电梯装置PLC控制系统设计毕业论文.doc

沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文题 目： 电梯装置PLC控制系统设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 0902 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 年 月 日论文答辩日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书电气工程及其自动化专业0902 班学生： 毕业设计（论文）题目：电梯装置PLC控制系统设计毕业设计（论文）内容：PLC程序设计部分:学习编程软件Step7-MicroWin，根据设计要求设计电梯控制系统的控制程序；WINCC监控组态部分：学习监控组态软件WINCC，根据设计要求设电梯控制系统的监控画面。毕业设计（论文）专题部分：在可编程控制器（PLC）的编程环境下通过对电梯运动过程的分析写出电梯运动过程的控制程序，运用西门子仿真软件S7-200对该控制系统进行仿真。 起止时间：2013年4月1日2013年6月3日指导教师： 签字 年 月 日摘要随着现代经济和城市生活的发展，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具，电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著。传统继电器电梯控制系统，由于继电器本身的机械和电磁惯性大，大大降低了电梯系统的可靠性和安全性。为了保证电梯运行既高效节能又安全可靠，必须改进电梯控制方式。根据顺序逻辑控制的需要发展起来的可编程控制器(PLC)，它是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC处理速度快，可靠性高，能够保证电梯正常、安全、可靠地运行。本文结合了PLC的性能，在介绍电梯结构的基础上，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计。论述PLC在电梯控制系统中的运用，研究并提出了基于西门子PLC（S7-200）的3层电梯控制系统设计的实现方案，合理的选择和设计出系统的程序流程图，实现了电梯的自动控制。关键词： 电梯； PLC； 程序设计AbstractAlong with the development of modern economy and city life, the elevator has become a essential walking tool for people in daily life, and the performance of elevators obviously influences peoples lives. The traditional elevator system based on relay largely decreases the reliability and security since the mechanical and electromagnetic inertia of relay is big In order to ensure the efficiency and reliable securities, the control method of elevator must be changed. The programmable logic controller (PLC),which develops based on sequence logical control, is digital operation electronic device specialized in the industrial application environment. PLC possesses fast process speed and high reliability. Therefore, PLC can be able to ensure the elevator run normally, securely and reliably.In this thesis, based on the introduction of the basic structure of the elevator, we deeply emphasized on the elevators hardware and software design. By stating the application of PLC in the system of elevator