基于PLC電梯模擬控制系統(tǒng)設計

1、基于PLC的電梯模擬控制系統(tǒng)設計摘 要: 隨著我國科技與經(jīng)濟的進步，電梯逐漸融入我們的日常生活與工 作。本文結(jié)合西門子PLC的性能，在介紹電梯基本硬件組成的基礎上，深入的分析電梯系統(tǒng)的工作原理，同時著重分析了電梯硬件設計和軟件設計。研究并提出了基于西門子PLC (S7-200)的5層電梯模擬控制系統(tǒng)設計方案，通過合理的選擇和設計，實現(xiàn)電梯梯指層、選層、選向、手動和自動關門等基本功能關鍵詞: 電梯 模擬 PLC 控制中圖分類號: TB21Levator Simulationg Control System Design Based on PLCAbstract : With Chinas sci

2、ence and economic development，Elevator gradually into our life and work。In this thesis, based on the introduction of the basic structure of the elevator, we deeply analyzed how the elevator works, and emphasized on the elevators hardware and software design. By stating the application of Siemens PLC

3、 in the system of elevator control，We rsearched and worked out a practical scheme of 5 layer elevators control system based on Siemens PLC (S7-200).through the rational selection and design, we manager to make the elevator carry out the basic function such as layer pointing, layer selecting, directi

4、on selecting, manual and automatic door operation, etc.Key words: Elevator, PLC, Control,Analog System目 錄引言11 緒論21.1選題的必要性21.2 電梯的國內(nèi)外發(fā)展狀況21.3 PLC的起源與發(fā)展41.4電梯組成及原理分析52 方案論證72.1系統(tǒng)的選擇72.2總體方案的確定72.3 PLC控制系統(tǒng)設計思路83 硬件設計103.1控制要求分析103.2 PLC選型123.3 西門子S7-200知識與應用144 軟件設計174.1開關轎廂門程序174.2自動選向程序204.3轎廂內(nèi)呼和樓層外

5、呼指示程序245 調(diào)試276 總結(jié)與展望28致謝29附錄 PLC電梯控制梯形圖30參考文獻40湖北師范學院學士學位論文（設計）評審表42基于PLC的電梯模擬控制系統(tǒng)設計余滿江（指導教師，萬里光）（湖北師范學院 機電與控制工程學院 湖北，黃石 ）引 言繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法，但是隨著科學技術的進步與計算機技術廣泛應用，人們對電梯的要求日益提高。傳統(tǒng)的老式電梯弱點越來越明顯。應為可編程控制器優(yōu)越的性能，電梯的繼電器控制方式已逐步被PLC控制方式取代，使用PLC控制系的電梯逐漸成為主流電梯。電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制系統(tǒng)的規(guī)定運行的，呼叫信號的輸入端其實是一個

6、簡單的人機界面。因為呼叫信號的輸入是隨機多變的，單純使用順序控制或邏輯控制無法滿足實際的需要。因此，電梯控制系統(tǒng)多采用隨機邏輯控制方式控制。電梯的控制是比較復雜的，在計算機誕生前的幾十年里，繼電器控制系統(tǒng)為電梯控制的發(fā)展起到了巨大的作用，然而其控制性能與自身的功能已經(jīng)無法滿足與適應電梯控制的要求和發(fā)展，與PLC相比較，存在質(zhì)的差別。電梯使用繼電接觸器控制的時代，很難設計出質(zhì)量優(yōu)良的電梯控制系統(tǒng)，而現(xiàn)在，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了更廣闊的空間。PLC是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，使它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠、抗干擾性能增強、機械與電氣部件被機結(jié)合在一

7、個設備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此它已成為電梯運行中的關鍵技術。1 緒論1.1選題的必要性 在現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展中，一幢幢高樓拔地而起，電梯的廣泛應用已成為城市物質(zhì)文明的一種標志。特別是在高層建筑中，電梯作為不可缺少的垂直運輸設備，已與人們的日常生活密不可分。在計算機技術、自動控制技術和電力電子技術飛速發(fā)展的今天，電梯也隨之進入了新的發(fā)展時期。PLC是一種用于自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。電梯采用PLC控制，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。

