【浅谈电梯节能系统设计】 五层电梯的plc系统设计

摘 要：电梯节能是社会发展的要求，具有可观的经济效益。我国节能电梯价格偏高。在有关电梯的法律法规中，没有对电梯节能项目进行强制性规定等等。推进电梯节能，政府有关部门应出台相关的法律法规，加大媒体宣传力度。电梯生产企业要依靠科技，开发研制节能电梯。应完善电梯配置，改良电梯管理。消费者要提高节能意识。

关键词：电梯；系统分析；充电；放电；电路

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0142－02

电梯是人们生活中必不可少的工具，电梯的数量日益增加。统计表明，电梯能耗占建筑总能耗的20%左右，是建筑能耗的大户之一，仅次于空调。因此，电梯节能越来越受到社会的广泛关注，电梯节能技术也随之不断改善和更新。目前较为先进的电梯节能技术――能量回馈技术可获得非常明显的节能效果，节电率达226%～447%。基于后备电池的电梯节能方案，既能够达到节能的目的，又能够提供自动断电平层的功能。同时，由于接收下来的再生能量可用于照明、风机和门机使用，因而也有利于充分激活电池，延长电池寿命。尽管电池技术本身存在着一些不足，但是在超级电容技术还不成熟的情况下，本文中提出的电梯节能方案具有较高的可行性。

1 系统分析

电梯系统的基本结构包括一个轿箱和一个作平衡用的配重，配重的重量一般为轿箱满负载时的40%～50%。当轿箱移动时，配重会反方向移动。因此，电梯在某些运行状态，如空载上行时，有一部分机械能会通过电动机转化为直流电能，称之为“再生电能”，存储在变频器的直流回路中，形成所谓的“泵升电压”，从而有可能损坏变频器。非节能电梯一般采用制动电阻的方式，将再生的电转化为热能释放掉，而节能电梯则是考虑如何回收再生电能。

2 系统设计

21 电压检测电路设计

电压检测电路主要实现的功能是三相电压和充电电流检测、断电平层及显示功能。对三相电压的检测是为了判断三相市电状态，本文中采用简单的电阻串联限流导通光耦的方法。首先对三相电压进行整流，然后用R1、R2进行限流，限流后的电流为2 mA左右，这样隔离光耦4N25就有足够的导通电流。型号为STC12C5604AD的MCU对光耦后端的集电极进行检测，从而测得当前三相市电状态，并且保证不会因缺相而造成误判。考虑到工业现场可能会出现较大的电压波动，在三相接入时增加了保险丝，以提高系统的可靠性。

电流的检测采用霍尔传感器，其基本原理是当电流流过霍尔元件时，在它的副边会产生与原边电流一定比例的电流。该电流流过电阻产生一定压降便可获得主电路的电流信息。本系统使用的霍尔传感器型号为GSM015A。电流检测的目的是为了防止充电电流过大时对系统造成损害。本系统所用的LCD1602是一种工业字符型液晶显示器，能够同时显示16×2即32个字符，其内部的字符发生存储器存储有160个不同的点阵字符图形，可用来实时显示电压和电流。

22 充电电路设计

本系统充电部分采用微处理器控制的充电电路结构。当检测电梯变频器的母线电压达到650 V时，充电电路开启，对备用电池进行充电；待母线电压降到620 V时，关闭充电，从而使原先在制动电阻上损耗的能量大部分变为可再利用的电池能量。由于直流母线电压较高（650～820 V），因此采用全桥变换电路。在移相控制技术的基础上，利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗，变换效率可达80%～90%，并且不会发生开关应力过大等问题。系统采用典型的UC3875构成的移相控制全桥零电压开关－脉宽调制变换电路，实现定频脉宽调制控制。控制模式采用电压电流双闭环控制，刚开始充电时，充电电压达不到电压限定值，充电电流较大，为防止损坏电池，充电方式选择恒流充电，此时只有电流环起作用，在电流环的作用下恒流充电，达到恒流的输出控制效果；随着充电进行，充电电压逐渐上升，而充电电流逐渐回落减小，充电控制模式将由恒流控制方式自动转变为恒压限流控制方式，直到充电电压达到设定的极限值，此时充电电压限定在极限值，不再升高，保证电池系统安全正常运行。

23 放电电路设计

放电电路包括DC/DC变换电路和逆变电路。当备用电池电压低于230 V时，电路切断备用电池的输出；待备用电池电压充至240 V以上，电池恢复输出。电池输出电压径逆变后供照明、风机和门机使用。

DC/DC变换电路采用交错并联Boost电路，把20节12 V/17 Ah蓄电池串联后，电压变成240 V接入逆变电路。交错并联是指用两个Boost电路单元在同一个开关频率下交替工作，其优点是开关电流只有输入电流的一半，减少开关管的电流应力的同时也减少输入电流谐波；利用Boost电路中耦合电感的漏感解决二极管的反向恢复电流的问题，实现开关管零电流开通，降低开关损耗的同时也降低EMI，提高变换器效率。