control, we researched and worked out a practical scheme of 3 layer elevators control system based on Siemens PLC （s7-200）. For the rational selection and design, design a systematic process flow chart, and automatic control of the elevator. Key words： Elevator; PLC; Programming 目 录第一章 引言11.1 电梯的应用与发展11.2 研究背景及内容2第二章 电梯PLC控制方面的简介32.1 可编程控制器的简介32.2 PLC的工作原理32.3 PLC的功能和优点32.3.1 PLC的功能32.3.2 PLC的优点42.4 PLC扩展模块与系统扩展52.4.1 本地I/O与扩展I/O及其寻址52.4.2 模拟量扩展模块EM231、EM2356第三章 三层电梯PLC控制系统设计73.1 总体概要73.2 程序的设计73.3 电梯控制系统的模拟实验控制面板93.4 程序及过程分析103.4.1 过程分析103.4.2 梯形图12结 论25参考文献26致 谢27第一章 引言1.1 电梯的应用与发展1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。 生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺。随着计算机技术和电力电子技术的发展，现代电梯已经成为典型的机电一体化产品。电梯具有很高的安全要求，它以零部件的形式出厂，总装配在工地现场进行，通过机械零部件之间的装配和机械装置与土建结构之间的的衔接完成安装，最终形成电梯产品。精心的制造和安装还不能完全保证无故障运行，其运行可靠性在很大程度上依靠维修保养。所以，电梯的制造、安装和维保不宜分割。    大规模的经济建设尤其是蓬勃发展的房地产业给电梯行业开拓了广阔的市场，2001年我国电梯产量达4.5万台，创造了行业发展史上的一个新的高峰，被业内人士称为“第三次浪潮”。目前，中国经济建设需求的各类电梯、几乎全部可以在中国生产。由此可见，一个兴旺的电梯市场已经形成。进入80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。据统计，全世界平均1000人有台电梯。我国如果要达到这个水准，还需要新装80万台。到那时候，每年仅报废更新就需要万台。目前房屋建设势头仍然很好，电梯市场供需两旺，前景一片光明。1.2 研究背景及内容随着电梯的不断发展，教育业开始了电梯的模拟控制，这是一种高新自动控制技术，要求研制出一种模拟电梯，以供学生探讨和学习PLC的自动控制。模拟电梯的控制是由PLC来实现控制的，可以让学生们在编程的过程中，学会PLC有关的的知识，掌握可编程控制器的一些控制。随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。PLC的应用包括PLC硬件和程序设计。本课题是以西门子S7200 PLC三层模拟电梯控制系统为例来解释说明PLC的。第二章 电梯PLC控制方面的简介2.1 可编程控制器的简介可编程控制器，英文称Programmable Controller,简称PC。它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电器控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购买到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。2.2 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐步顺序执行用户程序，直到程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。2.3 PLC的功能和优点2.3.1 PLC的功能 SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。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。CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。S7-200提供了多种功能，使得在编程与控制时更加灵活方便。指令执行速度高。 S7-200几乎包括了一般计算机所具有的种种基本操作指令。例如：变量赋值，数据存储，计数，装载，传输，比较，移位，循环，求补及子程序的调用等。 