基于S7-200PLC 四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計

1、清華大清華大 學(xué)學(xué)PLC 實訓(xùn)實訓(xùn)（ 2012 級本科）級本科） 題題 目：目： 基于基于 S7-200S7-200PLC 四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計院院 系：系： 專專 業(yè)：業(yè)：自動化自動化 姓姓 名：名：指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 完成日期：完成日期： 2015 年年 7 月月 24 日日 PLC 實訓(xùn)設(shè)計任務(wù)書論文題目基于 S7-200PLC 四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計作 者 姓 名專業(yè)、年級自動化 2012 級 2 班指導(dǎo)教師任務(wù)下達日期2015.6/15一.實訓(xùn)的主要內(nèi)容 根據(jù)實際要求，以 S7-200 型 PLC 為核心，設(shè)計出四層電梯控制系統(tǒng)。設(shè)計控制系統(tǒng)硬件電路，編寫軟件控制

2、系統(tǒng)程序。二.實訓(xùn)報告任務(wù)（1）自動響應(yīng)層樓召喚信號(含上召喚和下召喚)（2）自動響應(yīng)轎廂服務(wù)指令信號（3）自動完成轎廂層樓位置顯示（4）自動顯示電梯運行方向（5）具有電梯直達功能和反向最遠停站功能三. 實訓(xùn)報告要求（1）寫完整實訓(xùn)報告說明書（不超過5000字）。（2）完成系統(tǒng)硬件配置，合理進行地址分配，列出I/O表，畫出接線圖。（要求：有電機主電路、電源電路、PLC 輸入電路、PLC 輸出電路、控制面板圖）（3）設(shè)計梯形圖控制程序，并在仿真軟件上調(diào)試。（4）軟件仿真調(diào)試成功后，到實驗室接線調(diào)試。四、實訓(xùn)報告要求進度安排日期時間內(nèi)容備注查資料確定 I/O 數(shù)量和配置畫程序流程圖并軟件仿真實驗室

3、調(diào)試實驗室調(diào)試 指導(dǎo)老師簽字：摘摘 要要 本課題設(shè)計的意義在于改變了以往繼電器控制的電梯可靠性和穩(wěn)定性差的缺點，鑒于繼電器控制存在著上述的種種弊端，現(xiàn)將 PLC 應(yīng)用于電梯控制,收到了良好效果?？删幊炭刂破鲬?yīng)用于電梯控制，用軟件編程替代原有繼電器硬件布線控制，使控制系統(tǒng)具有了極大的柔性和通用性。隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了智能控制，其邏輯控制也由PLC 代替原來的繼電器控制。本設(shè)計在已有的變頻器的基礎(chǔ)上，采用 PLC 對電梯進行控制，通過合理的選擇和設(shè)計，提高了電梯的控制水平， 并改善了電梯運行的舒適感， 使電梯達到了較為理想的控制效果。 本文介紹一種電梯

4、 PLC 控制系統(tǒng)。電梯是垂直方向的運輸設(shè)備，是高層建筑中不可缺少的交通運輸設(shè)備。它靠電力，拖動一個可以載人或物的轎廂，在建筑的井道內(nèi)導(dǎo)軌上做垂直升降運動，在人們生活中起著舉足輕重的作用。而控制電梯運行的 PLC 系統(tǒng)也要求越來越高，要求達到電梯運行的“穩(wěn)、準、快”的運行目的。該系統(tǒng)主要由 PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器組成為一體的控制系統(tǒng)。本機控制單元采用以西門子的可編程控制器 PLC 對機器進行全過程控制。 關(guān)鍵字：可編程控制器 PLC，繼電器控制，垂直運輸設(shè)備 目錄目錄一、一、緒論.12、方案設(shè)計.2 2.1 電梯繼電器控制系

5、統(tǒng)的特點及存在問題.2 2.1.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點.2 2.2.PLC 控制電梯的優(yōu)點.2 2.3.設(shè)計方案確定.3三、PLC 硬件系統(tǒng)的設(shè)計.3 3.1.控制器的選擇.3 3.2.電梯曳引電機及門電機電路圖.4 3.3.輸入輸出點數(shù)的確定.4四、軟件設(shè)計.4 4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖.6 4.2 .重要程序設(shè)計.7 4.2.1.初始平層程序設(shè)計.7 4.2.2.開關(guān)門控制程序設(shè)計.7 4.2.3.上下行控制程序設(shè)計.8五、總結(jié)與展望.12參考文獻.13附錄.14附錄一 完整程序匯總.14附錄二 實驗接線圖.19第 0 頁 共 19 頁一、緒論緒論可編程序控制器（PLC）是近十幾年發(fā)展起

