电梯控制系统
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
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)
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 (40)
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，
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
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。
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：
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。
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
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：p f n /6010=,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=)1(/601s p f -，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p f n /6010=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1f ，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。
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，
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
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。
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