其一，触发中断的信号，可以用软件中断输入信号的上升沿或下降沿，以便对过程事件做出快速的响应。 其二，可设定为由时间控制的自动中断，所设定的时间范围为5MS255MS（步长为1MS）其三，可由计数器自动触发中断，且具有两种不同的触发方式：计数到达预定值触发和改变计数方向的瞬间触发。2.3.2 PLC的优点 可靠性高，抗干扰能力强隔离-PLC的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号，这种光电隔措施使外部电路与PLC内部之间完全避免了电的联系，有效的抑制了外部的干扰源对PLC的影响，还可防止外部强电窜入内部CPU。滤波-在PLC电路电源和输入、输出(I/O)电路中设置多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。在PLC内部对CPU供电电源采取屏蔽、稳压、保护等措施，防止干扰信号通过供电电源进入PLC内部，另外各个输入、输出（I/O）接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的互相干扰。内部设置连锁、环璄检测与诊断等电路，一旦发生故障，立即报警。在软件方面采取的主要措施有：设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系统状态、用户程序、工作环璄和故障进行检测与诊断，发现出错后，立即自动做出相应的处理，以适应恶劣的工作环璄;对用户程序及动态数据进行电池后备,以保障停电后有相关状态及信息人不会因此而丢失;采用以上抗干扰措施后，一般PLC的抗电平干扰强度可达峰值1000V，脉宽10US，其平均无故障时间可高达30-50万小时以上。 程序简单易学PLC采用与继电器控制线路图接近的梯形图作为编程语言，它既有继电器电路清淅直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯，对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识，因此，易学易懂，程序改变也容易修改。 功能完善，适应性强目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根椐实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统：既可控制一台单机、一条生产线、以可以控制一个机群、多条生产线；既可以现场控制，以可以远程控制。 用简单，调试维修方便PLC的接线极其方便，只需将产生输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与的输出端子连接，仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。PLC的用户程序可在实验室摸拟调试，输入信号用开关来摸拟，输出信号可以观察PLC的发光二极管。调试后再将PLC在现场安装通调。调试工作量要比继电器控制系统少得多。 体积小、重量轻、功耗低由于PLC的采用半导体大规模集成电路，因此整个产品结构紧凑，体积小、重量轻、功耗低。 PLC很容易装入机械设备内部，是实现电一体化的理想的控制设备。2.4 PLC扩展模块与系统扩展2.4.1 本地I/O与扩展I/O及其寻址如果对于CPU自带的I/O点数不能满中需求的情况下可以扩展I/O口。同时为了工业需求还可以扩展模拟量模块。你可以将扩展模块连接到CPU的右侧来增加I/O点和模拟量，形成I/O链。对于同种类型的输入输出模块而言，模块的I/O地址取决于I/O类型和模块在I/O链中的位置。举例来说，输出模块不会影响输入模块上的点地址，反之亦然。表2-1 扩展模块4入/4出（模块0）4模拟量入（模块1）4出（模块2）4模拟量入1模拟量出I2.0 Q2.0I2.1 Q2.1I2.2 Q2.2I2.3 Q2.3AIW0AIW2AIW4AIW6Q3.0Q3.1Q3.2Q3.3AIW8 AQW0AIW10（模块3）AIW12AIW142.4.2 模拟量扩展模块EM231、EM235两种模块分辨率都是12bit，但都没有采用光电隔离技术，也不是带嵌入式CPU的智能模块。采用光电隔离技术可以实现PLC端的数字电路和现场模拟电路如传感变送电路或电动执行器电路的隔离，提高系统的可靠性和A/D、D/A转换数据的稳定。带嵌入式CPU的智能模块可以在模块内部直接实现信号的数字滤波、限幅、报警等功能，甚至可以对各种温度传感器的温度输入信号直接进行变送和处理235模块是4路模拟量输入和1路模拟量输出的混合型模块。我们做如下配置：CPU224、EM235，则4路模入通道的地址是AIW0、AIW2、AIW4、AIW6，1路模出通道的地址为AQW0。