6、來的一種新型工業(yè)控制器，由于它把計算機的編程靈活，功能強大，應(yīng)用面廣等優(yōu)點與繼電器系統(tǒng)的控制簡單，使用方便，抗干擾能力強,價格便宜,體積小等優(yōu)點結(jié)合起來，在工業(yè)生產(chǎn)控制中廣泛地應(yīng)用。電梯是一種特殊的垂直運輸工具，都市人們的日常生活已經(jīng)越來越離不開它?，F(xiàn)在隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，高樓處處可見，而高樓的主要運輸工具都是電梯，所以接觸電梯的人也越來越多，且隨時影響人們的工作、生活、學(xué)習(xí)。因此人們對電梯的安全性，穩(wěn)定性也越來越高。從電梯控制統(tǒng)的實現(xiàn)方法分，電梯的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器控制、可編程序控制（PLC） 、單片微機控制、多微機控制多種形式。繼電器控制系統(tǒng)是 80 年代最廣泛的一種電梯控制方式，有

7、控制邏輯線路簡單、直接、易于理解和掌握的優(yōu)點，但由于該類系統(tǒng)是由眾多繼電器、接觸器構(gòu)成，使用一段時間后其接觸點往往接觸不良，所以電梯故障高，眾多的繼電器、接觸器動作噪聲較大，整個控制柜體積大。隨著多微機系統(tǒng)在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，電梯控制發(fā)生了限大的變化，因為微機在電梯中的應(yīng)用不僅取代了大部分繼電器和選層器，整個系統(tǒng)更加可靠，靈活性更加提高，功能大增強了。但微機的集成度高，功能項目固化，一般維修人員及工程人員修改或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生廠家或用專用的工具?？删幊绦蚩刂破魅〈^電器構(gòu)成的電梯控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)由繼電器實現(xiàn)的邏輯控制功能，而且觸點少、可靠高、故障率低、維修方便

8、、噪聲小最主要的是可編程序控制系統(tǒng)的可編程功能，使得當改變電梯的控制功能時，只要更改程序即可。而 PLC 的編程語言需不盡相同，但都有通俗易懂，便于自學(xué)的優(yōu)點一般維修及工程人員都能掌握,當然PLC 電梯控制系統(tǒng)只適用于小高層的樓房。PLC 可靠性高，程序設(shè)計方便靈活。本設(shè)計在用可編程 PLC 控制，不但提高了電梯可靠性、可維護性以及靈活性，同時延長了使用壽命，縮短了電梯的開發(fā)周期，并提高了電梯的控制水平，改善了電梯運行的舒適感，使電梯達到了較為理想的控制效果。第 1 頁 共 19 頁二、方案二、方案設(shè)計設(shè)計2.1. 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題2.1.1

9、.電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點 （1）所有控制功能及信號處理均有硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。 （2）系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。 （3）大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。 （4）多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，已經(jīng)形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。2.1.2.電梯繼電器控制的缺點(1) 系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。(2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。(3) 電磁機

10、構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。(4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大。(5) 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大。費用高；而且檢查故障困難，費時費工。2.2.PLC2.2.PLC 控制電梯的優(yōu)點控制電梯的優(yōu)點隨著社會的不斷發(fā)展，樓房越來越高，而電梯成為了高層樓房的必須設(shè)備。電梯從手柄開關(guān)操縱電梯、按鈕控制電梯發(fā)展到了現(xiàn)在的群控電梯，為高層運輸做出了不可磨滅的貢獻。PLC 在電梯控制上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關(guān)控制功能。由于 PLC 具有邏輯運算，計數(shù)和定時以及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能。在電梯控制過程中，各種邏輯開關(guān)控制與 PLC 很好的結(jié)合，很

