西门子PLC在四层电梯中应用

摘要

本文讨论西门子PLC在四层电梯中应用。PLC 作为新一代工业控制器,具有高可靠性等诸多优点,取代继电器控制系统在电梯控制中得到广泛应用，PLC控制加变频调速技术已成为主流。本设计利用PLC完成电梯逻辑控制，使用旋转编码器配合PLC的高速计数器代替限位开关对电梯定位，采用模块化设计方法。通过合理的设计，满足了电梯的基本控制要求，达到了较好的控制效果。

关键词 西门子S7-200 / 电梯控制 / PLC应用

Abstract

This paper discusses the application of Simentic PLC in a four-level elevator. As a new generation of industrial controllers, PLC has many advantages such as high reliability, and has been widely used to replace the relay control system in elevator control. PLC control with VVVF technology has become the mainstream. This project uses PLC to process logic control of the elevator, and a rotary encoder with PLC's high speed counter instead of limit switches to locate the elevator, through modular design method. By rational design, it meets the basic requirements of elevator control , and achieves good control effect.

Key words Simentic S7-200 / elevator control / PLC application

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前言

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着广泛的应用。电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展。电梯主要分为机械系统与控制系统两大部分，随着科学技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，PLC控制加变频调速技术已成为现代电梯行业的一个热点。

目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统(早期安装的电梯多用此系统)、PLC控制系统和微机控制系统。随着人们对电梯的安全性、可靠性、舒适度等要求越来越高，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技术等缺陷。而可编程序控制器(PLC)专为工业环境应用设计，一般具有可靠性高、易操作、编程简单、灵活性强等特点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。

本文讨论西门子PLC在四层电梯中应用。目前，有关的PLC/VVVF控制技术通过高速计数器计算旋转编码器输入脉冲数检测轿厢位置，采用相对计数方式计数。这种方式每次从平层点开始计数到下一平层点，然后计数器复位，每次开始都从0开始计数。本设计利用高速计数器配合旋转编码器，采用绝对计数方式对轿厢定位。这种位置控制方式不仅可以用于电梯的定位，也可用于生产流水线的传送带等其他自动化控制场合。

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第1章 PLC的系统组成与工作原理

1.1 PLC的系统组成

可编程序控制器（PLC, Programmable Logic Controller）种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用PLC实施控制，其实质是按控制功能要求，通过程序按一定算法进行输入/输出变换，并将这个变换给以物理实现，并应用与工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。PLC的结构框图如图1-1所示。

图1-1 PLC结构框图

1.1.1处理单元

处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。

与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能控制PLC有条不紊地进行工作。用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。

CPU的主要任务是控制用户程序和数据的接受与存储；用扫描的方式通过I/O接口接受现场信号的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中；诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。

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1.1.2 存储器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。

系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序的内容主要包括三部分：系统管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块与系统调用管理程序。

用户存储器包括用户程序存储器和用户数据存储器两部分。用户程序存储器用来存放用于针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的应用程序。用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数值、数据等。

1.1.3 输入/输出单元

PLC的输入/输出信号类型可以是开关量、模拟量。输入/输出接口单元包含两部分：一部分是与被控设备箱连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。

输入单元接受来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关及其他一些传感器的信号。外部接口电路将这些信号转换成CPU能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并结合其他元件最新的信息，按照用户程序进行计算，将有关输出的最新计算结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。

1.1.4 电源部分

PLC一般使用220V的交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V等直流电源，整体式的小型PLC还提供一定容量的24V电源，供外部有源传感器（如接近开关）使用。

1.1.5 扩展接口

扩展接口用于将扩展单元或功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要。

1.1.6 通信接口

为了实现“人—机”或“机—机”之间的对话，有些PLC配有一定的通信接口。PLC通过这些通信接口可以与显示设定单元、触摸屏、打印机相连，提供方便的人机交互系统；也可以与其他的PLC、计算机以及现场总线网络相连，组成多机系统或工业网络控制系统。

1.1.7 编程设备

过去的编程器设备一般是编程器，其功能仅限于用户程序读写和调试。现在PLC生产

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厂家一般不再提供编程器，取而代之的是给用户配置在PC上运行的基于Windows的编程软件。使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以保存和打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。更方便的是编程软件的实时调试功能非常强大，不仅能监视PLC运行过程中的各种参数和程序执行情况，还能进行智能化的故障诊断。

