基于plc的电梯自动运行系统的设计--本科设计.docx

基于plc的电梯自动运行系统的设计郑州轻工业学院本科毕业设计（论文） 题 目 _基于plc的电梯自动运行系统的设计学生姓名 杨攀峰 专业班级 自动化10-1 学 号 541001010146 院 （系） 电气信息工程学院 指导教师(职称) 刁智华(副教授) 完成时间 2014 年05 月 10 日 摘要现代都市，电梯对高层住户来说是真心不能或缺的，是一天也不可缺少的出行工具，与水、电、气等生活必须品具有同等重要的作用。随着人们生活水平的不断提高，对电梯的期望越来越高，特别是电梯的可靠性、乘坐的舒适性、节能程度和运行速度等受到广泛关注。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统、plc控制系统、微机控制系统。plc控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对4层电梯，使用西门子s7-200可编程控制器，设计了电梯的控制系统。关键词：四层电梯；控制系统；可编程控制器automatic elevator running system based on plcabstractin modern cities, elevator has been the high-rise residential users most intimate partner, which is also indispensable and equally important with water, electricity, gas and other necessities of life. with peoples living standard unceasing enhancement, expectations of the elevator is higher and higher, especially the elevator degree of reliability, riding comfort, energy saving and speed has been widely concerned. at present there are three main ways for the elevator control system: relay control system, plc control system, the microcomputer control system. because of high reliability, convenient operation and maintenance, strong anti-interference, the shorter design and debug cycle, plc control system has been attached importance to by more and more people and become a current in the elevator control system used in most ways, this article based on the structure of the elevator and the structure and working principle of programmable controller designs the elevator control system for 4 layer elevator by using the siemens s7-200 programmable controller.keywords: 4 layer elevator, control system, programmable controller.目 录摘要iabstractii目录iii前言11 电梯的简介21.1 电梯的含义21.2 电梯的起源和发展21.3电梯生产与使用情况41.3.1国外电梯生产与使用情况41.3.2国内电梯生产与使用情况41.4本文的研究内容、目的与意义62 plc控制系统82.1 plc的产生、定义、发展和特点82.1.1 plc的产生82.1.2 plc的定义92.1.3 plc的发展历史102.1.4 plc的特点132.2 plc的研究概况152.3 四层电梯主电路162.3.1 四层电梯曳引电机及门电机电路图162.3.2 plc外部接线图182.3.3 plc控制系统硬件组成192.4 i/0点数的分配及机型的选择202.4.1 i/o点数的估算:202.4.2输入/输出的分配如下：212.4.3 机型的选择213 系统软件设计233.1 plc编程233.1.1 plc的编程语言233.1.2 step 7概述233.1.3程序设计常用方法243.2 流程图263.2.1 电梯上下行流程图263.2.2 电梯响应流程图273.2.3电梯开关门流程图283.3操作原理简要说明293.4程序编写304程序仿真与调试385 结论42致 谢43v前言电梯是电气、机电中需要考虑比较周全的系统，不仅有机械传动、电气控制和土建等工程领域方面的专业知识，还要考虑其他诸如稳定性、舒适感、美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。