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1、重庆文理学院成人高等教育毕 业 论 文 论文题目：基于PLC的电梯控制系统设计论文作者：姚宗锐指导教师： 韩光勇 讲师专业班级：电子信息科学与技术2008级学 号：31144500501提交论文日期：2010年11月10日 论文答辩日期：2010年11月20日 中 国 重 庆2010年11月目 录摘要：Abstract:1.绪论12控制目的与要求121控制目的12.2控制要求13可编程控制器概述23.1可编程控制器的发展23.2 PLC的主要性能指标23.3 PLC的功能33.4 PLC的特点33.5 PLC的工作流程44.总体方案设计54.1控制选择：54.2 硬件系统54.3 通信与网络6
2、5 电梯调速系统65.1 概述65.2 变频器的形式与结构76 系统实现86.1 硬件设计86.2 软件设计11结论14参考文献：15致谢15基于PLC的电梯控制系统设计重庆工商学校电子信息科学与技术 2008级本科班 姚宗锐摘要：电梯作为现代智能建筑内的代步工具，越来越显示它的重要作用，为了适应电梯的迅速发展，电梯的控制系统已由初期的继电器控制向微机发展。可编程控制器由于具有了可靠性高，功能强大等特点已经成为电梯微机控制系统的核心。随着PLC技术的发展及其应用的推进，PLC已成为系统化，信息化，远程化及智能化的重要支柱，因而，学习PLC不仅是自动化系统集成的设计，使用与维修人员的迫切要求，可
3、编程控制器是微型计算机技术与继电器常规控制技术结合的产物。是在顺序控制的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理为核心用作数学控制的专用计算机，本文在阐述电梯的工作原理的基础上，电梯使用西门子S7-200可编程控制器，设计了电梯的控制系统。它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言。控制灵活方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠。 关键词： PLC ;S7-200 ;电梯 ;自动控制The elevator control system based on PLCChongqing industry and commerce school electronic information science an
4、d technology 2008 level this regular professional training YaoZongRuiAbstract: intelligent building modern elevator of transport, more show its important role, in order to adapt to the rapid development of the elevator, elevator control system has the relay control by early to computer development.
5、Because of the programmable controller has high reliability and powerful features has become the core of elevator computer control system.With the development and application of PLC technology, PLC, informationization, has become a systematic and intelligent remote, thus, important props of PLC is n
6、ot only the learning design of integrated automation system, the use and maintenance of urgent requirement, programmable controller is microcomputer technology and relay control technology of the product. In sequence control is developed on the basis of the new controller, is a kind of treatment for
