西门子PLC控制的五层电梯系统

电梯控制系统

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The elevator control system

毕业设计（论文）题目： 电梯监控系统研制 ―――――控制程序PLC实现部分 一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等） ? 主要内容： 1．熟悉电梯的基本概况； 2．学习和掌握PLC编程的基本原理和方法； 3．理清电梯系统业务流程的逻辑关系； 4．软件编制、仿真分析、总体调试。 ? 设计要求： 1．控制对象：电梯； 2．控制策略：采用西门子PLC。 ? 编程仿真工具： STEP7 （V5.4） 2

二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等） ? 毕业设计论文； ? 英文翻译； ? 程序代码。 三、完成日期及进度 自2010年03月08日起至2010年06月25日止进度安排： 2010.03.08－03.19: 收集、消化资料，了解系统设计要求； 03.20－04.10: 系统总体方案设计，软件设计； 04.11－05.08: 编制控制软件、局部调试； 05.09－05.24: 总体调试、系统优化； 05.25－06.15: 撰写毕业设计论文； 06.16－06.19: 毕业设计答辩。 3

四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）: 1. 邱道尹.S7-300/400PLC入门和应用分析[M]. 中国电力出版社,2008.01. 2. 柴瑞娟等.西门子PLC编程技术及工程应用[M].机械工业出版社,2007.07. 3. 廖映华. PLC在电梯模型控制系统中的应用[J]. 电气技术与自动化, 2007, 9(1): 114-116. 系(教研室)主任： （签章） 年 月 日 学院主管领导： （签章） 年 月 日

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论 文 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。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以西门子的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。

整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。

关键词：

PLC控制系统 电梯 逻辑控制电路 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. It depends electric power, dragging along to move a car that can carry person or thing and lead a track in the building of the well way up do perpendicularity to ascend and descend sport, there is prominent function in the people's life. And the control elevator circulate of the PLC system also has more and more high request, request to attain the movement purpose of \PLC, logic control the electric circuit constitute. Include an exchanges difference to tread electric motor among them, after the electric appliances, get in touch with a machine, route of travel switch and press button, give out light the indicator constitute and transducer for the control system of integral whole. The this machine control unit adoption carries on whole process a control to the machine by the programmable controller PLC of Siemens company.

The whole system passes PLC, logic control the electric circuit is to the rise and fall of elevator; Add, decelerate; Even layer; Start, make to move a control. Its structure is simple and circulate an efficiency, even layer accuracy, be easy to comprehension and control. Key Words:

The PLC controls system ， elevator ，The logic controls electric circuit， transducer

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目 录

第一章 绪论 ...................................................... 1 1.1课题研究的背景 ............................................. 1 1.2电梯控制系统研究的现状 ..................................... 2 1.3 论文的主要内容 ............................................. 3 第二章 电梯的基本结构及控制原理 .................................. 4 2.1 电梯土建的基本结构 ......................................... 4 2.2 电梯的机械基本结构 ......................................... 4 2.3 电梯电气系统的基本结构 ..................................... 6

2.3.1、电梯的拖动系统 ..................................... 6 2.3.2 电梯的控制系统 ...................................... 8

2.4 电梯控制系统的原理与要求 ................................... 8 第三章 PLC的结构及基本指令 ..................................... 11 3.1 PLC的结构原理 ............................................ 11

3.1.1、 PLC的硬件系统结构 ............................... 11 3.1.2、可编程控制 ........................................ 13

3.2 PLC的工作原理 ............................................ 14

3.2.1 PLC的等效工作电路 ................................. 14 3.2.2、PLC的工作原理 .................................... 15

3.3 PLC的软件系统 ............................................ 16 3.4 STEP 7编程软件的编程语言及基本指令 ....................... 17

3.4.1 STEP 7编程软件的编程语言 .......................... 17

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3.4.2 STEP 7编程软件的基本指令 .......................... 18

第四章 PLC在交流调速电梯上的应用 ............................... 19 4.1 电梯控制系统构成 .......................................... 19 4.2 电梯控制硬件设计 .......................................... 19 4.3电梯设计流程图 ............................................ 22 4.4 控制系统软件设计 .......................................... 23