保护措施在设计电梯时都被考虑采取，在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件等都采取了较大的安全和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。乘坐电梯更加安全可靠。美国曾有人对电梯的安全性做过科学的调查，其结论是：乘电梯比走楼梯安全数倍。掘资料统计，在美国每年大约80多亿人乘坐其他交通工具，而乘坐电梯的人数是其它交通工具的7倍之多。目前，plc和单片机控制的电梯自动运行系统发展的如火如荼，二者平分秋色。采用plc控制的电梯开发周期短、控制方便、安全，这种电梯运行更加稳定，灵活性较以往的继电器控制系统大大的提高，可完成符合现代人需要的任务，成为电梯控制系统的主流发展方向之一。总之，电梯的控制是远没想象中的简单，可编程控制器（plc）的使用正解决了这一难题，plc是专门为工业过程控制而设计的控制设备， 随着科技发展，使得plc的体积大大减小，抗干扰性能不断增强、功能愈加完善，过程的控制更平稳、可靠，电气与机械部件有机地结合在plc中，把计算机、仪表、电子的功能结合在一起。因此，它已经成为电梯控制系统的主脑。 1 电梯的简介1.1 电梯的含义根据国家标准gb7024.1-86电梯名词术语规定，电梯的含义：用电力拖动，具有乘客或载货轿厢，其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于15角的两侧刚性导轨之间，运送乘客和（或）货物的固定设备1。另外，国家标准gb7288-87电梯制造与安装规范，阐释电梯的技术如下：电梯是服务于规定楼层的固定式提升设备，包括一个轿厢，轿厢的尺寸与结构形式可使乘客方便的进出，轿厢至少部分的在两根垂直的或与垂直方向成倾斜角小于15的刚性导轨之间运行。以上两点基本可说明电梯的含义：电梯是一种应用于楼层中的有电力拖动的载人、载货等用途的电气设备。因此对于商场、车站等用的自动扶梯或自动人行道，按专业定义是不能成为电梯的，仅仅称得上电梯家族里的一个分支。电梯是多层建筑的垂直运输设备，它有一个轿厢和一个对重，用钢丝绳连接，经电动机驱动的曳引轮带动，沿垂直的导轨上下运动。电梯安装在仓库、车站、码头、医院、办公大楼、宾馆、饭店及居民住宅楼等。电梯是机电合一的大型机电产品。它的机械部分相当于人的躯体，电气部分则相当于人的大脑神经系统，使电梯成为现代科技的综合产品。其结构主要可分为机房、井道、层站三大部分。1.2 电梯的起源和发展电梯在我们的工作生活中占有如此重要的地位。然而，电梯的发展其实并没有太长时间，从面世到现在不过一百多年，可见其发展如何之迅速2。像电梯这种升降设备早在古代农业和建筑业中的原始起重升降机械中就有出现，在中国周朝时期（公元前1100年）就曾有辘轳（提水用的），是由木制（或竹制）的支架、卷筒、贡柄和绳索组成的卷筒式卷扬机。据说在希腊，也曾于公元前236年由阿基米德设计出下种人力驱动的卷筒式卷扬机，这种利用人力驱动的卷扬机械，三台在妮罗宫殿。，我国四川地区的古代悬和福建武夷山的悬和“天车”据推测，重物就是利用这种设备被古代人提升到洞穴中去的。蒸汽机被瓦特发明一段时间之后，于1850年，世界第一台以蒸汽机为动力的卷扬机在美国纽约市出现，它是由亨利活特曼制作的。1852年美国人伊沙格雷夫斯奥梯斯（1811-1861）年发明了世界上第一部以蒸汽机为动力、配有安全装置的载人升降机世界上第一部备备安全装置的电梯问世，于1857年被安装在纽约市高档商厦里。 在1889年，美国奥梯斯升降机公司推出了世界第一部以电动机为动力的升降机，这才开始出现了名副其实的电梯，同年在纽约市的马累特大厦安装成功。1900年世界上第一台自动扶梯问世，由美国奥梯斯电梯公司制造。1915年已设计成功电梯自动平层控制系统。1933年6m/s的高速电梯在美国制造出。在第二次世界大战以后，美国的建筑业得以快速发展，促使电梯也进入发展时期，新技术被广泛用于电梯。1949年研制出4-6台电梯的群控系统。1955年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯。1962年在美国己出现了8.5m/s的超高速电梯。1967年电梯拖动系统应用了固体晶闸管。电力电子技术飞速发展，直流发电机电动机组被晶闸管取代的时候，交流调压调速系统横空出世，至此，交流电梯的调速性能大大地提升。1976年微处理器被应用于电梯系统。1977年日本三菱电机株式会社开发出了10m/s的超高速电梯。至此，电梯的控制技术有了很大发展。进入80年代，电梯控制技术又有了新的变化。由于固体功率器件的不断发展和完善以及微机技术的应用，出现了交流变频调速系统。1984年在日本己将其用于2m/s以上的高速电梯。1985年以后，又将其延伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被认为是电梯行业的当代技术。1985年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯，使其明显减少了占地面积。1993年日本生产的12.5m/s世界上最高速的交流变频调速电梯已投入运行。