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自主创新实践报告设计题目三层电梯的PLC控制学生姓名唐亮专业电气自动化班级电气0902指导教师吕兴荣一．电梯的基本结构电梯主要是用于高层建筑，其运行速度比较快，自动化程度高普遍采用微机、可编程控制器（PLC）控制，可实现多种控制策略，使得电梯运行更加节能，更加舒适，更加安全。如右图所示是吊降式电梯的基本结构图，其中：1-极限开关、2-拽引机、3-搁机大梁、4-限速器、5-导向轮、6-换速平层装置、7-开关门机构、8-操纵箱、9-轿厢、10-对重、11-底坑防护栅、12-对重导轨、13-缓冲器、14-限位张紧装置、15-基站厅外开门控制开关、16-限位开关、17-轿厢导轨、18-厅门、19-召唤按钮箱、20-控制柜。它是由机械和电气两大部分组成，对于本项目，我们着重掌握其电气部分构成。电气部分比较复杂，大体上可分为以下几个部分：1.牵引电动机。一般采用三相交流异步电动机。2.牵引电动机控制系统。它控制电动机的起动、加速、减速、停车，做到整个轿厢运行过程中安全、舒适、准确平层等控制。3.厅门、轿门控制系统。4.信号系统。它主要包括召唤按钮（装在厅门旁）、操作按钮（装在轿厢内操作盘上）、运行方向指示灯、选层器等。5.平层装置。电梯在各层停车后，应使轿厢底部与楼面对齐，称为平层。平层装置就是自动控制电梯的平层。6.安全保护系统。为了乘客安全，电梯的安全保护系统也比较复杂，采用了较多的安全保护措施，如门开关、安全钳、速度限制器、终点开关及制动器等。a.门开关：它的作用是使得只有轿门关好了，才能允许启动牵引电动机。b.安全钳：轿厢是利用钢索牵引的，如果钢索折断，轿厢就会坠落，如果钢索松弛，就会产生危险。为了防止这种事故的发生，在轿厢底部装有安全钳，其用途是在钢索松弛，特别是折断时，把轿厢钳在导轨上，同时它串联在控制回路中的常闭触点就会断开，也使电动机停车而制动。c.限速器：当钢索经轮的速度过高时，串联在控制回路中的限速器触点就断开，也使电动机停车而制动。d.终点开关：轿厢上升或下行到终点时，极限开关就被触动，是电动机停车而制动。e.过载保护：当轿厢乘客过多，载重超过时，就不允许电动机启动，并告警超重。由于传统的电梯自动控制系统由继电器-接触器控制组成，该控制系统具有故障多、可靠性差、工作寿命短、不易检修等缺点，而控制系统的性能决定了电梯的质量，随着PLC的普及和完善，以及PLC本身所具有高可靠性、易编程修改的特点，因此在电梯控制中采用PLC控制是最为合适的。二．电梯PLC控制的要求（1）自动确定电梯运行方向，并发出响应的指示信号。（2）到达指定层楼，自动停层，自动开门；延时自动关门，设有门锁保护，轿厢关门后自动启动。（3）响应顺电梯运行方向的轿外呼唤。（4）电梯到达顶峰或底层时，自动停止并变换运行方向。（5）自动登记、记忆较内指令、轿外呼唤信号，完成任务后自动消失。（6）显示运行方向、轿内指令、轿外呼唤信号。（7）检修慢车运行，不应答任何呼唤信号，无门锁保护，可作层楼校正（点动响应）。（8）当电梯负荷超载时电梯就会静止关门运行，知道恢复正常负荷。（9）当关门时两块安全触板任意一块触碰到事物的时候，就会停止关门，运行开门。三．电梯PLC控制的硬件选择与电气接线PLC选择西门子S7-300PLC，CPU主模块的型号为CPU315-2DP、数字输入模块选择6S7E321-1BL00-0AA0型号、数字输出模块选择6S7E322-1BL00-0AA0型号，拖动电机选择YTD系列电梯专用双速笼型异步电动机（6/24极），门电动机选择他励直流电动机，选择电机抱闸来让电机彻底停止，楼层感应和平层感应传感器选用电梯磁感应传感器，其拖动电机电气线路、开门电机电气线路、PLC的I/O接线图如下图所示：（a）拖动电机电气线路交流双速电梯的拖动电梯的电气接线如上图所示，M1为YTD系列电梯专用双速笼型异步电动机（6/24极）；KM1、KM2为电动机正反转接触器，用于实现电梯上行、下行控制；KM3、KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电动机的高速或低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗与电阻，与KM5、KM6、KM7、KM8配合实现电动机的加减速控制。