畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于s7-200的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于S7-200的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2010年6月</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑已成為現(xiàn)代城市的標(biāo)志。電梯作為垂直運(yùn)輸工具，承擔(dān)著大量的人流和物流的輸送，其作用在建筑物中至關(guān)重要。目前，電梯

2、的控制系統(tǒng)主要有繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)，由于繼電器本身的機(jī)械和電慣性大，大大降低了電梯系統(tǒng)的可靠性和安全性，微機(jī)控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在著抗干擾性差、系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、難維護(hù)等缺陷，而PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試周期短，已成為目前電梯控制中最常用的控制方式。</p><p>　　本文在介紹電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，闡述了電梯的拖動原理和控制原理，重點(diǎn)分析

3、了電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何用PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)并編制控制程序。在分析了電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，用梯形圖編程實(shí)現(xiàn)了指層、廳召喚、選層選向等功能。最后采用西門子S7-200仿真軟件STEP 7-MicroWIN對電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬調(diào)試。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電梯控制；PLC；模塊化編程；梯形圖；STEP 7-MicroWIN</p><p>

4、<b>　　目錄</b></p><p>　　1 概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1</p><p>　　1.1 電梯控制概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1</p><p>　　1

5、.2 電梯控制技術(shù)的發(fā)展. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2</p><p>　　1.3 電梯的構(gòu)造. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3</p><p>　　1.4 電梯的控制要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、. .4</p><p>　　1.5 本文研究主要內(nèi)容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5</p><p>　　2 總體設(shè)計(jì)方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6</p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)方案的確定. . . . . . . .

7、 . . . . . . . . . . . . . .6</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)思想. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8</p><p>　　3 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9</p><p>　　3.1四

8、層電梯控制主回路原理圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9</p><p>　　3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 . . . . . . . . . . . . . . . . . .10</p><p>　　3.3 可編程控制器機(jī)型選擇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10</p>&

9、lt;p>　　3.4 硬件設(shè)計(jì)方案的確定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11</p><p>　　4 電梯信號控制軟件設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14</p><p>　　4.1 PLC的編程語言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10、 . . . 14</p><p>　　4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14</p><p>　　4.3電梯控制梯形圖程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15</p><p>　　5 電梯控制的仿真及調(diào)試. . . . . . . .

11、 . . . . . . . . . . . . . 26</p><p>　　5.1 STEP7 概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26</p><p>　　5.2 程序仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26</p><p&g

12、t;　　6 總結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29</p><p>　　參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30</p><p>　　致謝. . . . . . . . . . . . . . . . .

13、. . . . . . . . . . . . . . .31</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 電梯控制概述</p><p>　　電梯高層賓館、商店、住宅、多層 廠房和倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。1889年，美國奧梯斯升降機(jī)公司推出的世界上第一部以電動機(jī)為動力的升降機(jī)，同年在紐約市的馬累

14、特大廈安裝成功。隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求。</p><p>　　傳統(tǒng)的電梯運(yùn)行邏輯控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制線路。這種控制線路，存在易出故障、維護(hù)不便、運(yùn)行壽命短、占用空間大等缺點(diǎn)。從技術(shù)發(fā)展來看，這種系統(tǒng)將逐漸被淘汰。</p><p>　　目前，由可編程控制器和微機(jī)組成的電梯運(yùn)行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速

15、度發(fā)展著。采用PLC控制的電梯可靠性高、維護(hù)方便、開發(fā)周期短，這種電梯運(yùn)行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復(fù)雜的控制任務(wù)，已成為電梯控制的發(fā)展方向其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　可編程控制器，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。PLC在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最

16、值得重視的現(xiàn)今控制技術(shù)。PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易與計(jì)算機(jī)接口、能對模擬量進(jìn)行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)的繼電-接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。</p><

17、;p>　　總之，電梯的控制是比較復(fù)雜的，在計(jì)算機(jī)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，然后其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應(yīng)電梯控制的要求和發(fā)展。電梯使用繼電接觸控制的時代，很難設(shè)計(jì)出質(zhì)量優(yōu)良的電梯控制系統(tǒng)，而現(xiàn)在，PLC的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。PLC是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，隨著PLC應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性

18、能增強(qiáng)，因此，它已經(jīng)成為電梯運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　1.2 電梯控制技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　電梯的雛形是升降機(jī)，它起源于公元前236年的古希臘，當(dāng)時阿基米德設(shè)計(jì)出一種人力驅(qū)動的卷筒式卷揚(yáng)機(jī)。到1835年，人們開始采用蒸汽機(jī)作為升降機(jī)的動力， 1858年，出現(xiàn)了世界上第一臺以蒸汽機(jī)作動力，帶安全裝置的載人升降機(jī)。這為以后越來越高的高樓大廈提供了重要的垂直運(yùn)輸工具。&l

