基于S7-200的PLC四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于PLC四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計04123157 王斌1、四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計方案1.1設(shè)計方案比較電梯控制方式主要分為三種，分別是繼電器控制方式、微機(jī)控制方式和可編程控制器（PLC）控制方式，由于繼電器控制存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短的缺陷現(xiàn)在已逐漸被淘汰，微機(jī)控制可靠性差故也不多采用，而PLC控制采用一種巡回掃描的方式分時處理各項(xiàng)任務(wù)，而且依靠程序運(yùn)行，這就保證只有正確的程序才能運(yùn)行，否則電梯不會工作。又由于PLC中的內(nèi)部輔助繼電器及保持繼電器等是它本身系統(tǒng)內(nèi)存工作單元，即無線圈又無觸點(diǎn)，使用次數(shù)不受限制，因此，它比繼電器控制有明顯的優(yōu)越性，比微機(jī)控制有明顯的可靠性，自動化水平更

2、高。綜上所述PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、優(yōu)越性和實(shí)用性的控制方式，它更適合用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)。1.2可編程控制器（PLC）的選擇目前市場是可編程控制器種類繁多，有西門子的、三菱的、歐姆龍的等。同一品牌的可編程控制器也有很多類型，僅西門子就S7-200/S7-300/S7-400這三個系列。結(jié)合自身學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)期間接觸西門子s7-200的時間比較長，熟悉s7-200的各種功能指令，可以熟練利用s7-200各種功能指令編程。結(jié)合PLC s7-200本身具有的：模塊結(jié)構(gòu)、可靠性好、多功能性、易編程性等特點(diǎn)，本次系統(tǒng)設(shè)計需要輸入端口

3、26個，輸出端口11個。故設(shè)計中選用西門子PLC S7-200 CPU224。1.3 變頻器的選擇 電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標(biāo)往往是選擇的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本設(shè)計中拖動調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運(yùn)行以改善電梯運(yùn)行的舒適度。 由于西門子MM440變頻器具有：(1)調(diào)試簡單；（2）模塊化的結(jié)構(gòu)，配置靈活性最大；（3）6個可編程，帶隔離的數(shù)字輸入；（4）2個可表定的模擬輸入（0V至10V，0mA至20mA），它們也可作為第7和第8個數(shù)字輸入；（5）2個可編程的模擬輸出（0mA至20mA）；（6）3個完全可編程的繼電器輸出（30V直流/5A，阻性負(fù)

4、載；250V交流/2A，感性負(fù)載）；（7）當(dāng)使用較高的開關(guān)頻率時，電機(jī)可以低噪音運(yùn)行（在開關(guān)頻率較高情況下，要降格使用）（8）完善的變頻器和電動機(jī)保護(hù)功能。所以本次課題設(shè)計采用西門子MM440變頻器。2、硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)框圖（1）控制系統(tǒng)框圖（如圖3.01） 圖2.01 控制系統(tǒng)框圖（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（如圖2.02）圖2.02 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2.1.1 時間t（s）/f（Hz）曲線2.2減速及平層控制電梯的工作特點(diǎn)是頻繁啟制動,為了提高工作效率、改善舒適感，要求電梯能平滑減速至速度為零時，準(zhǔn)確平層，即“無速停車包閘”，不要出現(xiàn)爬行現(xiàn)象或低速抱閘,即直接停止,要做到這一點(diǎn)是要準(zhǔn)確發(fā)出減速信號,在接

5、近層樓面時按距離精確的自動矯正速度給定曲線。本設(shè)計采用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測轎廂位置，只要電梯運(yùn)行，計數(shù)器就可以精確地確定走過的距離，達(dá)到與減速點(diǎn)相應(yīng)的預(yù)制數(shù)時即可發(fā)出減速命令。2.3電梯的安全保護(hù)環(huán)節(jié) (一)斷繩與超速保護(hù)； (二)轎門與層門鎖保護(hù)； (三)安全電路保護(hù)； (四)梯門入口安全保護(hù)； (五)上、下端站的強(qiáng)迫減速保護(hù)； (六)上、下方向限位保護(hù)及終端保護(hù)； （七）缺相、錯相保護(hù)； （八）電梯電氣控制系統(tǒng)中的短路保護(hù)； （九）拽引電動機(jī)（交流原動機(jī)、主變壓器）的過載保護(hù)； （十）電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時間限制保護(hù)； （十一）緊急停止保護(hù)； （十二）轎廂上行超速保護(hù)；2.4電梯控制系統(tǒng)操作過程(1)按動

