S7-200系列PLC實(shí)現(xiàn)電梯模型控制開(kāi)題報(bào)告

大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：S7-200系列PLC實(shí)現(xiàn)電梯模型控制院 系： 自動(dòng)化系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 開(kāi)題時(shí)間： 年 月 日1.課題的目的與意義目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，第二種控制方式用可編程控制器取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制1。微機(jī)控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強(qiáng)大的功能，但也存在抗干擾性差、系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜、一般維修人員難以掌控其維修技術(shù)等缺陷；而PLC控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)2，使得系統(tǒng)可靠性大大提高3，從而PLC控制系統(tǒng)已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。現(xiàn)有的電梯控制技術(shù)仍存在缺點(diǎn)和不足之處，如何把更為先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于電梯群控之中，以進(jìn)一步改善運(yùn)輸?shù)男Ч?、提高運(yùn)行的效率、滿(mǎn)足乘客的需求4，仍然需要更深入的探索和研究。因此運(yùn)用可編程控制器（PLC）對(duì)電梯控制系統(tǒng)、特別是電梯群控系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)具有十分重大的意義。本課題要求熟悉西門(mén)子PLC硬件和軟件，包括編程軟件，通過(guò)實(shí)際PLC編程對(duì)電機(jī)控制、電梯模型運(yùn)行狀態(tài)等熟悉電氣控制理論應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使自己能綜合運(yùn)用所學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)。2.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2.1國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀首次使用的乘客電梯出現(xiàn)于18世紀(jì)90年代后期.1889年,Otis公司在紐約成功安裝了一臺(tái)直接連接式升降機(jī),這是以直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的世界上第一臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)升降機(jī),從此誕生了名副其實(shí)的乘客電梯。電梯驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制,交流單速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制,交流雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制,直流有齒輪、無(wú)齒輪調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制,交流調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制,交流變壓變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制以及交流永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制等階段。隨著第一個(gè)半自動(dòng)化電梯控制器在19世紀(jì)20年代的使用,原始的服務(wù)員執(zhí)守工作方式已減少為一個(gè)開(kāi)關(guān)門(mén)的操作5。直到1950年,由電力機(jī)械繼電器系統(tǒng)組成的全自動(dòng)電梯控制器的應(yīng)用取消了服務(wù)員執(zhí)守.到20世紀(jì)70年代,基于微處理器的電梯控制器得到廣泛應(yīng)用,使得更為復(fù)雜的調(diào)度算法的實(shí)成為可能,由此產(chǎn)生了電梯群控的概念5。電梯操縱控制方式經(jīng)歷了手柄開(kāi)關(guān)操縱、按鈕控制、信號(hào)控制、集選控制等過(guò)程,對(duì)于多臺(tái)電梯則出現(xiàn)了并聯(lián)控制、智能群控等5。 隨著智能控制技術(shù)在電梯群控系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,電梯交通系統(tǒng)和其他設(shè)施融為一體,智能建筑的整體功能得以充分發(fā)揮。對(duì)高層及超高層建筑電梯交通系統(tǒng)的研究表明6:電梯交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是滿(mǎn)足乘客生理上和心理上的承受力。有效地解決高層建筑復(fù)雜的樓內(nèi)垂直交通,尋求優(yōu)化的控制策略,優(yōu)化調(diào)度多部電梯以提高電梯的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量,成為許多學(xué)者研究的重要課題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在用電梯已達(dá)40多萬(wàn)臺(tái)，每年還以約5萬(wàn)6萬(wàn)臺(tái)的速度增長(zhǎng)7。