当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高速电梯的主流。1.3电梯生产与使用情况1.3.1国外电梯生产与使用情况当今世界，电梯的生产情况与使用数量已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。3进入90年代，在世界各地运行的电梯有400多万台，其中日本就有34万台。全世界每年电梯需求量大约在15万台左右。其中日本需3万台，美国需2万台，欧洲需5万台，东南亚需1.2万台。预计近十年内世界年平均增长率为7%，亚太地区以年9%增长率快速增长。世界上有名的几家电梯公司，诸如：瑞士迅达公司、美国奥梯斯公司、芬兰科恩公司、日本三菱和日立公司等，其电梯的产量已占世界市场的51%。其中三菱公司和奥梯斯公司在世界占据龙头老大的位置。根据有关资料统计，日本在1990-1991年一年中，共生产电梯31508台。其中直流电梯为23台，占0.1%；交流电梯为22680台，占72%；液压电梯为7829台，占24.8%；住宅电梯966台，占3.1%。在亚洲，日本在电梯市场处于领先地位，高达67%市场占有率足以说明其不凡之处3。目前，液压电梯越来越多地被使用在低层楼房，国外以交流电梯取代直流电梯是主趋势，此外，家用小型电梯越来越受有钱人们的喜爱。1.3.2国内电梯生产与使用情况在解放前，电梯生产企业很少很少，全国大约有2000台电梯，。解放后，我国经济发展飞的一样，电梯企业应运而生。我国的电梯企业由60年代开始起步，到了70年代已小有规模。改革开放后，电梯的需求量在我国急剧上升。在1949-1979年的30年中，全国只生产了大约1万台电梯。而在党的十一届三中全会之后，经济建设高速发展，电梯的需求量开始增加。1980年生产的电梯已达2249台，1983年的产量为5087台，1985年全国生产了9178台电梯，比上一年增长了58%。1989年9552台电梯被生产，总产值为9.5亿元。1990年生产了10334台电梯。1980-1990年11年间，平均每年增长16.5%。到1991年，产量已超过1.2万台。截止1992年，在全国运行的电梯有10万台，其中客梯占40%，其余为货梯、杂物梯和自动扶梯。1993年的产量为2.4万台，总产值约为45亿元。到1994年，年产量已近3万台。在八五期间，电梯产量每年增长13%，五年8.4万台的总需求量。1980年以前，只有不到10家全国电梯生产企业，1983年电梯生产企业增加到20家，到1991年，已有200多家国内电梯生产企业，多数为中、小型企业。其中有5家年产量超过1000台。国家计委根据国情确定的行业生产规模为每年生产2000台。1991年，已有3家企业已具备有设计生产达到甚至超过这个指标的能力。80年代中期，我国电梯工业取得的迅速发展可见一斑。进入90年代，为确保生产质量，采取了发放生产许可证制度。到1992年，已有110家电梯生产企业持有生产许可证，260家企业持有厂外安装许可证。在我国，通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，引发出一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。如：中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品。诸如：海三菱公司的vvvf产品和广州电梯工业公司的yp-40，苏州迅达公司的dyn-2、nyn-s，天津奥梯斯公司的toec-10、toec-3、toec-40等。此外，西安电梯厂和沈阳电梯厂也紧随其后取得了不小成效。在电梯协会成员企业当中，这些骨干企业的电梯产量占64%左右，产值占82%。目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品。微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变频调速电梯新产品。另外，用可编程控制器（pc）取代继电器控制系统的机型也已投产，使电梯性能得到改善，故障率明显降低。在技术上，应该说这是一大进步，用pc对单梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置、防火厅门、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能；对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺。总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但上世界水平必将在国内电梯迅猛的发展速度下赶超。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量已达1万台左右，约占亚洲市场的1/5。一些合资产业在出口创汇方面也做出了贡献。目前，国内很多不完善之处还存在电梯产业中。为对各厂家生产的机型进行整顿，建设部曾以建字（1992）114号文件形式发布了关于提高电梯质量的若干规定。在八五期间，先后禁用1m/s以下的低速电梯以及老型继电器控制的交流双速电梯。