基于S7-200PLC的7层电梯控制系统设计【含CAD图纸、说明书、答辩稿】

,基于S7-200PLC的 7层电梯自动控制系统设计,答辩人：,指导老师,PLC选型方案,基于三菱FX1NPLC的控制系统,基于S7-200PLC的控制系统,方案介绍,开关门环节,外呼信号产生消除,楼层信号产生消除,内选信号产生消除,电梯的定向运行,停层信号产生消除,停车制动,自动运行,其他附属环节的设计,信号的显示,电路设计,自动返回基站,开关门保护,对主电路和门机电路的控制,I/O表(输入部分),I/O表(输出部分),PLC接线图,顺序功能图,总结,1.本设计可以实现七层电梯的自动控制 2.设计了多重保护系统确保安全 3.编制了检修程序，方便工作人员检修 4.长时间处于等待状态将自动回到基站 5.存在改进的空间有取消内选或者外呼操作，使用新型编 程方法让程序简洁易懂。,Q&A,答辩人：杨帅,感谢指导老师：安万德,程序模拟结果,模拟开关门,模拟电梯运行,输入 代号 输出 代号安全运行 I0.0 上行 Q0.0门锁 I0.1 下行 Q0.1自动 I0.2 高速 Q0.2检修 I0.3 低速 Q0.3上行启动 I0.4 启动加速 Q0.4下行启动 I0.5 制动减速KM6 Q0.5开门 I0.6 制动减速KM7 Q0.6关门 I0.7 制动减速KM8 Q1.0开门到位 I1.0 开门 Q1.1关门到位 I1.1 关门 Q1.2基站 I1.2 上行指示 Q1.3超载（称重传感器） I1.3 下行指示 Q1.4防夹（光电传感器） I1.4 1层内选记忆指示 Q1.51层内选 I1.5 2层内选记忆指示 Q1.62层内选 I1.6 3层内选记忆指示 Q1.73层内选 I1.7 4层内选记忆指示 Q2.04层内选 I2.0 5层内选记忆指示 Q2.15层内选 I2.1 6层内选记忆指示 Q2.26层内选 I2.2 7层内选记忆指示 Q2.37层内选 I2.3 1楼上呼记忆 Q2.41层上行 I2.4 2楼上呼记忆 Q2.52层上行 I2.5 3楼上呼记忆 Q2.63层上行 I2.6 4楼上呼记忆 Q2.74层上行 I2.7 5楼上呼记忆 Q3.05层上行 I3.0 6楼上呼记忆 Q3.16层上行 I3.1 2楼下呼记忆 Q3.22层下行 I3.2 3楼下呼记忆 Q3.33层下行 I3.3 4楼下呼记忆 Q3.44层下行 I3.4 5楼下呼记忆 Q3.55层下行 I3.5 6楼下呼记忆 Q3.66层下行 I3.6 7楼下呼记忆 Q3.77层下行 I3.7 Y0 Q4.0上减速/上平层 I4.0 Y1 Q4.1下减速/下平层 I4.1 Y2 Q4.2上行限位 I4.2 报警装置 Q4.3 蜂鸣器下行限位 I4.3上强迫开关 I4.4下强迫开关 I4.51层楼层感应器 I4.62层楼层感应器 I4.73层楼层感应器 I5.04层楼层感应器 I5.15层楼层感应器 I5.26层楼层感应器 I5.37层楼层感应器 I5.47楼顶1楼底KR1KR27楼顶1楼底安全回路由强迫开关，安全窗，安全钳，张紧轮极限开关等组成由7层楼的厅门开关和轿厢门开关串联组成，如果没有关严电梯不工作。检修时上行检修时下行 三级减速接译码器输入外呼内呼在各楼层对应井道处安装， 2-6层上下两个， 1层 7层各一个。 摘要可编程序控制器是一种可以编入用户程序，然后通过运行用户程序来完成某种自动化控制的装置。它的核心部件是中央处理器，结合其他先进技术，充分发挥处理器的作用，实现了体积小，功能却精悍的目的。它之所以能够取代继电器，是因为它不仅有超强的逻辑运算能力，还能够完成定时计数等功能，控制系统因为 PLC 的加入会变得更加柔性化、智能化。另一方面社会不断发展，人们住宅也变得越来越高，电梯从以前的先进文明的标志成为人类生活中不可缺少的事物。电梯大家都用过，但是其控制系统大家可能并不熟悉，优秀的算法程序可以让电梯物尽其用，让人们在最短的时间内乘坐电梯到达家中。PLC 作为电梯控制系统的大脑，简便的程序可以让大脑运行更快。本文将以 7 层 7 站交流双速电梯的 PLC 控制为例，详细介绍西门子 PLC 如何控制电梯的运行。