11、好的實現(xiàn)了對電梯的控制。電梯的電氣系統(tǒng)由拖動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)采用的繼電器邏輯控制由于觸點多、故障率高、可靠性差、體積大等缺點，第 2 頁 共 19 頁正逐漸被淘汰。目前電梯設(shè)計使用可編程控制器(PLC)，要求功能變化靈活，編程簡單，故障少，噪音低。維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強，控制箱占地面積少。當乘員進入電梯，按下樓層按鈕，電梯門自動關(guān)閉后控制系統(tǒng)進行下列運作：根據(jù)轎廂所處位置及乘員所處層數(shù)判定轎廂運行方向，保證轎廂平層時減速。將轎廂停在選定的樓層上；同時，根據(jù)樓層的呼叫，順路停車，自動開關(guān)門。另外在轎廂內(nèi)外均要有信號燈顯示電梯運行方向及樓層。2.3.設(shè)計方

12、案確定設(shè)計方案確定(1) 初始時沒有呼叫信號時，電梯處于任意層，且在沒有呼叫信號是電梯禁止不動。(2) 根據(jù)電梯最早記憶信號，再判斷是上行還是下行。即就是電梯的定向。電梯的定向根據(jù)初始信號的狀態(tài)可分為兩種。一種是指令定向，指令定向即是把電梯的指令與初始狀態(tài)相比較再執(zhí)行“上行”或“下行” 。第二種是呼梯定向，呼梯定向是根據(jù)呼梯信號的來源位置與當前電梯位置比較，得出“上行”或“下行”結(jié)論。(3) 一個方向的任務(wù)執(zhí)行完要換向時，依據(jù)最遠站換向原則。例如，電梯在一樓根據(jù)二樓指令向上，此時三樓、四樓分別在呼梯向下信號。電梯到達二樓停站，下客后繼續(xù)向上。如果到三樓停站換向，則四樓的要求不能兼顧，如果到四樓

13、停站換向，則到三樓可順向截車。(4) 電梯在運行過程中，轎廂在任何相反方向上升（或下降）的外乎信號都不響應(yīng)。如果在相反方向沒有外呼信號時，則電梯響應(yīng)同方向外呼信號。(5)電梯在關(guān)門之后電梯才可運行，且上行或下行指示燈顯示。 (6)電梯不在平層或運行時，開門關(guān)門按鈕開關(guān)不起作用。到達平層后，停止 2s 之后轎廂門自動打開，轎廂門打開后經(jīng) 3s 后電梯門自動關(guān)閉，且如果有進入時重新計時 3s 后再關(guān)閉。且開關(guān)門信號可手動控制。三、三、PLCPLC 硬件系統(tǒng)的設(shè)計硬件系統(tǒng)的設(shè)計3.1.3.1.控制器的選擇控制器的選擇 SIMATIC 小型 S7-200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測

14、、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)第 3 頁 共 19 頁絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。S7-200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強勁的通訊能力；豐富的擴展模塊等。S7-200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。STEP 7-Micro/WIN 32 是西門子公司專門為 S7-20

15、0 系列 PLC 設(shè)計在個人計算機 Windows 操作系統(tǒng)下運行的編程軟件，它的功能強大，使用方便，簡單易學(xué)，可用梯形圖（LAD） 、語句表（STL）和功能塊圖三種編程語言編制程序，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換。STEP 7-Micro/WIN 32 提供兩套指令集，即 SIMATIC 指令集（S7-200 方式）和國際標準指令集（IEC1131-3 方式） 。程序編制完成之后，利用 PLC 與計算機專用的 PC/PPI 電纜傳送程序至 PLC。3.2. 電梯曳引電機及門電機電路圖電梯曳引電機及門電機電路圖根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖所示。圖中M1，M2 為曳

16、引電機和門電機，交流接觸器 KM1-KM4 通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。FR1，F(xiàn)R2 為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。FU1 為熔斷器，起過電流保護作用。第 4 頁 共 19 頁圖一圖一 電梯曳引電機及門電機電路圖電梯曳引電機及門電機電路圖3.3.3.3.輸入輸出點數(shù)的確定輸入輸出點數(shù)的確定 采用 PLC 構(gòu)成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行分別由 KM1 和KM2 兩臺電機通過正反轉(zhuǎn)控制。KM1 正轉(zhuǎn)為上升，反轉(zhuǎn)為電梯下降，KM2 電機正轉(zhuǎn)為開門，反轉(zhuǎn)為關(guān)門。一四樓內(nèi)選信號按鈕 S1S4 控制，一樓上呼由按鈕U1 控制，