当KM1或KM2与KM3得电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后KM5得电吸合，切除R、L1，电梯将转化为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停车指令后，KM3失电释放，KM4得电吸合，电动机转为低速接法，串入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6、KM7、KM8依次得电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接触器全部失电释放，抱闸抱死，电梯停止运行。在检修状态时电梯只能在低速接法下点动运行。(b)开门电机电气线路门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路如上图所示，门电动机为他励直流电动机，可由KM9、KM10控制其正反转。KM9接通时，电阻R2与电动机电枢并联，电流由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门，压下SQ8时，R2部分部分被短接，实现开门调速（减速）。KM10得电时，电动机将反转，实现关门，并由SQ9、SQ10与R3一起实现关门调速。在电梯上、下行运行时，抱闸YB应该打开，其线圈应该得电。电梯停止运行时，抱闸应抱死，其线圈应断电，因此用KM1、KM2控制抱闸YB的得电与失电。将所有的厅、轿门开关串联在一起，控制门锁继电器KA1，实现全部门关闭正常以后电梯才能运行的控制。这样既可以减少占用PLC的输入口，又便于检修。将安全窗开关SQ1、安全钳开关SQ2、限速器开关SQ3、轿内急停开关SQ4、上下强迫停止开关、基站开关梯钥匙开关SA2以及热继电器触点FR1、FR2串联在一起，构成安全回路，控制安全运行继电器KA2，用KA2的触点控制PLC的RUN口，只有当KA2得电吸合时，才允许PLC处于运行状态。这样可以节省PLC的输入口，又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。(c)PLC的I/O接线图(d)接触器线圈电路西门子S7-300PLC的I/O和接触器线圈电路的接线图如上图所示。其中电梯开关门中间继电器和上下行运行中间继电器要进行电气互锁，由于西门子S7-300PLC的输出端是24V的高电平，所以我们要采用中间继电器，再将它的触点连入交流电路中使得220V交流接触器得电，从而实现PLC对电机的控制四．电梯PLC控制的I/O分配表输入信号输入端子号输出信号输出端子号门锁KA1常开触点检修调试/自动运行旋钮开门按钮SB1关门按钮SB2上行启动按钮SB3下行启动按钮SB4基站行程开关SQ5开门到位开关SQ6关门到位开关SQ7上行限位SQ15下行限位SQ16轿内停一楼指令按钮SB5轿内停二楼指令按钮SB6轿内停三楼指令按钮SB7一层磁感应传感器KR1二层磁感应传感器KR2三层磁感应传感器KR3轿外一层上升呼唤按钮SB8轿外二层上升呼唤按钮SB9轿外二层下降呼唤按钮SB10轿外三层下降呼唤按钮SB11上平层磁感应传感器KR6下平层磁感应传感器KR7关门左触板安全开关关门右触板安全开关I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7I3.0上升继电器KA3下行继电器KA4高速继电器KA5低速继电器KA6加速继电器KA7一级减速继电器KA8二级减速继电器KA9三级减速继电器KA10开门继电器KA11关门继电器KA121楼楼层显示HL12楼楼层显示HL23楼楼层显示HL3上行指示HL4下行指示HL51层内选记忆指示HL62层内选记忆指示HL73层内选记忆指示HL81层上外呼记忆指示HL92层下外呼记忆指示HL102层上外呼记忆指示HL113层下外呼记忆指示HL12Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5五．