7、 core as mathematics, computer control of special paper expounds the working principle of elevator in elevator use, on the basis of Siemens S7-200 PLC, design the elevator control system. Its understandable by the programming software) ladder diagram language. Control is flexible and convenient, str
8、ong anti-jamming capability, stable and reliable operation.Keywords: PLC ; S7-200 ; Elevator ; Automatic control2008级电子信息科学与技术1. 绪论在现代复杂的楼宇建筑中，电梯作为现代智能建筑内的运输工具，越来越显示出它的重要作用。随着楼层的增加，人们对于电梯的安全性、准确性、可靠性、效率等提出了更高的要求。电梯控制系统目前多采用两种方式：一是PLC加变频器控制系统，二是微机加变频器控制系统。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强的功能，但抗干扰性差，系统较复杂，一般维修人员难以掌握
9、其维修技术，这些限制了微机控制系统应用的广泛性。PLC电梯控制系统由于运行可靠、控制灵活方便、使用维修方便、抗干扰性强等优点，正日益成为电梯控制系统中使用最多的控制系统方式。 PLC是以微处理器为核心，融合了自动化技术、计算机技术、通信技术的工业自动控制装置，它能改造传统的继电器接触器控制系统，又适用于现代过程控制。凭借其卓越的可靠性、抗干扰性和可编程性，目前已被广泛应用于各种工业过程的自动控制中。本次设计选用西门子公司的S7-200系列PLC，它可靠性高，指令功能强，易于掌握，有较好的通信功能和性价比，在中小型控制系统中能充分发挥作用。2控制目的与要求21控制目的利用PLC的强大的数据处理功
10、能及其特有的输入输出接口调理功能，对电梯的开关信号的输入输出进行处理，并通过人机界面的监控，获取电梯运行信息，现对电梯上行下行的自动控制，并且能够实时根据电梯运行位置调节电梯运行速度，确定电梯运行状态。使得电梯能够高效、安全地运行。2.2控制要求要求采用PLC作为控制中心，采用触摸屏或上位机（组态软件编程）监控。（1）控制系统应有防止误操作的电路连锁和保护功能。（2）电梯轿厢停止位置要准确。（3）根据停靠楼层数量和运行状态自动计算停靠位置。（4）启动和停止时应有减速过程，并根据运行距离自动调整运行速度。（5）操作界面要求有流程效果，可以显示操作的进度。（6）检测、控制信号要准确，安全、可靠。3
11、可编程控制器概述3.1可编程控制器的发展 可编程控制器(Programmable Logic Controller)又称PLC。早期的PLC是以准计算机的形式出现的，在硬件上简化了计算机的内部电路，装置中的器件主要采用分离原件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器，接口电路适合工业控制的要求，编程软件和方法都比计算机简单，出现了面向问题的接近“自然语言”的编程方式。这个时期的PLC能够实现基本逻辑控制、顺序控制、条件步进和时间步进控制等功能。在20世纪70年代后期，人们开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元，从而使之得到了巨大的发展，其应用日趋普及。自PLC问世以来，经过三十几年的发展，在