17、二樓上（下）呼分別由按鈕 U2、D2 控制，三樓上（下）呼分別由按鈕 U3、D3 控制，4 樓下呼用按鈕 D4 控制。手動開門、手動關(guān)門分別由按鈕OP,CL 控制。一四樓平層由行程開關(guān) SQ1、SQ2、SQ3、SQ4 控制。開（關(guān)）門限位信號分別由行程開關(guān) SQ5、SQ6 控制。綜上所述輸入點共 18 點。一層有上升呼叫指示燈 HL1，二層有上升呼叫指示燈 HL2 以及下降呼叫指示燈 HL3，三層有上升呼指示燈 HL4 以及下降指示燈 HL5，四層有下降呼叫指示燈HL6。電梯內(nèi)有一至四層內(nèi)呼指示燈 HL7HL10 顯示。電梯開門和關(guān)門分別通過電磁鐵 KM3 和 KM4 控制，轎廂上行和下行由接

18、觸器 KM1 和 KM2 控制。則共有輸出點 14 點。則由分析，輸入點共有 18 點，輸出點共有 14 點。 表一表一 四層電梯控制系統(tǒng)輸入四層電梯控制系統(tǒng)輸入/ /輸出編址表輸出編址表輸入編址輸出編址一層上呼按鈕 U1I0.1轎箱上升 KM1Q1.1二層上呼按鈕 U2I0.3轎箱下降 KM2Q1.0三層上呼按鈕 U3I0.5一層上呼指示燈Q0.1二層下呼按鈕 D2I0.2二層上呼指示燈Q0.3三層下呼按鈕 D3I0.4三層上呼指示燈Q0.5四層下呼按鈕 D4I0.6二層下呼指示燈Q0.2一層內(nèi)選按鈕 S1I1.6三層下呼指示燈Q0.4二層內(nèi)選按鈕 S2I1.7四層下呼指示燈Q0.6三層內(nèi)選

19、按鈕 S3I2.0四層內(nèi)選指示燈Q1.5四層內(nèi)選按鈕 S4I2.1三層內(nèi)選指示燈Q1.4開門按鈕 OPI0.7二層內(nèi)選指示燈Q1.3關(guān)門按鈕 CLI0.0一層內(nèi)選指示燈Q1.2一層行程開關(guān) SQ1I1.1開門控制信號Q0.7二層行程開關(guān) SQ2I1.2關(guān)門控制信號Q0.0三層行程開關(guān) SQ3I1.3四層指示 L4Q2.1四層行程開關(guān) SQ4I1.4三層指示 L3Q2.0開門限位開關(guān) SQ5I1.5二層指示 L2Q1.7關(guān)門限位開關(guān) SQ6I1.0一層指示 L1Q1.6第 5 頁 共 19 頁四 軟件設(shè)計4.1.4.1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖開始初始化（等待）確認目標樓層是否廳外呼叫是否轎廂

20、呼叫電梯制動延時開門關(guān)門樓層信號運行電梯選向目標層與所停層同層是否目標是否停止YNYNYYNYN停止目標層與所停層之間的關(guān)系第 6 頁 共 19 頁圖二圖二 程序總流程圖程序總流程圖4.24.2 . .重要程序設(shè)計重要程序設(shè)計4.2.1.4.2.1.初始平層程序設(shè)計初始平層程序設(shè)計初次上電如果電梯不在平層位置,則自動向下運行,直到第一次平層停止.如果沒關(guān)門還的先關(guān)門再平層運動.程序如下： 4.2.2.4.2.2.開關(guān)門控制程序設(shè)計開關(guān)門控制程序設(shè)計開關(guān)門控制程序分為開關(guān)門過程允許,開關(guān)門過程控制與平層過程控制，其程序如下：（1）開關(guān)門允許部分程序，其他部分類推：（2）該關(guān)門過程控制程序：第 7

