西门子五层电梯PLC控制

前言 …………………………………………………………………………………….1

第一章 PLC的简介........................................................................................2 1.1 PLC的概念………………………………………………………… 3 1.2 PLC的发展阶段…………………………………………………… 4 1.3 PLC的组成及工作原理 ……………………………………………5 1.4 PLC的特点及功能 …………………………………………………9 1.5 PLC的编程语言 ……………………………………………………10 1.6 西门子S7-200的简介 ……………………………………………11 第二章 电梯的概述 ............................................11 2.1 电梯的起源与发展 …………………………………………………11 2.2 电梯的定义 …………………………………………………………12 2.3 电梯的分类 …………………………………………………………12 2.4 电梯的主要机械部件 ………………………………………………14 第三章 电梯的电力驱动系统………………………………………………15

3.1 电梯电力驱动系统的定义及构成..........................16 3.2 电梯电力驱动系统的要求................................16 3.3 交流感应电动机的转速调节及其评价......................17 3.4 交流调速电梯的运行工艺过程............................17 3.5 交流双速电梯的主驱动系统..............................18 3.6 三相交流双速异步电动机的拽引系统......................19

第四章 硬件设计……………………………………………………………. 4.1 控制要求分析

4.2 PLC系统控制I/O点分配与计算

4.3 PLC型号选择 第五章 软件设计

5．1 开关轿厢门程序 5.2 自动选向程序

5.3 轿厢内呼和楼层外呼程序 5.4 PLC电梯控制梯形图

前言

在现代化城市的高速发展中，一幢幢高楼拔地而起，电梯的广泛应用已成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯作为不可缺少的垂直运输设备，已与人们的日常生活密不可分。

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要求的。因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、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，这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用第二种方式，其原因在于用PLC控制有许多优点：1、可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达3~5万小时。而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2、编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3、体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积小，重量轻，便于安装。一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。

可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。

总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与PLC相比较，存在质的差别。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制

而设计的控制设备，使它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。

第一章 PLC的简介

1.1PLC的概念

可编程控制器简称PLC或PC，在现代工业控制中占有重要地位。本文对其基础知识进行简要介绍。可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器， 简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC 标准的草案第一稿，第二稿，并在1987 年2 月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”

PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会经过四年的调查工作，于1984 年首先将其正式命名为PC，并给PC 作了如下定义:“PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC 之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”

随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可以分为几类，类如可编程序控制器、基于PC总线的工业控制计算机、基于单片机的测控装置、用于模

拟量闭环控制的可编程调节器、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。

PLC的应用广、功能强大、使用方便，是现代工业自动化的主要设备之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。

1.2PLC的发展阶段

虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：

1.早期的PLC（60 年代末—70 年代中期）

早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC 特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。

2．中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期）

在70 年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的处理单元（CPU）。 这样，使PLC 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC 得应用范围得以扩大。 3．近期的PLC（80 年代中后期至今）

进入80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。

1.3PLC的组成及工作原理

PLC各组成部件及作用

1. CPU——是PLC的核心部分。

2. 与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。其功能：

（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映

象寄存器或数据寄存器；

（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；

（3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误； （4）在PC进入运行状态后：

a）执行用户程序——产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路）

b）进行数据处理——分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务

c）更新输出状态——输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等） 2.存储器

系统程序存储器——存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数，不能由用户直接存取。 用户程序存储器——存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序，可以由用户直接存取。

功能存储器（数据区）——存放用户数据

PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。

注意：系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。 3.I/O输入/输出部件（I/O模块：接口电路、I/O映像存储器）

I/O输入/ 输出部件 ——CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：

输入/输出电平转换 电气隔离

串/并行转换 数据传送

A/D、D/A转换 误码校验 其他功能模块

I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。 4.编程器等外部设备

编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具 作用：用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视 通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数 通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话 分类：简单型——只能联机编程；只能用指令清单编程

智能型——既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令

清单（语句表）、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程

注意：编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。

其他外设：磁盘、光盘、EPROM写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。

5.电源

内部电源——开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。

外部电源——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。 PLC的工作原理

最初研制生产的PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：

继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。

PLC 的CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms 以上，而PLC 扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式—扫描技术。这样在对于I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 （1）输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （2）用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，