12、欧美、日本等工业发达国家PLC已经成为工业控制的标准设备，其应用几乎覆盖所有工业企业。我国PLC的发展大约经历了三个阶段。在20世纪70年代是初级认识阶段，20世纪80年代为引进使用阶段，20世纪90年代则是迅速普及和发展阶段。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，大规模集成电路和高性能微处理器在PLC的应用，使PLC的功能不断增强，应用领域不断扩大，而制造成本不断下降，性价比原来越高。目前，PLC产品平均3-5年就更新换代一次。其发展的明显趋势是集成度越来越高、工作速度越来越快、功能越来越多、工作越来越可靠、使用越来越方便。通信和网络功能是PLC发展的重要特征，现场总线技术及以太网技术的发展
13、使得PLC构成的过程控制系统比DCS的开放性更有优势。PLC的不断发展也体现在编程软件的多样化和高级化，同时人机界面软件及软件接口也在迅速发展，开发适应各种特殊控制要求的智能模块也是PLC发展的明显特征。3.2 PLC的主要性能指标 1、输入/输出（I/O）点数：I/O点数是PLC最重要的技术指标之一，因为在选用PLC时，要根据控制对象的被检测信号输入的个数和控制量输出的个数来确定机型。2、编程指令的种类和条数：一般来说，PLC的编程指令的种类和条数越多，说明它的软件功能越强，即处理能力和控制能力就越强。3、扫描速度；扫描速度是PLC执行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。4、存储容量：存
14、储容量决定了PLC可以容纳用户程序的长度。5、扩展能力和功能模块种类：PLC的扩展能力取决于主机CPU的寻址能力和电源容量。要完成复杂的控制功能，除了主机外，还需要配接各种功能模块。主机可实现基本控制功能，一些特殊的专门功能需要配置各种功能模块来实现。因此，功能模块种类的多少也反映了PLC功能的强弱，是衡量PLC产品档次高低的一个重要标志。 3.3 PLC的功能 (1)、逻辑控制：逻辑控制是用PLC的与、非、或指令取代继电器触点的串、并联等逻辑连接，实现开关量的逻辑与顺序控制，这是PLC最基本的功能。(2)、定时与计数控制：定时与计数控制是用PLC的定时器、计数器指令来取代时间继电器等，实现某
15、些操作的时间控制与计数控制。(3)、数据处理：数据处理时用PLC的数据传送、比较、移位、数码转换、编码、译码以及数学运算和逻辑运算等指令来实现数据的采集、分析和处理。(4)、步进控制：步进控制时用PLC的步进指令取代有硬件构成的步进控制器等，实现上、下道工序操作的控制。(5)、运动控制：运动控制是通过高速计数器和位置控制模块等来控制步进电动机或伺服电动机，从而控制单轴或多轴生产机械，使其运动部件按照要求的速度作直线或圆弧运动。(6)、过程控制：过程控制是通过A/D和D/A转换，用PLC的PID指令对生产过程中的温度、压力、速度、流量等模拟量进行单回路或多回路的闭环控制，使这些物理量保持在给定值
16、上。(7)、通信与网络控制：通过各种通信模块能够将PLC与PLC、PLC与上位计算机之间连接成一个网络，实行远程I/O访问或数据传输等控制功能，构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。(8)、监控功能：监控功能是指PLC能够监控系统各部分的运行状态和进程，对系统运行中出现的异常情况进行报警或自动终止运行，通过人机界面可以实时显示系统状态，从而方便地在线修改控制程序或对I/O和内部某些存储器数据进行处理。3.4 PLC的特点(1)、功能完善、通用性强、使用方便：现代PLC即能控制开关量，也能控制模拟量；即可以控制一台生产机械、一条生产线，也可控制一个生产过程。其通信联网的功能，使PLC能与上
17、位机构成分布式控制系统，以实现全工厂的自动控制。由于PLC产品的系列化和模块化，不同的组合，可以组成能满足各种控制要求的控制系统。在被控对象的硬件配置确定以后，可以编写不同的用户程序，方便快捷地改变工艺流程。(2)、可靠性高、抗干扰能力强：PLC是专门为工业现场的恶劣条件下使用而设计的，通过硬件的屏蔽、隔离、滤波等和软件的故障检测、数据保护和回复等措施，使PLC能够在具有很强的电磁干扰、机械振动以及极端温度和湿度的环境下安全的工作。(3)、编程方法简单、容易掌握：PLC最基本的编程语言都是采用源于继电器控制线路的梯形图，这种图形化的语言不需要使用者具备专门的计算机编程知识，极易被一般工程技术人
