电梯变频器系统 - 图文

王建平

摘 要

电梯是建筑垂直方向的运输设备，通过拖动系统，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内的导轨上做垂直升降运动，是高层建筑中不可缺少的交通运输工具。而要想电梯能稳定可靠的运行，就需要一套精准的控制系统。电梯的控制系统有很多种类，常见的有微机控制和PLC控制。本文介绍的是基于PLC的四层楼电梯控制系统。研究目的是实现PLC对实际机械系统的控制，拖动系统采用通用变频器实现对双速三相异步电动机的控制。然后通过V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3软件对PLC进行编程，最后通过SIMATIC S7-200型PLC实物和MCGS组态软件来调试程序，从而验证了基于PLC的四层楼电梯控制。

关键词：电梯；控制系统；PLC；变频器；组态。

王建平

Abstract

The Elevator is the equipment used transport in the high-rise.It drag a car which load people or item by drag system,and achieve vertical movement on guide in high-rise.The elevator is a indispensable transport in the high-rise.But if you want let the elevator run stable and reliable,a precise control system is necessary.There are many kinds of the elevator control system,pc control system and plc control system are in common.This article is about based on PLC four floors of elevator control system.Purpose of the study is realization of PLC control of mechanical systems. Drag System use universal Converter control two-speed three-phase asynchronous motor.And use V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3 software programming.Finally,we use SIMATIC S7-200 plc and MCGS configuration software debug the program.And base on plc verified four floors of elevator control system.

Keywords: Elevator;Control system;PLC;Inverter;Configuration.

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目 录

引 言 ................................................................................................................................... 1 1 题目背景 ........................................................................................................................ 1 2 电梯控制方法 ................................................................................................................ 1 （1） 工业微型控制计算机控制 ................................................................................ 1 （2） PLC 控制 ......................................................................................................... 1 3 当前领域存在的问题 .................................................................................................... 1 （1） 节能问题 ............................................................................................................ 1 （2） 效率问题 ............................................................................................................ 2 （3） 控制器性价比问题 ............................................................................................ 2 4 本题目研究的意义 ........................................................................................................ 2 第一章 电梯的基本结构以及电梯控制系统 ..................................................................... 3 1.1 电梯的基本结构 ......................................................................................................... 3 1.1.1 电梯拽引系统 ...................................................................................................... 4 1.1.2 导向系统 .............................................................................................................. 4 1.1.3 门系统 .................................................................................................................. 4 1.1.4 轿厢系统 .............................................................................................................. 4 1.1.5 重量平衡系统 ...................................................................................................... 5 1.1.6 电力拖动系统 ...................................................................................................... 5 1.1.7 电气控制系统 ...................................................................................................... 5 1.1.8 安全保护系统 ...................................................................................................... 5 1.2 电梯控制系统 ............................................................................................................. 6 第二章 电梯控制系统硬件部分设计 ................................................................................. 8 2.1 PLC的工作原理 ....................................................................................................... 8 2.2 PLC 的I/O点估算 ................................................................................................... 8 2.3 PLC的选型 ............................................................................................................. 10 2.3.1 PLC的选型 ...................................................................................................... 10 2.3.2 S7-200PLC的优点 .......................................................................................... 11 2.4 电动机型号的选择 ................................................................................................... 11 2.5 变频器的选择 ........................................................................................................... 12 2.5.1变频器容量计算和电动机容量的确定 ............................................................. 15 2.5.2变频器制动电阻参数的计算 ............................................................................. 16 2.6 轿厢位置感应器的选择 ........................................................................................... 16 2. 6.1电梯轿厢位置的检测 ........................................................................................ 16 2. 6.2电梯轿厢的平层与停层检测 ............................................................................ 17 2. 7 电梯控制系统硬件框图 .......................................................................................... 18 2.8 电梯控制系统硬件电路图 ....................................................................................... 19 2.8.1拖动电气控制硬件电路图 ................................................................................. 19 2.8.2门拖动电路及安全保护电路 ............................................................................. 20 2.8.3指层器LED显示电路 ....................................................................................... 21

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第三章 电梯控制系统的软件设计 ................................................................................... 22 3.1 电梯控制系统流程图 ............................................................................................... 22 3.2 辅助继电器（M）和特殊标志位寄存器（SM） .................................................. 23 3.3 PLC 软件设计 ........................................................................................................... 24 3.3.1 门系统 ................................................................................................................ 24 3.3.2 层楼信号的登记与消除 .................................................................................... 24 3.3.3 内选指令的登记与消除 .................................................................................... 24 3.3.4 外呼指令的登记与消除 .................................................................................... 24 3.3.5 电梯的定向 ........................................................................................................ 25 3.3.6 电梯自动运行时启动、加速和稳定运行环节 ................................................ 25 3.3.7 电梯停车制动环节 ............................................................................................ 25 第四章 电梯控制系统的调试 ........................................................................................... 26 4.1 MCGS组态软件简介................................................................................................ 26 4.2 MCGS软件组态过程................................................................................................ 27 4.2.1建立工程 ............................................................................................................. 27 4.2.2建立画面 ............................................................................................................. 27 4.2.3编辑画面 ............................................................................................................. 27 4.2.4定义数据对象 ..................................................................................................... 29 4.3 组态软件模拟电梯PLC控制系统调试步骤 .......................................................... 29 4.3.1 PLC梯形图调试 ................................................................................................. 29 4.3.2 设备连接 ............................................................................................................ 30 4.3.3 软硬件调试 ........................................................................................................ 31 结 论 ................................................................................................................................. 32 参考文献 ............................................................................................................................. 33 谢 辞 ................................................................................................................................. 34 附录一 ................................................................................................................................. 35 附录二 ................................................................................................................................. 47

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引 言

1 题目背景

自从世界上第一台电梯被发明之后。随着经济的快速发展以及城市人口的急剧增加，现代城市中的高层建筑也日益增多。而电梯作为这些高层建筑中不可缺少的垂直运输工具，其性能的好坏对人们日常生活的影响越来越显著。所以努力提高电梯控制系统的性能，是本设计的初衷。电梯的控制主要是对各种指令信号、位置信号、速度信号和安全信号进行管理，使电梯正常运行或处于保护状态同时发出各种显示信号。

