基于PLC的電梯控制器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目錄中文摘要1英文摘要21 引言32 電梯42.1 概述42.1.1 電梯的發(fā)展42.1.2 電梯的應(yīng)用52.1.3 電梯的發(fā)展方向52.1.4 電梯的分類62.2 電梯的基本結(jié)構(gòu)73 總體設(shè)計(jì)93.1 設(shè)計(jì)要求93.1.1 標(biāo)準(zhǔn)功能93.1.2 特別功能103.2 設(shè)計(jì)方案113.2.1 電梯系統(tǒng)主要參數(shù)的選擇113.2.2 電機(jī)的選擇113.2.3 PLC的選擇11調(diào)速方式的選擇113.2.5 變頻器的選擇124 可編程控制器134.1 概述134.1.1 可編程控制器的發(fā)展134.1.2 PLC的主要性能指標(biāo)134.1.3 PLC的分類144.1.4 PLC的特點(diǎn)144.1.5 PLC的

2、功能154.1.6 PLC的工作流程164.1.7 PLC與其他自動控制系統(tǒng)比較174.2 西門子S7-200 PLC184.2.1 硬件系統(tǒng)184.2.2 通信與網(wǎng)絡(luò)185 電梯調(diào)速系統(tǒng)205.1 概述205.2 變頻器205.2.1 變頻器的形式與結(jié)構(gòu)205.1.2 西門子MICROMASTER440型通用變頻器226 詳細(xì)設(shè)計(jì)246.1 硬件設(shè)計(jì)246.2 軟件設(shè)計(jì)27結(jié)論37謝辭38參考文獻(xiàn)39基于PLC的電梯控制器設(shè)計(jì)摘要：本文介紹了一種基于可編程控制器(PLC)的電梯控制方法。作者對電梯控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀作了分析，根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇系統(tǒng)硬件，利用現(xiàn)代控制技術(shù)改進(jìn)了傳統(tǒng)的電梯控制方法。

3、該方法基于電氣集選控制原則，以PLC和變頻器為控制器和調(diào)速器，以交流異步電動機(jī)為控制對象，利用脈沖編碼器取代傳統(tǒng)的位置檢測裝置進(jìn)行位置反饋，通過PLC與變頻器之間的通信來實(shí)現(xiàn)主電機(jī)與門電機(jī)的起停與調(diào)速控制。本文所述控制系統(tǒng)用軟件代替部分硬件功能，適當(dāng)?shù)臏p少了輸入和輸出點(diǎn)數(shù)，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。采用變頻器調(diào)速提高了電梯的平穩(wěn)性和乘客的舒適感，有效的提升了平層準(zhǔn)確性，同時提高了電梯的控制精度，實(shí)現(xiàn)了對電梯的全數(shù)字化控制。設(shè)計(jì)了主電路與關(guān)鍵的控制電路原理圖，并給出主要軟件的流程圖和部分程序代碼。關(guān)鍵詞：電梯、變頻器、調(diào)速、PLC。Design of PLC-based ele

4、vator controllerAbstract:Amethod of elevator control based on programmable logical controller (PLC) is introducedin this paper. The present situation of elevator control system is analyzedin the first, the system hardware is chosen according to the relevant national standards, the traditional contro

5、l methods are improved by modern control technology. In the method based on the principles of electrical control assembly election, PLC and variable frequency transducer are used as main controller and regulator respectively to control the controlled object of the alternative current induction motor

6、s, the pulse encoder is used toreplace the traditionalposition detect devices to achieve the position feedback, the communication between PLC and transducer is adopted to start and stop the motors and regulate the speed. A part of hardwares functions are implemented by software in the proposed metho

7、d, which reduces the number of input and output points and the cost of the whole system and improves the security and the reliability. The transducer is used to improve the smooth lift and passenger comfort, the leveling accuracy and the lift control precision. The fully digital control of the eleva

8、tor is realized. The main circuits and the key control circuits are schematically presented. The flow chart of the main software and some program codes are also proposed. Keywords:Elevator; Transducer; Governor; PLC1 引言在現(xiàn)代復(fù)雜的樓宇建筑中，電梯成為不可或缺的運(yùn)輸工具，其使用越來越廣泛。隨著樓層的增加，人們對于電梯的安全性、準(zhǔn)確性、可靠性、效率等提出了更高的要求。電梯控制系統(tǒng)目

9、前多采用兩種方式：一是PLC加變頻器控制系統(tǒng)，二是微機(jī)加變頻器控制系統(tǒng)。微機(jī)控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但抗干擾性差，系統(tǒng)較復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)，這些限制了微機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性。PLC電梯控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠、容易實(shí)現(xiàn)、使用維修方便、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，正日益成為電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制系統(tǒng)方式肖峰，賀哲榮.PLC編程100例M.北京.中國電力出版社.2009。 PLC是以微處理器為核心，融合了自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的工業(yè)自動控制裝置，它能改造傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)，又適用于現(xiàn)代過程控制。憑借其卓越的可靠性、抗干擾性和可編程性，目前已被廣泛應(yīng)用于

10、各種工業(yè)過程的自動控制中。本次設(shè)計(jì)選用西門子公司的S7-200系列PLC，它可靠性高，指令功能強(qiáng)，易于掌握，有較好的通信功能和性價比，在中小型控制系統(tǒng)中能充分發(fā)揮作用。2 電梯2.1 概述2.1.1 電梯的發(fā)展電梯發(fā)展的歷史，可以追溯到公元前236年的古希臘。當(dāng)時希臘有個叫阿基米德的人設(shè)計(jì)出一種人力驅(qū)動的卷筒式卷揚(yáng)機(jī)，安裝在尼羅宮殿里。這種卷筒式卷揚(yáng)機(jī)被認(rèn)為是現(xiàn)代電梯的鼻祖。據(jù)有關(guān)資料記載，在古代埃及，當(dāng)時為了修建金字塔，曾經(jīng)使用過由人力驅(qū)動的升降機(jī)械周海賓.PLC在電梯模型中的應(yīng)用D.上?？茖W(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院.2009。1852年，德國制造出人類歷史上最早的用電動機(jī)拖動提升繩索來使轎廂上下運(yùn)行的