18、员理解和掌握。通过梯形图入门后，也就容易掌握其他的编程语言和方法了。(4)、体积小、重量轻、功耗低：PLC是采用微电子技术制造的，具有结构紧凑、坚固、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。(5)、设计容易、安装快捷、维护方便：由于PLC产品的系列化、标准化和通用化，选用PLC组成控制系统时，设计和安装的过程类似于“搭积木”，由于前期可以使用仿真软件进行调试，使现场的调试工作变得更加容易。由于PLC的故障率很低，使得维护成本大为减低，加之具备软硬件的监控和显示功能，即使发生故障，也可很快查明原因并排除。(6)、各公司的PLC互不兼容：各公司的PLC的软硬件体系结构是封闭的而不是开放的。如专用总线、
19、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源亦不相同。编程语言虽多是梯形图，但组态、寻址方式、语言结构均不相同。3.5 PLC的工作流程PLC是在系统软件的控制和指挥下，采用循环顺序扫描的方式工作的，其工作过程就是程序的执行过程，一般分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，如图1所示。输入端扫描周期输入映像寄存器程序段输出端元件映像寄存器输出锁存器输入采样阶段程序执行阶段输出刷新阶段用户输入设备用户输出设备读写图1 PLC的工作流程(1)、输入采样阶段：在每次扫描周期开始时，CPU集中采样所有输入端的当前输入值，并将其存入内存中各对应的输入映像寄存器。此时，输入映像寄存器被刷新，那
20、些没有使用的输入映像寄存器位被清零。此后，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，都不会再影响输入映像寄存器，其内容将一直保持到下一扫描周期的输入采样阶段，才会被重新刷新。(2)、程序执行阶段： 在扫描周期的执行程序阶段里，CPU执行用户程序总是按由上而下的顺序依次地扫描，直到最后一条指令结束，除非遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。对于梯形图程序，在扫描时总是按先左后右、先上后下的顺序逐句扫描运算的。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，总是在中断事件发生时才执行，因此，中断程序可能会在扫描周期的任意时刻被执行。(3)、输出刷新阶段：此时，CPU将存放
21、在输出映像寄存器中所有输出继电器的状态输出到输出锁存器中，并送给物理输出点以驱动外部负载。4.总体方案设计4.1控制选择： (1)、按结构形式的不同，PLC可分为整体式和模块式两种类型。整体式的PLC将电源、CPU、I/O电路都集中在以个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。模块式的PLC将各部分分成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块和各个功能模块。一般大、中型PLC采用模块式结构；(2)、按数字量I/O点数的多少，可分为微型机、小型机、中型机、大型机和超大型机等类型。一般微型机的数字量I/O点数在64点以内，存储器容量为12KB，小型机的数字量I/O点数在256点以内，存储器
22、容量为24KB，中型机的数字量I/O点数在2048点以内，存储器容量为416KB，大型机的数字量I/O点数在8196点以内，存储器容量为1664KB，超大型机（或称为巨型机）的数字量I/O点数大于8196点，存储器容量大于64KB。电梯运行过程中，由于其需要更强的网络通信联网功能，更丰富的指令系统，选用中型PLC，本次系统设计选用西门子S7-200 PLC。4.2 硬件系统西门子S7-200 PLC系统由一个S7-200 CPU模块，一台微型计算机、一套STEP 7-Micro/WIN32编程软件和一条通讯电缆等部分组成。这是一个最小PLC系统。CPU 模块负责执行程序和存储数据，以便对工业自