8、另外可方便的增加或改變控制功能。也可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，便于檢修?？删幊炭刂破鞑粌H充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)控制領域，同時也照顧到現(xiàn)場電氣維護人員的技能和習慣，擯棄了微機常用的計算機編程語言的表達方式，獨具風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學、調(diào)試和查錯都很容易。PLC現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其優(yōu)異的性能，日益取代有大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的繼電-接觸控制系統(tǒng)，在機械、化工、石油、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等各行各

9、業(yè)都得到廣泛的應用。因此，以PLC為基礎的中低層電梯的模擬控制研究是非常必要和有實際應用價值的。1.2 電梯的國內(nèi)外發(fā)展狀況在經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術日新月異的今天，樓的高度已和經(jīng)濟發(fā)展同樣的速度成長起來。作為建筑的中樞神經(jīng)，電梯起著不可或缺的作用，電梯作為建筑物內(nèi)的主要運輸工具，像其他的交通工具一樣，已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€不可缺少的組成部分。一個國家的電梯需求總量，主要受其經(jīng)濟增長速度、城市化水平、人口密度及數(shù)量、國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等綜合因素的影響。在全球經(jīng)濟持續(xù)低迷的情況下，我國國民經(jīng)濟仍然以較高的速度持續(xù)增長，城市化水平不斷提高。這從客觀上導致了我國電梯行業(yè)的空前繁榮景象，我國已經(jīng)成| |

10、為全球最大的電梯市場。上世紀80年代以來，隨著經(jīng)濟建設的持續(xù)高速發(fā)展，我國電梯需求量越來越大?？傏厔菔巧仙?，目自口進入了“第三次浪潮”，2004年總產(chǎn)量超過了8萬臺，而且目前還沒有減速的跡象。從1949年建國以來全國共生產(chǎn)安裝了6l萬多臺電梯。盡管如此，我國的電梯遠未達到飽和的程度。全世界平均1000人有l(wèi)臺電梯，我國如果要達到這個水準，還需要增加70萬臺。到那時候，全國在用電梯將達到130萬臺，每年僅報廢更新就需要6萬臺。到2005年，中國電梯的年產(chǎn)量達到135萬臺，與1980年相比，25年增長了59倍，產(chǎn)量每年平均增長178。2005年安裝驗收電梯臺，截至05年底，我國的在用電梯總數(shù)已達

11、臺。如此龐大的市場需求為我國電梯行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的舞臺!我國電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強的生產(chǎn)能力。興旺的電梯市場吸引了全世界所有的知名電梯公司，美國奧的斯、瑞士迅達、芬蘭通力、德國蒂森、同本三菱、日立、東芝、富士達等13家大型外商投資公司在國內(nèi)的市場份額達到了74”。先進技術和先進管理的引進對國內(nèi)電梯企業(yè)產(chǎn)生了強大的推動作用。蘇州江南、山東百斯特、浙江巨人、上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。目前國內(nèi)市場需要的電梯產(chǎn)品，我國電梯行業(yè)幾乎全部可以生產(chǎn)，不但大量替代了進口，而且有一定的出口。國產(chǎn)電梯的技術水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。

12、自1985年我國參加了國際標準化組織ISOTCl78以來，先后等同或等效采用了一批國際標準和先進國家的標準。標準的高起點使我國電梯行業(yè)在技術上居于有利地位。許多新技術和新產(chǎn)品，如無機房電梯、無齒輪曳引機、永磁同步拖動技術、遠程監(jiān)控技術等，國際上也是剛剛出現(xiàn)，我國就有許多企業(yè)可以生產(chǎn)了。國產(chǎn)電梯以其高質(zhì)量，低成本的優(yōu)勢贏得了越來越多的國內(nèi)外客戶，為逐步進入國際市場創(chuàng)造了有利條件。中國電梯在亞洲市場占有越來越重要的位置，每年銷售量己達l萬臺左右，約占亞洲市場的1/50，一些合資企業(yè)在出口創(chuàng)匯方面也做出了貢獻。當今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標志之一。在一些發(fā)達

