基于PLC的变频调速电梯控制系统设计毕业论文.doc

本 科 毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目： 基于PLC的变频调速电梯控制系统设计 姓 名: 学 号: 摘 要本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器(PLC)应用于四层电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。本文所设计的电梯与传统的电梯相比，在运行上具有良好的舒适感，在生活中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益，达到了理想的目的。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点。在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了PLC的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。关键词：电梯；变频器；PLC控制；变频调速AbstractThe design for the status quo of China's elevator industry will be a programmable logic controller (PLC) used for four-storey elevator control logic, through the rational selection and design, not only to improve the reliability of the elevator, maintainability, and flexibility, while extending the of life and shorten the development cycle of the elevator and the elevator control to raise the level of the elevator operation to improve the comfort, so that the lift to reach a more satisfactory control effect. In this paper, the design of the elevator by the elevator when compared with the traditional, in the run with good comfort, in life can save energy, and achieved good economic and social benefits to achieve the desired purpose. The elevator control system has a mean layer, the Office of calls to the layer selected, manual and automatic functions with a set of features to control the election. In introducing the basic structure of the lift on the basis of the depth analysis of the working principle of the elevator, on the merits and characteristics of PLC, the focus of an analysis of the lift hardware design and software design, research and PLC based control system designed to lift the achievement of the program, Finally, the study of this thesis are summarized and prospects. Key words：Elevator，PLC control，VVVF，Inverter 目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题的研究背景11.2 电梯继电器控制系统21.2.1 电梯继电器控制系统的优点21.2.2 电梯继电器控制系统存在的问题21.3 PLC及其在电梯控制中的应用特点31.3.1 PLC的特点31.3.2 PLC控制电梯的优点31.4 变频调速控制电梯的特点4第2章 电梯的概述52.1 电梯的基本结构52.2 电梯的种类7第3章 系统结构及基本方案的选择103.1 系统的总体结构103.2PLC的选择113.2.1 PLC的定义113.2.2 PLC的主要功能和应用113.2.3 I/O点数的估算123.2.4 PLC的选型123.2.5 SIMATIC S7-300系列PLC系统基本构成143.2.6 S7-300系列PLC模块性能简介153.3 变频器的选择163.3.1 变频器的分类173.3.2 简述通用变频器概况173.3.3 VS-616G5型通用变频器193.3.4 变频器的参数设置21第4章 硬件设计及参数计算234.1 PLC控制系统硬件设计234.1.1 PLC控制系统设计的基本原则234.1.2 PLC的控制系统的设计244.1.3 设计思想244.2 电梯曳引电机及门电机电路设计274.3 电梯自动门的设计284.4 换速和平层感应器装置294.5 电梯的安全保护环节304.6 运行方向灯、轿内指令及厅外召唤信号灯334.7 PLC外部接线设计35第5章系统软件开发365.1 电梯的三个工作状态365.1.1 电梯的自检状态365.1.2 电梯的正常工作状态365.1.3 电梯强制工作状态365.2 系统的软件开发实现375.2.1 软件设计特点375.2.2 软件流程设计385.2.3 电梯的外指令、内召唤信号的登记、消除回路395.2.4 电梯的平层信号处理415.2.5 电梯的选层定向及反向截梯回路425.2.6 内指令外召唤信号的保持465.2.7 各楼层停车信号485.2.8 自动开关门49结 论52致 谢53参 考 文 献54附录 梯形图55外文文献62第1章 绪论1.1 课题的研究背景电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全5倍。据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。目前，由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。PLC现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。1.2 电梯继电器控制系统1.2.1 电梯继电器控制系统的优点(1) 所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。(2) 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。(3) 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。(4) 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。1.2.2 电梯继电器控制系统存在的问题 (1) 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2) 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。(3) 电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。(5) 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。1.3 PLC及其在电梯控制中的应用特点1.3.1 PLC的特点 PLC控制制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用十传统继电器控制系统的技术改造。 PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。电梯控制系统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是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。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。可编程控制器(Programmable Logic controller，简称PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的二大支柱之一。1.3.2 PLC控制电梯的优点(1) 在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。(2) 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。(3) PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。(4) PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(5) 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。