关键词：PLC 西门子 电梯 机电一体化2AbstractProgrammable logic controller (PLC) is a device that can realize industrial automation control with the central processor as the main component and combined with other advanced technologies. It can replace the relay because it not only has super strong logic operation ability, but also can complete the function of timing counting. The control system becomes more flexible and intelligent because of the addition of PLC.On the other hand, the society continues to develop, and the peoples houses have become more and more high. The elevator has become an indispensable thing in human life from the sign of the advanced civilization. Elevator is one of the symbol results of mechatronics. All the elevator has been used, but the control system may not be familiar to everyone. The excellent algorithm can make the elevator make the best use of the elevator and let the people take the elevator to the home in the shortest time. PLC as the brain of the elevator control system, the simple program can make the brain run faster. This article will take the PLC control of the 7 layer 7 station AC double speed elevator as an example, and introduces how the SIEMENS PLC controls the operation of the elevator in detail.Key words: PLC SIEMENS elevator mechanical and electrical integration2目录引言 1第一章 PLC 及电梯简介 .21.1 可编程序控制器简介 21.1.1 PLC 的特点 .21.1.2 PLC 的分类 .31.2 电梯的简介 .4第二章 系统总体方案设计 .52.1 电路设计 .52.1.1 交流双速电梯的的主拖动电路 .52.1.2 门机电路、抱闸电路、门锁以及安全回路 .62.2 电梯的主要电气设备 .72.2.1 曳引电动机 .72.2.2 自动门机 .82.2.3 层楼指示 .82.2.4 呼梯盒 .82.2.5 操纵箱 .82.2.6 平层停层及开门装置 .92.2.7 其他设备 .92.3 PLC 程序设计思路 112.3.1 PLC 程序的编制方法 112.3.2 电梯运行对控制信号的要求 132.3.3 可编程序控制器输入输出部分 .132.3.4 I/O 点的确定以及 PLC 选型 1422.3 系统控梯形图设计 172.4 辅助继电器汇总 202.5 梯形图汇总 202.5 安全设置 20第三章 程序模拟 21第四章 设计小结 24附录 .25参考文献 .35谢辞 .361引言现代城市里高楼大厦随处可见，如何上楼是一个很实际的问题，然而在 19世纪美国发明家伊莱沙格雷夫斯奥的斯就考虑到这个问题，他在博览会上向大家展示了电梯这一发明。电梯使用至今越来越先进，在人们生活中具有不可替代的作用。而电梯的如何进行控制变得非常重要，生活中的老式电梯曾经选择继电器来控制电梯的调度，这样的方法不仅需要很多时间继电器、计数器十分不方便，而且稳定性比较差，相比较而言用 PLC 控制系统的电梯，功能更为强大，更重要的是 PLC 控制的电梯不需要复杂的电路和庞大的继电器数量就能控制电梯完美运行。