频器能对该电动机进行最佳控制。

参数 A1-02

B1-01 B1-02 B1-03 B1-04 B2-01 B2-04 C1-03 C1-04 C2-01 C2-02 C2-03 C2-04 C5-01

表2-4 安川616G5变频器主要参数设置表

名称

控制方式选择 频率指令选择 运行指令选择 停止方法选择 反转禁止选择 零速电平选择 停止时直流制动时间

加速时间 减速时间

加速开始时S型曲线时间 加速完了时S型曲线时间 减速开始时S型曲线时间 减速完了时S型曲线时间

ASR比例增益

设定值 3 1 1 0 0 0.1Hz 1.0S 3.0S 3.0S 0.6S 0.6S 0.6S 0.6S 5

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C5-02 E1-01 E1-04 E1-05 E1-06 E1-09 E2-01 E2-02 E2-03 E2-04 F1-01 F1-02 F1-03 F1-04 F1-05

ASR积分时间 输入电压设置 最高输出频率 最大电压 额定电压频率 最低输出频率电压 电机额定电流 电机额定滑差 电机空载电流 电机极数 PG常数

PG断线时检测时的动作选择

超速时的动作选择 超度偏差过大时的动作选择

PG分频比 1s 380 50 380 50 0

按电机铭牌设置 按电机铭牌设置 按电机铭牌设置 按电机铭牌设置 根据旋转编码器铭牌设置

0 0 0

根据电机极数设置

PLC通过向安川616G5变频器发出电梯上行输出和电梯下行输出信号，从而控制曳引电动机的转动方向，决定电梯的上/下行运动；PLC通过向安川616G5变频器发出电梯高速运行和电梯低速运行信号，从而间接控制曳引电动机的转动速度，决定电梯的高速/低速运动。电动机通过脉冲发生器(编码器)和PG卡将速度信号及时反馈给安川变频器，

短路保护

RST

接触器触点

过载保护 安川616G5变频器

U V W M 3 ~ 12V 12

3PG卡

4 5

6

PG-B2

0V A相脉冲 B相脉冲 脉冲发生器 电梯上行输出 电梯下行输出

1 2

PLC 电梯高速运行 3

电梯低速运行 4 COM 11

图2-5 变频器拖动部分线路图

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第3章 双电梯控制系统的设计

3.1电梯简介

3.1.1 电梯的定义

一般来说比较常见的电梯的定义：一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。

3.1.2 电梯的组成及功能

现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置(如限速器、安全钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。电梯的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。

曳引系统:曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成,曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。

导向系统:导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。

轿厢:轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。

门系统：门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。

重量平衡系统：系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。

电力拖动系统：电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。

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电气控制系统：电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。

安全保护系统：保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。

3.2 电梯的原理

3.2.1 电梯的结构原理

电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构。

（1）拽引系统

电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。

（2）导向系统

导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，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，是轿厢和层门的动力源。

（4）轿厢

轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。

（5）重量平衡系统

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重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。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。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。 （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，它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。

（7）电气控制系统

电梯的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。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。

所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。

（8）安全保护系统

安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：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，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。

3.3 电梯的工作方式

曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载

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荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。

3.4 电梯的PLC控制系统的功能分析

整个升降电梯控制系统的组成由核心控制元件PLC、电机马达开关、开关、按钮、指示灯、和外部光电传感器等元部件组成。其中由面板旋钮开关或带锁的钥匙旋钮开关选择整个系统的工作状态，通过状态安全继电器的得电或失电来区分自动运行和手动运行的输出电源的通和断。这样就使得系统只有在自动运行状态下时PLC的输出端子才有输出电压，当系统在手动运行状态下时，PLC输出端子上无输出电压。马达开关作用为当系统指令电机以工频方式工作时，起到保护电机的作用。人机界面能够方便操作人员对设备进行操作和监控，实时显示设备工作状态。指示灯向PLC传输外部状态信号，指示电梯的工作状态。自动化控制系统中的安全部分的紧急停止按钮拥有最高的设备输出中止权，即无论在手动还是自动状态下，只要紧停按钮被按下，设备都会立即停止任何动作。电梯井除了在高处和低处安装了感应电梯吊篮位置的光电传感器，还在井架极限高位和极限低位安装了机械式的行程限位开关，确保电梯轿厢不发生冲顶和撞底事故。