1997全部淘汰掉老型继电器控制电梯。提出统一技术指标，在制造、安装、保养和维修等方面加强管理。加强对安装单位的管理、开展产品质量认证、严格检查验收、完善使用保养。近年来，为保证电梯最终质量，在建立全国性完整的电梯管理法规、落实检查机构、壮大安装调试队伍、组建维修保养网络和提高相关人员技术素质等中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量已达万台左右，约占亚洲市场的1/5。一些合资产业在出口创汇方面也做出了贡献。目前，国内电梯产业还有不完善之处。为此，建设部曾以建字（1992）114号文件形式发布了关于提高电梯质量的若干规定。提出对各厂家生产的机型进行整顿。在八五期间，分批淘汰老型继电器控制的交流双速电梯以及1m/s以下的低速电梯。到1997年将全部淘汰老型继电器控制电梯。提出统一技术标准，要在制造、安装、保养和维修等方面进行综合治理。提出开展产品质量认证、加强对安装单位的管理、严格检查验收、完善使用保养制度。近年来，我国电梯行业，正在越来越规范，为走向世界打下基础。在创建电梯管理条例、增加安装调试队伍人数、落实检查机构、组建维修保养网络和提高相关人员技术素质等方面，正在努力进行各种有益的工作。保证了电梯稳定和安全。1.4本文的研究内容、目的与意义当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。早期的电梯控制装置主要是由继电器、接触器控制逻辑电路组成，存在功能弱、故障多、寿命短等缺点。目前，已经广泛采用可编程序控制器（plc）来控制电梯，plc作为新一代工业控制器，以其接线简单，高可靠性和技术先进性，在货梯控制中得到广泛应用，从而使货梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。本设计的目的就在于用plc代替传统的继电器接触控制逻辑电路，充分利用plc的优点和交流变频变压调速系统，使电梯的实际运行更加的安全、高效。设计内容主要包括电梯的拖动和控制技术，电梯控制系统的软硬件设计（梯形图程序设计），程序的仿真。2 plc控制系统2.1 plc的产生、定义、发展和特点2.1.1 plc的产生20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家熟悉的传统的继电器控制系统。由于它容易掌握、结构相对简单、价格不高，而且能满足大部分场合电气顺序逻辑控制的要求，因而在工业控制领域中一直占据着主导地位。但是继电接触器控制系统具有明显的缺点：设备体积大、可靠性差、动作速度慢、功能弱、难以实现较复杂的控制；特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂繁琐，当生产工艺或控制对象需要改变时，原有的接线和控制柜就需要更换，所以显得比较呆板，灵活性很次。4到20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模的生产和发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制的要求；但由于编程技术太繁琐、价格不菲、输入、输出电路信号及容量难匹配、等原因，不曾被应用开来。20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统一随之改变，并且对整个控制系统重新配置。为抛弃传统的继电接触器的控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司（gm）公开招标，对新的汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：变成方便，可现场修改程序；维修方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制盘；数据可直接送入管理计算机；成本可与继电器控制盘竞争；输入可以是交流115v；输出为交流115v,容量要求在2a以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；扩展时原系统改变最小；用户存储器最至少能扩展到4kb。著名的“gm十条”于是应时而生。这些要求的的实质内容是提出了将继电接触器控制的简单易懂、使用方便、价格低廉、的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬连线逻辑转换为计算机的软件编程的设想。51968年美国数字设备公司（dec）根据上述要求研制开发出世界上第一台可编程序控制器，并在gm公司汽车生产线上应用成功。这是世界上第一台可编程控制器，型号为pdp-14。人们把它称为可编程序逻辑控制系统（plc, programmable logic controller）,简称plc。当时开发plc的母的是为了取代继电器逻辑控制系统，所以最初的plc其功能也仅限于执行继电器逻辑、及时、计数等功能。 随着电子技术的发展，20世纪70年代中期出现了微处理器和微型计算机，人们将微机计数应用到plc中，使得他能更多地发挥计算机的功能，不仅用逻辑编程取代了硬连线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备。