11、電梯，但結(jié)構(gòu)簡單、無導(dǎo)軌、無安全裝置，僅供貨物運(yùn)送。1857年，美國人奧的斯研究升降梯的安全裝置成功后，世界上第一臺載人電梯問世。1858年美國研制出以蒸汽為動力，并通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅(qū)動的電梯。1878年英國的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓電梯，隨后水壓電梯的使用淘汰了蒸汽電梯。后來又出現(xiàn)了采用液壓泵和控制閥的電梯，并采用至今。1889年，美國奧的斯公司將卷筒式驅(qū)動的電梯改進(jìn)為曳引輪驅(qū)動，為開發(fā)行程長、速度高的電梯奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)時的電動機(jī)是直流電機(jī)，使用時具有控制困難、平層不準(zhǔn)確等問題，為了消除這些缺點(diǎn)，人們采用發(fā)電機(jī)電動機(jī)組的直流變壓方式，從而實(shí)現(xiàn)了電梯的高速化。由于交流感應(yīng)電動機(jī)的出現(xiàn)，19

12、15年起人們開始使用交流式電梯。到了20世紀(jì)50年代，電梯廣泛采用了電子技術(shù)，設(shè)計(jì)制造出了群控電梯，提高了電梯自動化程度。到了20世紀(jì)70年代，電梯控制系統(tǒng)應(yīng)用了集成電路、微處理機(jī)，使電梯的電氣控制進(jìn)入了以個新的發(fā)展時期。電梯發(fā)展到了90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，電梯控制系統(tǒng)由并行信號傳輸向以串行傳輸為主的方式過渡。我國從1908年在上海匯中飯店等一些高層建筑安裝了第一批進(jìn)口電梯起，到新中國成立以前的1949年，全國各大城市中安裝的電梯已有數(shù)百臺。上海和天津等地也先后建立了幾家電梯修配廠，從事電梯的安裝與維修業(yè)務(wù)。新中國成立以后，先后在上海、天津、沈陽、西安、北京、廣州等地建立

13、了電梯制造廠，使我國的電梯工業(yè)從無到有，從安裝維修到制造，從小到大地發(fā)展起來。我國從20世紀(jì)50年達(dá)開始生產(chǎn)電梯，用我國生產(chǎn)的電梯產(chǎn)品先后裝備了人民大會堂、北京飯店等政府機(jī)關(guān)和國家賓館。60年代開始生產(chǎn)自動扶梯和自動人行道，生產(chǎn)的自動扶梯裝備了北京地鐵車站，生產(chǎn)的自動人行道裝備了北京首都機(jī)場。隨著我國對外開放，80年代開始引進(jìn)技術(shù)，我國的電梯工業(yè)得到飛速發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著人口的增加，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國城市化水平迅速提高，大批的高樓大廈拔地而起，電梯在人們生活中的地位逐步增強(qiáng)，成為重要的運(yùn)輸設(shè)備之一。2.1.2 電梯的應(yīng)用電梯應(yīng)用范圍很廣，一般安裝在高層樓內(nèi)較多，特別是大城市的居民住宅、

14、政府機(jī)關(guān)、商場、飯店、醫(yī)院、倉庫、機(jī)場、礦井、船舶、車站、電廠、工地等地方。我國的中小城市和大學(xué)企業(yè)在20世紀(jì)90年代前后也安裝了很多電梯。飛機(jī)場的地下車庫，使用運(yùn)機(jī)梯垂直將飛機(jī)提升到機(jī)場跑道上；礦井下使用礦井梯供井內(nèi)運(yùn)送人員和貨物；船舶上使用電梯運(yùn)送人員和貨物；工地使用施工電梯來運(yùn)送建筑施工人員和材料；汽車場裝運(yùn)汽車的電梯；消防用電梯是在發(fā)生火警時，用來運(yùn)送消防人員、消防器材及乘客；還有防爆、耐熱、防腐蝕等特殊用途電梯及自動扶梯、自動人行道等都是現(xiàn)代建筑中必備的交通設(shè)備。2.1.3 電梯的發(fā)展方向目前，電梯技術(shù)不斷發(fā)展，新型電梯不斷出現(xiàn)，但總的來說，電梯的未來在于四個方面。 更加智能：電梯智

15、能群控技術(shù)不斷出現(xiàn)，如基于專家系統(tǒng)的群控、基于模糊邏輯的群控、基于計(jì)算機(jī)圖像監(jiān)控的群控、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的群控、基于遺傳基因法則的群控等。這些群控系統(tǒng)能適應(yīng)電梯交通的不確定性、控制目標(biāo)的多樣化、非線性表現(xiàn)等動態(tài)特性。隨著智能建筑的發(fā)展，電梯的智能群控系統(tǒng)將與大樓所有的自動化服務(wù)設(shè)備結(jié)合成整體智能系統(tǒng)。 更加高速：21世紀(jì)以來，世界各地城市化水平不斷提升，為了在有限的空間內(nèi)滿足人們的居住與工作需求，超高層建筑不斷出現(xiàn)，電梯的高速化成為電梯技術(shù)發(fā)展的重要方向。曳引式超高速電梯的研究繼續(xù)在采用超大容量電動機(jī)、高性能的微處理器、減振技術(shù)、新式滾輪導(dǎo)靴和安全鉗、永磁同步電動機(jī)、轎廂氣壓緩解和噪聲抑制系統(tǒng)

16、等方面推進(jìn)。采用直線電機(jī)驅(qū)動的電梯也有較大研究空間。未來超高速電梯舒適感會有明顯提高。 網(wǎng)絡(luò)化與信息化：電梯控制系統(tǒng)將與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，用網(wǎng)絡(luò)把各地的電梯監(jiān)管起來進(jìn)行維保；通過電梯網(wǎng)站進(jìn)行網(wǎng)上交易，包括電梯配置、招投標(biāo)等，也可以在網(wǎng)上申請電梯定期檢驗(yàn)。 更加綠色環(huán)保：世界資源與能源問題的不斷突出，要求電梯在環(huán)保方面做出改變。能耗更低、減少油污染、電磁兼容性強(qiáng)、噪聲低、長壽命、采用綠色裝潢材料、與建筑物協(xié)調(diào)等等。2.1.4 電梯的分類1、按用途分： 乘客電梯（TK）：為運(yùn)送乘客而設(shè)計(jì)的電梯； 住宅電梯（TZ）：為運(yùn)送居民而設(shè)計(jì)的電梯； 載貨電梯（TH）：為運(yùn)送通常有人伴隨的貨物而設(shè)計(jì)的電梯； 客