13、的工業(yè)國家，電梯的使用相當普遍。世界上有名的幾家電梯公司，諸如：美國奧的斯公司、瑞士訊達公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產(chǎn)量已占世界市場的51。其中，奧的斯公司和三菱公司是世界上最大的電梯生產(chǎn)企業(yè)。目前，國外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成走電梯家族中新的組成部分。1.3 PLC的起源與發(fā)展第一臺PLC的設計規(guī)范是美國通用公司提出的。當時的目的是要求設計一種新的控制裝置以取代繼電器盤，在保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點的基礎上，同時具有現(xiàn)代化生產(chǎn)線所要求的響應時間快、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨

14、工藝改變、易于與計算機接口、維修方便等諸多高品質(zhì)與功能。這一設想提出后，美國數(shù)字設備公司（DEC）于1969年研制成功世界上第一臺PLC，型號為PDP-14，投入汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿意的效果，從此開創(chuàng)了PLC的新紀元。由于當時開發(fā)PLC的主要目的是用來取代繼電器邏輯控制系統(tǒng)，所以最初的PLC其功能也僅限于執(zhí)行繼電器邏輯、計時、計數(shù)等功能。隨著微電子技術的發(fā)展，20世紀70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計算機，人們將微機技術應用到PLC中，使它能更多地發(fā)揮計算機的功能，不僅用邏輯編程取代了硬接線邏輯，還增加了運算、數(shù)據(jù)傳送和處理功能，使其真正成為一種電子計算機工業(yè)控制設備。為了方便

15、熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)

16、可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速

17、度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求。1.4電梯組成及原理分析1.4.1的組成(1)曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。其主要由曳引機、曳引鋼絲繩，導向輪，反繩輪組成。(2)導向系統(tǒng)導向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導向系統(tǒng)主要由導軌，導靴和導軌架組成。(3)轎廂轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。(4)門系統(tǒng)門系統(tǒng)

18、的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。(5)重量平衡系統(tǒng)系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。(6)電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實行電梯速度控制。電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動機調(diào)速裝置等組成。(7)電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。(8)安全保護系統(tǒng)保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由

19、限速器，安全鉗，緩沖器，端站保護裝置組成。1.4.2電梯的工作原理曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實現(xiàn)轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉(zhuǎn)，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載

20、穩(wěn)定，轎廂得以準確?？?。電氣系統(tǒng)實現(xiàn)對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。2 方案論證2.1系統(tǒng)的選擇電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足要求的。因此，電梯控制系統(tǒng)應采用隨機邏輯控制方式控制。目前電梯的控制普遍采用兩種控制方式：一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯的信號采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實

21、現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方式并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多采用答二種方式，其原因在于用PLC控制有許多優(yōu)點：1、可靠性高，由于采取了一系類的PLC高可靠性的措施，PLC的平均無故障時間（MTBF）一般可達35萬小時。而且PLC的環(huán)境適應性也很強，它能在工業(yè)環(huán)境下可靠地工作；2、編程簡單，PLC最常用的編程語言是梯形圖語言。這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識，便于廣大現(xiàn)場工程技術人員掌握。當工作流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活；3、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維修方便。PLC的體積小，重量輕，便于安裝。一般PLC都具有自診斷、故障報警、故障種

22、類顯示等功能。2.2總體方案的確定電梯PLC的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。圖2.1為電梯的PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖。主要由硬件包括PLC主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、指層器。門機。調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為PLC主機、操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過PLC輸入接口送入PLC。存儲在存儲器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號，向拖動和門機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。廳外呼叫轎廂操縱盤 輸 出 接 口 指示層 PC主機 輸 入 接 口安全裝置 調(diào)整層CPU存儲器拖動控制井道裝置 圖2.1 電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖2.3 PLC控制系統(tǒng)設

23、計思路本設計以PLC作為工具對五層電梯的各種操作進行控制。PLC控制系統(tǒng)設計一般分為以下幾個步驟：（1） 熟悉被控對象（本次設計的對象為五層電梯），制定控制方案（2） 確定I/O點數(shù)（3） 選擇PLC機型（本次設計采用西門子S7-200PLC）（4） 選擇輸入、輸出設備，分配PLC的I/O地址（5） 程序設計（包括梯形圖的繪制）（6） 系統(tǒng)調(diào)試（7） 編制相關技術文件系統(tǒng)總體設計流程如圖2.3所示：總體設計分析 計算I/O點數(shù) 選型I/O地址分配，輸入輸出設備選擇梯形圖設計模擬調(diào)試修改程序符合要求 NN NY編制相關技術文件圖2.3 PLC系統(tǒng)總體設計流程圖3 硬件設計3.1控制要求分析 設計

