课程设计（论文）-基于PLC的电梯控制系统.doc

沈阳航空航天大学课程设计论文 基于plc的电梯控制系统目 录0 前言21 控制系统总体方案21.1 plc简介21.2 cpu处理模块31.3系统工作原理52 三层电梯plc硬件配置62.1 三层电梯的i/o分配62.2 三层电梯的外部接线63 plc软件设计83.1实验程序流程图83.2实验程序84、三层电梯的监控界面的设计174.1 组态软件的概述174.2 定义数据词典184.3 用户界面的制作194.4 命令语言的编写205 总结28参考文献29基于plc的电梯控制系统丛厚林 沈阳航空航天大学自动化学院摘要：三层电梯是一种用电机正反转控制、自动门开关门控制、轿内指令和层站召唤控制的控制系统。电梯的行车方向由内选信号决定，顺向优先；电梯行驶过程中如有遇呼信号时，顺向截车，反向不截车；内选信号和内呼信号有记忆功能，当自动门到达层站开门时解除记忆功能；自动门到层站时自动开，能够延时关门，停层时，可手动开关门；对电梯上升下降过程进行设定故障报警功能；若没有内外呼梯信号，电梯自动返回第一层待命；开始时，电梯若不在第一层返回第一层。本文主要采用plc实现对三层电梯的下位机控制，并通过组态软件对上位机进行实时监控.文中首先介绍了plc和三层电梯的工作原理，在设计硬件的基础上，对软件进行设计，采用组态软件建立人机监控界面，包括组态界面的制作方案，功能语言的实现，最后对系统进行调试，并给出相关的参考程序，实现三层电梯的工作过程。关键词：三层电梯；plc；组态软件 0. 前言 在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由plc代替原来的继电器控制，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器(plc)应用于三层电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。本文所设计的电梯与传统的电梯相比，在运行上具有良好的舒适感，在生活中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益，达到了理想的目的。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点。在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了plc的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于plc电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。1. 控制系统总体方案1.1 plc简介 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(programmable logic controller,plc)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制.随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称pc。但是为了避免与个人计算机(personal computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称plc,plc自1969年美国数据设备公司（dec）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。1.2 cpu处理模块cpu 222本机集成8 输入/6 输出共14 个数字量i/o 点.可连接2 个扩展模块，最大扩展至78路数字量i/o 点或10 路模拟量i/o 点.6k字节程序和数据存储空间。4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。是具有扩展能力的、适应性更广泛的全功能控制器。cpu 224本机集成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。16k 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。i/o 端子排可很容易地整体拆卸.是具有较强控制能力的控制器。cpu 224xp本机集成14 输入/10 输出共24 个数字量i/o 点，2 输入/1 输出共3 个模拟量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 38 路模拟量i/o点.22k 字节程序和数据存储空间，6 个独立的高速计数器(100khz)，2 个100khz的高速脉冲输出，2 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。本机还新增多种功能，如内置模拟量i/o，位控特性，自整定pid功能，线性斜坡脉冲指令，诊断led，数据记录及配方功能等。是具有模拟量i/o 和强大控制能力的新型cpu。cpu 226本机集成24 输入/16 输出共40 个数字量i/o 点.可连接7 个扩展模块，最大扩展至248 路数字量i/o 点或35 路模拟量i/o 点。26k 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。2 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。i/o 端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些4 复杂的中小型控制系统。cpu224模块输入、输出单元的接线图如图2所示。图2 cpu224模块输入、输出单元的接线图1.3系统工作原理（1）我们在计算机中打开西门子s7-200的编程软件 开启电脑，装入西门子s7-200的编程软件，由于此软件不是中国人设计的，当我们打开此软件时，显示的是英文界面，为了我们方面快捷的使用此软件必须汉化，所以打开tool中的opinion，在左上角有个general，点击此选项会出现几种语种，点击chinese，然后ok，确定，这时编程软件会关闭，再快捷方式中从新打开就汉化成功。（2）接线： 按照输入输出的配备表以此连线，在连线过程中需要注意：首先，连线过程过程中不得打开plc，如果已经打开了plc需要连线或者更改某根线的时候，也需要关闭plc，这是安全常识。再者，发现连线有错的时候请关闭plc主机，再更改连线，当更改完成，并确认无误后再打开plc主机。（3）通信： 当连线确定无误之后，可以打开2太plc机台，为了保证2台plc机子能通信成功，就必须保证2台plc机台不能再run的情况下通信，因为有可能上次某位同学在plc实验室做实验时把已经做好的程序下载到plc机台里，当有这样的情况之下，plc开关变为on时，plc机台就会在run的情形下，这样无法保证通信能成功。所以在保证2台plc机保持等待状态，才能通信，这也是实验过程中不能通信的困难之一。当2台plc机台在等待的状态时，打开s7-200软件，先是点击通信，会出现一个对话框，然后刷新，当2台plc机子都能刷出12和11号时，才能保证通信有可能成功，然后点击各相应的机台号，确定。然后下载到各种的plc之中。主站程序在12号plc机台，从站在11号plc机台。当把各自的程序下载成功之后就可以确定是否成功，利用12号plc机台的输入键控制11号plc机台的各个灯得显示情况。有指示灯的亮和灭代表电梯的运行情况。这会在试验现象中做详细的描述。（4）电梯的运行说明：电梯的运行遵循优先优来的原则具体如下：上行时，电梯只会接受上行的呼叫，就是电梯在向上运行的时候，在上行的过程中电梯不会停止接受呼叫，只会到达上行的最近呼叫楼层，例如，如果电梯现在正在从1楼向上运行，去往3层，那么在行驶的过程中，如过没有到达2层，而这时2层有呼叫信号，那么电梯将会先在2层停下，然后再行往3层，这就是上行中接受上行信号。当下行时，也是如此，下行时不会因为电梯轿厢之上的楼层信号呼叫，而终止运行去改变下行，只有当下行信号处理完毕，才会在电梯轿厢停止在否个楼层时而接受上层信号。电梯在运行过程中，不会开门和关门，只有到达需要的信号楼层时才会开门和关门。当电梯轿厢停止在某个楼层时，假如有2个楼层信号呼叫，那么如果是在电梯轿厢同上层或者同下层时，那么电梯轿厢将会先接受离电梯轿厢最近的楼层信号，然后再去往另外一个楼层信号。当然如果是电梯轿厢上下各有楼层信号呼叫时，那么电梯轿厢先接受到得信号优先运行。本次试验主要是电梯的控制模拟试验，不能直观的观察电梯的运行，但是通过试验台控制面板上的模拟装置仍然可以清晰的理解电梯的运行情况。由于电梯的运行是个动态的过程，时间间隔只有2秒，因此无法拍摄完整的运行过程，只拍了开始层到结束层得指示灯。原因是一方面器材优先，另一方面对照相器材的使用欠佳。1.4控制系统的结构图pc12号pc11号12号plc机11号plc机导线导线模拟试验台 图1控制系统的结构图pc机内装有s7-200，当12号pc机s7-200输入主站程序，下载到12号plc机中。当11号pc机s7-200输入从站plc程序，下载到11号plc机台中，这样通过导线与plc模拟实验台，就可以达到12号plc机控制11号plc机，从而达到远程控制的模拟目的。最后当通信远程成功之后就可以直接观察模拟试验台的电梯运行情况。通过各个指示灯的亮和灭达到形象描述生活中真实电梯的运行规律。2. 三层电梯plc硬件配置2.1三层电梯的io分配 表1 元件地址i/o分配 序号plc地址（plc端子）电气符号（面板端子）功能说明1i0.1s3三层内选按钮2i0.2s2二层内选按钮3i0.3s1一层内选按钮4i0.5d3三层下呼按钮5i0.6d2二层下呼按钮6i1.0u2二层上呼按钮7i1.1u1一层上呼按钮8i1.3sq3三层行程开关9i1.4sq2二层行程开关10i1.5sq1一层行程开关11q0.3l3一层内指示12q0.2l2二层内指示13q0.1l1三层内指示14q0.4down轿厢下降指示15q0.5up轿厢上升指示16q2.4d3三层下指示17q2.5d2二层下指示18q2.1u2二层上指示19q2.0u1一层上指示20q1.1a开门显示21q2.3b关门显示22q0.7c电梯上行23q1.0d电梯下行24q2.6q2.6报警显示灯25i0.0i0.0开门按钮26i1.2i1.2关门按钮27i0.4i0.4开门限位28i0.7i0.7关门限位29i2.0i2.0上升限位30i2.1i2.1下降限位31主机1m、面板v+接电源+24v电源正端32主机1l、2l、3l、面板com接电源gnd电源地端2.2 三层电梯的外部接线电梯的内选按钮三层内、二层内、一层内分别与plc输入点i0.1、i0.2、i0.3相连，三层外下呼按钮、二层下呼按钮、二层上呼按钮、一层下呼按钮分别plc输入点与i0.5、i0.6、i1.0、i1.1相连，三层行程开关、二层行程开关、一层行程开关分别与plc输入点i1.3、i1.4、i1.5相连，开门按钮、关门按钮、开门限位、关门限位、上升限位、下降限位分别与plc输入点i0.0、i1.2、i0.4、i0.7、i2.0、i2.1相连。一层内指示、二层内指示、三层内指示分别与plc输出点q0.3、q0.2、q0.1相连，轿厢下降显示、轿厢上升显示分别与plc输出点q0.4、q0.5相连，三层下指示、二层下指示、二层上指示、一层上指示分别与plc输出点q2.4、q2.5、q2.1、q2.0相连，开门显示、关门显示、电梯上行、电梯下行、报警灯分别与plc输出点q1.1、q2.3、q0.7、q1.0、q2.6相连.