4.4.1创建项目 ........................................... 24 4.4.2硬件组态（配置机架） ............................... 26 4.4.3符号表编辑 ......................................... 26

4.5 电梯仿真调试过程 .......................................... 27

4.5.1电梯开关门 ......................................... 27 4.5.2 层楼信号的产生于消除 ............................... 30 4.5.3 内选指令的登记与消除 ............................... 31 4.5.4 外呼信号的登记与消除 ............................... 32 4.5.5 电梯上下行定向 ..................................... 33 4.5.6 电梯启制动调速运行 ................................. 36

结 束 语 ........................................................ 37 参考文献 ........................................................ 39 附录 ............................................................ 39

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第一章 绪论

1.1课题研究的背景

电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。电梯作为一种较为复杂的机电一全化设备，它由多许机械构件和电子、电气、大规模集成电路组成的微型计算系统及声、光控制部件所组成。那么电梯到底有哪些功能呢？我们从按下电梯的按钮到完成电梯的运行并走出电梯轿厢，实际上已包含了电梯的许多功能，如：电梯的定向选层、电梯的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车、开关门。还有检修功能、安全保护功能、消防功能、楼层显示等。

从电梯控制统的实现方法分，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，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接触不良，所以电梯故障高，众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制发生了限大的变化，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，整个系统更加可靠，灵活性更加提高，功能大增强了。但微机的集成度高，功能项目固化，一般维修人员及工程人员修改或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生厂家或用专用的工具。可编程序控制器取代继电器构成的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，

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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。而PLC的编程语言需不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点一般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.

1.2电梯控制系统研究的现状

电梯的出现大大方便了人们的生活。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越来越广泛的应用，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。随着经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，这使得交流变频调速电梯控制系统已经进入一个崭新的时代。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。随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，为满足和提高人

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们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。

1.3 论文的主要内容

在电梯的控制中其控制量多、逻辑性强、随机性大是其主要特点，对于PLC控制设计来说，电梯控制系统具有很强的实用性和典型性，研究、分析电梯的逻辑关系，进而实现控制，对于理解和学习PLC都具有很好的意义。 控制电梯运行的PLC系统要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以西门子公司的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的开关门，升降，加、减速，平层，起动、制动控制。要求其达到结构简单、运行效率高、平层精度高、使其能够易于理解与掌握。最后再通过西门子PLC调试软件进行调速，满足设计所需要的要求。

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第二章 电梯的基本结构及控制原理

电梯是一种较为复杂的机电一体化的设备，一台完整的电梯主要由成土建部分，机械部分和电气部分组成。

2.1 电梯土建的基本结构

土建部分大致由机房，井道，底坑组成。

一、电梯机房：通常电梯机房设在建筑物的顶楼，机房内没厢控制柜，电梯曳引主机，导向轮，防止电梯超速的限速器，电梯的总电源盒等部件。

二、电梯井道：是在机房曳引机的上方是贯穿于建筑物通体高度的方形直通道空间，井道侧壁上安装有坚直的导轨，作为引导轿厢、对重运动提供空间。

三、底坑：井道的底部平面低于建筑物的最低层的地面，主在用于安装电梯轿厢，对重缓冲器，以便在轿厢冲顶、蹲低有缓冲的空间起减速缓冲作用。

2.2 电梯的机械基本结构

机械部分主要有曳引主机，导向轮，曳引钢丝绳-绳头，限速器-安全钳，导轨-导靴，电梯轿厢，开关门连杆装置，层门-门锁，缓冲器等部件。

一、曳引机：

是电梯轿厢升降的主拖动机械，它由电动机、制动器、减速箱（无齿轮曳引机没有减速箱）、曳引轮、和底座等组成。

二、曳引钢丝绳：

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电梯用曳引钢丝绳常采用电梯专用西鲁式钢丝绳（6X19S+NF或8X19S+NF），