逆变电路由SPWM控制电路、驱动电路和主逆变回路组成，主电路是一个全桥开关电路，开关元件采用的是两个2单元的IGBT模块，加上RCD缓冲电路即构成统单相逆变回路。

3 断电平层算法

本文中设计的节能系统，具有断电自动平层功能。为实现这一目的，需要对电梯主控系统的电路进行改造，使之与智能电源管理模块相适应。智能电源管理模块和电梯主控制器的连接方式：电梯电源连接到智能电源管理模块，智能电源管理模块通过检测三相电压模块判断市电是否正常，如果市电正常，KUP接触器保持闭合状态；如果市电不正常，则先断开接触器KUP，然后吸合接触器KUPS，电梯系统随即切换到备用电池

供电方式。在备用电池供电方式下，智能电源管理模块连续检测电梯主控制器的运行信号Y16，如果Y16保持高电平，则继续维持在备用电池工作模式；如果Y16为低电平信号，表明电梯主控制器已完成断电平层任务，则供电方式自动切换到市电供电状态，等待市电恢复。

4 实验及结果分析

对上述设计的系统进行现场测试。试验楼共3层，电梯运行高度11 m，电梯的变频器型号是安川公司的L1000，功率为75 kW。备用电池选用12 V/14 Ah，共有20节，采用串行连接。

41 充电实验

测试方法：电梯空载上行20次，分别测试备用电池和制动电阻上的功率。测试工具为HOKI3390功率计。考虑到蓄电池能量充足的情况下，不再进行再生能量的回收，仍给电梯接上制动电阻，以避免发生危险。通过设置充电电路最大电流参数，得到表1中的测试结果。

再生电能的吸收和充电电流的大小有关，在充电电流为8 A时，备用电池可以吸收78%左右的再生电能。在该试验环境下，电梯每次产生的电能大约为2304 kJ，对照表1可知，系统本身有144 kJ的损耗。

42 断电平层实验

变频器的参数设置：转速3 r/min，启动功率1 000 W。备用电池组的开始电压为260 V，在电梯运行过程中，手动关掉三相电源，智能电源管理模块在检测不到三相输入的情况下，延时一段时间，等待直流母线上的电压变低，然后从市电供电切换到备用电池供电。在电梯主控器发出平层结束信号之后，重新切换到市电供电状态，等待电网恢复供电。连续测试三次，电梯总共运行距离13 m左右，再次测得备用电池组电压为248 V。

5 结束语

本文中提出的基于后备电池的电梯节能方案，既能达到节能的目的，又能提供自动断电平层的功能。同时，由于接收下来的再生能量可用于照明、风机和门机使用，因而也有利于充分激活电池，延长电池寿命。

参考文献：

［1］徐兵采用蓄能器的液压电梯变频节能控制系统研究［D］浙江大学，2001

（编辑：李敏）

On the Elevator Energy－saving System Design

Chen Haihe

Abstract: Elevator energy－saving is the requirements of social development, with considerable economic benefits China’s energy－saving elevator prices are high In the laws and regulations of the elevator, there is no mandatory requirement, and so lift energy－saving projects Promote the elevator energy－saving, government departments, should be introduced to relevant laws and regulations, increasing media propaganda Elevator manufacturers have to rely on technology to develop energy－saving elevator We should improve the elevator configuration, improved elevator management Consumers to raise awareness of energy conservation

Key words: elevator; systems analysis; charge; discharge; circuit

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1、自检功能

传动电机在停止状态时按下自检按钮T7-SB1，系统开始自检，自检期间指示灯T7-HL1以1HZ频率闪烁。自检步骤如下：

货梯下行，运行到底层，触发T6-SQ1（下文提到的SQ1-SQ3均为试验台左下方T6直线位移传动模块的接近开关），将编码器当前数值作为系统的起始点(即零点)。

货梯上行，运行到三层，依次触发SQ2、SQ3，触发SQ3后将编码器当前数值作为终点高度(三层高度),系统依据编码器数值和三层设定的高度自动计算出轿厢运行中所处的实际位置，自检完成。且要求触发SQ3后，位移表能始终正确显示轿厢当前刻度尺所标示的位置。

自检过程不限于以上方式，只要位移表可以正确显示轿厢位置，以及获取所有自动控制需求的数据即可。

自检检验：用三个钮子开关控制PLC对位移表的输出，每单独接通其中一个钮子开关，位移表可显示对应楼层的接近开关刻度尺位置。三个钮子开关全部断开时，位移表显示轿厢实际位置。