1.1.8 其他部件

需要时，PLC可配有存储器卡、电池卡等。

1.2 PLC的工作原理

1.2.1 与继电器控制系统的比较

可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，采用软件编程方法替代继电器控制系统的硬接线方式，通过执行反映控制要求的用户程序来实现。CPU以分时操作方式来处理各项任务，程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，所以PLC属于串行工作方式，不同于继电器控制系统的并行工作方式。

1.2.2 PLC的工作方式

PLC工作的全过程可用图1-2所示的运行框图来表示。整个过程可分为三部分：上电处理、扫描过程和出错处理。

概括而言，PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。在一个扫描周期中，PLC一般完成部分或全部的一下操作：读输入处理通讯请求执行逻辑控制程序写输出执行CPU自诊断。

PLC就是这样周而复始的循环这些动作过程，一直到关机。

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图1-2 PLC运行框图

1.2.3 PLC工作过程的中心内容

PLC运行正常时，扫描周期的长短与用户程序的长短及编程情况、I/O点的情况和CPU的运算速度等有关。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。在扫描周期中，如果暂不考虑对远程I/O、特殊模块、更新时钟和其他通信服务等枝叶的东西，就剩下“输入采样”、“程序执行”、“输出刷新”三个阶段了，这三个阶段是PLC工作过程的中心内容，也是PLC工作原理的实质所在。

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第(N-1)个扫描周期 第N个扫描周期 第(N+1)个扫描周期

输出刷新 输入采样 用户程序执行 输出刷新 输入采样

图1-3 PLC的扫描运行方式

（一）输入采样阶段

PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新。接着系统进入程序执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器和外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。所以，一般来说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，或者说输入信号的频率不能太高，否则很有可能造成信号的丢失。

（二）程序执行阶段

进入到程序执行阶段后，一般来说（因为还有子程序和中断程序的情况），PLC按从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。当指令涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。然后进行相应的计算，最新的计算结果马上再存入到相应的元件寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件（“软继电器”）的状态会随着程序执行过程而刷新。 （三）输出刷新阶段

在用户程序执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段一起转存到输出锁存器中，通过一定方式集中输出，最后经过输出端子驱动外部负载。在下一个输出刷新阶段开始之前，输出锁存器的状态不会改变，从而相应输出端子的状态也不会改变。

1.3 西门子PLC的特点

西门子S7-200 PLC属于小型PLC，其主机的基本结构是整体式，主体上有一定数量的输入/输出（I/O）点，一个主机单元就是一个系统，完整的系统还包括扩展单元，特殊功能模块，相关设备和软件。

它的主要特点是：较高的可靠性、丰富的指令集、丰富的内置集成功能、实时性强和强大的通信能力。最近几年来小型PLC市场上S7-200 PLC成为了主流产品。

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1-4 S7-200系统组成

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图

第2章 电梯的结构与工作原理

2.1 电梯的结构

电梯是建筑物内垂直交通运输工具的总称，其结构包括：四大空间（机房、井道及地坑、轿厢部、层站），系统。

2.1.1 电梯的系统

1) 曳引系统，输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。

2) 导向系统，轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。

3) 轿厢，运送乘客和货物，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。

4) 门系统，封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。 5) 重量平衡系统，相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在

限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。 6) 电力拖动系统，提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。

7) 电气控制系统，对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。

8) 安全保护系统，保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载装置、限位开关装置组成。

本文主要讨论电气控制系统，即逻辑控制部分。

2.2 电梯的工作原理

曳引绳两端分别连着轿厢和对重，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，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，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、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，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、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。

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第3章 电梯控制系统的组成与实现

3.1 电梯控制系统的组成

电梯控制系统可分为逻辑控制部分与调速部分。逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键，而调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有重要影响。

电梯控制系统主要由PLC单元、输入输出单元以及变频调速主回路构成，如图3-1所示。PLC用来完成对电梯曳引电机的起动、加减速、停止、运行方向，开关门机的起动、停止，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3-1 电梯控制系统原理图

3.1.1 输入输出回路

输入输出单元为 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、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。 （一）输入单元

