电梯控制系统硬件设计

第三章电梯控制系统硬件设计

3.1电梯控制系统设计思路

电梯控制系统总体设计流程图如图3.1

电梯总体设计

计算电梯控制系统I/O点数

PLC选型

I/O地址分配，输入

输出设备选择

梯形图设计

电梯模拟调试

修改程序

符合要求

编写相关技术文件

N

Y

图3.1 电梯控制系统总体设计流程图

本设计以PLC为工具对五层电梯的各种操作进行控制。PLC控制系统的设计一般可以分为以下几个步骤：

⑴熟悉被控对象，制定控制方案

⑵确定所设计系统的I/O点数

⑶选择PLC机型

⑷选择输入、输出设备，分配PLC的I/O地址

⑸系统调试

⑹编写相关技术文件

3.2 可编程控制器的选型

3.2.1 I/O点的估算：

装置共有33点输入指令信号，32点输出控制信号，输入信号包括：楼层内、外选择信号、轿厢运行时楼层检测信号、检修控制系统信号、消防模拟信号、极限限位保护信号等，输出信号包括：变频驱动信号、楼层显示控制系统信号、楼层内外呼指示信号、上下行指示信号、到站钟信号、电梯开门、关门信号以及安全保护信号等。可编程控制器S7- 200 的CPU226输入，输出点数为24/16 。需要扩展一块

EM223,DI16/DO16.

3.2.2 存储容量的估算

用户程序占用内存的多少与多种因素有关。例如:输入/ 输出点的数量、类型、输入/ 输出之间的关系的复杂程度、需要进行运算处理的难易程度、程序结构等都与内存容量有关。因此,在用户程序调试好之前很难估算内存容量。一般只能根据I/ O点数与类型、控制的繁简程度加以估算。考虑备用与计算机接口通讯所占用的内存容量,估算本系统要有1K 字节以上的内存容量。

3.2.3 各种PLC的比较和选型

现在知名的PLC品牌有很多种，如美国AB、ABB、松下、西门子、汇川、三菱、欧姆龙、台达、富士、施耐德、信捷和利时等。

三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品。其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品早起在我国的销量很多，使得许多大专院校讲解PLC编程的教材都以三菱公司的PLC 为例。国内的一些PLC生产厂家为了迅速获得用户，其PLC编程语言的指令集都与三菱公司的PLC兼容。三菱PLC以其高性能、低价格迎合了中国工控行业的需

要，在国内得到了广泛的应用，但三菱的模拟量模块价格昂贵，程序复杂，不适合用来研究此系统。

OMRON C 系列PLC产品门类齐、型号多、功能强、适应面广。大致可以分为微型、小型、中型和大型四大类。整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机型。叠装式或称紧凑式结构的微型机以CJ型机最为典型。它具有超小型和超薄型的尺寸。小型PLC机以P型机和CPM型机最为典型，这两种部属坚固整体型结构，具有体积更小、指令更丰富、性能更优越。通过I/O扩展可实现10-140点输入输出点数的灵活配置，并可连接可编程终端直接从屏幕上进行编程。中型机以C200H系列最为典型，主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG和C200HE等型号产品。在程序容量、扫描速度和指令功能上优于小型机同时可以配置更完善的接口单元模块。可以与上位机、下位PLC机及各种外部设备组成具有各种用途的计算机控制系统和工业自动化网络。但是欧姆龙系列PLC硬件可靠性不如西门子PLC且价格也很贵，并不适合此次研究。

SIMATIC S7-200 系列PLC是西门子最著名的PLC品牌。它适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中或相连成网络皆能实现复杂控制功能。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块等。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境护设备等等。

设计PLC控制系统时，首要的控制目标就是：确保生产的安全可靠，能长期稳定运行，保证产品高质量，提高生产效率，改善信息管理等。如果要求以极高的可靠性为控制目标，构成PLC冗余控制系统，这时要从能够完成冗余控制的PLC型号中进行选择；如果以改善信息管理为控制目标，要首先考虑通信能力。另一个方面就是要对PLC 的硬件配置的考虑，可以从CPU的能力、I/O系统、指令系统、响应速度或其它考虑。综合考虑后，本设计选择了西门子公司生产的S7-200型机。

S7-200系列PLC具有以下优点：

⑴A/D、D/A转换精度及转换速度高，一个模拟量模块带3路A/D，1路D/A，A/D、D/A转换速度高为125us，为保证系统的采样、控制精度及调节速度提供了基本的物理条件；其他厂家PLC的模拟量模块的A/D、D/A转换速度均为ms级，不具备必要条件，而且S7-200PLC的模拟量模块单价为同类最低，因此具有很好的性能价格比。

⑵CPU运算速度快，0.37us/位，指令丰富：具有浮点运算、指针运算、中断、通讯响应、PID运算、PWM脉冲输出等功能，存储容量大，充分适应现代控制技术，如最优控制、自适应控制、变结构控制等控制算法的要求；

⑶输入/输出点多、响应快，24输入/16，每点可设置滤波参数，4个20KHz高速计数器，2个高速输出口，适应实时控制的要求；

⑷通讯组网能力强，配有2个232/485通讯口，可方便连接232/485/422等通讯接口，适应监控系统的要求；

⑸可靠性高，将CPU模块，输入/输出I/O模块，通讯模块高度集成一体，简化结构，使用方便。

3.3 电梯控制系统各环节的设计