24、涉及的電梯模型共有五層，電梯的每一層面均有升降及轎廂所在樓層的指示燈顯示；1-5所對應的指示燈表示樓層號，每層的樓廳均有上行和下行按鈕召喚電梯。工作中的電梯主要對各種呼梯信號和當時的運行狀態(tài)進行綜合分析，再確定下一個工作狀態(tài)，為此它要求具有自動選向、順向截梯、反向保號，外呼記憶，自動開/關門狀態(tài)，停梯消號，自動達層等功能。 初始化 上電分析以上控制要求，將電梯控制要實現(xiàn)的功能羅列如下：樓層等待（1） 開始時，電梯處于任意一層。有無內(nèi)選與外呼信號（2） 當有外呼梯信號到來時電梯響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時三秒后自動關門。是否目標層電梯運行電梯選向（3） 當有內(nèi)呼梯

25、信號到來時，電梯應該響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時三秒后自動關門。停止運動開關箱門停止運動？ 停止（4） 在電梯運行過程中電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信號均不響應，但如果反向呼梯信號前方無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯相應該外呼信號，但不響應三層向下外呼梯信號。同時，如果電梯達到四層，五層沒有任何呼梯信號，測電梯可以響應四層向下外呼梯信號。（5） 電梯應具有最遠反向外呼梯響應功能。例如電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應四層向下外呼梯信號。（6） 電梯具有同向截車功能。（7） 電梯未平層或運

26、行時，開門按鈕和關門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕可使門打開，按關門按鈕可使門關閉。 3.1 電梯工作流程圖3.2 PLC選型3.2.1 PLC控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)計算與分配 根據(jù)電梯控制的特點，輸入信號應該包括以下幾個部分：1 轎廂內(nèi)及各層門廳外呼按鈕 轎廂內(nèi)的樓層選擇按鈕共有數(shù)字鍵15，各層門廳的外呼按鈕除第一層只有上升按鈕，第五層只有下降按鈕外，其余三層均設有上升、下降兩個按鈕，故一共需要13個輸入。2 位置信號位置信號由安裝于各樓層的電梯停靠位置的四個傳感器產(chǎn)生。平時為常開，當電梯運行到平層時關閉，另外還有一組開關門限位，故位置信號一共需要7個輸入3 電梯門控制信號

27、大部分電梯都具有開門按鈕以及關門按鈕，以方便手動開門，故電梯門控制信號一共需要2個輸入。綜上所述，共需要輸入點22個。輸出信號應該包括：1) 內(nèi)呼指示信號 內(nèi)呼指示信號有5個，分別表示15層的內(nèi)呼被接受，并在內(nèi)呼指令完成后，信號消失。2) 外呼指示信號 外乎信號共有8個，分別表示1-5層的外呼被接受，并在外呼指令完成后，信號消失。3) 電梯轎廂上下行，電梯上下行指示信號，共4個4) 門電機開關指示，共需要輸出點2個。 綜上所述，共需輸出點19個。PLC五層電梯控制系統(tǒng)的輸入、輸出點分配表如下所示：表2.1 PLC輸入、輸出點分配表輸入點名稱輸出點名稱一層內(nèi)呼I0.0一層內(nèi)呼指示Q0.0二層內(nèi)呼

28、I0.1二層內(nèi)呼指示Q0.1三層內(nèi)呼I0.2三層內(nèi)呼指示Q0.2四層內(nèi)呼I0.3四層內(nèi)呼指示Q0.3五層內(nèi)呼I0.4五層內(nèi)呼指示Q0.4一層外呼上I0.5一層外呼上指示Q0.5二層外呼下I0.6二層外呼下指示Q0.6二層外呼上I0.7二層外呼上指示Q0.7三層外呼下I1.0三層外呼下指示Q1.0三層外呼上I1.1三層外呼上指示Q1.1四層外呼下I1.2四層外呼下指示Q1.2四層外呼上I1.3四層外呼上指示Q1.3五層外呼下I1.4五層外呼下指示Q1.4開門按鈕I1.5電梯上行指示Q1.5關門按鈕I1.6電梯下行指示Q1.6一層平層I1.7門電機開門Q1.7二層平層I2.0門電機關門Q2.0三層