23、动化控制任务或过程进行控制。S7-200系列提供了多种型号的CPU 模块，有CPU 221、CPU 222、CPU 224 、CPU 226等，每种型号的CPU模块都有24V DC和120-220V AC两种电源供电的类型。在CPU模块的面板上下分别有两排I/O状态指示灯（LED），左侧有3个运行状态指示灯（LED）和一个通信端口，内部还有一个或两个模拟电位器下侧有扩展I/O端口用于连接各种扩展模块。S7-200 PLC提供5种数据保持方法，有超级电容方式、电池卡方式、数据块方式、断电自动保存、用户程序数据保持方式。S7 200 PLC内置高速计数器、高速脉冲输出、PID回路控制和通信功能。为
24、了完成比较复杂的控制功能，S7-200 PLC还有多种功能的扩展模块，如数字量的输入和输出扩展模块，模拟量的输入和输出模块，温度测量扩展模块，定位控制模块，通信模块等。但不同的CPU能够连接的扩展模块的数量是不同的，其中，CPU221不能扩展，CPU222能扩展两个模块，CPU224及以上型号能扩展7个模块。 4.3 通信与网络S7-200 PLC提供了强大的通信功能，给CPU配置了不同的通信模块，可实现近十种通信方式，如点到点（Point-to-point）PPI网络通信、Profibus-DP网络通信、多点接口（Muti-Point）MPI协议、自由口（用户定义协议）通信和Modem远程通
25、信等。灵活多样的通信功能，使S7-200 PLC易于实现分散的、多级控制系统。PPI协议是西门子专门为S7-200系列PLC开发的一个通信协议，可以提供两芯屏蔽双绞线联网，数据传输速率为9.6Kbit/s、19.2 Kbit/s和187.5 Kbit/s。PPI协议是一个主从协议。在这个协议中，主站给从站发送申请，从站进行响应。从站不初始化信息，但是当主站发出申请或查询时，从站才响应。网络上所有的Some-200 CPU都作为从站。MPI协议适用于多点接口，它可以是主/主协议或主/从协议，协议如何操作依赖于设备的类型。如果设备是S7-300 CPU，则建立的是主/主连接，因为所有的S7-300
26、 CPU但是网络主站。如果设备是S7-200 CPU，则建立的是主/从连接，因为所有的S7-200 CPU但是网络主站。S7-200 CPU可以通过集成通信接口或扩展通信模块EM277连接到MPI网上。其波特率是19.2Kbit/s或187.5Kbit/s。Profibus-DP网络通信协议用于分布式I/O设备的高速通信。这些设备包括从简单的输入输出模块到电动机控制器、可编程控制器。S7-200 CPU可以通过EM277 Profibus-DP扩展模块连接到Profibus-DP协议支持的网络中。Profibus-DP网络使用RS-485标准双绞线。它允许在一个网络段上最多连接32台设备。自由
27、口通信协议是指由用户定义通信协议，用户可以通过设置特殊存储器的参数改变通信口的数据传输率、数据格式，以适用不同的通信协议。自由口通信协议可以将CPU与任意通信协议公开的设备联网，如：上位计算机、打印机、条形码阅读器、变频器等。也可用于两台CPU之间简单的数据交换。5 电梯调速系统5.1 概述电梯的调速可以通过对曳引电机的调速实现。对曳引电机的调速主要有两种方法，一种是变压调速，使用继电器触点的方式，即在需要变速时通过继电器使触点动作来使变速线路接通或断开（一般是控制电阻的接入或断开），另一种则是变频调速，通过变频器U/f控制频率的大小来改变电机的转速，也可以通过矢量控制或直接转矩控制。继电器触
28、点的方式，结构简单，但调速过程不够平滑、有冲击，而且有大量的能量消耗在电阻上，不够节能。相比而言，变频器调速方式通过频率的连续变化，可以使变速过程十分平滑，若给变频器加上回馈制动单元，则可以在制动时实现电能回馈电网。 5.2 变频器的形式与结构变频器主要有三种结构形式：(1)、用可控整流器调压：这种装置结构简单，控制方便，但由于输入环节用可控整流器，当电压或转速较低时，电网端的功率因数较低。输出环节多采用由功率开关元件组成的三相六拍逆变器，输出的谐波较大，这是该形式的主要缺点。(2)、用不可控整流器整流，斩波器调压：这种方式是在主回路增设的斩波器上用脉宽调压，而整流环节采用二极管不可控整流。这