3.5 双电梯的控制功能

3.5.1 双电梯控制简介

当在建筑物内设置多台并列的独自操作的电梯时，由于人们往往会同时按下几台电梯的层站呼梯按钮，使得几台电梯的轿厢去应答同一呼梯信号，降低电梯工作效率。而且在频繁的需求下会造成轿厢聚集现象。因此，安装在一起的多台电梯要求单台电梯的控制系统相互联动，且有自动监控系统。于是出现了用集选控制方式控制的并列两台电梯的联动控制方式。电梯的群控制系统的结构框图如图3-2。

图3-2中，交通数据管理主要完成多种交通数据的采集，如外部呼梯信号，内部指令信号等；层站召唤分配则根据一定的评价函数完成对外部呼梯申请信号的电梯调度选

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择；任务处理及通信、数据管理部分主要完成上层模块与下层电梯之间的信息交换。整个系统检验每部电梯响应外部呼梯申请信号的可信度，然后选派可信度最大的电梯来响应该外部呼梯信号。

电梯交通数据管理层次召唤分配任务处理及通信、数据管理电梯1电梯2 图3-2 电梯的群控制系统的结构框图

3.5.2 双电梯的控制功能

所谓群控电梯就是指多台电梯集中排列，共用厅外召唤按钮，按规定程序集中调度和控制的电梯。群控电梯除了具有单梯控制功能外，还具有下列功能：

最大最小功能：指定1台电梯应召时，使待梯时间最小，并预测可能的最大等候时间，可均衡待梯时间，防止乘客长时间等候。

优先调度：在待梯时间不超过规定值时，对某楼层的厅召唤，由已接受该层内指令的电梯应召。

区域优先控制：当出现一连串召唤时，区域优先控制系统首先检出“长时间等候”的召唤信号，然后检查这些召唤附近是否有电梯。如果有，则由附近电梯应召，否则按“最大最小”原则控制。

特别层楼集中控制：包括： (1)将餐厅、表演厅等存入系统；

(2)根据轿厢负载情况和召唤频度确定是否拥挤； (3)在拥挤时，调派2台电梯专职为这些楼层服务；

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(4)拥挤时不取消这些层楼的召唤； (5)拥挤时自动延长开门时间；

(6)拥挤恢复后，转由“最大最小”原则控制。

满载报告：统计召唤情况和负载情况，用以预测满载，避免已派往某一层的电梯在中途又换派1台。本功能只对同向信号起作用

。已起动电梯优先：本来对某一层的召唤，按应召时间最短原则应由停层待命的电梯负责。但此时系统先判断若不起动停层待命电梯，而由其它电梯应召时乘客待梯时间是否过长。如果不过长，就由其它电梯应召，而不起动待命电梯。

“长时间等候”召唤控制：若按“最大最小”原则控制时出现了乘客长时间等候情况，则转入“长时间等候”召唤控制，另派1台电梯前往应召。

高峰服务：当交通偏向上高峰或下高峰时，电梯自动加强需求较大一方的服务。 独立运行：按下轿内独立运行开关，该电梯即从群控系统中脱离出来，此时只有轿内按钮指令起作用。

