基于s7－200plc的电梯监控系统的设计

基于s7－200plc的电梯监控系统的设计内容摘要：

. 2 1 . 5 1 . 6 1 . 73L0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 1 . 02L0 . 0 0 . 1 0 . 2 0 . 31L1M 0 . 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 1 . 0 1 . 1 1 . 2 1 . 3 1 . 4 2M 1 . 5 1 . 6 1 . 7 2 . 0 2 . 1 2 . 2 2 . 3 2 . 4 2 . 5 2 . 6 2 . 7 M L+1 . 3 1 . 4 6 PLC 的输入输出接线设计 为了合理地利用 PLC 的输入输出端口，输入输出电路的设计往往和程序设计是有联系的。 本设计采用德国西门子公司的 S7200 系列 CPU226 模块 PLC，选用三个输入模块（编号为 —、 —、 —）共 24 点和两个输出模块（编号为 —、 — — ）共 18 点，共 42 点。 经过合理安排使全部输入、输出点正好满足要求，其输入、输出继电器 I/O 分配如表 1 所示。 根据电梯的控制要 求 PLC 输入输出的分配表，设计出 PLC 的接线如图 1 所示。 电梯控制的电路设计包括 PLC 接线和电动机控制电路。 图 2 为 PLC 的外部接线图，根据电梯控制要求，在电梯的 1— 3 层门厅各设置 1 个上行呼唤按钮，在 2— 4 层各设置 1 个下行按钮，在轿厢内设置 4 个选层按钮（用于登记所到的楼层）。 上述按钮占用输入端子 — 和 — 和它们对应的信号灯分别占用输出端子— 和 —，当上述按钮被按动时，对应输出端子的信号灯亮，并被保持，只有当电梯行至对应的楼层时才被消除。 在轿厢内设置开门 按钮（ ）和关门按钮（ ）用于在电梯停止时开门和关门（在检修操作方式下可随时开门和关门）。 电梯设置检修（手动）操作方式，检修手动开关 S1 占用 端子， S1 有两个常开接点和一个常闭接点。 当按动 S1 时， S1 的一个常开触点接通输入继电器 ，使电梯运行在检修状态，常闭接点断开，切断门厅呼唤按钮的电路，使它在检修状态下不起作用，另一个 S1 常开接点接通了检修时专用的上升、下降、停止控制按钮和高速 /低速，点动 /连动控制方式选择开关。 在检修操作操作方式下，输入端 — 所接的门厅呼唤按钮 不起作用，在此可利用它作为检修输入开关用，从而减少输入端子的数量，为了防止万一有人按动门厅呼唤按钮，形成寄生电路，造成误动作，在 — 所接的开关分别串一个二极管来消除寄生回路。 开关 S2 用于有无司机的选择，当 S2 闭合时为有司机操作方式， S2 断开时为乘客操作方式。 在 14 层楼分别设置一个限位开关（ — ）以检测轿厢的位置，在每一个限位开关串一个发光二极管，可以检测限位开关的故障或通断状态。 输出端 用于控制升降电机的高低速，当 =1 时，继电器 得电使电动机低速运 行，同时定时器 T1 得电， 1 秒后电机停止。 当 =0 时 失电，电动机高速运行。 继电器 K K10 分别用于控制开门、关门。 输出继电器 K K2 分别用于控制电梯的上升、下降，占用 、。 7 表 1 S7200 型 PLC I/O 分配表 电动机控制电路设计 随着电子技术和自动控制技术的发展，电梯的控制技术逐步成熟，电梯制造业元器件 功能 1 层 2 层 3 层 4 层 输入继电器 I 上呼按钮 下呼按钮 内选层按钮 限位开关 其他 开门 关门 上 行 下行 点动 开限 关限 检修 司机 输出继电器 Q 上呼信号 下呼信号 楼层指示 内选层信号 电机控制 开门 关门 上行 下行 内部继电器 M 楼层信号 轿厢位置 其他 上判 下判 停止冲 低速 8 也迅速发展，出现了交流调压调速电梯、变压变频电梯和交流双速电梯。 