自检期间速度要求：自检期间变频器输出频率固定为15Hz

2、速度自动控制

（1）变频器运行加速时间8S，减速时间2S，变频器输出频率上限20Hz。

（2）货梯正常运行时变频器输出频率为15 Hz，在距离目标位置小于5cm时，速度为10 Hz。

3、自动控制要求

*** 作人员可在货梯轿厢内进行选层 *** 作，也可在各楼层货梯外对货梯进行上、下呼叫 *** 作。要求选层信号选定后，再按一次此层的选层按钮，可取消选层信号，轿厢外呼叫信号不可取消。

指示灯要求：当 *** 作人员按下轿厢内选层按钮，或是轿厢外呼叫按钮时，相应的指示灯亮起。电梯楼层指示灯L1-L3用作指示当前货梯所处楼层用，要求除自检期间外，至少有一盏灯亮。

单一呼叫信号：当只有一个呼叫信号时，如仅按下2层的下行按钮D2，或仅按下轿厢内第3层选层按钮S3，货梯会自动运行到指定层，并在到达指定层后执行一次开、关门动作（具体动作要求见货梯门系统），然后复位掉呼叫信号。

顺向截停：在电梯轿厢运行过程中，任何与轿厢运行方向相反的呼叫信号都不响应，但是如果轿厢运行前方没有与运行方向同向的呼叫信号时，则电梯响应轿厢运行方向前方的反方向呼叫信号。例如电梯在一层将要运行到三层，在运行过程中可以响应2层向上的呼叫信号和2层选层信号，但不响应2层向下的呼叫信号

/建立一座两层楼，一部电梯的模拟程序。为简化起见，每部电梯限乘一人，电梯每天在一楼关门等待

模拟程序包括一个时钟，每天从零开始。模拟程序得调度器组件随机设置每一层第一个人到来的时间，当时钟的时间等于第一个人到来的时间时，模拟程序生成一个新到的人将该人放到这一层。然后这个人按下按钮，请求电梯开门。这个人的目的地楼层不能与他上电梯的楼层相同。

如果第一个人到达第一层，则可以在按下按钮、等待电梯开门之后立即进入电梯。如果第一个人在第2层，则电梯要升到第2层去接他。电梯从1层移到2层需要5秒。

电梯到达一层时，打开电梯门上的灯，并在电梯内发出铃声，该层的按钮和电梯中表示该层的按钮复位，电梯门打开，乘客走出电梯（如果有到该层的乘客）。另一乘客（如果该层有人等待）进入电梯按下目的层按钮，电梯们关上。电梯移动前确定移动方向（两层很容易判断），为简单起见，电梯到达一层直到关门所花时间为0。

任何时间每层最多只能有一人等待，如果新到的人（不在电梯中）要到达该层时该层被占用，则一秒后才能安排新到达者。假设每隔5到20秒人们随机到达每层/

#include < iostream >

#include < ctime >

#include < iomanip >

#include < string >

#include <stdlibh>

#include < windowsh >

using namespace std;

class person

{

public:

string sex; //定义人员类

person();

void newset();

};

person::person()

{ sex="man"; }

void person::newset()

{

int i;

srand((unsigned)time(NULL));

for(i=0;;i++)

{

if(rand()==1)

{sex="man"; break; }

if(rand()==2)

{sex="woman"; break; }

}

}

class elevator

{

public:

int now; //定义电梯类

elevator();

};

elevator::elevator()

{ now=1; }

class Time

{

public:

static void outtime() //定义时间类，用于输出电梯每次运行时的时间

{

SYSTEMTIME t;

GetLocalTime(& t);

cout<<" //"<<twYear<<""<<twMonth<<""<<twDay<<" "<<twHour<<":"<<twMinute<<":"<<twSecond<<endl;

}

};

void last(long n) //用于等待时输出的函数

{

long i;

i=n/500;

for(i=0;i<n/500;i++)

{

cout<<''; Sleep(500);

}

cout<<endl;

}

void waiting()

{ long m; //模拟随机等待的时间函数

srand((unsigned)time(NULL));

cout<<"elevator waiting";

for(int i=0;i<1000;i++)

m=rand()%(20000-5000+1)+5000;

last(m);

}

void output(long t,person & p,elevator & e) //电梯模拟函数

{

static n=1; //定义乘客的个数

if( t==1) //有人在一楼按铃

{

pnewset();

if(enow!=1) //但是此时电梯停留在二楼

{

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") arrived floor 1"; //输出有人到达一楼

Time::outtime(); //输出此时的准确时间

cout<<"elevator running";

last(5000);

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") enters elevator"; //输出乘客进入电梯

Time::outtime(); //输出此时的准确时间

cout<<"elevator running";

last(5000);

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") arrives floor 2"; //输入乘客到达二楼

Time::outtime(); //输出此时的准确时间

enow=2;

n++;

system("color 0C"); waiting(); system("color 0F");

}

else //此时电梯就是一楼

{

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") arrives floor 1"; //输出有人到达一楼

