机电一体化毕业设计（论文）四层电梯的自动控制系统及模拟系统.doc

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1、 陕西国防工业职业技术学院 SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕业设计说明书题 目 四层电梯的自动控制系统及模拟系统 专 业 机电一体化 班 级 机电3081 姓 名 学 号 指导教师 二一一年目 录第一章 绪论 （1） 1.1 课题的研究背景及意义（1） 1.2 PLC在电梯控制中的应用以及发展前景（2）第二章 系统控制要求（3）第三章 四层电梯总体设计方案（4）3.1 总体方案的确定.（5）3.2 设计思想（5）第四章 PLC的选型（6）4.1 输入输出（I/O）点数的估算（6）4.2 机型的确定（7）第五章 四层电梯系统的设计（10）5.1电梯控制模拟系统面板

2、图.(10)5.2电动机控制电路图.(10)5.3 PLC外部接线图 (12)5.4软件设计(13)第六章 电梯组态监控（15） 第八章 结论.(34)致谢（35）参考文献（36）第一章 绪论1.1课题的研究背景及意义电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采

3、取了很大的安全系数和保险系数。目前，由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的

4、关键技术。1.2 PLC在电梯控制中的应用以及发展前景目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。而PlC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电

5、梯控制系统中理想的控制新技术。对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑感和恐惧感也有所考虑。因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象：进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等。第二章 系统控制要求电梯控制系统是模拟现实生活中的电梯，根据其工作原理制作而成。该电梯共有四层，有电梯上下行轿箱，上下

6、行指示灯，电梯所在楼层数码显示和开关门功能。一楼有一个上行外叫按钮，四楼有一个下行外叫按钮，二楼和三楼均有上行和下行两个外叫按钮，轿箱内有一楼至四楼四个内叫按钮和开关门两个按钮。按钮全部为非自锁式，按下按钮，接通一个指示灯，按钮自动弹起。当电梯响应该请求信号运行到该层时，该指示灯熄灭。优先级上：在电梯上行过程中，上行请求优先，上行请求执行完毕后，响应下行请求；同理在电梯下行过程中，下行请求优先，下行请求执行完毕后，响应上行请求。开关门动作在电梯停在该层，该层限位开关接通时才会发生。当电梯到位时，电梯将发出“叮咚”声响。在电梯超重时，将发出超重报警信号。该电梯控制系统形象逼真，深受用户好评。实物

7、图第三章 四层电梯总体设计方案3.1总体方案的确定电梯PLC的控制系统和其它类型的电梯控制系统一样,主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成.图3-1为电梯PLC控制系统的基本结构图,主要硬件包括包括PLC主机及扩展、机械系统、娇厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等.系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器并由PLC软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号.图3-1 PLC控制系统的基本结构3.2 设计思想电梯信号控制基本由PLC软件实现,电梯信号控

8、制系统如图3-2所示,输入到PLC的控制信号有:运行方式选择(如自动、有司机、检修、消防运行方式等) 、运行控轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门极限为信号、门区和平层信号等.图3-2电梯PLC信号控制系统框图第四章 plc的选型4.1 输入输出（I/O）点数的估算 本系统控制四层电梯,采用集选控制方式。为了完成设定的控制任务,主要根据电梯输入/输出点数确定PLC的机型。4.2 机型的确定4.2.1 主控制器的选择目前比较多用的PLC主要有西门子系列，OMRON系列，三菱系列，松下系列等等西门子PLC与之上各PLC相比，西门子PLC有如下优点：(1)配置简单。各种机型均

9、可采用相同配置，简化设备采购和仓库库存管理。(2)编程方便。(3)系统能非常方便地连接到PC机监控系统或其他系统如楼宇自控系统中，根据应用情况，有时可无须增加额外硬件就能实现；增加适当硬件可接到互联网上。(4)系统外观高档，控制灵活，精确度高；故障率极低，节省维护成本。综上所述，在本次设计中选用西门子PLC进行过程控制。再结合学院的实验条件以及编程的可操作性和简易型，选用S7-200CN进行编程和仿真调试。S7-200CNCPU型号包括CPU222CN，CPU224CN,CPU226CN等。 S7-200CN针对低性能要求的小型PLC，它能够控制各种设备以满足自动化控制需求，紧凑的结构、灵活的

10、配置和强大的指令集使S7-200成为各种控制应用的理想解决方案。根据电梯控制的要求，电梯应具有内呼和外呼按钮、行程开关、开关门按钮，以及相应的指示灯，估算所需I/O口的数量，并绘制I/O口分配表，见表4-1。表4-1 I/O口分配表序号名 称输入点序号名 称输出点0一层内呼I0.00一层内呼指示Q0.01二层内呼I0.11二层内呼指示Q0.12三层内呼I0.22三层内呼指示Q0.23四层内呼I0.33四层内呼指示Q0.34一层外呼上I0.44一层外呼上指示Q0.45二层外呼下I0.55二层外呼下指示Q0.56二层外呼上I0.66二层外呼上指示Q0.67三层外呼下I0.77三层外呼下指示Q0.7