一个优秀的控制系统应该在满足乘客舒适感的要求上实现电梯可靠稳定的运行。利用通用变频器和PLC实现对电梯的控制，提高了电梯运行的可靠性，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。

2 电梯控制方法

（1） 工业微型控制计算机控制

随着微机性能的不断提高，工业微型计算机能够实现更多的、更高级的控制策略。我国电梯行业也出现了微机控制实际应用。微机控制系统能够实现系统设计最佳化，运行稳定安全，从而提高了电梯的控制性能和运行可靠性。这种控制器维护方便，是将来电梯电气控制的发展方向之一。

（2） PLC 控制

PLC是可编程控制器的简称，它是一种用于自动控制的专用微机，实质上属于微机控制方式，但可编程控制器具有其自身的特点：① PLC在设计和制造上采取了许多抗干扰措施，能在较恶劣的各种环境里工作，可靠性高。② PLC将CPU、存储器、1/0接口等做成一体，使用方便，扩展容易。目前在国产电梯及中低档的客梯广泛采用了PLC控制系统，特别适合在用电梯的技术改造和控制器开发。

3 当前领域存在的问题

（1） 节能问题

越来越多的电梯进入高层建筑，电梯的节能运行是电梯开发和使用的关键。从控制的角度来看，充分地利用电能是一个良好的举措。基于变频器有良好的节能功能比如变频节能、功率因数补偿节能、软启动节能等。所以变频器的使用可以很好的解决

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电梯系统的节能问题。

（2） 效率问题

电梯作为一种位能型负载，运行过程中需要作频繁地升降运动，研究一种或多种电梯速度给定曲线，合理地选择运行速度曲线，是提高运行效率至关重要的一环，而目前国内生产的大多数电梯存在着给定速度曲线实现困难、资源耗用率高等系列不足等问题，极大地限制了电梯高效地运行[1]。

（3） 控制器性价比问题

目前国内的电梯厂家采用的电梯控制核心设备大部分都是国外进口产品，核心技术和知识产权为国外大公司所有。而少数自己开发的控制器也有开发周期长，开发成本高等缺点。另外国内的绝大部分VVVF电梯采用的变频器都是电梯用专用变频器，这种变频器虽然使用起来方便，但其价格却是同类通用变频器的1.5到2陪，使整个控制系统的性价比大大下降。本设计考虑到此问题，所以选择使用日本安川616G5型通用变频器。

4 本题目研究的意义

电梯作为建筑内运输人或货物的交通工具，特别是在高层建筑内它的安全性、可靠性，起着至关重要的作用。PLC 作为新型工业控制器在电梯控制系统中的应用有很多优点，本设计的控制对象为四层电梯，利用 PLC 作为控制工具进行对控制系统设计。实现了电梯安全、可靠、稳定的运行。

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第一章 电梯的基本结构以及电梯控制系统

1.1 电梯的基本结构

虽然目前电梯生产公司繁多，品种复杂，但绝大多数电梯为钢丝绳拽引电力拖动式结构。如图 1-1 所示为电梯的基本结构。

图 1‐ 1 电梯的基本结构示意图

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从图中可看出机械部分一般可分为电梯拽引系统、轿厢和门系统、平衡及导向系统、机械安全保护装置等部分；电气控制部分可分为电力拖动部分、运行逻辑功能控制部分以及电气安全保护部分等。电梯结构按空间布局可分为 4 个部分：机房、井道、轿厢和层站。机房是安装拽引机和有关设备的房间；井道是为轿厢和对重装置相对运动而设置的空间；轿厢是运载乘客或其他载荷的部件；层站是电梯在各楼层的停靠站，乘客出入电梯的地方。而按照功能分，电梯结构可分为 8 大系统[2]。

1.1.1 电梯拽引系统

拽引系统包括拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮等装置。作用为输出和传递动力以驱动电梯进行上下往复运动。拽引机是电梯的动力装置，又称为电梯主机，为电梯的运行提供动力。分为有齿轮拽引机、无齿轮拽引机。主要是由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱以及电磁制动器等部分组成。拽引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重，轿厢的升降就是依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦力来进行驱动的。导向轮的作用是用来分开轿厢和对重之间的间距。电磁制动器是机械系统中的主要安全设施之一，一旦系统突然断电，它能使正在运行中的电梯轿厢和对重立即抱闸，从而强制电梯停止，并定位不动。另外制动器还影响电梯的平层精确度以及乘坐时的舒适感。

1.1.2 导向系统

导向系统的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，在井道中确定轿厢与对重的相互位，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。由导轨，导靴和导轨架三部分组成。

1.1.3 门系统

门系统分为厅门和轿门两部分。厅门是被动门，只能由轿门通过吸合装置控制开门或关门；轿门(也称自动门) 以交流或调速直流电动机为动力,由装在轿箱顶部的自动开门机来控制开门和关门。本设计门系统采用他励直流电机拖动。门锁装置是电梯的一种安全设施，一般安装在厅门的内侧，在厅门关闭后门锁闭合，同时自动接通门机联锁电路。电梯只有在联锁电路接通后方能运行。除特殊情况外用户严禁从厅门外侧打开厅门的联锁装置。

1.1.4 轿厢系统

轿厢由轿厢架和轿厢体两部分组成，是用来运送乘客或运送货物的电梯部分。轿厢架由立柱、底梁、横梁以及和斜拉杆等部分组成，是轿厢体的承重机构。而轿厢体是由厢底、厢壁、厢顶、轿厢内操纵按钮板以及照明通风装置等部分组成。轿顶应有紧急情况下的安全出口，供紧急情况下逃生用。

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1.1.5 重量平衡系统

该系统是由对重和重量补偿装置两部分组成。其中对重由对重架和对重块组成，是用来平衡轿厢的自重以及部分额定载重的。而重量补偿装置是用来补偿高层电梯中轿厢和对重侧拽引钢丝长度变化对电梯平衡的影响而设计的装置。由于本设计为四层电梯，固可忽略此装置。