Time::outtime(); //输出此时的准确时间

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") enters elevator"<<endl;

cout<<"elevator running";

last(5000);

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") arrives floor 2";

Time::outtime();

enow=2;

n++;

system("color 0C"); waiting(); system("color 0F");

}

}

if(t==2) //有人在二楼按铃

{

if(enow!=2) //但是电梯此时不在二楼

{

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") arrived floor 2";

Time::outtime();

cout<<"elevator running";

last(5000);

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") enters elevator";

Time::outtime();

cout<<"elevator running";

last(5000);

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") arrives floor 1";

Time::outtime();

enow=1;

n++;

system("color 0C"); waiting(); system("color 0F");

}

else //此时电梯就是二楼

{

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") arrives floor 2";

Time::outtime();

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") enters elevator";

Time::outtime();

cout<<"elevator running";

last(5000);

cout<<"person "<<n<<"(a "<<setw(5)<<psex<<") arrives floor 1";

Time::outtime();

enow=1;

n++;

system("color 0C"); waiting(); system("color 0F");

}

}

}

int main()

{

coutfill('');

cout<<setw(80)<<'';

coutfill(' ');

system("color 0C");

cout<<setw(50)<<"欢迎使用电梯模拟程序"<<endl; //输出头菜单

coutfill('');

cout<<setw(80)<<'';

coutfill(' ');

int i;

person p;

elevator e;

srand((unsigned)time(NULL)); //定义随机数种

waiting();

system("color 0F");

for(i=0;;i++)

output(rand(),p,e); //调用电梯模拟函数

return 0;

}

我给你个五层的吧，仅供参考！

第二章 电梯的硬件设计

21电梯控制系统的硬件配置

本系统是主要由PLC、变频器、控制箱、显示器、拽引电动机组成的交流变频调速系统（Variable Voltage Variable Frequency,简称VVVF）。通过PLC去控制电梯的运行方式，可以使得控制系统的可靠行更高，结构显得更加紧凑。本系统的硬件框图如图3-1所示。

图2-1 PLC电梯联动控制系统硬件框图

从图3-1可以看出，该系统主要由两个部分组成，其中电梯控制的逻辑部分由PLC来实现。通过分析研究电梯的实际运行情况和控制规律，从而设计开发出电梯联动控制程序，使得PLC能够控制电梯的运行 *** 作。电梯的调速部分则选用高性能的矢量控制变频器，配以脉冲发生器（编码器）测量鼠笼式拽引电动机的转速，从而够成电机的闭环矢量控制系统，实现鼠笼式拽引机电动机交流变频调速（Variable Voltage Variable Frequency,简称VVVF）运行。

PLC首先接收来自电梯的呼梯信号、平层信号，然后根据这些输入信号的状态，通过其内部一系列复杂的控制程序，对各种信号的逻辑关系有序的进行处理，最后向直流门控电机、变频器和各类显示器适时地发出开关量控制信号，对电梯实施控制。在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随机性控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强，逻辑关系处理起来非常复杂，这就给PLC的编程带来很大难度。

在PLC向变频器发出开关量控制信号的同时，为了满足电梯的要求，变频器又需要通过鼠笼式拽引电动机同轴连接的脉冲发生器和PG卡，对电动机完成速度检测及反馈，形成闭环系统。脉冲发生器输出脉冲，PG卡接收到脉冲以后，再将此反馈给变频器内部，以便进行运算调节。根据脉冲的相序，可判断出电动机的转动方向，并可以根据脉冲的频率测得电动机的转速。

211硬件电路

图2-2 硬件接线图

其各部分功能说明如下；

Q1—三相电源断路图

K1—电源控制接触器

K2—负载电机通断控制接触器

VS—变频器

BU—制动单元

RB—能耗制动电阻

M—主拖动拽引电机

212主电路

主电路由三相交流输入、变频驱动、拽引机和制动单元几部分组成。由于采用交-直-交电压型变频器，在电梯位势负载作用下，制动时回馈的能量不能送回电网，为限制泵升电压，采用受控能耗制动方式。

213PLC控制电路

PLC接收来自 *** 纵盘和每层呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号。

22电梯的速度控制曲线

电梯作为一种载人工具，在位势负载状态下，除要求安全可靠外，还要求运行平稳，乘坐舒适，停靠准确，电梯的运行速度应当符合图2-3所示，平层误差应符合表2-1所示：

Vm电梯运行额定速度 Vp 平行爬层慢车速度

图2-3 电梯运行速度曲线图

表2-1平层误差范围

高速梯 快速梯 低速梯m/s

≤±5 ≤±10 ≤05 >05

≤±15 ≤±30

采用变频调速双环控制可基本满足要求，但和国外高性能电梯相比还需要进一步改进。本设计正是基于这一想法，利用现有旋转编码器构成速度的同时，通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入PLC的高速计数输入端口，通过累计脉冲数，经式计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。