国外工业界在1980年正式将其命名为可编程控制器（pc, programmable controller）,简称pc。2.1.2 plc的定义plc一直在飞速发展中，因此到现在为止，还未能对下一个十分确切的定义。国际电工委员会（iec）曾于1982年11月颁发了可编程控制器标准草案第一搞，1985年1月发表了第二稿，1987年2月颁布了第三稿。终稿中对可编程控制器的定义是： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数、和算术运算等操作的指令，并通过数字式的输入和输出，控制各类机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”在该定义中重点说明了三个概念：即plc是什么，它具有什么功能（能干什么），以及plc及其控制系统的设计原则。定义强调了plc应直接应用于工业环境，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于微机控制系统的一个重要特征。定义强调了plc是“数字运算操作的电子系统”，也是一种计算机；它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出的功能”，而且非常容易于“工业控制系统连成一体”，易于“扩充”。 6应强调的是，plc与以往所讲的机械式的顺序控制器在“可编程”方面有质的区别。由于plc引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，所以能灵活的修改程序，即它是用软件方式来实现“可编程”的目的。62.1.3 plc的发展历史第一台plc诞生后不久，dick morley(被誉为可编程序控制器之父)的modicon公司也推出了084控制器。这种控制器的核心思想就是采用软件编程方法替代继电器控制系统的硬连线方式，并有大量的输入传感器和输出执行器的接口，可以方便地在工业生产现场直接使用。而这种能取代能取代继电器控制柜的设备就是morley等人开发的modular digital controller(modicon)。随后，1971年日本推出了dsc-80控制器，1973年西欧国家的各种plc也研制成功。虽然这些plc的功能还不够强大，但它们开启了工业自动化应用技术新时代的大门。plc诞生不久即显示了其在工业控制中的重要性，在许多领域得到了应用。7plc技术随着计算机技术和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的一位机发展成为8位机，随着微处理器cpu和微型计算机技术在plc中的应用，形成了现代意义上的plc。进入20世纪80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化plc得到了惊人的发展，使plc在概念、设计、性能价格比以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗、体积减小、成本下降，可靠性高，编程和故障检测更为灵活方便，而且远程i/o和通讯网络、数据处理以及人机界面（hmi）也有了长足的发展。现在plc不仅能得心应手地应用于制造业自动化，而且还可以应用于连续生产的过程控制系统，所有的这些已经成为自动化技术领域的三大支柱之一，即使在现场总线技术成为自动化技术应用热点的今天，plc仍然是现场总线控制系统中不可缺少的控制器。大致总结一下，plc的发展经历了五个阶段。初级阶段 从第一台plc问世到20世纪70年代中期。这个时期的plc功能简单，主要完成一般的继电器控制系统的功能，即顺序逻辑、定时和计数等，编程语言为梯形图。崛起阶段 从20世纪70年代中期到80年代初期。由于plc在取代继电器控制系统方面的卓越表现，所以自从它在电气自动控制领域开始普及及应用以后便得到了飞速的发展。这个阶段的plc在其控制功能方面增强了许多，例如数据处理，模拟量的控制等。成熟阶段从20世纪80年代初期到90年代初期。这之前的plc主要是单机应用和小系统、小规模的应用；但随着对工业自动化技术水平、控制性能和控制范围要求的提高，在大型的控制系统（如冶炼、饮料、造纸、污水处理等）中，plc也展示出了强大的生命力。对这些大规模、多控制器的应用场合，就要求plc控制系统必须具有通信和联网功能。这个时代的plc顺应时代的要求，在大型的plc中一般都扩展上了遵守一定协议的通信接口。飞速发展阶段在20世纪90年代期间。由于网络通信功能和模拟量处理功能的提高，plc控制系统被广泛地应用到过程控制领域中。随着计算机技术、通信技术、芯片技术和控制技术的发展，plc的功能又是提高了不少。现在plc不论在人机界面功能、体积上、从内在的性能（速度、存储容量等）、端子接线技术，还是实现的功能（运动控制、网络通信、多机处理等）方面都远非过去的plc可比， 20世纪80年代以后， plc发展最猛，年增长率可高达30%50%之多。开放性、标准化阶段从20世纪90年代中期以后。其实关于plc开放性的工作在上世纪80年代就已经展开；但由于受到各大公司利益的阻挠和标准化难度的影响，这项工作进展得并不顺利。