19、t;/p><p>　　1889年，奧的斯升降機(jī)公司首先使用直流電動機(jī)作為升降機(jī)的動力，由于電動機(jī)具有體積小、功率大，控制方便等優(yōu)點(diǎn)，從而使電梯真正趨于實(shí)用化。</p><p>　　2000年，深圳開始出現(xiàn)PLC電梯控制系統(tǒng)，PLC電梯控制器能夠靈活、智能化地控制電梯的運(yùn)行管理。隨著人們對安全、智能、節(jié)能的要求越來越高，隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑已成為現(xiàn)代社會的標(biāo)志。電梯在垂直運(yùn)輸中

20、起著越來越重要的作用。運(yùn)用PLC控制的電梯也廣泛地安裝在各種功能大廈的電梯當(dāng)中。</p><p>　　目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、PLC控制和微型計(jì)算機(jī)控制三種。</p><p>　　繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實(shí)現(xiàn)電梯控制的方法。它所有控制功能及信號處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，保養(yǎng)維修簡單，價格便宜，但是系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線復(fù)雜,而且機(jī)械和電磁慣性大

21、，系統(tǒng)控制精確度難以提高。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，已經(jīng)漸漸被淘汰了。</p><p>　　微機(jī)控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在著抗干擾性差、系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、設(shè)計(jì)調(diào)試周期長、難以維護(hù)等缺點(diǎn)。</p><p>　　PlC是一種專用計(jì)算機(jī)，它采用巡回掃描的方式分時處理各項(xiàng)任務(wù)，而且依靠程序運(yùn)行，這就保證只有正確的程序才能運(yùn)行，否則電梯不會工作；又由

22、于PLC中的內(nèi)部輔助繼電器及保持繼電器等實(shí)際上是PLC系統(tǒng)內(nèi)存工作單元，因此，它比繼電器控制有著明顯的優(yōu)越性，運(yùn)行壽命更長，工作更加可靠安全，自動化水平更高，抗干擾性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試周期短，PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、實(shí)用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)。</p><p><b>　　1.3 電梯的構(gòu)造</b>

23、</p><p>　　電梯是一種特殊的起重運(yùn)輸設(shè)備，由轎廂及配重、拖動電機(jī)及減速傳動機(jī)械、井道及井道設(shè)備、召喚系統(tǒng)及安全裝置構(gòu)成。橋廂是載人或裝貨的部位，配重是為了改變電梯電機(jī)負(fù)載的特性以提高電梯安全性而設(shè)置的。圖1-1是電梯拖動系統(tǒng)示意圖，圖中可見電梯的轎廂及配重分系在鋼絲繩的兩端，鋼絲繩掛跨在曳引輪上，曳引輪經(jīng)減速機(jī)構(gòu)由電機(jī)拖動，形成轎廂的上下運(yùn)動。</p><p>　　井道指建筑物中

24、用于安裝電梯并提升電梯運(yùn)行的通道，轎廂及配重都是在井道中運(yùn)行的。井道在各樓層設(shè)有門廳及呼梯設(shè)備。門廳有門廳門，廳門頂部裝有層樓指示燈，用于指示電梯的運(yùn)行方向及電梯所在的位置。門廳里還設(shè)有呼梯盒，用于在每層站召喚電梯。呼梯盒常安裝在廳門外離地面1m左右的墻壁上，基站與頂部只有一個按鈕，中間層站有上呼與下呼兩個按鈕，按鈕下帶有呼梯記憶燈?；镜暮籼莺猩线€設(shè)有鑰匙開關(guān)，供司機(jī)開關(guān)電梯。為了實(shí)現(xiàn)轎廂的正常運(yùn)行及準(zhǔn)確停車，井道中往往要安裝許多定位

25、裝置及安全設(shè)備。井道的頂部和底部還設(shè)有沖頂及蹲底的緩沖設(shè)備。</p><p>　　轎廂中設(shè)有自動門機(jī)，用來完成電梯的開門及關(guān)門任務(wù)。電梯門分廳門及轎門，當(dāng)電梯?？磕硨訒r，此層的廳門在轎門的帶動下開啟及關(guān)閉。電梯的操縱廂也安裝在轎廂內(nèi)，供司機(jī)及乘客對電梯發(fā)布動作命令。上面設(shè)有與電梯層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕（帶有選指示記憶燈），上下行啟動按鈕（帶上下行指示記憶燈），開關(guān)門按鈕，急停按鈕，風(fēng)扇、照明、層樓指示燈的控制開關(guān)

