基于PLC的施工场地升降机控制系统设计.doc

毕业设计（论文）

基于PLC的施工场地升降机控制系统设计
第1章 绪论
1.1 本课题设计的背景
1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下： 可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。
PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。
PLC是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。
可编程控制器，简称PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的的一中新型工业控制设备。 具有1.可靠性高、抗干扰能力强 2.设计、安装容易，维护工作量少 4.功能强、通用性好 5.开发周期短，成功率高 6.体积小，重量轻、功耗底等特点。已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电——接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电——接触器控制系统小；价格上能与继电——接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。
因此，进行升降机的PLC控制系统的设计，可以推动建筑用施工电梯行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。
1.2 本课题设计的内容
1、升降机类型的选择。综合升降机的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究建筑用施工电梯上下行控制，开、关门控制、内外呼叫控制。
2、硬件系统的设计。本课题设计的升降机要求运行迅速准确度高，在升降机的各层检测系统中选用用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对电梯的控制。由于本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了升降机的经济实用、稳定的需要。
3、 升降机控制系统软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计出机械手控制的要求。
1.3本课题设计的目的和意义
随着我国经济的高速发展，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建筑用施工电梯也已成为人类现代生活广泛使用的建筑施工运输工具。随着人们对建筑用施工电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的提高，其功能得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。 可编程序控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。电梯控制要求接入设备使用简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过PLC对程序设计，提高了建筑用施工电梯的控制水平，并改善了建筑用施工电梯运行的舒适感。因此PLC在电梯控制系统中的应用非常广泛，非常有实际价值。

第2章 系统设计方案的确定
2.1升降机的概述
施工升降机又叫建筑用施工电梯，也可以成为室外电梯，工地提升吊笼。是建筑中经常使用的载人载货施工机械，主要用于高层建筑的内外装修、桥梁、烟囱等建筑的施工。由于其独特的箱体结构让施工人员乘坐起来既舒适又安全。施工升降机在工地上通常是配合塔吊使用。一般的施工升降机载重量在1-10吨，运行速度为1-60m/min。施工升降机的种类很多，按运行方式分有：无对重和有对重两种；按控制方式分为手动控制式和自动控制式。根据实际需要还可以添加变频装置和PLC控制模块，另外还可以添加楼层呼叫装置和平层装置。
1、安全系数高 标准节顶节无齿条的设计保证了吊笼不会冒顶，限位和极限开关以及防坠安全器的安装更加保证了施工人员的安全。
2、驱动系统 减小吊笼内噪音，使吊笼内净空增大，同时也使传动更加平稳、机构振动更小。
3、便捷多用在传统施工升降机基础上加装了钢筋运送装置和混凝土运送装置，可运送钢筋、混凝土及施工人员，大大提高施工效率；可选配性能先进的无级变频调速系统，使得升降机可实现0～60m/min的无级调速，运行平稳无冲击
4、钢结构 钢结构主要由吊笼、外笼、标准节、对重、附墙架等组成。
1）吊笼：吊笼是升降机的核心部件，为焊接钢结构体，周围有钢丝防护网，前后分别安装单、双开吊笼门，顶上安装护身拉杆。吊笼的立柱上有传动机构和限速器底板安装孔，导向滑轮组也安装在立柱上。
2）外笼：外笼主要由底盘、防护围杆及一节基础标准节等组成。外笼入口处有外笼门并装有自动开门机构，当吊笼上升时，外笼自动关闭。 吊笼着地时，外笼门能自动打开。底盘装有缓冲弹簧，以保证吊笼着地时能柔性接触。
3）标准节：标准节由无缝钢管和角钢等焊接而成。标准节上安装齿条，多节标准节用螺栓相接组成导轨架，通过附墙架和建筑物固定，作为吊笼上下运转的导轨。
4）对重：对重用以平衡吊笼的自重，从而提高电动机功率利用率和吊笼载重，并可改善结构受力情况。对重由钢丝绳通过导轨架顶部的天轮与吊笼上下运转的导轨。
5）附墙架：附墙架用来使导轨架与建筑物附着连接，以保证导轨架的稳定性
本设计课题为施工场地的升降机控制系统设计。以四层建筑场地升降机为模型，主要用于建筑施工与维修。
2.2 升降机继电器控制系统
1、升降机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。
(3) 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。
(4) 多年来我国一直生产这类升降机，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。
2、升降机继电器控制系统存在的问题
(1) 系统触点繁多、接线线路复杂，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。
升降机继电器控制系统故障率高，大大降低了升降机的可靠性和安全性，经常造成
停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且升降机一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成升降机机械部件损坏，还可能出现人身事故。
2.3 PLC控制系统
1、升降机的PLC控制
自80年代后期PLC引入我国升降机行业以来，由PLC组成的升降机控制系统被许多升降机制造厂家普遍采用。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。升降机控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对升降机运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是升降机安全可靠运行的关键。为了改善升降机的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制升降机的运行，这样大大提高了升降机的性能。
PLC控制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，已成为目前在升降机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。
2、 PLC的工作原理及结构图
（1）PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
PLC具有微机许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作的方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。
所谓I/O刷新即对PLC的输入进行依次读取，将输入端各变量的状态从新读入PLC中存入内部寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O（输出）刷新”。
由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，则本次输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描的长短主要受PLC的运算速度，程序长度和每条指令占用时间长短影响。