6、召喚按鈕,電梯牽引機(jī)啟動到達(dá)召喚層停止、響鈴、電梯門和轎廂門同時打開。(2)人進(jìn)入轎廂，超重保護(hù)沒有報警。(3)電梯門開的同時計時器開始計時5秒鐘,5秒鐘到電梯門和轎廂門自動關(guān)閉。(4)按動選層鍵,電梯牽引機(jī)啟動到達(dá)選擇層停止、響鈴、電梯門和轎廂門同時打開。(5)電梯門打開的同時計時器開始計時5秒鐘，5秒鐘到電梯門和轎廂門自動關(guān)閉。(6)當(dāng)電梯行駛過程中收到正向召喚信號,則到達(dá)召喚樓層時停止,接收到反向召喚信號,電梯繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前信號,在順向信號執(zhí)行完畢后執(zhí)行反向信號,執(zhí)行過程中自動相應(yīng)最近的信號。(7)電梯門和轎廂門設(shè)有壓力傳感器,當(dāng)受到一定推力時,門自動返回計時5秒后重新關(guān)閉。2.5電梯控制

7、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能1.電梯內(nèi)外當(dāng)前樓層顯示；2.各層廳外召喚按鈕；3.轎廂內(nèi)樓層選擇指令鍵 ；4.一臺交流電動機(jī)拽引轎廂上升和下降；5待客召喚自動開門，當(dāng)電梯在某層時，按下召喚信號自動開門；6感到壓力及時自動重新開關(guān)門；7.到站有自動響鈴提示并自動開門經(jīng)5秒自動關(guān)門；8.指令記憶，當(dāng)轎廂接收多個指令后，電梯能按順序自動?？寇囬T，并自動選擇最佳運(yùn)行方向；9.自動定向功能，當(dāng)轎廂接收多個指令時，按照先入為主原則，自動確定運(yùn)行方向；10.呼梯記憶和順向截梯功能，當(dāng)電梯運(yùn)行時，遇到順向召喚信號能?？繎?yīng)答；11.自動換向功能，當(dāng)電梯運(yùn)行到頂層或最底層時，能自動換向運(yùn)行；12.自動關(guān)門待客功能，當(dāng)電梯全部完成

8、轎廂內(nèi)指令，又無廳外召喚信號時，電梯能自動關(guān)門停在原位待客。3、軟件設(shè)計3.1I/O(輸入/輸出)端口分配根據(jù)控制要求I/O端口分布（如圖4.1）圖3.1 輸入輸出端口分配2.外部接線圖（如圖3.2）根據(jù)I/O端口設(shè)計外部接線圖圖3.2 外部接線圖3.梯形圖4.梯形圖控制分析1. 網(wǎng)絡(luò)1至網(wǎng)絡(luò)6，實(shí)現(xiàn)外部召喚按鈕功能。當(dāng)按下召喚按鈕I0.0、I0.1、I0.2、I0.3時，對應(yīng)輔助繼電器，M0.0、M0.1和M0.2、M0.3和M0.4、M0.5得電，如果轎廂在呼叫層上方M0.0、M0.1、M0.3接通電梯下行輸出Q0.1，反之M0.2、M0.4、M0.5接通電梯上行輸出,當(dāng)電梯開門時,才能將