1) 厅外呼叫单元，对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除。 2) 轿箱内选层单元，对预选楼层指令的登记、记忆和消除。

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3) 开关门按钮，输入 PLC 控制轿门和厅门的开闭。

4) 上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层。

5) 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，PLC 发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置。

6) 门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提。

7) 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、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等。

8) 检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态，泊梯运行消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电。

9) 称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出信号给 PLC，根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。 （二）输出单元

1) 楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、楼层指示灯，本系统的方向及楼层指示灯使用液晶显示屏。

2) 开关门单元，用于控制电梯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。

3.1.2 变频调速回路

变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元组成。采用旋转编码器来检测电梯的运行速度，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。

变频器输入信号为：上、下行方向指令，高速、慢速、检修速度编码指令。

3.2 电梯的操作方式

电梯的操作方式有两种：

1) 单轿厢下集选控制登记所有轿厢和厅门下行召唤。轿厢上行是只答应轿厢召唤，直至最高层,然后自动改变运行方向为下行，应答厅门下行召唤。

2) 单轿厢全集选登记所有厅门和轿厢召唤。上行时顺应答轿厢和厅门上召唤。直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤。

本设计采用全集选操作方式。

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3.3 轿厢位置检测

轿厢位置检测方法主要方法有如下几种:

1) 干簧管磁感应器或其它位置开关:这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。

2) 稳态磁保开关:这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。

3) 旋转编码器:目前，PLC一般都有高速脉冲输入端和专用计数单元，计数准确，使用方便，因而在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可利用PLC内置24V直流电源，硬件连接简单方便。

本设计采用增量式旋转编码器，配合S7-200系列PLC内置的高速计数器，采用绝对计数方式进行位置检测。运行前通过编程将各信号，如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置等所对应的脉冲数，分别存入相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过旋转编码器检测、软件实时计算以下信号：电梯所在楼层位置、换速点位置、平层点位置，从而进行楼层计数、发出换速信号和平层信号。

3.4 电梯的工作过程

电梯一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。 PLC接受来自操作面板和呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算后实现电梯的集选控制，PLC在输出显示和监控信号的同时向变频器发出运行方向、起动、换速和制动停梯信号。

电梯运行曲线可通过变频器进行设置。当变频器接收到PLC发出的控制信号后，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行。在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度值将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短, 在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减小低速度值或增大制动斜坡值，在电梯将到平层位置时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。

本文主要讨论逻辑控制部分，对调速部分不做具体分析。

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第4章 PLC控制系统设计

4.1 PLC选型

本控制系统实际有28个输入点（I0.0-I3.3），29个输出点（Q0.0-Q2.4,Q3.0-Q3.7），为方便扩展，选用西门子PLC S7系列的S7-226（24I/16O），扩展I/O模块使用1个EM221(DI8)、2个EM222(DO8)，其连接方式见图4-1。

图4-1 模块连接方式

编址：I3.0-I3.3对应模块1，Q2.0-Q2.4对应模块2，Q3.0-Q3.7对应模块3。

4.2 输入输出点分配

见表1。

I0.0为计数脉冲的时钟输入，从I0.1开始分配地址。

4.3 PLC系统设计

在分析电梯控制系统后，画出程序流程图，见图4-2。

电梯控制系统实现的功能除了基本功能如各层上/下呼叫，手动或自动开/关门，轿厢内呼叫，电梯内外当前层号指示灯等，还要有内指令记忆、自动定向、呼梯记忆与顺向截停、自动换向、自动关门待客、自动返基站等重要功能。还要有超重检测、上下限减速等安全措施。

采用模块化编程思想,即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。整个程序分成初始化、楼层指示控制、开关门控制、轿内呼叫与标记控制、厅外呼叫与标记控制、电梯上下行选择控制、电梯的运行控制等来编写，最后组合调试。