电梯PLC控制的程序剖析在编写程序之前，首先先搞清楚电梯控制的主要逻辑关系，并且绘制出具有一定逻辑关系的程序流程图，有了这个流程图更加方便我们编写程序，如下图所示第一步是编写电梯的开关门程序，首先需要考虑的是电梯投入运行时的首次开门，先将钥匙插入SA2内，旋至开梯位置，中间继电器KA2得电，KA(1-2)闭合，接通电源，使得PLC处于运行状态。电梯投入运行初始，轿厢处于基站位置，基站行程开关SQ5（I0.6）闭合状态，当PLC刚运行时，程序运行最先调用OB100组织块，投入运行上电初始脉冲继电器M0.0得电一个程序周期，开门辅助继电器KA11得电，执行电梯投入使用的第一次开门，其次就是轿厢停层到位的自动开门，当轿厢停层到位时，停层开门辅助继电器M0.4得电，就要求执行开门，所以要将开门辅助继电器M0.4也并联到开门电路的触发位置上,然后就是关门时，厅门上的两块安全触板，其中任意一块触及人或物时，也就是I2.7或者I3.0任意一个得电闭合，就会执行开门，所以I2.7与I3.0相并联且也要并联在开门电路的触发位置上，然后不要忘记还有一种情况，那就是当你在哪一层呼唤电梯恰好电梯就当层时，也要执行开门，最后就是开门到位时，要断开开门电路，关门时要最其经行互锁，电梯在上下运行时禁止运行开门，程序如下图所示：开门程序段OB100（上电投入运行开门初始程序）关门程序，主要要考虑到电梯的自动运行状态下得按钮手动关门、电梯自动运行状态下的开门一段时间后无人操作的自动关门，电梯检修状态下得按钮点动关门操作，其中要特别注意的有：在电梯执行开门程序时，要对关门回路经行电气互锁，关门到位时要断开关门回路，如果轿厢底部的称重传感器感应到轿厢负荷超载，则要断开关门回路，直到恢复到正常负荷，才允许关门。程序如下所示：关门程序段第二步是编写各楼层显示的程序，当到达某一层楼时，首先当层的楼层感应传感器会感应到轿厢的到来，将信号传入PLC，此时电梯操作板上的指示灯就要显示到达具体的层数，而当电梯运行到下一个楼层时，则切换到下一个楼层的指示，到达一楼以后下一个方向只能到达二楼，所以用二楼的常闭触点来断开一楼指示回路，接通二楼指示回路，到达三楼时其指示编程与一楼相似，而到达二楼时，情况则有所不同，电梯有可能下行到一楼，也有可能上行到二楼，所以三楼指示回路中必须同时串入一楼指示和二楼指示的常闭触点，其具体程序如下所示：楼层显示程序段第三步是编写轿内选择指令信号的产生、指示、消失的程序，首先要知道轿内的选择的按钮一旦按下，即产生内选信号，指示灯点亮，并且被记忆，直到轿厢到达所选择的楼层，信号才会消失，指示灯才会灭掉，所以其程序如下所示：轿厢内选指令信号程序段第四步是编写轿外呼唤信号的产生、指示、消失的程序，其信号的指示同样是按钮按下去信号立即产生，信号的消失则有所不同，一楼外呼信号只有在电梯同时处于到达一楼状态和确定上行的状态时一楼外呼信号才能消失，其外呼指示灯才能灭掉，三楼外呼信号只有在电梯同时处于到达三楼状态和确定下行的状态时三楼外乎信号才能消失，其外呼指示灯才能灭掉。其程序如下所示：轿厢外呼指令信号程序段第五步是编写电梯确定运行方向的程序，首先分析确定上行的程序，第一种情况就是轿厢处于一楼，要看是否有二楼及二楼以上的外呼唤信号或者是内选二楼及二楼以上的信号，如果有，则确定上行且上行指示灯亮；第二种情况是轿厢处于二楼，要看是否有内选三楼和三楼外呼信号，如果有，则确定上行且上行指示灯亮；第三种情况就是轿厢处于三楼，此时电梯处于顶层，只有确定下行，禁止上行。其程序如下所示：确定上行程序段然后就是确定下行的情况，与确定上行的分析类似，第一种情况是轿厢处于三楼，要看是否有二楼及二楼以下的外呼唤信号或者是内选二楼及二楼以下的信号，如果有，则确定下行且下行指示灯亮；第二种情况是轿厢处于二楼，要看是否有内选一楼和一楼外乎信号，如果有，则确定下