三、导向轮：

导向轮用于半绕时，俗称过桥轮，用于全绕式时，称为抗绳轮。导向轮是用来调整钢丝绳与曳引轮之间的包角大小，与及调整轿厢与对重的相对位置。

四、限速器-安全钳：

限速器-安全钳装置由限速器、限速钢丝绳、安全钳、底坑张紧轮四部分组成。电梯中限速器与安全钳成对出现和使用，它们是电梯中最重要的一道安全保护装 置。其作用有：电梯由于超速、打滑、断绳、控制制失控等原因，起到了安全保护作用。

五、导轨-导靴

导轨和导靴是电梯轿厢和对重导向部分。电梯导轨材料多采用普通碳素钢A3F轧钢，要求具有足够的强度、韧性，在受到强烈冲击时不致发生断裂。

导靴是轿厢与对重沿着导轨上下移动的导向装置。 六、电梯轿厢

电梯轿厢是电梯中装乘客或货物的金属结体。它由轿厢架、轿厢壁、轿厢底、轿厢顶、轿门等到几部分组成。由上下四组导靴向沿导轨作垂直升降运动，完成垂直运输任务。常用电梯轿厢内部净高和使用者正常出入门口净高一样，应不小于2米，宽度和深度由电梯的实际载重量而定。

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七、开门机及开关门机构

自动开门装在轿顶靠近轿门处，由电动机通过减速装置（齿轮传动或蜗轮传动或带齿胶带传动）带动曲柄杆机构去开、关门。

八、层门

层门是电梯在各楼层的停站，也是供乘客或货物进出电梯轿厢通向各层大厅出入口，又称为厅门。层门由门框、门板、门头架、吊门滚轮、层门地坎和门联锁等组成。门框又由门楣（门导轨或门上坎）、左右立柱组成。

九、对重装置

对重装置的作用，是以其自重量去平衡轿厢侧所悬挂的重量。它的作用有：

（1） 减少电梯曳引机的输出功率；

（2） 减少曳引轮与钢丝绳之间的摩擦曳引力，延长钢丝绳寿命； （3） 如果电梯在“冲顶”或“蹲底”时，使电梯失去曳引条件，避免冲击并井道顶部；

（4） 使电梯的提升高度不像强制式驱动那样受到限制。 2.3 电梯电气系统的基本结构

电梯电气系统有两大系统组成：电梯的拖动系统和控制系统组成。

2.3.1、电梯的拖动系统

目前，常用的电梯拖动大多为交流拖动。交流调速的方法很多，大电梯领域里应用较为广泛的有交流变极调速、交流调压调速、交流

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变压变频调速。

（1）交流变极调速

据异步电动机的同步转速为即旋转磁场的转速为：n0?60f1/p,当改变定子绕组的极对数时，就可以改变同步转速，从而使电机转速得调节。

为了实现变极调节调速，可以在定子上安装两组独立的绕组，各构成不同的极对数，也可以通过改变绕组接法的方式实现调速，变极调速适用于不需要平滑调速的载货电梯。

（2）交流调压调速

异步电动机的轴转速为：n=60f1/p(1?s)，当改变转差率s时，也可以达到调节电动机转速的目的，这些转差功率消耗在转子电路上，不但使转子发热，也降低了工作效率。

目前电梯上使用较多的改变转差率调速的方法是变压调速，即通过改变定子电压来达到调速的目的。变压调速的调速范围非常窄（电动机线性调速范围小）。因此电梯上的变压调速都采用闭环控制，以提高调速范围。

（3）变频调速

由n0?60f1/p可知,当转差率变化不大时，异步电动机的转速n基本上正比于f1，因此，如果供电电源的频率可以平滑改变，异步电动机的转速就可以得到平滑调节。通过改变电源频率来实现调速的方法，可以得到很大的调速范围及很好的机械性，这种调速方法是目前电梯上应用最多的调速方式。

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变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成.三相电源 R、S、T 经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。