26、，電梯運(yùn)行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)（選擇電梯是自動運(yùn)行、司機(jī)狀態(tài)下運(yùn)行，還是檢修狀態(tài)）等。</p><p>　　電梯的安全是電梯最重要的技術(shù)指標(biāo)。電梯的安全設(shè)備有：安全窗及其開關(guān)、安全鉗及其開關(guān)、限速器及其開關(guān)、限速開關(guān)安全窗位于轎廂的頂部，供應(yīng)急情況下疏散乘客，當(dāng)安全窗打開時，電梯不準(zhǔn)運(yùn)行。安全鉗是為了防止電梯曳引鋼繩斷裂及超速運(yùn)行的機(jī)械裝置，用于在上述情況下將轎廂支持在軌道上。限速器是檢測電梯運(yùn)行速度的裝置，當(dāng)電梯超

27、速運(yùn)行時，限速器動作，帶動安全鉗使電梯停止運(yùn)行。極限開關(guān)、強(qiáng)迫轉(zhuǎn)換開關(guān)是電梯位置安全裝置，當(dāng)電梯運(yùn)行至上下極限位置時仍不停車，上下限開關(guān)動作，發(fā)出停車信號，若仍不能停車，將壓下上下強(qiáng)迫停車開關(guān)，強(qiáng)制電梯停止運(yùn)行，若還不能停車，將通過機(jī)械裝置帶動極限開關(guān)切斷曳引電機(jī)電源，以達(dá)到停車的目的，避免電梯出現(xiàn)沖頂與蹲底事故。</p><p>　　1.4電梯的控制要求</p><p>　　1) 開始時

28、，電梯處于任意一層。</p><p>　　2) 當(dāng)有外呼梯信號到來時，電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運(yùn)行，2秒后電梯門打開，延時5S后自動關(guān)門。</p><p>　　3) 當(dāng)有內(nèi)呼梯信號到來時，電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開，延時3S后自動關(guān)門。</p><p>　　4) 在電梯運(yùn)行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下

29、降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該外號，但不響應(yīng)二層向下外呼梯信號。同時，如果電梯到達(dá)三層，如果四層沒有任何呼梯信號，則電梯可以響應(yīng)三層向下外呼梯信號。</p><p>　　5) 電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外梯響應(yīng)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(yīng)四層向下外呼梯信號。</p><

30、;p>　　6) 電梯未平層或運(yùn)行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運(yùn)行后，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門電梯門關(guān)閉。</p><p>　　1.5 本文研究主要內(nèi)容</p><p>　　電梯的控制系統(tǒng)分為拖動控制和信號控制兩大部分。本文確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，主要研究由 PLC 來實(shí)現(xiàn)的電梯信號控制，完成了可編程控制器（PLC）的選擇。然后是系統(tǒng)硬件開發(fā)，完成了 PLC 的選

31、型、I/O 點(diǎn)數(shù)分配與 PLC 的連接。在分析了電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，編制程序梯形圖，實(shí)現(xiàn)了電梯外召喚信號登記及消除、內(nèi)指令信號登記及消除、平層信號的處理、選層定向及自動手動開關(guān)門的控制。最后介紹了系統(tǒng)的軟件開發(fā),并對電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬調(diào)試。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　

32、2.1總體設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、PLC控制和微型計(jì)算機(jī)控制三種。</p><p>　　2.1.1 PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較</p><p>　　從某種意義上說，PLC是從繼電接觸控制發(fā)展而來的。兩者既有相似性又有不同之處。</p><p>　　1) 繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點(diǎn)和

33、“硬”線連接，為全硬件控制；PLC內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點(diǎn)和“軟”線連接，為軟件控制。</p><p>　　2) 繼電接觸控制系統(tǒng)體積大；PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。</p><p>　　3) 繼電接觸控制全為機(jī)械式觸點(diǎn)，動作慢；PLC內(nèi)部全為“軟接點(diǎn)”，動作快。</p><p>　　4) 繼電接觸控制功能改變，須拆線、接線乃至更換元器件，比較麻煩；

34、PLC控制功能改變，一般僅需修改程序即可，極其方便。</p><p>　　5) PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工與調(diào)試比繼電接觸控制系統(tǒng)周期短。</p><p>　　6) PLC控制的自檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制的強(qiáng)。</p><p>　　7) PLC的應(yīng)用范圍比繼電接觸控制的要廣泛。</p><p>　　8) PLC可靠性比繼電接觸控制的高。&l