17、貨電梯（TL）：主要為運(yùn)送乘客、同時也可運(yùn)送貨物而設(shè)計(jì)的電梯； 病床電梯（TB）：為運(yùn)送病床、病人及醫(yī)療設(shè)備而設(shè)計(jì)的電梯； 雜物電梯（TW）：服務(wù)于規(guī)定樓層站的固定式而設(shè)計(jì)的提升裝置； 觀光電梯（TG）：為乘客觀光而設(shè)計(jì)的電梯； 船用電梯（TC）：為船舶上使用而設(shè)計(jì)的電梯； 車用電梯（TQ）：為運(yùn)送車輛而設(shè)計(jì)的電梯； 建筑施工電梯：為建筑施工與維修而設(shè)計(jì)的電梯。此外還有一些特殊用途電梯，如：運(yùn)機(jī)梯、礦井梯、消防梯等。2、按速度分： 低速電梯； 快速電梯； 高速電梯； 超高速電梯； 特高速電梯。3、按拖動方式分： 交流電梯：曳引電動機(jī)是交流電動機(jī)； 直流電梯：曳引電動機(jī)是直流電動機(jī)； 液壓電梯：

18、靠液壓傳動的電梯，分為柱塞直頂式和柱塞側(cè)置式； 齒輪齒條式電梯：靠齒輪在齒條上的爬行來驅(qū)動轎廂的電梯。此外，除了以上三種分類方式外，還可以按控制方式分、按有無司機(jī)分、按動力電源分、按機(jī)房位置分、按傳動結(jié)構(gòu)形式分等，這里就不作敘述。2.2 電梯的基本結(jié)構(gòu)電梯的結(jié)構(gòu)，按傳統(tǒng)方法可以分為機(jī)械部分和電氣部分。機(jī)械部分由曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、機(jī)械安全保護(hù)系統(tǒng)等組成。電氣部分主要由電氣控制系統(tǒng)、操縱箱等部件以及分別安裝在各有關(guān)電梯部件上的電氣元件等。1-減速箱； 2-曳引輪；3-曳引機(jī)底座； 4-導(dǎo)向輪；5-限速器； 6-機(jī)座；7-導(dǎo)軌支架； 8-曳引鋼絲繩；9-開關(guān)碰鐵； 10

19、-緊急開關(guān)；11-導(dǎo)靴； 12-轎架；13-轎門； 14-安全鉗；15-導(dǎo)軌；16-繩頭組合；17-對重， 18-補(bǔ)償鏈；19-補(bǔ)償鏈導(dǎo)輪； 20-張緊裝置；21-緩沖器；22-底坑；23-層門； 24-呼梯盒；25-層樓指示燈； 26-隨行電纜27-轎壁； 28-轎內(nèi)操縱箱；29-開門機(jī)；30-井道傳感器；31-電源開關(guān)； 32-控制柜；33-曳引電機(jī)； 34-制動器。圖1.1 電梯的基本結(jié)構(gòu)中國機(jī)械工程學(xué)會設(shè)備維修分會機(jī)械設(shè)備維修問答叢書編委會.電梯使用與維修問答M.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.20031、曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng)主要由曳引電機(jī)、鋼絲繩、導(dǎo)向輪、反繩輪等組成。曳引電機(jī)是驅(qū)動電梯轎廂和對重

20、裝置作上、下運(yùn)動的裝置，可分為無齒輪曳引機(jī)和有齒輪曳引機(jī)兩種。無齒輪曳引機(jī)用在運(yùn)行速度v2m/s的高速電梯上，這種曳引機(jī)的曳引輪緊固在曳引電機(jī)軸上，沒有機(jī)械減速機(jī)構(gòu)，整機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單。有齒輪曳引機(jī)廣泛用于運(yùn)行速度的各種貨梯、客梯、雜物電梯上。電梯的載荷、運(yùn)行速度等主要參數(shù)取決于曳引機(jī)的電動機(jī)功率和轉(zhuǎn)速、蝸桿與蝸輪的模數(shù)與減速比、曳引輪的直徑和繩槽數(shù)，以及曳引比等。在電梯的曳引機(jī)上一般裝有電磁式直流制動器。2、導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)的功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動，主要由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架構(gòu)成。3、轎廂轎廂的功能是運(yùn)送乘客或貨物，是電梯的工作部分，主要由轎廂架和轎

21、廂體組成。4、重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)的功能是為了相對地平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂和對重的重量差保持在某一限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常，由對重和重量補(bǔ)償裝置組成。5、電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)的功能是提高動力，實(shí)現(xiàn)電梯的速度控制，主要由曳引電動機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、電動機(jī)調(diào)速裝置等構(gòu)成。供電系統(tǒng)為電梯的電動機(jī)提供電源，電動機(jī)調(diào)速裝置對曳引機(jī)和門機(jī)實(shí)行調(diào)速。6、電力控制系統(tǒng)電力控制系統(tǒng)的功能是對電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制，主要由操縱裝置、位置顯示裝置、控制柜、平層裝置、選層裝置等組成。7、安全保護(hù)系統(tǒng)安全保護(hù)系統(tǒng)主要由限速器、安全鉗、緩沖器、端站保護(hù)裝置等組成，其功能是保證電梯的安

22、全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。3 總體設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)要求3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)功能基于PLC的電梯控制系統(tǒng)必須具備以下標(biāo)準(zhǔn)功能：（1）開關(guān)門：到達(dá)指定樓層平層后自動開門，并有一定的開門保持時間，以保證所有乘客進(jìn)出轎廂后再自動關(guān)門，門有格擋時重復(fù)開門，直到門關(guān)閉為止。長時間開門時判定門有物體阻礙并報(bào)警，當(dāng)電梯處于停站狀態(tài)且有手動開關(guān)門信號時不管開門保持時間響應(yīng)手動開關(guān)動作。為保證電梯安全運(yùn)行，必須設(shè)置門鎖裝置，只有關(guān)門后且有門鎖信號時電梯才能升降；（2）層選控制：登記外部召喚與內(nèi)指令信號，根據(jù)轎廂所處位置，生成層選信號，判定轎廂運(yùn)行方向，電梯運(yùn)行時如有順路廳外呼叫，則順路停車載客并繼續(xù)運(yùn)行

