毕业设计（论文）-四层电梯PLC控制系统的设计.doc

四层电梯PLC控制系统的设计大连理工大学城市学院 本科生毕业设计（论文） 学 院：电子与自动化学院 专 业：电气工程及其自动化学 生： 指导教师： 完成日期： 2014年5月26日 52大连理工大学城市学院本科生毕业设计（论文）四层电梯PLC控制系统的设计总计 毕业设计（论文） 57 页表格 6 个插图 25 幅摘 要目前，由可编控制器（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，PLC控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修的优点，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更加复杂的控制任务，已成为电梯控制的发展方向。本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构及工作原理的基础上，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，包括轿内指令和厅外召唤信号的登记与消除、电梯的选层和定向、电梯的开关门运行、电梯上下行控制、电梯的指层控制等部分，实现了轿内与各层呼梯指令的记录、电梯运行方向和选层的控制，电梯上下行和自动开关门、电梯的指层控制等功能。采用可编程控制器来实现电梯的控制对于提高电梯运行的稳定性、降低电梯控制系统的成本以及缩短电梯系统的开发周期都具有实际意义。关键词：电梯；控制系统；PLC； AbstractCurrently, the elevator control system run by programmable logic controller (PLC) and computer composition,It is developing at a rapid pace. PLC control of the elevators, high reliability and easy maintenance short development cycle, PLC control system is simple, external line simplification, can be easily added or changed control functions can also be automatic fault detection and alarm display, improve operational safety, and easy maintenance advantages, this elevator operation more reliable, and has great flexibility, you can complete more complex control tasks, has become the development direction of the elevator control. Based on the structure and working principle expounded the elevator on the structure and the programmable controller for 4-story elevator, using a Siemens S7-200 programmable controller designed elevator control system, including instruction in the car and hall call registration and eliminate signal layer selection and orientation of the elevator, the elevator door open to run up and down the elevator control, elevator control section refers to the layer, to achieve a record and each layer in the car call instruction, direction and election lift control layer, the elevator up and down the line and automatically switches doors, elevators refers layer control and other functions. Programmable controller to achieve the elevator control has practical significance for improving the stability of the operation of the elevator, the elevator control system to reduce costs and shorten the development cycle of the elevator system.Key words: Elevator；Control System； PLC目 录摘 要IAbstractII第一章 引言11.1 课题设计背景11.2课题的发展历程21.3 本课题设计的目的及意义4第二章 总体方案设计62.1 控制要求62.2 设计方案比较62.3 控制方案设计7第三章 硬件设计93.1 可编程控制器组成93.2 可编程控制器工作原理123.3 PLC控制系统的I/O点数计算143.4 PLC选型和配置163.5 外部端子接线图17第四章 软件设计194.1软件介绍194.1.1 PLC应用软件特点194.1.2 编程软件204.2 编程元件明细表224.3系统运行过程分析234.4 PLC程序梯形图254.4.1 初始扫描254.4.2 报警器及超重控制264.4.3 内指令信号的登记与消除274.4.4 电梯选层定向辅助284.4.5 外召唤信号的登记与消除294.4.6 电梯开关门314.4.7 电梯楼层自动显示334.5调试过程364.5.1仿真软件364.5.2准备工作374.5.3调试程序38结 论40致 谢41参考文献42附录：程序清单43第一章 引言随着城市建设和经济活动的不断发展，工厂自动化程度的提高，可编程控制器PLC在工厂中的应用也越来越广泛，而且几乎涉及到工厂的各个方面，包括供电，生产，物料管理，运输等等。