35、t;/p><p>　　此外，可編程序控制器與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同?？删幊绦蚩刂破魇且苑磸?fù)掃描的方式工作，是循環(huán)地、連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說可編程序控制器是以“串行”方式工作的。而繼電-接觸器是按“并行”方式工作的，或者說是按同時執(zhí)行方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作。繼電-接觸器控制的并行工作方式因觸點(diǎn)動作的延誤易產(chǎn)生競爭和時序失配等問題，這些

36、在串行工作方式的可編程序控制器中不會發(fā)生。</p><p>　　2.1.2 PLC與微型計(jì)算機(jī)的比較</p><p>　　PLC也是隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展，PLC實(shí)質(zhì)上就是一臺專為工業(yè)生產(chǎn)控制設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)。兩者既有相似處有差別，主要差別表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　1) PLC輸出輸入接口較多，中大型PLC輸出輸入接口更多，便于多路多點(diǎn)控制。&l

37、t;/p><p>　　2) PLC編程簡便，因?yàn)镻LC是采用易于用戶理解、接收和使用的梯形圖編程語言，指令又不太多，而計(jì)算機(jī)使用匯編語言或其他高級語言編程，比PLC編程復(fù)雜。</p><p>　　3) PLC可靠性高，因?yàn)镻LC是為工作環(huán)境條件比較惡劣的工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)與制造PLC時已采取了多種有效的抗干擾和提高可靠性措施。</p><p>　　4) PLC技術(shù)較容

38、易掌握，使用維護(hù)方便，對使用者的技術(shù)水平要求比使用計(jì)算機(jī)時低。</p><p>　　5) PLC采用掃描方式進(jìn)行工作，加之其他一些原因，所以PLC輸入輸出響應(yīng)比計(jì)算機(jī)慢。</p><p>　　6) 此外PLC體積較小，調(diào)試周期短。</p><p>　　從上邊的論述和比較可以看出，由PLC的硬件決定了它的可靠性和控制功能比繼電器控制系統(tǒng)高的多，它是專門為工業(yè)控制場合設(shè)

39、計(jì)的，所以他的穩(wěn)定性也比一般通用計(jì)算機(jī)要好的多，而且它操作簡單靈活，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級和功能擴(kuò)展所以在本設(shè)計(jì)中采用PLC來進(jìn)行邏輯控制。</p><p>　　2.1.3 PLC控制的電梯系統(tǒng)</p><p>　　圖2-1 電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　電梯PLC的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。圖2

40、-1為電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，主要硬件包括PLC主機(jī)及擴(kuò)展、機(jī)械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機(jī)、調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等。</p><p>　　系統(tǒng)控制核心為PLC主機(jī)、操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護(hù)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(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)思想</b

41、></p><p>　　電梯信號控制基本由PLC軟件實(shí)現(xiàn)。電梯信號控制系統(tǒng)如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 電梯PLC信號控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　輸入到PLC的控制信號有：運(yùn)行方式選擇（如自動、有/無司機(jī)、檢修、消防運(yùn)行方式等）、運(yùn)行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、開關(guān)門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。</p><p>

42、　　根據(jù)不同的輸入控制信號，系統(tǒng)給出不同的輸出響應(yīng)，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)電梯的上行下行和開關(guān)門，由限位開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電梯停層。對于輸入的轎內(nèi)外指令有呼梯指示、樓層指示等指示燈指示。</p><p>　　3 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　電梯的安全運(yùn)行是電梯控制要考慮的首要問題，本設(shè)計(jì)及完成了電梯未知的確定與顯示、轎廂內(nèi)的運(yùn)行命令及門廳的召喚、電梯自動運(yùn)行時的信號響應(yīng)、電梯的平層與

43、停車及電梯的開關(guān)門控制。由一臺曳引電機(jī)和一臺門電機(jī)分別控制電梯上下行和開關(guān)門。讓乘客能知道電梯的位置及運(yùn)行方向，而且電梯自動關(guān)門時，門接觸處的傳感器能感應(yīng)外界阻力，安全開關(guān)門。</p><p>　　3.1 四層電梯控制主回路原理圖</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖3-1所示。圖中M1，M2為曳引電機(jī)和門電機(jī)，交流接觸器KM1~KM4通過控制兩臺電動機(jī)

44、的運(yùn)行來控制轎廂和廳門，從而進(jìn)行對電梯的控制。FR1，F(xiàn)R2為起過載保護(hù)作用的熱繼電器，用于電梯運(yùn)行過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護(hù)作用。</p><p>　　圖3-1電梯的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖</p><p>　　L1、L2、L3為系統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動提供三相電源，當(dāng)接觸器KM1接通時，電機(jī)正轉(zhuǎn)，電梯上行；當(dāng)電梯到達(dá)頂層或接到下行信號時，KM2接通，電梯下行；在電梯上行或下行