23、，對于反向呼叫電梯予以登記，并在響應(yīng)完所有正向呼叫后響應(yīng)反向呼叫信號；（3）電機(jī)起停與速度控制：在關(guān)門后且有門聯(lián)鎖信號時，由PLC發(fā)出起停信號，控制電機(jī)的起停，根據(jù)已知的速度曲線，發(fā)出加速或減速信號，控制電機(jī)在起動后加速和平層時減速，為保證速度控制精度須設(shè)置速度反饋；（4）平層控制：保證電梯在到達(dá)指定樓層平層區(qū)時減速爬行，將轎廂停在選定的樓層上；（5）顯示功能：在轎廂內(nèi)外利用信號燈顯示電梯運(yùn)行方向、樓層位置及選定呼叫，在電梯響應(yīng)完登記的外部呼叫后消除所登記的外部呼叫，在電梯響應(yīng)完登記的內(nèi)指令后自動消除所有已登記的內(nèi)指令信號；（6）稱重功能：過載時報(bào)警并持續(xù)開門，空載無人時快速運(yùn)行；（7）換站停

24、靠7：通常電梯運(yùn)行時，可能會出現(xiàn)一種情況，即在電梯停靠時，由于所停層站出現(xiàn)故障或垃圾卡入地坎，電梯開門不到位，而門鎖開關(guān)脫開。如果對此沒有相應(yīng)保護(hù)措施，勢必會造成電梯在該層站呈僵持狀態(tài)，即不能開足門，也不能再運(yùn)行，使乘客無法進(jìn)入轎廂，其他層站的乘客也無法得到電梯服務(wù)。而且持續(xù)的過載運(yùn)行會使開關(guān)門電機(jī)有被燒壞的危險(xiǎn)。因此必須具有換站?？康墓δ埽喝绻娞萃Ｕ?，自動開關(guān)門動作持續(xù)一段時間后，門尚未開足，就作關(guān)門動作，待門關(guān)閉后，根據(jù)轎廂內(nèi)指令或外部召喚運(yùn)行到其他層站開門放客。（8）檢修功能：當(dāng)電梯需要檢修時，由操作人員按下檢修按鈕，電梯自動進(jìn)行慢速的檢修上行或檢修下行，以檢查電梯性能；（9）消防功能

25、：當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，外部的消防系統(tǒng)起動并向電梯控制系統(tǒng)發(fā)出消防信號，電梯進(jìn)入消防模式，此時電梯迫降在最近層樓，轎廂內(nèi)指令可用，但禁止外部呼叫，待所有乘客離開轎廂后電梯禁止使用。為了防止消防系統(tǒng)的誤操作帶來電梯的迫降，消防模式也可設(shè)置在手動狀態(tài)，當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)火情時，起動電梯的消防模式。（10）制動功能：當(dāng)電梯平層停站時，制動系統(tǒng)通過抱閘等形式使電梯固定在一定位置，確保電梯和乘客的安全，并在突然停電時，自動起動制動系統(tǒng)，再次來電時，必須由操作人員停止制動系統(tǒng)后才能電梯再可以再次起動。3.1.2 特別功能有的電梯除了具有標(biāo)準(zhǔn)功能外還有其它特別功能岳慶來.電梯現(xiàn)代智能控制技術(shù)M.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2

26、009，如：（1）門的光電裝置安全操作：為了防止乘客被電梯門夾住，電梯應(yīng)裝有安全觸板開關(guān)。但是，對于乘客來說，被安全觸板碰一下，雖然不會有什么損傷，但總不是一件舒服的事。為此，可以備有門的光電裝置安全操作功能?？紤]到萬一光電裝置發(fā)射部或接收部被堵住，如果沒有特別對策這臺電梯就永遠(yuǎn)不會關(guān)門，嚴(yán)重影響服務(wù)效率，因此可以采取以下對策：只要按下關(guān)門按鈕，即使光電裝置的光線被擋住電梯照樣關(guān)門，因此按住關(guān)門按鈕者定是看到門間無人后才這么做的；當(dāng)連續(xù)一段時間光線被阻擋，電梯仍然自動關(guān)門，因?yàn)橐话阏f來，不可能連續(xù)很長時間內(nèi)都有乘客進(jìn)出轎廂；（2）停電自動平層操作：如果大樓內(nèi)沒有自備的緊急供電裝置，而遇到突然停

27、電時，可能使正在運(yùn)行的轎廂卡在層樓之間，使乘客無法出來，因此配備緊急平層裝置有時是必要的。有了該裝置后，萬一遇到停電情況，電梯卡在層樓一段時間后，就利用緊急平層裝置起動電梯，運(yùn)行到最近層停靠后，自動開門放客，保證了乘客的安全；（3）轎廂內(nèi)無用呼叫信號的自動消除：有的乘客在乘電梯時，亂按了許多內(nèi)呼叫按鈕，如果沒有特別的操作，這些被登記的無用呼叫將使電梯空跑許多時間，即浪費(fèi)電能，又影響了電梯對其他乘客的服務(wù)效率。為此，設(shè)置無用呼叫的自動消除是很有意義的，當(dāng)電梯探測到轎廂內(nèi)呼叫信號多于乘客人數(shù)時，就認(rèn)為其中有無用的呼叫信號，將已登記的轎廂呼叫信號全部消除，有真正需要的可重新登記，從而避免電梯空跑；（

28、4）群控功能：有時，一個電梯對于某高層建筑來說是不夠的，會導(dǎo)致乘客等待時間過長，因此需要安裝多部電梯，此時，應(yīng)有群控功能。群控時，所有群內(nèi)電梯是由群控系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配的，即每臺電梯除了響應(yīng)本身的轎廂內(nèi)呼叫外，還要響應(yīng)群控系統(tǒng)分配的其他層站呼叫，從而提高服務(wù)效率。除了上述功能外，有的電梯還具有自動語音報(bào)站、上下班高峰服務(wù)、節(jié)能運(yùn)行、自動學(xué)習(xí)、貴賓層服務(wù)等功能，這里不作一一介紹。3.2 設(shè)計(jì)方案3.2.1 電梯系統(tǒng)主要參數(shù)的選擇根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB/T7025.1-1997，電梯的主參數(shù)選擇如下：類：為運(yùn)送乘客而設(shè)計(jì)的電梯；住宅樓電梯；無司機(jī)電梯；額定載重量1000kg，可乘人數(shù)13人；轎廂寬度110