29、样，显然多增加了一个功率环节，但输入功率因数高，克服了前一种方式的缺点，而逆变器输出信号的谐波仍较大。(3)、用不可控整流器整流，PWM型逆变器调压：在这种方法中，采用不可控整流器整流，故输入功率因数较高。采用PWM型逆变器则输出谐波可以减少。中央前两种调压控制方法中存在的缺点问题都解决了。谐波能减少的程度取决于功率开关元件的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。如果仍采用普通功率开关元件，其开关频率比六拍逆变器也高不了多少，只有采用可控关断的全控式功率开关元件以后，开关频率才得以大大提高，逆变器的输出波形几乎可以得到非常漂亮的正弦波，成为当前有发展前途的一种调压控制方法。变频器的主电路
30、由三部分构成，将工频电源变换成直流功率的“整流器”，吸收在变流和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，将直流功率变换为交流功率的“逆变器”，以及需要制动时附加的“制动回路”。（1）、整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。（2）、平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有一定脉动电压，此外逆变流器产生的脉动电流也使直流电压波动。为了抑制电压波动，采用电感或电容吸收脉动电压（电流）。（3）、逆变器：同整流器相反，逆变器使将直流功率变换为所要求频率的交流频率，根据PWM控制信号使6个开关器件导通、
31、关断就可以得到三相频率可变的交流输出。（4）、制动回路：异步电动机在再生制动区域使用时，再生能量储存于平波回路电容器中，使直流电压升高。一般来说，由机械系统惯量积蓄的能量比电容器储存的能量大，需要快速制动时，可用可逆变流器向电源反馈或设置制动回路把再生能量消耗掉。6 系统实现6.1 硬件设计 图2 基于PLC的电梯控制系统原理图如图2所示：在电梯控制系统中，变频器只完成驱动电机和调速功能，逻辑控制部分是由PLC完成的。PLC与变频器之间通过RS485进行通讯。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，对呼叫信号进行判断，从而向变频器发出起停信号，控制变频器的输出，同时变频器也将本身的工作状态输送给PL
32、C，形成双向联络关系。系统还配置了与曳引电机同轴连接的旋转编码器及PG卡，完成速度反馈与位置反馈。电梯主电路如图3所示：(1)、在本次设计中输入输出（I/O）接点为40个输入、35个输出， S7 200 PLC CPU本身输入、输出接点数各为24、16，故需要附加扩展模块，选择数字量输入/输出扩展模块EM223和数字量输入/输出扩展模块EM222 各一个，接点数可满足条件。CPU与扩展模块之间通过总线连接。PLC与数码管连接，串联一个电阻。(2)、在系统中，设置了安全触板实现反复开门，设置了门联锁继电器保证电梯只有在门关好后才可运行，设置了称重系统，过载时向系统发出停止运行、保持开门动作并持续
33、报警，在空载时电梯高速运行。(3)、考虑到谐波影响与安全需要，在变频器的三相输入附加压敏电阻与电容并联的电路，在变频器的三相输出附加热继电器。压敏电阻用于雷击保护，电容用于滤波，消除短时尖峰脉冲，热继电器用于过流保护。(4)、传统的电梯控制系统多使用磁感应位置开关作为感应信号，故障多、成本高，每层还要敷设信号线，不但施工麻烦，还要占用多个PLC的输入点。在这里使用高速计数器（旋转编码器）计数代替开关就能克服以上缺点。(5)、考虑到轿厢是位势负载，电梯下降时会有负转矩产生，为避免变频器因过流或过压故障而跳闸，变频器须配置制动电阻，当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，抑制直
34、流电压升高。(6)、西门子Micromaster 440通用型变频器的设置：设置为V/F控制。由于变频器需要与PLC进行通讯，因此要增加PROFIBUS通讯模块。另外还需要Encoder脉冲编码器计数模块。直接按图接好线后，变频器是不能运行的，必须对变频器进行正确的设置。首先是变频器的快速调试，这是变频器“能转起来”的基本步骤。快速调试的目的是完成变频器最基本的设置，决定变频器的基本工作方式的选择，对曳引机的参数进行“学习”，使变频器和曳引机匹配起来，更加精确的完成控制控制任务。在快速调试中，要输入曳引机的基本参数，包括额定电压P084、额定电P083流、额定功率P085、功率因数、额定频率P