然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所

规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 PLC的扫描技术

当PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 （1） 输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （2） 用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O 映 象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O 映象区或系统RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排

在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 （3）输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC 的真正输出。

1.4 PLC的特点及功能

PLC的特点 （1）高可靠性

1、所有的I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离。

2、各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。 3、各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 4、采用性能优良的开关电源。 5、对采用的器件进行严格的筛选。

6、良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

7、大型PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。 （2）丰富的I/O 接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等有相应的I/O 模块与工业现场的器件或设备，如： 按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀 直接连接；另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部 网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 （3）采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC 以外绝大多数PLC 均 采用模块化结构PLC 的各个部件包括CPU 电源I/O 等均采用模块化设计由 机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合

（4）编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说 不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握 （5）安装简单维修方便

PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现 场的各种设备与PLC 相应的I/O 端相连接即可投入运行各种模块上均有运行和 故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。 PLC的功能

1、数据采集与输出。

2、控制功能。 包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。

3、数据处理功能。包括基本数算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。

4、输入/输出接口调理功能。 具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。

5、通信、联网功能。 现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成\"集中管理、分散控制\"的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。 6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。

7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。

1.5 PLC的编程语言

编程语言是PLC的重要组成部分，PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应用户编程的需要。利用编程语言，按照不同的控制要求编写不同的控制程序，这相当于设计和改变几点起的硬件接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。

PLC共有5种标准编程语言，其中有三种图形语言，即梯形图（LD，Ladder Diagram）、功能块图（FBD，Function Block Diagram），和顺序功能图（SFC，Sequential Function Chart），两种文本语言，即结构化文本（ST，Structured Text）和指令表(IL，Instruction List)。其中梯形图是最早使用的一种PLC语言，也是现在最常用的编程语言。它是从继电气控制系统原理图的基础上演变而来的，它继承了继电气控制系统中的基本工作原理和电器逻辑关系的表达方法，梯形图预计电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别，所以在逻辑控制系统中得到了广泛的使用。它的最大特点就是直观、清晰。

1.6 西门子s7-200PLC简介

S7--200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7--200成为各种控制应用的理想解决方案。它集成6 输入/4 输出共10 个数字量I/O 点，无I/O 扩展能力。拥有6K 字节程序和数据存储空间，4 个的30kHz 高速计数器，2 路的20kHz 高速脉冲输出以及1 个RS485 通讯/编程口，具有

PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。非常适 图1-3 西门子S7-200PLC 合于小点数控制的微型控制器。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、环境保护设备等等。如：冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、空调、电梯控制、运动系统等。

STEP 7-Micro/WIN 32是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学，可用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图三种编程语言编制程序，不同的编程语言编制的程序可以相互转换。STEP 7-Micro/WIN 32提供两套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和国际标准指令集（IEC1131-3方式）。程序编制完成之后，利用PLC与计算机专用的PC/PPI电缆传送程序至PLC。

第二章 电梯的概述 2.1电梯的起源与发展

追溯电梯的起源，在我国及国外都能找到其雏形。如我国公元前1700多年出现的桔槔，是一种用于提水的升降装置。公元前1100多年出现的轱辘，是一种用于提水或升举重物的升降装置。在古代希腊，于公元前236年出现的阿基米德绞车，是一种升举重物的升降装置。它们的共同特点是都由支架、卷筒、绳索、摇杆、乘物装置几部分组成的最原始、最简单的升降机械，由木（竹）材料制成，靠人力或畜力驱动在很低速度下运行。

18年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批4—6台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。

由于早期的电梯及电气控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器（即PLC）既保留了传统继电气控制系统的简单易懂，而且具备控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口连接、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的运用。

如今，电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的交通工具，随着时代的发展，科技的进步，人们对电梯在运行时的平稳性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能提出了更高的要求。电梯今后的发展将主要呈现以下趋势。

