雙座四層電梯PLC聯(lián)動電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目:雙座四層電梯PLC聯(lián)動電氣控制系統(tǒng)設(shè)計姓名陸**學(xué)號20110103***專業(yè)機電一體化技術(shù)年級2011級指導(dǎo)教師鄧其*完成時間2013-11-26柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書機電工程系（部）機電一體化技術(shù)專業(yè)5班學(xué)生學(xué)號一、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：雙座四層電梯PLC聯(lián)動電氣控制系統(tǒng)設(shè)計二、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作規(guī)定進(jìn)行的日期：2013年9月26日起至2013年11月26日止三、畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)行地點：柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院四、任務(wù)書的內(nèi)容：目的：畢業(yè)設(shè)計是實現(xiàn)高職高專工科學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的重要的實踐性、綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)。它是對學(xué)生所學(xué)知識的綜合訓(xùn)練，也是對知識轉(zhuǎn)化為能力的實際測試；對進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析問題、創(chuàng)造性地解決實際問題的能力；對培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識和技能去分析和解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力；全面提高畢業(yè)生的素質(zhì)，使之能較快地適應(yīng)工程實踐的需要起著極其重要的作用。任務(wù)：設(shè)計技術(shù)要求：（1）設(shè)計某一4層雙座電梯電氣控制系統(tǒng)，有檢修和自動兩種控制方式，具備快捷工作流程，符合賓館客梯使用。（2）設(shè)計電梯主電路和控制電路，具有適合實際操作的樓層控制和顯示單元，繪制完整的電路圖。（3）電梯由變頻器和小型PLC聯(lián)合控制，具有無級調(diào)速功能，編寫完整的PLC控制程序，做好變頻器功能設(shè)置說明。（4）要有必要的短路、過載、連鎖保護(hù)。（5）撰寫設(shè)計論文，裝訂成冊。工作日程安排：9月26日-10月7日：下達(dá)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，分組明確設(shè)計課題，收集參考資料。10月7日10月14日：編制設(shè)計方案。10月14日-10月20日：方案設(shè)計。10月21日-11月10日：實施設(shè)計任務(wù)。11月10日-11月15日：整理并撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書,完成初稿工作。11月15日-11月22日：修改設(shè)計說明書，完成定稿工作。11月22日-11月24日：交畢業(yè)設(shè)計,經(jīng)過審查后準(zhǔn)備答辯。11月24日-11月26日：畢業(yè)設(shè)計（論文）審閱評分并進(jìn)行答辯。11月30日：將畢業(yè)設(shè)計歸檔、清點、裝訂、裝袋后上交歸檔。設(shè)計（論文）要求：1、根據(jù)所選的課題，要求學(xué)生獨立完成設(shè)計工作，訓(xùn)練學(xué)生運用所學(xué)專業(yè)知識解決工程實際問題的能力。2、要求學(xué)生在通讀教材、理解和掌握所學(xué)基礎(chǔ)知識和基本方法的基礎(chǔ)上,查閱相關(guān)參考書,吃透每一個知識點,結(jié)合內(nèi)容進(jìn)行實例分析。3、要求學(xué)生對基本概念要做到深刻理解,對基本原理要弄清弄懂,對基本方法要熟練掌握,通過工程知識和工程技能的綜合訓(xùn)練,以達(dá)到提高分析問題、解決問題的能力。4、通過畢業(yè)設(shè)計，提高學(xué)生科研和實際技能水平，提高識圖、制圖、查閱技術(shù)手冊，正確運算、文字表達(dá)能力和組織管理的能力。5、培養(yǎng)學(xué)生獨立工作的能力，進(jìn)一步鞏固和擴展專業(yè)知識，提高自學(xué)能力和工作適應(yīng)能力。6、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實，理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)和嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。學(xué)生開始執(zhí)行任務(wù)書日期：2013年9月26日指導(dǎo)教師簽名：年月日學(xué)生送交畢業(yè)設(shè)計（論文）日期：2013年11月26日教研室主任簽名：年月日學(xué)生簽名：2013年11月26日目錄摘要 ·摘要電梯在現(xiàn)代文明社會中扮演著重要的角色，電梯技術(shù)的發(fā)展很大程度上與社會的進(jìn)步息息相關(guān)，代表著社會的繁榮程度。隨著現(xiàn)代高層建筑的不斷發(fā)展，高層建筑內(nèi)電梯的數(shù)量也在增加，單電梯的控制技術(shù)已不能適應(yīng)這種情況，如何有效的對電梯進(jìn)行控制，避免重復(fù)召喚也顯得日益重要。本文首先敘述在當(dāng)代社會中電梯的重要性，對電梯進(jìn)行并聯(lián)控制的重要性及必要性，然后我查閱相關(guān)西門子公司的S7-200CN系列PLC，通過比較選用226型CPU，并使用EM223擴展模塊進(jìn)行擴展。隨后了解了電梯的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其各部分的運行原理。用一臺PLC控制兩臺四層電梯的雙電梯聯(lián)動控制系統(tǒng)具有傳統(tǒng)電梯所不具備的巨大優(yōu)越性，本文設(shè)計利用PLC設(shè)計雙電梯聯(lián)動控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)采用可編程控制器作為控制器，并使用基于“最少等待時間”的并聯(lián)調(diào)度規(guī)則來運行2臺電梯。本論文給出了PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，控制原理和實現(xiàn)方法的細(xì)節(jié)。同時給出了系統(tǒng)I/O分配表及關(guān)鍵模塊的梯形圖。其運行結(jié)果表明，它極大地增強了電梯運行的效率，減少了重復(fù)召喚的浪費。關(guān)鍵詞雙電梯PLC梯形圖引言隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。