电梯位移h=SI

式中I:累计脉冲数S:脉冲当量

S=IpD/(pr)(1)

本系统采用的减速机,其减速比1=1/20,拽引

轮直径D=580mm,电机额定转速ne=1450r/min,旋转编码器每转对应脉冲数p=1024,PG卡分频比r=1/18,带入式（1）得

S＝16mm/脉冲

23 拖动电动机的选择

电动机的选择包括选择电动机的种类、结构形式及各种额定参数。

电动机选择的基本原则

电动机的机械特性应满足生产机械的要求，要与负载特性相适应。保证运行稳定且具有良好的启动性能和制动性能。

工作过程中电动机容量能得到充分利用，使其温升尽可能达到或接近额定温升值。

电动机结构形式要满足机械设计提出的安装要求，适合周围环境工作条件的要求。

根据生产机械调速要求选择电动机

在一般情况下选用三相笼型异步电动机或双速三相电动机；在既有一般调速又要求起动转矩大的情况下，选用三相绕线型异步电动机；当调速要求高时选用直流电动机或带变频调速的交流电动机来实现。

综上，电梯的曳引电动机选择三相绕线型异步电动机，门机可选择变频调速的交流电动机。

电动机结构形式的选择

根据不同工作环境选择电动机的防护形式。开启式适用于干燥、清洁的环境；防护式适用于干燥和灰尘不多，没有腐蚀性和爆炸性气体的环境；封闭自扇冷式与他扇冷式用于潮湿、多腐蚀性灰尘、多风雨侵蚀的环境；全封闭用于浸入水中的环境；隔爆式用于有爆炸危险的环境中。

综上，机房和井道的工作环境干燥和灰尘不多，没有腐蚀性和爆炸性气体，因此曳引电动机和门机电动机均选择防护式；

电动机额定电压的选择

电动机额定电压应与供电电网的供电电源电源一致。电梯均采用三相五线制，因此曳引电动机额定电压380V，门机电源可以和光幕或安全触板电源共用，因此选择220V额定电压。

电动机额定转速的选择

对于额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机尺寸、重量和成本愈低，因此在生产机械所需转速一定的情况下，选用高速电动机较为经济。但由于拖动电动机转速越高，传动机构转速比较大，传动机构越复杂。因此应综合考虑电动机与传动机构两方面的多种因素来确定电动机的额定转速。通常采用较多的同步转速为1500r/min的三相异步电动机。

电动机容量的选择

电动机的容量反映了它的负载能力，它与电动机的允许温升和过载能力有关。允许温升是电动机拖动负载时允许的最高温升，与绝缘材料的耐热性能有关；过载能力是电动机所能带最大负载能力，在直流电动机中受整流条件的限制，在交流电动机中由电动机最大转矩决定。实际上，电动机的额定容量由允许温升决定。

电动机容量的选择方法有两种，一种是分析计算法，另一种是调查统计类比法。

分析计算法 根据生产机械负载图求出其负载平均功率，再按负载平均功率的（11~16）倍求出初选电动机的额定功率。对于系数的选用，应根据负载变动情况确定。大负载所占分量多时，选较大系数；负载长时间不变或变化不大时，可选最小系数。

对初选电动机进行发热校验，然后进行电动机过载能力的校验，必要时还要进行电动机起动能力的校验。当校验合格时，该额定功率电动机符合负载要求；若不合格，再另选一台电动机重新进行校验，直至合格为止。此方法计算工作量大，负载图绘制较为困难。对于较为简单、无特殊要求、一般生产机械的电力拖动系统，电动机容量的选择往往采用调查统计类比法。

统计类比法 将各国同类型、先进的机床电动机容量进行统计和分析，从中找出电动机容量与主要参数间的关系，再根据我国国情得出相应的计算公式来确定电动机容量。这是一种实用方法。

24 速度控制

本方法是利用PLC扩展功能模块D/A模块实现的,事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器,程序运行时,通过查表方式写入D/A,由D/A转换成模拟量后将、理想曲线输出

加速给定曲线的产生

由于电梯逻辑控制部分程序最大,而PLC运行采用周期扫描制,因而采用通常的查表方法,每次查表的指令时间间隔过长,不能满足给定曲线的精度要求。在PLC运行过程中，其PLC与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信息采集、控制量的输出等 *** 作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询、判断、和 *** 作。

2）减速制动曲线的产生

为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加速过程由固定周期中断完成，加速到对应模式的最大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的最大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。在该中断服务程序中修改计数器设定值的条件，保证下次中断执行。

