西门子S7-200的PLC四层_电梯电气控制设计_毕业设计.docx

厦门南洋职业学院毕业设计（论文）西门子S7-200的PLC四层电梯电气控制设计学历层次教学院名称机电工程学院专业名称机电一体化技术学生姓名指导教师2013年3月24日机电工程学院机电一体化技术专业1班学生姓名（学号）10580201012毕业设计（论文）时间：自2012年12月11日至2013年3月29日答辩时间：年月0成绩指导教师：摘要随着科学技术的不断发展，在城市建筑越来越多也越来越高,为了能方便上楼，电梯也是大家经常所用的一种垂直交通公交工具，也是并不可少的密不可分的,在现代的生活中也有广泛的应用。本文介绍的就是应用西门子S7-200可编程控制器对电梯系统进行控制。首先分析了电梯的组成部分，确定了整体设计流程，在此基础上对于该系统的硬件部分进行设计，在硬件设计过程中，对控制系统所需要的输入与输出的点数，进行了I/O分配，因为考虑输出点数的数量过多，需要进行I/O扩展，扩展模块选择EM223,接着画出了电梯控制流程图，根据流程图以及I/O地址的分配，画出梯形图，在设计中还用到了中间继电器以及定时器，最后对程序进行了调试和运行，能够很好的实现电梯的升降以及厢门的开关，完成了设计任务的要求,运用MCGS组态软件制作人机对话界面,检验电梯PLC控制系统的运行情况。关键词:电梯程序PLC目录摘要3目录4第一章概述5-电梯的结构5二电梯的分类6三电梯控制技术的发展9四电梯工作原理10第二章可编程控制器(PLC)简介12一 PLC的工作原理12二 PLC编程语言12三 PLC的主要功能13四 PLC的发展过程13第三章硬件设计15硬件配置简介15二电梯控制系统15三电气控制系统框图17四输入输出的分配17第四章软件设计19-四层电梯梯形图19二 程序流程图25三 电梯PLC控制系统设计26第五章系统调试29-系统调试29二软件部分调试29总结30致谢31参考文献31第一章概述一、电梯的结构电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它.1.1曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行.曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成.12导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动.导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成.13轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分.轿厢由轿厢架和轿厢体组成.14门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口.门系统由轿厢门,层门,开门机,门锁装置组成.15重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常.系统主要由对重和重量补偿装置组成.16电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制.电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成.17电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制.电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏（柜）,平层装置,选层器等组成.18安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生.由限速器,安全钳,缓冲器,端站保护装置组成.丸比电机费将编书器机4线博、授制由甲层装置开门机开门万密内景如S安全触板:尤靠>旃前门弁逆布及取战舞）履行可城层门锁求仍按住会厅外西噢畲底门装矍盘筑检修装置密局援冲器轻多检修嘴发而承嵬吊勾成速葩曳引轮导向轮曳引机承宝大座年速B伊般导轨支劣戈夕第健地胤g终端开关眇触导也的S5轮Mxr<俗底灰优劣£安分匕齿停绳头及传游欧导配芯修根l开关定雳装置吊修法改这受可冲耳诔米强置、机房配电收6 >rpr二、电梯的分类电梯的定义为：用电力拖动的轿厢运行于铅垂的或倾斜不大于15°的两列刚性导轨之间运送乘客或货物的固定设备。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下。2.1按用途分类2.1.1乘客电梯,为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。2.1.22.1.3载货电梯, 医用电梯,2. 1.42.1.5杂物电梯, 观光电梯,2.1.6 .车辆电梯,2.1.7 船舶电梯,主要为运送货物而设计,通常有人伴随的电梯。为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。用作装运车辆的电梯。船舶上使用的电梯。2.1.8建筑施工电梯，建筑施工与维修用的电梯。2.1.9其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯'消防员用电梯等。2.2按驱动方式分类2.2.1交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。2.2.2直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00ms以上。2.2.3液压电梯,一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。2.2.4齿轮齿条电梯，将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。