本设计采用带有内部方向控制的单相计数器HSC0，选择工作模式0，I0.0作时钟输入。电梯上行，增计数；电梯下行，减计数。

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输入信号 名称 电梯内一层按钮 电梯内二层按钮 电梯内三层按钮 电梯内四层按钮 代号 SB1 SB2 SB3 SB4 编号 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 名称 电梯上行 电梯下行 电梯快行 电梯慢行 检修速度 关厅门 开厅门 输出信号 代号 UP DOWN FAST SLOW JX KM1 KM2 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 E12 KM3 KM4 L1 编号 QO.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 QB3 一层上升呼叫按钮 SB6 二层上升呼叫按钮 SB7 三层上升呼叫按钮 SB8 二层下降呼叫按钮 SB9 三层下降呼叫按钮 SB10 四层下降呼叫按钮 SB11 电梯开门按钮 电梯关门按钮 SB12 SB13 厅内1层指示灯 厅内2层指示灯 厅内3层指示灯 厅内4层指示灯 1层上呼灯 2层上呼灯 3层上呼灯 2层下呼灯 3层下呼灯 4层下呼灯 上行指示灯 下行指示灯 超重铃声 抱闸信号 LED 门开到位限位开关 SQ1 门关到位限位开关 SQ2 红外传感器 关门力限开关 超重检测 上限强制减速 下限强制减速 安全回路 零速输入 轿内电锁 检修开关 检修上行 检修下行 基站到位开关 泊梯按钮 K1 K2 K3 SQ3 SQ4 K4 K5 K6 SB14 SB15 SB16 K7 SB17 表1 I/O分配表

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图4-2 电梯程序流程图

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4.3.1 初始化

图4-3 装入数据

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初始化包括电梯复位、装入数据、高速计数器初始化、安全保障等。

本程序以1楼为基站，脉冲数为0。VD0、VD4、VD8、VD12分别存放1-4层的脉冲数0、1000、2000、3000（假设值），VD16存放减速脉冲数200。VD20代表1层下行减速点，VD24、VD28分别表示2层上行、下行减速点，VD32、VD36分别表示3层上行、下行减速点，VD40表示4层上行减速点。

图4-4 高速计数器初始化

初始化高速计数器HSC0，设置工作模式0，向SMB37写入16#D8，对HSC0功能设置为：复位与启动输入信号都是高电位有效，计数方向为增，允许更新初始值SMD38，不更新预设值，允许更新计数方向，允许执行HSC指令。从0开始计数。

SM37.3为计数方向控制位：0为减计数，1为增计数。当电梯上行，Q0.0闭合，HSC0增计数；否则，减计数。

当安全回路、轿内电锁故障或检修运行时，M0.0常开闭合，电梯无法响应呼叫。

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4.3.2 楼层指示控制

图4-5 楼层指令18

当轿箱位于某一层时，产生位于该层的楼层信号，以控制楼层显示器显示楼层处的位置，离开该层时，该信号应被新的楼层信号（上一层或下一层）取代。

M1.1-M1.4分别标志1-4层楼层显示。M1.1置位，则电梯内外液晶屏显示“1”。 M0.1-M0.4对应各层减速点，进而控制M1.1-M1.4。例如，电梯在1层，有人在3层呼叫，电梯起动后2层有人上呼，这时，如果电梯未至2层的减速点，即M0.1断开，厅外仍显示楼层“1”，则电梯可顺向响应呼叫。如果电梯已过减速点，M0.1闭合，则厅外显示楼层“2”，电梯继续上行，2层上呼指令被保持，等待响应。此设计更加直观。

图4-6 楼层显示

本设计采用七段码显示，利用PLC自带的段码指令。当电梯楼层指示时，将对应层数输入VB50，从QB3输出显示码至液晶屏。

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4.3.3 开关门控制

（一）开门控制

图4-7 开门

手动开门：当电梯运行到位后，按下开门按钮SB12，I1.3闭合，M2.5置位，Q0.6得电，门电动机正转，开门。开门到位后，开门到位限位开关SQ1动作，I1.5闭合，M2.5复位，Q0.6失电，开门过程结束。在关门过程中，按下开门按钮，停止关门，并开门。

自动开门：当电梯运行到位后停止，T0定时2s后，M2.5置位，开门。当关门过程受到压力，关门力限K2闭合，M2.5置位，开门。 （二）关门控制

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图4-8 关门

手动关门：当按下关门按钮SB13，I1.4闭合，M2.6置位，Q0.5得电，门电动机反转，关门。关门到位后，关门到位限位开关SQ2动作，I1.6闭合，M2.6复位，Q0.5失电，关门过程结束。在开门过程中，按下关门按钮，停止开门，并关门。