11、8三层外呼上I1.08三层外呼上指示Q1.09四层外呼下I1.19四层外听下指示Q1.110开门开关I1.210电梯上行门Q2.011关门开关I1.311电梯下行门Q2.112一层平层I1.412门电机开Q2.213二层平层I1.513门电机关Q2.314三层平层I2.014电梯上行指示Q2.415四层平层I2.115电梯下行指示Q2.516开门限位I2.216超重指示Q2.617关门限位I2.317警报器Q2.718电梯上升极限位I2.418一层指示Q3.019电梯下降极限位I2.519二层指示Q3.120超重I2.620三层指示Q3.221警报器按钮I2.721四层指示Q3.322激光传感

12、器I3.022第五章 四层电梯系统的设计5.1 电梯控制模拟系统面板图根据电梯的控制要求，绘出电梯的控制模拟系统面板见下图5-1。图5-1 电梯控制系统的模拟5.3 PLC外部接线图PLC外部接线图见下图5-3，其中包含主控制器CPU224CN及扩展模块EM223。接线图分为DC输入端和DC输出端。输入端DC24V的负极接公共端1M和2M。输入开关的一端接到DC24V的正极，输入开关的另一端连接到CPU224或ME223各输入端。输出端DC24V的正极接L+端。输出负载的一端接到DC24V的负极，输入开关的另一端连接到CPU224或EM223各输出端。图5-3 PLC外部接线图5.4 软件设计

13、软件是建立在硬件的基础上，确定程序结构然后进行主程序的设计。四层电梯的软件部分主要由流程图来实现控制要求。5.4.1 流程图电梯上下行流程图见图5-1。假设电梯停在N（N=1,2,3,4）楼,M楼有信号,MN时，电梯上行；MN时，电梯下行。 图5-1 电梯上下行流程图在电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号。电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如：电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。电梯响应流程图见图5-2。图5-

14、2 电梯响应流程图当电梯到达系统控制的目标楼层时，控制系统发出开门信号，电梯门开，当门开到开门限位时，计时3秒钟，然后关门，直到关门限位产生信号。此过程期间，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭，并且当门关闭动作时，门间来人会使光电传感器产生信号，控制系统发出开门信号，电梯开关门流程图见图5-3。图5-3流程图5.4.2 梯形图及注释1. 电梯初始控制由于断电或故障等原因，会使PLC停止运行。当PLC重新运行时，假如电梯门未完全打开或关闭时，Q2.3置位有信号，产生关门动作，直到电梯门完全关闭，Q2.3复位。当电梯未在任意平层时，利用辅助继电器M1.1,电梯会下降，直到电梯碰触行程开关后停止

15、。2. 报警器及超重控制按下警报器按钮(I2.7)，警报器响(Q2.7)，计时10秒钟(T33)，警报器关门。此系统由电梯载重控制仪控制电梯载重。当电梯超重时(I2.6)，电梯禁止上下运行，并且超重指示灯亮起（Q2.6）。3. 内指令信号的登记与消除以2层内呼为例：当按下2层内呼时(I0.1)，若电梯未在2楼平层时(I1.5)，2层指示灯亮(Q0.1)，电梯运行至2楼平层，门打开，2层指示灯灭；若电梯在2楼平层时，指示灯不亮。4.电梯选层定向辅助在电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该

16、外号。电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如：电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号5.外召唤信号的登记与消除以2层外呼下指示灯为例：按下2层外呼下按钮（I0.5），若电梯未在2楼平层时(I1.5)，指示灯亮(Q0.5)，当电梯运行至二楼平层，并且该外呼信号得以响应时，门打开(Q2.2)，指示灯灭；若电梯停在2楼平层且门未处于打开动作时，按下2层外呼下按钮，指示灯亮，电梯门打开，指示灯灭。6.电梯开关门当电梯达目标楼层时，电梯门打开。以2层外呼下为例，当按下2层外呼下指示灯亮时（Q0.5），并且外呼作得到响应（M0.0），即M0.