25 I/O点数分配及PLC的型号的选择

分配I/O点之前，首先要了解有哪些输入输出点，图34 五层电梯的简化模型和控制柜示意图，从中我们不难发现输入的大致分布情况。

图24 五层电梯的简化模型和控制柜示意图

251I/O接口模块

S7-200的接口模块主要有数字量I/O模块、模拟量I/O模块和通信模块。下面分别介绍这些模块。

数字量I/O模块的选择

电梯逻辑控制系统的控制核心是PLC，哪些信号需要输入至PLC，PLC需要驱动哪些负载，以及采用何种编程方式，都是需要认真考虑的问题，都会影响到其内部I/O点数的分配。因此，I/O点数的确定，是设计整个PLC电梯控制系统首先需要解决的问题，决定着系统硬件部分的设计，也是系统软件编写的前提。

（二）模拟量I/O模块的选择

模拟量I/O模拟的主要功能、是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（A/D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量转换成PLC内部接受的数字量；模拟量输出（D/A）模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。

典型模拟量I/O模块的量程为-10V～+10V、0～+10V、4～20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。

（三）特殊功能模块的选择

目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I/O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。

252统计I/O点数

输入信号有31个，考虑到有15%的备用点，即31×（1+15%）=3565，取整数36，共需36个输入点。

输出信号有31个，考虑到有15%的备用点，即31×（1+15%）=3565，取整数36，因此共需36个输出点。

253 PLC程序中I/O点的定义

在编程过程中，所用到的I/O地址分配如表2-2所示。编程过程可分为电梯内部和电梯外部两分进行。

输入输出点分配下表：

表2-2 符号明细参数表

输入、输出点分配表

输入点 对应信号 输出点 对应信号

I01 外呼按钮1上 Q00 KM1电动机正转

I02 外呼按钮2上 Q01 ——

I03 外呼按钮2下 Q02 KM2电动机反转

I04 外呼按钮3上 Q03 KV线圈及故障

I05 外呼按钮3下 Q04 上行指示

I06 外呼按钮4上 Q05 下行指示

I07 外呼按钮4下 Q06 开门指示

I10 外呼按钮5下 Q07 关门指示

I11 内呼按钮去1楼 Q10 1上外呼指示

I12 内呼按钮去2楼 Q11 2上外呼指示

I13 内呼按钮去3楼 Q12 2下外呼指示

I14 内呼按钮去4楼 Q13 3上外呼指示

I15 内呼按钮去5楼 Q14 3下外呼指示

I16 1楼平层信号 Q15 4上外呼指示

I17 2楼平层信号 Q16 4下外呼指示

I20 3楼平层信号 Q17 5下外呼指示

I21 4楼平层信号 Q20 内呼按钮去1楼指示

I22 5楼平层信号 Q21 内呼按钮去2楼指示

I23 上下限位 Q22 内呼按钮去3楼指示

I24 轿厢内开门按钮 Q23 内呼按钮去4楼指示

I25 轿厢内关门按钮 Q24 内呼按钮去5楼指示

I26 热继电器 Q25 LED层显示a段

I27 —— Q26 LED层显示b段

I30 一楼上行减速接近开关 Q27 LED层显示c段

I31 二楼上行减速接近开关 Q30 LED层显示d段

I32 二楼下行减速接近开关 Q31 LED层显示e段

I33 三楼上行减速接近开关 Q32 LED层显示f段

I34 三楼下行减速接近开关 Q33 LED层显示g段

I35 四楼上行减速接近开关 Q34 加速继电器

I36 四楼下行减速接近开关 Q35 低速继电器

I37 五楼下行减速接近开关 Q36 快速继电器

254程序中使用的内部继电器说明

程序中使用的内部继电器说明见下表：

表2-3 符号明细参数表内部继电器说明

内部继电器说明

M00 1楼上升 外呼按钮用，用于记忆外呼按钮呼梯信号，平层解除 M40 上升综合信号

M01 2楼上升 M41

M02 2楼下降 M42

M03 3楼上升 M43

M04 3楼下降 M44 下降综合信号

M05 4楼上升 M45

M06 4楼下降 M46

M07 5楼下降 M47

M51 1楼平层 平层用，用于记忆平层信号，被其他平层信号解除 M16 上升记忆信号

M52 2楼平层 M17 下降记忆信号

M53 3楼平层 M61 1层有效开门信号

M54 4楼平层 M62 2层有效开门信号

M55 5楼平层 M63 3层有效开门信号

M11 内呼去1楼 用于要去的楼层，平层时解除 M64 4层有效开门信号

M12 内呼去2楼 M65 5层有效开门信号

M13 内呼去3楼 M66 已正常开关门记忆信号

M14 内呼去4楼 M71 1层手动开关

M15 内呼去5楼 M72 2层手动开关

M20 1楼上升 开关门有效外呼 M73 3层手动开关

M21 2楼上升 M74 4层手动开关

M22 2楼下降 M75 5层手动开关

M23 3楼上升 M76 各层手动开门信号综合

M24 3楼下降 T34 电梯加速时间

M25 4楼上升 T37 开门时间

M26 4楼下降 T38 关门时间

M27 5楼下降 T39 运行后不在平层的时间

M31 内呼去1楼 开关门有效内呼 T40 无人乘坐回基站的时间

M32 内呼去2楼

M33 内呼去3楼

M34 内呼去4楼

M35 内呼去5楼

255PLC的型号选择

选择能满足控制要求的适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一步。目前，国内外PLC生产厂家的PLC品种已达数百种，其性能各有特点。所以，在设计时，首先要尽可能考虑采用熟悉的PLC。