分散备用控制：大楼内根据电梯数量，设低、中、高基站，供无用电梯停靠。 主层停靠：在闲散时间，保证1台电梯停在主层。

几种运行模式：

(1)低峰模式：交通疏落时进入低峰模式。

(2)常规模式：电梯按“心理性等候时间”或“最大最小”原则运行。 (3)上行高峰：早上高峰时间，所有电梯均驶向主层，避免拥挤。 (4)午间服务：加强餐厅层服务。

(5)下行高峰：晚间高峰期间，加强拥挤层服务。

节能运行：当交通需求量不大时，系统又查出候梯时间低于预定值时，即表明服务已超过需求。则将闲置电梯停止运行，关闭点灯和风扇；或实行限速运行，进入节能运行状态。如果需求量增大，则又陆续起动电梯。

近距避让：当两轿厢在同一井道的一定距离内，以高速接近时会产生气流噪声，此时通过检测，使电梯彼此保持一定的最低限度距离。

即时预报功能：按下厅召唤按钮，立即预报哪台电梯将先到达，到达时再报一次。 监视面板：在控制室装上监视面板，可通过灯光指示监视多台电梯运行情况，还可以选择最优运行方式。

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群控备用电源运行：开启备用电源时，全部电梯依次返回指定层。然后使限定数量的电梯用备用电源继续运行。

群控消防运行：按下消防开关，全部电梯驶向应急层，使乘客逃离大楼。不受控电梯处理：如果某一电梯失灵，则将原先的指定召唤转为其它电梯应召。

故障备份：当群控管理系统发生故障时，可执行简单的群控功能。

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第4 章 系统软件设计

4.1 控制系统的软件设计

电梯逻辑控制系统的控制核心是PLC，由于PLC的品种、型号、规格、功能各不相同，需综合多种因素考虑，来选择PLC。哪些信号需要输入至PLC，PLC需要驱动哪些负载,以及采用何种编程方式，都是需要认真考虑的问题，都会影响到其内部I/O点数的分配。因此，I/O点数的确定,是设计整个PLC电梯控制系统首先需要解决的问题,决定着系统硬件部分的设计，也是系统软件编写的前提。

表4-1 I/O地址及分配

(a) 输入点分配

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

22 23 24

用途 门厅1楼上呼按钮 门厅2楼上呼按钮 门厅2楼下呼按钮 门厅3楼上呼按钮 门厅3楼下呼按钮 门厅4楼下呼按钮 1#1楼内呼按钮 1#2楼内呼按钮 1#3楼内呼按钮 1#4楼内呼按钮 1#1楼感应器 1#2楼感应器 1#3楼感应器 1#4楼感应器 1#上平层感应器 1#下平层感应器 1#开门按钮 1#关门按钮 1#开门到位 1#关门到位 1#红外感应器 1#上行限位 1#下行限位 电梯使用开关

输入点 序号 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

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

用途 2#1楼内呼按钮 2#2楼内呼按钮 2#3楼内呼按钮 2#4楼内呼按钮 2#1楼感应器 2#2楼感应器 2#3楼感应器 2#4楼感应器 2#上平层感应器 2#下平层感应器 2#开门按钮 2#关门按钮 2#开门到位 2#关门到位 2#红外感应器 2#上行限位 2#下行限位 检修按钮

输入点 I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 I4.0 I4.1 I4.2 I4.3 I4.4 I4.5 I4.6 I4.7 I5.0 I5.1

本系统是为一幢4层大楼所设计,根据PLC 的I/O节点使用原则,应留出一定的I/O

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点以做扩展时使用。系统中实际需要输入点41点,输出点36点,因此我们选用西门子S7-200 PLC，其中CPU的型号选为CPU226，其输入输出点数为24/16，不能满足要求，所以在使用数字量扩展模块EM223。I/O地址分配表如表4-1所示。

续表4-1 I/O地址及分配

（b）输出点分配 序号 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

用途 门厅1楼上呼灯 门厅2楼上呼灯 门厅2楼下呼灯 门厅3楼上呼灯 门厅3楼下呼灯 门厅4楼下呼灯 1#1楼内呼灯 1#2楼内呼灯 1#3楼内呼灯 1#4楼内呼灯 1#BCD码低位 1#BCD码中位 1#BCD码高位 1#上行指示灯 1#下行指示灯 1#上行输出 1#下行输出 1#开门输出 1#关门输出 1#高速运行