1.1.6 电力拖动系统

电梯的电力拖动系统主要由双速三相异步电动机和变频器组成。由变频器给出电动机控制信号，控制电动机的启动、加速、减速与停车。从而实现对拽引轮的拖动目的。

1.1.7 电气控制系统

电梯的电气控制系统是根据电梯的运行逻辑功能要求，对电梯的运行实行操纵和控制，一般设置在机房中的控制柜中。由操纵装置、位置显示、平层装置以及控制等部分组成。其中控制装置是用来控制电梯的运行。操纵装置是指轿内及厅外的操纵按钮，由轿厢内呼梯盘、厅外呼梯按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱等构成。通过轿厢内的呼梯盘和厅门的呼梯按钮来操纵电梯的运行。平层装置是电梯到达预定停靠站时，由平层感应器发出平层控制信号，实现电梯轿厢准确的平层。

1.1.8 安全保护系统

安全保护系统包括机械和电气两方面的保护，作用是保护电梯的使用安全，防止一切危及人身安全的事故发生。机械方面的有：安全钳装置、限速器、缓冲器、极限保护开关等装置。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，极限保护开关起超速时切断总电源的作用。电气方面的安全保护有供电系统断相、错相保护装置、层门与轿门的电气联锁装置、紧急操作装置和停止保护装置、轿顶、轿内和机房的检修运行装置等，这些保护系统在电梯的各个运行环节中都有体现。从而充分保障人身以及财务安全。

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1.2 电梯控制系统

通过第一章对控制对象（电梯）的基本结构的了解，我们知道了用PLC实现对电梯的控制的总的系统框图。如图1-2[3]：

基于PLC的控制系统的工作方式为：检测信号和控制信号通过PLC的输入接口进入PLC。然后经过PLC的逻辑运算功能，对信号进行处理、储存、逻辑运算后，经由输出接口输出。从而，实现了对被控对象的控制。其中，输入的控制信号有运行方式选择、运行控制信号、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号及井道位置信号、门区或平层信号、开关门信号。输出信号有变频器拖动控制信号和开关门控制型号、呼梯信号提示、运行方式提示、呼梯铃到站钟和楼层显示。可编程控制器对输入的信号进行运算，以实际召唤信号登记、轿厢位置判断、选层定向、顺向载车、反向最远载车及信号消除等功能，并控制电梯自动关门、起动加速、减速平层、自动开门等过程。

运行方式选择：主要包括自动运行、有司机 、检修、消防等。

运行控制信号：主要包括四层楼每层的平层感应器信号，每层的位置检测感应器信号，上下行的感应器，和运行的极限开关信号。

安全保护信号：主要包括开关门极限开关，超重感应器信号，安全窗信号，安全

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图 1-2 基于 PLC 的电梯控制系统框图

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钳信号，限速器信号等。

内外选信号：是指乘客或者司机对电梯运行做出的要求。

井道位置信息：安装在井道内的各个感应器所发出的感应信号。其中包括楼层位置检测信号，平层感应信号，超速感应信号。

变频器拖动控制信号：PLC通过对输入信号的处理后，是对变频器发出控制控制指令，而不是对电动机直接控制，然后由变频器对电动机的正反转和速度的控制。

楼层显示：楼层显示是PLC电梯控制系统的重要输出，显示的正确与否直接影响到用户的使用。本设计采用的是LED 7段数码管显示， PLC的输出直接接7段数码管。

呼梯信号指示：呼梯信号包括轿厢内的内呼和大厅的外呼，要求是当产生呼梯信号时，呼梯按钮下的指示灯亮。当呼梯要求被满足时呼梯登记信号被消除，呼梯按钮下的指示灯熄灭。

运行方向指示：当电梯定向后，开始执行运行程序。此时轿厢内和大厅的运行指示器，均会显示电梯的运行方向。电梯运行方向一旦改变，显示信号也会随之改变。电梯待机时，不显示运行方向指示。

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第二章 电梯控制系统硬件部分设计

2.1 PLC的工作原理

虽然PLC可以被当作一类微型计算机来看待，但是PLC的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。

所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”。

由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出对输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。

对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。

但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响[4]。

2.2 PLC 的I/O点估算

在确定了电梯控制系统的基本结构之后，在确定PLC的型号之前还要对整个控制系统的I/O点进行估算。估算结果如表2-1。

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输入 I 设备名称 门锁（主开关） 自动运行继电器 检修继电器 开门继电器 关门继电器 上行启动继电器 下行启动继电器 起始层继电器 开门极限继电器 关门极限继电器 上行极限继电器 下行极限继电器 一楼内选 二楼内选 三楼内选 四楼内选 一楼感应器 二楼感应器 三楼感应器 四楼感应器 一楼上行 二楼上行 二楼下行 三楼上行 三楼下行 四楼下行 上平层感应器 下平层感应器 超重压力感应器 符号 KA1 SA1-1 SA1-2 SB1 SB2 SB3 SB4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ17 SQ18 SB5 SB6 SB7 SB8 KR1 KR2 KR3 KR4 1SB1 2SB1 2SB2 3SB1 3SB2 4SB2 KR6 KR7 SB9 表2-1 控制系统的I/O点