本文第一部分首先对电梯和可编程序控制器 PLC 进行了基本的阐述，又从价格、性等方面综合考虑，所以选取了交流双速电梯这种价格便宜、运行稳定、操作简易、维修方便的电梯作为设计主题，在选取 PLC 时，从不同品牌，不同型号各方面做了详细的阐述，总结得出选择结果，本设计所用到的 PLC 选取为德国西门子公司所生产的 PLC 中的 S7-200 系列，西门子品牌历史悠久，性能卓越，价格也很合适，所以采用它的产品。第二部分从电梯的曳引电动机电路设计开始，到电气组件组成，再到系统软件部分的设计三方面进行系统总体方案的设计。主电路包括曳引电机电路和门机电路，一些附属电路例如门锁电路以及安全回路，也进行了完整的设计，此外 PLC 的程序设计思路，电梯对控制信号的响应要求，PLC 电梯控制系统的组成也作了简明扼要的解释，电气组件方面对电梯运行所必需的传感器，如安装在在厅门与轿厢门之间防止夹伤乘客的光电传感器，安装在轿厢底部防止超载运行的称重传感器以及各楼层之间产生楼层信号的传感器等等，输入输出设备也做了详细的确定，在此章节还对可编程序控制器 PLC 的输入输出点进行了分配，进而选择合适的可编程序控制器 PLC 型号以及合适的可编程序控制器模块。在系统软件部分的设计章节，我在老师的指导下以顺序功能图作为出发点，分环节进行编程，在此基础上还加上了一些特殊的必要程序，如安全运行、主控机主控复位程序。这些环节缺一不可，互相之间联系非常紧密，本章节的最后对所有的梯形图进行了汇总和总结。接下来是安全设置，凡事安全第一，安全设置里包含了抱闸，安全窗、安全钳、相序保护器、限速器、盘车轮、轿厢缓冲器和对重缓冲器以及张紧轮等安全装置，保证电梯稳定运行的同时，也保障了乘客安全。第三部分进行了程序模拟，但由于条件有限，模拟程序不能够运行所有环节的程序，而且 7 层 7 站呼梯条件众多，不能够一一进行模拟，希望老师能够2理解，本文只选择了部分环节进行模拟，然后进行视频截图，以图片的形式进行展示。最后是本次设计的总结，在电子方面的知识有些缺陷，所以本设计具有一定的局限性，讨论了可靠性、实用性等，注重新的编程技术，力求实用性。设计过程中遇到了很多困难，在安万德老师的帮助下都得到了解决，在此深表感谢。作为学生时代的最后一次“作业” ，我尽我所能想有个完美的收尾，为毕业设计画上个圆满的句号，也为我的大学做一个完美的告别，但时间有限，学艺不精，水平不足设计可能存在纰漏，请各位老师能够提出批评建议和指正。第一章 PLC 及电梯简介1.1 可编程序控制器简介可编程序控制器主要由中央处理器模块（CPU） 、输入模块、输出模块和编程软件组成（如图 1-1） 。PLC 的特殊功能模块可以用来完成一些其他不经常使用的特殊任务。图 1-1 CPU 模块3CPU 模块内部元件包括芯片和存储器。 I/O 模块也就是输入模块和输出模块，他们是系统的入口和出口，是工作机和 CPU模块的进行数据处理交换的主要方式。 编程软件本设计用的编程软件为 Siemens 公司的 STEP 7-MicroWIN4.0 版本，应该只能在 WINDOWS 系统上运行。 电源PLC 使用 AC 220 伏电源或 DC 24 伏电源。 11.1.1 PLC 的特点 编程方法简单易学。 功能强性能价格比高。 用户使用方便，适应性强。 可靠性很高，不容易出现故障。1.1.2 PLC 的分类全世界 PLC 产品很多，分类方法也有很多种，下面从品牌进行分类，列举常见的 PLC 厂家及其主要产品。4表 1-11.2 电梯的简介电梯在生活中并不少见，虽然我们学校宿舍楼并没有安装电梯，但是图书馆安装有。电梯是一种特殊运输工具，他的运输方向是固定的，要么上去要么下来，有货运电梯和客运电梯的区别，货运电梯一般来说体积较大，安全性不如客运电梯，当然舒适性也不如客运电梯。其实一般来说电梯的运行是垂直方向的，但是在百度百科中的定义并非如此，电梯是指在建筑物不确定层数间，有轨道运行，并且轨道与重力方向的夹角小于 15 度，所以电梯并不都是垂直运行的。电梯还有一类自动扶梯，这类电梯角度较大，属于扶梯类，但是和轿厢类电梯工作目的一样，将乘客提升至目的地。在国际上主要的电梯公司有下列这些；三菱电梯，三菱电梯是电梯界当之5无愧的老大地位。日立电梯，日立电梯也是日本的品牌。奥的斯 OTIS，在前言中就已经介绍了发明家奥的斯制造出了世界上首台电梯，随后他就以自己名字作为奥的斯电梯的品牌名。通力 KONE，通力电梯是生活中最常见的电梯品牌，同时也是世界上最大的电梯公司。