输出点 序号 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

62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77

用途 1#低速运行 2#1楼内呼灯 2#2楼内呼灯 2#3楼内呼灯 2#4楼内呼灯 2#BCD码低位 2#BCD码中位 2#BCD码高位 2#上行指示灯 2#下行指示灯 2#上行输出 2#下行输出 2#开门输出 2#关门输出 2#高速运行 2#低速运行

输出点 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7 Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.3

根据I/O分配表中的情况，利用Protel软件画出PLC的外部接线图，如图4-2所示

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图4-2 PLC外部接线图

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续图4-2 PLC外部接线图

4.2程序框图

硬件系统设计完成以后，为了实现优化控制，还需要用西门子STEP 7.0专业编程软件对双电梯联动控制程序进行设计。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，因此在双电梯联动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。

PLC的梯形图按照其功能分成以下几个模块:呼叫信号登记模块、楼层显示模块、上行程序模块、下行程序模块、换速程序模块、开关门程序模块和故障处理模块。

根据电梯的运行规律,设置了有/无司机、检修、优先服务、消防等四种工作方式。其编制的程序主要遵循以下控制规律:

两台电梯都遵守集选规则，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。

除此以外，电梯并联运行还遵循的相应的调度原则：正常情况下，当电梯使用以后，二号电梯作为忙梯会首先自动上升至第三层待命，一号电梯则作为基站电梯在第一层楼

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待命。当某层站有门厅呼叫信号时，则“忙梯”立即启动并定向运行去接该层站的乘客。

上电信号Y到底层Y忙梯停用否N忙梯坏否N升至四层Y基梯停用否N基梯坏否N基层Y到底层Y关门待命关门待命N轿内有呼叫信号否轿内有下行信号否Y忙梯应答有上行信号否YYY下方再有信号否N上方有信号否NYN到顶层否Y换相到基站否YN到基站否Y换相N基梯上行有下行信号否Y基梯下行YNY基梯应答N轿内有上行信号否Y忙梯应答Y上方再有信号否N下方有向下呼叫否N下方有向上信号否N到指定层Y到指定层到指定层到指定层N到顶层否Y换相忙梯、基梯转换

图4-3 PLC程序流程框图

当两台电梯因轿厢内指令而到达基站后关门待命时，则应按照有效利用的原则，执行相互交替程序段。原先充当忙梯的电梯现在即作为基站电梯来使用，而原先作为基站电梯使用的电梯此时即成为忙梯。不论是一号电梯还是二号电梯均停留在最后停靠的层站待命。

当忙梯正在上行时，若其上方出现任何方向的门厅呼叫信号或是其下方出现向下的门厅呼叫信号，则均由忙梯在一周行程中去完成，而基站电梯不予应答运行。但是，若在忙梯的下方出现向上的门厅呼叫信号，则由基站电梯来应答信号而发车运行接客。

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当忙梯正在下行时，若其下方出现任何方向的门厅呼叫信号，则均由忙梯在一周行程中去完成，而基站电梯不予应答运行。但是，若在忙梯的上方出现任何向上或是向下的门厅呼叫信号，则由基站电梯来应答信号而发车运行接客。

当其中一台电梯由于故障而停止运行，另一台电梯则自动承担全部的运行任务，遵循单台电梯的运行规则。

无论是作为一号电梯还是二号电梯,由于轿内呼叫信号而使电梯定向的,电梯都必须启动运行。电梯停用以后，不论当前处在哪一层，都会自动下降至底层[19]。

PLC程序流程框图如图4-3所示。

4.3 PLC编程

(a) 电梯上升梯形图

(b) 电梯下降梯形图 图4-4 电梯升降梯形图

PLC程序设计是电梯控制系统设计成功的关键环节,在PLC程序设计过程中,一要坚持功能完善、面面俱到的原则,保证电梯安全有效地运行；二要遵循结构简练、易读易

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改的原则,尽量减少程序量,采用模块化设计,并采用PLC中的主控指令、跳转指令、功能指令等指令优化程序,缩短PLC程序扫描时间,保证电梯的控制精度。由于电梯的梯形图程序中有很多的重复相似段，因此本文以模块化的方式给出部分模块的梯形图，而重复相似部分不再重述。