35、081、额定速度P082等参数，根据MM440的数据手册要求按曳引机名牌上的数据输入，其他的几个重要参数P0300要选择异步电机，命令源P0700选用数字量输入方式，这样才能满足电梯控制的要求。按照步骤最后在P3900中输入3快速调试结束并进行电动机的数据计算。由于采用通讯的方法来控制变频器，故需要设置P910=1，即变频器工作在远程控制方式下，设置RS485串口的传输速率P092。变频器作为通信从站，设置站地址P091，P0700=5变频器的控制方式选择为通讯方式,加、减速时间P1120=5,P1121=2，波特率9600bit/s,平层精度。(7)、本文中电梯控制系统采用PLC与变频器通讯
36、的方法来调速，节省了多个PLC的输出点。Micromaster 440变频器采用多段速运行方式，PLC根据呼叫信号计算出运行方向，向变频器发出上行、下行命令，使变频器建立励磁，输出转矩。变频器发出RUN运行信号给电机，延时后打开抱闸，变频器根据PLC对变频器多段速的设置驱动电机的运行。由于曳引电机和门电机不会同时运行，故这里使用同一个变频器来控制。图3 电梯主电路6.2 软件设计基于PLC的电梯系统控制流程图如图4所示：图4 基于PLC的电梯系统控制流程图电梯运行速度曲线如图5所示：电梯的运行过程可分为5个阶段：加速段、高速运行段、减速段1、爬行运行段和减速段2。电梯在有门联锁信号后启动运行经
37、加速后速度升至50Hz高速运行(0A)，在靠近目标楼层一段距离即换速点B时，PLC向变频器发出爬行信号，电梯经减速后速度降至6Hz开始爬行运行（C点），一段时间后进入平层区，PLC发出平层信号，电梯进行减速平层过程，当高速计数器数值与门区脉冲数相等时，PLC发出平层停车信号，使变频器停止输出，延时后抱闸。图5 电梯运行速度曲线高速计数器用来累计比CPU扫描速率更快的事件。S7-200各个高速计数器计数频率高达30kHz。S7-200各个高速计数器有32位带符号整数计数器的当前值。若要存取高速计数器的值，则必须给出高速计数器的地址，即高速计数器的编号。第二层脉冲计算如图6所示：楼层计数采用相对计
38、数方式。运行前通过自学习方式，用高速计数器（HSC0）测出相应楼层高度脉冲数，对应9层电梯的位置信息如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置等所对应的脉冲数，分别存入相应的存储单元。在电梯运行过程中，通过旋转编码器检测、实时计算以下信号:电梯所在层楼位置、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。楼层计数器（C48）为一双向增/减计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1或减1计数。运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出楼层计数信号，上行加1，下行减1。为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计
39、数。如采用600P的电梯编码器，电动机每转一圈旋转编码器向高速计数器发出600个脉冲，电动机转速960r/min即16转每秒，则每秒脉冲数为。设电梯每层运行5秒，即每层相隔个脉冲，提前1s减速爬行，即提前9600个脉冲。以第二层为例，电梯上行在38400或电梯下行在57600个脉冲时开始减速到6Hz频率爬行。电梯首次运行时以及每次下行到一层停车后必须给高速计数器复位，以避免曳引钢丝绳打滑等硬件导致的计数器误差累计。图6 第二层脉冲计算图客梯讲究乘坐舒适，而舒适感与运行时间和加速度有关。要想乘坐舒适，就要延长加、减速时间，降低加速度，这样会使运行时间延长，电梯运行效率降低。所以，为了使电梯具有较