输出 O 地址 设备名称 I0.0 上行继电器 I0.1 下行继电器 I0.2 高速开关 I0.3 低速开关 I0.4 加速启动 I0.5 制动减速1 I0.6 制动减速2 I0.7 制动减速3 I1.0 开门继电器 I1.1 关门继电器 I1.2 一层指示 I1.3 二层指示 I1.4 三层指示 I1.5 四层指示 I1.6 上行指示 I1.7 下行指示 I2.1 一层内选记忆指示 I2.2 二层内选记忆指示 I2.3 三层内选记忆指示 I2.4 四层内选记忆指示 I2.6 一楼上呼记忆指示 I2.7 二楼上呼记忆指示 I3.0 二楼下呼记忆指示 I3.1 三楼上呼记忆指示 I3.2 三楼下呼记忆指示 I3.4 四楼下呼记忆指示 I3.6 停车铃 I3.7 I2.0 符号 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8 KM9 KM10 1HL 2HL 3HL 4HL 5HL 6HL HL1 HL2 HL3 HL4 HL8 HL9 HL10 HL11 HL12 HL13 KM11 地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q01.0 Q1.1 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 在估算I/O点的时候遇到了一个问题，就是西门子S7-200型PLC属于小型机。它只有21个输入端口和14个输出端口。通过对表2-1的估算结果看，系统所需的I/O端口超出了实际的端口数量，这就需要用到了I/O扩展模块，6ES7223-1PL22-0XA0。如图2-2。此模块是24V DC数字组合16 输入/16 继电器输出，完全满足本设计的需要。

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2.3 PLC的选型

2.3.1 PLC的选型

PLC按输出方式有继电器输出和晶体管输出。本设计需要继电器方式输出的PLC。PLC的品牌有很多，常见的有西门子，施耐德，AB（罗克韦尔），GE，欧姆龙，三菱等，国产品牌有台达，信捷，海为等。考虑到本设计所需PLC为小型机即可实现。综合PLC产品的性价比，固本设计PLC选择为西门子品牌的S7-200些列PLC。如图2-1，图2-2为其24V DC数字组合16 输入/16 继电器输出扩展模块6ES7223-1PL22-0XA0 EM 223。

图2-1 S7-200 PLC

图2-2 6ES7223-1PL22-0XA0 EM 223

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2.3.2 S7-200PLC的优点

S7-200PLC CPU运算速度快，0.37us/位，指令丰富：具有浮点运算、指针运算、中断、通讯响应、PID运算、PWM脉冲输出等功能，存储容量大，充分适应现代控制技术，如最优控制、自适应控制、变结构控制等控制算法的要求；输入/输出点多、响应快， 24输入/16，每点可设置滤波参数，4个20KHz高速计数器，2个高速输出口，适应实时控制的要求；通讯组网能力强，配有2个232/485通讯口，可方便连接232/485/422等通讯接口，适应监控系统的要求；可靠性高，将CPU模块，输入/输出IO模块，通讯模块高度集成一体，简化结构，使用方便。

2.4 电动机型号的选择

电动机分为交流电机和直流电机，虽然直流电机的调速较为方便容易。但考虑其容量、重量，以及本设计的控制对象等因素。都不比交流电机。和同容量的直流电机相比，异步电机的重量约为直流电机的一半，而其价格仅为直流电机的三分之一。从电梯控制需要的角度以及电机本身性价比来看，本设计还是使用交流电机比较实际。对于门拖动电机可选他励直流电机即可。而且，随着现代变频技术的发展，交流电机正在逐步取代直流电机。考虑到电梯轿厢需要做上下往复的运动，对速度变化的要求并不高。所以，本设计选择YTD2 系列新型自冷式双绕组双速三相异步电动机。如图2-3。

图2-3 YTD2型双速三相异步电动机

YTD2 系列是新型自冷式双绕组双速三相异步电动机，高速有4极和6极，其同

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步转速分别为1500r/min和1000r/min，低速有16极和24极，其同步转速分别为375 r/min和250 r/min，每套绕组引出三个出线头，电动机共有六个出线头。具有体积小、功率大、噪声低、振动小、起重转矩高、起重电流低等特点。是JTD系列理想的更新换代产品。主要用作电梯及其它电动升降机的原动力。性能参数如表2-2[5]。

表2-2 YTD2 系列三相异步电动机性能参数

型号 级数 6 24 6 24 4 16 4 16 额定功效功率因起重转起重电额定电同步转振动速矩 率 率 数 流 流 速 度 (kw) (%) (cosφ) (A) (A) (r/min) mm/s (倍) 7.5 1.5 11 2.7 15 3.5 18.5 4.3 80 38 81 38 88 40 84 39 0.78 0.41 0.79 0.36 0.88 0.40 0.85 0.42 2.2 1.5 2.2 1.5 2.2 1.5 2.2 1.5 3.2 1.35 3.83 1.31 4.2 1.57 4.4 1.5 18.3 17.6 26.0 30.0 32.5 33.0 39.0 40.0 1000 250 1000 250 1500 375 1500 375 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 温噪声(LP) 升 dB(A) (K) 70 70 70 70 70 70 70 70 105 105 105 105 105 105 105 105 YTD2200 YTD2200 YTD2225 YTD2225 2.5 变频器的选择

确定了电机的种类后，就需要对电机进行调速控制。按照异步电动机原理，从定子传输到转子的电磁功率Pm分成两部分：一部分Pmech=(1-s)Pm是拖动负载的有效功率，称作机械功率；另一部分Ps=sPm是传输给转子电路的转差功率，与转差率s成正比。从能量转换的角度看，转差功率是否增大，能量是被消耗掉还是得到利用，是评价调速系统效率高低的标志。从这点出发，可以把异步电动机的调速系统分为三类：转差功率消耗型调速系统、转差功率馈送型调速系统和转差功率不变型调速系统[6]。其中，在转差功率不变型调速系统中，转子铜损是不可避免的，在定子侧实行变压变频控制时，无论转速高低，转子铜损基本不变，转子电路中没有附加的损耗，因此效率最高。从异步电动机的转速表达式（2-1）来看，还可以通过改变电动机的极对数来实现速度的改变。虽然变极对数调速也属于转差功率不变型调速系统，但由于此方法是有级调速，应用到电梯的拖动系统上，明显不合适。而且从本设计所选的电机来考虑，改变极对数，也很难实现。

n?ns(1?s)?12

60f1(1?s)p（2-1）

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所以，通过以上的考虑，最终确定采用变频调速方式。既然采用变频调速的方式，那就需要一个优秀的变频设备—变频器。现在市面上常见的用于电梯控制的变频器主要有两种，一种是电梯专用的电梯专用变频器。虽然功能强大，但是价格昂贵，而且大多是进口产品。另一种是通用变频器，虽然通用变频器在功能上相对于专用变频器有些差距。但是其价格低廉。而且，其功能上与专用变频器的差距完全可以通过控制系统设计完美的控制方法来弥补。基于各种方面以及性价比上的考虑，最终选择日本安川品牌的616G5型通用变频器。如图2-4。