電梯就是用于高層建筑物中的固定式升降運輸設(shè)備，它有一個裝載乘客的轎廂，沿著垂直或傾斜角度小于15°的導(dǎo)軌在各樓層間運行，是垂直運行的電梯(通常也簡稱為電梯)、傾斜方向運行的自動扶梯、傾斜或水平方向運行的自動人行道的總稱。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟(jì)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。有了電梯，摩天大樓才得以崛起，現(xiàn)代城市才得以長高。據(jù)估計，截至2002年，全球在用電梯約635萬臺，其中垂直電梯約610萬臺，自動扶梯和自動人行道約25萬臺。電梯已成為人類現(xiàn)代生活中廣泛使用的人員運輸工具。人們對電梯安全性、高效性、舒適性的不斷追求推動了電梯技術(shù)的進(jìn)步。如今，世界各國的電梯公司還在不斷地進(jìn)行電梯新品的研發(fā)、維修保養(yǎng)服務(wù)系統(tǒng)的完善，力求滿足人們對現(xiàn)代建筑交通日益增長的需求。然而，近年來隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，高層建筑和智能化建筑的不斷涌現(xiàn)，人們對電梯提出了越來越高的要求，單臺電梯往往不能滿足建筑物內(nèi)的交通需要，這時候就需要合理安裝多臺電梯來緩解電梯運行的壓力，因此電梯群控系統(tǒng)(elevatorgroupcontrolsystem)應(yīng)運而生。與此同時，隨著自動化技術(shù)的快速發(fā)展，也極大地促進(jìn)了電梯控制技術(shù)的進(jìn)步,大量先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用于電梯群控系統(tǒng),使得電梯群控系統(tǒng)的控制特性得到很大的改善。針對目前這一現(xiàn)狀，本論文以兩臺四層電梯為設(shè)計對象，對電梯的群控問題進(jìn)行了較為深入的分析研究，提出了一些自己的認(rèn)識和看法，設(shè)計出了一套雙電梯PLC聯(lián)動控制系統(tǒng)。第1章緒論1.1課題研究的背景在很久以前，人們就會運用一些原始的升降工具來運送人和貨物，這些升降工具的驅(qū)動力一般是人力或畜力。到19世紀(jì)初，在歐美開始用蒸汽機作為升降工具的動力。1845年，第一臺液壓驅(qū)動升降機研制成功，液壓驅(qū)動的介質(zhì)是水。盡管升降機被一代代富有革新精神的工程師們進(jìn)行不斷改進(jìn)，然而真正被工業(yè)界普遍認(rèn)可的升降機仍未出現(xiàn)，直到1852年世界第一臺安全升降機的誕生。1852年，美國紐約楊克斯的機械工程師奧的斯先生發(fā)明了世界第一臺安全升降機。1857年3月23日，奧的斯公司在紐約為一座專營法國瓷器和玻璃器皿的商店安裝了世界第一臺客運升降機。1862年，奧的斯公司采用單獨蒸汽機控制的升降機問世。1878年奧的斯公司在紐約百老匯大街155號安裝了第一臺水壓式乘客升降機，這是以直流電動機為動力的世界第一臺電力驅(qū)動升降機，從此誕生了名副其實的電梯。自從電梯系統(tǒng)提出15-20年，它已經(jīng)逐步演變成如今高科技的現(xiàn)代化設(shè)施。兩個現(xiàn)代化項目的主要問題通常是：現(xiàn)有設(shè)備的可靠性已達(dá)到不可接受的程度，不能滿足乘客的流量，因此也增加了舊體制的交通處理能力。2003年2月19日國務(wù)院頒布了《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》，明確規(guī)定電梯是特種設(shè)備，并對電梯的含義做了敘述：“電梯，是指動力驅(qū)動，利用沿剛性導(dǎo)軌運行的箱體或者固定線路運行的梯級（踏板）進(jìn)行升降或者平行運送人、貨物的機電設(shè)備”。這種對電梯的論述，被稱作廣義電梯概念，既包括上下運送人、貨物的升降式電梯，也包括用于水平或傾斜輸送乘客的自動人行道和自動扶梯。而隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷突飛猛進(jìn)，高層和超高層建筑如雨后春筍一般。在這些高層、大規(guī)模建筑中為滿足乘客流量過多的需要一般都安裝了多部電梯。傳統(tǒng)的電梯電器控制系統(tǒng)是一個繼電器控制系統(tǒng)。它有諸多缺點，例如：電路復(fù)雜，故障率高和可靠性較差；以及極大的影響了電梯的運行質(zhì)量。在這種情況下，有必要采用電梯群控系統(tǒng)[5]對建筑物內(nèi)的多部電梯進(jìn)行管理調(diào)度，協(xié)調(diào)各電梯的運行，提高電梯的服務(wù)質(zhì)量和運行效率。因此，研究和制造智能化、高效的電梯群控系統(tǒng)能滿足規(guī)模越來越龐大的現(xiàn)代建筑群的需要，具有極其重要的現(xiàn)實意義，備受工業(yè)界的關(guān)注。另外電梯的電氣系統(tǒng)由拖動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。在傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)中采用的繼電器邏輯控制，由于觸點多、故障率高、可靠性差、體積大等諸多缺點，正逐漸被淘汰。目前的電梯設(shè)計中一般使用可編程控制器(PLC)，它具有功能變化靈活，編程簡單，故障少，噪音低等優(yōu)點。同時維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強，控制箱占地面積少。當(dāng)乘員進(jìn)入電梯，按下樓層按鈕，電梯門自動關(guān)閉后．控制系統(tǒng)即進(jìn)行下列運作：根據(jù)轎廂所處位置及乘員所處層數(shù)．判定轎廂運行方向，保證轎廂平層時減速。將轎廂停在選定的樓層上；同時，根據(jù)樓層的呼叫，順路停車，自動開關(guān)門。另外在轎廂內(nèi)外均要有信號燈顯示電梯運行方向及樓層數(shù)。這些優(yōu)點使得PLC控制的電梯系統(tǒng)成為現(xiàn)在的主流。1.2課題研究的意義1967年晶閘管用于電梯驅(qū)動，交流調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動控制的電梯出現(xiàn)。1983年，變壓變頻（VVVF）控制的電梯出現(xiàn)，由于其良好的調(diào)速性能、舒適感和功能等特點迅速成為電梯的主流產(chǎn)品[6]。1984年在日本已將其用于2m/s以上的高速電梯。1985年以后，又將其延伸到中、低速交流調(diào)速電梯。交流變頻調(diào)速技術(shù)被認(rèn)為是電梯行業(yè)的當(dāng)代技術(shù)。在我國，老的直流電梯已被淘汰，交流雙速梯、ACVV交流調(diào)速梯逐漸被VVVF交流變頻變壓調(diào)速電梯所取代，控制系統(tǒng)已在大量采用PLC和微電腦控制技術(shù)，最高梯速已達(dá)到4m/s。當(dāng)前，在電梯電力拖動方面，除了大容量電梯還采用直流拖動系統(tǒng)以外，用交流變頻調(diào)速方式取代直流調(diào)速方式，已成為高速電梯的主流。電梯的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器控制、可編程序控制（PLC）、單片微機控制、多微機控制多種形式。繼電器控制系統(tǒng)是80年代最廣泛的一種電梯控制方式，具有控制邏輯線路簡單、直接、易于理解和掌握的優(yōu)點，但由于該類系統(tǒng)是由眾多繼電器、接觸器構(gòu)成，使用一段時間后其接觸點往往會接觸不良，所以電梯故障高，同時眾多的繼電器、接觸器動作噪聲較大，整個控制柜體積大，這些都成為繼電器控制的巨大缺點。隨著多微機系統(tǒng)在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，電梯控制方式發(fā)生了巨大的變化，因為微機在電梯中的應(yīng)用不僅取代了大部分繼電器和選層器，整個系統(tǒng)也變得更加可靠，靈活性更加提高，功能極大地增強了。但由于微機的集成度高，功能項目固化，所以一般的維修人員及工程人員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廠家或用專用的工具，及其的麻煩，限制了電梯控制系統(tǒng)的可調(diào)性?？删幊绦蚩刂破魅〈^電器構(gòu)成的電梯控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)由繼電器實現(xiàn)的邏輯控制功能，而且觸點少、可靠高、故障率低、維修方便、噪聲小，最主要的是可編程序控制系統(tǒng)的"可編程"功能，使得當(dāng)改變電梯的控制功能時，只要更改程序即可，對于安裝和維修人員非常方便。而PLC的編程語言雖然不盡相同，但都有通俗易懂，便于自學(xué)的優(yōu)點，一般的維修及工程人員都能掌握,PLC電梯控制系統(tǒng)比較適用于小高層的樓房。PLC（ProgrammableLogicalController）全稱可編程邏輯控制器，憑借其良好的可操作性，自誕生起就始終處于工業(yè)自動化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各類工業(yè)設(shè)備提供非?？