4.3.1 电梯升降模块

电梯上升如图4-4(a) 所示,下降梯形图如图4-4(b)所示。

4.3.2 二楼电梯上升、下降梯形图

二楼上升如图4-5(a)所示,二楼下降如图4-5(b)所示。三楼、四楼的上升、下降梯形图和二楼类似。

(a) 二楼上升梯形图

(b) 二楼下降梯形图

图4-5 二楼上升、下降梯形图

4.3.3 二楼向下指示灯

如图4-6所示。二楼向上指示灯及三楼、四楼指示灯梯形图与二楼向下类似, 这里不再重复。

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图4-6 二楼向下指示灯

4.3.4 一楼、四楼指示灯梯形图

一楼指示灯梯形图如图4-7(a)所示,四楼指示灯梯形图如图4-7(b)所示。

(a) 一楼指示灯梯形图

(b) 四楼指示灯梯形图

图4-7 一楼、四楼指示灯梯形图

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4.3.5 一楼内呼灯

如图4-8所示。二楼、三楼、四楼、四楼与一楼类似,这里不再重复。

图4-8 一楼内呼灯

4.3.6 轿内指令控制梯形图

如图4-9所示。

33··

图4-9 轿内指令控制梯形图

4.3.7 门厅召唤控制梯形图

如图4-10所示。

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·

图4-10 门厅召唤控制梯形图

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结 论

可编程控制器是新一代的控制工具，因其核心是微处理器，接口电路、电源电路等具有很强的抗干扰能力，而梯形图的编程语言凭借其极易为工程技术人员所接受等特点，被称为真正的工业控制计算机，或“蓝领计算机”。

本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对升降电梯的控制。通过这次用PLCS7-200系列产品S7-226设计电梯的毕业设计过程,更进一步熟悉了PLCS7-200系列的结构和原理,掌握了PLC的具体使用方法，已经通过使用PLC来改进电梯控制系统，并且实现了两个电梯的联动控制。在高峰期和低谷期的平均等待时间和最大等待时间都长于改进后的系统，改进后的系统表现好于改进之前。

利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。利用可编程控制器控制升降电梯，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当建筑物的层楼增加时，硬件接线上只需增加楼层相应的输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应楼层的功能，要改动的地方也较少。在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，该设计方案是可行的。

通过对硬件和软件的合理设计，用可靠性很高的西门子S7-200PLC作为核心控制部件完成双电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、电梯换速控制、开关门控制等任务。变频器在电梯中的应用能够准确的执行PLC输出的指令，灵活的控制电机的运行状态。基于PLC设计的双电梯并联控制系统可以很好的响应乘客的召唤信号，达到高效、节能的目的。

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致 谢

时至今日，几个礼拜的毕业设计终于可以画上一个句号了，但是现在回想起来做毕业设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，不过乐趣尽在其中！尤其是跟本组人员的合作分工，不仅让我对PLC的编程和变频器的使用有了更深一步的了解，同时也增加了自己的动手实践能力，为以后的工作打下了基础。可以说毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

在这次毕业设计的过程中，指导老师邓其贵给予了我很重要的指导，同时我也得到了其他老师的帮助。老师们对我的毕业设作品给予了指导和完善，并给我提出了很多重要的修改意见，使我顺利的完成了此次毕业设计。在此，我向各位老师表示衷心的感谢！同时，也要感谢学校提供计算机等设施，使我的设计能够调试。