29、0mm，深度2100mm，高度2200mm；轎門和層門寬度800mm，高度2000mm，型式為中分門；額定速度1.50m/s，基站為一層。3.2.2 電機(jī)的選擇眾所周知直流電動機(jī)雖然調(diào)速性能很好，但構(gòu)造復(fù)雜，使用環(huán)境及容量都受到限制，相比而言，三相交流感應(yīng)異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)，且目前已有不少交流電機(jī)的調(diào)速方法并且獲得了良好的控制效果，故選擇交流電動機(jī)為電梯的曳引電機(jī)和門電機(jī)。曳引電機(jī)的主要參數(shù)為功率15kw,平均轉(zhuǎn)速960r/min。3.2.3 PLC的選擇由于此次設(shè)計(jì)的建筑為9層，經(jīng)初步估算輸入與輸出點(diǎn)數(shù)約為50/40個，考慮到控制系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性要求，選擇西門子S7-200系列

30、PLC作為電梯控制用PLC。西門子S7-200系列PLC為小型PLC，它可靠性高，指令功能強(qiáng)，易于掌握，有較好的通信功能，在中小型控制系統(tǒng)中能充分發(fā)揮作用。3.2.4調(diào)速方式的選擇傳統(tǒng)的交流單速與雙速電梯由于其速度不可控且起停不夠平穩(wěn)、平層不夠準(zhǔn)確等缺點(diǎn)，已越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代生活，由于變頻器具有恒壓頻比、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，具有調(diào)速方便、節(jié)能、調(diào)速范圍寬、機(jī)械特性好、運(yùn)行舒適可靠的優(yōu)點(diǎn)，且可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，本次設(shè)計(jì)選擇變頻器來控制電動機(jī)的速度。3.2.5 變頻器的選擇考慮到電梯調(diào)速性能的需要，根據(jù)電梯的速度、曳引比以及電梯的載重來確定曳引機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率，當(dāng)曳引機(jī)的功率和電壓確定之后，變頻

31、器的選型要和曳引機(jī)相匹配，一般是選取大于曳引機(jī)功率的上一個檔次的數(shù)據(jù)來選擇。不能小也不能太大，太大不但造成成本的上升，而且導(dǎo)致控制精度的降低。使整個系統(tǒng)的性能下降。這里選擇西門子MicroMaster440型變頻器。西門子MicroMaster440型變頻器是一種多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器，它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強(qiáng)的過載能力，集成了RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP/Device-Net通訊模塊，具有過電壓、欠電壓保護(hù)，滿足廣泛的應(yīng)用場合。4 可編程控制器4.1 概述4.1.1 可編程控制器的發(fā)展可編程控制器(Programmable Lo

32、gic Controller)又稱PLC。早期的PLC是以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)的，在硬件上簡化了計(jì)算機(jī)的內(nèi)部電路，裝置中的器件主要采用分離原件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器，接口電路適合工業(yè)控制的要求，編程軟件和方法都比計(jì)算機(jī)簡單，出現(xiàn)了面向問題的接近“自然語言”的編程方式。這個時期的PLC能夠?qū)崿F(xiàn)基本邏輯控制、順序控制、條件步進(jìn)和時間步進(jìn)控制等功能劉鳳春等.可編程序控制器原理與應(yīng)用基礎(chǔ)M.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2009。在20世紀(jì)70年代后期，人們開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元，從而使之得到了巨大的發(fā)展，其應(yīng)用日趨普及。自PLC問世以來，經(jīng)過三十幾年的發(fā)展，在歐美、日本等工

33、業(yè)發(fā)達(dá)國家PLC已經(jīng)成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，其應(yīng)用幾乎覆蓋所有工業(yè)企業(yè)。我國PLC的發(fā)展大約經(jīng)歷了三個階段。在20世紀(jì)70年代是初級認(rèn)識階段，20世紀(jì)80年代為引進(jìn)使用階段，20世紀(jì)90年代則是迅速普及和發(fā)展階段。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，大規(guī)模集成電路和高性能微處理器在PLC的應(yīng)用，使PLC的功能不斷增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和眼神，而制造成本不斷下降，性價比原來越高。目前，PLC產(chǎn)品平均3-5年就更新?lián)Q代一次。其發(fā)展的明顯趨勢是集成度越來越高、工作速度越來越快、功能越來越多、工作越來越可靠、使用越來越方便。通信和網(wǎng)絡(luò)功能是PLC發(fā)展的重要特征，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使得PL

34、C構(gòu)成的過程控制系統(tǒng)比DCS的開放性更有優(yōu)勢。PLC的不斷發(fā)展也體現(xiàn)在編程軟件的多樣化和高級化，同時人機(jī)界面軟件及軟件接口也在迅速發(fā)展，開發(fā)適應(yīng)各種特殊控制要求的智能模塊也是PLC發(fā)展的明顯特征。4.1.2 PLC的主要性能指標(biāo)1、輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)：I/O點(diǎn)數(shù)是PLC最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，因?yàn)樵谶x用PLC時，要根據(jù)控制對象的被檢測信號輸入的個數(shù)和控制量輸出的個數(shù)來確定機(jī)型；2、存儲容量：存儲容量決定了PLC可以容納用戶程序的長度；3、掃描速度；掃描速度是PLC執(zhí)行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指標(biāo)，例如，西門子S7-200系列PLC執(zhí)行一條布爾指令所用的時間為0.37s，這在微型機(jī)

35、中屬于較快速度的；4、編程指令的種類和條數(shù)：一般來說，PLC的編程指令的種類和條數(shù)越多，說明它的軟件功能越強(qiáng)，即處理能力和控制能力就越強(qiáng)；5、擴(kuò)展能力和功能模塊種類：PLC的擴(kuò)展能力取決于主機(jī)CPU的尋址能力和電源容量。要完成復(fù)雜的控制功能，除了主機(jī)外，還需要配接各種功能模塊。主機(jī)可實(shí)現(xiàn)基本控制功能，一些特殊的專門功能需要配置各種功能模塊來實(shí)現(xiàn)。因此，功能模塊種類的多少也反映了PLC功能的強(qiáng)弱，是衡量PLC產(chǎn)品檔次高低的一個重要標(biāo)志。4.1.3 PLC的分類1、按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和模塊式兩種類型。整體式的PLC將電源、CPU、I/O電路都集中在以個機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這