1 PLC的型号

在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比，具体应考虑以下几点。

（1）性能与任务相适应

对于开关量的控制的应用系统，当对控制速度要求不高时，如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等，可选用小型PLC（如SIEMENS公司S7-200系列CPU224型PLC）就能满足要求。

对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如工业生产中常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器（对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的温度模块）和驱动装置，并且选择运算功能强的小型PLC，（如SIEMENS公司的S7-300系列PLC）。

对于控制比较复杂的中大型控制系统,如闭环控制、PID调制、通信联网等，可选用中、大型PLC（如SIEMENS公司的S7-400系列PLC）。当系统的各个控制对象分布在不同的地域时，应根据各部分的具体要求选择PLC，以组成一个分布式的控制系统。

（2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求

PLC工作时，从输入信号到输出控制存在着滞后现象，即输入量的变化，一般要在1或2个扫描周期之后才能反映到输出端，这对于一般的工业控制是允许的。但有些设备的实时性要求较高，不允许有较大的滞后时间。例如PLC的I/O点数在几十2到几千点范围内，这时用户程序的长短对系统的响应速度会有较大的差别。滞后时间应控制在几十毫秒之内，应小于普通继电器的动作时间（普通继电器的动作时间约为100ms），否则就没有意义了。通常为了提高PLC的处理速度，可以采用以下几种方法；

选择CPU处理速度快的PLC，使执行一条基本指令的时间不超过05us；

优化应用软件，缩短扫描周期；

采用高速响应模块，例如高速计数模块，其响应的时间可以不接受PLC扫描周期的影响，而只取决于硬件的延时。

（3）在线编程和离线编程的选择

小型PLC一般使用简易编程器。它必须插在PLC上才能进行编程 *** 作，其特点是编程器与PLC共用一个CPU，在编程器上有一个“运行/监控/编程（RUN/MONITOR/PROGRAM）”选择开关，当需要编程或修改程序时将选择开关转到“编程（PROGRAM）”位置，这时PLC的CPU不执行用户程序，只为编程器服务，这就是“离线编程”。当编程好后再把选择开关转到“运行（RUN）”位置，CPU则去执行用户程序，对系统实施控制。简易编程器结构简单、体积小，携带方便，很适合在生产现场调试、修改程序用。

图形编程器或者个人计算器与编程软件包配合可实现在线编程。PLC和图形编程器各有自己的CPU，编程器的CPU可随时对键盘输入的各种编程指令进行处理。PLC的CPU主要完成现场的控制，并在一个扫描周期的末尾与编程器通信，编程器将编好或修改好的程序发送给PLC，在下一个扫描周期，PLC将按照修改后的程序或参数控制，实现“在线编程”。图形编程器价格较贵，但它功能强，适应范围广，不仅可以用指令语句编程，还可以直接用梯形图编程，并可存入磁盘或用打印机打印出梯形图和程序。一般大、中型PLC多采用图形编程器。使用个人计算机进行在线编程，可省去图形编程器，但需要编程软件包的支持，其功能类似于图形编程器。

根据控制要求PLC控制系统选择SIEMENS公司S7-200系列CPU226，因为I/O点数不够，另外选择扩展模块EM221。

第三章 电梯的软件设计

31系统的软件设计

系统的软件设计因控制任务的难易程度不同而异，也因人而易。具体是用梯形图还是用语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：

a)有些PLC使用梯形图编程不是很方便（例如书写不方便），则可用语句表编程，但梯形图比语句表直观。

b)经验丰富的人员可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。

c)如果是清晰的单顺序或并发顺序的控制任务，则最好用功能图来设计程序。

整个系统软件是一个整体，其质量的 好坏很大程度上影响可编程控制的性能。很多情况下 ，通过改进系统软件就可以在不断增加任何设备的条件下大大改善可编程控制器的性能，例如，S7-200系列在推出后，西门子公司不断的将其系统软件进行完善，使其功能越来越强。