(6) 更改控制方案时不需改动硬件接线。1.4 变频调速控制电梯的特点随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。(1) 变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。(2) 变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。(3) 变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。第2章 电梯的概述本章介绍了电梯系统的基本结构及各种分类方式。电梯控制系统主要分为机械和电气两大部分，详细介绍电梯系统的组成和分类，为下面系统设计做准备。2.1 电梯的基本结构 电梯是机电一体化产品。目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构，其机械部分由曳引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯的基本结构如图2-1所示。图2.1 电梯基本结构1. 控制柜(屏) 2. 曳引机 3. 曳引钢丝绳 4. 限速器 5. 限速器钢绳 6. 限速器张紧装置 7. 轿厢 8. 安全钳 9. 轿厢门安全触板 10. 导轨 11. 对重 12. 厅门 13. 缓冲器图(1)曳引系统电梯曳系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由曳引机，曳引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。曳引机为电梯的运行提供动力，由电动机，曳引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。曳引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和曳引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加曳引力。(2)导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。(3)门系统门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。(4)轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。(5)重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。(6)电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对曳引电机进行速度控制。(7)电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用箭头指示电梯的运行方向。(8)安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。2.2 电梯的种类根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下：(1)按用途分类乘客电梯：为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。载货电梯：主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯：为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。观光电梯：轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯：用作装运车辆的电梯。船舶电梯：船舶上使用的电梯。建筑施工电梯：建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。(2)按驱动方式分类交流电梯：用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。直流电梯：用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。液压电梯：一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。齿轮齿条电梯：将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。螺杆式电梯：将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。直线电机驱动的电梯：其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。(3)按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。低速梯：常指低于1.00m/s速度的电梯。中速梯：常指速度在1.002.00m/s的电梯。 高速梯：常指速度大于2.00m/s的电梯。 超高速梯：速度超过5.00m/s的电梯。 随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。(4)按电梯有无司机分类 有司机电梯：电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。无司机电梯：乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。 有/无司机电梯：这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。(5)按操纵控制方式分类 手柄开关操纵：电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。 按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。 信号控制电梯：这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。 集选控制电梯：是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。 并联控制电梯：23台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。 群控电梯：是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。(6)其它分类方式 按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。 按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。此外，还有双层轿厢电梯等。第3章 系统结构及基本方案的选择本章确定了系统的总体结构，并针对系统的总体结构，对变频器的类型进行了述，并确定由PLC来实现电梯信号控制，完成了电梯控制系统中变频器和可编程控制器的选择。课题开发是基于PLC的电梯变频调速系统，采用变频器和PLC组成的变频调速电梯控制系统。电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器，逻辑部分由PLC来实现。3.1 系统的总体结构 系统采用集中控制方式，主要包括信号控制系统和拖动控制系统两大部分。图3-1为电梯PLC电梯控制系统框图，主要硬件包括PLC主机及扩展、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、安全装置、显示装置、调速装置与主拖动系统等。控制系统的核心为可编程控制器(PLC)，操纵盘、呼梯盒、位置、安全保护及变频器工作状态等信号输入PLC，经PLC运算处理后由输出接口分别向显示电路发出呼梯、定向等显示信号，通过变频器向主拖动电动机发出控制信号。.可编程控制器变频器旋转编码器显示装置安全装置厅外呼梯盒轿厢操纵盘拖动控制系统M 3信息控制系统 图3.1 电梯控制系统框图课题的核心问题有两个：一是变频器的参数设置以满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求；二是由PLC编程实现电梯运行时各种信号控制。3.2PLC的选择 3.2.1 PLC的定义由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。1980年PLC问世后，由美国电气制造商协会(National Electric Manufacturer Association NEMA)对PLC下过如下的定义:PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1982年，国际电工委员会(International Electrical Committee IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其他顺序控制装置不同的特点。3.2.2 PLC的主要功能和应用PLC的主要功能和应用如下：(1) 开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。(2) 模拟控制在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是在系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置所无法比拟的优势。