交流双速拖动系统是电梯驱动系统中较为简单、经济的一种。 它多采用开环方式控制，线路简单、成本低、故障率低 ，使用与维护都较方便。 本设计就是采用的交流双速电机控制系统 [9]。 交流电机的工作原理 [10]： 由电机学知道三相异步电动机的工作表达式为： n＝ 60f（ 1s） /p 其中： f——— 电源频率（ Hz） p——— 电动机定绕组的极对数 s——— 转差率 n——— 转速（ r／ min） 由上式可知，改变电动机定子绕组的极对数就可改变电动机的转速，达到调速的目的。 双速电机的速度调节实质上就是通过快速绕组和慢速绕组之间的切换来实现的：当电梯起动加速和稳速运行时，将三相快速绕组接上电源；当电梯制 动减速时，则切断快速绕组电源并将三相慢速绕组接上电源。 由于电机快、慢速绕组间的切换过程很短，电机的速度因惯性变化很小，因而此时电机转速正对应在慢速绕组的第Ⅱ象限的再生制动（发电制动）特性，从而使得电梯按这一特性进行制动减速，直至慢速绕组对应于负载的稳定速度上。 当电梯到达平层位置时使慢速绕组切断电源，电机停止转动。 这就完成了电梯的一次运行过程。 图 1 为主电路图 KM KM2 为电动机正、反转接触器，用以实现电梯上下行控制； KM KM4 为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或低速运行；KM5 为启动加 速接触器； KM KM KM8 为减速制动时的接触器； L L2 与R R2 为串入电动机定子电路中的电抗与电阻，与 KM5~KM8 配合实现对电机的加减速控制。 当 KM1 或 KM2 与 KM3 通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后 KM5 通电吸合，切除 R L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后， KM3 断电释放， KM4 通电吸合，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~KM8 依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动的舒适感；至平层位置时，接触器全部断电释放 ，机械抱闸，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。 9 图 2 电机控制主电路图 图 2 为门机电路抱闸电路门锁及安全运行电路 门电动机为它励直流电动机 KM 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 部分被短接，实现开门调速。 KM10 接通时，电动机将反转，实现关门，并由 SQ SQ10 与 R3 一起实现关门调速。 在电梯上下运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。 电梯停 止运行时，抱闸应抱死，其线圈断电。 故可用 KM KM2 控制抱闸线圈 YB 的通电与断电。 将所有门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KM11 M~ SQ0 KM6 KM7 L1 KM5 KM8 KM2 KM1 FR2 R2 L2 KM4 L2 L1 FU FR1 L3 SQ R1 KM3 10 后电梯才能运行的控制。 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（ SA2）以及热继电器触点 FR FR2 串联在一起，构成安全回路，控制安全运行继电器 KA2,只有当 KA2 吸合时，才允许 PLC处于运行状态。 