在国内电梯行业竞争也很激烈，著名的国产电梯品牌例如：星玛 SIGMA 星玛电梯有限公司，星玛电梯是在日常生活中较为常的品牌。 ，帝奥 DIAO 位于江苏苏州的帝奥电梯有限公司，我校图书馆的电梯就是 DIAO 生产的。6第二章 系统总体方案设计2.1 电路设计2.1.1 交流双速电梯的的主拖动电路7图 2-1 主电路图 2-1 是本设计电梯专用的曳引电机主电路接线图。其中，M1 为 YYTD 系列电梯定制可以进行两种速度变换的异步拖动电动机。图中 FU1、FU2、FU3 是熔断器（也称保险），其实就是一个熔断器，在电流电压过大时进行电路保护。SQ 为电源开关，KM1、KM2 通过分别控制 YYTD 型系列电动机的转动方式来实现控制电梯的运行方式。当 KM3 闭合输出高速运行信号，当 KM4 闭合时输出低速运行信号。所以可以通过 KM3、KM4 的闭合断开来分别实现电梯的高速运行和低速运行。当 KM5 闭合时可编程控制器输出启动加速指令。KM6-KM8 为三级减速装置，当收到停层信号后，电梯开始制动停车，此时需要这三个接触器依次闭合，对电梯进行减速，可以防止因为骤然减速对乘客造成的头晕失重等不适感。8L1、L2、与 R1、R2 是与电动机定子直接进行串联的电感和电阻。L1 L2 R1 R2通过与 KM5 KM6 KM7 KM8 的配合形成不同的指令组合，来控制电梯的运行速度，例如实现加减速控制。 3当电梯上行下行一段时间后，KM5 再等待一段时间后吸合，此时 L1、R1 被短接。当电梯到达目标层后，可编程序控制器发出停层指令，电梯转为低速运行。依次串入电阻和电感，实现减速上行或者减速下行，KM6 KM7 KM8 之间通过 PLC 程序中的延时接通继电器的控制，分别延时 1 秒、2 秒、3 秒，然后对应的接触器吸合，依次延时吸合用来控制制动减速的强度，减少骤然制动减速可能产生的眩晕等不适感，当电梯收到停层信号时抱闸抱死。检修时电梯在 KM4接通状态下运行，检修状态不允许接通 KM3 高速运行接触器。2.1.2 门机电路、抱闸电路、门锁以及安全回路图 2-2图 2-2 为各附属电路的组成，M2 为稳压装置，电动机 M 为门机专用电动机，R1 为保护电阻，R2 与 R3 分别为开门调速电阻和关门调速电阻，开门到位开关SQ21，关门到位开关 SQ22 为常闭开关，皆在 KM9、KM10 下面，当电梯收到停层信号电梯停层稳定并且抱闸抱死后，经过一点时间的延时，KM9 接通电动机正9转轿厢门与厅门同时打开，接近开门到位时接通开门调速开关 SQ21，减速开门至开门到位，此时电动机停转停止开门，经过一段时间延迟无操作，或者收到关门信号电梯进行关门动作，轿厢门和厅门进行关闭，当 KM10 接通后，PLC 控制 M 进行反转，在关门到位之前接通 SQ9、SQ10。当关门到位开关 SQ22 接通电路断开。抱闸电路为与 KM1、KM2 串联的线圈，抱闸一直处于抱死状态，只有当电梯运行时才释放，YB 为抱闸线圈，R4 为保护电阻。门锁回路是一个很重要的回路，比较难以理解，它的地位与安全回路的地位有些相似，但又不同于安全回路，门锁回路由各楼层厅门的关门到位开关和轿厢门的关门到位开关串联组成，任何一个关门到位开关未闭合，门锁回路就不会接通，而电梯运行所必须的条件之一就是门锁输入，门锁作为一个输入点进入可编程序控制器是非常重要的，保障了安全运行的条件，SQ11-SQ18 分别为一层，二层，三层，四层，五层，六层，七层厅门的门锁，SQ18 为轿厢关门到位。不论轿厢门还是厅门有一个未关闭就会使门锁回路断开，电梯拒绝运行保证安全。安全回路是所有环节程序能够运行的前提，实际应用中所包含的电气元件众多，但篇幅有限只列举部分较为重要电气元件先将各个开关符号所表示意义列表如下。FR1 FR2 分别为主电路中热继电器作为最后的安全开关，以上开关和继电器共同控制安全回路继电器 KA2。表 2-12.2 电梯的主要电气设备2.2.1 曳引电动机曳引电动机是电梯的主要动力来源，电梯能够上下行运动就是曳引电机提供的动力。102.2.2 自动门机门机电路由他励直流电机，开门调速电阻，关门调速电阻，开门到位开关，关门到位开关和保护电阻组成。2.2.3 层楼指示层楼指示也可称为层显，老式电梯曾用低压灯泡安装在轿厢顶部和轿厢门右侧，本设计采用七段码数码管与译码器配合显示。每层楼对应井道内都设置有楼层感应装置。2.2.4 呼梯盒呼梯盒指厅门外呼叫的装置，用于每层召唤电梯上行或下行，通常安装在厅门在右侧。 2.2.5 操纵箱轿厢内的内的操作面板即操纵箱。