(1)超高速电梯。随着人们生活节奏的加快，高层建筑的增加，全功能的塔式建筑将会促使超高速电梯继续成为研究方向，5m/s以上运行速度的超高速电梯，成为人们关注的重点和市场发展的新趋向。

(2)大型超载重电梯用导轨。随着大型公共场所、购物场所等公用建筑的增加，大型超载重电梯的运用日益广泛，对于垂直电梯、自动扶梯的载重量和运行平稳性提出了新的要求。 (3)新型自动扶梯导轨。随着社会进步、城市化水平的提高以及越来越多的国家逐渐步入老龄化社会，各国对人文关怀日益重视，促使城市公共设施对自动扶梯和自动人行道的需求加速增长。为实现公共场所的无障碍通行，大量的体

育场馆、地铁、机场、商场、写字楼、宾馆等需要加装自动扶梯和自动人行道。

(4)无机房电梯导轨。对于高度在20层以下的民用建筑，可以通过改变曳引机的安装方式去除电梯机房的设计，从而降低建筑总高度、保持整体造型、节省

建筑成本。

2.2电梯的定义

电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的倾角小于15度的钢性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。

2.3电梯的分类

2.3.1按用途分类：

(1) 客梯 代号K 为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置

(2) 货梯 代号H 为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装 置.

(3) 客货梯 代号L 主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同.

(4) 病床电梯 代号B 为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点. (5) 住宅电梯 代号Z 供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢内部装饰较简单.

6) 杂物电梯 代号W 供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置.

(7) 船舶电梯 代号C 用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作. (8) 观光电梯 代号G 轿厢壁透明供乘客观光之用. 2.3.2按驱动系统分类：

(1) 交流电梯 曳引电动机是交流电机. 当电机是单速时,称为交流单速电梯 当电机是双速时,称为交流双速电梯

当电机具有调压调速装置时,称为交流调速电梯. 当电机具有调压调频调速装置时,称为变频调速电梯. (2) 直流电梯 曳引电动机是直流电机 分为直流有齿和直流无齿电梯

(3) 液压电梯 靠液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置式.

(4) 齿轮齿条式电梯(一般为工程电梯) 2.3.3按操作控制方式分类 (1) 门外按钮控制小型杂物电梯 (2) 内外按钮控制自动门电梯

该电梯是一种乘客自己操作的电梯，电梯在各层站分别设有一个召唤按钮。轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，某一层等待电梯的乘客按下召唤按钮，就能使不被占用的轿厢到来，电梯停靠时立即自动开门，乘客进入轿厢后，按下他要去的楼层的指令按钮，电梯就自动关门，自动行驶到该站。每次停靠时，电梯自动进行减速、平层、开门。 (3) 集选控制电梯

该电梯是一种乘客自己操作或有时也可以有专职司机操作的自动电梯。 电梯在底层和顶层分别设有一个向上或向下的，而在其它层站设有向上、下两个召唤按钮。集选控制轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，当进入轿厢的乘客按下指令按钮，指令信号就被登记。电梯在向上过程中按登记的指令信号和向上召唤信号逐一停靠，直到有这些信号登记的最高层站和有向下召唤登记的最底层为止，然后又反向向下安置指令及向下召唤信号逐一停靠。每次停靠时电梯自动进行减速、平层、开门。 2.4 电梯的主要机械部件

1、轿厢2、电梯门3、开关门机构4、层门门锁5、机械安全装置

电梯中限速器、安全钳装置是十分重要的机械安全保护装置。它的作用在于：因机械或电气的某种原因，例如断绳或失控使电梯超速下降时当下降速度达到一定限值时，将轿厢擎停在导轨上。不论是限速器还是安全钳都不能单独完成上述任务。上述任务的完成是靠它们的配合动作来完成的。 下图是电梯的基本结构剖视图及机械部件说：