图 3 门机、抱闸、门锁及安全运行电路 图 4 为 PLC 电源控制电路 [11]，本采用 DC 24V供电，电梯正常工作时，锁梯开关 SA2 接通， PLC 电源接通，程序正常运行，锁梯时， SA2 断开， PLC 断电，电梯停止运行。 图 4 PLC 电源控制电路 L1 AC220V N N L PLC SA2 SQ15 SQ14 SQ13 SQ12 SQ11 R2 R3 110v KA1 KM10 SQ10 SQ9 KM9 KM9 M2 KM10 KM9 SQ8 R1 KM10 R4 YB KM2 KM1 SQ18 SQ17 SQ4 SQ3 SQ2 SQ1 SQ19 KA2 FR1 FR2 11 4 控制梯形图的设计 楼层信号控制程序设计 主体设计流程图 图 5系统流程图 门厅上行呼唤信号 图 6 门厅一层上行呼唤梯形图 Y 下行 数据采集与显示示 上行 /下行 上行处理 下行处理 结束 结束 N N 上行 Y N Y Y 开始 12 图 7 门厅二、三上行呼唤梯形图 门厅上行呼唤信号主要用于乘客在 1～ 3 层用按钮发出上行的信号控制电梯到乘客所在的楼层来，门厅上行呼唤信号如图 7 所示。 图 6 中， IB0 与 QB0 分别代表八位的输入点与输出点，其中 ～ 分别为1～ 3 层的上行按钮，输出继电器 Q0. 0～ 分别控制一个指示灯表示对应的按钮发出的命令，同一楼层的上行按钮和上行指示灯装在一起，所以采用带灯按钮，当按钮按下时，按钮中的灯发红光，显示向上标志。 输入点 IB0 与输出点 QB0 按位相或，结果由 QB0 输出，控制继电器 ～ 动作，由此判断轿厢是上行还是下行，然后控制电梯的电机动作，上行 或者下行，到达乘客所在的楼层。 门厅上行呼唤只用到其中的 ～ 点。 由梯形图可知，如一层乘客按下 1 层上行 ，则 1 层上行信号（ ）亮，当松开按钮时灯仍然亮，只有当电梯轿厢下降到本楼层时，灯才会灭。 2 层、 3 层的上行呼唤信号控制原理和 1 层基本相同。 4 层末顶层不可能有上行呼唤信号，所以，没有 4 层上行呼唤信号。 门厅下行呼唤信号 门厅下行呼唤信号主要用于乘客在 2～ 4 层用按钮发出下行信号，控制电梯到乘客所在的楼层来。 门厅下行呼唤信号控制梯形图与图 4 相同，只是门厅下行呼唤信号的输入点用到了 ～。 在图中 ～ 输入点分别接 2～ 4 层的下行呼唤按钮，输出继电器 ～ 分别接 2～ 4 层的下行指示灯，表示对应的按钮所发出的指令。 同一楼层的下行按钮和下行指示灯装在一起，所以采用带灯按钮，当按钮按下时，按钮中发出绿 13 光显示向下标志。 图 8 门厅下行呼唤梯形图 由电梯控制梯形图可知，如 4 层乘客按下 4 层下行按钮（ ），则 4 层下行信号灯（ ）亮，当松开按钮时灯仍亮，只有当电梯轿厢上行到 4 层时， 4 层限位开关被碰撞接通，信号灯才灭。 2 层、 3 层下行呼唤信号的梯形图工作原理和 4 层的基本相同。 1 层为底层，不可能有下行呼唤，所以梯形图中没有 1 层下行呼唤按钮。 电梯在下行过程中只能清除下行呼唤信号，不能消除反方向的上行呼唤信号，以便在上行过程中执行。 厢内按钮选层信号 在轿厢内，乘客或司机以按动选层按钮来控制电梯到达所想到的楼层。 其梯形图和电梯上行和下行的梯形图基本一样，只是在原来的基础上加了两个按钮（ 、）。 因为字节存取是八位的，为了节省程序，上行和下行以及轿内选层公用一个字或指令，但是少了两个，所以加了两个置位指令。 由梯形图可知，当轿厢内有人按下 1 层的选层按钮（ ）时，轿厢行至 1 层， 14 图 9 厢内按钮选层信号图 1 层限位开关被碰撞接触，解除信号，电梯停止。 其它 3 层工作原理基本相同。 轿厢内选层指示灯的控制 轿厢内选层指示灯的控制用于显示轿厢应到达的楼层，当轿厢内乘客按下某层按钮时，对应的选层指示灯，显示所到的楼层，每一楼层的按钮和指示灯装在一起，采用带指示灯的按钮，例如轿厢里的乘客要到 4 层，按下 4 层选层按钮，则按钮中。