45、途中，若遇到限位開關(guān)的停層信號，曳引電機(jī)停轉(zhuǎn)，電梯停層，此時，門電機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電梯的開關(guān)門。QS為手動斷路器，實(shí)現(xiàn)手動的開機(jī)關(guān)機(jī)。</p><p>　　3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則</p><p>　　任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：</p><p>　　1)最大限度

46、地滿足被控對象的控制要求</p><p>　　2)保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠</p><p>　　3)力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便</p><p><b>　　4)適應(yīng)發(fā)展的需要</b></p><p>　　3.3可編程控制器機(jī)型的選擇</p><p>　　為了完成設(shè)定的控制任務(wù),主要根據(jù)電梯控

47、制方式與輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和占用內(nèi)存的多少來確定PLC的機(jī)型。本系統(tǒng)為四層樓的電梯,采用集選控制方式,本設(shè)計(jì)選用西門子S7-200系列實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　所需輸入/輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量估算如下:</p><p>　　1）輸入/輸出點(diǎn)的估算：</p><p>　　采用PLC構(gòu)成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機(jī)拖動，電動機(jī)正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降

48、。一層有上升呼叫按鈕K1和指示燈H1，二層有上升呼叫按鈕K2和指示燈H2以及下降呼叫按鈕K4和指示燈H4，三層有上升呼叫按鈕K3和指示燈H3以及下降呼叫按鈕K5和指示燈H5，四層有下降呼叫按鈕K6和指示燈H6。一至四層有到位行程開關(guān)SQ1～SQ4。電梯內(nèi)有一至四層呼叫按鈕K10～K7和指示燈H10～H7；電梯開門和關(guān)門按鈕SB5和SB6，電梯開門和關(guān)門分別通過電磁鐵KM3和KM4控制，關(guān)門到位由行程開關(guān)ST1檢測，開門到位由行程開關(guān)ST

49、2檢測。轎廂上行和下行由接觸器KM1和KM2控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。</p><p>　　輸入點(diǎn)共有14個，輸出點(diǎn)共有16個,總共30個。</p><p><b>　　2）內(nèi)存容量的估算</b></p><p>　　用戶控制程序所需內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、用戶的程序編寫水平等因素有關(guān)。因此,在用戶程序編寫前只能根據(jù)

50、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行估算。本系統(tǒng)有開關(guān)量I/O總點(diǎn)數(shù)有30個，模擬量I/O數(shù)為0個。利用估算PLC內(nèi)存總?cè)萘康挠?jì)算公式:</p><p>　　所需總內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開關(guān)量I/O總點(diǎn)數(shù)×(10～15)+模擬量I/O總點(diǎn)數(shù)×(150～250)再按30%左右預(yù)留余量。估算本系統(tǒng)需要約1K字節(jié)的內(nèi)存容量。</p><p>　　綜合I/O點(diǎn)數(shù)以及內(nèi)存容量，S7—200

51、的CPU221及CPU222輸入，輸出點(diǎn)數(shù)大大滿足不了該設(shè)計(jì)的需求；CPU224有14個輸入，10個輸出點(diǎn)，需要接擴(kuò)展模塊，設(shè)置地址，把設(shè)計(jì)復(fù)雜話。故選有24個輸入16個輸出的CPU226，足以滿足要求。</p><p>　　S7-200的CPU226的技術(shù)數(shù)據(jù)如表3-1所示，</p><p>　　表3-1 CPU226的存儲器分區(qū)及數(shù)量</p><p>　　3.4

52、 硬件設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　3.4.1輸入/輸出點(diǎn)的分配</p><p>　　該系統(tǒng)占用PLC的30個I/O口，14個輸入點(diǎn)，16個輸出點(diǎn)，具體的I/O分配如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 I/O分配表</p><p>　　3.4.2 PLC外部接線圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)的PLC

53、外部接線圖如圖3-2所示.CPU226CN的傳感器電源24V(DC)可以輸出600mA電流，通過核算在本設(shè)計(jì)中PLC容量完全滿足要求，CPU226CN的輸出繼電器觸點(diǎn)容量為2A，電壓范圍為5~30V（DC）或5~250V（AC）。</p><p>　　電梯現(xiàn)在由一樓上行，電機(jī)正轉(zhuǎn)，則Q0.2輸出，KM1閉合，同時Q0.0輸出。上行記憶燈亮。當(dāng)二樓或以上樓層有人外呼電梯，則外呼梯信號I0.1輸入，SQ2閉合。當(dāng)電梯