模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功能，优点如下： 最佳适应性 可适用于复杂的控制场合 直接与传感器和执行器相连，12位的分辨率和多种输入/输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连，例如EM235模块可直接与PT100热电阻相连。 灵活性 当实际应用变化时，PLC可以相应地进行扩展，并可非常容易的调整用户程序。第三章 三层电梯PLC控制系统设计3.1 总体概要本设计是模拟电梯的控制，用西门子主机来实现，所选主机为SIMATIC S7-200系列 CPU224 PLC。3.2 程序的设计电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操作，其操纵内容为电梯运行方向，L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示，SQ1SQ3为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫都是无效的。例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层），按三层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在三层，在一层轿厢外呼叫时必须按一层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫，按三层上升呼叫按钮无效，依此类推。表1关于I/O分配I/O分配点代码名称输入信号I0.0SQ3原停楼层3I0.1SQ2原停楼层2I0.2SQ1原停楼层1I0.3SB3楼层呼叫3I0.4SB2楼层呼叫2I0.5SB1楼层呼叫1输出信号Q0.03层指示灯Q0.12层指示灯Q0.21层指示灯Q0.3下降指示灯Q0.4上升指示灯Q0.53呼叫指示灯Q0.62呼叫指示灯Q0.71呼叫指示灯3.3 电梯控制系统的模拟实验控制面板 图3-1 模拟实验控制面板3.4 程序及过程分析 3.4.1 过程分析 轿厢原停楼层1，楼层3呼叫 接通I0.2即接通SQ1，表示轿厢原停楼层1,按SB3，即I0.3接通一下，表示呼叫楼层3，则接通Q0.5，三层呼叫指示灯亮，Q0.4接通，表示电梯上升。过1秒后，Q0.2接通，底层指示灯亮，3秒后，Q0.2断开则底层指示灯灭。I0.2断开即SQ1断开，3秒后Q0.1接通，二层指示灯亮，过2秒后Q0.1断开，二层指示灯灭。又过3秒，到达三层，Q0.0接通，三层指示灯亮，再过2秒，Q0.4断开，上升指示灯灭。 轿厢原停楼层为1，楼层2呼叫接通I0.2即接通SQ1，表示轿厢原停楼层为1，按SB2，即I0.4接通一下，表示呼叫楼层2，则Q0.6接通，二层呼叫指示灯亮，Q0.4接通，表示电梯上升。过1秒后，Q0.2接通，底层指示灯亮，3秒后，Q0.2断开，则底层指示灯灭。断开I0.2即断开SQ1，3秒后Q0.1接通，二层指示灯亮，再过2秒，Q0.4断开，上升指示灯灭。 轿厢原停楼层1，楼层2、3同时呼叫接通I0.2即接通SQ1，表示轿厢原停楼层1，同时按SB2、SB3即I0.4、I0.3同时接通一下，表示2、3楼层同时呼叫，则Q0.6、Q0.5都接通，二、三层呼叫指示灯亮，Q0.4接通，表示电梯上升。过1秒后，Q0.2接通，底层指示灯亮，3秒后Q0.2断开，则底层指示灯灭。断开I0.2即断开SQ1，3秒后接通I0.1即接通SQ2，1秒后，Q0.1接通，二层指示灯亮，又过2秒后Q0.1断开，二层指示灯灭。断开I0.1即断开SQ2，3秒后Q0.0接通三层指示灯亮，再过2秒后，Q0.4断开，上升指示灯灭。 轿厢原停楼层2，楼层1呼叫接通I0.1即接通SQ2，表示轿厢原停楼层为2，按SB1，即I0.5接通一下，表示呼叫楼层1，则Q0.7接通，一层呼叫指示灯亮，Q0.3接通，表示电梯下降。过1秒后，Q0.1接通，二层指示灯亮，3秒后，Q0.1断开，则二层指示灯灭。断开I0.1即断开SQ2，3秒后Q0.2接通 底层指示灯亮，再过2秒后，Q0.3断开，下降指示灯灭.S 轿厢原停楼层2，楼层3呼叫接通I0.1即接通SQ2，表示轿厢原停楼层为2，按SB3，即I0.3接通一下，表示呼叫楼层3，则Q0.5接通，三层呼叫指示灯亮，Q0.4接通，表示电梯上升。过1秒后，Q0.1接通，二层指示灯亮，3秒后，Q0.1断开，则二层指示灯灭。断开I0.1即断开SQ2，3秒后Q0.0接通，三层指示灯亮，再过2秒后，Q0.4断开，上升指示灯灭。 轿厢原停楼层3，楼层1呼叫接通I0.0即接通SQ3，表示轿厢原停楼层3，按SB1，即I0.5接通一下，表示呼叫楼层1，则Q0.7接通，一层呼叫指示灯亮，Q0.3接通，表示电梯下降。