VS-616G5，是以先进技术的控制理论为基础，真正的电流矢量控制变频器。由于有自学习功能，轻松地实现了矢量控制运行。在数字式操作器的显示部分，采用了 16 文字× 2 行的液晶显示屏。参数设定及监视项目用日语表示。如果变更参数设定，也可用英语表示。内容一目了然人机对话容易理解。使用数字操作器时，仅连接上主回路就能运转电动机[7]。虽然安川616G5系列变频器是通用变频器。但是国内很多电梯的拖动控制系统都采用了此变频器，可以说安川616G5变频器已成为通用电梯变频器。其连接图如图：2-5。

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图 2-4 安川616G5型通用变频器

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图 2-5 安川616G5变频器连接图

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其端子的配备如图2-6。需要注意的是控制回路端子 1 ～ 33 的排列，不是按顺序的，接线时应注意。控制回路端子 13 和 14，请勿同时使用。控制回路端子 15，33(+15V，-15V) 的最大输出电流为 20mA。使用制动电阻单元时，变频器参数中的减速中失速防止功能选择，请变更设定为“无效”(L3-04=0)。如果不改变设定，有时会在已设定的减速时间内不能停止。使用变频器安装形 (ERF 形 ) 的制动电阻时，变频器参数中的变频器安装形制动电阻保护选择，请变更设定为 “有效”(L8-01=1)。如果不改变设定，则不能起到制动电阻的保护作用。

图2-6 安川616G5变频器接线端子

电动机交流变频技术是当今节电，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。

2.5.1变频器容量计算和电动机容量的确定

变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。设电梯曳引机电机功率为P1，电梯运行速度为V，电梯自重为W1电梯载重为W2，配重为W3，重力加速度为g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率P2由式(2-2)计算：

W+2W+3W)1g+V P2= [(1 F ] * （2-2）

式中，F1=（W1+ W2+ W3）g+δ为摩擦力；变频器功率P应接近电机功率P1，相对于P2留有安全裕量，可取：

P=1.5 P2 （2-3）

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其中，k=0.02，W1 =2000Kg， W2=1000Kg，W3 =2400Kg，g=9.8m/s， V=1.5m/s由式（3-2）得P2=（600×9.8＋108×9.8）×1.5≈10.4kW；又有式（2-3）得P=1.5P2=15.6KW。由于采用变频调速，效率高。依照计算结果选1.5倍裕量，取变频器容量为15kW。变频器的容量和被控电动机的容量应该相匹配，所以电动机选取YTD2225型级数为4功率为15 kW的三相异步电动机。其详细参数见表2-2。

2.5.2变频器制动电阻参数的计算

由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能。带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高，采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果，能耗制动电阻R2的大小应使制动电流Iz的值不超过变频器额定电流的一半，即：

Iz=Uo/Rz<=In/2

Rz>=2Ud=2/×513/35.5≈28.9(Ω)

其中U0为额定情况下变频器的直流母线电压，取RZ≥30Ω。由于制动电阻的工

作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。即：

Pz>=?2Ud*Ud/Rz=0.4×5132/30≈3.5kw

最后，选用的制动电阻为R=30Ω，功率为P=3.5kW的电阻。

2.6 轿厢位置感应器的选择

2. 6.1电梯轿厢位置的检测

轿厢中的乘客以及门厅中等待乘坐电梯的人都需要知道电梯的当前位置，电梯确定是否能够应答新的召唤指令以及什么时候减速平层制动这也都需要知道电梯的当前准确位置。电梯轿厢位置检测装置主要有两种，分别是磁感应器和旋转编码器。旋转编码器可以说是当今电梯控制领域最先进的轿厢位置检测器。旋转编码器的工作原理是对电机的转动圈数进行计数，然后根据电机的转速与所计转动圈数计算出电梯的运动行程，从而实现对电梯运动行程的检测。原理表达式：

L=nZT

式中：L—电梯运行行程(m)

n—电机转速(r／s)

Z—电机每转动一圈所对应的行程(m／r) T—电机运行的时间(s)

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利用旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引人PLC的高速计数输入端口，通过累计脉冲数。计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。由以上的分析可知旋转编码器的工作原理是基于电动机转动来测定轿厢位置的。其中有一个重要的缺点，就是如果电动机在运行的过程中，拽引轮发生了打滑。也就是说拽引轮和拽引绳发生了相对位移，而此时旋转编码器还继续正常的向PLC发送计数脉冲，这就会发生轿厢位置信息的采集错误。而此种错误很难通过软件的方法来弥补。只有重新定义电梯轿厢的起始位置，方可解决。这给电梯的正常运行和维修带来了很大的不便。

而另一种检测器件就是干簧磁感应器。如图2-7。干簧磁感应器简单的来说就是一种位置开关。这种器件的优点是直观、简单。但是其缺点是，需要在每层都设置感应器来实现对轿厢位置的检测。如果电梯层数过高，就会占用PLC太多的输入点。但却是低层电梯的首选位置检测器件。但是从本设计的控制对象为四层电梯考虑，采用此种方法还是比较合适的。

如图2-7 日立电梯及配件平层感应器YG-3

在井道中对应每一楼层的适当位置都安装一个干簧感应器，在轿厢运行过程中当固定在轿厢顶上的隔磁板插入某楼层的干簧感应器时，该干簧管的常闭触点接通，表示电梯已经到达该楼层，并置位相应的状态继电器，并启动楼层指示。