54、抵達(dá)二樓平層時，Q1.6輸出，KM3閉合，電梯開門，乘客進(jìn)入后，Q1.7輸出，KM4閉合，電梯關(guān)門。在上行過程中，可采集二、三樓信號，并進(jìn)行上行登記，當(dāng)電梯抵達(dá)頂層四樓時，信號由I0.3輸入，四樓位置開關(guān)SQ4閉合。</p><p>　　當(dāng)電梯有內(nèi)呼信號時，I0.4—I0.7處輸入，K10—K7處某一開關(guān)閉合Q0.4—Q0.7處信號輸出。內(nèi)呼登記處信號燈亮，電梯由登記信號選擇平層?？?。</p>&l

55、t;p>　　同理，電梯下行時，Q0.3信號輸出，KM2帶電，電機(jī)反轉(zhuǎn)，所有內(nèi)外呼梯信號及平層?？烤娞萆闲袝r情況一樣。</p><p>　　圖3-2 PLC外部接線圖</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 PLC的編程語言</p><p>　　PLC程序是PLC指令的有序

56、集合，PLC運(yùn)行程序就是按一定的順序，執(zhí)行這集合中的一條條指令。指令是指示PLC動作的文字代碼或圖形符號。使用的編程語言不同，這些文字代碼和圖形符號就不相同。但從本質(zhì)上來講，指令的實(shí)質(zhì)都是二進(jìn)制機(jī)器碼。同普通的計(jì)算機(jī)一樣，PLC的編程軟件通過編譯系統(tǒng)把PLC程序編譯成機(jī)器代碼。</p><p>　　PLC的編程語言一般有五種：順序功能圖(Sequential Function Chart)、梯形圖(Ladder

57、Diagram)、功能塊圖(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)和結(jié)構(gòu)文本(Structured Text)。其中，順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能塊圖(FBD)是圖形編程語言，指令表(IL)和結(jié)構(gòu)文本(ST)是文字語言。梯形圖(LD)是目前使用最廣泛的PLC圖形編程語言，梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，比較易于掌握、程序表達(dá)清楚。</p><p&g

58、t;　　本系統(tǒng)PLC程序的編制采用梯形圖語言，編程軟件為STEP 7。該軟件能夠完成制作程序、對可編程控制器CPU的寫入/讀出、監(jiān)控程序運(yùn)行、調(diào)試程序、PLC錯誤診斷等一系列功能。</p><p><b>　　4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　電梯運(yùn)行的流程框圖如圖4-1,</p><p>　　開始時電梯處于一層，等待外呼召喚信號

59、。當(dāng)有外呼梯信號到來時，電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開；當(dāng)有內(nèi)呼梯信號到來時，電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開；電梯在上升的過程中只響應(yīng)向上的呼叫，在下降的過程中只響應(yīng)向下的呼叫，電梯向上或向下的呼叫執(zhí)行完成后再執(zhí)行反向呼叫。電梯停止運(yùn)行等待呼叫時，同時有不同呼叫時，誰先呼叫執(zhí)行誰。</p><p>　　圖4-1 電梯控制流程圖</p><

60、p>　　4.3 電梯控制梯形圖程序</p><p>　　1、外召喚信號登記及消除</p><p>　　乘客或司機(jī)在廳外呼梯時，呼梯信號應(yīng)被接收和記憶。當(dāng)電梯到達(dá)該樓層，且定向方向與目的地方向一致時（基層和頂層除外），呼梯要求已滿足，呼梯信號應(yīng)被消除。該控制的梯形圖程序如下，</p><p>　　2、內(nèi)指令信號登記及消除</p><p>

61、　　點(diǎn)動內(nèi)呼按鈕，信號登記顯示。到層信號取消。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)一樓為基站，兩分鐘內(nèi)無任何操作，電梯自動返回一樓。由T40實(shí)現(xiàn)2分鐘定時，定時時間到，T40閉合，Q0.4動作，相當(dāng)于一樓內(nèi)呼，電梯返回到一樓。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)該功能的梯形圖如下，</p><p>　　3、電梯的平層信號處理</p><p>　　當(dāng)電梯位于某

62、一層時，指層電梯感應(yīng)器產(chǎn)生該層的信號，以控制指層燈的狀態(tài)，離開該層時，該樓層信號應(yīng)被新的樓層信號所取代。實(shí)現(xiàn)該功能的梯形圖如下所示，</p><p><b>　　4、電梯的選層定向</b></p><p>　　在自動運(yùn)行狀態(tài)下，電梯首先應(yīng)確定運(yùn)行方向，即定向。電梯的定向只有兩種情況，即上行和下行。電梯處于待命狀態(tài)，接收到內(nèi)選和外呼信號時，應(yīng)將電梯所處的位置與信號進(jìn)行比