图1-1 PLC的结构

2、 PLC控制升降机的优点
（1）从控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。
（2）从工作方式上看：电器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制约。
（3）从控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，故而无抖动一说。
（4）从定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。
（5）从可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差；PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。
2.4 PLC的控制系统设计原则与思路
1、PLC控制系统设计基本原则
（1）最大限度地满足被控对象的控制要求
（2）保证PLC控制系统安全可靠
（3）力求简单、经济、使用及维修方便
（4）适应发展的需要
2、PLC控制系统设计思路。
：

图1-2 设计思路流程图

2.5 变频调速控制升降机
施工升降机是高层建筑施工中重要的垂直运输设之一，其运行状况的好坏直接影响施工进度。传统施工升降机由于运行速度单一，存在以下几个主要题： （1）起制动过程中加速度过大，齿轮对齿条的击大，危害设备；（2）启动电流大，冲击供电电，影响其他设备的正常运行；（3）对高层建筑而，运行速度低且无法调速，工作效率低； （4）由于载荷发生变化，造成停位不准确，下降制停时平层不确。采用变频调速技术，可以有效地改善这些情况。
随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认外公认为最有发展前途的调速方式。
1.变频调速升降机使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。
2.变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。
3.变频调速升降机使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。

第3章 系统的硬件设计
3.1. PLC的选型
SIMATIC S7系列PLC是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。其中，小型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置为8 DI/6DO，可扩展2～7个模块，最大I/O点数为64DI/DO、12AI/4AO；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高档性能的有S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于用户掌握等特点，使得S7系列PLC成为各种从小规模到中等性能要求以及大规模应用的首选产品。
SIMATIC S7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能如下：
(1) 高速的指令处理
0.1～0.6 的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。
(2) 人机界面(HMI)
方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。
(3) 诊断功能
CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件。
(4) 口令保护
多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。
(5) 操作方式选择开关
操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就能防止非法删除或改写用户程序。
(6) 方便用户的参数赋值
一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。
(7) 浮点数运算
用此功能可以有效的实现更为复杂的算术运算。
1、SIMATIC S7-300系列PLC系统基本构成
SIMATIC S7-300系列PLC是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用，模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。SIMATIC S7-300有着广泛的应用领域，主要包括：纺织机械、各种机床、通用机械工程应用、电器制造工业及相关产业。多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用接口模块对PLC进行扩展。S7-300是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能再安装8个信号模块或功能模块。CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架，IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架，SIMATIC S7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如图2.1所示。它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。