最后，再次感谢机电工程系的各位老师和许多的朋友和同学在各个方面给予了我很多的帮助和支持，让我坚持到了最后，并最终完成了毕业设计的全部工作。

最后感谢各位老师对论文的评阅。

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参考文献

[1] 孙立新.王延涛，对电梯的探讨，2004

[2] 朱德文.付国江．电梯群控技术．中国电力出版社，2006， [3] 曹卫东.VVVF电梯电气控制系统简介.2003. [4] 周静.基于PLC的电梯群控系统

[5] 周玮.朱明富．电梯群控系统的设计与实现，微型机与应用，2004 [6] PLC正变频调速电梯控制系统中的应用，电气时代2000年第12期． [7] 周玮.朱明富．电梯群控系统的设计与实现，微型机与应用，2004 [8] 廖常初.PLC基础与应用[M].机械工业出版社

[9]周万珍 高鸿斌.PLC分析与设计应用[M].电子工业出版社

[10]余雷声.电气控制与PLC应用[M]．北京.机械工业出版社，1996． [11] 刘载文，李赢升，钟亚林.电梯控制系统[M].北京：北京电子工业出版社， 1996.

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柳州职业技术学院

毕业设计（论文）成绩评定表

课题名称 学生姓名 指导教师姓名 双座四层电梯PLC联动电气控制系统设计 学号 20110103 专业 机电一体化技术 邓其* 评 分 标 准 主要依据进行设计的自觉性、独立思考、科学态度、遵守纪律情况等评分。 设计态度好，记4.5～5分；设计态度较好，记3.5～4分；设计态度一般，记3分；设计态度较差，记0～2.5分。 主要依据综合运用所学专业理论知识、专业技能能力，实验、实践能力或计算机应用能力，查找资料能力等评分。 综合运用知识能力强，记4.5～5分；综合运用知识能力较强，记3.5～4分；综合运用知识能力一般，记3分；主要依据按时按质完成阶段性设计（制作）任务情况评分。 阶段性任务完成情况好，记9～10分；阶段性任务完成情况较好，记7～8.5分；阶段性任务完成情况一般，记6～6.5分；阶段性任务完成情况较差，记0～5.5分。 序号 1 评审项目 满分 评分 设计的态度情况 5 2 综合运用知识能力情况 5 完成阶段性设3 计（制作）任务情况 10 4 主要依据设计（制作）方案可行性及先进性、设计（制作）内容正确性、完成设计（制作）任务书要求的各项任完成设计（制务情况等评分。 整体任务完成情况好，记27～30分；整体任务完成情作）任务情况 况较好，记21～26.5分；整体任务完成情况一般，记18～20.5分；整体任务完成情况较差，记0～17.5分。 30 5 设计（制作）说明书情况 主要依据设计（制作）说明书所述内容的正确性及可利用程度、叙述情况（层次分明、条理清楚、文字通畅）、图纸（程序流程图）情况（整洁、正确、规范）等评分。 设计（制作）说明书完成情况好，记18～20分；设计（制作）说明书完成情况较好，记14～17.5分；设计（制作）说明书完成情况一般，记12～13.5分；设计（制作）说明书完成情况较差，记0～11.5分。 20

6 自述情况 （5分钟） 主要依据学生对设计（制作）思路、工作流程及特点的掌握等情况评分。 自述情况情况好，记9～10分；自述情况较好，记7～8.5分；自述情况一般，记6～6.5分；自述情况较差，记0～5.5分。 10 回答提问情况（15分钟） 7 主要依据学生对基本理论、基础知识、基本技能和设计的可行性的掌握等情况评分。 回答提问情况好，记18～20分；回答提问情况较好，记14～17.5分；回答提问情况一般，记12～13.5分；回答提问情况较差，记0～11.5分。 20 8 指导教师评语： 评阅人签名： 年 月 日 答辩（评定）小组意见： 年 月 日

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