36、種結(jié)構(gòu)。模塊式的PLC將各部分分成若干個單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊和各個功能模塊。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)；2、按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可分為微型機(jī)、小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)和超大型機(jī)等類型。一般微型機(jī)的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)在64點(diǎn)以內(nèi)，存儲器容量為12KB，小型機(jī)的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以內(nèi)，存儲器容量為24KB，中型機(jī)的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以內(nèi)，存儲器容量為416KB，大型機(jī)的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)在8196點(diǎn)以內(nèi)，存儲器容量為1664KB，超大型機(jī)（或稱為巨型機(jī)）的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)大于8196點(diǎn)，存儲器容量大于64KB；3、按功能的強(qiáng)弱，PLC可分為高、中、

37、低檔機(jī)三類。低檔機(jī)具有邏輯運(yùn)算、定時、計(jì)數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能，有的還具有模擬量輸入/輸出、數(shù)據(jù)傳送、運(yùn)算、通信等功能。中檔機(jī)除具有上述功能外，還有數(shù)碼轉(zhuǎn)換、子程序調(diào)用、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，有的還具備中斷控制、PID控制等功能。高檔機(jī)除具備上述所有功能外，還有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力、模擬量調(diào)節(jié)、函數(shù)運(yùn)算、監(jiān)控、智能控制等功能。4.1.4 PLC的特點(diǎn)1、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)：PLC是專門為工業(yè)現(xiàn)場的惡劣條件下使用而設(shè)計(jì)的，通過硬件的屏蔽、隔離、濾波等和軟件的故障檢測、數(shù)據(jù)保護(hù)和回復(fù)等措施，使PLC能夠在具有很強(qiáng)的電磁干擾、機(jī)械振動以及極端溫度和濕度的環(huán)境下安全的工作；2、功能完善、通用性強(qiáng)

38、、使用方便：現(xiàn)代PLC即能控制開關(guān)量，也能控制模擬量；即可以控制一臺生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，也可控制一個生產(chǎn)過程。其通信聯(lián)網(wǎng)的功能，使PLC能與上位機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全工廠的自動控制。由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，不同的組合，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。在被控對象的硬件配置確定以后，可以編寫不同的用戶程序，方便快捷地改變工藝流程；3、編程方法簡單、容易掌握：PLC最基本的編程語言都是采用源于繼電器控制線路的梯形圖，這種圖形化的語言不需要使用者具備專門的計(jì)算機(jī)編程知識，極易被一般工程技術(shù)人員理解和掌握。通過梯形圖入門后，也就容易掌握其他的編程語言和方法了；4、設(shè)計(jì)容易、安裝快

39、捷、維護(hù)方便：由于PLC產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，選用PLC組成控制系統(tǒng)時，世紀(jì)和安裝的過程類似于“搭積木”，由于前期可以使用仿真軟件進(jìn)行調(diào)試，使現(xiàn)場的調(diào)試工作變得更加容易。由于PLC的故障率很低，使得維護(hù)成本大為減低，加之具備軟硬件的監(jiān)控和顯示功能，即使發(fā)生故障，也可很快查明原因并排除；5、體積小、重量輕、功耗低：PLC是采用微電子技術(shù)制造的，具有結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固、體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)；6、各公司的PLC互不兼容：各公司的PLC的軟硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉的而不是開放的。如專用總線、專家通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機(jī)柜、電源亦不相同。編程語言雖多是梯形圖，但組態(tài)、尋址方

40、式、語言結(jié)構(gòu)均不相同；4.1.5 PLC的功能1、邏輯控制：邏輯控制是用PLC的與、非、或指令取代繼電器觸點(diǎn)的串、并聯(lián)等邏輯連接，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的邏輯與順序控制，這是PLC最基本的功能；2、定時與計(jì)數(shù)控制：定時與計(jì)數(shù)控制是用PLC的定時器、計(jì)數(shù)器指令來取代時間繼電器等，實(shí)現(xiàn)某些操作的時間控制與計(jì)數(shù)控制；3、數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理時用PLC的數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)碼轉(zhuǎn)換、編碼、譯碼以及數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等指令來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析和處理；4、步進(jìn)控制：步進(jìn)控制時用PLC的步進(jìn)指令取代有硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器等，實(shí)現(xiàn)上、下道工序操作的控制；5、運(yùn)動控制：運(yùn)動控制是通過高速計(jì)數(shù)器和位置控制模塊等來控制步進(jìn)電

41、動機(jī)或伺服電動機(jī)，從而控制單軸或多軸生產(chǎn)機(jī)械，使其運(yùn)動部件按照要求的速度作直線或圓弧運(yùn)動；6、過程控制：過程控制是通過A/D和D/A轉(zhuǎn)換，用PLC的PID指令對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、速度、流量等模擬量進(jìn)行單回路或多回路的閉環(huán)控制，使這些物理量保持在給定值上；7、通信與網(wǎng)絡(luò)控制：通過各種通信模塊能夠?qū)LC與PLC、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間連接成一個網(wǎng)絡(luò)，實(shí)行遠(yuǎn)程I/O訪問或數(shù)據(jù)傳輸?shù)瓤刂乒δ埽瑯?gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)；8、監(jiān)控功能：監(jiān)控功能是指PLC能夠監(jiān)控系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警或自動終止運(yùn)行，通過人機(jī)界面可以實(shí)時顯示系統(tǒng)狀態(tài)，從而方便

42、地在線修改控制程序或?qū)/O和內(nèi)部某些存儲器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。4.1.6 PLC的工作流程PLC是在系統(tǒng)軟件的控制和指揮下，采用循環(huán)順序掃描的方式工作的，其工作過程就是程序的執(zhí)行過程，一般分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，如圖1.2所示。輸入端掃描周期輸入映像寄存器程序段輸出端元件映像寄存器輸出鎖存器輸入采樣階段程序執(zhí)行階段輸出刷新階段用戶輸入設(shè)備用戶輸出設(shè)備刷新刷新讀寫圖1.2 PLC的工作流程1、輸入采樣階段：在每次掃描周期開始時，CPU集中采樣所有輸入端得當(dāng)前輸入值，并將其存入內(nèi)存中各對應(yīng)的輸入映像寄存器。此時，輸入映像寄存器被刷新，那些沒有使用的輸入映像寄存器位被清零。此后，輸入映

43、像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，都不會再影響輸入映像寄存器，其內(nèi)容將一直保持到下一掃描周期的輸入采樣階段，才會被重新刷新；2、程序執(zhí)行階段： 在掃描周期的執(zhí)行程序階段里，CPU執(zhí)行用戶程序總是按由上而下的順序依次地掃描，直到最后一條指令結(jié)束，除非遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。對于梯形圖程序，在掃描時總是按先左后右、先上后下的順序逐句掃描運(yùn)算的。中斷程序并不作為正常掃描周期的一部分來執(zhí)行，總是在中斷事件發(fā)生時才執(zhí)行，因此，中斷程序可能會在掃描周期的任意時刻被執(zhí)行；3、輸出刷新階段：此時，CPU將存放在輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)輸出到輸出鎖存器中