所以plc诞生近30年的时间里，各个plc在通信标准、标准语言等方面都存在着不兼容的地方，这位工业自动化中实现互换性、互操作性和标准化都带来了极大的不便。现在随着可编程控制器国际标准iec61131的逐步完善和实施，特别是iec61131-3标准编程语言的推广，使得plc真正进入了一个开放性和标准化的时代。目前，世界上有200多个厂家生产300多种plc的产品，样式繁多，比较著名的厂家有美国的ab(被rockwell收购)、ge、modicon(被schneider收购)，日本的mitshubishi、om-ron、fuji、松下电工、德国的siemens和法国的schneider公司等。随着新一代开放式plc走向市场，国内的生产厂家，如和利时、浙大中控等生产的基于iec61131-3编程语言的plc可能在未来的市场中占有一席之地。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（programmable logic controller，plc）取代传统继电器控制装置以来，plc得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，plc的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，plc在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的plc不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控的制的首选产品，plc在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的plc年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和plc市场容量基数的不断扩大，近年来plc在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家plc的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球plc的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。plc是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的plc只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入plc的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。plc的cpu内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为end指令），然后再返回起始步循环运算。plc每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的plc，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。plc用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1k逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型plc使用另外一个cpu来完成模拟量的运算。把计算结果送给plc的控制器。相同i/o点数的系统，用plc比用dcs，其成本要低一些（大约能省40%左右）。plc没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比dcs要低很多。一个plc的控制器，可以接收几千个i/o点（最多可达8000多个i/o）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用plc较为合适。plc由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近10年来，随着plc价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用plc进行控制，plc在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内plc在我国仍将保持高速增长势头。通用plc应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但plc相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用plc或定制plc取代嵌入式控制器。2.1.4 plc的特点现代工业生产过程是复杂多样的，他们对控制的要求也各不相同。plc专为工业控制应用而设计，一经出现就受到了广大工程技术人员的好评。其主要特点有：8(1)抗干扰能力强，可靠性高针对工业现场恶劣的环境因素，为提高抗干扰能力，plc在硬件和软件方面都采取了许多措施。在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，i/o系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；对电源部分采取了很好的调整和保护措施，如多级滤波、采用集成电压调整器等，以适应电网电压波动和过电压、欠电压的影响；在软件上采用了数字滤波等抗干扰和故障诊断措施，采用信息保护和恢复技术，实时报警和运行信息显示等。所有这些使plc具有较高的抗干扰能力。plc的平均无故障运行时间通常在几万小时以上，这是其他的控制系统不能比拟的。（2）控制系统结构简单，通用性强大部分情况下，一个plc主机就能组成一个控制系统。对于需要扩展的系统，只要选好扩展的模块，经过简单的链接即可。plc及扩展模块品种多，可灵活组合成各种大小和要求不同的控制系统。在plc构成的控制系统中，只需在plc的端子上接上相应的输入输出线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量而又繁杂的硬接线线路。plc的输入/输出可直接与交流220v、直流24v等负载连接，并有较强的带负载能力。（3）变成方便，易于使用plc是面向用户的智能控制器，因为其最初的逻辑就是要取代继电器逻辑，所以，在plc诞生之时，其设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，其编程语言采用了和传统控制系统中电气原理图相似的梯形图语言，plc的内部元器件也用过去就熟悉的诸如中间继电器、定时器、计数器等名称。这种编程语言形象直观，易于掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电器和工艺知识的人员都可在顿时间学会。（4）功能强大，成本低。现在plc几乎能满足所有工业控制领域的需要。plc控制系统可大可小，能轻松完成单击控制系统、批量控制系统、制造业自动化中的复杂逻辑顺序控制、流程工业中大量的模拟量控制、以及组成通信网络、进行数据处理和管理任务。在今天的现场总线控制系统中，plc也发挥着重要作用。（5）设计、施工、调试的周期短拥挤电气控制完成一向控制工程，首选必须按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分方便。而采用plc控制，由于其应软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量（输入/输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在plc到货前进行，因而缩短了设计周期，是设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了硬连线实现控制功能，大大减轻了繁重的工业编程语言，且都具有强制的仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可大大缩短设计和投运周期。（6）维修方便plc的输入/输出端子能直观地反映现场信号的变化状态，通过编程工具（装有编程软件的电脑等）可以直观地观察控制程序和控制系统的运行状态，如内部的工作状态、通信状态、i/o点状态，异常状态和电源状态等，极大地方便了维护人员查找故障，缩短了对系统的维护时间。2.2 plc的研究概况王锋、顾战松对电梯控制系统的i/o接口点数的确定有如下介绍：设建筑物共有n层，根据楼层数确定plc的i0点的原则，则该电梯控制系统所需要的输入输出io点数就能确定。输入i0点数：外呼梯按钮除第1层只有一个上呼梯按钮，第n层只有一个下呼梯按钮外，其余(n一2)层上下呼梯按钮各有一个；轿厢内控制盘包括1n层按钮、开门按钮、关门按钮、报警按钮各一个；轿厢门控由两个限位开关实现；轿厢顶端有两个减速传感器，两个平层传感器；电梯井的底部和顶部各有两个防止轿厢冲出导轨限位传感器；编码器需要两个输入i0点。共计需要的输入i0点为3n+l3个。输出i0点数：外呼梯按钮指示灯共2n一2个，内呼梯指示灯n个，上下行指示灯2个，4位bcd码指示需8个i0点，控制变频器输出需3个i0点，开门关门各1个。共计需要输出i0点3n+13个。9李晓霞设计了电梯控制系统的思路，不同的场合可能电梯的plc控制要求不同，所以通过分析电梯的各种控制要求，首先确定并选择选择合适的plc。再则根据系统的要求合理的分配plc的io接口，编制plc 的io地址分配表，并绘制出plc的 i0端子接线图，最后用v4.0 step7 micro win西门子特有的编程软件编写电梯控制系统的软件，并完成程序的仿真，监控仿真过程中的内存分配表等以确定程序的正确性。10控制电梯的plc有两大控制系统，一种是信号控制系统，另一种是拖动控制系统。信号控制系统在电梯中，它的信号控制系统大部分都是由plc软件进行处理的，plc已经取代了以往的机械选层器与继电器等设备。在一个信号控制系统中，所有的功能都是通过程序控制来实现的。对于电流不同的电梯，如直流电和交流电，除了部分的控制功能以及输人和输出信号有区别外，其他由plc电梯信号控制的功能基本都相同，因而plc控制系统具有很强的通用性。电梯里有两种不同类型的拖动方式，即直流和交流。plc控制的拖动制系统不需要做太大的变动。拖动控制系统的工作情况及工作过程中的反馈信号可直接送入plc，由plc向拖动系统发出控制信号。