基于PLC技术的电梯控制设计

河南职业技术学院

毕业设计（论文）题目基于PLC技术的电梯控制设计

系（分院)机械电子工程系

学生姓名XXX

学号XXXXXX

专业名称机电一体化技术

指导教师XXC

2012年03 月05 日

河南职业技术学院机械电子工程系（分院）

毕业设计（论文）任务书

姓名XXX 专业机电一体化班级XXX

毕业设计（论文）

题目

基于PLC技术的电梯控制设计

毕业设计（论文）选题的目的与意义

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。在许多交通设备中，电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制系统多采用PLC，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。此外，PLC带有故障电路的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息，这样，整个系统具有极高的可靠性也就不足为怪了。

毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）

①陈利群.P L C实验教学法探索[J].实验科学与技术，2005，2：74～75

②何兵.可编程控制器(P L C)电梯控制设计[J].电梯工业，2006，3：21

③西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-200 P L C(第二

版)[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005

毕业设计（论文）工作进度计划

2011年10月20日-10月31日:通过查阅资料确定论文的题目

2011年11月1日-11月10日：通过各种途径查询相关芯片的使用方法及应用

2011年11月11日-12月25日：在硬件基础上根据相关要求编写程序

2011年02月13日-2月28日：按照论文格式对论文相关细节进行修改

接受任务日期 2011 年11 月 11日

要求完成日期 2012 年 03 月 05 日

学生签名： XXX

2012年 03 月 05 日指导教师签名：

年月日系（分院）

主任（院长）签名：

年月日

毕业设计（论文）指导教师评阅意见表

姓名XXX 学号XXXXXXXX 性别男专业机电一体化班级XXX

毕业设计（论文）

基于PLC技术的电梯控制设计题目

评

阅

意

见

成绩指导教师签字年月日

毕业设计（论文）答辩意见表

姓名XXX 学号XXXX 性别男专业机电一体化班级XXX

毕业设计（论文）

题目

基于PLC技术的电梯控制设计答辩时间地点

答辩小组成员

姓名职称学历从事专业组长

成员

秘书

答

辩

小

组

意

见

答辩成绩：

答辩小组组长签名：

年月日

基于PLC在电梯控制中的设计

摘要：随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断涌现，电梯在国民经济和人们的生活里起着越来越重要的作用，电梯作为垂直的交通工具广泛用在高层建筑里，为人们快节奏的生活起了很大的作用。可见在我们所熟悉的交通工具里，电梯的作用是很大的。所以我们所讨论的就是电梯究竟该采用什么样的形式来控制是最要的，安全方便地控制电梯的运行是最重要的，那么哪种方式是我们需要考虑的呢？以前我们普遍采用的是单片机的控制，但是其性能却存在很大的问题。而现在科技的日新月异的发展，特别是PLC的出现，是我们在控制电梯的性能、灵活性及我们最为关注的安全方面有了很大的改善,同时PLC带有自我检测问题的性能，出现故障时可以及时发出报警信息及时解决问题。本篇论文论文就是结合三层电梯的实际，说明PLC在其中的应用。

关键词：可编程控制器三层电梯西门子S7-PLC编程

一、引言

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。在计算机技术、自动控制技术和电力电子技术飞速发展的今天，电梯也随之进入了新的发展时期。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、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取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。面对如此广袤的电梯市场，所谓“科技就是第一生产力”，处于科技前沿的电子设计技术很自然地就与电梯控制设计一拍即合，给设计师们以巨大的设计空间。因此，本设计就是希望在以开发更安全、更快捷的三层电梯控制系统为前提下，结合电子设计技术，对电梯控制进行设计。

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适应电梯控制的要求而现在，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。

二、硬件部分介绍

图（1.1）电梯机械部分结构示意图

1.1电梯机械部分结构介绍

（1）曳引系统

曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。

(2）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。

(3）轿厢

轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。

(4）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。

（5）重量平衡系统

系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。（6）电力拖动系统

电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制.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。

（7）电气控制系统

电气控制系统的主要功能是对电梯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。

（8）安全保护系统

保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。

1.2电梯的主要设备

（1）曳引电动机：

齿轮曳引系统作为电梯的提升机构，主要由驱动电动机、电磁制动器（也称电磁抱闸）、减速器及曳引轮组成。

（2）自动门机

用来完成电梯的开门与关门：电梯的门由厅门（每层站一个）和轿门（只有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门、轿门全部关闭后才允许启动运行（检修状态时，可以在不关门的状态下运行）。