1-减速箱； 2-曳引轮； 3-曳引机底座； 4-导向轮； 5-限速器； 6-机座； 7-导轨支架； 8-曳引钢丝绳； 9-开关碰铁； 10-紧急终端开关； 11-导靴； 12-轿架； 13-轿门； 14-安全钳； 15-导轨； 16-绳头组合； 17-对重， 18-补偿链； 19-补偿链导轮； 20-张紧装置； 21-缓冲器； 22-底坑； 23-层门； 24-呼梯盒； 25-层楼指示灯； 26-随行电缆； 27-轿壁； 28-轿内操纵箱； 29-开门机； 30-井道传感器； 31-电源开关； 32-控制柜； 33-曳引电机； 34-制动

第三章 电梯的电力驱动系统

3.1、电梯电力驱动系统的定义及构成

电梯的电力驱动系统分为两大类：交流驱动系统和直流驱动系统，由以下几部分组成。（请看图3-1）

电源 自动系统4 电动机3 传动机构2 电梯轿厢1

图3-1 3.2、电梯电力驱动系统的要求

电梯的电力系统要求是：“快、稳、准” 3.3、交流感应电动机的转速调节及其评价

以三相交流感应电动机为驱动的交流电梯中，在现有的条件下， 交流电梯的运行速度一般均在1m/s以下。而lm/s＜V＜2.0m/s则属 交流调速（或称快速）电梯的范畴 。

1. 改变三相交流感应电动机定子电压转速调节特性：这种调速方法的拽引电机

工作在非正常状态下，如果长期处于低于额定电压下的运行，虽达到调速的目的，但其能耗、特性硬度、最大转矩等特性均低于额定电压时的情况，因此这种调速方法是不经济的，且性能也不理想，故这种调速方法今仅用于起动和制动的短暂时间内，以起动电流和改善电梯的舒适感。由公式n0＝60f/p中可知，当电动机的极对数P改变时交流感应电动机的同步转速n0也将改变。所以，交流电梯中也常用改变电动机极对数P的方法获得电梯所需的转速调节特性。这种具有二种以上极对数的电动机，我们通常称之为双速、三速电动机。这种电动机的定子绕组有两种结构形式：A．各统组的多速电动机（例如JTD系列电动机）；B．按特殊接线方法而改变极对数的单绕组多速电动机（例如YTD系列电动机）。

2. 改变三相交流感应电动机定子绕组的极对数时的转速：只能是有极的调节交

流感应电动机的转速而不是无极的，因此在转速的调节过程中，即从一个极对数相对应的速度调节至另一极对数相对应的转述过程中，必定要采取有效措施防止电梯系统给乘客带来不舒服感觉和对机械传动系统产生冲击，这样为了转速的调节需添置众多的附加设备（例如接触器、电阻或电抗器等）。 假若在改变电动机极对数P的调节过程中，如保持其他参数基本不变，则从前面的式子和图中可以看出，对同一电动机的不同极对数P时的机械特性曲线

基本上是平行的。这是我们十分希望的调速特性。也就是希望其调速后新的机械特性硬度p保持不变，这样才能保证交流双速电梯在不同负荷时其停层准确且保持不变。由于在同一定子内需要布置两套三相统组（或改变单相统组的不同接线方法），则其不同极对数时相应的磁通量和功率是不一样的，因而极对数P越大，其最大转矩 Mk也将有稍许变化。

3. 外力口涡流制动器等的转速调节特性 ：在交流电梯中除了三相交流感应电

动机的本身进行速度调节外，还可以利用外加器件调节交流感应电动机的最后输出速度。这种情况常见的有：在电机内的一个统组中加一个可控制的直流电流或在交流感应电动机的轴端加一个可控制的涡流制动器。但比较理想且控制方便的是涡流制动器的速度调节方法。 虽然这种调速方法的机械特性曲线较为理想，但其能量消耗是大的，而且把电动机的原有动能全部消耗在涡流制动器的发热上了。 3.4、交流调速电梯的运行工艺过程

首先接通电梯的总电源及控制电源、照明电源；把电梯的层门和轿厢门打开；司机进入电梯轿厢内，合上轿厢内操作箱上应该合上的各种开关，并点亮轿厢内的照明灯；司机根据轿厢内乘客欲往的楼层或轿厢内无乘客时根据某个楼层的厅外召唤信号，司机锨按操作箱上相应的一个楼层或几个楼层数的指令按钮；自动定出电梯的运行方向；司机先按起动开车按钮；自动关门；自动起动；分级加速至稳速运行；在接近目的楼层时，井道内该层永磁开关自动发出减速信号；