煽康目刂剖侄?。目前，PLC與DCS、工業(yè)PC并列成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱。電梯群控系統(tǒng)是現(xiàn)代化電梯技術(shù)的重要組成部分。它不但有完善的分區(qū)服務(wù)、運行監(jiān)控、客流交通統(tǒng)計分析等功能，還具備故障診斷功能。本文借鑒了現(xiàn)有的電梯群控算法，通過實驗驗證和改進(jìn)，使用西門子公司的PLC構(gòu)建了雙電梯聯(lián)動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電梯的合理調(diào)度。1.3課題的提出可編程控制器(PLC)是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點，具有良好的操作性與可調(diào)節(jié)性，使用PLC進(jìn)行電梯的電氣控制是必然的趨勢。圖1-1控制方框圖圖1-1控制方框圖電梯質(zhì)量的好壞,在很大程度上是取決于控制系統(tǒng)的質(zhì)量，所以控制系統(tǒng)的選擇尤為重要。電梯的控制系統(tǒng)主要采用以下三種控制方式:一是繼電器控制系統(tǒng)；二是PLC控制系統(tǒng)；三是微機控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高,控制方式不靈活及功率消耗大等缺點,目前已逐漸被人們所淘汰。而微機控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強大的功能,但也存在一定的不足之處,即抗干擾性差,系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜,導(dǎo)致一般的維修人員難以掌握其維修技術(shù),這些因素使得微機控制系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性受到嚴(yán)重制約。而PLC控制系統(tǒng)由于其運行可靠、使用及維修方便、抗干擾性強等優(yōu)越性,成為當(dāng)前在電梯控制系中使用的主流控制方式。當(dāng)今PLC在電梯中的應(yīng)用已經(jīng)很成熟,如圖1-1是PLC應(yīng)用于電梯控制的控制框圖。圖中以PLC作為主控制器，一方面采集電梯的各種輸入信號，包括電梯的位置、狀態(tài)、內(nèi)外指令的按鈕信號、門鎖信號、門區(qū)信號、井道內(nèi)的強迫減速信號、防沖信號以及消防信號等。另一方面又把采集到的信號進(jìn)行計算和處理并給出電梯的樓層信號和速度信號，并驅(qū)動相應(yīng)的開關(guān)門信號、方向繼電器和抱閘繼電器等，這些信號傳輸給變頻器，繼而變頻器驅(qū)動拽引電機以控制電梯的運行。我們利用PLC內(nèi)的條件跳轉(zhuǎn)和主控制指令，把對電梯的控制程序劃分為幾個不同程序段：檢修控制、正常加速和穩(wěn)速段、減速爬行段、以及開關(guān)門階段（如圖1-2所示）。當(dāng)給電梯送電時，PLC立即就開始掃描電梯的所有輸入、輸出信號，檢測電梯的安全回路是否接通、廳門轎門是否關(guān)閉、繼而判斷電梯處在何種狀態(tài)。在正常自動狀態(tài)下，PLC檢測門鎖是否接通，若門鎖不通則給出關(guān)門信號，控制電梯關(guān)門；當(dāng)門鎖接通時，則進(jìn)入待機狀態(tài)，此時若收到指令信號則電梯即起動。當(dāng)電梯到達(dá)減速樓層時，PLC通過比較樓層的基數(shù)脈沖和換速點脈沖是否相等來判斷電梯的下一步動作，相等時給出電梯減速信號,電梯減速運行；否則電梯繼續(xù)運行，電梯間試運行時需要判斷電梯是否到達(dá)平層區(qū)，若到達(dá)平層區(qū)，則給出平層開門信號，否則電梯繼續(xù)減速。我們平時乘坐電梯除了要操作開關(guān)門按鈕外，還要給出要去的目的層指令，PLC通過樓層感應(yīng)器判斷電梯現(xiàn)在所在的樓層繼而確定運行方向，然后起動運行。根據(jù)查閱資料了解到的當(dāng)今電梯控制系統(tǒng)和電梯拖動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢以及掌握的知識，本次設(shè)計將采用西門子S7-200PLC，結(jié)合安川VS-616G5通用變頻器，實現(xiàn)兩臺電梯的聯(lián)動控制系統(tǒng)。圖1-2運行流程圖圖1-2運行流程圖第2章器件的選擇2.1PLC的選擇2.1.1PLC介紹1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求，這揭開了可編程控制器的發(fā)展篇章。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程控制器PDP—14，隨后在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段進(jìn)行了電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱為Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺PLC。起初它僅是具有邏輯運算、定時、計數(shù)等簡單功能，用于開關(guān)量的控制，實際上只能進(jìn)行邏輯運算，所以被稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController），簡稱PLC。在20世紀(jì)80年代后期，以微處理器構(gòu)成的微機取得了飛速發(fā)展，使得可編程邏輯控制器在概念、設(shè)計、性能上都有了新的突破。這種控制器的功能不再局限于當(dāng)初的邏輯運算，增加了數(shù)值運算、模擬量的處理、通信等功能，成為真正意義上的可編程控制器（ProgrammableController）,簡稱PC。但為了與個人計算機PC（PersonalComputer）相區(qū)別，可編程控制器仍簡稱為PLC。隨著可編程控制器的不斷發(fā)展，其定義也在不斷變化。最終國際電工委員會（IEC）1987年頒布的可編程邏輯控制器的定義如下：“可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器、可以編制程序的控制器，它能夠存儲和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作、并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則設(shè)計”。實際上，由于可編程控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新產(chǎn)品的功能已超出上述定義。從硬件來看，PLC主要由CPU，存儲器，I/O接口，電源，編程器等構(gòu)成。圖2-1PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)（1）CPU板CPU板是PLC的核心部件，它由微處理器CPU、存儲器（ROM、RAM）、并行接口（PIO）、串行接口（SIO）及時鐘控制電路等組成。CPU板是PLC的運算、控制中心，用以實現(xiàn)各種邏輯運算、算術(shù)運算及對整機進(jìn)行管理控制；PLC內(nèi)部攜有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器（ROM，RAM），分別用于存儲系統(tǒng)程序和用戶程序，并生成用戶環(huán)境；并行接口和串行接口主要用于CUP與各接口電路之間的信息交換。時鐘及控制電路用于產(chǎn)生脈沖及各種控制信號。（2）輸入/輸出電路通常有兩種形式的輸入電路；直流輸入和交流輸入電路。輸入電路的作用是接收來自現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，再經(jīng)光電耦合器隔離后轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電平信號，最后由CPU讀入并送至輸入映象寄存器中，供程序執(zhí)行使用。輸出電路的作用是將PLC的輸出控制信號送給外部輸出設(shè)備，通過輸出設(shè)備控制被控制對象工作。