（3）层楼指示

层楼指示也叫层显，过去常由低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方；现多由数码管或LED点阵结构组成，与呼梯盒、运行方向指示做成一体结构。（4）呼梯盒

呼梯盒也叫召唤按钮或外呼盒，用以在每层站召唤电梯。常安装在厅门外，离地1m 左右的墙壁上。基站与顶站只有一个按钮，中间层站由上呼和下呼两个按钮组成。按

钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已经被接收并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层开门时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上，常带有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。

（5）操纵箱

操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作指令。操纵箱上设有与电梯层数相同的内层选按钮（带指示记），上、下行启动按钮(带上、下行指示记忆灯，检修时用)，开、关门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行还是检修状态）以及风扇、照明等的控制开关。

（6）平层及开门装置

该装置由磁铁板和上、下平层感应器1KR、2KR组成。上行时，1KR首先插入隔铁磁板，发出减速信号，电梯开始减速，至2KR插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，2KR首先插入隔磁铁板，发出减速信号至1KR插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号。

（7）停层装置

在电梯的井道内每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电磁所处位置和产生平层信号。

（8）安全窗及其开关，安全钳及其开关，限速器及其开关，上、下行限位开关，上、下行强迫停止开关，极限开关

电梯的轿厢顶部开有安全窗，供紧急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不允许运行。安全钳是为防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢挟持在导轨上。限速器时用以检查电梯运行速度的机械装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使电梯停止运行。以上三种装置的动作通过其相应开关来检测。当电梯运行至上、下极限位置时仍不停车，上、下限位开关动作，发出停车信号，若仍不能停车，将压下上、下强迫停止开关，强制电梯停止运行；若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关SQ0动作切断电梯曳引电动机的电源，以达到停车目的，避免电梯出现冲顶与礅底事故。

1.3电梯的工作原理

曳引绳两端分别连着轿厢与对重（又称配重），缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实

现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中产生偏斜或摆动。常闭式制动器在电动机工作时间松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少发动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的于东方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。

三、电梯的设计

1.1 电梯的控制需求

(1)电梯无司机驾驶，自动响应各楼层的上呼、

下呼信号和轿厢内呼信号；

(2)电梯按先入为主的原则，自动确定运行方

向，对反方向的呼叫先记忆，当电梯完成全部顺向指

令后，再响应反方向的呼叫；

(3)电梯到达顶层或底层时，自动停止，延时后

可改变方向继续运行；

(4)电梯到站后自动平层开门，延时关门；

(5)手动开、关门控制。

1.2 PLC的选择、I/O口的分配和接线

（1）PLC的型号选择

综合输入输出点的计算以及要实现的电梯控制功能，使用西门子s7-200PLC（C PU226）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。

本实验需要P L C具有14个输入点，10个输出点，

因此可选用西门子S7-200系列CPU 224 CN可编程控制器，I/O口分配及辅助点定义见表1，P L C的接线如图1所示。

表（1）三层电梯PLC电梯控制接线图

输入定义输入辅助输出定义输出辅助

3层内呼I0.0 M0.0 3层内呼灯Q0.5

2层内呼I0.1 M0.1 2层内呼灯Q0.6

1层内呼I0.2 M0.2 1层内呼灯Q0.7

3层下呼I0.3 M0.3 3层指示灯Q0.0

2层下呼I0.4 M0.4 2层指示灯Q0.1

2层上呼I0.5 M0.5 1层指示灯Q0.2

1层上呼I0.6 M0.6 轿箱下降

DOWN

Q0.3 M3.0

3层到位SQ3 I0.7 M0.7 轿箱上升Q0.4 M4.0

2层到位SQ2 I1.0 M1.0 电梯开门Q1.0

1层到位SQ1 I1.1 M1.1 电梯关门Q1.1

开门按钮K1 I1.2

关门按钮K2 I1.3

左门限K3 I1.4

右门限K4 I1.5

（2）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。

（3）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：

（1）按下关门按钮，并且同时开门按钮没有按下。

（2）输出信号门电机关置位，且开门按钮没有按下

（3）达到开门限位，自动停止开门动作。

1.3 电梯的控制过程

了解电梯的控制过程十分重要，它是梯形图设计的基础，3层电梯的控制过程如图2所示，电梯到站时，电梯门自动打开，打开到位后，延时3秒关门，以便人员进出，然后继续运行或停梯。当电梯在1层，若按2层上呼或2层内呼，同时按3层下呼或3层内呼，则电梯将直接从1层上升至3层，所以上升时须增加2层呼停程序，暂停时间为开门、关门时间加上延时的3秒；同样下降时也需要2层呼停程序。