图一 变频调速曲线图

2.3.2 电梯的控制系统

电梯的控制系统大致有以下几部分组成：开关门按控制、轿内指令登记与消号、厅外召唤登记与消号、定向选层线路、启动线路、减速平层线路、检修运行线路、消防运行线路、主控回路等。这几部分共同构成电梯的控制系统，实现电梯的登记、开关门、启动、运行、减速、平层等各种功能。

2.4 电梯控制系统的原理与要求 （1）电梯位置的确定与显示

轿厢中的乘客及门厅中等待乘坐电梯的人都需要知道电梯的位置，因而轿厢及门厅都设有显示楼层标志的电梯位置显示装置。此外，

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电梯的运行还需要更加准确的电梯位置信号，以满足制动停车等控制的需要。传统电梯的位置信号一般由设在井道中的位置开关，如磁感应器提供，当轿厢上设置的隔磁板插入感应器时，发出位置信号，并启动楼层指示。

（2） 轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号

司机及乘客可按下轿厢内操作盘上的选层按钮选定电梯运行的目的楼层，此为内选信号。按钮按下后，该信号应被记忆并使相应的指示灯点亮。在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。该信号也需记忆并点亮门厅的上行或下行指示灯，按电梯集选控制原则，电梯上行时，应响应层站的上呼叫信号，下行时，响应下呼叫信号。在上行时应保留层站的下呼信号，在下行时应保留层站的上呼信号这些保持信号在要求得到满足时应能自动消号。

（3）电梯自动运行时的信号响应

电梯自动运行时应根据内选及外唤信号，决定电梯运行的运行方向。在定向时，根据电梯轿厢内乘客欲往层楼的位置信号或各层楼大厅乘客的召唤信号位置与电梯所处层楼的位置信号进行比较，门厅信号和内选信号都做为输入信号与电梯位置信号进行比较，凡是在电梯位置信号上方向的轿内或层楼厅外召唤信号，则电梯属上行状态；凡在其下方向的，则定下行状态。而且规定在运行方向确定之后只有同方向的才能截梯，方向不能截梯，不响应中途的方向呼唤要求，直到到达本反方向的最远战点才开始返程。要保持最远层楼召唤信号所要求的电梯运行方向，而不能轻易地更改，这样以保证最高层楼(或最

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低层楼)乘客的乘用电梯，而只有在电梯完成最远层楼乘客的要求后，方能改变电梯运行方向。同时轿内指令信号优先于各层楼厅外召唤信号而定向，即当空轿厢电梯被某层厅外乘客召唤到达该层后，某层的乘客即可进入电梯轿厢内而揿按指令按钮令电梯定上行方向(或下行方向)；若该乘客虽进入轿厢内且电梯门未关闭而尚未揿按指令按钮前(即电梯尚未定出方向)，出现其他层楼的厅外召唤信号时，如此召唤信号指令电梯的运行方向有别于已进入轿厢内的乘客要求指令电梯的运行方向，则电梯的运行方向应由已进入轿厢内的乘客要求而定向，而不是根据其他层楼厅外乘客的要求而定向。

（4）轿厢的启动与平层

轿厢在运行方向确定，轿厢已关好门时启动运行，运行的初始阶段是加速运行阶段，其后是稳定运行阶段。

（5）轿厢的平层与停车

轿厢的运行后需确定在哪一层站停车，平层是指停车时，轿厢的平层停车过程需在轿厢底面与停车楼面相平之前开始，先是减速，再是制动，以满足平层的准确性及乘客的舒适感。传统的电梯的平层开始信号由平层感应器发出。上平层感应器及下平层感应器装在轿厢顶部，隔磁板安装在井道壁上。上行时，上平层感应器首先插入隔磁铁板板，发出减速信号，电梯开始减速，至下平层感应器插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号，电动机停转，抱闸抱死，下行时下平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至上平层感应器插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号。

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第三章 PLC的结构及基本指令

3.1 PLC的结构原理

可编程序控制器（Programmable Logical Controller,简称PLC），是在继电器控制和计算机控制的基础开发的产品，逐渐发展以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动装置。它有可编程性，且编程灵活简单，有在恶劣环境下工作的高抗干扰能力 ，适应性力。而其体积小，重量轻，价格底等特点，在工业控制应用上越来越广泛，电梯控制系中的应也不例外。