輸出電路有三種形式：一種是繼電器形式，它是通過控制繼電器的線圈利用其觸點的通斷來控制輸出設(shè)備，實現(xiàn)電氣隔離；另一種是晶體管輸出型，它通過光電耦合器控制輸出開關(guān)晶體管通斷，進(jìn)而控制輸出設(shè)備；第三種是可控硅輸出型，通過觸發(fā)可控硅的通斷來實現(xiàn)對外部輸出設(shè)備的控制。（3）存儲器擴展接口存儲器擴展接口用于連接用戶程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器的擴展卡盒。一般擴展卡盒有三種：一種是COMS開型ROM卡盒，它需要用鋰電池后備，以防止斷電時程序及數(shù)據(jù)丟失；另一種是EPROM卡盒，這種卡盒需要用專門的寫入器將調(diào)試好的用戶程序或數(shù)據(jù)寫入EPROM中，擦寫時需要用紫外線擦除器；第三種是EEPROM卡盒，是電可擦除存儲器，它的寫入和擦寫只需專用編程器。（4）I/O擴展接口I/O擴展接口與CPU之間是以總線方式連接的，因此它可以連接開總量的I/O擴展單元及擴展塊，使I/O點數(shù)規(guī)模在配置更加靈活。同時也可以配接如模擬量、高速脈沖等單元及通信適配器等特殊功能模塊，使PLC的功能大大增強。（5）編程器及其接口編程器用于程序以及數(shù)據(jù)的輸入、編輯、調(diào)試和檢測。當(dāng)PLC正常運轉(zhuǎn)時，一般不需要編程器，因此編程器被設(shè)計為獨立的部件。為了能對PLC進(jìn)行編程及調(diào)試，在PLC上設(shè)有一個專門的編程接口，通過這個接口可以連接各種形式的編程器。編程器的種類很多，常見的有便攜式手持編程器、專用智能編程器，通過計算機和專用接口實現(xiàn)對PLC的編程。（6）電源一般PLC使用220V的交流電源，通過電源部件將交流電轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器，存儲器等電子電路工作所需的直流電，使PLC能正常工作。鑒于電梯控制輸入輸出口數(shù)量較多的問題，本次采用EM223型數(shù)字?jǐn)U展模塊進(jìn)行擴展。2.1.2工作原理PLC是以微機為核心的電子部件，可以將它看作是一個由各種繼電器、定時器、計數(shù)器及狀態(tài)器組成的組合體。PLC的輸入繼電器，由外部開關(guān)通過輸入端來驅(qū)動；PLC內(nèi)的輸出繼電器，帶有無數(shù)內(nèi)觸點和外部輸出觸點。此外，PLC還有如定時器、計數(shù)器、狀態(tài)寄存器等“軟”元件，這些元件都帶有動作線圈和很多電子常開、常閉觸點，可以在PLC內(nèi)自由選擇使用。PLC控制系統(tǒng)主要由三部分組成：輸入部分、控制部分、輸出部分。輸入部分由用戶的輸入設(shè)備如按開關(guān)、操作開關(guān)、限位開關(guān)及傳感器等組成。它們直接與PLC的輸入端子相連接，用以產(chǎn)生輸入信號，這些信號或來自電梯轎廂操縱控制板，或來自電梯井道?？刂撇糠质歉鶕?jù)被控對象的實際控制要求編制用戶的控制程序，并將編制好的程序通過編程器輸入PLC內(nèi)的用戶程序存儲器中，CPU反復(fù)掃描、執(zhí)行用戶程序，并產(chǎn)生各種輸出控制信號，通過用戶程序來實現(xiàn)PLC的控制功能。輸出部分主要由用戶輸出設(shè)備如接觸器、繼電器等組成，它們直接和PLC的輸出端子相連，用來控制被控制的對象動作。PLC的工作過程實質(zhì)上就是執(zhí)行用戶程序的過程。當(dāng)PLC運行時，CPU按照分時操作原理每個周期執(zhí)行一次操作，由于CPU的運算處理速度很快，使得外部出現(xiàn)的結(jié)果從宏觀來看似乎是同時完成的，這種分時操作的過程稱為CPU對程序的掃描。PLC的工作過程分為輸入處理、程序執(zhí)行及輸出處理三個階段。（1）輸入處理PLC以重復(fù)掃描的方式執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài)（輸入信號）讀入輸入映像寄存器中，然后開始執(zhí)行程序。在執(zhí)行過程中，即使是輸入狀態(tài)發(fā)生了變化，但輸入映象寄存器中的內(nèi)容不變，直到完成一個掃描周期的輸入處理才重新讀輸入狀態(tài)。（2）程序執(zhí)行在程序執(zhí)行階段，PLC順序掃描用戶程序。每執(zhí)行一條程序所需要的信息都是從輸入映象寄存器和其他軟元件映象寄存器中讀出并參與運算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)的軟元件映象寄存器中，因此各軟元件映象寄儲器中的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而不斷的變化。（3）輸出處理當(dāng)全部的指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，成為PLC的實際輸出并由輸出端子送出給執(zhí)行器。SIMATICPLC是德國西門子公司在1995年推出的性能價格比比較高的PLC系統(tǒng)。其中，微型的有SIMATICS7-200系列，中小型的有SIMATICS7-300CN，中高檔性能的有S7-400系列。SIMATICS7系列PLC都具有模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)和易于用戶掌握等優(yōu)點，使得S7系列的PLC成為各種從小規(guī)模到中大規(guī)模應(yīng)用的首選產(chǎn)品。S7-200CN可編程控制器是德國西門子公司研制的新型可編程控制器。它工作可靠、功能強大、存儲容量大、編程方便，輸出端可直接驅(qū)動2A的繼電器或接觸器的線圈，抗干擾能力強。因此，能夠滿足電梯對電氣控制系統(tǒng)的要求。S7-200系列小型PLC(MicroPLC)可應(yīng)用于各種自動化系統(tǒng)。緊湊的結(jié)構(gòu)、低廉的成本以及功能強大的指令集使得S7-200PLC成為各種小型控制任務(wù)的理想解決方案。利用西門子S7-200可編程序控制器編寫兩個四層電梯的控制系統(tǒng)。分別完成轎內(nèi)指令、廳外召喚指令、樓層位置指示、平層換速控制、開門控制等控制任務(wù)。具有AS-Interface總線功能的西門子S7-200CNPLC性能較好，功能強大，支持三角函數(shù)、開方、對數(shù)運算等功能；可在線編輯和監(jiān)視;通過調(diào)制解調(diào)器支持遠(yuǎn)程監(jiān)控；可以故障診斷，執(zhí)行單次掃描，強制輸出；還可以編輯變量狀態(tài)表，使用多個可同時打開的窗口可同時顯示信號狀態(tài)和狀態(tài)表。所以基于S7-200CNPLC的電梯控制系統(tǒng)是一個網(wǎng)絡(luò)化、智能化、性價比極高的控制系統(tǒng)。STEP7-Micro／WIN32是S7-200系列PLC的編程軟件?？梢詫7-200所有的功能進(jìn)行編程。該軟件簡單且易學(xué)。其基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件任務(wù)。例如創(chuàng)建用戶程序，在修改和編輯過程中編輯器具有簡單語法的檢查功能。還可以用軟件直接設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)和運行監(jiān)控。同時SIMATIC系列PLCS7-200體積小巧，功能全面，適應(yīng)中小型機器設(shè)備的控制。適用于各種場合中檢測、監(jiān)測及控制的自動化，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，具有較高性價比，在可靠性、操作便捷性、實時特性、通訊聯(lián)網(wǎng)能力、功能低成本擴展、內(nèi)置集成等方面均有出色表現(xiàn)。所以在本次的設(shè)計中，選擇西門子S7-200PLC進(jìn)行電梯控制的設(shè)計。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)是由PLC、變頻器、控制箱、顯示器、曳引電動機等組成的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)(VariableVoltageVariableFrequency，簡稱VVVF)。