2. 6.2电梯轿厢的平层与停层检测

电梯的平层与停车感应也可以通过此干簧感应器来实现。轿厢运行后需要确定在

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那一层站停车，平层即是指停车时轿厢的底与门厅地面应相平齐，一般都有平层误差规定，如平层是两平面相差不能超过5mm,平层停车过程需要在轿厢底与停车楼层相平之前就开始，先是减速，然后才开始制动，减小冲击，提高平层的准确性以及乘客的舒适感。与轿厢位置检测时不同的是。上平层感应器和下平层感应器都装在电梯轿厢的顶上，隔磁板安装在井道壁上。在上行的过程中，上平层感应器首先插入隔磁板，发出减速信号，电梯开始减速，直到下平层感应器插入隔磁板的时候，说明电梯已经准确平层，发出停车信号，电动机停转，抱闸抱死，并发出开门信号。在电梯下行的过程中井道信号的获得过程与此正好相反。

2. 7 电梯控制系统硬件框图

通过对以上控制系统主要硬件的分析，得到控制系统的硬件图，2-8。

呼叫 位置 呼叫 楼层 信号 信号 显示 显示

M PLC 门电机 拽引机

电源 变频器

图2-8控制系统原理图

控制系统由曳引电机、门电机、变频器、可编程控制器PLC及其他电气元件构成。电梯的调速部分选用高性能的安川通用变频器来实现。电路的逻辑部分由PLC来实现,PLC接受来自现场的呼叫、转速、楼层、位置等信号。发给调速系统的速度信号、门机的开关门信号、楼层显示及呼叫显示信号。

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2.8 电梯控制系统硬件电路图

2.8.1 拖动电气控制硬件电路图

由于变频器的使用，拖动系统的电路图比较简单如图2-9所示。

制动电阻 KM M L1 U R V S L2 W T L3 正转/停止 反转/停止 异常复位 616G5 变频器 PLC 输出 加速 减速 制动 COM公共端

2-9 拖动电气控制硬件框图

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2.8.2门拖动电路及安全保护电路

而门系统的拖动采用的是直流电机，而且又涉及到保护电路和安全电路，所以对门系统电路的设计如图2-10，所示。

图2-10 门拖动电路及安全保护电路

用于拖动门系统的电机为他励直流电机，可由KM9和KM10控制其正反转，进而实现开关门的动作。当KM9接通时电阻R2和电动机电枢并联，电流从电枢左端流向右端，电动机正转实现开门动作。当开关SQ8闭合时R2部分被短路，实现开门的调速。而相反的KM10控制的为关门，电阻R3实现关门调速。

YB为安全保护抱闸继电器。当电梯运行时此继电器应得电，抱闸打开。当电梯停层时，此继电器应失电，抱闸抱死实现电梯停层时的安全保护。所以用上行和下行继电器控制YB。

SQ1到SQ5分别为安全窗开关、安全钳开关、限速器开关、轿内急停开关、和上下强迫停止开关。把他们和安全运行继电器KA2串联起来，实现电梯运行时的安全保护系统。用KA2来控制PLC的运行端口，只有当以上继电器都正常得电时KA2

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才启动进而控制PLC处于正常运行的状态。

2.8.3指层器LED显示电路

本设计电梯的指层器采用LED7段数码管显示。由于是PLC输出口直接接LED数码管，所以7段数码管需要采用共阴极接法。指层器LED显示电路，如图2-11。

图2-11指层器LED显示电路

需要指出的是，为了减少PLC的输出点数，使设计硬件电路足够的简化。在设计LED显示电路时采用7段数码管显示，并没有为7段数码管安排7个输出点。而是仅仅分配了4个输出口给7段数码管。它们分别是Q1.4、Q1.5、Q1.6、Q1.7。按其上图接线法，完全可以实现四层楼的楼层显示。

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第三章 电梯控制系统的软件设计

3.1 电梯控制系统流程图

现在基于PLC的电梯控制系统的所有硬件已经设计完毕。硬件上的准备工作已经完成，接下来开始进行PLC的软件设计。在开始编辑PLC梯形图之前，首先要确定电梯控制系统的主程序流程图。如图3-1。

图3-1 电梯控制系统主程序流程图

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3.2 辅助继电器（M）和特殊标志位寄存器（SM）

辅助继电器不同于外部实际的继电器，它没有实体而且存在于PLC内部的存储空间里。简单的来说辅助继电器M是PLC内部的虚拟继电器。正是由于这个原因，理论上编程时只要符合逻辑关系辅助继电器可以被无限次的使用。所以，本设计也用到了很多的辅助继电器。而特殊寄存器SM则不同于辅助继电器。每个特殊寄存器都有其固定的功能。例如：SM0.1，该位在首次扫描时为1。通常用于程序的初始化。SM0.3，开机后进入RUN方式，该位将接通一个扫描周期[8]。现将本设计中所用到的辅助继电器和特殊标志位寄存器总结如下表。

表3-1 辅助继电器（M）和特殊标志位寄存器（SM）

符号 M10.0 M10.1 M10.2 M10.3 M10.4 M10.5 M10.6 M11.0 M11.2 M11.3 M12.0 M12.1 M12.2 M12.3 M15.0 M15.1 M15.2 名称（功能） 开门辅助继电器 关门辅助继电器 自动运行时开门禁止 上行辅助继电器 下行辅助继电器 停层信号辅助继电器 制动过程辅助继电器 1层指示辅助继电器 3层指示辅助继电器 4层指示辅助继电器 内选1层辅助继电器 内选2层辅助继电器 内选3层辅助继电器 内选4层辅助继电器 1层停车触发/复位 2层停车触发/复位 3层停车触发/复位 符号 M13.0 M13.1 M13.2 M13.3 M13.4 M13.5 M10.7 M11.1 M14.0 M14.1 M14.2 M14.3 M14.4 M14.5 M14.6 M15.3 SM0.1 名称（功能） 1层上行外呼辅助继电器 2层上行外呼辅助继电器 2层下行外呼辅助继电器 3层上行外呼辅助继电器 3层下行外呼辅助继电器 4层下行外呼辅助继电器 停层辅助继电器 2层指示辅助继电器 停层开门辅助继电器 上行平层辅助继电器 下行平层辅助继电器 上行触发辅助继电器 上行指示辅助继电器 下行触发辅助继电器 下行指示辅助继电器 4层停车触发/复位 初始脉冲