不同的生产厂家生产的可编程逻辑控制器的结构多种多样，但基本组成原理是一样的。

3.1.1、 PLC的硬件系统结构

从硬件来看，PLC主要由CPU，存储器，I/O接口，电源，编程器等组成。

图二 PLC硬件的基本结构

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（1）CPU板

CPU板PLC的核心部件，它包括：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。CPU板是PLC的运算、控制中心，用来实现各种逻辑运算、算术运算及对整机进行管理控制；PLC内部配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

输入电路通常有两种形式；直流输入和交流输入电路。输入电路的作用是接收现现场输入设备送来的控制信号，并经光电耦合器隔离后转换成PLC内部的标准电平信号，然后由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。输出电路共有三种形式：一种是继电器形式，它是通过控制继电器的线圈使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，它是通过光电耦合器使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。常用的扩展卡盒有三种：一种是COMS开型ROM卡盒，它需要

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用锂电池后备，以防止断电时丢失程序及数据；另一种是EPROM卡盒，这种卡盒需要用专门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

编程器用于程序及数据的输入、编辑、调试和检测。当PLC在正常运时，一般不需要编程器，因此编程器设计为独立的部件。为了能对PLC进行编程及调试，在PLC上专门设有一个编程接口，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程器、专用智能编程器和通过计算机和专用接口实现对PLC的编程。

（6）电源

PLC一般使用220V的交流电源，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源，使PLC能正常工作。

3.1.2、可编程控制

任何一个控制系统要完成目的控制功能，必须通过一定的控制程

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序来实现的。通常控制序可分两大类：固定布线程序和可编程序。

（1）固定布线程序

传统的继电器控制系统和电子器件系统中，要实现各种控制功能，其控制程序是由种电气元件通过一定的联接方式-布线而成，输入设备如按钮开关、限位开关、传感器等，用以向控制系统送入信号。输出设备如接触器、电磁阀等用以控制被控制对象的动作。其输入对输出的控制是通过接线来实现，接线工作结束后，控制程序也被确定下来，若要改变控制程序，则必须改变接线方式重新布线，对于一个复杂的系统，是非常困难的。

（2）可编程序控制

可编程序控制控制系统中完成一定的控制，只通过专用的编程器，用程序语言进行编程，写入可编程控制的程序的存储器中，然后由可编程序控制器来完成各种操作。

在可编程系统中，若要改变控制程序，只用编程器改写程序存储器中的某些程序语句，不必要重新布线，由于控制被控对象的动作是控制程序语言来表达的，故又称为软件程序。

3.2 PLC的工作原理 3.2.1 PLC的等效工作电路

PLC是由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、计数器及状态器组合体。PLC的输入继电器，由外部开关通过输入端来驱动的；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

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“软”元件，这些元件带有动作线圈和很多电子常开触点和常闭点，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。

输入部分由用户输入设备组成，如按开关、操作开关、限位开关及传感器等。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。

控制部分是根据被控对象的实际控制要求编制用户程序，并将编制好的程序通过编程器送入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，PLC的控制功能是通过用户程序来实现的。

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

3.2.2、PLC的工作原理

PLC的工作过程实质上就是执行程序的过程。当PLC运行时，CPU按照分时操作原理每个周期执行一个操作，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，种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。

PLC的工作过程分为三个阶段：输入处理、程序执行及输出处理。 （1）输入处理

PLC以重复扫描方式执行用户程序。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

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中，然后开始执行程序。在执行过程中，即使输入状态发生了变化，但输入映象寄存器中的内容不变，直到一个扫描周期的输入处理阶段才重新读输入状态。

（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在不断的变化。

（3）输出处理

当全部指令执行完毕后，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，构成PLC的实际输出并由输出端子送出给执行器。

3.3 PLC的软件系统

硬件系统和软件相互结合才能构成一个完整PLC控制系统，完成各种复杂的控制功能。PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。