29、平層I2.1電梯轎廂上行Q2.1四層平層I2.2電梯轎廂下行Q2.2五層平層I2.3開門限位I2.4關門限位I2.53.2.2 PLC的型號選擇綜合輸入輸出點的計算以及要實現(xiàn)的電梯控制功能，使用西門子S7-200PLC（CPU226）加一個擴展模塊，這樣就能完全能夠滿足設計要求。S7-200PLC是一種小型可編程邏輯控制器（Micro PLC），可應用于各種小型自動化控制系統(tǒng)。高集成度的設計、低廉的成本使得s7-200成為各種小型控制任務理想的解決方案，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。并且，西門子s7-200PLC具有：極高的可靠性、豐富的指令集、極快的浮點運算速度、豐富

30、的擴展模塊、強大的內(nèi)部集成功能等幾個方面的出色表現(xiàn)。3.3 西門子S7-200知識與應用3.3.1 PLC的工作方式 輸出刷新 運行用戶程序 公共處理 輸出刷新 輸入刷新 運行用戶程序 輸入刷新 PLC采用的是循環(huán)掃描的工作方式，掃描周期一般也就是幾毫秒、幾十毫秒，最多不會超過幾百毫秒。 a簡化工作流程圖 b實際工作流程圖在編程環(huán)境中PLC信息里可以看到程序的掃描周期，西門子S7-200的掃描周期大概是5ms-20ms。3.3.2西門子S7-200的硬件組成1. CPU單元：含有運算器、控制器、寄存器2. 存儲單元：只讀存儲器，ROM或EPROM，用于存儲系統(tǒng)程序（操作系統(tǒng)）。電可擦除存儲器，

31、EEPROM，用于存儲用戶程序（程序?qū)懭牒螅綦姴?丟 失，可多次改寫，少的幾百次多的幾乎不受限制。EEPROM寫入次數(shù)至少10萬次，典型值100萬次。3. I/O口： 數(shù)字量、模擬量4. 外設與通5. 訊接單元：最基本的接口為串口RS-4856. 電源單元：7. 外部設備：如調(diào)試用編程電纜、電腦。8. CPU模塊：西門子S7-200 的CPU有以下幾種： CPU221/222/222CN/224/224CN/224XP/224XP CN/226/226CN9.模擬量輸入輸出擴展模塊：模擬量輸入EM231/231CN 模擬量輸出EM232/232CN 模擬量輸入輸出模塊EM235/235CNa

32、. 模塊上各個信號的地需要與電源的地共起來；b. 一個模塊只能同時接某種電壓或者某種電流信號，因為一個模塊只有一個設置開關（不同的信號設置各不相同）。10. 溫控模塊：EM 231 CN AI 4熱電偶 EM 231 CN AI 2 熱電阻3.3.3西門子S7-200的通信協(xié)議1）PPI協(xié)議：西門子專為S7-200開發(fā)的通訊協(xié)議 PPI 通訊協(xié)議是西門子專為S7-200 CN 系列PLC 開發(fā)的一個通訊協(xié)議?？赏ㄟ^普通的兩芯屏蔽雙絞電纜進行聯(lián)網(wǎng)。波特率為9.6kbit/s ，19.2kbit/s 和187.5kbit/s 。S7-200 CN 系列CPU 上集成的編程口同時就是PPI 通訊聯(lián)網(wǎng)

33、接口。利用PPI 通訊協(xié)議進行通訊非常簡單方便，只用NETR 和NETW 兩條語句即可進行數(shù)據(jù)信號的傳遞，不需額外再配置模塊或軟件。PPI 通訊網(wǎng)絡是一個令牌傳遞網(wǎng)，在不加中繼器的情況下，最多可以由31 個S7-200 CN 系列PLC ，TD200，OP/TP 面板或上位機（插MPI 卡）為站點，構(gòu)成PPI 網(wǎng)。2）MPI協(xié)議：只能作從站S7-200 CN 可以通過內(nèi)置接口連接到MPI 網(wǎng)絡上，波特率19.2k/187.5kbit /s。它可與S7-300/S7-400 CPU 進行通訊。S7-200 CN CPU 在MPI 網(wǎng)絡中作為從站，它們彼此間不能通訊。3）自由口模式：由用戶自定義的