40、高的运行效率，加、减速时间与加速度应该取在以个合适的范围，使变速过程平稳。这里取加速至满速时间为1.5s，减速至爬行速度时间为1s，平层时间为0.5s。电梯运行时如有顺路厅外呼叫，则顺路停车载客并继续运行，对于反向呼叫电梯予以登记，并在响应完所有正向呼叫后响应反向呼叫信号。S7-200通过USS协议与西门子MicroMaster 440通用性变频器进行通信，不仅可以读/写变频器的驱动参数，还可以实现对变频器的运动控制。USS协议（通用串行接口协议）是西门子公司所有传动产品的通用通信协议，它是一种基于串行总线进行数据通讯的协议。USS协议是主从结构的协议，在USS协议总线上可以有一个主站和最多3
41、0个从站。以一层为例，电梯在一层时，若有轿厢内指令SB2SB9与外呼叫信号SB11SB25，则电梯上行。下行与之类似。其他部分程序，限于篇幅，这里不一一叙述，即就开关门原理作简要分析：对于开关门程序，到达指定楼层平层后自动开门，并有一定的开门保持时间，以保证所有乘客进出轿厢后再自动关门，门有格挡时重复开门，直到门关闭为止。长时间开门时判定门有物体阻碍并报警，当电梯处于停站状态且有手动开关门信号时不管开门保持时间响应手动开关动作。S7-200 PLC的输入/输出地址分配如表1所示。表1: S7 200 I/O地址分配表 输入 输出名称代码地址名称代码地址高速脉冲HSC0I0.0I0.2电梯上行指
42、示HL33Q0.0内指令SB1SB9I0.3I1.3电梯下行指示HL34Q0.118层上召SB10SB17I1.4I2.3内指令指示HL1HL9Q0.2Q1.229层下召SB18SB25I2.4I3.318层上召指示HL10HL7Q2.2Q3.1开门限位开关SQ1I3.429层下召指示HL18HL25Q3.2Q4.1关门限位开关SQ2I3.5数码管AGHL26HL32Q1.3Q2.1安全触板开关SQ3I3.6蜂鸣器BELLQ4.2手动开门SB26I3.7USS协议保留Q4.3手动关门SB27I4.0USS协议保留Q4.4门锁信号MSI4.1USS协议保留Q4.5过载信号GZI4.2USS协议保
43、留Q4.6空载信号KZI4.3USS协议保留Q4.7检修JXSBI4.4曳引电机继电器KM11Q5.0检修上行JXSSBI4.5门电机继电器KM12Q5.1检修下行JXXSBI4.6紧急呼叫JJHJI4.7结论本文在阐述电梯系统、PLC和变频器的结构和工作原理的基础上，针对客用电梯，使用西门子S7 200 小型PLC，设计了电梯控制器，通过USS协议控制变频器，实现了位置控制、指令的登记与消除控制、选层与定向控制、起停与变速控制、平层控制以及自动开关门控制等功能。在本次设计中，使用软件代替了硬件的部分功能，提高了电梯运行的舒适性、安全性与可靠性，方便了以后的维修与故障处理，节省了一定成本。对于
44、不同的高层建筑，该电梯控制系统只需对软件与硬件作少量的更改，即可实现需要的功能，满足使用要求，具有很强的通用性。参考文献：1.方强等.PLC可编程控制器技术开发与应用实践M.北京.电子工业出版社.20092谢丽萍等.PLC快速入门与实践M.北京：人民邮电出版社.20103邓则名等.电器与可编程控制器应用技术M.北京.机械工业出版社.20084西门子（中国）有限公司.s7-200可编程控制器系统手册.5董爱华.可编程控制器原理及应用M.北京.中国电力出版社.20096温照方.SIMATIC S7-200可编程控制器教程M.北京：北京理工大学出版社.20027鲁远栋.PLC机电控制系统应用设计技术
45、M.北京：电子工艺出版社.20068孙政顺，曹京生.PLC技术M.北京：高等教育出版社.20069刘凤春等.可编程序控制器原理与应用基础M.北京.机械工业出版社.2009致谢本设计是在韩光勇老师的精心指导和严格要求下完成的。没有韩老师的指导，此次毕业设计是很难完成的。自开始设计以来，韩光勇老师严谨的治学态度、务实的工作作风和高度的责任心，使我感触颇深，受益非浅。通过这次设计，我不仅在专业知识上有了很大的进步，在专业素养上也有了不小的提升。在此，我要向韩光勇老师表达深深的敬意和衷心的感谢!此外，在本次设计过程中，得到一些同学的帮助，在此一并表示感谢!由于时间的仓促、客观条件的限制和自身能力的有限，本次毕业设计有许多不尽如人意的地方，在实用性方面没有作相应的验证，留下了不小的遗憾。最后，祝愿老师们工作顺利，身体健康！祝愿同学们前程似锦，一切顺利！姚宗锐2010-11-10共 15页 第 15 页