系统程序（又称系统软件）用于PLC控制系统的管理、服务及对用户程序的编译。系统程序质量的优劣直接影响PLC的性能。系统软件是由PLC生产厂家提供并固化在内部程序存储器中，用户不行存取和修改。

用户程序也称为应用程序或应用软件，它由PLC使用者根据被对象的控制要求用程序语言编制而成。用户程序是通过编程器键入到PLC内，并线性地放在由管理程序指定的存储区域内。

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小型PLC的用户程序比较简单，通常是顺序编制而成。大中型PLC的用户程序容量较大且比较复杂，为使用户程序编制简单，可以按功能、结构或使用目的将用户程序分为各个程序模块，每个模块各自完成一个确定的功能，然后把它们链接在一起构成一个完整的软件系统。

本次试验采用西门子STEP 7编程软件进行编程。STEP 7是西门子公司专为s7-300/400系列PLC设计的编程软件。

3.4 STEP 7编程软件的编程语言及基本指令 3.4.1 STEP 7编程软件的编程语言

标准的STEP 7软件包配3种基本编程语言，即梯形图（LAD）、功能块图（FBD）、语言表（STL）和顺序功能图编程语言，它们在STEP 7中可以相互转换。本实验采用梯形图这种编程语言。

梯形图结构形式类似地传统的继电器控制电路，它是由图形符号连接而成，这些符号分别代表常开触点、常闭触点、并联接线、串联接线及继电器线圈等，每个触点和线圈都有一个编码。梯形图具有如下特点：

① 梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列，也是程序的执行顺序。通常每个继电器线圈为一逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑起始于母线，然后是触点的各种连接，最后经过继电器线圈终止于母线，整个梯形图呈现梯形。

② 梯形图中的继电器不同于传统继电器控制线路中的物理继电器，它实质上是内部存储中的位触发器，因此称为“软继电器”或“软

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元件”。这些软元件输出继电器，辅助继电器，定时器，计数器及状态器等，它们均有无限常开触点和常闭触点。在PLC内部可以自由选取使用。如果某个位触发为“1”，表示对应的继电器线圈接通，相应的常开触点都闭合，而常闭触点都断开。

③ 梯形图是一种形象化的编程语言，其两端的母线是没有电源连接。因此核弹头形图中不存真实的物理电流，而具有“概念”电流，是用户程序运算过程中满足输出执行条件的形象化表示方式。“概念”电流只能从左到右流动，层次的改变是从上到下。

④ 输入继电器只能从外部输入信号驱动，而不能由内部其他触点驱动。因此在梯形图中只能出现输入继电器的触点而不出现线圈，输入继电器的触点状态即表示相对应的输入信号的变化。

⑤ 输出继电器用于PLC的输出控制，它是通过外输出触点驱动外部执行器。因此，在梯形图中的某个输出继电器的线圈接能时，表示在对应的输出端子上有输出信号。

⑥PLC内部其他软元件的触点不能驱动外部执行器，它们只供PLC内部使用。

⑦当PLC处于运行状态时，CPU接梯形图中元件排列顺序从上而下，从左到右逐行处理。

3.4.2 STEP 7编程软件的基本指令

STEP 7编程软件的基本指令有位逻辑指令、计数器与计时器指令、传送与比较指令、数据转换指令、算术运算指令、移位与循环指令、程序控制指令等。

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第四章 PLC在交流调速电梯上的应用

设计电梯PLC控制系统主要有以下方面的内容和步骤: 4.1 电梯控制系统构成

电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及 PLC 单元构成，由如图2所示，PLC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。

图三 电梯控制系统原理图

4.2 电梯控制硬件设计

硬件可分为两部分，输入和输出单元，它门是PLC 的 I/O 接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器等单元

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构成。

（1）输入单元为：

门厅外按钮与轿箱内选层按钮，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；

开关门按钮，控制轿门的开闭；

上下平层感应器，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层； 上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入到PLC，PLC 发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；