2.2.5螺杆式电梯，将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹,再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。2.2.6直线电机驱动的电梯,其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹O2.3 按速度分类：电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。1. 3.1低速梯，常指低于1.00ms速度的电梯。2. 3.2中速梯,常指速度在1.002.00ms的电梯。3. 3.3高速梯，常指速度大于2.00ms的电梯。4. 3.4超高速，速度超过5.00ms的电梯。随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。2.4 按电梯有无司机分类2.4.1 有司机电梯，电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。2.4.2 无司机电梯，乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。2.4.3 有/无司机电梯，这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。2. 5按操纵控制方式分类2.1.1 手柄开关操纵，电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。2.1.2 按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。2.1.3 信号控制电梯，这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。2.1.4 5.4集选控制电梯，是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。2.1.5 并联控制电梯，23台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。2.1.6 5.6群控电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。2.6其它分类方式2.6.1按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。2.6.2按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。此外，还有双层轿厢电梯等。2.7特殊电梯2.7.1斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。2.7.2立体停车场用电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。2.7.3建筑施工电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。三、电梯控制技术的发展电梯电气控制技术是一个综合性的系统技术，包括控制器、传感器和调速方法等多种技术。本文系统分析了这些技术方法的发展历史并对它们进行了分类总结。通过分析可知，在电梯电气控制节能、效率以及控制器性价比等方面还存在许多不足，须要进一步研究探讨。自从电梯发明以后，电梯电气控制技术越来越收到人们的重视。电梯电气控制技术主要体现在电梯电气控制系统的设计上。电梯的电气控制主要是对各种指令信号、位置信号、速度信号和安全信号进行管理，使电梯正常运行或处于保护状态，发出各种显示信号。电梯的电气控制，过去采用继电器逻辑线路，一般称继电器控制。这种硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点。但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，国家已规定淘汰。目前我国电梯主要由先进的、可靠性高的微型计算机或可编程控制器（PLC）控制。3.1 电梯交流调速方法的发展交流电梯调速方法经经历了由简单到复杂、由低级到高级的发展历程。分析这些方法,可以大致将电梯交流调速的发展历史划分为如下三个阶段。第一个阶段主要在上世纪70年代，其主要标志是交流双速电梯，该方法采用改变牵引电机极对数来实现调速。这种电梯结构简单、价格低廉、使用和维护都很方便，但调速不够平滑、舒适感较差。第二个阶段主要在上世纪80年代，主要使用交流调压调速方法，其性能优越于交流双速电梯。调压调速的方法是通过改变三相异步电机定子端的供电电压实现电机的调速，其制动多采用能耗制动。第三个阶段开始于上世纪90年代，变压变频调速电梯（VVVF电梯）开始占据了世界电梯的市场。VWF电梯通过调节电机定子绕组供电电压的幅值和频率来实现转速的调节。由于变压变频调速（VVVF）的良好特点，目前新制造的电梯都实现了调压调频调速控制。VVVF电梯以其独特的先进技术和性能，实现了节能、快速、舒适、平层准确、低噪音、安全等目标。由于其优越的调速性能、显著的节能效果，在很多应用场合已取代交流调压调速电梯而成为现在电梯市场的主流。Q1.0图4.2.1I保护延时M0.1T40INTON30-PTI自动关门Q0.7IIM01Q1.0T41INTON(end)PT100rns图4.2.2二程序流程图3.1.1 楼层状态指示设计当电梯运行至某层有指令发出时，指示位置及指令。以二层为表3.1.1指示位置及指令表LDtwoseIet二层内选择Stwoseatq,1二层内选择指示LDtwoup二层上呼Stwoupq,1二层上呼指示LDtwodown二层下呼Stwodownq,1二层下呼指示LDtwoseat二层位置=twoseatq二层位置指示3.1.2 电梯下行程序设计以电梯在三层下行情况为例。当电梯的一或二层有指令时，将三层下行位置1,同时无上行，驱动电梯下行。