操纵箱由开门按钮，关门按钮，各楼层选层器，急停开关，附属部件如风扇照明控制开关等。112.2.6 平层停层及开门装置图 2-3该装置设计如图 2-3，由磁铁板和上平层感应器 KR1 和下平层感应器 KR2组成。上行时至平层，KR1 先插入磁铁板所以上平层感应器先接收到信号，此时 PLC 接收到输入信号为减速信号，当 KR1、KR2 全部插入时电梯制动，电动机停止转动；当电梯下行时，KR2 先插入磁铁板，开始减速至 KR1 也插入磁铁板，曳引电动机停止转动，机械抱闸抱死，此时发出开门信号。在电梯的井道内安装有磁铁板，长度在 30CM 左右，厅门上方设置有楼层感应器，总共 7 个，感应每层的楼层信号。2.2.7 其他设备以上设备只是保证电梯能够上下运行的装置，但为了安全，必须设置其他装置。安全钳是一种急停安全装置，如轿厢超速时，安全钳将轿厢卡在导轨上，停止运行。在顶层与基站设置有限位开关，防止轿厢冲顶或者墩底，如限位开12关仍不能让电梯停止运行，还设置有上下强迫开关各一个，强迫电梯停止，进而达到停车目的。为方便对控制系统的理解。对于以上设备所需元器件进行汇总，现列出 7层 7 站电梯的所有用到的部件，如表 2-1.13表 2-12.3 PLC 程序设计思路2.3.1 PLC 程序的编制方法可编程序控制器程序编写有很多方法，常用的方法在下面一一列举。梯形图的经验设计法，这种方法是伴随很大的随机性，根据设计者的思路发展，具有很大的灵活性。按照继电器电路图设计程序的方法，PLC 控制与继电器控制密不可分，PLC内部即是很多继电器组成。但是根据继电器设计 PLC 程序需要做到心里有数，对整体电路有一个很深的认识和理解，这样设计才不会出错。顺序控制法与顺序功能图，这种方法是最常用的，相比于前两种方法这种方法有着很强的条理性，有条不紊。顺序控制法是很容易理解的设计方法，对于初学者很友好。本设计采用顺序控制法，先做出顺序功能图，然后按照步骤分环节设计程序梯形图。14本设计的顺序功能图设计如图152.3.2 电梯运行对控制信号的要求电梯对控制信号要有选择，分析处理，简而言之就是控制信号要对电梯达到控制的目的，电梯可以通过控制信号做出那些动作。 电梯门在关门按钮有动作以后，需要进行关门动作。 电梯在反向呼梯时应保留呼叫信号，但并不停层。 电梯所有安全回路必须接通。 每个楼层的厅门外和轿厢内都应有轿厢所处楼层的显示，以及轿厢运行方向的显示。 电梯在收到与运行方向相同的呼梯信号时应具有截梯功能。 电梯在 1 分钟能未能关门，电梯应发出报警信号，蜂鸣器开始鸣叫，在 5 分钟内未关门到位，电梯即判定为故障，电梯停止运行。 在检修时为方便检修可以不进行门锁电路保护，也就是未关门时也能运行，但是只能点动低速运行。 电梯在运行时有可能会遇到各种情况，应先处理符合要求的信号，并且按先后顺序进行处理，即定向为首个呼梯信号，在同一个方向的任务完成之后才能进行下一个任务。 电梯在长时间未运行，即在等待时间超过 20 分钟时，应回到基站即底层。2.3.3 可编程序控制器输入输出部分输入输出部分包括了 PLC 外部所有的元件，按钮、开关、线圈、传感器（光幕的光电传感器，轿厢底部的称重传感器，楼层感应器的干簧管等等） 、数码显示管、安全触板、超速开关、限位开关、门区感应器、关门感应等等作为可编程序控制器的输入部分。输出端子被各个接触器、记忆指示灯、蜂鸣器、译码器等占据。他们是实现输出指令的最终部分。总体结构如图 2-416图 2-42.3.4 I/O 点的确定以及 PLC 选型首先考虑轿厢内操纵箱上的输入部分，1 层至 7 层的选层按钮需要 7 个输入点，开关门需要两个按钮输入点，用于手动开关门。为防止轿厢门厅门夹伤乘客，应在左右门之间安装光幕防夹装置，一旦光幕被遮挡，PLC 应作出重新开门指令，释放乘客。防止电梯超负荷运行。还应在电梯底部安装称重传感器，称重传感器由金属应变片组成，一旦超过规定重量，PLC 就会收到超载指令，电梯拒绝运行，并发出警报声。另外轿厢内设置有电梯运行方式的输入点，即检修或者自动两种运行方式，自动运行方式即电梯自动运行是日常使用的运行方式，也是最安全的运行方式。检修供维修人员和其他工作人员选择使用，在检修状态下电梯可以不用门锁完全接通状态，以及其他特殊情况下运行，此时电梯应设置两个输入点即手动上行和手动下行。另外应设置基站输入点，指定某一层为基站层，维修用或者电梯长时间处于等待状态下自动返回基站。最后轿厢内应设置电梯急停开关，供乘客在紧急状况下紧急停止电梯。