图1-3 S7-300系列PLC系统构成框图

2、S7-300系列PLC模块性能简介
(1) CPU模块
S7-300有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场总线扩展功能。CPU以梯形图LAD、功能块FBD或语句表STL进行编程。
(2) 信号模块
① 数字量输入模块
数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。
数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入模块。
② 数字量输出模块
数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。
晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出模块；
可控硅输出方式属于交流输出模块；
继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。
从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最佳。
③ 模拟量输入模块
SM331主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，也即积分时间越长，被测值的精度越高。SM331可选四档积分时间：2.5ms、16.7ms、20ms和l00ms，相对应的以位表示的精度为8、12和14。
④ 模拟量输出模块
模拟量输出模块SM332目前有三种规格型号，即4AO×l2位模块、2AO×12位模块和4AO×l6位模块，分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的12位模拟量输出模块、4通道的16位模拟量输出模块。
SM332可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。采用4线回路能获得比较高的输出精度。
(3) PS307电源模块
PS307是西门子公司为S7-300专配的24VDC电源。PS307系列模块除输出额定电流不同外(有2A、5A、10A三种)，其工作原理和各种参数都相同。
PS307可安装在S7-300的专用导轨上，除了给S7-300 CPU供电外，也可给I/O模块提供负载电源。
(4) 接口模块(IM)
接口模板(IM360/361)用来在机架之间传递总线。IMS接口代表发送，IMR接口代表接收。接口模板必须安装到特定的插槽。如果需要，在扩展机架可以安装辅助电源。对于双层组态，硬连线的IM365接口模板较为经济(不需要辅助电源，在扩展机架上不能使用CP模板)。
(5) 通讯处理器模块
CP340/CP341通讯处理模块用于建立点对点的低速连接，最大传输速率为19.2kbps。有三种通信接口：RS-232C，20mA(TTY)和RS-422/RS-485，有多种通讯协议可以使用。
3.2 变频器的选择
1、变频器的种类很多，下面根据不同的分类方法对变频器分类:
(1) 按变换频率的方法分类：
交─直─交变频器 交─交变频器
(2) 按主电路工作方式分类：
电压型变频器 电流型变频器
(3) 按变频器调压方法的不同分类：
PAM变频器 PWM变频器
(4) 按工作原理分类：
U/f控制变频器 VC控制变频器 SF控制变频器
(5) 按照用途分类：
通用变频器 高性能专用变频器 高频变频器
2、VS-616G5型通用变频器
本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器。它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合升降机类负载频繁变化的场合。
另外，VS-616G5变频器的启动、制动具有可任意调节的S曲线和零频仍可输出150%力矩的特点，配以高精度的旋转编码器，控制精度可达0. 01～0. 02%使得升降机运行舒适感好，零速抱闸，平层精度高。无须配专用电机，可自学习所配电机的各个参数，精确控制任何品牌的电机。采用高性能IGBT，载波频率20KHZ，从而使变频器输出一个不失真的正弦流波形，使电机始终运行于静噪音状态。
VS-616G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速围[5]。
VS-616G5变频器的特点如下:
(1) 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。
(2) 有丰富的内藏与选择功能。
(3) 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。
(4) 保护功能完善、维修性能好。
(5) 通过LCD操作装置，可提高操作性能。
升降机的调度要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证升降机按理想的给定速度曲线运行，以改善升降机运行的舒适感；另外，由于升降机在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，升降机节约用电日益受到重视。
考虑以上各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器。它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合升降机类负载频繁变化的场合。
另外，VS-616G5变频器的启动、制动具有可任意调节的S曲线和零频仍可输出150%力矩的特点，配以高精度的旋转编码器，控制精度可达0. 01～0. 02%使得升降机运行舒适感好，零速抱闸，平层精度高。无须配专用电机，可自学习所配电机的各个参数，精确控制任何品牌的电机。采用高性能IGBT，载波频率20KHZ，从而使变频器输出一个不失真的正弦流波形，使电机始终运行于静噪音状态。
VS-616G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速围[5]。
3、VS-616G5变频器的特点如下:
(1) 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。
(2) 有丰富的内藏与选择功能。
(3) 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。
(4) 保护功能完善、维修性能好。
(5) 通过LCD操作装置，可提高操作性能。
VS-616G5型变频器的标准规格如表所示：

表1-1 VS-616G5型变频器的标准规格
220V级
输出特性
最大输出电压
3相,200/208/220/230V(对应于输入电压)
额定输出频率
最大400Hz
额定输入电压和
频率
3 相，200/208/220V 50Hz
200/208/220/230V 60Hz
电源
允许电压波动
+10%，-15%
允许频率波动
±5%

400V级

输出特性
最大输出电压
3相,380/400/415/440/460V(对应于输入电压)
额定输出频率
最大400Hz
额定输入电压和
频率
3相,380/400/415/440/460V 50-60Hz
电源
允许电压波动
+10%，-15%
允许频率波动
±5%