另外某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。(3) 定时控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时与计数器。其定时时间间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对于频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数器。(4) 数据处理新型PLC都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些PLC还可以进行浮点运算、函数运算。(5) 信号连锁系统信号连锁是安全生产所需的。在信号连锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和连锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的PLC实现。(6) 通信把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。3.2.3 I/O点数的估算采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮K1和指示灯H1，二层有上升呼叫按钮K2和指示灯H2以及下降呼叫按钮K4和指示灯H4，三层有上升呼叫按钮K3和指示灯H3以及下降呼叫按钮K5和指示灯H5，四层有下降呼叫按钮K6和指示灯H6。一至四层有到位行程开关SQ1SQ4。电梯内有一至四层呼叫按钮K10K7和指示灯H10H7；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制，关门到位由行程开关ST1检测，开门到位由行程开关ST2检测。轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。综上所述，输入点共有20个，输出点数有16个。3.2.4 PLC的选型在工程应用中可选用的PLC机型很多，比如三菱公司的FX系列、OMRON公司的C系列、西门子等，它们功能都差不多，在工程应用中各有千秋，至于要选择哪种机型，就要根据自己的设计需要及应用水平。因为根据轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须具有高数计数器。又因为电梯是双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。就本次四层电梯的设计而言，上述三种机型都行，但根据课本学习和熟悉程度，I/O数量及输入、输出类型，S7-300的I/O点数可达32/32个，可以满足I/O口点数。所以本次设计采用西门子SIMATIC S7-300系列PLC机型。SIMATIC S7系列PLC是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。其中，小型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置为8 DI/6DO，可扩展27个模块，最大I/O点数为64DI/DO、12AI/4AO；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高档性能的有S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于用户掌握等特点，使得S7系列PLC成为各种从小规模到中等性能要求以及大规模应用的首选产品。SIMATIC S7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能如下：(1) 高速的指令处理0.10.6的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。(2) 人机界面(HMI)方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。(3) 诊断功能CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件。(4) 口令保护多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。(5) 操作方式选择开关操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就能防止非法删除或改写用户程序。(6) 方便用户的参数赋值一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。(7) 浮点数运算用此功能可以有效的实现更为复杂的算术运算。图3.2 S7-300系列PLC系统构成框图3.2.5 SIMATIC S7-300系列PLC系统基本构成SIMATIC S7-300系列PLC是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用，模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。SIMATIC S7-300有着广泛的应用领域，主要包括：纺织机械、各种机床、通用机械工程应用、电器制造工业及相关产业。多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用接口模块对PLC进行扩展。S7-300是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能再安装8个信号模块或功能模块。CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架，IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架，SIMATIC S7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如图2.1所示。它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。 3.2.6 S7-300系列PLC模块性能简介(1) CPU模块S7-300有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场总线扩展功能。CPU以梯形图LAD、功能块FBD或语句表STL进行编程。 (2) 信号模块 数字量输入模块数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。 数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入模块。 数字量输出模块数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出模块；可控硅输出方式属于交流输出模块；继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最佳。 模拟量输入模块SM331主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，也即积分时间越长，被测值的精度越高。SM331可选四档积分时间：2.5ms、16.7ms、20ms和l00ms，相对应的以位表示的精度为8、12和14。 模拟量输出模块模拟量输出模块SM332目前有三种规格型号，即4AO×l2位模块、2AO×12位模块和4AO×l6位模块，分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的12位模拟量输出模块、4通道的16位模拟量输出模块。SM332可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。采用4线回路能获得比较高的输出精度。(3) PS307电源模块PS307是西门子公司为S7-300专配的24VDC电源。PS307系列模块除输出额定电流不同外(有2A、5A、10A三种)，其工作原理和各种参数都相同。PS307可安装在S7-300的专用导轨上，除了给S7-300 CPU供电外，也可给I/O模块提供负载电源。(4) 接口模块(IM)接口模板(IM360/361)用来在机架之间传递总线。IMS接口代表发送，IMR接口代表接收。接口模板必须安装到特定的插槽。如果需要，在扩展机架可以安装辅助电源。对于双层组态，硬连线的IM365接口模板较为经济(不需要辅助电源，在扩展机架上不能使用CP模板)。(5) 通讯处理器模块CP340/CP341通讯处理模块用于建立点对点的低速连接，最大传输速率为19.2kbps。有三种通信接口：RS-232C，20mA(TTY)和RS-422/RS-485，有多种通讯协议可以使用。3.3 变频器的选择 随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前有为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但价格相对较贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。这是本设计的特点之一。目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。3.3.1 变频器的分类 变频器的种类很多，下面根据不同的分类方法对变频器分类:(1) 按变换频率的方法分 交直交变频器 交交变频器(2) 按主电路工作方式分 电压型变频器 电流型变频器(3) 按变频器调压方法的