9、當(dāng)前呼梯信號清除,只有當(dāng)前信號有效,轎廂到達(dá)時,才能自動開。當(dāng)有多個呼梯信號同時發(fā)生，根據(jù)轎廂位置，利用時間繼電器，管理轎廂上行或者下行，例如轎廂在二層，一層、三層和四層同時有呼梯，轎廂先去三層四層，最后去一層。2. 網(wǎng)絡(luò)7至網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)18，實(shí)現(xiàn)電梯內(nèi)部選層功能，當(dāng)按下選層按鈕，如果是向上輔助繼電器M0.6、M0.7、M1.0、M1.2、M1.3、M1.6接通電梯上行輸出，電梯上行；反之M1.1、M1.4、M1.5、M1.7、M2.0、M2.1接通電梯下行輸出，電梯下行。同時，電梯能夠自行的執(zhí)行智能選擇程序，根據(jù)當(dāng)前的電梯位置，管理電梯的上下行輸出。3. 網(wǎng)絡(luò)19至網(wǎng)絡(luò)24，實(shí)現(xiàn)對外部召喚按鈕的

10、智能應(yīng)答。利用時間繼電器，將多個同時呼梯信號排序，如果轎廂在三層，這時一層、二層和四層同時有呼梯，通過網(wǎng)絡(luò)22輔助繼電器M2.5先斷開網(wǎng)絡(luò)1的M0.0和網(wǎng)絡(luò)6的M0.5，然后分別利用時間繼電器T41定時1秒、T42定時2秒接通M0.0和M0.5。使轎廂先去二層再去一層最后去四層。4. 網(wǎng)絡(luò)25至網(wǎng)絡(luò)30，實(shí)現(xiàn)對電梯內(nèi)部選層功能的智能應(yīng)答。當(dāng)有多個選層信號時，分別利用定時繼電器將信號延時輸入,起到對選層信號智能逐一執(zhí)行的作用。例如網(wǎng)絡(luò)25如果轎廂在二層當(dāng)去一層、三層/四層時按下時，利用輔助繼電器M3.4先斷開網(wǎng)絡(luò)M1.3和網(wǎng)絡(luò)M1.4輸入，利用定時器T46延時5秒鐘接通M1.2和M1.3，使轎廂

11、先去一層。5. 網(wǎng)絡(luò)31至網(wǎng)絡(luò)38，當(dāng)轎廂運(yùn)行時正好有順向呼梯信號，電梯運(yùn)行到呼梯層停止并開門接客，然后繼續(xù)運(yùn)行。例如，電梯在一層，去三層，二層有呼叫，電梯運(yùn)行到二層開門。6. 網(wǎng)絡(luò)39至網(wǎng)絡(luò)40為電梯上行和下行輸出。上行和下行互鎖，都設(shè)有開門、關(guān)門、故障、開門限位保護(hù)。7. 網(wǎng)絡(luò)41至網(wǎng)絡(luò)45為電梯開門輸出，碰到開門限位開關(guān)I2.4時電梯停止開門。網(wǎng)絡(luò)45設(shè)有電梯門側(cè)壓力傳感器輸入I1.3，當(dāng)側(cè)門感受到一定壓力時重新將門打開。Q0.4是電鈴，與開門輸出并聯(lián)，當(dāng)門開時電鈴?fù)瑫r響。8. 網(wǎng)絡(luò)46至網(wǎng)絡(luò)47是電梯關(guān)門過程，當(dāng)門碰到極限開關(guān)I2.4時停止開門，并接通定時器T45定時5秒鐘，T45接通關(guān)門輸出Q0.3，電梯門自動關(guān)閉，當(dāng)碰到關(guān)門限位開關(guān)I2.5時斷開關(guān)門輸出Q0.3，電梯停止關(guān)門。9. 網(wǎng)絡(luò)48為電梯的安全保護(hù)輸入，當(dāng)任何一個元器件發(fā)生故障時，Q1.1會立即被接通得電，并通過Q1.1的常閉觸點(diǎn)斷開電梯所有的輸入輸出，使電梯立即停止運(yùn)行。10.網(wǎng)絡(luò)49是電梯超載保護(hù)輸入，當(dāng)電梯超載時發(fā)出警告信號，并斷開關(guān)門輸出。當(dāng)超載解除時繼續(xù)執(zhí)行關(guān)門輸出。11.網(wǎng)絡(luò)50至網(wǎng)絡(luò)53是電梯運(yùn)行顯示指示信號輸出，