但是这个按钮并不作为一个独立的输入点接入 PLC，为了节省 PLC 输入点，我们将其串入安全回路，安全回路作为一个独立的输入点接入 PLC。然后我们考虑轿厢外的所需输入点，电梯再开门时门机正转，但是不可能让门机一直保持运行状态，所以我们需要设置一个开门到位开关，作为一个输入点，当开门到位之后，门机停止转动，开门动作停止。待乘客出梯完毕，电梯需要关门，此时门机需要反转，同样不能让门机在完成关门动作之后一直转动，我们需要设置关门到位开关，当关门到位之后门机停止转动，此外关门到位还有更重要的作用就是作为门锁电路的一部分串进门锁回路，门锁回路作为17一个独立的输入点接入 PLC 输入端子，此外安全回路也应作为一个重要的输入点接入 PLC 输入端子，安全回路类似于门锁回路，但是比门锁回路更重要，安全回路由各种安全开关、安全线圈组成，如果安全回路里的其中一个开关出现异常，安全回路即断电，PLC 即让电梯停止运行。此外在厅门呼梯盒处，我们应设置上呼按钮与下呼按钮，考虑到最底层没有下行，顶层没有上行，共 7 层楼，所以需要 12 个输入点。平层感应器安装在井道内而不是安装在轿厢上，需要有两个输入点，即上平层感应器与下平层感应器，同时上平层感应器也作为下减速输入点，下平层感应器也作为上减速输入点。为轿厢墩底或者冲顶，我们应在底层与顶层对应的井道处设置限位开关，和强迫停止开关，共 4 个输入点。井道内还设置有楼层感应装置共七个输入点，以感知电梯在哪个楼层。综上所述需要 45 个输入点。接下考虑控制系统的输出点。电梯上下行分别需要两个输出点，上行接触线圈与下行接触线圈即主电路中的 KM1 KM2，由于是双速电梯，所以电梯运行有高速低俗控制的选择输出，对应曳引电机著电路图中的 KM3 KM4。在电梯启动时应有启动加速的输出点，在制动时我设计了三级减速，需要三个输入点，对应的线圈分别为 KM6 KM7 KM8。还需要控制门机电路的继电器，即开门和关门动作，对应控制门机的正转反转。另外在内选信号产生以后，应在输出部分有对应的记忆指示灯，1 层至 7 层需要 7 个记忆指示灯，当对应的任务完成后，记忆指示灯熄灭。同时外部厅门处呼梯盒的输入信号也应有对应的记忆指示灯，考虑到 1 层无下行，7 层无上行，所以 1 层至 7 层需要 12 个记忆指示灯，当到达目的层后，对应的记忆指示灯熄灭。还需要一个报警装置蜂鸣器，当关门故障，或者超载等意外情况发生时接通蜂鸣器发出警示信号。既能警示乘客，也能及时呼叫工作人员进行检修。然后当电梯运行到某个楼层时需要显示楼层信息，几楼上行还是下行，所以需要两个运行指示灯，和三个接入译码器的输出端子，本设计选用 ROM 七段译码器，采用共阴极解法。由于 ROM 可以储存大量的二进制数，所以它在数字系统中有广泛的应用。比如用于波形变换、字符发生、组合逻辑电路的应用等等，如图 2-5 是 ROM 七段译码器的方框图。18图 2-54 位二进制数 Y0 Y01 Y2 Y3 共有 16 个最小项，其中 M0-M9 对应十进制数字 0-9 十个数码，汇总如表 2-1表 2-1 ROM7 段译码状态表由于本设计为 7 层楼房电梯的设计，所以只需显示 1-7 数码，在表中我发现在 0-7 数码显示的情况下 Y0 段输入始终为低电平，即没有接收到信号，所以我只需 Y1 Y2 Y3 作为连接 PLC 输出端子即可。所以连接译码器需要 3 个输出点。综上所述输出点需要 35 个。PLC 选型；在选型问题上，因为本设计是基于 S7-200 的七层楼房控制系统，所以只能选择西门子品牌 PLC，CPU222 具有 8 个输入点，6 个输出点，具备扩展 2 个各模块的功能，CPU224XP 与 CPU226 是较为高级的控制器，本设计逻辑相对较为简单，综合价格，性能等原因考虑，选择型号为 cpu222 模块与两个不19同的 EM223 扩展模块，包括一个 8 输入/8 输出的模块和一个 32 输入/32 输出的模块。总共 48 个输入端子和 46 个输出端子，经计算符合要求。PLC 接线图如图 2-6 所示20图 2-6 PLC 接线图212.3 系统控梯形图设计由于电梯运行时各种输入输出，情况众多，所以我将控制系统的设计划分为几个步骤来分别进行，然后再将这些步骤组合起来，最后汇总之后就可以得到最终完整的梯形图。但是由于篇幅限制和梯形图数量较多，避免重复和造成不必要的浪费，将梯形图汇总在附录中，不再文中体现，望老师能够理解。1开门环节。电梯在停层时要进行开门动作让乘客进入电梯，或者让乘客走出电梯。