34、通訊協(xié)議，用于與其他串行通訊設 備 通訊（如串行打印機等），S7-200編程軟件Micro/WIN提供了通過自由口模式實現(xiàn)的通訊功能。4）PROFIBUS-DP：通過EM 277 模塊實現(xiàn)通信，S7-200CPU上的兩 個通訊口基本一樣，沒有什么特殊的區(qū)別。它們可以各自在不同的模式、通訊速率下工作；它們的口地址甚至也可相同。分別連接到CPU上兩個通訊口上的設備，不屬于同一個網(wǎng)絡。S7-200CPU不能充當網(wǎng)橋的作用。3.3.4西門子S7-200編程、調(diào)試、軟件安裝 S7-200編程軟件：STEP_7-MicroWIN_V4_SP4 運行環(huán)境： Windows 2000 SP3 以上 Windo

35、ws XP Home Windows XP Professional 4 軟件設計由電梯運動流程圖可以看出電梯的運動控制中最需要關注的主要部分是：開關轎廂門的控制，電梯的自動選向，轎廂的內(nèi)呼和樓層外呼指示。將各部分分為單獨的模塊分別進行編程，繪制梯形圖，不僅條理清晰，提高編程效率，而且能更為方便的進行程序的調(diào)試。4.1開關轎廂門程序轎廂門開可分為以下幾種情況：（1） 電梯在一層平層，有一層外呼上指示或一層內(nèi)呼指示。（2） 電梯在二層平層，有二層外呼下指示(電梯選項向下)，二層外呼上指示(電梯選項向上)或二層內(nèi)呼指示。（3） 電梯在三層平層，有三層外呼下指示(電梯選項向下)，三層外呼上指示(電梯

36、選項向上)或三層內(nèi)呼指示。（4） 電梯在四層平層，有四層外呼下指示(電梯選項向下)，四層外呼上指示(電梯選項向上)或四層內(nèi)呼指示。（5） 電梯在五層平層，有五層外呼下指示或五層內(nèi)呼指示。（6） 電梯在平層時按下開門按鈕。 圖4.1 轎箱門開門電機開這個輸出被置位后，當它符合一定條件時，就應取消它的置 位，使其停止開門動作。這些條件應為：（1） 按下關門按鈕，并且同時開門按鈕沒有按下。（2） 輸出信號門電機關置位，且開門按鈕沒有按下（3） 達到開門限位，自動停止開門動作。 所繪制的梯形圖如下： 圖4.2 轎箱門開復位開門動作結(jié)束后將是3秒鐘的延時，然后電梯會自動關門，達到關門限位后，關門動作自動

37、結(jié)束。同樣，按下關門按鈕，電梯也將關門，開門按鈕被按下，或有門電機開信號輸出，則關門動作取消。所繪制的梯形圖如下： 圖4.3 轎箱門關及其復位4.2自動選向程序 本程序的自動選項功能主要由電梯的上行條件和下行條件兩部分組成。其中，電梯滿足以下條件時上行：（1） 電梯在四層，且有四層外呼上指示，五層外呼下指示，五層內(nèi)呼指示。（2） 電梯在三層，且有三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示。（3） 電梯在二層，且有二層外呼上指示，三層外呼下指示，三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，三層內(nèi)呼指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示

38、。（4） 電梯在一層時，無論什么情況均上行；同理，電梯在第五層時無論什么情況均不上行。滿足以上條件同時不滿足電梯下行條件時，電梯上行，繪制梯形圖如下圖4.4所示： 圖4.4 電梯轎箱上行同樣，當滿足以下條件，且不滿足電梯上行條件時，電梯下行：（1） 電梯在四層，且有四層外呼下指示，三層外呼上指示，三層外呼下指示，二層外呼上指示，二層外呼下指示，一層外呼上指示，三層內(nèi)呼指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示。（2） 電梯在三層，且有三層外呼下指示，二層外呼上指示，二層外呼下指示，一層外呼上指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示。（3） 電梯在二層，且有二層外呼下指示，一層外呼上指示，一層內(nèi)呼指示。（4） 電