程序说明如下：电梯在三层时下行表3.1.2LDoneseIetq一层内选择OtwoseIetq或二层内选择Ooneupq或一层上呼Otwodownq或二层下呼Otwoupq或二层上呼ANseatq在三层位置时SVO.1.1置三层下行位电梯三层时下行表3.1.3LDVO.0有四层下行位0V0.1或有三层下行位0V0.2或有二层下行位ANup同时无上行=down电梯下行.3.1.3 电梯上行程序设计以电梯在二层上行情况为例。程序说明如下:电梯在二层上行表3.1.4ADfourseIetq四层选择Othreeseletq或三层选择Ofourdownq或四层下呼Othreedownq或三层下呼Othreeupq或三层上呼Atwoseatq在二层位置时SVO.4.1置二曾上行位电梯上行表3.1.5LDVO.3有一层上行位0VO.4或有二层上行位0V0.5或有三层上行位ANdown同时电梯无下行=up电梯上行3.1.4 电梯到达时程序设计电梯到达某层时，将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序说明如下：电梯到达三层表3.1.6LDthreeseatq电梯到达三层Rthreeseletq11复位三层内选择RVO.0.1复位四层下行RVO.3.1复位一层上行RVO.4.1复位二层上行LDthreeseatq电梯到达三层ANdown同时无下行Rthreeupq,1复位三层上行LDthreeseatq电梯到达三层ANup同时无上行Rthreedownq,1复位三层下行第五章系统调试-系统调试完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。5.1 硬件部分调试根据电气接线图安装接线，PLC实际接线时，还应考虑到以下几个方面：(1)应有电源输入线，通常为220V、50HZ交流电源，允许电源有一定的浮动范围。并且必须有保护装置，如熔断器等。若是干扰较强或对可靠性要求很高的场合，应在PLC的电源输入端加装带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。（2）输入端子八个为一组，公用一个COM端。PLC应单独接地，不要和其他电器元件共用接地线，接地线面积应大于2mm2,并尽可能靠近PLCoPLC输出端接有线圈和电磁阀等感性元件时必须加保护电路，例如并接阻容吸收回路（对于交流电源）或续流二极管（对于支流电源）二软件部分调试用编程工具将用户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、下载、调试、运行，直至运行正确5.2 .1编辑、编译打开梯形图编辑器将程序输入电脑。程序输入完成后，用CPU的下拉菜单或工具条中编译快捷按钮对程序进行编译，编译后在显示器下方的输入窗口显示编译结果，并能明确的指出错误的网络段，可以根据错误的提示对程序进行修改，然后再编译，一直到编译无误。5.2.2程序下载程序编译成功后，单击标准工具条中下载快捷按钮打开文件菜单，选择下载项，弹出对话框，经选定程序块、数据块、系统块等下载内容后，按确认按钮将选中内容下载到PLC的存储器上。5.2.3程序监视、运行调试总结当PLC工作方式开关在TERM位置时还可用STEPMICR0/WIN32的菜单命令或快捷按钮都可以对CPU工作方式进行软件设计。使用程序编辑器还可以在PLC运行监视程序执行的过程和各元件的状态及数据，打开调试菜单选中程序状态。这时闭合触点和通电线圈内部颜色变蓝。在PLC的运行工作状态随输入条件的改变、定时及计数过程的运行，每个扫描周期的输入阶段将各个期间的状态刷新，同时还可以动态显示各个定时、计数器的当前值，以便在线动态观察程序的运行，出现错误易于发现更改。经过系统各方面的调试，系统运行正确。说明该设计合理。本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对升降电梯的控制。利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。利用可编程控制器控制升降电梯，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当建筑物的层楼增加时，硬件接线上只需增加楼层相应的输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应楼层的功能，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。另一方面，在这次的设计中，我们用到了大量的经验公式以及大量取范围值的数据，这让我们这些在精确公式及数值下学习成长的学生们顿时产生了无所适从的感觉，取值时往往犹豫不决，瞻前顾后，大大减慢了我们的设计速度。与此同时，我们也发觉到，对工具书使用的不重视是一个非常严重的问题。通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。并且，更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。这次设计，使我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了很多宝贵的东西。致谢本论文是在侯红科老师的指导下完成的。在做论文的过程中侯红科老师老师严谨的治学态度和一丝不苟的工作精神给了我深刻的启发，也给了我很大的触动。另外，侯红科老师老师经常给我讲解不懂的地方，教我怎么入手，给了我许多有利的资料，使我能尽快的完成论文。还要感谢系里其他的老师的指导，给了我很大的帮助。在此，感谢老师在工作和生活上给予的指导和关心。我们即将毕业，在此，向三年中在学习和生活上给予过我帮助的老师和同学致谢。【参考文献】：1陈金华可编程序控制器应用技术北京电子工业出版社，19932刘载文、李赢升、钟亚林电梯控制系统北京北京电子工业出版社，19963许廖电器控制与PLC应用北京机械工业出版社，20094汪晓光、王艳丹、孙晓瑛可编程控制原理及应用北京北京机械工业出版社，19945李光弟单片机基础北京北京航空天大学出版社，20006林小峰可编程控制器原理及应用北京北京高等教育出版社，19917钟肇新、彭侃可编程序控制器原理及应用广州华南理工大学出版社，19928郭天祥51单片机C语言教程北京电子工业出版社，2008