过1秒后，Q0.0接通，三层指示灯亮，3秒后，Q0.0断开，则三层指示灯灭。断开I0.0即断开SQ3，3秒后Q0.1接通 ，二层指示灯亮，过2秒后Q0.1断开，二层指示灯灭。又过3秒，到达底层，Q0.2接通，底层指示灯亮，再过2秒，Q0.3断开，下降指示灯灭. 轿厢原停楼层3，楼层2呼叫接通I0.0即接通SQ3，表示轿厢原停楼层为3，按SB2，即I0.4接通一下，表示呼叫楼层2，则Q0.6接通，二层呼叫指示灯亮，Q0.3接通，表示电梯下降。过1秒后，Q0.0接通，三层指示灯亮，3秒后，Q0.0断开，则三层指示灯灭。断开I0.0即断开SQ3，3秒后Q0.1接通 ，二层指示灯亮，再过2秒后，Q0.3断开，下降指示灯灭. 轿厢原停楼层3，楼层1、2同时呼叫接通I0.0即接通SQ3，表示轿厢原停楼层3，同时按SB1、SB2即I0.5、I0.4同时接通一下，表示1、2楼层同时呼叫，则Q0.7、Q0.6都接通，一、二层呼叫指示灯亮，Q0.3接通，表示电梯下降。过1秒后，Q0.0接通，三层指示灯亮，3秒后Q0.0断开，则三层指示灯灭。断开I0.0即断开SQ3，3秒后接通I0.1即接通SQ2，1秒后，Q0.1接通，二层指示灯亮，又过2秒后Q0.1断开，二层指示灯灭。断开I0.1即断开SQ2，3秒后Q0.2接通，底层指示灯亮，再过2秒后，Q0.3断开，下降指示灯灭。3.4.2 梯形图结 论 在这次毕业设计中，感谢杨忠君老师在此期间给于我的细心指导和教诲。在这次设计中使我学到了有很有关与专业知识向关的知识，也对电梯有了一定的认识。首先是对SIMATIC S7-200的认识。西门子公司生产的具有很高的性能价格比的微型可编程序控制器（PLC）。由于它具有结构小巧，运行速度高，价格低廉及多功能和多用途等特点，因此在很多行业中得到了广泛的应用。它虽说只是我们专业课之中的一个很小的一部分，但它去在生产和生活上起着具大的作用。其次是对电梯控制方面的了解，电梯的软件方面和硬件方面，尤其是程序方面的设计，程序的运行过程，让我理解了自动控制技术的先进化，柔性化，系统化。本毕业论文研究了电梯PLC的控制，分析电梯的运行过程的基础上，研究模拟电梯的控制，设计了电梯控制系统的简单模型，可以使学生们容易得掌握PLC的有关知识和用法，培养学生电气等理论知识，掌握PLC控制的基础知识，掌握程序的阅读和编写，掌握独立分析的能力，解决生产实际问题的能力。参考文献1 王卫星.可编程控制器原理及应用M.中国水利水电出版社，20022 赵洪恕.PLC控制交流变频调速系统在电梯中的应用M.基础自动化，20003 杨长能等.可编程控制器（PC）基础及应用M.重庆大学出版社，19924 王仁祥.通用变频器选型与维修技术M.中国电力出版社，20045 李鼎陪.当前电梯研制开发技术动态M.中国电梯，19956 梁延东主编.电梯控制技术M.中国建筑工业出版社，19977 黄立陪.变频器应用技术及电动机调速M.北京：人民邮政出版社，19978 吕景泉.可编程控制器技术教程M.北京：高等教育出版社，2001.9 方承远. 工厂电气控制技术M.北京：机械工业出版社,2000.10 廖常初主编.PLC应用技术问答M.北京：机械工业出版社，200511 崔纳新.电气传动自动化M.北京：机械工业出版社，200012 皮壮行.可编程控制器的系统设计与应用实例M.北京：机械工业出版社。200013 汪晓光.可编程控制器原理及应用M.机械工业出版社，2001，199314 杨长能，张兴颜编著.可编程序控制器(PC)基础及应用M.重庆大学出版社，1992致 谢感谢指导老师细心而又耐心的辅导，也感谢各位专业老师提供的意见和见解！在本次毕业设计中，指导老师杨忠君老师对我悉心指导，在设计期间帮助我收集文献资料，理清设计思路，指导操作方法，并对我所做的课题提出有效的改进方案，这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢您！另外，在这次设计过程中，使学到了很多知识和做人的道理，还有一些课本和学校学不到的知识。本设计能顺利的完成也归功于各位老师的认真负责，使我们能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得一体现。为期两个月的毕业论文（设计）已接近尾声了，我的四年大学生涯也即将圈上一个句号。此刻我的心中却有些怅然若失，因为那些熟悉的电气系的恩师们和各位可爱的同学们，我们也即将挥手告别了。四年间，每次走进科亚的教学楼都会让我感受到一种亲切热情的氛围。在此向电气工程及其自动化专业的全体老师表示忠诚的谢意，感谢你们孜孜不倦的教诲，感谢你们四年来的辛勤栽培！ 感谢你们指导我人生的方向！最后，最应该感谢的是千里之外的父母家人对我的容忍、坚定支持和无言奉献。毕业设计中如有不妥，请各位老师指正，再次感谢你们！