并且在實(shí)現(xiàn)電梯群控系統(tǒng)后，據(jù)一些資料數(shù)據(jù)顯示，電梯并聯(lián)后的運(yùn)送能力提高了20%-30%左右，減少了電梯因停層而帶來(lái)的加減速、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)及等待的時(shí)間，因而在上、下班客流量的高峰時(shí)段，乘員候梯和乘梯的時(shí)間大大減短。電梯運(yùn)行實(shí)際能量消耗的50%是在減速、加速這段運(yùn)行過(guò)程中。電梯并聯(lián)后，電梯停層數(shù)量的減少很大程度減少電梯運(yùn)行的電力消耗8。如果兩電梯各自獨(dú)立運(yùn)行，容易發(fā)生電梯響應(yīng)呼梯信號(hào)而運(yùn)行到站后，乘客已被另一臺(tái)電梯接走而空運(yùn)行的現(xiàn)象，長(zhǎng)期這樣必然造成很大的能源浪費(fèi)，給電梯的集中管理造成較大的困難9，而且使得電梯系統(tǒng)處于非最佳運(yùn)行狀態(tài)，難以提高運(yùn)行效率，乘客的需求也不能得到最好的響應(yīng)和最好的滿(mǎn)足。22發(fā)展趨勢(shì)(1)結(jié)構(gòu)不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化隨著新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的發(fā)展，電梯的機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進(jìn)化、外觀漂亮化。同時(shí)，無(wú)機(jī)房電梯在新世紀(jì)將會(huì)有較大速度發(fā)展。(2)技術(shù)含量更高，性能更好電梯行業(yè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進(jìn)性能、高舒適性的VVVF電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置，因?yàn)橛来磐綗o(wú)齒輪曳引機(jī)具有更節(jié)能、更潔掙、更安全、更安靜、更經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，所以永磁同步曳引機(jī)逐步成為新型曳引機(jī)的主流:由于永磁技術(shù)的先進(jìn)性，將來(lái)很有可能取代VVVF技術(shù)。另外，網(wǎng)絡(luò)控制和智能群控系統(tǒng).以其控制的先進(jìn)性、快速性、準(zhǔn)確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。(3)安裝更方便、更快捷高效、安全、可重復(fù)使用的無(wú)腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式;隨著新技術(shù)的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來(lái)更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。此外，電梯的雙向安全裝置、無(wú)底坑、無(wú)線控制、綠色環(huán)保安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適，也將是未來(lái)電梯的重要發(fā)展方向10。3. 課題的主要工作根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)電梯的元器件選型及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC外部接口電路設(shè)計(jì)、控制器裝配圖與接線圖設(shè)計(jì)、列出元器件清單、完成PLC程序設(shè)計(jì)與聯(lián)機(jī)調(diào)試等內(nèi)容，并通過(guò)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，獨(dú)立完成方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、繪制流程圖等工作。4. 完成課題所需的條件4.1 電梯的主要結(jié)構(gòu)電梯是一種特殊的起重運(yùn)輸設(shè)備，是機(jī)械、電氣緊密結(jié)合的大型復(fù)雜產(chǎn)品。機(jī)械系統(tǒng)相當(dāng)于人的軀干，而電氣系統(tǒng)則相當(dāng)于人的神經(jīng)。機(jī)械、電氣的高度結(jié)合，使電梯能自由地沿著導(dǎo)軌上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把人和貨物從一個(gè)水平面提升到另一個(gè)水平面11。如圖4-1所示電梯的機(jī)械系統(tǒng)部分由曳引系統(tǒng)如圖4-2所示、轎廂和門(mén)機(jī)系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)以及機(jī)械安全保護(hù)裝置等部分組成15。電氣系統(tǒng)又由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)三部分組成。圖4-1拽引式電梯示意圖圖4-2 曳引控制系統(tǒng)4.2 電梯PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四層電梯模型的PLC控制系統(tǒng)主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖動(dòng)系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-3所示。