在下几种情况时电梯需要用到开门环节。电梯在首次自动运行前的开门动作。此时电梯位于基站，工作人员将电梯开关钥匙插入 SA2 中，旋转至电梯开动位置。这个时候电梯的 PLC 电源接通，PLC 开始工作，程序自动运行，电梯门此时打开。乘客或者工作人员进入轿厢，按选层按钮之后电梯开始运行。电梯检修状态下的开门。这个时候电梯的门全部由手动完成，由开门按钮和关门按钮执行开关门任务。电梯到站后自动开门。电梯运行至目标层后，停层完毕，电梯停止运行，抱闸抱死，此时电梯门自动打开。电梯关门过程中按下开门按钮，遇到安全触板开关或者光幕开关被遮挡的情况，此时说明有乘客或者物体被夹，这个时候电梯必须重新开门，以释放被夹乘客或物体。外呼开门。外呼开门是最常见的开门方式之一，电梯在收到外呼信号后需要前往目标层接待乘客，当到达呼梯层后，电梯门自动打开，这是电梯处于等待状态下的情况。电梯在运行过程中还需判断呼梯要求后才能决定是否停层。具体原则是若呼梯方向与运行方向相同，则电梯停层开门，若呼梯方向与运行方向不同，则电梯拒绝停层要求。 2防夹超载开门，当电梯在关门时光幕开关被遮挡，PLC 会自动重新开门。当超载时，轿箱底的称重传感器接通，PLC 会自动重新开门。最后轿厢如果在移动的过程中禁止输出开门指令，只有在电梯停止的时候才能执行开门指令。综上所述，开门环节的梯形图如图 2-7 所示。2关门环节。电梯在运行期间必须关门，而且只有在关门到位之后电梯才22能运行。电梯在下面情况下需要关门。电梯停用后必须关门，有些地方如商场到商场打烊时间之后，电梯就会停止使用，此时工作人员需将电梯开至一层基站，用电梯钥匙打开电梯，将 PLC 断电取消工作状态，这个时候电梯门应该处于关闭状态。自动关门，当电梯开门一段时间后，电梯需要一段关门程序来进行关门，这个时间由时间继电器决定，本方案将时间设定为 5 秒，开门开始计时 5 秒无操作后，电梯将进行非被动关门指令。提前关门，如果到达时间 5 秒未到，比如在某层有外呼，电梯到站后发现并无乘客等待，这个时候轿厢内乘客可以自主按关门按钮，提前进行关门动作。检修状态下关门，检修状态下电梯门未关门并不影响电梯运行，所以检修状态下电梯关门不会自锁。电梯超载时禁止关门，本设计安装有称重传感器，当传感器被激活，电梯门禁止关闭。只有当超载警报解除才能关门，电梯运行。电梯关门环节梯形图如图 2-8 所示。3开关门保护及故障报警梯形图。在现实生活中，由于各种意外情况，电梯在不可能一直能够正常进行关门动作并且到位，此时电梯就会出现故障，开门程序与关门程序之间设计了定时器，在一定时间内未关门到位就会重新开门，本方案设计了在 1 分钟内未关门，电梯将发出警报声，如故障未清除，5 分钟后故障依然存在则停用电梯，关闭 PLC。梯形图设计如图 2-94楼层信号的发生与清除环节，当电梯在运行时，一定会通过某一楼层，如何让让乘客或者工作人员知道当前所在是哪，就是这个环节所解决的问题，也就是如何产生这个楼层的楼层信号，然后提供给 PLC，反馈给 PLC 来配合程序来做出相应的动作，如停层或是继续运行，开门或者关门。楼层信号用七段数码管经 ROM 译码器译码后显示出楼层信息共乘客与工作人员使用另外设置辅助继电器 M110-M116 分别为 1-7 层楼层辅助信号继电器。楼层信号产生非常重要。梯形图如图 2-105内选信号的储存、展示和清除环节。内选信号是电梯运行主要的输入信号之一，内选登记就是轿厢内的按钮操作对电梯的控制，当乘客和检修人员对操纵箱上的 1-7 层按钮进行选层操作时。当电梯到达目标层后，先触发楼层信号，如果楼层信号与所选楼层目标楼层相同，随即产生平层信号，这个时候PLC 需要做的是清除停层信号，表示已完成此段任务。其梯形图如图 2-11 所示。236外呼信号的储存、清除和展示环节。同内选信号，外呼信号也是电梯运行主要的输入信号之一，外呼信号来自于各厅门处的呼梯盒，顶层与底层只有一个按钮，2-6 楼有两个分别是上行和下行，上下行是指目标楼层在呼梯人所在楼层的上方或下方，而不是在轿厢所处楼层的上方或下方，例如轿厢在 4 楼，呼梯人在 2 楼，目标楼层为 2 楼，此时应按上行，而非下行。 4不同于内选的一点是外呼需要经过系统处理才决定是否在外呼信号的产生楼层停车，具体原则是电梯运行方向与呼梯方向相同才会在外呼信号产生的楼层停车，如果两个方向不相同就不会停车，此外当轿厢所处楼层已经过了外呼楼层，即使呼梯方向与电梯运行方向相同也不会停车，例如轿厢在 5 楼上行，呼梯人在 3 楼上行呼叫，此时电梯不会下行至三楼，然后再上行。