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，不断满足社会经济快速发展和人民生活水平不断提高的需要，电梯作为一种重要的交通运输工具已与人们的日常生活密不可分，且成为城市物质文明的一种标志。1电梯在公办大楼、公司、高层住宅、宾馆等场所得到了广泛应用。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，载人电梯控制技术已经发展到了调频调压调速控制阶段，具有乘坐安全、运行可靠、舒适度较高等特点，其主流控制技术采用PLC控制，具有许多智能化控制功能。所以由可编程控制器（PLC）作为电梯主要控制系统将显得越来越重要。41.1 本课题研究背景城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。当今世界，部分地区人口高度密集，因此，能使人们快速、便捷地到达目楼层的电梯便应运而生了。目前，由微机和可编程序控制器(PLC)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控制的电梯开发周期短、维护方便、可靠性高，这种电梯运行更加可靠，并具有很强的灵活性，可以完成更加复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展趋向。可编程序控制器，是继电器常规控制技术与微机技术相结合的产物，是在微机控制器和顺序控制器的基础上所发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专属计算机。自1969年针对工业自动控制的需要和特点而开发的第一台PLC问世以来，迄今己50多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的演变和继承，但又不同于通用的微机控制装置和顺序控制器。它不但充分利用微处理器的优点来满足各个工业领域的实时控制要求，同时也照顾到了现场电气操作维修人员的习惯和技能，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编程方便易学，调试和查错都很简单、清晰直观。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，它的体积将大大减小，功能不断完善，过程的控制更可靠、平稳。它能将仪表、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关键技术。采用PLC组成的控制进行电梯控制系统设计，可使电梯运行更加舒适、方便、安全。1.2本课题的发展历程（一）电梯的产生及发展电梯作为垂直运输工具，被广泛的应用在人们的日常生活中。追溯到公元前2800 年前，电梯的前身-机械升降机作为一种运输设备便已经应用到金字塔的建造中。伟大科学家阿基米德于公元前236年，设计出了被人们称为现代电梯鼻祖的人力驱动的卷筒式卷扬机。亨利沃特曼于1850年，在美国纽约市设计出了世界上第一台以蒸汽机为动力的卷扬机。1952年，世界上第一台具有安全装置的升、降梯由美国人奥斯发明设计，并由此拉开了广泛使用升降梯的序幕。随着经济社会的迅猛发展，科学技术日新月异，在蒸汽电梯发明不久，水压梯、油压汞和控制阀的液压梯等升降梯新技术相继出现。直至1889年，世界上第一台以电力为动力的卷筒式驱动梯由美国奥的斯公司在纽约发明。由此，电梯作为一种新颖的升降工具开始走进人类的生活，并得到了不断的发展。6为了提高电梯的安全性、舒适性、高效性，人们通过不断技术改造与创新，开发出了日趋完善的电梯新技术。1892年，发明了用电动机励磁场来调速的电动机发电机电力驱动系统；1900年，交流感应电动机应用于电梯驱动，从而简化了传动系统；1903年，曳引驱动方式、有齿轮高速电梯得到运用，成为现代电梯的前身；1949年，电子技术开始运用到电梯控制技术中，使电梯发展得到了空前地发展。70年代，数字化电路开始运用于电梯控制中，从而进一步提高的电梯运行的稳定性与精确性。80年代，微机和数字调节技术日益完善，脉宽调节技术开始使用，进而完善了速度调节功能。90年代，调压调频拖动系统大量运用于电梯控制系统。目前，PLC控制系统正成为一种潮流被广泛运用在电梯控制系统中，为电梯不断发展、进步继续谱写着新的历史篇章。（二） PLC的产生与发展从第一台PLC诞生以来，PLC的发展经历了五个重要时期。从1969年到20世纪70年代初期。CPU由小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单，仅仅是继电接触器的替代产品。从20世纪70年代初期到20世纪70年代末期。采用CPU微处理器，存储器采用了半导体存储器，实现了模拟量控制，软件上开发自诊断程序，PLC的可靠性提高，产品实现了系列化，PLC的应用范围扩大。从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期。