輸入部分主要是由呼梯盒、操縱箱、樓層脈沖信號(hào)、安全裝置、井道裝置組成。輸出部分主要是由樓層顯示、呼梯信號(hào)顯示、運(yùn)行方向顯示、幵關(guān)門(mén)控制、變頻器、曳引機(jī)控制組成。外部控制信號(hào)通過(guò)輸入采樣寄存在輸入映像寄存器中，根據(jù)控制程序需要讀取并在CPU中進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，再將結(jié)果存入輸出映像寄存器，且每個(gè)周期進(jìn)行輸出刷新，驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)分別向各個(gè)樓層顯示、呼梯信號(hào)燈、運(yùn)行方向信號(hào)燈發(fā)出顯示信號(hào)，另外還會(huì)向門(mén)機(jī)發(fā)出開(kāi)關(guān)門(mén)控制信號(hào)，向變頻器發(fā)出上下行信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行狀態(tài)的控制1213。圖4-3 電梯系統(tǒng)控制框圖4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備由與S7-200可編程控制器是德國(guó)西門(mén)子公司研制的一種新型可編程控制器。具有工作可靠,功能強(qiáng),存儲(chǔ)容量大, 編程方便, 輸出端可直接驅(qū)動(dòng)2A 的繼電器或接觸器的線圈,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，完全能夠滿(mǎn)足電梯對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求14，因此，本課題采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-200型號(hào)的PLC作為電梯的控制器。本次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是應(yīng)用所學(xué)的西門(mén)子S7-200系列小型PLC設(shè)計(jì)一個(gè)四層電梯控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)普通電梯的基本功能，并有超重報(bào)警，故障檢修等功能。硬件電路由直流電動(dòng)機(jī)、繼電器、接觸器、行程開(kāi)關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器等組成。程序是借助STEP7 Micro/WIN32編程軟件編寫(xiě)完成的。本課題的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是Windows XP。4.4 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路流程圖如圖4-4所示，為實(shí)現(xiàn)四層電梯模型的控制要求，將在論文中詳細(xì)闡述。圖4-4 設(shè)計(jì)思路流程圖4.5 電梯模型運(yùn)行流程圖開(kāi)始樓層等待是否有外呼信號(hào)？是否超重？確認(rèn)本層與目標(biāo)層超重蜂鳴器報(bào)警是否有內(nèi)呼信號(hào)？目標(biāo)層與本層是否相同？電梯選向電梯運(yùn)行碰到限位開(kāi)關(guān)樓層顯示電梯平層電梯開(kāi)門(mén)延時(shí)3s電梯關(guān)門(mén)NNNYYYYN圖4-5 電梯模型運(yùn)行流程圖5. 課題的進(jìn)度安排第一階段：查閱英文資料第二階段：英文翻譯第三階段：中英文整理打印第四階段：查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料，了解課題第五階段：根據(jù)收集的資料撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告第六階段：繼續(xù)查閱資料第七階段：了解電梯結(jié)構(gòu)及原理第八階段：控制電梯模型的電氣控制圖第九階段：設(shè)計(jì)硬件聯(lián)鎖保護(hù)電路第十階段：PLC選型第十一階段：I/O端口分配第十二階段：根據(jù)設(shè)計(jì)要求編寫(xiě)程序第十三階段：完善編程及梯形圖的設(shè)計(jì)第十四階段：程序調(diào)試第十五階段: 根據(jù)前面的設(shè)計(jì)撰寫(xiě)論文第十六階段：完成整個(gè)論文第十七階段: 論文整理，排版第十八階段：答辯參考文獻(xiàn)1 李曉霞.PLC在電梯控制系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)J. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2010,(3):21.2 唐勇奇,趙葵銀.PLC在變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.工業(yè)自動(dòng)控制，2001,(9):26-27.3 滕慧絨.PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，（5）：139-140.4 周萬(wàn)珍，高鴻斌.PLC分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用M.電子工業(yè)出版社，2004.5 楊禎山，邵誠(chéng). 電梯群技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展方向J.控制與決策，2005,(12)：11.6 Barney G C, Dos Santos S M.Elevator Traffic Analysis:Design and ControlM. 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