通過一臺PLC去控制兩臺電梯運行的方式，可以省去兩臺可編程控制器之間的相互通信,從而使得控制系統(tǒng)的可靠性更高,結(jié)構(gòu)顯得更加簡單。系統(tǒng)的硬件框圖如圖2-2所示。圖2-2PLC雙電梯聯(lián)動控制系統(tǒng)硬件框圖圖2-2中可以看出，該系統(tǒng)主要由兩個部分組成，其中電梯控制的邏輯部分由PLC來實現(xiàn)。通過分析研究電梯的實際運行情況和控制規(guī)律，從而設(shè)計開發(fā)出一套雙電梯聯(lián)動控制程序，使得兩臺電梯的運行操作能夠用一臺PLC控制。電梯的調(diào)速部分則選用高性能的矢量控制變頻器，配以脈沖發(fā)生器(編碼器)測量鼠籠式曳引電動機的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成電機的閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)鼠籠式曳引電動機的交流變頻調(diào)速(VariableVoltageVariableFrequency，簡稱VVVF)運行。首先，PLC接收來自電梯的呼梯信號、平層信號，然后根據(jù)這些輸入信號的狀態(tài)，通過其內(nèi)部一系列的復(fù)雜控制程序，對各種信號的邏輯關(guān)系進(jìn)行有序地處理，最后向直流門控電機、變頻器和各類顯示器適時地發(fā)出開關(guān)量控制信號，對兩臺電梯實施聯(lián)控。在電梯控制系統(tǒng)中，由于電梯的控制屬于隨機性控制，各種輸入信號之間、輸出信號之間以及輸入信號和輸出信號之間的關(guān)聯(lián)性很強，所以邏輯關(guān)系處理起來非常復(fù)雜，這就給PLC的編程帶來很大難度。某種意義上來說，PLC編程水平的高低就決定整個系統(tǒng)運行質(zhì)量的好壞。因此，PLC應(yīng)用在電梯控制中的編程技術(shù)就成為控制電梯運行的關(guān)鍵技術(shù)。在PLC向變頻器發(fā)出開關(guān)量控制信號的同時，為了滿足電梯的要求，變頻器又需要通過與鼠籠式曳引電動機同軸連接的脈沖發(fā)生器和PG卡,對電動機完成速度檢測及反饋,形成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)系統(tǒng)。脈沖發(fā)生器輸出A、B兩相脈沖，PG卡接收到脈沖信號以后，再將此反饋給變頻器內(nèi)部,以便進(jìn)行運算調(diào)節(jié)。根據(jù)A、B脈沖的相序,可判斷出電動機的轉(zhuǎn)動方向,并可以根據(jù)A、B脈沖的頻率測得電動機的轉(zhuǎn)速（如圖2-3）。由于本設(shè)計選用的是通用型變頻器，因此其參數(shù)設(shè)置和外部線路設(shè)計的復(fù)雜程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)地高于電梯專用變頻器，其設(shè)置的好壞也將直接影響到電梯運行的實際效果。圖2-3閉環(huán)矢量控制框圖2.2.1變頻調(diào)速系統(tǒng)的分析及選擇80年代初，通用變頻器實現(xiàn)了商品化。在近20年的時間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用BJT到采用IGBT兩個大的進(jìn)展過程。目前從一般要求的小范圍調(diào)速傳動到高精度、快響應(yīng)、大范圍的調(diào)速傳動，從單機傳動到多機協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，幾乎都可采用交流調(diào)速傳動。因此可以說在電氣調(diào)速傳動領(lǐng)域內(nèi)，以變頻器應(yīng)用技術(shù)為代表的交流調(diào)速傳動已經(jīng)成為電氣調(diào)速傳動的主流。電梯調(diào)速除了要求一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，舒適度是一項重要指標(biāo)。本設(shè)計中拖動調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運行，以改善電梯運行的舒適感；另外，由于電梯在建筑物內(nèi)的耗電量占建筑物總用電量的相當(dāng)大的比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視?？紤]以上各種因素，通過對各主要生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品的性能指標(biāo)與價格比分析，選用日本安川公司的變頻器。帶PG(脈沖發(fā)生器)矢量控制方式的調(diào)速范圍寬廣，速度控制精度高，可以用于各種伺服驅(qū)動、高精度速度控制和力矩控制。但是帶有PG矢量控制功能的變頻器的價格相當(dāng)高，基于性價比方面因素的考慮，本次電梯調(diào)速控制的設(shè)計選用的是VS-616G5型通用變頻器,選擇有PG矢量控制作為曳引鼠籠式電動機的控制方式。VS-616G5型變頻器是安川電機公司面向世界推出的21世紀(jì)通用型變頻器。這種變頻器不僅考慮了控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。VS-616G5變頻器的特點如下:(1)包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化；(2)有豐富的內(nèi)藏與選擇功能；(3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積??；(4)保護(hù)功能完善、維修性能好；(5)通過LCD操作裝置，可提高操作性能。為了使變頻器工作在最佳狀態(tài)，在完成參數(shù)設(shè)置后，需使變頻器對所驅(qū)動的電動機進(jìn)行自學(xué)習(xí)，而616G5就具有曳引機參數(shù)自學(xué)習(xí)的功能，其方法是:將曳引機制動輪與電機軸脫離，使電動機處于空載狀態(tài)，然后啟動電動機，讓變頻器自動識別并存儲電動機有關(guān)參數(shù)，變頻器將根據(jù)識別到的結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)。顯然，這一組自學(xué)習(xí)到的參數(shù)，是和變頻器匹配的最佳參數(shù)，使變頻器能對該電動機進(jìn)行最佳控制。 表2-4安川616G5變頻器主要參數(shù)設(shè)置表參數(shù)名稱設(shè)定值A(chǔ)1-02控制方式選擇3B1-01頻率指令選擇1B1-02運行指令選擇1B1-03停止方法選擇0B1-04反轉(zhuǎn)禁止選擇0B2-01零速電平選擇0.1HzB2-04停止時直流制動時間1.0SC1-03加速時間3.0SC1-04減速時間3.0SC2-01加速開始時S型曲線時間0.6SC2-02加速完了時S型曲線時間0.6SC2-03減速開始時S型曲線時間0.6SC2-04減速完了時S型曲線時間0.6SC5-01ASR比例增益5C5-02ASR積分時間1sE1-01輸入電壓設(shè)置380E1-04最高輸出頻率50E1-05最大電壓380E1-06額定電壓頻率50E1-09最低輸出頻率電壓0E2-01電機額定電流按電機銘牌設(shè)置E2-02電機額定滑差按電機銘牌設(shè)置E2-03電機空載電流按電機銘牌設(shè)置E2-04電機極數(shù)按電機銘牌設(shè)置F1-01PG常數(shù)根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器銘牌設(shè)置F1-02PG斷線時檢測時的動作選擇0F1-03超速時的動作選擇0F1-04超度偏差過大時的動作選擇0F1-05PG分頻比根據(jù)電機極數(shù)設(shè)置短路保護(hù)PLC通過向安川616G5變頻器發(fā)出電梯上行輸出和電梯下行輸出信號，從而控制曳引電動機的轉(zhuǎn)動方向，決定電梯的上/下行運動；PLC通過向安川616G5變頻器發(fā)出電梯高速運行和電梯低速運行信號，從而間接控制曳引電動機的轉(zhuǎn)動速度，決定電梯的高速/低速運動。