大规模集成电路推动了PLC的发展。CPU采用了8到16位微处理器，数据处理能力和速度提高，PLC开始具备了通讯能力，软件上开发了梯形图语言和语句表语言，发达国家多种工业控制开始使用PLC。20世纪80年代中期到20世纪90年代中期。超大规模集成电路使 PLC完全计算机化。CPU开始采用32位微处理器，数学运算和数据处理能力大大提高，增加了运动控制，PID控制。联网能力加强，PLC向标准化，系列化发展。20世纪90年代中期至今。主要特点：CPU使用16位和32位微处理器，运算速度更快，具有大匹量数据处理能力，出现了智能化模块，可以对各种复杂系统进行控制。编程语言除了梯形图和语句表语言之外，还增加了高级语言。14目前，PLC的发展方向主要由两个方面。一是发展适用于单机控制的小型PLC,发挥出PLC型小、价廉、质优等优点。由于小型可编程序控制器体积小，很容易安装在电器柜中，使电器柜布局简单、整洁、美观，特别便于维护。由于小型PLC价格低廉，在设备的成本核算方面，也比较容易接受。二是发展适用于多处理器系统的大型PLC，发挥出大速度快、功能多、分别广等优点。这类可编程序控制器一般有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口，可以完全完成自动化的相关要求。11.3 本课题研究的目的及意义我国电梯电气控制目前存在的主要问题电梯作为现代建筑中的重要交通工具，它与一般的交通工具有着较大的差别。良好的电梯控制技术是电梯高质量运行的重要保障，电梯运行安全舒适、高效、节能控制器的性价比等都是电梯技术发展面临的重大问题。本课题要求熟悉S7-200PLC硬件和软件，包括编程软件和组态软件，通过实际PLC编程对电机控制、上位机监控实际电梯运行状态等熟悉电气控制理论应用到工业现场。3通过毕业设计，使自己能综合运用所学习的基础和专业知识。随着国民经济的快速发展和多功能现代化的建筑不断涌现，全社会配备电梯的用户正在快速增加。现代化的高层建筑已经离不开电梯，生产性和服务性的部门也同样需要不同类型的电梯。电梯是一种垂直交通运输的设备，也是一种比较复杂的机-电结合成一体的大型工业产品，它既有完善的机械专用构造，同时又有复杂的电气控制部分。过去由继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，伴随着计算机技术的广泛应用和科学技术的发展，人们对电梯的可靠性、安全性的要求越来越高，继电器控制的弱点也就越来越明显。目前，电梯的继电器控制方式已经被可编程控制器(PLC)控制所取代。同时，由于微电子技术和电力电子技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的不断深入，特别是近几年来，矢量控制理论和大规模式集成电路32位数据处理器的应用，使得通用变频器的性能得到了非常大的提高，电梯的拖动方式也由之前的直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，本文采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，提高了电梯的控制和智能化水平，并改善了电梯运行的舒适感。PLC在电梯控制系统中有着非常广泛的应用，具有很大的实际价值。本文主要根据现有电梯功能情况，详细列出PLC的资源配置，分为速度控制系统与逻辑控制系统，共同完成4层电梯的PLC控制系统总体设计方案。通过本课题的研究，可以在一定程度上推动电梯相关行业的发展，拓展PLC在自动化行业的应用领域，具有一定的经济和理论意义7。第二章 总体方案设计由于工作方式与工业控制计算机不完全一样，因此，在系统开发的过程中，用可编程控制器进行设计与用计算机进行设计也是存在很大区别的。在现实工业生产、生活中，系统设计主要是以可编程控制器的特点为参考标准的。随着近年来 3C 技术的突飞猛进，大中型 PLC 的功能不断加强，它们常应用于控制要求复杂、系统 I/O 点数较多或对可靠性要求特别高，不宜采用继电器控制的工业场合。同时 PLC 处理模拟量的能力也得到增强，特别是在网络通信、数据处理等方面非常突出。2.1 控制要求（1）电梯的上升，下降由一台电动机控制：正转时电梯上升，反转时电梯下降。（2）电梯的开门和关门由一台电动机控制：正转时电梯开门，反转时电梯关门。（3）各层两个呼叫开关（一个上升开关，一个下降开关），由于本设计是四层电梯，因此，在四楼只需设一个下降开关，一楼只需设一个上升开关。各层设一个到位行程开关。（4）轿厢内设置一个开门按钮和一个关门按扭。（5）轿厢内设置若干个要到达楼层按扭，对于四层电梯，轿厢内装有4个7段数码二极管显示的数字按钮，有三个是可以执行命令的。2.2 控制方案比较目前电梯控制系统主要有三种控制方式:（1）继电器，动作有寿命限制，一个元件故障可能造成整个系统崩溃，会将故障扩大化，成本最低，也最容易被伪劣产品冒充，可维修度最高，同时维修成本也低。继电器-接触器控制系统是由接触器、继电器、主令电器和保护电器按照一定的控制逻辑接线组成的控制系统。其工作原理就是采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串联或并联，及延时继电器的滞后动作等组成控制逻辑，从而实现对电动机或其他机械设备的起动、停止，反向、调速及多台设备的顺序控制和自动保护功能。 （2）微机控制，成本比PLC低,逻辑针对性高，所以要在对整个系统非常了解的时候才会使用，智能化比PLC高，专业应用的时候，实现的功能要比PLC多，具有安全性、可靠性最高的特点，输出输入信号还可以实现一体化隔离，通讯组态模式最多。开发周期最长，一旦要有变化修改也比较麻烦。若实现自有批量生产，如果不包括软件的附加值，成本甚至比继电器控制方式还要低。