电梯运行至目标层即呼梯人所在楼层后，这个时候电梯将进行停层动作并打开轿厢门与厅门，此时记忆指示灯熄灭，呼梯信号消除。 5外呼信号的产生显示与消除环节的梯形图如图 2-12 所示7电梯的定向环节，这个环节非常重要，电梯运行必须有方向，否则电梯就是无头苍蝇，所以这段程序所解决的问题就是定向，给电梯指明运行方向，是最重要的一个环节。电梯在待命状态下才存在定向环节，如果正在运行是不存在定向的，在等待时接收到指令，内选信号或者外呼信号，控制系统会将轿厢所处楼层与所呼目标楼层对比，检修状态下，无需定向，可通过手动上行下行按钮来进行点动运行。下面分定上行和定下行来编制定向程序的梯形图。定上行程序如图 2-13 所示，图中同样使用了很多的辅助继电器，本文将在后面对辅助继电器进行解释，列表汇总。不过存在的另外一个问题就是M103、M104 的问题。在电梯完整运行全程中存在断开的状况，比如上升至顶层后，一旦 7 层辅助继电器 M116 接通，M103 就会断开，但是这个时候曳引电机是处于正转状态，必须等到达到顶层才会结束这种状态。所以必须应对这个问题，否则可能存在安全隐患，必须引入另外几个辅助继电器，使上行辅助继电器 M103 在上行时一直保持接通，和 M104 在下行时一直接通，否则会出现这种情况：6 层有人上呼去 7 楼，同时不存在其他呼叫，这时电梯上行，电梯到达6 层后，M115 使 M103 断开。这时呼梯人需要时间走进电梯然后按下 7 层内选按钮，在这段时间内，1 2 3 4 5 层的乘客外呼就会使电梯下行，然而此时还没有完成 6 层向上的动作。就会出现错误。当上行时将 M143 置为 ON，只有当停站时间到时才会重置 M143，M144 接通上行记忆指示灯。 624定下行的梯形图如图 2-14 所示，根据同样的道理，定下行环节的梯形图也需要引入辅助继电器各输入点的符号与定上行的符号意义相同。8停层信号的发生和清除，电梯在运行时必须有一个终点，不可能让电梯无休止运行，这个电梯的终点就是电梯的目的地，即目标楼层。电梯在停止之前必须收到停层信号才可停层，否则电梯将出现问题。首先目标楼层与轿厢所处楼层相同是停层信号的必须条件，然后外呼信号又存在是否与电梯运行方向相同的问题，所以，综合考虑，电梯停层信号产生的条件是内选楼层辅助信号M120-M126 与轿厢所处楼层辅助信号 M110-M116 所代表的楼层相同时产生停层信号，各层停层辅助信号被置为 ON，所以设计梯形图如图 2-15 所示。图中M150-156 为各楼层停层信号辅助继电器，M105 为制动辅助继电器，图中 M103 M104 常闭串联为解决反向截梯问题，比如有人要在 2 楼外呼下行至 1 层，但是轿厢在 1 层，此时轿厢需要先上行再下行，但是如此反向呼梯就不会停车，所以将这两个辅助继电器常闭串联，再配合定下行程序即可接通 M105。当停层结束也就是到站时间计时器接通，关闭轿厢门和厅门，此时将各个停层辅助继电器重置为 OFF，也就是说此时完成停层任务，该层的停层信号被消除。 79停车制动环节，现实中我们坐电梯时觉得电梯停车很简单，其实电梯在停车过程中需要一系列的动作，显然需要停车制动之前，PLC 需要接收到 M105的制动辅助信号，如果电梯向上，则扁平层传感器也被减速，首先插入到磁性板中以产生平坦层信号。当上层传感器接收信号时，电梯停止。为了解决平层区间过于短暂而使电梯制动过快的问题，使用上升沿微分指令将上减速分解为短信号 M141、M142。 12编制停车制动控制程序的梯形图如图 2-16 所示。图中也引用了许多辅助继电器，M105 M106 M107 分别为制动辅助信号、减速辅助信号、停车信号。当停站时间到规定时间，电梯自动关门并且消除所在层的停层信号。比如电梯上行时，收到上减速信号使 M106 接通，M106 触发三级减速线圈，当上平层感应器接通时电梯收到停层信号，此时制动停车。电梯下行时，可以类比上行时的步骤。10电梯启动加速与稳定运行环节。电梯要开始运行必须要有条件，条件就是所有门已经关好，方向确定。就像工人一样进入工作现场必须带好安全帽做好安全措施，也就是准备工作。这段程序不复杂但是很重要。本环节控制梯形图设计如图 2-17 所示。在电梯需要上行时，如果之前的准备工作已做完，比如门锁电路输入点KA1 接通。延时后，电梯就不能继续接入电阻运行，所以此时需要将串入的电阻进行短接，此时电梯加速上行。当停车信号 M107 产生时，上平层感应器和下