電動機通過脈沖發(fā)生器(編碼器)和PG卡將速度信號及時反饋給安川變頻器，短路保護(hù)接觸器觸點過載保護(hù)電梯上行輸出電梯下行輸出電梯高速運行電梯低速運行COM安川616G5變頻器RSTPLC123411脈沖發(fā)生器12V0V接觸器觸點過載保護(hù)電梯上行輸出電梯下行輸出電梯高速運行電梯低速運行COM安川616G5變頻器RSTPLC123411脈沖發(fā)生器12V0VA相脈沖B相脈沖PG卡PG-B2123456UVW圖2-5變頻器拖動部分線路圖第3章雙電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1電梯簡介3.1.1電梯的定義一般來說比較常見的電梯的定義：一種以電動機為動力的垂直升降機，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運貨物。3.1.2電梯的組成及功能現(xiàn)代電梯主要由曳引機（絞車）、導(dǎo)軌、對重裝置、安全裝置(如限速器、安全鉗和緩沖器等)、信號操縱系統(tǒng)、轎廂與廳門等組成。這些部分分別安裝在建筑物的井道和機房中。通常采用鋼絲繩摩擦傳動，鋼絲繩繞過曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動機驅(qū)動曳引輪使轎廂升降。電梯要求安全可靠、輸送效率高、平層準(zhǔn)確和乘坐舒適等。電梯的基本參數(shù)主要有額定載重量、可乘人數(shù)、額定速度、轎廂外廓尺寸和井道型式等。曳引系統(tǒng):曳引系統(tǒng)主要由曳引機、曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪，反繩輪組成,曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。導(dǎo)向系統(tǒng):導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌作升降運動。導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。轎廂:轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。門系統(tǒng)：門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。重量平衡系統(tǒng)：系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。電力拖動系統(tǒng)：電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實行電梯速度控制。電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動機調(diào)速裝置等組成。電氣控制系統(tǒng)：電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。安全保護(hù)系統(tǒng)：保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由限速器，安全鉗，緩沖器，端站保護(hù)裝置組成。3.2電梯的原理3.2.1電梯的結(jié)構(gòu)原理電梯是機、電一體化產(chǎn)品。其機械部分好比是人的軀體，電氣部分相當(dāng)于人的神經(jīng)，控制部分相當(dāng)于人的大腦。各部分通過控制部分調(diào)度，密切協(xié)同，使電梯可靠運行。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩曳引式結(jié)構(gòu)。（1）拽引系統(tǒng)電梯拽系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力，驅(qū)動電梯運行。主要由拽引機，拽引鋼絲繩，導(dǎo)向輪和反繩輪組成。拽引機為電梯的運行提供動力，由電動機，拽引輪，連軸器，減速箱，和電磁制動器組成。拽引鋼絲的兩端分別連轎廂和對重，依靠鋼絲繩和拽引輪之間的摩擦來驅(qū)動轎廂升降。導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復(fù)繞型還可以增加拽引力。（2）導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使得轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌做升降運動。（3）門系統(tǒng)門系統(tǒng)有轎廂門，層門，開門，連動機構(gòu)等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇，門導(dǎo)軌架，等組成，層門設(shè)在層站入口處。開門機設(shè)在轎廂上，是轎廂和層門的動力源。（4）轎廂轎廂是運送乘客或者貨物的電梯組件。它是有轎廂架和轎廂體組成的。轎廂架是轎廂體的承重機構(gòu)，由橫梁，立柱，底梁，和斜拉桿等組成。轎廂體由廂底，轎廂壁，轎廂頂以及照明通風(fēng)裝置，轎廂裝飾件和轎廂內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數(shù)決定。（5）重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側(cè)拽引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設(shè)計影響的裝置。（6）電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)由拽引電機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，調(diào)速裝置等組成，它的作用是對電梯進(jìn)行速度控制。拽引電機是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機或者直流電機。供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。速度反饋系統(tǒng)是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。一般采用測速發(fā)電機或速度脈沖發(fā)生器與電機相連。調(diào)速裝置對拽引電機進(jìn)行速度控制。（7）電氣控制系統(tǒng)電梯的電氣控制系統(tǒng)由控制裝置，操縱裝置，平層裝置，和位置顯示裝置等部分組成。其中控制裝置根據(jù)電梯的運行邏輯功能要求，控制電梯的運行，設(shè)置在機房中的控制柜上。操縱裝置是由轎廂內(nèi)的按鈕箱和廳門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運行的。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準(zhǔn)確平層的控制裝置。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的?？空緯r，欲使轎廂地坎與廳門地坎達(dá)到同一平面的操作。位置顯示裝置是用來顯示電梯所在樓層位置的轎內(nèi)和廳門的指示燈，廳門指示燈還用尖頭指示電梯的運行方向。（8）安全保護(hù)系統(tǒng)安全保護(hù)系統(tǒng)包括機械的和電氣的各種保護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)電梯安全的使用。機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護(hù)作用，緩沖器起沖頂和撞底保護(hù)作用，還有切斷總電源的極限保護(hù)裝置。電氣方面的安全保護(hù)在電梯的各個運行環(huán)節(jié)中都有體現(xiàn)。3.3電梯的工作方式曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實現(xiàn)轎廂和對重的升降運動，達(dá)到運輸目的。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉(zhuǎn)，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止?fàn)顟B(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確停靠。