39、梯在五層時，無論什么情況均滿足下行條件，同理，電梯在一層時，無論如何均不會下行。繪制梯形圖如下圖4.5所示： 圖4.5電梯轎箱下行4.3轎廂內(nèi)呼和樓層外呼指示程序轎廂內(nèi)呼較為簡單，當按下內(nèi)呼按鈕，內(nèi)呼指示即置位，達到指定樓層后，電梯門打開，內(nèi)呼指示取消置位。以第一層為例，梯形圖如下圖4.6所示： 圖4.6一層內(nèi)呼指示置位與復位樓層外呼指示程序則比較復雜，按下外呼按鈕，則對應的外呼指示置位，在取消置位時，一層和五層因為只有一種運動方向，因此直接平層后門電機打開就能取消置位。以一層為例，作梯形圖如下圖4.7所示： 圖4.7 一層外呼上指示置位與復位而二、三、四層則不同，因為這三層均有兩種運動方向，

40、只有電梯運動方向與外呼運動方向相同時，才能取消置位。以二層外呼為例，梯形圖如下圖4.8所示： 圖4.8二層外呼指示置位與復位其中“二層上”、“二層下”條件的梯形圖如下所示： 圖4.9二層上行、下行條件5 調(diào)試將模塊按設計要求連接好，在電腦中輸入程序反復修改后導入進行調(diào)試，按三層外呼時，電梯上行指示燈亮，同時一樓平層、二樓平層、三樓平層顯示燈分別亮，按開門按鈕開門指示燈亮，過三秒時間開門顯示燈自動滅。接著按內(nèi)呼五層，電梯上行指示燈亮，接著四樓平層、五層樓平層顯示燈分別亮，按開門按鈕，開門指示燈亮按關門按鈕開門指示燈滅。電梯下行時至三層向一層運動過程中按五層內(nèi)呼與五層外呼無信號反映、四層外呼四層內(nèi)

41、呼也均無反應；按二層內(nèi)呼與二層內(nèi)呼均有反應，且能在二層實現(xiàn)開門關門功能，完成二層任務后繼續(xù)向一層運動并完成任務。對最遠反響應功能進行調(diào)試修改后，電梯靜止在一樓，而同時有二層向下外呼電梯，三層向下外呼電梯，四層向下外呼電梯，則電梯先去四樓響應四層向下外呼梯信號。在電梯未平層或運行時按開門按鈕無反應，只有電梯停止運行后按開門按鈕才可使門打開，按關門按鈕可使門關閉。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)定時器設置時間不能太長，太長有時無法完成自動關門功能，反復修改后發(fā)現(xiàn)設置在三秒左右較好。同時發(fā)現(xiàn)PLC語言有時雖然檢查沒錯誤但是程序有事可以實現(xiàn)功能有事不能實現(xiàn)功能，修改程序后才能穩(wěn)定下來經(jīng)過調(diào)試實現(xiàn)了以下功能：1.轎廂門

42、開及其復位功能2.轎廂門關及其復位功能3.自動選向功能4.轎廂內(nèi)呼及轎廂外呼指示5.轎廂內(nèi)呼及轎廂外呼指示復位6.電梯具有同向截車功能。6 總結(jié)與展望在本次畢業(yè)設計中，我通過查閱與課題有關的技術參考資料，了解與此有關的應用技術與發(fā)展現(xiàn)狀，同時學習掌握西門子公司PLC的編程調(diào)試方法與技術，在此基礎上設計并完成了用西門子PLC控制五層電梯系統(tǒng)的硬件和軟件，給出系統(tǒng)硬件的整體設計的說明，以及軟件的總體設計構(gòu)思，并編寫相應的梯形圖軟件。畢業(yè)設計是大學學習階段的一次非常難得的理論與實踐相結(jié)合的機會，通過這次獨立地較為完整的設計出電梯PLC控制系統(tǒng)，我擺脫了單純的理論學習狀態(tài)。通過實際的軟、硬件設計與選擇