（3）PLC智能化高，逻辑控制可靠度高，具有通讯功能，占体积小，功耗小，输入输出不具有隔离功能，一个部件损坏，影响整体功能。PLC又名可编程序控制器是近几十年发展起来的一种新型的、非常有用的工业控制装置，由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器-接触器控制系统的控制简单、使用方便、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性好等特点，因而在工矿企业的各种机械设备和生产过程的自动控制系统中得到了广泛的应用。2.3 控制方案设计 通过控制方案的选择比较，由PLC控制电梯的方案最为理想并且可靠度较高。 (一)每个楼层都有一个到位指示灯，到达每个楼层对应的指示灯亮。（二）电梯在上升和下降的过程由一台电动机控制，电动极正转，电梯上升；电动极反转，电梯下降。上、下行指示灯不能同时亮，一、二、三、四楼指示灯不能同时亮，在一个呼叫请求完成以前，不接收新的呼叫请求。当故障报警信号有效时，任何动作都无效，指示灯灭。（三）开门关门的过程由另外一台电动极控制，电动极正转，电梯开门；电动极反转，电梯关门。为了实现电梯的安全运行，电梯的开、关门信号与故障报警信号应该是互锁的，即当故障报警信号有效时，开、关门信号都不能实现，楼层指示灯不会亮。第三章 硬件设计3.1 可编程控制器的组成编程器其他外设外设接口I/O拓展接口I/O拓展单元输出部件输入部件微处理器CPU电源部件系统程序存储器用户程序接受现场信号驱动受控单元PLC可编程序控制器：PLC英文全称为Programmable Logic Controller,中文全称为可编程逻辑控制器，定义为:一种进行数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境应用而设计。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，算术与计数操作等面向用户的指令，并通过模拟或数字式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几部分组成，其结构框图如图3-1所示。图3-1 典型PLC控制系统的硬件组成图图3-1为典型PLC控制系统的硬件结构图。PLC控制系统的硬件由PLC，I/O电路及外围设备等组成。系统规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。下面简要介绍控制系统的主要部分。（1） 主控模块 除了早期生产的整体式PLC（PLC的各个不见都在同一机壳内）外，目前市场多数的PLC都已采用模块化的结构（PLC的各个部件独立封装，称之为模块）。在PLC中各个模块均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。在这个系统中最核心的模块是主控模块（也称CPU），它包括：CPU，存储器，通信接口等部分。（2） 输入/输出模块 PLC的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过I/O模块实现的。生产过程有许多控制变量，如温度，压力，液位，速度，电压，开关量，继电器状态等，因此，需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁。且这些模块应具有较好的抗干扰能力。目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。对于输出/输入模块有：数字量输出/输入模块，开关量输出/输入模块，模拟量输出/输入模块，交流信号输出/输入模块，220V交流输出/输入模块。还有智能模块，它本身带CPU，存储器和监控系统，可独立完成各种运算。智能模块的种类很多，如高速计数模块，PID调节的模拟量控制模块，阀门控制模块，智能存储模块和智能I/O模块。可编程控制器与被控对象之间一般通过输入/输出模块进行对接，以输入/输出信号的性质作为分类标准，可以分为开关量和模拟量两种模块。开关量模块主要有交流、直流、TTL 电平三种类型。以输入点数作为分类标准，开关量输入模块一般分为 4、8、16、32、64 等。以电压等级作为分类标准，可以分为直流 24V、48V、60V 和交流 110V、230V 等。模块密度要根据实际需要来选择，一般以每块 1664 点为好。输入模块与输出模块是模拟量模块中存在的两种模块类型。模拟量输入模块一般分为电压型和电流型两种。其中，电流型有 020mA、420mA；电压型有15V、-10+10V、05V 等型号。通道的数量基本上为 2、4、8、16个。物理量输入范围、信号连接方式、循环扫描时间等是选用前应该主要考虑的因素。电压型输入模块的抗干扰能力一般不如电流型输入模块。模拟量输出模块也分为电压型和电流型两种，其执行过程基本与模拟量输入模块相似，不同之处在于，输出模块在执行过程中需要增强对应的转换装置，从而保持信号的统一性和阻抗的匹配性。近年来，市场上不断出现高速计数器、PID 闭环控制模块等智能式输入/输出模块，这些模块中的处理器具有提高PLC处理速度，节约存储器容量等功能。用户可结合实际需求进行选择使用。（3）I/O电路 PLC的基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过PLC处理后，通过执行装置实现控制。输入电路就是被控对象（需要进行控制的机器，设备和生产过程）进行检测，采集，输入和转换。另外，安装在控制台上的开关，按钮等也可以向PLC传送控制指令。输出电路的功能就是接收PLC输出的控制信号，对被控对象进行控制。PLC的外围设备极多，但基本功能不外乎对数据和信息的处理。常用的有可编程终端，打印机，条码读入机，编辑器等等。编程器PLC的重要外围设备之一，它可以将用户编写的程序送到PLC的用户程序存储器。