自动分级减速制动；自动平层停车；自动开门，让乘客出入电梯轿厢；司机再次掀按起动开车按钮，电梯内可以有专职司机操作，也可以有进入轿厢内的乘客自己操作，也可以有某个或几个楼层的厅外召唤信号而把电梯召唤来，而且在运行应答完最后一个（即最远一个）召唤信号后，电梯即可自动换向。但是楼层厅外召唤信号的作用只有在电梯门关闭后方可起作用，此即所谓电梯轿厢内的指令信号“优先”于 厅外召唤信号。 3.5、交流双速电梯的主驱动系统

1. 主驱动系统的结构原理：此交流双速电梯的主驱动系统结构原理： 三相交

流异步电动机定子内具有两个不同极对数的绕组。国内一般为 6极（同步转速为 1000r／min）和 24极（同步转速为 250r／min）两个统组。这两个统

组可以是各自的双绕组（例如JTD系列电 动机），也可以是单绕组双速。 这种主驱动系统的工作过程如下：快速绕组（6极）作为起动和稳速（即额定速度）运行之用；而慢速绕组（24极）作为制动，减速平层停车之用。起动按时间原则，串电阻，电抗一极加速；而减速制动也按时间原则进行两极在发电制动减速，以慢速绕组进行低速稳定运行，直到平层车。 2、交流双速电梯的主要性能与特点 ：

1) 这种电梯的交流电动机具有两种速度，这样就使起动与稳定运行时具有较高

的速度，从而可以大大提高电梯的输送能力。同时它又具有准确停层所需的较低速度，也保证了电梯的停层准确度。所以该电梯的运行效率比单速电梯有很大的提高。

2) 主驱动系统虽然比单速电梯的复杂，但相对其他电梯来说还是比较简单的。

系统虽然有级调速，但可以分别对高低速进行控制和调节。因此电梯的运行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动系统在一般低速电梯中得到广泛的应用。

3) 这种电梯主驱动系统的制动和减速过程是采用低速绕组的再生发电制动原

理，即在减速开始的瞬间，快速绕组虽然从电网撤出，并立即把低速绕组接入电网而电动机的实际转速因电梯机械传动系统的惯性，仍维持在原快速状态时的转速。因此，对低速绕组来说此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速，从而在低速绕组中产生再生发电制动减速过程。对低速绕组来说，电动机处于发电机的工作状态，即把快速运行时所具有的功能反馈到电网中去。这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对较少。 3.6、三相交流双速异步电动机的拽引系统 三相交流双速异步电动机的拽引系统

1. 此种交流电动机具有两种速度，这样可以使起动与稳定运行时具有较高的速

度，从而可太大的提高电梯的输送能力。同时它又具有准确停层所需的较低速度，也保证了电梯停层准确度（对额定速度为1.OM／S时，一般停层准确度为 ＜3 OMM。所以电梯的运行效率较单速电梯时大大提高。

2. 该驱动系统虽然比单速电梯的复杂，但相对其他电梯来说还是比较简单的。

系统虽然有级调速，但可以分别对高低速进行控制和调节。 因此电梯的运

行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动程序系统在一般低速电梯中得到广泛的应用。

3. 这种电梯驱动系统和减速过程是采用低绕组的再生发电制动原理，即在减速

开始的瞬间，快速绕组虽已从电网撤出，并立即把低速绕组接入电网而电动机的实际转速因电梯机械传动系统的惯性，仍维持在原快速状态时的转速。因此，对低速绕组来说，此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速，从而在低速绕组中产生发电制动减速过程。对低速绕组来说，电动机处于发电机的工作状态，即把在快 速运行时所具有的动能反馈到电网中去。这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对较少。

第四章 硬件设计

根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图4所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢的升降和厅门的开闭，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。

