西门子双部和三部电梯plc的程序

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

随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，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。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。本设计在用PLC控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现电流、速度、位移三环控制。

2 硬件电路

2．1 硬件结构

系统硬件结构图如图1所示。

PLC为西门子公司S7-200系列CPU221， PLC接受来自 *** 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/减速运行和制动电梯等信号。

2．2 电流、速度双闭环电路

采用YASAKWA公司的VS - 616G5 CIM- RG5A 4022变频器。变频器本身设有电流检测装置，由此构成电流闭环；通过和电机同轴联结的旋转编码器，产生a、b两相脉冲进入变频器，在确认方向的同时，利用脉冲计数构成速度闭环。

3 位移和运行曲线控制

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，理想的运行曲线 3．1 位移控制

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环的同时，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0000，通过累计脉冲数，经式(1)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=lpD／(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，代人式(1)得

S=1．6mm／脉冲

3．2 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。

3．2．1 加速给定曲线的产生

8位D／A输出0～5V／0～10V，对应数字值为16进制数00～FF，共255级。东洋电梯加速实践在2．5～3秒之问。按保守值计算，电梯加速过程中每次查表的时间间隔不宜超过10ms。

由于电梯逻辑控制部分程序最大，而PLC运行采用周期扫描机制，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CPU与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、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。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内，CPU对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在保证控制功能的前提下，最大限度地缩短CPU的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时间最短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过10ms，尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜超过10ms。为满足系统的实时性要求，本文在速度曲线的产生方式中，采用中断方法，从而有效地克服了PLC扫描机制的限制。

本文采用的PLC有三种中断功能：(1)外部中断；(2)高速计数内部中断(3)定周期中断。前两种中断各有8个中断点，后一种有4个中断点。在程序中采用了后面两种中断方式．起动过程采用定周期中断，制动过程采用高速计数内部中断。中断服务程序放在主程序后，运行状态检测＼运行保护＼内选外呼等逻辑控制均在主程序中实现。而运行条件的判断＼运行模式的选择＼查表等与运行曲线产生有关的程序放在中断服务程序中。

起动加速运行由定周期中断服务程序完成。这种中断不能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运行条件需放在中断服务程序中，在不满足运行条件时，中断即返回。

3．2．2 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。

在PLC的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次表指针加1 *** 作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保证减速过程的可靠性。

4 程序设计

利用变频器PG卡输出端将脉冲信号引入 PLC的高速计数输入端，构成位置反馈．高速计数器累加的脉冲数反映电梯的位置．高速计数器的值不断地与各信号点对应的脉冲数进行比较，由此判断电梯的运行距离，换速点，平层点和制动停车点等信号。理论上这种控制方式其平层误差可在个脉冲当量范围．在考虑减速机齿轮合间隙等机械因素情况下，电梯的平层精度可达内，大大低于国标的标准，满足电梯起制动平滑，运行平稳，平层准确的要求．电梯在运行过程中，通过位置信号检测，软件实时计算以下位置信号：电梯所在楼层位置，快速换速点，中速换速点，门区信号和平层位置信号等．由此省去原来每层在井道中设置的上述信号检测装置，大大减少井道检测元件和信号连接，降低成本。下面针对在实现集选控制基础上新增添的楼层计数，快速换速，中速换速，门区和平层信号5个子程序进行介绍。

4．1 楼层计数

本设计采用相对计数方式．运行前通过自学习方式，测出相应楼层高度脉冲数，对应17层电梯分别存入16个内存单元D01 - D16。

楼层计数器CNTl0为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1或减计数。

运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出楼层计数信号，上行加1，下行减1，为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。

4．2 快速换速

当高速计数器值与快速换速点对应的脉冲数相等时，若电梯处于快速运行且本层有选层信号，发快速换速信号．若电梯中速运行或虽快速运行但本层无选层信号，则不发换速信号。中速换速与快速换速判断方法类似，不再重复。

4．3 门区信号

当高速计数器CNT47数值在门区所对应脉冲数范围内时，发门区信号．平层信号与区信号判断方法类似，不再重复。

4．4 脉冲信号故障检测

脉冲信号的准确采集和传输在本系统中显得尤为重要，为检测旋转编码器和脉冲传输电路故障，设计了有无脉冲信号和错漏脉冲检测电路，通过实时检测确保系统正常运行。为消除脉冲计数累计误差，在基站设置复位开关，接入PLC高速计数器CNT47的复位端0001。