44、，并送給物理輸出點(diǎn)以驅(qū)動外部負(fù)載。4.1.7 PLC與其他自動控制系統(tǒng)比較1、PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較：PLC功能強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。另外，在可靠性和可維護(hù)性、體積和能耗、使用壽命和監(jiān)控以及設(shè)計(jì)與施工周期等方面，PLC都有無可比擬的優(yōu)勢。繼電器控制系統(tǒng)唯一的優(yōu)勢就是價格比較便宜；2、PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)比較：單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，一般

45、用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。PLC在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等方面不如單片機(jī)。PLC用于行業(yè)控制，穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，使用方面，但單片機(jī)的通用性和適應(yīng)性較強(qiáng)；3、PLC與微機(jī)控制系統(tǒng)比較：在使用環(huán)境方面，微機(jī)控制系統(tǒng)對環(huán)境要求較高，一般要在干擾小、溫度和濕度滿足要求的機(jī)房內(nèi)使用，而PLC能在工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境下運(yùn)行。在抗干擾方面，微機(jī)控制系統(tǒng)主要通過弱電聯(lián)系，一般不進(jìn)行電氣隔離，而PLC主要控制強(qiáng)電設(shè)備，采用了光耦隔離進(jìn)行電氣隔離，抗干擾性好。在程序設(shè)計(jì)方面，微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要有較高的計(jì)算機(jī)知識和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，而PLC的編程語言簡單易學(xué)。在運(yùn)算速度和存儲容量方面，微機(jī)比PLC有較大的優(yōu)勢。4.2 西

46、門子S7-200 PLC4.2.1 硬件系統(tǒng)西門子S7-200 PLC系統(tǒng)由一個S7-200 CPU模塊，一臺微型計(jì)算機(jī)、一套STEP 7-Micro/WIN32編程軟件和一條通訊電纜等部分組成。這是一個最小PLC系統(tǒng)。CPU 模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲數(shù)據(jù)，以便對工業(yè)自動化控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。S7-200系列提供了多種型號的CPU 模塊，有CPU 221、CPU 222、CPU 224 、CPU 226等，每種型號的CPU模塊都有24V DC和120-220V AC兩種電源供電的類型。在CPU模塊的面板上下分別有兩排I/O狀態(tài)指示燈（LED），左側(cè)有3個運(yùn)行狀態(tài)指示燈（LED）和一個通信端口

47、，內(nèi)部還有一個或兩個模擬電位器，下側(cè)有擴(kuò)展I/O端口用于連接各種擴(kuò)展模塊。S7-200 PLC提供5種數(shù)據(jù)保持方法，有超級電容方式、電池卡方式、數(shù)據(jù)塊方式、斷電自動保存、用戶程序數(shù)據(jù)保持方式。S7 200 PLC內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器、高速脈沖輸出、PID回路控制和通信功能。為了完成比較復(fù)雜的控制功能，S7-200 PLC還有多種功能的擴(kuò)展模塊，如數(shù)字量的輸入和輸出擴(kuò)展模塊，模擬量的輸入和輸出模塊，溫度測量擴(kuò)展模塊，定位控制模塊，通信模塊等。但不同的CPU能夠連接的擴(kuò)展模塊的數(shù)量是不同的，其中，CPU221不能擴(kuò)展，CPU222能擴(kuò)展兩個模塊，CPU224及以上型號能擴(kuò)展7個模塊。4.2.2 通信與網(wǎng)

48、絡(luò)S7-200 PLC提供了強(qiáng)大的通信功能，給CPU配置了不同的通信模塊，可實(shí)現(xiàn)近十種通信方式，如點(diǎn)到點(diǎn)（Point-to-point）PPI網(wǎng)絡(luò)通信、Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)通信、多點(diǎn)接口（Muti-Point）MPI協(xié)議、自由口（用戶定義協(xié)議）通信和Modem遠(yuǎn)程通信等。靈活多樣的通信功能，使S7-200 PLC易于實(shí)現(xiàn)分散的、多級控制系統(tǒng)。PPI協(xié)議是西門子專門為S7-200系列PLC開發(fā)的一個通信協(xié)議，可以提供兩芯屏蔽雙絞線聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6Kbit/s、19.2 Kbit/s和187.5 Kbit/s。PPI協(xié)議是一個主從協(xié)議。在這個協(xié)議中，主站給從站發(fā)送申請，從站進(jìn)行響應(yīng)

49、。從站不初始化信息，但是當(dāng)主站發(fā)出申請或查詢時，從站才響應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)上所有的Some-200 CPU都作為從站。MPI協(xié)議適用于多點(diǎn)接口，它可以是主/主協(xié)議或主/從協(xié)議，協(xié)議如何操作依賴于設(shè)備的類型。如果設(shè)備是S7-300 CPU，則建立的是主/主連接，因?yàn)樗械腟7-300 CPU但是網(wǎng)絡(luò)主站。如果設(shè)備是S7-200 CPU，則建立的是主/從連接，因?yàn)樗械腟7-200 CPU但是網(wǎng)絡(luò)主站。S7-200 CPU可以通過集成通信接口或擴(kuò)展通信模塊EM277連接到MPI網(wǎng)上。其波特率是19.2Kbit/s或187.5Kbit/s。Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議用于分布式I/O設(shè)備的高速通信。這些

50、設(shè)備包括從簡單的輸入輸出模塊到電動機(jī)控制器、可編程控制器。S7-200 CPU可以通過EM277 Profibus-DP擴(kuò)展模塊連接到Profibus-DP協(xié)議支持的網(wǎng)絡(luò)中。Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)使用RS-485標(biāo)準(zhǔn)雙絞線。它允許在一個網(wǎng)絡(luò)段上最多連接32臺設(shè)備。自由口通信協(xié)議是指由用戶定義通信協(xié)議，用戶可以通過設(shè)置特殊存儲器的參數(shù)改變通信口的數(shù)據(jù)傳輸率、數(shù)據(jù)格式，以適用不同的通信協(xié)議。自由口通信協(xié)議可以將CPU與任意通信協(xié)議公開的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，如：上位計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、條形碼閱讀器、變頻器等。也可用于兩臺CPU之間簡單的數(shù)據(jù)交換。5 電梯調(diào)速系統(tǒng)5.1 概述電梯的調(diào)速可以通過對曳引電機(jī)的調(diào)速實(shí)