4．1控制要求分析

所涉及的电梯模型共有五层，电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；图2-1所对应的指示灯表示楼层号，每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯。工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，为此它要求具有自动选向、顺向截梯、反向保号，外呼记忆，自动开/关门状态，停梯消号，自动达层等功能。

分析以上控制要求，将电梯控制要实现的功能罗列如下：

1、开始时，电梯处于任意一层。 2、当有外呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。

3、当有内呼梯信号到来时，电梯应该响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。

4、在电梯运行过程中电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信号均不响应，但如果反向呼梯信号前方无其它内、外呼梯信号时，则电梯相应该外呼信号，但不响应三层向下外呼梯信号。同时，如果电梯达到四层，五层没有任何呼梯信号，测电梯可以响应四层向下外呼梯信号。电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。

图2-1 电梯工作流程图 5、电梯具有同向截车功能。

6、电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮可使门打开，按关门按钮可使门关闭。 4．2 PLC

选型

4.2.1 PLC系统控制I/O点分配与计算

根据电梯控制的特点，输入信号应该包括以下几个部分： (1)轿厢内及各层门厅外呼按钮

轿厢内的楼层选择按钮共有数字键1~5，各层门厅的外呼按钮除第一层只有上升按钮，第五层只有下降按钮外，其余三层均设有上升、下降两个按钮，故一共需要13个输入。

(2)位置信号

位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的四个传感器产生。平时为常开，当电梯运行到平层时关闭，另外还有一组开关门限位，故位置信号一共需要7个输入

(3)电梯门控制信号

大部分电梯都具有开门按钮以及关门按钮，以方便手动开门，故电梯门控制信号一共需要2个输入。

综上所述，共需要输入点22个。 输出信号应该包括：

(1)内呼指示信号

内呼指示信号有5个，分别表示1~5层的内呼被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。

(2)外呼指示信号

外乎信号共有8个，分别表示1~5层的外呼被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。电梯轿厢上下行，电梯上下行指示信号，共4个门电机开关指示，共需要输出点2个。

综上所述，共需输出点19个。

PLC五层电梯控制系统的输入、输出点分配表如下所示：

表2-1 PLC输入、输出点分配表

输入点名称 一层内呼 二层内呼 三层内呼 四层内呼 五层内呼 一层外呼上 二层外呼下 二层外呼上 三层外呼下 三层外呼上 四层外呼下 四层外呼上 五层外呼下 开门按钮 关门按钮 一层平层 二层平层 三层平层 I0.0 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 输出点名称 一层内呼指示 二层内呼指示 三层内呼指示 四层内呼指示 五层内呼指示 一层外呼上指示 二层外呼下指示 二层外呼上指示 三层外呼下指示 三层外呼上指示 四层外呼下指示 四层外呼上指示 五层外呼下指示 电梯上行指示 电梯下行指示 门电机开门 门电机关门 电梯轿厢上行 Q0.0 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 四层平层 五层平层 开门限位 关门限位 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 电梯轿厢下行 Q2.2 AC220V

SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB9SB10SB11SB12SB13SB14SB15SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5COMQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7Q2.0Q2.1Q2.2KM2KM1KM4KM3HL1HL2HL3HL4HL5HL6HL7HL8HL9HL10HL11HL12HL13HL14HL15KM1KM2KM3KM4

DC24V4.2.2PLC的型择

综合输入输出点的计算以及要实现电梯控制功能使用西门子s7-200PLC（CPU226）加一个扩展模块，这样就能完全能够满足设计要求。S7-200PLC是一种小型可编程逻辑控制器（Micro PLC），可应用于各种小型自动化控制系统。高集成度的设计、低廉的成本使得s7-200成为各种小型控制任务理想的解决方案，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。并且，西门子s7-200PLC具有：极高的可靠性、丰富的指令集、极快的浮点运算速度、丰富的扩展模块、强大的内部集成功能等几个方面的出色表现。

第五章 软件设计

由电梯运动流程图可以看出电梯的运动控制中最需要关注的主要部分是：开关轿厢门的控制，电梯的自动选向，轿厢的内呼和楼层外呼指示。将各部分分为单独的模块分别进行编程，绘制梯形图，不仅条理清晰，提高编程效率，而且能更为方便的进行程序的调试。