5 结论

本文所述系统基于电气集选控制原则，采用脉冲计数方法，用脉冲编码器取代井道中原有的位置检测装置，实现位移控制，用软件代替部分硬件功能，既降低系统成本，又提高了系统的可靠性和安全性，实现电梯的全数字化控制。

在实验室调试的基础上，采用上述方法，实地对两台17层电梯进行改造，经有关部分检测和近一年的实际运行表明，系统运行可靠，乘坐舒适，故障率大为降低，平层精度在5mm以内，取得了良好的运行效果。

本文主要介绍可编程控制器（PLC）在电梯电气控制系统中的应用，通过对系统硬件设计方法和程序设计思路的介绍，给出了5层电梯逻辑控制部分的方法。主要涉及5层电梯的PLC控制系统的总体设计方案、组成及模块化程序设计。关键词：PLC；电梯；逻辑控制；程序设计: PLC; elevator; logic control; program design

三菱FX2N PLC在电梯控制中的应用随着人口的增加，科学技术日新月异地发展，人们物质文化生活水平的逐步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。伴随建筑业的发展，为建筑内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种工作和生活中的必需设备，完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的运输设备之一。一、电梯的概述（一）电梯的发展简史据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸汽机后，1858年美国研制出以蒸汽为动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。并随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又出现了液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯。这种液压梯至今仍为人们所采用。但是，电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。18世纪末发明了电机，并随着电机技术的发展，19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。在20世纪初，美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为后来的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础。20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为60m/s的电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。随着电子工业的发展，可编程序控制器（PLC）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运行效果显著提高。（二）电梯的运行工作情况一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜／箱、导轨等主要部件组成。电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼。各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外） *** 纵箱， *** 纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮， *** 纵箱上的按钮称指令按钮。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制 *** 作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过 *** 纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。本课题主要研究单台五层电梯的PLC控制方法，分述其硬件设计和软件设计过程。设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：1) PLC电梯控制系统应具备：有司机、无司机、消防三种工作模式。2) 系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。3) 具有轿厢层楼显示（二进制方式或十进制方式）。能自动显示电梯运行方向。4) 具有电梯直驶功能和反向最远停站功能。具有消防应急处理功能。5) 电梯开门时间设为3秒，电梯关门时间也设定为3秒。6) 具有应急手动开门、关门按钮。在单台电梯控制系

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯作为高层建筑中垂直升降的交通工具已和人们的日常生活密不可分，是机械电气相结合的机电一体化产品。电梯控制系统可分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。本设计采用PLC控制变频器调速系统，实现电流、速度、位移三闭环控制，具有一定的代表性和新颖性。

2 电梯控制系统硬件构成

电梯控制系统硬件由轿厢 *** 纵盘、厅门信号、PLC、变频器调速系统构成，控制系统结构图如图1所示。图中变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由PLC完成的。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC，形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接的旋转编码器及PG卡，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。此外系统还必须配置制动电阻，当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，抑制直流电压升高。

本设计电梯为四层办公楼用的交流电梯，经过分析可知系统输入信号为26个，包括保护、工作状态选择、开/关门控制、位置检测、呼梯、速度控制等 。输出信号21个，包括开/关门、上行、下行、控制变频器信号、报警器、指示灯等。根据以上情况选择三菱FX2－64MR PLC。

变频器选用安川616G5 CIMR-G5A 4022通用变频器，技术特性为:可直接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩;适用于各种应用场合，在低速下实现平稳起动并且极其精确的运行;它的自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制;它将U/f控制、矢量控制、闭环U/f控制、闭环矢量控制四种控制方式熔为一体，其中闭环矢量控制最适合电梯控制要求。

旋转编码器与主电动机同轴连接，通过PG卡(又名编码器连接板)对电动机测速和反馈电梯的位置 。选用OMRON公司的1024脉动增量式光电脉冲旋转编码器。旋转编码器与电动机同轴连接，产生A、B两相脉冲。当A相脉冲超前于B相脉冲90度时，认为电动机处于正转状态;当A相脉冲滞后于B相脉冲90度时，认为电动机处于反转状态。根据A、B相脉冲的相序，可判断电动机的转向。根据A、B脉冲的频率(或周期)可测得电动机的转速。若以A、B相脉冲的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡，PG卡再将此反馈信号送给变频器，以便进行运算调节。

3 电梯的工作过程

电梯一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。PLC接收来自 *** 作面板和呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号 ，经程序判断与运算后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、加速、减速、运行和制动停梯信号。