控制
特性

控制方式
正弦波PWM (V/f控制、带PG反馈的V/F控制、开环矢量、闭环矢量控制4种控制方式任选性)
启动力矩
150%/1Hz(带PG, 150%/Ormin)
速度控制范围
1:100(带PG, 1:1000)
速度控制精度
±0. 2%(带PG，±0. 02%)
速度响应
5Hz(带PG, 30Hz)
力矩限制
可采用(参数设定：4级可变)
力矩精度
±5%
力矩响应
20Hz(带PG, 40Hz)
频率控制范围
0. 1～400Hz
频率控制精度
数字指令:0. 01% ( -10 0C～+40 ℃)
模拟指令:0.1% (250℃～±10 ℃)

4、变频器的参数设置
由于采用PLC作为逻辑控制部件，故变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟量。
(1) VS-616G5变频器的参数
616G5变频器共有9组参数，每一组参数的设定都具有特定的含义。常用参数如表：
表1-2 VS-616G5变频器的参数
参数
功用
A组
B组
C组
D组
E组
F组
G组
确定控制模式
选择运行功能
确定加减速时间及转矩补偿时间
选择频率
确定运行压频曲线
保护设置
确定偏差标准

(2) 参数设计的原则：
① 减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些。
② 提高了运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车击。
③ 零速一般设计为0Hz，速抱闸功能将影响舒适感。
④ 变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入，具体的设置如表3.3安川616G5变频器主要参数设置表
表1-3 安川616G5变频器主要参数设置
参数
名称
设定值
说明
A1-02
控制方式选择
2
不带PG矢量控制方式
B1-01
频率指令选择
1

B1-02
运行指令选择
1

B1-03
停止方法选择
0

B1-04
反转禁止选择
0

B2-01
零速电平选择
0.1Hz

B2-04
停止时直流制动时间
1.0S

C1-03
加速时间2
2.0S

C1-04
减速时间2
2.0S

C2-01
加速开始时s型曲线时间
0.6S

C2-02
加速完了时s型曲线时间
0.6S

C2-03
减速开始时s型曲线时间
0.6S

C2-04
减速完了时s型曲线时间
0.6S

C5-01
ASR比例增益1
5

C5-02
ASR积分时间1
3S

D1-09
检修速度
200rpm

E1-01
输入电压设置
380

E1-04
最高输出频率
50Hz

E1-05
最大电压
380

E1-06
额定电压频率
50Hz

E1-09
最低输出频率电压
0V

E2-01
电机额定电流

按电机铭牌设置
E2-02
电机额定滑差

按电机铭牌设置
E2-03
电机空载电流

按电机铭牌设置
E2-04
电机极数

按电机铭牌设置
F1-01
PG常数

根据旋转编码器铭牌设置
F1-02
PG断线检测时的动作选择
0

F1-03
超速时的动作选择
0

F1-04
超度偏差过大时的动作选择
0

F1-05
PG分频比

根据电机极数设置

3.3升降机的主要组成部分
(1) 升降机轿厢
轿厢是运送乘客和货物的升降机组件，是升降机的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。
(2) 曳引机
曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使升降机运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。
(3) 升降机井道及导轨
升降机井道是用以供升降机轿厢运行的通道。升降机导轨就是在轿厢和墙壁之间的轨道，上面有轮子在滑动，表面很光滑，用矫厢导轨支架来支撑。它可以用来防止轿相晃动。货梯和客梯上都装有。
(4) 导向系统
导向系统的主要功能是限制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。
(5) 门系统
门系统的主要功能是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。
(6) 重量平衡系统
平衡系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在升降机工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证升降机的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。
(7) 电力拖动系统
电力拖动系统的功能是提供动力，实现升降机速度控制。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
(8) 电气控制系统
电气控制系统的主要功能是对升降机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。
升降机是机、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，使升降机可靠运行。尽管升降机的品种繁多，但目前使用的升降机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
3.4升降机曳引电机及门电机电路图
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所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1～KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，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。（下图为升降机曳引电机及门电机电路图）