17、0有信号，当电梯运行至2楼平层时（I1.5），电梯门打开(Q2.2)。电梯开门到位后，计时3秒(T34)，电梯门关闭(Q2.3)。电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。此外当门关闭时，若门间来人，光电传感器会产生信号，控制电梯门打开。7.电梯上下行以电梯上行为例：当系统无外呼下响应，即M0.0和M0.2没有信号时，若电梯停在3层，当有3层外呼上(Q1.0)、4层外呼下(Q1.1)或4层内呼有信号(Q0.3)时，电梯将向上运行，辅助继电器M0.4置位，且当四层外呼下或四层内呼有信号时，电梯向上运行(Q2.0)，到达目标楼层

18、时电梯停止。当电梯上行时，上行指示灯亮(Q2,4)；下行时，下行指示灯亮(Q2.5)。8.电梯指层控制电梯楼层位置由行程开关控制。以2层指示灯为例：若电梯在2楼平层时(I1.5)，2层指示灯亮(Q3.1)，当电梯向上运行(Q2.0)，指示灯依然亮着，直到电梯到达3层平层位置(I2.0)；若电梯在3楼层时，3层指示灯亮(Q3.2)，辅助继电器M2.1置位，电梯下行时（Q2.1），3层指示灯灭，2层指示灯亮，当电梯到达2楼平层时，M2.1复位。第六章 电梯组态监控6.1 组态动画的设计首先进入MCGS组态环境，根据设计的题目和要就，新建一个组态窗口，将窗口属性的名称改为四层电梯单元的组态监控。如下

19、图：双击打开窗口，打开工具栏，将四层电梯的平面图画在窗口里保存，如下图所示：（注意，在画图时合理布局，以确保在运行时能全面看到监控过程）：6.2 组态数据库的建立下面开始建立实时数据库，数据要对应上面组态动画的各各动作，如下图在组态环境下点击实时数据库再点击新增对象加入数据，将对象属性更改，将名称改为上面各各动作的对应选项，再将动画中的对象进行动画连接，和实时数据库对应连接。如下图加入实时数据：6.3 组态脚本程序的建立MCGS的脚本程序是为了实现某些多分支流程的控制及操作处理，因此只包括了几种最简单的语句：赋值语句、条件语句、退出语句和注释语句。所有的脚本程序都可以由这四种语句组成，当需要在

20、一个程序行中包含多条语句时，各条语句之间须用“：”分开，程序行也可以是没有任何语句的空行。大多数情况下，一个程序只包含一条语句，赋值程序行中根据需要可在一行上放置多条语句。如下图所示，在窗口中点击运行策略：然后点击循环策略，弹出如下图所示的窗口：再点击主菜单中的如下图所示：再双击策略行的最后方框改为脚本程序，打开编辑，如下图所示：最后打开脚本编辑器，进行程序编写，和实时数据库对应连接，就可以控制组态动画。脚本程序设计：第七章 结论本次设计采用可编程控制器，它是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。采用可编程控制器的存储器，用来在其内部进行逻辑运算。顺序控制、定时、计算和运算操作

21、的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制机械的生产过程，PLC及其有关外围设备，易于扩充功能。PLC控制电梯有许多优点,它可靠性高， PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达35万小时。而且能在工业环境下可靠地工作；编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言，这种编程语言形象直观，容易掌握；体积小、结构紧凑、安装、维修方便。本文介绍了一种由PLC控制的电梯控制系统，并通过组态对其实现远程监控。致谢首先感谢孙老师的关心指导，同时也感谢在编程时给我提供帮助的同学 ，特在此表示衷心的感谢。通过近两个月的毕业设计，本人初步掌握了PLC自动化控制设计的基本方法和步骤，并在此基础上更加深入地掌握

22、了组态和西门子可编程序控制器的使用方法，使我巩固了所学的专业理论知识，并使之进一步系统化、理论化，为真正将所学理论知识更好的应用于实践奠定了坚实的基础，同时在设计过程中获得了一定的工程经验，了解了智能化成品一般功能及大致实现方法，为即将开始的工作，打下良好的基础。由于我们是第一次接触专业方面的设计，没有一定的经验，再加上本身知识的熟练程度不够、知识体系的不健全，故错误之处在所难免，请各位老师批评指正。短短的大学三年，可以说母校给予我的不仅仅是知识，更为重要的则是教会了我许多做人的道理。今天我所收获的，可以说都离不开各位老师的耐心指导和启发。至此机会，感谢这三年来传授我知识的所有老师，感谢这三年来帮助过我的所有老师和同学，更对母校这三年来对我各个方面的栽培和教育表示深深的谢意和诚挚的祝福，祝福我们的母校越办越好！参考文献1.朱昌明等，电梯与自动扶梯，上海交通大学出版社，2002年1月2.张杰等，现代电梯控制技术，哈尔滨工业大学出版社，2005年3月3.张琪 ，现代电梯构造与使用，清华大学出版社，2004年9月4.常晓玲，电器控制系统与可编程控制器，机械工业出版，2004年1月5.钟肇新 ，可编程控制器原理及应用，华南理工大出版社， 1999年1月6.吴建强等，可编程控制器原理及其应用，哈尔滨出版社，1998年9月7.覃贵礼，组态软件控制技术，北京理工大学出版社，2007年8