51、現(xiàn)。對曳引電機(jī)的調(diào)速主要有兩種方法，一種是變壓調(diào)速，使用繼電器觸點(diǎn)的方式，即在需要變速時通過繼電器使觸點(diǎn)動作來使變速線路接通或斷開（一般是控制電阻的接入或斷開），另一種則是變頻調(diào)速，通過變頻器U/f控制頻率的大小來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，也可以通過矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制。繼電器觸點(diǎn)的方式，結(jié)構(gòu)簡單，但調(diào)速過程不夠平滑、有沖擊，而且有大量的能量消耗在電阻上，不夠節(jié)能。相比而言，變頻器調(diào)速方式通過頻率的連續(xù)變化，可以使變速過程十分平滑，若給變頻器加上回饋制動單元，則可以在制動時實(shí)現(xiàn)電能回饋電網(wǎng)。 5.2 變頻器5.2.1 變頻器的形式與結(jié)構(gòu)變頻器主要有三種結(jié)構(gòu)形式：1、用可控整流器調(diào)壓：這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，

52、控制方便，但由于輸入環(huán)節(jié)用可控整流器，當(dāng)電壓或轉(zhuǎn)速較低時，電網(wǎng)端的功率因數(shù)較低。輸出環(huán)節(jié)多采用由功率開關(guān)元件組成的三相六拍逆變器，輸出的諧波較大，這是該形式的主要缺點(diǎn)；2、用不可控整流器整流，斬波器調(diào)壓：這種方式是在主回路增設(shè)的斬波器上用脈寬調(diào)壓，而整流環(huán)節(jié)采用二極管不可控整流。這樣，顯然多增加了一個功率環(huán)節(jié)，但輸入功率因數(shù)高，克服了前一種方式的缺點(diǎn)，而逆變器輸出信號的諧波仍較大；3、用不可控整流器整流，PWM型逆變器調(diào)壓：在這種方法中，喲與采用不可控整流器整流，故輸入功率因數(shù)較高。采用PWM型逆變器則輸出諧波可以減少。中央前兩種調(diào)壓控制方法中存在的缺點(diǎn)問題都解決了。諧波能減少的程度取決于功率

53、開關(guān)元件的開關(guān)頻率，而開關(guān)頻率則受器件開關(guān)時間的限制。如果仍采用普通功率開關(guān)元件，其開關(guān)頻率比六拍逆變器也高不了多少，只有采用可控關(guān)斷的全控式功率開關(guān)元件以后，開關(guān)頻率才得以大大提高，逆變器的輸出波形幾乎可以得到非常漂亮的正弦波，成為當(dāng)前有發(fā)展前途的一種調(diào)壓控制方法。AC調(diào)壓調(diào)壓調(diào)頻調(diào)頻調(diào)壓DCDCDCDC可控整流器PWM逆變器逆變器不可控整流器不可控整流器逆變器斬波器ACACACACAC調(diào)頻b)a)c)a)用可控整流器調(diào)壓 b) 用不可控整流器整流，斬波器調(diào)壓 c) 用不可控整流器整流，PWM型逆變器調(diào)壓圖1.3 變頻器的結(jié)構(gòu)形式變頻器的主電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換成直流功率的“整流器

54、”，吸收在變流和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，將直流功率變換為交流功率的“逆變器”，以及需要制動時附加的“制動回路”。1、整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)；2、平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有一定脈動電壓，此外逆變流器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓波動。為了抑制電壓波動，采用電感或電容吸收脈動電壓（電流）；3、逆變器：同整流器相反，逆變器使將直流功率變換為所要求頻率的交流頻率，根據(jù)PWM控制信號使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到三相頻率可變的交流輸出；4、制動回路：異步電動

55、機(jī)在再生制動區(qū)域使用時，再生能量儲存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般來說，由機(jī)械系統(tǒng)慣量積蓄的能量比電容器儲存的能量大，需要快速制動時，可用可逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動回路把再生能量消耗掉。制動回路UVTSRW整流器平波回路逆變器圖1.4 典型的變頻器5.1.2 西門子MicroMaster440型通用變頻器西門子的通用多功能變頻器MM440采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件，具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性，采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使曳引機(jī)在低噪聲下運(yùn)行，系統(tǒng)更加平穩(wěn)。全面而完善的保護(hù)功能為系統(tǒng)提供了可靠而良好的保護(hù)性能，高性能

56、的矢量控制技術(shù)，有多種控制方式靈活選用，適用不同的領(lǐng)域。在電梯控制系統(tǒng)中，采用的是閉環(huán)矢量控制。具有快速的動態(tài)響應(yīng)特性和超強(qiáng)的過載能力。眾多的自由功能模塊通過BICO(二進(jìn)制互聯(lián)連接)組成了大量資源供用戶使用，從而完成復(fù)雜的多種控制。通過MM440驅(qū)動異步曳引機(jī)構(gòu)成的電梯系統(tǒng)完全滿足國標(biāo)GB7588-2003電梯制造與安裝規(guī)范，GB/T10058-1997電梯技術(shù)條件的要求。圖1.5 MICROMASTER 440型通用變頻器6 詳細(xì)設(shè)計(jì)6.1 硬件設(shè)計(jì)圖1.6 基于PLC的電梯控制系統(tǒng)原理圖在電梯控制系統(tǒng)中，變頻器只完成驅(qū)動電機(jī)和調(diào)速功能，邏輯控制部分是由PLC完成的。PLC與變頻器之間通過RS485進(jìn)行通訊。PLC負(fù)責(zé)處理各種信號的邏輯關(guān)系，對呼叫信號進(jìn)行判斷，從而向變頻器發(fā)出起停信號，控制變頻器的輸出，同時變頻器也將本身的工作狀態(tài)輸送給PLC，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系。系統(tǒng)還配置了與曳引電機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器及PG卡，完成速度反饋與位置反饋。電梯主電路如圖1.7所示。1、在本次設(shè)計(jì)中輸入輸出（I/O）接點(diǎn)為40個輸入、35個輸出， S7 200 PLC CPU本身輸入、輸出接點(diǎn)數(shù)各為24、16，故需要附加擴(kuò)展模塊，選擇數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM223和數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM2