毕业设计（论文）-基于PLC的电梯控制系统设计与实现.doc

淮北师范大学基于PLC的电梯控制系统设计与实现学院计算机科学与技术学院（08非师）姓名学号指导教师姓名2011年12月25日星期日摘要本设计研制了一套基于德国西门子S7200系列的可编程控制器CPU226作为控制核心，与扩充模板EN223来实现五层楼电梯的控制。主要介绍了电梯的硬件选择与软件编程。主要功能有：层楼信号的产生与消除、停层信号的登记与消除、电梯的定向、停车信号、起动、稳速运行、制动减速、开关门环节、智能控制。技术上的突破有：本设计大量的节约了PLC接口数量；采用了智能控制模板，提高了电梯的运行效率。关键词：电梯智能控制AbstractThisdesigndevelopesasetoffive-storyelevatorcontrolsystembasedonS7200ProgrammableLogiccontrollerCPU226whichisachievedbyexpandingtemplateEN223.Itmainlyintroducestheelevatorshardwareselectionandsoftwareprogramming,itsmajorfunctionsareproductionandeliminationoffloorsignal、registrationandeliminationofstopping-layersignal、elevatorsdirectional、parkingsignal、starting、steady-speedmovement,brakingdeceleration,switchdoorlinks,intelligentcontrol.Anditstechnologicalbreakthroughsinclude:savingalotofthenumberofProgrammableLogiccontrollerInterface；adoptingintelligentcontroltemplateandimprovingelevatorsoperatingefficiency.KeyWords:Elevator，intelligent,control目录一、引言.1二、可编程控制器控制电梯系统的设计方案.1（一）可编程控制器用于控制电梯控制的特点.1（二）系统设计内容与步骤.2（三）可编程控制器控制电梯硬件系统的设计.2（四）可编程控制器控制电梯软件的选择.3三、电梯硬件选择.7（一）主电路.7（二）门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路.7四、层楼信号的产生、消除及显示.9（一）层楼信号的产生、消除梯形图.9（二）轿厢位置显示.10五、停层信号的登记与消除.13六、外呼信号的登记与消除环节.13七、电梯的定向.13八、停车信号.13九、起动、稳速运行、制动减速.14十、开关门环节.14十一、智能判断控制.14验证.15小结.15参考文献.16致谢.17第1页共17页一、引言随着经济的不断发展和科技的进步，世界各地高层建筑不断涌现，作为建筑中枢神经，电梯起着其它设备不可替代的作用。作为建筑物内部的主要运输工具，全社会使用电梯的数量正在迅速增加。电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的更新。电梯的的种类也多种多样，如载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、观光电梯等。自动平层、微机检测、图像显示、监控以及现代通信都在电梯中得到应用。电梯技术正向现代化、网络化，智能化发展，给人们提供了极其方便和舒适的生活条件。可编程控制系统(ProgrammableLogicController）)作为一种工业控制微型计算机，它采用易学易懂的梯形图语言、控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，现在的电梯控制多采用可编程控制器来实现。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。二、可编程控制器控制电梯系统的设计方案可编程控制器用于电梯控制系统，既具备微机板控制的一系列优点，又可以克服单纯应用微机板存在的不足之处。（一）可编程控制器用于控制电梯控制的特点1.实时性强信号处理时间短，速度快。信号处理和程序运行的速度快。能满足各种型号电梯的控制目标。2.可靠性高所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。（1）为了消除信号噪声,在输入接口内设置了多种滤波电路。（2）为了PLC的信号处理,输入接口内有电平转换及信号锁存电路。（3）为了便于与现场信号的连接,在输入接口外部设有接线端子排。（4）良好的自诊断功能，一但电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。（5）采用性能优良的开关电源。第2页共17页3.