门锁装置，轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；

安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、电源开关等。

（2）输出单元为：

楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、目前的方向及层楼指示灯；

开关门接触器，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作；

启动加速、制动减速接触器，用于电梯的调速系统。

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元件符号 Km1 Km2 Km3 Km4 Km5 Km6-km8 Km9 Km10 Sq18 Sq19 Sq20 Sb1 Sb2 Sb3 Sb4 Sb5-sb9 1sb1-4sb1 2sb2-5sb2 1hl-5hl 6hl-7hl 名称及作用 上行接触器 下行接触器 高速接触器 低速接触器 启动接触器 制动接触器 开门接触器 关门接触器 下限位开关 上行强迫停止开关 下行强迫停止开关 开门按钮 关门按钮 上行启动按钮 下行启动按钮 1-5轿内选按钮 1-4楼上行外呼按钮 2-5楼下行外呼钮 1-5层层楼指示灯 上行.下行指示灯 元件符号 Sq5 Sq6 Sq7 Sq8 Sq9.sq10 名称及作用 基站开关 开门到位开关 关门到位开关 开门调整开关 关门调整开关 Sq11-sq15 1-5楼厅门锁开关 Sq16 Sq17 Hl13 Hl14 Hl15 Sa1 Sa2 Sq1 Sq2 Sq3 Sq4 1kr 2kr 3kr 轿门关闭到位开关 上限位开关 4楼上呼记忆灯 4楼下呼记忆灯 5楼下呼记忆灯 运行状态钥匙开关 基站开钥匙开关 安全框开关 安全钳开关 限速器开关 轿内急停开关 1楼感应器 2楼感应器 3楼感应器 21

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操纵箱上下行指示记Hl6.hl7 忆灯 Hl8 Hl9 Hl10 Hl11 Hl12 1楼上呼记忆灯 2楼上呼记忆灯 2楼下呼记忆灯 3楼上呼记忆灯 3楼下呼记忆灯 5kr 6kr 7kr Sq Sb0 5楼感应器 上平层感应器 下平层感应器 电源开关 极限开关 4kr 4楼感应器 图四 电梯电器元件表

4.3电梯设计流程图

根据电梯的工作原理与功能绘制电梯的运行流程图。

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图五 电梯运行流程图

4.4 控制系统软件设计

本次设计采用以西门子公司的可编程控制器s7-300v5.4进行实验。

首先在WINDOWS环境下打开s7软件，向软件中输入程序，待程序输入完毕将其变换后写入ＰＬＣ中。写入完毕后，打开菜单栏中仿真软件，将程序下载在到软件当中，运行软件实现对ＰＬ

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Ｃ过程的监控功能。根据实验要求，动作相应开关，模拟电梯控制系统的工作过程。在实验过程中要注意观察程序运行的变化过程。

若输入的程序有问题，对程序进行修改，经变换后再写入ＰＬＣ中调试。

4.4.1创建项目

项目的分层结构

组织块OB是操作系统与用户程序的接口，由操作系统调用，用于控制循环扫描和中断程序的执行、PLC的启动和错误等，有的CPU只能使用部分组织块。

OB1用于循环执行的主程序块。操作系统在PLC的每一次循环扫

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描中调用一次OB1。一个循环周期分为输入、程序执行、输出和其他任务，如下载、删除块和发送全局数据等。

功能（FC）是用户编写的没有固定参数存储区的块，其临时变量存储在局部数据堆栈中，功能结束后，这些数据就被其他数据覆盖了。可以可以用共享数据区来存储那些在功能执行结束后需要保留的数据。在调用功能和功能块时用实参来代替形参。

功能块（FB）是用户编写的有固定参数存储区的逻辑块，在每次调用功能块时要给功能块提供各种不同类型的数据，功能块也要返回数据给调用它的块。

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4.4.2硬件组态（配置机架）

4.4.3符号表编辑

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符号表是STEP7用来定义符号地址的表格形式，其本质都是为了建立绝对地址和符号地址之间的内在联系。

4.5 电梯仿真调试过程 4.5.1电梯开关门

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当q0.0和i0.0都为1，m10.2为1

当sb1 重新开门按钮i0.3为1，开门辅助继电器m10.0为1，开门接触器q1.0为1

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关门按钮I0.4为 1时关门辅助继电器m10.1为1，关门接触器q1.1为1