電氣系統(tǒng)實現(xiàn)對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。3.4電梯的PLC控制系統(tǒng)的功能分析整個升降電梯控制系統(tǒng)的組成由核心控制元件PLC、電機馬達(dá)開關(guān)、開關(guān)、按鈕、指示燈、和外部光電傳感器等元部件組成。其中由面板旋鈕開關(guān)或帶鎖的鑰匙旋鈕開關(guān)選擇整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)安全繼電器的得電或失電來區(qū)分自動運行和手動運行的輸出電源的通和斷。這樣就使得系統(tǒng)只有在自動運行狀態(tài)下時PLC的輸出端子才有輸出電壓，當(dāng)系統(tǒng)在手動運行狀態(tài)下時，PLC輸出端子上無輸出電壓。馬達(dá)開關(guān)作用為當(dāng)系統(tǒng)指令電機以工頻方式工作時，起到保護(hù)電機的作用。人機界面能夠方便操作人員對設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控，實時顯示設(shè)備工作狀態(tài)。指示燈向PLC傳輸外部狀態(tài)信號，指示電梯的工作狀態(tài)。自動化控制系統(tǒng)中的安全部分的緊急停止按鈕擁有最高的設(shè)備輸出中止權(quán)，即無論在手動還是自動狀態(tài)下，只要緊停按鈕被按下，設(shè)備都會立即停止任何動作。電梯井除了在高處和低處安裝了感應(yīng)電梯吊籃位置的光電傳感器，還在井架極限高位和極限低位安裝了機械式的行程限位開關(guān)，確保電梯轎廂不發(fā)生沖頂和撞底事故。3.5雙電梯的控制功能3.5.1雙電梯控制簡介當(dāng)在建筑物內(nèi)設(shè)置多臺并列的獨自操作的電梯時，由于人們往往會同時按下幾臺電梯的層站呼梯按鈕，使得幾臺電梯的轎廂去應(yīng)答同一呼梯信號，降低電梯工作效率。而且在頻繁的需求下會造成轎廂聚集現(xiàn)象。因此，安裝在一起的多臺電梯要求單臺電梯的控制系統(tǒng)相互聯(lián)動，且有自動監(jiān)控系統(tǒng)。于是出現(xiàn)了用集選控制方式控制的并列兩臺電梯的聯(lián)動控制方式。電梯的群控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2。圖3-2中，交通數(shù)據(jù)管理主要完成多種交通數(shù)據(jù)的采集，如外部呼梯信號，內(nèi)部指令信號等；層站召喚分配則根據(jù)一定的評價函數(shù)完成對外部呼梯申請信號的電梯調(diào)度選擇；任務(wù)處理及通信、數(shù)據(jù)管理部分主要完成上層模塊與下層電梯之間的信息交換。整個系統(tǒng)檢驗每部電梯響應(yīng)外部呼梯申請信號的可信度，然后選派可信度最大的電梯來響應(yīng)該外部呼梯信號。圖3-2電梯的群控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖3.5.2雙電梯的控制功能所謂群控電梯就是指多臺電梯集中排列，共用廳外召喚按鈕，按規(guī)定程序集中調(diào)度和控制的電梯。群控電梯除了具有單梯控制功能外，還具有下列功能：最大最小功能：指定1臺電梯應(yīng)召時，使待梯時間最小，并預(yù)測可能的最大等候時間，可均衡待梯時間，防止乘客長時間等候。優(yōu)先調(diào)度：在待梯時間不超過規(guī)定值時，對某樓層的廳召喚，由已接受該層內(nèi)指令的電梯應(yīng)召。區(qū)域優(yōu)先控制：當(dāng)出現(xiàn)一連串召喚時，區(qū)域優(yōu)先控制系統(tǒng)首先檢出“長時間等候”的召喚信號，然后檢查這些召喚附近是否有電梯。如果有，則由附近電梯應(yīng)召，否則按“最大最小”原則控制。特別層樓集中控制：包括：(1)將餐廳、表演廳等存入系統(tǒng)；(2)根據(jù)轎廂負(fù)載情況和召喚頻度確定是否擁擠；(3)在擁擠時，調(diào)派2臺電梯專職為這些樓層服務(wù)；(4)擁擠時不取消這些層樓的召喚；(5)擁擠時自動延長開門時間；(6)擁擠恢復(fù)后，轉(zhuǎn)由“最大最小”原則控制。滿載報告：統(tǒng)計召喚情況和負(fù)載情況，用以預(yù)測滿載，避免已派往某一層的電梯在中途又換派1臺。本功能只對同向信號起作用。已起動電梯優(yōu)先：本來對某一層的召喚，按應(yīng)召時間最短原則應(yīng)由停層待命的電梯負(fù)責(zé)。但此時系統(tǒng)先判斷若不起動停層待命電梯，而由其它電梯應(yīng)召時乘客待梯時間是否過長。如果不過長，就由其它電梯應(yīng)召，而不起動待命電梯?！伴L時間等候”召喚控制：若按“最大最小”原則控制時出現(xiàn)了乘客長時間等候情況，則轉(zhuǎn)入“長時間等候”召喚控制，另派1臺電梯前往應(yīng)召。高峰服務(wù)：當(dāng)交通偏向上高峰或下高峰時，電梯自動加強需求較大一方的服務(wù)。獨立運行：按下轎內(nèi)獨立運行開關(guān)，該電梯即從群控系統(tǒng)中脫離出來，此時只有轎內(nèi)按鈕指令起作用。分散備用控制：大樓內(nèi)根據(jù)電梯數(shù)量，設(shè)低、中、高基站，供無用電梯?？俊Ｖ鲗油？浚涸陂e散時間，保證1臺電梯停在主層。幾種運行模式：(1)低峰模式：交通疏落時進(jìn)入低峰模式。(2)常規(guī)模式：電梯按“心理性等候時間”或“最大最小”原則運行。(3)上行高峰：早上高峰時間，所有電梯均駛向主層，避免擁擠。(4)午間服務(wù)：加強餐廳層服務(wù)。(5)下行高峰：晚間高峰期間，加強擁擠層服務(wù)。節(jié)能運行：當(dāng)交通需求量不大時，系統(tǒng)又查出候梯時間低于預(yù)定值時，即表明服務(wù)已超過需求。則將閑置電梯停止運行，關(guān)閉點燈和風(fēng)扇；或?qū)嵭邢匏龠\行，進(jìn)入節(jié)能運行狀態(tài)。如果需求量增大，則又陸續(xù)起動電梯。近距避讓：當(dāng)兩轎廂在同一井道的一定距離內(nèi)，以高速接近時會產(chǎn)生氣流噪聲，此時通過檢測，使電梯彼此保持一定的最低限度距離。即時預(yù)報功能：按下廳召喚按鈕，立即預(yù)報哪臺電梯將先到達(dá)，到達(dá)時再報一次。監(jiān)視面板：在控制室裝上監(jiān)視面板，可通過燈光指示監(jiān)視多臺電梯運行情況，還可以選擇最優(yōu)運行方式。群控備用電源運行：開啟備用電源時，全部電梯依次返回指定層。然后使限定數(shù)量的電梯用備用電源繼續(xù)運行。群控消防運行：按下消防開關(guān)，全部電梯駛向應(yīng)急層，使乘客逃離大樓。不受控電梯處理：如果某一電梯失靈，則將原先的指定召喚轉(zhuǎn)為其它電梯應(yīng)召。故障備份：當(dāng)群控管理系統(tǒng)發(fā)生故障時，可執(zhí)行簡單的群控功能。 第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計電梯邏輯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC，由于PLC的品種、型號、規(guī)格、功能各不相同，需綜合多種因素考慮，來選擇PLC。哪些信號需要輸入至PLC，PLC需要驅(qū)動哪些負(fù)載,以及采用何種編程方式，都是需要認(rèn)真考慮的問題，都會影響到其內(nèi)部I/O點數(shù)的分配。因此，I/O點數(shù)的確定,是設(shè)計整個PLC電梯控制系統(tǒng)首先需要解決的問題,決定著系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計，也是系統(tǒng)軟件編寫的前提。