图1-4

3.5 I/O点数的估算
采用PLC构成四层简易升降机电气控制系统。升降机的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为升降机上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮K1和指示灯H1，二层有上升呼叫按钮K2和指示灯H2以及下降呼叫按钮K4和指示灯H4，三层有上升呼叫按钮K3和指示灯H3以及下降呼叫按钮K5和指示灯H5，四层有下降呼叫按钮K6和指示灯H6。一至四层有到位行程开关SQ1～SQ4。升降机内有一至四层呼叫按钮K10～K7和指示灯H10～H7；升降机开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制，关门到位由行程开关ST1检测，开门到位由行程开关ST2检测。轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。
综上所述，输入点共有20个，输出点数有16个。
可编程控制器S7-300的I/O点数可达32/32个,足以满足要求。
具体的I/O分配如表
序号
名 称
输入点
序号
名 称
输出点
1
一层平层
I0.0
1
升降机上行记忆
Q0.0
2
二层平层
I0.1
2
升降机下行记忆
Q0.1
3
三层平层
I0.2
3
电机正转
Q0.2
4
四层平层
I0.3
4
电机反转
Q0.3
5
内呼一楼
I0.4
5
内呼一楼指示
Q0.4
6
内呼二楼
I0.5
6
内呼二楼指示
Q0.5
7
内呼三楼
I0.6
7
内呼三楼指示
Q0.6
8
内呼四楼
I0.7
8
内呼四楼指示
Q0.7
9
一层外呼上行
I1.0
9
一层外呼上行指示
Q1.0
10
二层外呼上行
I1.1
10
二层外呼上行指示
Q1.1
11
三楼外呼上行
I1.2
11
三楼外呼上行指示
Q1.2
12
二楼外呼下行
I1.3
12
二楼外呼下行指示
Q1.3
13
三楼外呼下行
I1.4
13
三楼外呼下行指示
Q1.4
14
四楼外呼下行
I1.5
14
四楼外呼下行指示
Q1.5
15
手动开门
I2.0
15
门电机正转
Q1.6
16
手动关门
I2.1
16
门电机反转
Q1.7
17
开门限位
I2.2

18
关门限位
I2.3

19
升降机上升极限位
I2.4

20
升降机下降极限位
I2.5

3.6 PLC外部接线图

35

第4章 系统软件开发
4.1 升降机的三个工作状态
升降机控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，升降机工作过程又细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。升降机在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的升降机工作过程。
1、升降机的自检状态
PLC上电后，PLC中的程序己开始运行，但因为升降机尚未读入任何数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序作出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使升降机处于平层状态已知楼层且升降机门处于关闭状态。升降机自检过程的目标为:先按下启动按钮，再按下恢复正常工作按钮，升降机首先是升降机门处于关闭状态，然后升降机自动向上运行，经过两个平层点后停止。
2、升降机的正常工作状态
升降机完成一个呼叫响应的步骤如下:
(1) 升降机在检测到门厅或轿厢的呼叫信号后将此楼层信号与轿厢所在的楼层信号比较，通过选向模块进行选向。
(2) 升降机通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿厢运动。轿厢运动速度要经过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。
(3) 当升降机检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，升降机进入减速状态，由中速度变为低速，并以低速运行到平层点停止。
(4) 平层后，经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关;再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关。升降机控制系统始终实时显示轿厢所在楼层。
3、升降机强制工作状态
当升降机的初始位置需要调整或升降机需要检修时，应设置一种状态使升降机处于该状态时不响应正常的呼叫，并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置。控制台上消防/检修按钮按下后，使升降机立刻停止原来的运行，然后按下强迫上行(或下行)按钮，升降机上行(或下行);一旦放开该按钮，升降机立刻停止，当处理完毕时可用恢复正常工作按钮来使升降机跳出强制工作状态。
4.2软件设计特点
由于升降机的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现升降机的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及升降机的相应状态适时的控制升降机的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。
系统的软件设计有如下几个特点:
(1) 采用优先级队列。根据升降机所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为升降机向上运行时，在升降机所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在升降机运行中实时排列的四个优先级队列。为实现随机逻辑控制提供了基础。
(2) 采用先进先出队列。根据升降机的运行方向，将同向的优先级队列中的非零单元(有呼叫时此单元为非零单元;无呼叫时则此单元为零)送入寄存器队列，我们利用先进先出读出指令，将第一个单元中数据送入比较寄存器。
(3) 采用随机逻辑控制。当升降机以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车;如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。
（4）对变频器的控制，PLC根据随机逻辑控制的要求，可向变频器发出正向运行、反向运行、减速以及制动信号，再由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。同时，当系统出现故障时，PLC向变频器发出信号。
4.3系统的软件开发过程