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3.3 PLC 软件设计

3.3.1 门系统

门系统分为开门系统和关门系统。电梯运行前，将开关钥匙插入SA2内打开电梯PLC电源，使PLC处于运行状态。电梯在检修状态下，开关门均为手动状态，由开门按钮和关门按钮实现控制。自动运行时停层开门和呼梯开门为自动开门。电梯关门过程中若需要重新开门则可通过开门按钮SB1重新开门。

关门系统在电梯停用时，电梯到达1层，轿厢内无人时，工作人员将开关电梯钥匙插入SA2把电梯PLC电源关闭，电梯被关闭。电梯关门分为自动关门和手动关门。电梯超重时不许关门。

3.3.2 层楼信号的登记与消除

当电梯位于某一层时，指层感应器1KR~4KR，产生该楼层的指层信号，同时输出指层信号指层。当离开该层时，该楼层信号会被轿厢所到下一层楼层信号所取代。而且，本层的层楼继电器是用轿厢所到下一层楼层信号所管段的。

3.3.3 内选指令的登记与消除

乘客通过轿厢的呼梯盘，可以选择要前往的楼层。选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯HL1~HL4亮。当电梯到达所选的楼层后，该层的楼层辅助继电器得电，其常闭触点断开，使该层内选辅助继电器失电，指示灯熄灭，即内选信号被消除；当电梯停留在某曾后，该层的内选信号不能被登记。

3.3.4 外呼指令的登记与消除

当产生外呼信号时，呼梯信号应该被登记。当电梯到达所选层时，并且定向方向与目的楼层方向一致，呼梯喜欢已达到要求，此时该信号应该被消除。按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器得电，外呼按钮下的指示灯亮，表示此呼梯动作已被PLC登记。而该信号的消除电路是由本层楼层继电器与运行方向继电器并联构成的。之所以这样安排是由于本设计的电梯运行方式决定的。即电梯运行过程中只响应同向的呼梯信号，电梯运行方向与呼梯目的楼层方向一致且到达目的楼层时，电梯停车，呼梯信号被消除。当电梯运行方向与呼梯目的楼层方向相反时，例如电梯从1楼向上运行，而呼梯信号要求从2楼下行，若有去三楼或4楼的内选信号或者外呼信号，当电梯到达2楼时不停车，也就是说呼梯信号没有被满足，此时呼梯信号不被消除；若3楼或4楼没有呼梯信号，电梯正常在2楼停车，但呼梯信号（2楼下行）不被立即消除，待乘客进入轿厢，选层（1楼）后，电梯定向下行，则2楼下呼信号已满足，

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呼梯信号才可以消除。

3.3.5 电梯的定向

所谓电梯的定向，简单的说就是在电梯从静止到运动之前，要确定电梯的运行方向，即或者上行或者下行。电梯处于待命状态，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与接收的指令信号进行比较，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选和外呼信号对电梯进行顺向运行的要求没有被满足的情况下，定向信号不能被消除。

3.3.6 电梯自动运行时启动、加速和稳定运行环节

电梯启动的条件：（1）电梯已定向。即上行或者下行辅助继电器M14.4或M14.6得电。（2）门系统已经正常关好。运行后电梯有加速和稳定运行两种运行方式。而此过程都是通过PLC直接控制变频器来实现。

3.3.7 电梯停车制动环节

电梯在停车之前，应首先确定其停层信号，即确定要停靠的楼层，应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿厢内选信号比较后得出。各层的停车触发信号在下行下呼，上行上呼及内选信号存在时产生。当存在触发信号，电梯又运行到目的楼层时产生停车信号。停层信号产生后，与上下平层感应器配合，进行停车制动。软件设计梯形图见附录一。

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第四章 电梯控制系统的调试

4.1 MCGS组态软件简介

MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，能够在Windows平台上运行。通过对现场数据的采集处理。以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式。向用户提供解决实际工程问题的方案。充分利用Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性。在自动化领域有着更广泛的应用[9]。

MCGS组态软件具有全中文、面向窗口的可视化操作界面。实时性强，有良好的并行处理性能和丰富生动的多媒体画面。MCGS组态软件支持多种硬件设备，实现“设备无关”，用户不必因外部设备的局部改动，而影响整个系统。MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。

运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上[10]。组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡。

本次利用MCGS组态软件设计。在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备，正确设置其属性。正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接，即可实现PLC与组态软件的通讯[11]。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合，使电脑对PLC发出的信号有响应。在MCGS组态软件的用户窗口中，制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属性，使设置的控件按照真实的情况动作，检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面。组态配置各种不同类型和功能的对象或结构，可以对实时数据进行可视化处理。组态过程图4-1所示：

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用户窗口 创建动画显示 设置报警窗口 人机交互界面 主控窗口 管理用户窗口及运行策略 运行策略 用不同形式 和方法操作 实时数据库 实时数据库 定义数据变量 设备窗口 添加工程设备连接设备变量注册设备驱动 图4-1 利用组态软件设计过程

4.2 MCGS软件组态过程

4.2.1建立工程

鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，如果MCGS安装在D：盘根目录下，则会在D：\\MCGS\\WORK\\下自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程X.MCGS”(X表示新建工程的顺序号，如：0、1、2等)；选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口；在文件名一栏内输入“四层电梯”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。

4.2.2建立画面

在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”；选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”；将窗口名称改为：四层电梯；窗口标题改为：四层电梯；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”；在“用户窗口”中，选中“四层电梯”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。

4.2.3编辑画面

选中“四层电梯”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。

（1） 制作文字框图

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·单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。

·选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。

·在光标闪烁位置输入文字“四层电梯PLC控制系统”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入完毕。 （2）制作按钮和指示灯

