基于PLC的电梯控制系统的设计
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。
（4）研究内容及目标
综上所述，由于电梯作为新一代运输工具，本次毕业设计就以六层电梯作为控制对象，以PLC作为工具对电梯控制系统进行了设计。在设计过程中，首先对PLC进行了详细的介绍，然后针对六层电梯的设计进行PLC类型的选型，再次就是对六层电梯硬件分析，根据输入输出点数，确定PLC机型，画出硬件连线图，然后进行软件分析编程，写出梯形图和语句，进行程序的下载、调试，最后进行软件的仿真、调试等。
1 电梯控制系统的方案设计
1.1 电梯的工作原理
曳引绳两端分别连着轿厢与对重，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，防止轿厢在运行中产生偏斜或摆动。常闭式制动器在电动机工作时间松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，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荷、减少发动机功率。，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、平层工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的于东方向和所在楼层位置。
1.2电梯的功能要求
（1）电梯运行指定位置后具有手动或自动开/关门的功能。
（2）利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯
的到达信号。
（3）能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。
（4）电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。电机正传，电梯上升；电梯
反转，电梯下降。
（5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门打开；电机反
转，轿厢门关闭。
（6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮。
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（7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。
（8）行车时，厅门和轿厢都不能开门。开门之后不能行车，有门连锁保护
平层时可自动开门、手动开门，夹人时自动开门。
2 电梯的硬件设计
2.1 PLC的简介 2.1.1 PLC的特点
PLC实质上属于计算机控制方式，与普通微机一样。以通用或专用 CPU 作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修。编程简单、灵活性强等特点。 1、可靠性：对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。 （1）PLC无需大量的活动元件和接线电子元件 （2）PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计
（3）PLC有较高的易操作性，编程简单，操作方便，维修容易
（4）PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，具有比通用计算机
更简单的编程语言和更可靠的硬件，采用精简化的编程语言 （5）在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。 （6）在PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。 2、易操作性:PLC 的易操作性表现在下列几个方面： （1）操作方便 （2）编程方便 （3）维修方便
3、灵活性:PLC的灵活性表现在以下几个方面： （1）编程的灵活性。 （2）扩展的灵活性。 （3）操作的灵活性。 2.1.2 PLC在电梯控制中的特点
（1）采用PLC控制电梯，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。 （3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 （4）PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 （5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 （6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
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此外，PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，倍受人们重视，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。
2.1.3 S7-200系列PLC的简介
西门子的SIMATIC S7系列是市场上流行的具有代表性的可编程序控制器，它包括S7-200、S7-300、S7-400三类，其中S7-200是小型可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。具有紧凑的设计、良好的扩展性、安全可靠的通讯、界面友好的编程软件，高速的处理能力，强大的指令集。
S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块，S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。 2.1.4 PLC的结构及组成
S7-200的CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，外部结构图如图2-1所示：
可选卡插槽 通信端口
图2-1
PLC通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成，如图2-2所示：
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前盖 （模式选择开关） （模拟电位器） （I/O扩展端口） I/O指示灯
状态指示灯 （LF RUN STOP） 接线端子 基于PLC的电梯控制系统的设计
按钮 选择开关 限位开关 电源
编程装置 可编程控制器
接触器
输入模块CPU 模块
输出模块电磁阀 指示灯 电 源
图2-2
（1）主机 主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、做出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。
（2）输入/输出（I/O）接口 I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。
（3）电源 电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。
（4）编程器 编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监控PLC的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑连接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。 2.1.5 PLC的工作原理
PLC的工作过程分为以下几个阶段：输入处理阶段、执行程序、处理通讯请
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求、执行CPU自诊断测试、输出处理阶段。
（1）输入处理阶段 每次扫描周期开始时，先读数字输入点的当前值，然后把这些值写到输入映像寄存器中。CPU以8位（1个字节）为增量的方法来保留输入映像寄存器。如果模拟量输入选择输入模拟器，CPU在每个扫描周期刷新模拟输入、执行滤波功能并存储滤波值。当访问模拟输入时，使用滤波值。如果模拟输入不选择输入滤波器，当访问模拟输入时，CPU每次从物理模块读取模拟值。
（2）执行程序 在扫描周期的执行程序阶段里，CPU执行程序是从第一条指令开始，直到最后一条指令结束。不论在主程序或中断程序执行过程中，直接I/O指令允许对输入点和输出点直接存取。如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断程序就作为程序的一部分存储下来。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事件发生时才执行（中断事件可能会发生在扫描周期的任意点上）。
（3）处理通讯请求 在扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通讯端口接收到的任何信息。
（4）执行CPU的自诊断测试 在扫描周期中，CPU检查其硬件，以及用户存储器（仅在RUN模式下），它也检查所有的I/O 模块的状态。
（5）输出处理阶段 每个扫描周期的结尾，CPU把存在输出映像寄存器中的数据输送给数字输出点。当CPU操作模式从RUN切换到STOP，数字输出设置为输出表中定义的值，或保持当前状态，模拟输出保持最后写入的值。 2.2电梯系统硬件的选择及电路图
电动机：电梯的种类多种多样，按拖动系统来分有交流单速/交流双速拖动电梯、交流调压调速曳引电梯等等。在此次设计中，将采用交流双速电机作为曳引电机，它的优点是简单，经济，更重要的是舒适感好。
备用电机的选择：备用电机只要选择和曳引电机一样的型号即可。 门电机：只要满足功率要求，门电机选用一般三相异步电动机即可。如图中所示电动机的正反转来实现门的开关，采用星角降压启动，KS为速度继电器，用来对开关门到头时制动，防止轿，厅门的损坏。
基于以上考虑，部分硬件的选择结果如下：曳引电机型号：YDDL160L-6/8、额定功率：11KW、额定电压：380V、额定电流：23A、功率因数：0.83、备用曳引电机选型通上、门电动机型号：Y100L-2、额定功率：3KW、额定电压：380V、额定电流：7A、功率因数：0.87；
主电路部分电器型号的选择结果如下：交流接触器：CJ20-25、熔断器：BLR1-63/3P分断能力：50000A、热继电器：JR16-20/3D、熔断式刀开关：
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