表4-1I/O地址及分配(a)輸入點分配序號用途輸入點序號用途輸入點1門廳1樓上呼按鈕I0.0252#1樓內(nèi)呼按鈕I3.02門廳2樓上呼按鈕I0.1262#2樓內(nèi)呼按鈕I3.13門廳2樓下呼按鈕I0.2272#3樓內(nèi)呼按鈕I3.24門廳3樓上呼按鈕I0.3282#4樓內(nèi)呼按鈕I3.35門廳3樓下呼按鈕I0.4292#1樓感應(yīng)器I3.46門廳4樓下呼按鈕I0.5302#2樓感應(yīng)器I3.571#1樓內(nèi)呼按鈕I0.6312#3樓感應(yīng)器I3.681#2樓內(nèi)呼按鈕I0.7322#4樓感應(yīng)器I3.791#3樓內(nèi)呼按鈕I1.0332#上平層感應(yīng)器I4.0101#4樓內(nèi)呼按鈕I1.1342#下平層感應(yīng)器I4.1111#1樓感應(yīng)器I1.2352#開門按鈕I4.2121#2樓感應(yīng)器I1.3362#關(guān)門按鈕I4.3131#3樓感應(yīng)器I1.4372#開門到位I4.4141#4樓感應(yīng)器I1.5382#關(guān)門到位I4.5151#上平層感應(yīng)器I1.6392#紅外感應(yīng)器I4.6161#下平層感應(yīng)器I1.7402#上行限位I4.7171#開門按鈕I2.0412#下行限位I5.0181#關(guān)門按鈕I2.142檢修按鈕I5.1191#開門到位I2.2201#關(guān)門到位I2.3211#紅外感應(yīng)器I2.4221#上行限位I2.5231#下行限位I2.624電梯使用開關(guān)I2.7本系統(tǒng)是為一幢4層大樓所設(shè)計,根據(jù)PLC的I/O節(jié)點使用原則,應(yīng)留出一定的I/O點以做擴展時使用。系統(tǒng)中實際需要輸入點41點,輸出點36點,因此我們選用西門子S7-200PLC，其中CPU的型號選為CPU226，其輸入輸出點數(shù)為24/16，不能滿足要求，所以在使用數(shù)字量擴展模塊EM223。I/O地址分配表如表4-1所示。續(xù)表4-1I/O地址及分配（b）輸出點分配序號用途輸出點序號用途輸出點42門廳1樓上呼燈Q0.0621#低速運行Q2.443門廳2樓上呼燈Q0.1632#1樓內(nèi)呼燈Q2.544門廳2樓下呼燈Q0.2642#2樓內(nèi)呼燈Q2.645門廳3樓上呼燈Q0.3652#3樓內(nèi)呼燈Q2.746門廳3樓下呼燈Q0.4662#4樓內(nèi)呼燈Q3.047門廳4樓下呼燈Q0.5672#BCD碼低位Q3.1481#1樓內(nèi)呼燈Q0.6682#BCD碼中位Q3.2491#2樓內(nèi)呼燈Q0.7692#BCD碼高位Q3.3501#3樓內(nèi)呼燈Q1.0702#上行指示燈Q3.4511#4樓內(nèi)呼燈Q1.1712#下行指示燈Q3.5521#BCD碼低位Q1.2722#上行輸出Q3.6531#BCD碼中位Q1.3732#下行輸出Q3.7541#BCD碼高位Q1.4742#開門輸出Q4.0551#上行指示燈Q1.5752#關(guān)門輸出Q4.1561#下行指示燈Q1.6762#高速運行Q4.2571#上行輸出Q1.7772#低速運行Q4.3581#下行輸出Q2.0591#開門輸出Q2.1601#關(guān)門輸出Q2.2611#高速運行Q2.3根據(jù)I/O分配表中的情況，利用Protel軟件畫出PLC的外部接線圖，如圖4-2所示圖4-2PLC外部接線圖續(xù)圖4-2PLC外部接線圖4.2程序框圖硬件系統(tǒng)設(shè)計完成以后，為了實現(xiàn)優(yōu)化控制，還需要用西門子STEP7.0專業(yè)編程軟件對雙電梯聯(lián)動控制程序進(jìn)行設(shè)計。由于電梯控制系統(tǒng)實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，因此單純采用順序控制或邏輯控制是不能夠滿足要求的，而應(yīng)該在設(shè)計中采用隨機邏輯控制方式。同時，由于梯形圖之間的相互關(guān)聯(lián)性很強，程序設(shè)計比較復(fù)雜，因此在雙電梯聯(lián)動控制系統(tǒng)的軟件部分時，主要采用模塊化的編程思想來進(jìn)行設(shè)計。PLC的梯形圖按照其功能分成以下幾個模塊:呼叫信號登記模塊、樓層顯示模塊、上行程序模塊、下行程序模塊、換速程序模塊、開關(guān)門程序模塊和故障處理模塊。根據(jù)電梯的運行規(guī)律,設(shè)置了有/無司機、檢修、優(yōu)先服務(wù)、消防等四種工作方式。其編制的程序主要遵循以下控制規(guī)律:兩臺電梯都遵守集選規(guī)則，即將呼叫信號先進(jìn)行登記，對與電梯運行同向的呼叫信號逐一應(yīng)答，當(dāng)同向指令和召喚應(yīng)答完畢后電梯可以自動換向。除此以外，電梯并聯(lián)運行還遵循的相應(yīng)的調(diào)度原則：正常情況下，當(dāng)電梯使用以后，二號電梯作為忙梯會首先自動上升至第三層待命，一號電梯則作為基站電梯在第一層樓待命。當(dāng)某層站有門廳呼叫信號時，則“忙梯”立即啟動并定向運行去接該層站的乘客。圖4-3PLC程序流程框圖當(dāng)兩臺電梯因轎廂內(nèi)指令而到達(dá)基站后關(guān)門待命時，則應(yīng)按照有效利用的原則，執(zhí)行相互交替程序段。原先充當(dāng)忙梯的電梯現(xiàn)在即作為基站電梯來使用，而原先作為基站電梯使用的電梯此時即成為忙梯。不論是一號電梯還是二號電梯均停留在最后停靠的層站待命。當(dāng)忙梯正在上行時，若其上方出現(xiàn)任何方向的門廳呼叫信號或是其下方出現(xiàn)向下的門廳呼叫信號，則均由忙梯在一周行程中去完成，而基站電梯不予應(yīng)答運行。但是，若在忙梯的下方出現(xiàn)向上的門廳呼叫信號，則由基站電梯來應(yīng)答信號而發(fā)車運行接客。當(dāng)忙梯正在下行時，若其下方出現(xiàn)任何方向的門廳呼叫信號，則均由忙梯在一周行程中去完成，而基站電梯不予應(yīng)答運行。但是，若在忙梯的上方出現(xiàn)任何向上或是向下的門廳呼叫信號，則由基站電梯來應(yīng)答信號而發(fā)車運行接客。當(dāng)其中一臺電梯由于故障而停止運行，另一臺電梯則自動承擔(dān)全部的運行任務(wù)，遵循單臺電梯的運行規(guī)則。無論是作為一號電梯還是二號電梯,由于轎內(nèi)呼叫信號而使電梯定向的,電梯都必須啟動運行。電梯停用以后，不論當(dāng)前處在哪一層，都會自動下降至底層[19]。PLC程序流程框圖如圖4-3所示。4.3PLC編程(a)電梯上升梯形圖(b)電梯下降梯形圖圖4-4電梯升降梯形圖PLC程序設(shè)計是電梯控制系統(tǒng)設(shè)計成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在PLC程序設(shè)計過程中,一要堅持功能完善、面面俱到的原則,保證電梯安全有效地運行；二要遵循結(jié)構(gòu)簡練、易讀易改的原則,盡量減少程序量,采用模塊化設(shè)計,并采用PLC中的主控指令、跳轉(zhuǎn)指令、功能指令等指令優(yōu)化程序,縮短PLC程序掃描時間,保證電梯的控制精度。由于電梯的梯形圖程序中有很多的重復(fù)相似段，因此本文以模塊化的方式給出部分模塊的梯形圖，而重復(fù)相似部分不再重述。4.3.1電梯升降模塊電梯上升如圖4-4(a)所示,下降梯形圖如圖4-4(b)所示。4.3.2二樓電梯上升、下降梯形圖二樓上升如圖4-5(a)所示,二樓下降如圖4-5(b)所示。三樓、四樓的上升、下降梯形圖和二樓類似。二樓上升梯形圖(b)二樓下降梯形圖圖4-5二樓上升、下降梯形圖4.3.3二樓向下指示燈如圖4-6所示。二樓向上指示燈及三樓、四樓指示燈梯形圖與二樓向下類似,這里不再重復(fù)。圖4-6二樓向下指示燈4.3.4一樓、四樓指示燈梯形圖一樓指示燈梯形圖如圖4-7(a)所示,四樓指示燈梯形圖如圖4-7(b)所示。一樓指示燈梯形圖(b)四樓指示燈梯形圖圖4-7一樓、四樓指示燈梯形圖4.3.5一樓內(nèi)呼燈如圖4-8所示。二樓、三樓、四樓、四樓與一樓類似,這里不再重復(fù)。圖4-8一樓內(nèi)呼燈4.3.6轎內(nèi)指令控制梯形圖如圖4-9所示。圖4-9轎內(nèi)指令控制梯形圖4.3.7門廳召喚控制梯形圖如圖4-10所示。圖4-10門廳召喚控制梯形圖結(jié)論可編程控制器是新一代的控制工具，因其核心是微處理器，接口電路、電源電路等具有很強的抗干擾能力，而梯形圖的編程語言憑借其極易為工程技術(shù)人員所接受等特點，被稱為真正的工業(yè)控制計算機，或“藍(lán)領(lǐng)計算機”。本系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC的強大的控制功能，實現(xiàn)了對升降電梯的控制。通過這次用PLCS7-200系列產(chǎn)品S7-226設(shè)計電梯的畢業(yè)設(shè)計過程,更進(jìn)一步熟悉了PLCS7-200系列的結(jié)構(gòu)和原理,掌握了PLC的具體使用方法，已經(jīng)通過使用PLC來改進(jìn)電