63、較，確定是上行還是下行。</p><p><b>　?。?）.轎廂上行</b></p><p><b>　?。?）轎廂下行</b></p><p>　　5、內(nèi)指令外召喚信號的保持</p><p>　　轎廂的內(nèi)呼指令與外召喚指令保持信號，用于在有乘坐需要的樓層停車，并自動或手動執(zhí)行開關(guān)門操作。開關(guān)門執(zhí)

64、行一次之后，信號取消。使電梯能夠繼續(xù)響應(yīng)其他乘坐信號。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)該控制功能的程序梯形圖如下，</p><p><b>　　6、各樓層停車信號</b></p><p>　　乘客或司機(jī)通過對轎廂內(nèi)操縱盤上1—4層選層按鈕的操作，可以選擇欲去的樓層。選層信號被登記后，選層按鈕下的指示燈亮。當(dāng)電梯到達(dá)所選的樓層后，停層信號即被消除，指示

65、燈也應(yīng)熄滅。其梯形圖如下圖所示：</p><p><b>　　7、自動開關(guān)門</b></p><p>　　電梯到層停車后，延時2s后自動開門，5s后自動關(guān)門。并設(shè)有手動開門按扭和關(guān)門按鈕?？蓪?shí)現(xiàn)即時開關(guān)門。由T37和T38分別完成2S和5S的定時。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)該功能的梯形圖如下，</p><p>　　5 電

66、梯控制程序的仿真調(diào)試</p><p>　　5.1 STEP 7- Micro/WIN概述</p><p>　　STEP 7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。它是SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。有下列版本的STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包：</p><p>　　用于SIMATIC S7-200上簡單單站應(yīng)用的STEP 7 Micro/DOS和STEP

67、 7 Micro/WIN。</p><p>　　用于使用帶有各種功能的SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATIC M7-300/M7-400和SIMATIC C 7的STEP 7：</p><p>　　- 可通過選擇SIMATIC工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展</p><p>　　- 為功能模板和通訊處理器賦值參數(shù)</p><p&g

68、t;　　- 強(qiáng)制和多處理器模式</p><p><b>　　- 全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊</b></p><p>　　- 使用通訊功能塊的事件驅(qū)動數(shù)據(jù)傳送</p><p><b>　　- 組態(tài)連接</b></p><p>　　STEP7編程軟件允許結(jié)構(gòu)化用戶程序，可以將程序分解為單個的自成體系的程序部分從而使

69、大規(guī)模的程序更容易理解，可以對單個的程序部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化程序組織簡化，修改更容易系統(tǒng)的調(diào)試也容易了許多在7s用戶程序中可以使用如下幾種不同類型的塊:</p><p>　　組織塊(OB)是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口它們由操作系統(tǒng)調(diào)用，并控制循環(huán)和中斷驅(qū)動程序的執(zhí)行，以及可編程控制器如何啟動。它們還處理對錯誤的響應(yīng)組織塊決定各個程序部分執(zhí)行的順序用于循環(huán)程序處理的組織塊OB1的優(yōu)先級最高。操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用OB1并用這個調(diào)

70、用啟動用戶程序的循環(huán)執(zhí)行。</p><p>　　功能（FC）屬于用戶自己編程的塊功能是“無存儲區(qū)”的邏輯塊FC的臨時變量存儲在局域數(shù)據(jù)堆棧中，當(dāng)FC執(zhí)行結(jié)束后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。</p><p>　　功能塊（FB）屬于用戶自己編程的塊功能塊是具有“存儲功能”的塊，用數(shù)據(jù)塊作為功能塊的存儲器(背景數(shù)據(jù)塊)傳遞給FB的參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據(jù)塊中，背景數(shù)據(jù)塊(背景DB)在每次功能塊調(diào)用時都要

71、分配一塊給這次調(diào)用，用于傳遞參數(shù)。</p><p>　　系統(tǒng)功能塊(SFB)和系統(tǒng)功能(SFC)是STEP7為用戶提供的己編程好的程序的塊，經(jīng)過測試集成在CPU中的功能程序庫SFB作為操作系統(tǒng)的一部分并不占用程序空間，是具有存儲能力的塊，它需要一個背景數(shù)據(jù)塊，并須將此塊作為程序的一部分安裝到CPU中。</p><p><b>　　5.2程序仿真</b></p&g

72、t;<p>　　程序用S7-200仿真軟件進(jìn)行仿真</p><p>　　第一步，把程序?qū)С霰４鏋?.awl文件。</p><p>　　第二步，打開仿真軟件，選擇CPU類型。</p><p>　　第三步，裝載awl文件，如圖5-1所示。</p><p><b>　　圖5-1 文件裝載</b></p>