1.4控制程序的设计按电梯的控制原理进行设计，可参考以下步骤，PLC的部分控制程序如图3所示：

(1)内呼控制程序。按内呼按钮，则相应的辅助点通过自锁记忆，同时点亮内呼灯，按本层内呼按钮无效。

(2)轿厢外呼控制程序。如2层下呼程序，当电梯在1层，若2、3层同时按下呼，则电梯先上升到3楼，然后再下降至2楼，因此要在2层的到位常闭触点M1.0并联上升辅助点M3.1。

(3)轿厢到位控制程序。如轿厢接触到1层的到位开关，表示轿厢到1层，1层指示灯点亮。

(4)轿厢下降和上升程序。如电梯下降分在3层下降和在2层下降进行设计，并在电梯上升程序中串联轿厢下降辅助点的常闭触点，保证电梯优先响应与运行方向相同的呼叫，在3层下降时要串联时接通位存储器M4.1。

(5)电梯到站暂停程序。包括两种情况，一种是电梯在1层、2层或3层到站后暂停，暂停结束后可改变方向继续运行；另一种是电梯在上升或下降过程中，因2层的呼叫必须在2层暂停，暂停结束后不改变方向继续运行。

(6)电梯到站后自动平层开门，当门碰到左门限时，停止开门，延时3秒后关门。

(7)手动开关门功能。用轿厢内的开、关门按钮开、关门；或用轿厢的外呼按钮开门，如轿厢停在本层，按轿厢外呼则开门，延时关门。

1.5 程序运行和调试

控制程序编辑完成后，一般要经过编译、下载、实验箱接线和调试阶段。调试的一般流程为：

(1)单指令运行调试：检查执行最简单功能时是否出错；

(2)单层运行调试：检查电梯单独从一层运行到另一层是否正确；

(3)复杂运行调试：检查在各种呼梯时电梯的运行状态。

在P L C与电脑联机并且程序已下载到P L C后，用STEP 7-Micro/WIN软件的程序状态监控功能，可观察程序的运行状态，以便修改程序；程序在实验箱模拟运行通过后，还必须接在电梯模型上验证，确保控制程序真正可行。

四、结束语

在本次毕业设计中，我通过查阅与课题有关的技术参考资料，了解与此有关的应用技术与发展现状，同时学习掌握西门子公司PLC的编程调试方法与技术，在此基础上设计并完成了用西门子PLC控制五层电梯系统的硬件和软件，给出系统硬件的整体设计的说明，以及软件的总体设计构思，并编写相应的梯形图软件。

毕业设计是大学学习阶段的一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次独立地较为完整的设计出电梯PLC控制系统，我摆脱了单纯的理论学习状态。通过实际的软、硬件设计与选择，锻炼了我综合运用所学专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及专业文献翻译等其他方面的能力水平。通过与王耿芳指导老师的沟通与交流，我了解到许多PLC的实际运用知识，硬件设备的选用方法等，让我的综合能力得到了提高。这一次的毕业设计使我得到了宝贵的实际设计经验，使我能够更好的把理论与实践结合起来，再未来的工作中表现出更好的自主学习能力和灵活应变能力。

顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。但在此次毕业设计中，我还有一些未能完成遗憾。由于能力所限，我仅仅运用PLC实现了电梯最基本的运动控制功能，在实际运行中还存在一些不足，例如没有考虑到电梯的舒适性，电梯轿厢以及轿厢门、厅门的运行速度只有一个设定值，没有运用变频器对电机进行调速，造成在实际运用中乘坐人员舒适度的降

低，这也是我进一步需要努力和加强的地方。发现问题，面对问题，才有可能解决问题。不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为社会做出应有的贡献，为祖国的四化服务。

参考文献

①陈利群.P L C实验教学法探索[J].实验科学与技术，

2005，2：74～75

②何兵.可编程控制器(P L C)电梯控制设计[J].电梯工业，

2006，3：21

③西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-200 P L C(第二

版)[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005

④宋丽君，布挺.基于S7-226型P L C的四层电梯控制系统的设计[J].科技信息，2009，

21：473

⑤杨后川，张学民，陈勇.SIMATIC S7-200可编程控制器原理与应用[M].北京：北京

航空航天大学出版社，2008

⑥邓亚锋.电梯控制系统中的P L C应用与实践[J].机电信息，2009，30：204

⑦吴宏岐，冯元.改革P L C实验教学模式、提高学生工程实践能力[J].高校实验室

工作研究，2009，1：16～17