·单击绘图工具箱中的（插入元件）图标，弹出对象元件管理库对话框，选中“按钮”选项，

·从“按钮”类中选择按钮，从“指示灯”类中选指示灯。 （3）制作电梯

·单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。

·选中“标签”按钮选项，将标签上的“按钮”两个字去掉，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形，用做轿箱的箱体。再点击图形按钮，画出两个大小一样的矩形，作为轿箱的两扇门。 （4）选择“文件”菜单中的“保存窗口”选项，保存画面。如图4-2所示：

图4-2 整体画面

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4.2.4定义数据对象

实时数据库可以定义数据变量，是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。

（1）定义数据对象的内容主要包括：

·指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围

·确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。在开始定义之前，我们先对所有数据对象进行分析。

（2）下面是数据对象“轿箱”和“四层指示灯”定义数据对象的步骤：

·单击“新增对象” 按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象，系统缺省定义的名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等（多次点击该按钮，则可增加多个数据对象）。

·选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置” 窗口。

·将对象名称改为：轿箱；对象类型选择：数值型；在对象内容注释输入框内输入：“载人或物可以上下移动的变量”，单击“确认”。

·再次选中对象，打开“数据对象属性设置” 窗口，将对象名称改为：四层指示灯；对象类型选择：开关型；在对象内容注释输入框内输入：“反映电梯运行楼层的变量”，单击“确认”。

4.3 组态软件模拟电梯PLC控制系统调试步骤

软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和PLC输出端的指示灯进行。调试时，可利用上述外部设备模拟各种现场开关和传感器的状态，然后观察PLC的输出逻辑是否正确。如果错误则修改程序后反复调试。现在PLC的编程软件都可在电脑上通过调试菜单进行调试，但前提是必须要有PLC实物与电脑相连接。下面对调试步骤进行介绍：

4.3.1 PLC梯形图调试

在菜单栏中找到“编译”选项，进行程序编译，编译完毕后没有错误时，点击“下载”按钮，将程序下载PLC中，然后点击运行按钮，使PLC进入到运行状态。后对照输入输出点进行程序调试。调试过程中可以通过点击调试菜单下的开始程序状态监

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控命令实现对PLC各个变量的监控，监控过程中会发现处于工作状态的常开或者常闭开关会变为绿色。调试完后，使PLC保持在运行状态，将窗口关闭，开始进行软硬件连接。

4.3.2 设备连接

设备窗口是MCGS系统的重要组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得MCGS能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对应工业过程的实时监控。

MCGS实现设备驱动的基本方法是：在设备窗口内配置不同类型的设备构件，并根据外部设备的类型和特征，设置相关的属性，将设备的操作方法，如硬件参数配置、数据转换、设备调试等都封装在构件之内，以对象的形式与外部设备建立数据的传输通道连接。系统运行过程中，设备构件由设备窗口统一调度管理，通过通道连接，向实时数据库提供从外部设备采集到的数据，从实时数据库查询控制参数，发送给系统其它部分，进行控制运算和流程调度，实现对设备工作状态的实时检测和过程的自动控制。

MCGS组态软件提供了大量的工控领域常用的设备驱动程序。这次设计用的驱动程序是通用串口父设备。

（1） 在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。 （2） 点击工具条中的“工具”图标，打开“设备工具箱”。

（3） 单击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮，在可选设备列表中，双击“通用设备”，再双击“通用串口父设备”，最后再单击“确认”，“通用串口父设备”就被添加到“设备工具箱”中了。设备连接图如图4-3

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图4-3 西门子S7 200 实物与PC机连接图

4.3.3 软硬件调试

PLC程序运行后，运行MCGS，进入“用户窗口”，双击“四层电梯”，打开组态画面。单击

（进入运行环境），在“系统管理”下拉菜单中选择“用户窗口管理”，

选中“四层电梯”，单击确定。这样就进入了四层电梯的组态运行环境。在此环境下，可用鼠标点击相应的按钮，来实现对电梯的控制和监控，观察电梯运行情况，如果运行结果不正常，可对程序或组态的参数进行重新设定，反复调试。调试结果见附录2。

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结 论

本次设计首先通过对电梯系统的结构的学习以及电梯控制系统硬件的分析确定控制方案。解决了要控制什么，如何控制。然后进一步确定控制系统每个硬件的工作原理，运行参数，从而选定本次设计所需要的硬件。以上所做的工作均为准备工作。在所有准备工作就绪后，开始本次设计的软甲设计。软件设计为本设计的核心内容。首先确定软件设计的设计原理，也就是控制系统的流程图。通过对流程图的设计，解决了如何通过PLC来实现对整个电梯系统的控制。然后在编程之前还要对PLC的I\\O点进行错略的估计。最后才开始进行编程，也就是真正意义上的软件设计。因为开始编程之前已经对系统所需要的I\\O点进行估算，但是由于没开始真正的编程，估算的结果可能会有偏差，但是偏差不应过大。而且此偏差在具体编程过程中得到修正。编程完成后应该具备完整的I\\O点数目。此外，本次设计的另一特色就是使用了大量的中间继电器，编程完成后，也给出了每个中间继电器所代表的含义和功能。软件设计完成后，开始检验和调试所编程序的正确性。本次设计验证所编程序所采用的是西门子S7 200 PLC实物和昆仑通态 MCGS组态软件相结合的验证方法。程序的验证实际通过观察PLC输入输出端口的指示灯就可以实现。而且，编程所用的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3软件内部有对开关的强制功能，不必采用实际的开关当作输入。这给程序正确性的验证提供了很大的方便。但是光凭借观察PLC输入输出端口指示灯的状态来判断程序的执行情况，会很繁琐，而且不直观。如果输出点过多，就很难立刻就知道程序的正确与否。所以本设计采用了PLC实物和昆仑通态 MCGS组态软件相结合的方法来验证。通过昆仑通态组态软件所建立的动画，可以非常直观的观察到所编程序实现的功能。为程序的调试节省了很多的时间。最后基于以上的工作，最终实现了基于PLC的四层楼电梯控制系统的设计。

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谢 辞

在毕业设计论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师孙志诚副教授的热情关怀和悉心指导。在撰写论文的过程中，无论是在论文的构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，

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王建平

附录一

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