软件设计可以与现场施工同步进行，即在硬件设计完成 以后，同时进行软件设计和现场施工，这样可以保证程序的正确运行。

311电梯控制的PLC外部接线图

根据I/O接口分配情况，可画出PLC外部接线图，如3-1所示。

3-1电梯的硬件接线图

312电梯的流程图

电梯的流程图（如图32）

32 电梯流程图

32电梯的基本功能

321电梯内部部件功能简介

在电梯内部，应该有5个楼层（1~5）按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器、上升和下行显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应该有能让乘客按下的代表其要去的目的地楼层按钮，称为内呼按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还应配有指示灯，用来显示电梯现在所处的状态，既电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。

322电梯的外部部件功能简介

电梯的外部共分5层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持为亮，它和上升指示灯、下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。5层楼电梯中，1层只有上呼叫按钮，5层只有下呼叫按钮，其余3层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器，5层电梯均应该相同。

323电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析

1）电梯的初始状态。为了方便分析，假设电梯位于1层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态：

a) 各层呼叫灯均不亮。

b) 电梯内部及外部各楼层显示器均为“1”。

c) 电梯内部及外部各层电梯门均关。

2）电梯在运行过程中：

a) 按下某层呼叫按钮（1~5层）后没，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。

b)电梯上行或下行直至该层。

c)各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。

d)运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开。

在电梯运行过程中，支持其他呼叫。

3）电梯运行后状态：在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。

a)电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，支持手动开门或开门；

b)各楼层显示植为该层所在位置，且上行与下行指示灯均灭。

33实际运行中的情况分析

实际中，电梯服务的对象是许多乘客，乘客乘坐电梯的目的是不完全一样的，而且，每一个乘客呼叫电梯的时间有前有后，因此，我们将电梯在实际中的各种具体情况加以分类，做出分析，以便于编制程序。

331 分类分析

电梯上行分析。

若电梯在上行过程中，某楼层有呼叫产生时，可分以下两种情况：

若呼叫层处于电梯当前运行层之上目标运行层之下，则电梯应在完成前一指令之前先上行至该层，完成该层呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫运作。

呼叫层处于电梯当前运行层下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。

电梯下行分析。

若电梯在下行过程中，楼层有呼叫产生时，可分以下两种情况：

若呼叫层处于电梯当前运行之下目标运行层之上，则电梯应在完成前一指令之前先下行至该层，完成该层呼叫后再由近至远地完成其他各个呼叫动作。

若呼叫层处于电梯运行层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。

332 总结规律

由以上各种分析可以看出，电梯在接受指令后，总是由近至远地完成各个呼叫任务。电梯机制只要依此原则进行设计动作，就不会在运行时出现电梯上下乱跑的情况了。在分析的同时，我们也知道了电梯系统中哪些是可人工 *** 作的设备。

在电梯的内视图中，其中包括1个楼层显示灯、开门按钮、关门按钮、1层到5层的呼叫按钮以及电梯的上升和下降状态指示灯等。外视图中，1层有1个上呼叫按钮，5层有1个下呼叫按钮，2、3和4层有上、下呼叫按钮个1个，每个呼叫按钮内部都有1个相应的指示灯，用来表示该呼叫是否得到响应。

333 电梯的控制要求

接受每个呼叫按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。

电梯停在某一层（例如3层）时，此时按动该层（3层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿箱不在该层（在1、2、4、5层），则等到电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。

电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。例如现在电梯的位置在1层和2层之间上行，此时出现了1层上呼叫、2层下呼叫和3层上呼叫，则电梯首先响应三层上呼叫，然后再依此响应2层下呼叫和1层上呼叫。

电梯在每一层都有1个行程开关，当电梯碰到某层的行程开关时，表示电梯已经到达该层。

当按动某个呼叫按钮后，相应的呼叫指示灯亮并保持，直到电梯响应该呼叫为止。

当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内部的开门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。

当电梯运行到某层后，响应的楼层指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。

电梯正确使用流程：

1、确认电梯状态

乘坐电梯时要先观察电梯是否正常运行，查看电梯门侧边的上/下行按钮是否正常。

2、按上/下行按钮

状态确认无误后根据需要按向上箭头/向下箭头的按钮，分别对应上行和下行。

3、进入电梯

等电梯门安全顺利打开后，迅速进入电梯，在此期间不要嬉戏打闹，不要用手扒电梯门，以免发生危险。

4、按楼层按钮安静等待即可

同乘人员都进入电梯后，迅速按下楼层按钮，确认无误后按关门按钮，完成后电梯即可顺利运行，乘客保持安静等待即可。

乘坐电梯注意事项：

一、不要超重。要观察电梯的容量，如果快要达到电梯的承载量时，不要再上去了。

二、不要挨着电梯门。很多电梯都是根据红外线感应来设置的，年代久远的电梯红外感应不好，不要让小孩靠近电梯门口。

三、不要在电梯里蹦跳。在电梯里蹦蹦跳跳时产生的压力有可能使电梯发生故障。

四、不要乱按电梯楼层。电梯由智能软件程序来控制， *** 作很快时，软件程序的反应不会那么迅速，有可能会导致故障。

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