编程方便PLC的设计是面向工业企业中一般电气工程技术人员的,它采用易于理解和掌握的梯形图语言,以及面向工业控制的简单指令。这种梯形图语言继承了传统继电器控制线路的表达式,又考虑到工业企业电气技术人员的看图习惯和微机应用水平，因此得到了广大电气技术人员的欢迎。4使用方便由于产品的系列化和模块化,并且配有品种齐全的各种软件,用户灵活组成各种规模和要求不同的控制系统,用户在硬件设计方面,只是确定PLC的硬件配置和I/O通道的外部接线。在PLC构成的控制系统中,只需在PLC的端子上接入相应的输入,输出信号即可,不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。在生产工艺流程改变,或生产线设备更新,或系统控制要求改变,需要变更控制系统的功能时,一般不必改变或很少改变I/O通道的外部接线,只要改变存储器中的控制程序即可,这在传统的继电器控制时是很难想象的。5质优价廉，性价比高6安装简单，维修方便可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。7.设计、施工、调试周期短PLC完成一项控制工程中,由于其硬软件齐全,设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了继电器硬接线实现控制功能,使得控制柜的设计及安装接线工作量大为减少,缩短了施工周期。同时,由于用户程序大都可以在实验室模拟调试好后，再将PLC控制系统在生产现场进行联机统调,因此大大缩短了设计和投入运行的周期。综上所述，可编程控制器非常适用于交流电梯控制系统。（二）系统设计内容与步骤1分析电梯的使用环境及客户要求，确定控制系统的硬件配置。2根据电梯的软件控制系统，我们对可编程控制器控制电梯的核心控制部件可编程控制器的软件资源进行资源分配。（三）可编程控制器控制电梯硬件系统的设计1电梯电动机与配重的选择电梯是垂直运输工具，属于位能负载。动力来自于电动机，本系统选用YTD系列专用双第3页共17页速笼型异步15KW的电动机。曳引机的作用有三点：其一是调速；其二是驱动曳引钢丝绳，其三是在电梯停车时实施制动。为了加大载重能力，钢丝绳的一端是轿厢，另一端加装了配重装置，配重的重量随电梯载重量的大小而变化。计算公式如：配重的重量=（载重量/2+轿厢自重）*45%M3曳引机轿厢配重电动机图2.31拖动机构原理这种拖动机构可使电梯的载重能力大为提高。电动机参数的选择见附录A表A1。2曳引机功率的选择曳引机功率的选择公式：NQV（1-Y）/102W其中：W为电梯机械传动效率；Y为电梯平衡系数：Q为电梯的额定载重量；V为电梯的额定速度。在计算电梯曳引机功率后再预留20%30%的功率。曳引机参数的选择见附录A表A2。3传感器的选择本设计中选用红外线传感器作为智能判断控制输入信号的采集设备，它安装在电梯厅门的上方，若有人按下外呼按钮，并传感器采集到了人体信号的存在，则就在此层楼停车。传感器的选择参数见附录B。4.电源的选择本系统采用的是S7-200PU226继电器输出，其电源电压为85264VAC，输出电压24VDC，24VAC230VAC，输出电流2A。由于S7-200CPU226最大扩展电流为1000mA，扩展模板EM223，DI16/DO16晶体管/晶体管模板，消耗电流为160mA，所以S7-200CPU226可以带上一个扩展模板EM223。（1）电源部份根据电压的种类，等级的不同进行严格的分类，不同种类、等级的电压应该严格隔离，使用可编程控制器的不同公共点。（2）使用同一等级和种类电压的输出点的公共点可以直接短路。（3）进行输出端子分配时，通常将高压部份放在前，低压部分放在后。（四）可编程控制器控制电梯软件的选择本设计系统为五层楼电梯控制系统，采用S7200CPU226加上一个扩展模块EM223的24VDC输入法16点/输出16点类型。它是24点输入和16点输出点加上16点扩展输入和16点扩展输出。基本上可以满足五层楼的电梯控制系统。可编程控制器S7200CPU226参数的选择见附录A表A3。第4页共17页图2.51S7-200CPU226PLC外型图2.52S7-200CPU226DC/DC/DC端子连接图1I/O接口分配数输入接口名称与作用输出接口名称与作用I0.0门锁Q0.0上行I0.1自动Q0.1下行I0.2检修Q0.2高速I0.3开门Q0.3低速I0.4关门Q0.4上行指示I0.5上行启动Q0.5下行指示I0.6下行启动Q0.6一层层楼指示I0.7基站Q0.7二层层楼指示I1.0开门到位Q1.0三层层楼指示I1.1关门到位Q1.1关门I1.2上行限位Q1.2启动加速2I1.3下行限位Q1.3制动减速1I1.4一楼内选Q1.4制动减速2I1.5二楼内选Q1.5制动减速3I1.6三楼内选Q1.6开门I1.7四楼内选Q1.7启动加速1I2.0五楼内选Q2.0四层层楼指示I2.1一楼感应器Q2.1五层层楼指示I2.2二楼感应器Q2.2一层内选记忆灯I2.3三楼感应器Q2.3二层内选记忆灯I2.4四楼感应器Q2.4三层内选记忆灯I2.5五楼感应器Q2.5四层内选记忆灯