73、;<p>　　第四步，監(jiān)控梯形圖，運(yùn)行PLC。</p><p>　　第五步，點(diǎn)擊輸入點(diǎn)，使相應(yīng)輸入點(diǎn)閉合，查看梯形圖輸出情況，如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 梯形圖輸出</p><p>　　按下I0.5，即電梯給入二層內(nèi)呼信號，Q0.5動作，電梯內(nèi)呼二層指示燈亮，圖5-3為該功能仿真圖，</p><p>　　圖5

74、-3內(nèi)呼二樓電梯指示</p><p>　　按下I2.0，即電梯給入開門信號，Q1.6動作，門電機(jī)正轉(zhuǎn)，電梯開門，圖5-4為該功能仿真圖，</p><p>　　圖5-4電梯停層后開門</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，通過在圖書館以及互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)資料，了解了電梯的起源和發(fā)展

75、過程，并且加深了對電梯運(yùn)行過程、控制系統(tǒng)的認(rèn)識，熟悉了可編程控制器在電梯控制系統(tǒng)中的運(yùn)用。并且，使我將原來所學(xué)的知識系統(tǒng)化、理論化、實(shí)用化，對如何使用已有知識及獲取相關(guān)資料方面的能力又有了提高。通過這次設(shè)計(jì)，我還認(rèn)識到無論做什么，都需要踏實(shí)，勤奮，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，這對我以后的學(xué)習(xí)和生活將會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)目的。利用可編程控制器，通過合理的設(shè)計(jì)選型、軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電梯

76、的信號控制。電梯的控制包括拖動控制和信號控制兩部分，本文主要介紹了電梯的信號控制， 電梯的拖動控制正在由直流電機(jī)拖動逐漸向變頻調(diào)速轉(zhuǎn)變，由于時間有限對此沒有做過多研究，這也是本文的一大不足。發(fā)現(xiàn)問題，面對問題，才有可能解決問題。希望以后有機(jī)會可以對電梯的拖動控制進(jìn)行詳細(xì)研究，對電梯的上下行速度進(jìn)行控制，讓電梯的運(yùn)行更舒適、安全。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

77、;<p>　　[01] 李道霖，電氣控制與PLC 原理及應(yīng)用,電子工業(yè)出版社，2006．</p><p>　　[02] 葉安麗.電梯技術(shù)基礎(chǔ)(第1版)[M].北京: 中國電力出版社,2004.</p><p>　　[03] 顧戰(zhàn)松，陳鐵年編著.可編程控制器原理與應(yīng)用.[M] 北京：國防工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[04] 吳中俊等

78、編著.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004</p><p>　　[05] 肖軍,孟令軍編著.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社.2008</p><p>　　[06] 賀哲榮,曾龍飛編著.流行可編程序控制器梯形圖識圖入門.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2008</p><p>　　[07] 陳金華等編著.可編程序控制器(PC)應(yīng)用技術(shù).

79、北京:電子工業(yè)出版社.1995</p><p>　　[08] 西門子公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊.</p><p>　　[09] 吳明亮 蔡夕忠 可編程控制器實(shí)訓(xùn)教程.化學(xué)工業(yè)出版社， 2005.8</p><p>　　[10] 陳建明 可編程控制與PLC應(yīng)用.電子工業(yè)出版社， 2006.8</p><p>　

80、　[11] 張萬忠 可編程控制器入門與應(yīng)用實(shí)例.中國電力出版社， 2007.5</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文是在導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、思路形成直至最后成文，每一個環(huán)節(jié)都凝結(jié)著老師的智慧和心血。劉老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，精益求精的治學(xué)作風(fēng)和淵博的學(xué)識使我獲益匪淺，為我們創(chuàng)造優(yōu)越的學(xué)習(xí)環(huán)境。王老師為我們把握設(shè)計(jì)中的大方向，盡

81、可能為我們提供相關(guān)參考資料，并和我們一起研究設(shè)計(jì)中遇到的問題。值此論文完成之際，向王老師表示衷心的感謝和深深的敬意。</p><p>　　同時還感謝我們設(shè)計(jì)小組的同學(xué)們，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予的幫助。還感謝我們實(shí)驗(yàn)室其他小組的同學(xué)，我們相互交流，探討設(shè)計(jì)過程中遇到的問題，在輕松、和諧的氛圍中學(xué)習(xí)知識、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。</p><p>　　感謝山東理工大學(xué)！同時也向所有在大學(xué)曾傳授給我知識