5．1开关轿厢门程序

轿厢门开可分为以下几种情况：

(1)电梯在一层平层，有一层外呼上指示或一层内呼指示。

(2)电梯在二层平层，有二层外呼下指示(电梯选项向下)，二层外呼上指示(电梯选项向上)或二层内呼指示。

(3)电梯在三层平层，有三层外呼下指示(电梯选项向下)，三层外呼上指示(电梯选项向上)或三层内呼指示。

(4)电梯在四层平层，有四层外呼下指示(电梯选项向下)，四层外呼上指示(电梯选项向上)或四层内呼指示。

(5)电梯在五层平层，有五层外呼下指示或五层内呼指示。 (6)电梯在平层时按下开门按钮。 所绘制的梯形图如下：

图3-1 轿箱门开

门电机开这个输出被置位后，当它符合一定条件时，就应取消它的置位，使其停止开门动作。这些条件应为：

按下关门按钮，并且同时开门按钮没有按下。输出信号门电机关置位，且开门按钮没有按下

达到开门限位，自动停止开门动作。

所绘制的梯形图如下：

图3-2 轿箱门开复位

开门动作结束后将是3秒钟的延时，然后电梯会自动关门，达到关门限位后，关门动作自动结束。同样，按下关门按钮，电梯也将关门，开门按钮被按下，或有门电机开信号输出，则关门动作取消。所绘制的梯形图如下：

图3-3 轿箱门关及其复位

5．2自动选向程序

本程序的自动选项功能主要由电梯的上行条件和下行条件两部分组成，其中，电梯满足以下条件时上行：

1)电梯在四层，且有四层外呼上指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。 2)电梯在三层，且有三层外呼上指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，五层外呼下指示，四层内呼指示，五层内呼指示。

3)电梯在二层，且有二层外呼上指示，三层外呼下指示，三层外呼上指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，五层外呼下指示，三层内呼指示，四层内呼指示，五层内呼指示。

4)电梯在一层时，无论什么情况均上行；同理，电梯在第五层时无论什么情况均不上行。

满足以上条件同时不满足电梯下行条件时，电梯上行，绘制梯形图如下：

图3-4 电梯轿箱上行

同样，当满足以下条件，且不满足电梯上行条件时，电梯下行：

1)电梯在四层，且有四层外呼下指示，三层外呼上指示，三层外呼下指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，三层内呼指示，二层内呼指示，一层内呼指示。

2)电梯在三层，且有三层外呼下指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，二层内呼指示，一层内呼指示。

3)电梯在二层，且有二层外呼下指示，一层外呼上指示，一层内呼指示。 4)电梯在五层时，无论什么情况均满足下行条件，同理，电梯在一层时，无论如何均不会下行。

绘制梯形图如下所示：

图3-5 电梯轿箱下行

5．3轿厢内呼和楼层外呼程序

轿厢内呼较为简单，当按下内呼按钮，内呼指示即置位，达到指定楼层后，电梯门打开，内呼指示取消置位。以第一层为例，梯形图如下所示：

图3-6 一层内呼指示置位与复位

楼层外呼指示程序则比较复杂，按下外呼按钮，则对应的外呼指示置位，在取消置位时，一层和五层因为只有一种运动方向，因此直接平层后门电机打开就能取消置位。以一层为例，作梯形图如下所示：

图3-7 一层外呼上指示置位与复位

而二、三、四层则不同，因为这三层均有两种运动方向，只有电梯运动方向与外呼运动方向相同时，才能取消置位。以二层外呼为例，梯形图如下所示：

图3-8 二层外呼指示置位与复位

其中“二层上”、“二层下”条件的梯形图如下所示：

图3-9 二层上行、下行条件

5．4 PLC电梯控制梯形图

(1)门电机开门及其复位

门电机关门及其复位

(2)电梯轿厢下行条件

(3)电梯轿厢上行条件

(4)内呼指示置位与复位：

(5)外呼指示置位与复位：

(6)上行指示条件：

(7)下行指示条件：