外部接线图如图3所示。图3 plc外部接线图3. plc软件设计3.1实验程序流程图3.2实验程序4三层电梯的监控界面的设计4.1 组态软件的概述 组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文scada，即supervisory control and data acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动化控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及工程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称运动系统(rtu system，remote terminal unit)。4.2 定义数据词典在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计.本系统实时数据的定义如表2所示。表2 数据词典的定义变量名数据类型plc地址门开开关i/o离散m2.0门关开关i/o离散m2.4上升i/o离散q0.5下降i/o离散q0.4第一层内按钮i/o离散m2.3第二层内按钮i/o离散m2.2第三层内按钮i/o离散m2.1第一层上按钮i/o离散m3.1第二层下按钮i/o离散m2.6第二层上按钮i/o离散m3.0第三层下按钮i/o离散m2.5第一层向上显示i/o离散q2.0第二层向下显示i/o离散q2.5第二层向上显示i/o离散q2.1第三层向下显示i/o离散q2.4第一层内显示i/o离散q0.3第二层内显示i/o离散q0.2第三层内显示i/o离散q0.1门开显示灯i/o离散q1.1门关显示灯i/o离散q2.3一平层i/o离散m3.5二平层i/o离散m3.4三平层i/o离散m3.3上升限位i/o离散m4.0下降限位i/o离散m4.1开门限位开关i/o离散m3.2关门限位开关i/o离散m2.7中间继电器上升控制i/o离散m0.4中间继电器下降控制i/o离散m0.5中间继电器2层以下i/o离散m0.0中间继电器2层以上i/o离散m0.1中间继电器开始i/o离散m1.1上升过程显示灯i/o离散q0.7下降过程显示灯i/o离散q1.0开门显示i/o离散q1.1关门显示i/o离散q2.3中间继电器6i/o离散m0.6中间继电器7i/o离散m0.7报警灯i/o离散q2.6启动内存离散掉箱内存整型一层门内存整型二层门内存整型三层门内存整型定时器1内存整型一层门中间变量内存离散二层门中间变量内存离散三层门中间变量内存离散定时器报警内存整型4.3 用户界面的制作 三层电梯的欢迎界面如4所示，监控系统界面如5所示.图4 三层电梯的欢迎界面图5 三层电梯的监控系统界面4.4 命令语言的编写 用户界面制作完成后要与界面编制程序，程序是用户界面的后台支持.一方面程序使得用户界面与下位机plc实现通讯，使用户界面可以控制系统的运行.另一方面程序建立了画面中动画和系统状态的联系，使用户画面中可以实时的反应系统的运行情况.本系统编写的命令语言如下：if(本站点启动=1)本站点启动灯显示=1;else本站点启动灯显示=本站点启动灯显示;if(本站点启动灯显示=1 &本站点掉箱!=0 & 本站点第一层内显示=0 & 本站点第二层内显示=0 & 本站点第三层内显示=0 & 本站点第一层向上显示=0 & 本站点第二层向下显示=0 & 本站点第二层向上显示=0 & 本站点第三层向下显示=0)本站点掉箱=本站点掉箱-10;else本站点掉箱=本站点掉箱;if(本站点掉箱=0)本站点启动灯显示=0;else本站点启动灯显示=本站点启动灯显示;if(本站点掉箱=0)本站点一平层=1;else本站点一平层=0;if(本站点一平层=1 & 本站点第一层向上显示=1)|(本站点一平层=1 & 本站点第一层内显示=1)本站点上升过程显示灯=0;本站点下降过程显示灯=0;else本站点上升过程显示灯=本站点上升过程显示灯;本站点下降过程显示灯=本站点下降过程显示灯;if(本站点一平层=1)本站点下降限位=1;本站点下限位灯=1;else本站点下降限位=0;本站点下限位灯=0;if(本站点掉箱=190)本站点二平层=1;else本站点二平层=0;if(本站点二平层=1 & 本站点第二层向上显示=1)|(本站点二平层=1 & 本站点第二层内显示=1)本站点上升过程显示灯=0;else本站点上升过程显示灯=本站点上升过程显示灯;if(本站点二平层=1 & 本站点第二层向下显示=1)|(本站点二平层=1 & 本站点第二层内显示=1)本站点下降过程显示灯=0;else本站点下降过程显示灯=本站点下降过程显示灯;if(本站点掉箱=380)本站点三平层=1;else本站点三平层=0;if(本站点三平层=1 & 本站点第三层向下显示=1)|(本站点三平层=1 & 本站点第三层内显示=1)本站点上升过程显示灯=0;本站点下降过程显示灯=0;else本站点上升过程显示灯=本站点上升过程显示灯;本站点下降过程显示灯=本站点下降过程显示灯;if(本站点掉箱=380)本站点上升限位=1;本站点上限位灯=1;else本站点上升限位=0;本站点上限位灯=0;if(本站点上升过程显示灯=1)本站点掉箱=本站点掉箱+10;else本站点掉箱=本站点掉箱;if(本站点下降过程显示灯=1)本站点掉箱=本站点掉箱-10;else本站点掉箱=本站点掉箱;if(本站点一平层=1 & 本站点门开显示=1)本站点第一层内显示=0;本站点第一层向上显示=0;else本站点第一层内显示=本站点第一层内显示;本站点第一层向上显示=本站点第一层向上显示;if(本站点二平层=1 & 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