21、 頁 共 19 頁（3）平層開關(guān)門過程控制當電梯沒有請求信號,在平層位置時,本層的外部信號和內(nèi)部的開門信號可以使電梯開門，程序如下：4.2.3.4.2.3.上下行控制程序設(shè)計上下行控制程序設(shè)計 電梯上下行程序分為請求信號確定程序，上行控制程序與下行控制程序，其程序如下：（1）請求信號確定程序，其作用是根據(jù)請求信號來確定上行,下行響應(yīng)，如：第 8 頁 共 19 頁（2）上行控制程序，直接控制牽引電機的正轉(zhuǎn)，如：第 9 頁 共 19 頁（3）下行控制程序，直接控制牽引電機的反轉(zhuǎn)，如：第 10 頁 共 19 頁5、總結(jié)與展望總結(jié)與展望 針對這個五層電梯的控制系統(tǒng)，本文采用西門子 S7 200 可編程

22、控制器設(shè)計成電梯的樓層位置指示、轎內(nèi)指令、廳外召喚指令、自動/手動開關(guān)門控制等控制任務(wù)。經(jīng)實踐證明：用 P L C 可編程控制器可以非常好地模擬電梯控制系統(tǒng)的測試運行，有利于 P L C 控制系統(tǒng)的設(shè)計、檢測，具有良好的應(yīng)用價值。 本論文研究的課題背景是“基于 s7-200PLC 的四層電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計” ，針對這個四層電梯的控制系統(tǒng) 本文采用西門子 S7200 可編程控制器設(shè)計電梯的控制系統(tǒng)并完成電梯的轎內(nèi)指令、廳外召喚指令、樓層位置指示、平層換速控制、開門控制等控制任務(wù)，建立電梯控制的系統(tǒng)模型。在此基礎(chǔ)上研究運用變頻器進行速度的控制，以達到電梯更好的運行性能， 使其具有良好的應(yīng)第 11

23、頁 共 19 頁用價值。 此外還有對計算機， 傳感器的一些研究。通過對電梯控制系統(tǒng)的實驗研究，我們可以大致得出以下一些結(jié)論： 由于電梯自身的特點，要求實現(xiàn)了每個操作按鈕功能都能模擬電梯的實物上的按鈕功能一樣，各樓層電梯內(nèi)的按鈕，按下數(shù)字鍵，該鍵指示燈亮，在電梯關(guān)門后，電梯將開往該樓層，到達后指示燈滅，模擬電梯的上下位置是用檢測開關(guān)獲得的?？紤]到使用 S7-200 的 PLC，我用的是 Step7-Micro/Win 4.0 來編寫程序的，它沒有硬件態(tài)功能，所以的硬件 I/O 地址都由模塊物理位置確定的，相比 STEP7 V5.3 軟件來說，Step7-Micro/Win 4.0 要簡單得多，易

24、于操作。 在電梯設(shè)計的機械電氣方面，還有一些可以改進的地方。電梯的平層功能中用的傳感器是紅外線的，性能不太好，外界光線對它的影響較大，同時其物理尺寸也太小，只要轎廂稍有些偏差就不動作或損壞。 電梯不僅是代步的工具,也是人類物質(zhì)文明的標志。 電梯技術(shù)的發(fā)展水平體現(xiàn)了社會的科學(xué)進步水平。摩天大樓的高度限制,不僅是建筑技術(shù)上的困難,一個重要的因素是受電梯提升高度的限制。相信隨著電梯技術(shù)的開發(fā)研究,高效、高速、智能化控制的電梯一定會提供優(yōu)質(zhì)良好的服務(wù)。無機房、無齒輪、電磁兼容性、遠程監(jiān)控、使用新材料等技術(shù)將是電梯工業(yè)今后幾年的主要研究方向。由于國外先進的安裝技術(shù)和維護保養(yǎng)技術(shù)的引進，目前電梯安裝，特別是提升高度較高的電梯安裝，普遍采用無腳手架安裝法進行電梯的安裝。同時，與電梯相關(guān)的基礎(chǔ)工業(yè)的進步、現(xiàn)代化管理手段的貫徹和安裝工人的技術(shù)能力的培養(yǎng)， 為電梯安裝的快捷、準確提供了方便。為提高維護保養(yǎng)工作的質(zhì)量，及時解決和預(yù)防電梯在使用過程中的突發(fā)故障和運行隱患，一些電梯企業(yè)借助計算機網(wǎng)絡(luò)建立了電