目前，随着变频器的出现和运用泛，很多建筑中多采用交流调速电梯，它包括半闭环控制和全闭环控制两种。在工作过程中，plc先给变频器发出的换速信号，然后由变频器控制主拖动电路，按照一定原则控制运行，达到调速目的。这样看整个调速系统安全可靠又简单实用、便于操作。11赵迎春对电梯控制系统的调速部分有如下介绍：在拖动系统中，现在国内多采用电梯专用变频电机和与之相配套的专用变频器专用变频器是为了满足电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的变频器控制电梯变频电机按图1所示理想速度曲线运行 电机何时启动、换速以及电机转向是由plc根据电梯呼梯、减速等信号做出决策，发出信号给变频器当变频器接收到plc控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，plc控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度在减速运行过程中，变频器能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至03 s在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度，即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值在电梯到距平层位置410 cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。122.3 四层电梯主电路2.3.1 四层电梯曳引电机及门电机电路图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图2-1所示。图中m1，m2为曳引电机和门电机，交流接触器km1km4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢的升降和厅门的开关。fr1，fr2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。fu1为熔断器，起过电流保护作用。13图2-1 电气控制系统主回路原理图2.3.2 plc外部接线图本设计的plc外部接线图如图所示14图2-2 plc外部接线图2.3.3 plc控制系统硬件组成plc硬件组成如图2-3图2-3 plc硬件组成2.4 i/0点数的分配及机型的选择2.4.1 i/o点数的估算:采用plc构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮k1和指示灯h1，二层有上升呼叫按钮k2和指示灯h2以及下降呼叫按钮k4和指示灯h4，三层有上升呼叫按钮k3和指示灯h3以及下降呼叫按钮k5和指示灯h5，四层有下降呼叫按钮k6和指示灯h6。一至四层有到位行程开关sq1sq4。电梯内有一至四层呼叫按钮k10k7和指示灯h10h7；电梯开门和关门按钮sb5和sb6，电梯开门和关门分别通过电磁铁km3和km4控制，关门到位由行程开关st1检测，开门到位由行程开关st2检测。轿厢上行和下行由接触器km1和km2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。15综上所述，输入点共有14个，输出点共有16个。可编程控制器s7200的cpu226输入，输出点数为2416，足以满足要求。2.4.2输入/输出的分配如下：该系统占用plc的30个i/o口，14个输入点，16个输出点，具体的i/o分配如下图所示：表2-1 i/o分配表序号名 称输入点序号名 称输出点0一层平层i0.00电梯上行记忆q0.01二层平层i0.11电梯下行记忆q0.12三层平层i0.22电机正转q0.23四层平层i0.33电机反转q0.34内呼一楼i0.44内呼一楼指示q0.45内呼二楼i0.55内呼二楼指示q0.56内呼三楼i0.66内呼三楼指示q0.67内呼四楼i0.77内呼四楼指示q0.78一层外呼上行i1.08一层外呼上行指示q1.09二层外呼上行i1.19二层外呼上行指示q1.110三楼外呼上行i1.210三楼外呼上行指示q1.211二楼外呼下行i1.311二楼外呼下行指示q1.312三楼外呼下行i1.412三楼外呼下行指示q1.413四楼外呼下行i1.513四楼外呼下行指示q1.514手动开门i2.014门电机正转q1.615手动关门i2.115门电机反转q1.716开门限位i2.2 17关门限位i2.318电梯上升极限位i2.419电梯下降极限位i2.52.4.3 机型的选择simatic s7-200系列plc及其编程软件step 7-micro/win 3216s7-200 是一种小型的可编程序控制器，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。因此s7-200系列具有极高的性能/价格比。s7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块等。s7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。step 7-micro/w