自动关门：当电梯开门到位，T38定时5S后，M2.6置位，关门。在关门过程中，有客人经过红外线遮蔽，停止关门，遮蔽结束，继续关门。

4.3.4 轿内呼叫控制

当轿内按下选层按钮SB1-SB4后，按键标记，对应指示灯E1-E4亮。到电梯到达指定层后，指示灯灭。当出现安全故障或检修，电梯不响应轿内呼叫。

M2.1-M2.4对应1-4层目的层。电梯的目的层为1层，M2.1置位，电梯到1层后M2.1复位。

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4-9 轿内呼叫22

图

4.3.5 厅外呼叫控制

4-10 厅外呼叫23

图

当按下各层对应的呼叫键SB6-SB11时，按键标记，对应指示灯E5-E10亮。电梯到达标记层时，指示灯灭。电梯顺向响应呼叫，否则只标记。当出现安全故障或检修，电梯不响应厅外呼叫。

4.3.6 方向控制

图4-11 方向控制

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当电梯得到轿内或厅外呼叫指令时，分析对应层与电梯所在位置，判断是上行（M4.1置位）还是下行（M4.2置位）。M4.1置位时，Q0.0接通，电梯上行；M4.2置位时，Q0.1接通，电梯下行。同时对应方向指示灯E11、E12亮。

4.3.7 运行控制

图4-12 换速

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M1.0标志变频器工作状态。M1.0闭合，变频器正常运行。 M5.1-M5.4为楼层继电器。电梯在1层时，M5.1闭合。

当电梯开往下一层时，如果有轿内或厅外呼叫标记，到达减速点（M1.1-M1.4），M4.3置位，电梯开始减速；到达平层点（M5.1-M5.4），M4.4置位，M4.3复位，电梯停止。

图4-13 检修

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正常情况下，在整个起动、运行、爬行段内，变频器的零速输入点I2.5一直断开，减速为0后，零速输入点I2.5闭合，PLC控制电梯抱闸。

按下检修键SB14后，只能以检修速度运行。按下检修上行SB15时，Q0.0、Q0.4闭合，以检修速度上行，松开按键，立即停止。同理，按下检修下行SB16时，Q0.1、Q0.4闭合，以检修速度下行，松开按键，立即停止。

4.3.8 泊梯等

当变频器输入零速信号后，I2.4常开闭合，输出Q2.3常开闭合，电梯抱闸。 如果电梯5min内没有呼叫，则电梯自动回到基站待客。

泊梯时，按下泊梯按钮SB18，电梯向下返回基站。到基站后，I3.2闭合，电梯停止。 如果载客超重，I2.1常开闭合，电梯不能关门、不能启动，Q2.3常开闭合，鸣镝警报。

图4-14 泊梯等

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结论

本文利用西门子PLC实现对四层电梯的控制，满足了电梯的基本运行要求，对其逻辑控制过程有较具体的分析。本设计利用旋转编码器通过绝对计数方式实现位置控制的方法，可用在其他需要位置控制的自动控制中。

本文所述电梯控制系统基于电气集选控制原则，采用脉冲计数方法，用旋转编码器取代井道中原有的位置检测装置，实现位移控制，用软件代替部分硬件功能，既降低系统成本，又提高了系统的可靠性和安全性。采用脉冲数对每一楼层定位，适当的减少了输入点数，同时提高了电梯的控制精度。

本文尚有许多待完善之处。采用变频计数控制电梯的运行，提高了电梯的平稳性和乘客的舒适度，有效的提升了平层控制精度。本文对变频器相关只作简略介绍，对其工作过程未作深入分析。同时，为简化系统，还有其他的电梯功能未加入，如厅门和轿门在开、关过程中的速度控制。

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参考文献

[1] 齐占庆等，电气控制技术，机械工业出版社，2002。 [2] 余雷声等，电气控制与PLC应用，机械工业出版社，2001。 [3] 现代电气控制及PLC应用技术，北京航空航天大学出版社，2005。 [4] 西门子S7-200可编程控制器操作手册。

[5] 高钟毓，机电控制工程（第二版），清华大学出版社，2002。

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附录 程序梯形图

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