1、 -1- 河南质量工程 职业学院 毕 业 设 计（论 文） 题 目 基于 s7的四层电梯控制系统设计与仿真 系 别 机电工程系 专 业 机电一体化技术 班 级 201 级工业控制二班 学生 姓名 刘 000 学 号 020 指导教师 王东 定稿日期 201 年 5 月 13 日 -2- 河南质量工程 职业学院 毕业设计（论文）任务书 班 级 工控 2 学生姓名 刘 000 指导教师 王东 设计（论文题目） 基于 s7的四层电梯控 制系统设计与仿真 主要研究 内容 PLC 在电梯运行中的应用 主要技术指标或研究目标 熟练了解 PLC 的特点，解决运行中的常见问题 基本要求 PLC 控制系统拥有对
2、紧急情况进行处理的能力 主要参考资料及文献 1 芮静康 .电梯电气控制技术 M.中国建筑工业出版社 ,2005:23-25. 2 刘培尧 .电梯原理与维修 M.电子工业出版社 ,1999. 3 张汉杰 ,王锡仲 ,朱学莉 .现代电梯控制技术 M.哈尔滨工业大学出版社 ,1996. 4 吴国政 .电梯原理使用维修 M.电子工业出版社 ,1999. 5 吕文斌 .试论电梯的技术发展趋势 J.山西建筑 ,2006:176177 6 黄净 .电气控制与可编程序控制器 M.机械工业出版社 ,2004. 7 王永华 .现代电气控制及 PLC 应用技术 M.北京航空航天大学出版社 ,2003. 8 刘剑 ,
3、朱德文 ,梁质林 .电梯电气设计 M.中国电力出版社 ,2006. 9 乔东凯 .基于 PLC控制交流变频调速电梯系统的研究 D.吉林大学软件工程硕士论文 .2006. -3- 摘要 本论文通过讨论电梯控制系统的组成，主要介绍了 拽引系统、导向系统、门系 统、轿厢、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统，来自操纵箱、呼梯盒、井道装置及安全装置的外部信号通过输入接口通过输入单元及其扩展送入 PLC 内部 CPU 微处理器进行逻辑运算与处理，再经过输出单元及其扩展模块分别向楼层显示、呼梯信号灯、运行方向信号灯发出显示信号，向门机发出开关门控制信号，向变频器发出上下行、换速等信号，从
4、而实现电梯运行状态的控制。 PLC 内部的“软”继电器、“软”接点和“软”接线取代了继电器控制系统里的“硬”器件、“硬”触点和“硬”接线。 阐述可编程控制器（ PLC）在电梯控制中的 应用，实现电梯控制，能够解决继电器 接触器触点多，故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。使电梯运行更加安全、方便、舒适。 关键词：电梯， PLC 控制器，继电器，安全。 -4- ABSTRACT This paper discussed the composition of the elevator control system. It mainly introduces the dr
5、agging system, guidance system, door system, car, weight balance system, electric drive system, electric control system, safety protection system, from the control box, elevator calling box and shaft device and safety device of an external signal through the input interface through the input unit an
6、d extended into the internal PLC CPU microprocessor logic operation and processing, and through the output unit and its extension modules respectively to the floor show that elevator calling signals, the operating direction signal lights a display signal, to machine door from opening and closing con
7、trol signals, to the transducer emit downward, variable-speed signal , so as to achieve the elevator running state control of the.PLC internal “soft“ relay, “soft“ contacts and “soft“ wiring to replace the relay control system in the “hard“ devices, “hard“ contacts and “hard“ wiring. The shortcoming
8、s of the introduction of the application of programmable controller (PLC) in the elevator control, realizes the elevator control, can solve the relay - contactor and contact, high failure rate, poor reliability, installation and debugging cycle is long, large maintenance workload, complex connection
9、 and so on. The elevator running more secure, convenient and comfortable. Key words: elevator, PLC controller, relay, safety. -5- 目录 1 引言 . 6 1.1 电梯控制系统的发展 . 6 1.2 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 . 6 1.3 PLC 在电梯控制中的应用特点 . 6 2 电梯控制理论 . 8 2.1 电梯概述 . 8 2.2 电梯的控制要求 . 10 3 基于 PLC 电梯控制程序设计 . 12 3.1 电梯 PLC 控制系统结构 . 12 3
10、.2 I/O 点数分析 . 13 3.3 PLC 选型及 I/O 口定义 . 14 3.4 电梯 PLC 程序 流程图 . 16 4 PLC 电梯控制程序仿真 . 17 4.1 S7-200 仿真软件介绍 . 17 4.2 PLC 电梯控制系统仿真过程 . 18 小结 . 20 参考文献 . 21 致 谢 . 22 -6- 1 引 言 1.1 电梯控制系统的发展 继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。 可编程序控制器 (PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起
11、来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式己逐渐被 PLC 控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC 控制技术加变频调速技术 己成为现代电梯行业的一个热点。 1.2 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 电梯继电器控制系统的优点： （ 1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 （ 2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 电梯继电器控制系统存在的问题： （ 1）系统触点繁多、接
12、线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。 （ 2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。 （ 3）电磁机 构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。 （ 4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 （ 5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高 ;而且检查故障困难，费时费工。 1.3 PLC 在电梯控制中的应用特点 PLC 控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强 ,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。 PLC
13、 是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于 PLC 具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业 控制方面得到了广泛应用。自 80-7- 年代后期 PLC 引入我国电梯行业以来，由 PLC 组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC 系统一直是主流控制系统。 电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用 PLC 来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。 可编程控制器（ P
14、rogrammable Logic controller，简称 PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的三大支柱之一。 PLC 控制电梯主要有以下几优点： （ 1）在电梯控制中采用了 PLC，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
15、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。 -8- 2 电梯控制理论 2.1 电梯概述 电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统、 PLC 控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘 汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修
16、技术等缺陷。而 PLC 控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强 ,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。 典梯是机、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、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成。而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯
17、基本结构如图 2-1 所示。 （ 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
18、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-9- 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 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，
19、供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，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
20、，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 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。 -10- 图 2-1 电梯的基本结构 1-控制柜 (屏 );2-拽引机 ;3-拽引钢丝绳 ;4-限速器 ;5-限速器钢绳 ;6-限速器张紧装置 ;7-轿厢 ;8-安全钳 ;9-轿厢门安全触板 ;10-导轨 ;11-对重 ;12-厅门； 13-缓冲器。 2.2 电梯的控制要求 人们对现代电梯的自动化程度和智能行越来越高，可以有下列基本功能，这些功能有的是厂家作为标准功能配置在电梯上，有的是可按用户要求配置。但是由于本次设计工作的时间有限，不可能实现下面的所有控制要求，只能完成其中的一些主要的最基本的控制要求。 （ 1）司机操作。由司机关门启动电梯运行，由轿内指令按钮选向，厅外召唤只能顺向截梯，自动平层。