曳引电动机正转(或反转)控制及高速控制信号有效时，电动机开始从0Hz到50Hz开始起动，起动时间在3S左右，然后维持50Hz的速度一直运行，完成起动及运行段的工作。当换速信号到来后，PLC撤消高速信号，同时输出爬行信号，此时爬行的输出频率为6Hz。从50Hz到6Hz的减速过程在3S之内完成，当达到6Hz速度时电梯停止减速，并以此速度爬行。当平层信号到来后，PLC撤消爬行信号，同时发出停梯信号，此时电动机从6Hz减速到0Hz，电梯停梯。正常情况下，在整个起动、运行、减速爬行段内，变频器的零速输出点一直是闭合的，减至0HZ之后，零速输出点断开，通过PLC抱闸及自动开门，电梯运行曲线如图2所示。

图2中运行曲线可通过变频器进行设置，也可通过配置运行曲线输入板。本系统采用变频器进行参数设置:令C1-01=3s,设置加速起动时间为3s;令C1-02=3s,设置减速时间为3s;令D1-02=50Hz,设置快车运行速度;D1-03=6Hz，设置爬行速度。

4 电梯运行中位置信号的检测

作为一种载人工具，在位势负载下，除要求安全可靠还必须运行平稳、乘坐舒适、停靠准确。采用变频器调速双闭环控制可基本满足要求。在不增加硬件电路的基础上，利用现有的旋转编码器在构成速度闭环的同时，也可构成位置闭环控制。

脉冲编码器的输出一般为A和A、B和B两对差动信号，可用于位置和速度测量，A和A、B和B四个方波被引入PG卡，经辨向和乘以倍率后，变成代表位移的测量脉冲，将其引入PLC高速计数端，进行位置控制。

本系统采用相对计数方式进行位置测量。运行前通过编程方式将各信号，如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置等所对应的脉冲数，分别存入相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过旋转编码器检测、软件实时计算以下信号:电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置，从而进行楼层计数、发出换速信号和平层信号。

电梯运行中位移的计算如下:H＝SI

式中S:脉冲当量 I:累计脉冲数 H:电梯位移

S=πλD/Pρ

D:曳引轮直径 ρ:PG卡的分频比 λ:减速器的减速比

P:旋转编码器每转对应的脉冲数

本系统中λ=1/32 D=580mm

Ned=1450r/min P=1024 ρ=1/18

代入S=πλD/Pρ 得S=100 mm/脉冲

设楼层的高度为4m，则各楼层平层点的脉冲数为:1楼为0;2楼为4000;3楼为8000;4楼为12000。

设换速点距楼层为16米，则各楼层换速点的脉冲数为:上升:1楼至2楼为2400，2楼至3楼为6400，3楼至4楼为10400;下降:4楼至3楼为9600，3楼至2楼为5600，2楼至1楼为1600。

5 软件设计

系统软件根据运行要求及保护要求共分为14个功能程序块:初始化、外呼、内选、自动开关电梯、平层、层楼计数及显示、超时基驶回基站、上行、下行、换速、开/关门、、报警、相序更正、优先服务等。根据电梯运行的要求，作出其运行流程的工作循环如图3所示。

电梯在有外呼信号或内选信号时，处于服务状态，当在一定的时间内没有服务信号时，电梯自动驶回基站，下面着重介绍程序初始化、换速、楼层计数及平层的程序设计及工作过程。

(1) 程序初始化:

将各楼层平层点对应的脉冲数及换速点对应的脉冲数写入数据寄存器(停电保持)。数据寄存器分配如下:

平层点:0→D200 4000→D201 8000→D202 12000→D203

换速点:2400→D204 6400→D205 10400 → D206

9600→D207 5600→D210 1600 → D211

(2) 换速

用PLC的高速计数器对PG卡的输出脉冲进行计数，当高速计数器的计数值与换速点对应的脉冲数相等时，且目的层有有效的选层信号或呼梯信号，则发出换速信号，电梯转入爬行阶段。程序流程如图4所示。

(3) 楼层计数

当轿厢到达各楼层计数点时，楼层数加1或减1。为防止计数脉冲高电平期间反复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数。程序流程如图5所示。

(4) 平层

当高速计数器的计数值与平层点的计数脉冲相等时发出平层信号，电梯平层。平层程序流程如图6所示。

6 结束语

利用PLC控制交流变频调速电梯具有接线简单、编程直观、扩展容易、可靠性高等特点，且电梯运行平稳，舒适感好。可用于老式电梯的技术改造。

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