43、，鍛煉了我綜合運用所學專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及專業(yè)文獻翻譯等其他方面的能力水平。通過與王萬里光指導老師的溝通與交流，我了解到許多PLC的實際運用知識，硬件設備的選用方法等，讓我的綜合能力得到了提高。這一次的畢業(yè)設計使我得到了寶貴的實際設計經(jīng)驗，使我能夠更好的把理論與實踐結(jié)合起來，再未來的工作中表現(xiàn)出更好的自主學習能力和靈活應變能力。順利如期的完成本次畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。但在此次畢業(yè)設計中，我還有一些未能完成遺憾。由于能力所限，我僅僅運用PLC實現(xiàn)了電梯最基本的運動控制功能，

44、例如沒有考慮到電梯的舒適性，電梯轎廂以及轎廂門、廳門的運行速度只有一個設定值，沒有運用變頻器對電機進行調(diào)速，造成在實際運用中乘坐人員舒適度的降低，這也是我進一步需要努力和加強的地方。致謝長達數(shù)月的畢業(yè)設計終于結(jié)束了，回想整個做畢業(yè)設計的經(jīng)歷，是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，努力汲取新知識來豐富自己的過程，讓我覺得分外充實。此次畢業(yè)設計不僅讓我對PLC有了更深一步的了解，同時也增加了自己的動手實踐能力，為以后的工作打下了基礎?？梢哉f畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。首先，我要感謝培育了我思念的學校，是她讓我在大學生活中不僅學到了學業(yè)上的知識，也學到了為人處事的道

45、理，讓我的學識和思想都更加成熟，為以后的學習、工作、生活奠定了基礎。本次畢業(yè)設計是在我的指導老師萬里光的悉心指導下完成的。從論文的選題到論文的完成，無不傾注著老師辛勤的汗水和心血。萬老師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我受益匪淺。在此，我要向我的指導老師致以最衷心的感謝，感謝老師的選題能讓我在這次畢業(yè)設計中可以學以致用，接觸到實際應用中的知識。最后，向所有關心和幫助過我的領導、老師、同學和朋友表示由衷的謝意!附錄 PLC電梯控制梯形圖門電機開門及其復位1、 門電機關門及其復位2、 電梯轎廂下行條件3、電梯轎廂上行條件4、 內(nèi)呼指示置位與復位：5、外呼指示置位與復位：6、上行指示條件

46、：7、下行指示條件：參考文獻1 王永華. 現(xiàn)代電器控制及PLC應用技術. 2008，第二版，北京航天航空大學出版社。2 西門子S7-200可編程控制器操作手冊。3 余雷聲等. 電氣控制與PLC應用. 2001，機械工業(yè)出版社。4 高鐘毓. 機電控制工程. 2002，第二版，清華大學出版社。5 齊占慶等. 電氣控制技術. 2002，機械工業(yè)出版社。6 程子華. PLC原理與編程實例分析. 2007，第一版，國防工業(yè)出版社。7 何波等. 電氣控制與PLC應用 . 2008，第一版，中國電力出版社。8 張浩風. PLC梯形圖設計方法與應用實例. 2008，第一版，機械工業(yè)出版社9 馬馨宏. 基于PL

47、C的交流貨梯控制:碩士學位論文.吉林:吉林大學電子與通信工程，2007.10 中國自動化網(wǎng). PLC和變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的應用.2008一10一13.11 陳美謙. 基于PLC/MCGS的電梯系統(tǒng)研究:碩士學位論文.廈門:廈門大學控制工程專業(yè)，200712 廖常初.大中型PLC應用教程.北京:機械工業(yè)出版社，2007.108一10913 廖常初，陳曉東.西門子人機界面(觸摸屏)組態(tài)與應用技術.北京:機械工業(yè)出版社，2007.1一5，1114 呼朝.現(xiàn)場總線技術與電梯監(jiān)控系統(tǒng)初探.科技信息.2008.第20期:27一2815 朱曉東，曾慶山，馮冬青.虛擬電梯系統(tǒng)中的PLC通訊技術設計.200816 孫立坤.PLC編程控制與仿真調(diào)試教學系統(tǒng):碩士學位論文.大連:大連理工大學機械電子過程專業(yè)200717 鄭建.PLC仿真技術研究.青島:青島大學控制理論與控制工程，200718 鄭學偉.基于PLC的電梯控制系統(tǒng).天津:天津大學計算機應用技術專業(yè)，200619 王澤欣.基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設計.大連:大連理工大學電子與通信工程專業(yè)，200720 呂奕.PLC控制系統(tǒng)在實