4.5.2 层楼信号的产生于消除

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四楼感应器I2.4为1后，四楼层楼指示灯q1.7为1，四楼层楼继电器m11.3为1。

4.5.3 内选指令的登记与消除

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二楼内选按钮I1.5为1后，内选二楼辅助继电器m12.1为1，二楼内选记忆灯q2.4为1。

4.5.4 外呼信号的登记与消除

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二楼上呼按钮I2.7为1，二楼上行外呼辅助继电器m13.1 为 1， 二楼上呼记忆灯q3.1 为1。

4.5.5 电梯上下行定向

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内选5楼，i2.0为1，内选记忆灯q2.7，内选5楼辅助继电器 m12.4为1，确定上行辅助继电器m10.3为1，m14.3为1，上行指示辅助继电器m14.4为1，上行指示q2.1为1。

内选按钮i1.4为1，内选一楼辅助继电器m12.0为1，内选记忆灯q2.3为1，同时确定下行辅助继电器m10.4为1，下行指示辅助继电器m14.6为1，下行指示q2.2为1。

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4.5.6 电梯启制动调速运行

二楼上行外乎辅助继电器m13.1为1时，上行指示辅助继电器m14.4为1，二楼停车触发m15.1为1。

接通延时计时器输入时间，记时减一，到零时，接通。

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结 束 语

至此，整个设计系统的工作完成，最终达到了预想的设计要求。 本次毕业设计课题的内容是PLC在电梯上控制系统设计。电梯PLC控制系统所涉及的面非常广，使我原来的知识得到了巩固和加深。同时，我又学到了很多新的知识，特别是电梯的基本结构，基本，工作原理和控制系统。而且这是一次难得的把所学的理论知识在实践中加以运用的机会，使之更融会贯通，对我日后的学习和工作都会有很大的帮助。

设计中遇到了不少困难，一个困难的解决，就是一次知识和经验积累的过程，让我明白了真正设计出成果的不易，更加认识到知识的力量，让我在以后的工作和学习过程中可以时刻提醒自己。

通过完成此次课题，使我对电梯和PLC及电梯有了一些新的看法。电梯作为当今高层建筑中的交通工具，为了更好地满足用户的要求，方便人们.它将随之不断改进，使之更加舒适、安全、可靠、方便。在舒适方面可以采用变频调速，让人感觉犹如平地。从方便来看，可以用微机智能控制，实现智能化。为配合楼层的伸高，更要开发安全的高速电梯。

最后，要说明的是，电梯和PLC都是一个非常复杂的系统,由于对电梯运行理解有所不同，也会有很多种控制方法，由于水平有限，这里只是做了其中之一，肯定会有不足之处，而且 PLC在电梯更多控制方面未能试验。

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致 谢

通过这次毕业设计，本人基本上掌握了交流调速电梯控制系统的

基本思路和实施步骤。在设计和论文写作的整个过程中，我要特别感谢我的指导教师，老师每周以来都给予了全面的指导和帮助，使我终于能完成这个对我来说很艰巨的任务。导师的渊博知识、务真求实、勤奋严谨的治学风范，认真负责的工作作风，每个星期的督促与指导、诲人不倦的授业精神给我带来了深刻的印象和巨大的帮助；在这次毕业设计中他让我们学会了怎样去独立的思考和完成一项任务，以及怎样去面对和了解我所未知的东西，从何下手，怎样解决，以及如何和同学一起交流解决问题，利用团队的力量，这些都使我受益终身。

在学习期间，得到学习很多老师的亲切关怀和无私的帮助，使我在学习的过程学到了许多做人的道理。在此向他们道声：谢谢了！

最后感谢其它做西门子编程的同学，谢谢他们平时对我的帮助。

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参考文献

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[7]. 郑凤翼等. 图解西门子plc应用实例. 电子工业出版社， 2009.04

[8]. 殷洪义等. plc原理与实践. 清华大学出版社，2008.10 附录

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