因此，它的主要任务是输入程序，调试程序和监控程序的执行过程。可编程终端是具有I/O功能的PLC人机界面产品。人可以通过触摸屏幕将信息输入PLC中同样可编程终端也可以将PLC的输入数据和信息显示在屏幕上。（4）PLC的输入、输出设备PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为模拟量输入（AI），模拟量输出（AO），开关量输入（DI），开关量输出（DO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有24VDC、110VAC、220VAC，按隔离方式分，有晶体管隔离和继电器隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（0-20mA,4-20mA）、电压型（0-5V,0-10V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如脉冲、热电阻、热电偶等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可以多可以少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数的限制。可编程控制器与被控对象之间一般通过输入/输出模块进行对接，以输入/输出信号的性质作为分类标准，可以分为开关量和模拟量两种模块。开关量模块主要有交流、直流、TTL 电平三种类型。以输入点数作为分类标准，开关量输入模块一般分为 4、8、16、32、64等。以电压等级作为分类标准，可以分为直流24V、48V、60V 和交流110V、230V等。模块密度要根据实际需要来选择，一般以每块 1664 点为好。输入模块与输出模块是模拟量模块中存在的两种模块类型。模拟量输入模块一般分为电压型和电流型两种。其中，电流型有 020mA、420mA；电压型有15V、-10+10V、05V 等型号。通道的数量基本上为 2、4、8、16个。物理量输入范围、信号连接方式、循环扫描时间等是选用前应该主要考虑的因素。电压型输入模块的抗干扰能力一般不如电流型输入模块。模拟量输出模块也分为电压型和电流型两种，其执行过程基本与模拟量输入模块相似，不同之处在于，输出模块在执行过程中需要增强对应的转换装置，从而保持信号的统一性和阻抗的匹配性。近年来，市场上不断出现高速计数器、PID 闭环控制模块等智能式输入/输出模块，这些模块中的处理器具有提高 PLC 处理速度，节约存储器容量等功能。用户可结合实际需求进行选择使用。3.2 可编程控制器工作原理PLC种类繁多，但其结构和工作原理基本相同。PLC其实就是专为工业现场应用而设计的计算机，采用了典型的计算机结构，主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元，电源及编程器几大部分组成。PLC与继电器-接触器控制系统相比较，PLC的梯形图与继电器控制电路图十分相似，主要原因是PLC梯形图大致沿用了继电器控制的电路元器件符号，仅个别之处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的，但PLC的控制与继电器的控制以有不同之处，主要表现在以下几个方面。（1） 控制逻辑继电器逻辑控制电路通常采用硬接线的方法，将继电器触点的串并联和延时继电器的的滞后动作特性组合成控制逻辑，其接线复杂、功耗大、故障率高，系统一但构成后，想再改变功能很困难。另外，继电器有限的触点数目，每只仅有48对触点，因此灵活性很差。而PLC控制逻辑采用存储器，以程序方式存储在内存中，只需改变程序即可改变控制逻辑，故称“软接线”。其接线少，体积小，因此灵活性很好。PLC由大、中规模集成电路组成，因而功耗较小。（2） 工作方式电源接通时，继电器控制电路中各个继电器都同时处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都应受到某种条件限制不能吸合，它属于并联的工作方式。而PLC的控制逻辑中，各个内部器件都处于周期性的循环扫描中，属于串联的工作方式。（3） 可维护性和可靠性继电器的控制逻辑中经常大量使用机械触点，连线较多。触点断开或闭合时会经常受到电弧的破坏，并且有磨损、寿命短，因此可靠性和维护性比较差。而PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体控制电路来完成，这种方式的PLC具有体积小、寿命长、可靠性高的优点。PLC还有自动检检和监督控制功能，并可以随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行状况，为现场调试和维护提供了方便。（4） 控制速度继电器依靠触点的机械运动实现控制，触点的开闭频率一般在几十毫秒数量级，工作频率较低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由编程指令来实现控制，是一种无触点控制，控制速度极快，一条用户指令的执行时间一般在微秒数量级，机械触点不会出现抖动。（5） 定时控制时间继电器可用来进行时间控制。通常来说，时间继电器定时精确度不高、定时范围窄，且易受到环境变化的影响，时间调整困难等问题。半导体集成电路常用来作为PLC的定时器，冲由晶体振荡产生时基脉，精度相当高，不受环境的影响，定时范围一般从0.001S到若干天或更长；用户可根据需要在程序中设置定时值，然后用软件来控制定时时间。从以上几个方面的比较可知，PLC在性能上优于继电器控制系统，特别是具有可靠性高，设计施工周期短，调试修改方便的特点；而且体积小、功耗低、使用维护方便。正是基于以上优点，PLC控制系统正在逐步地取代继电器控制系统。3.3 PLC控制系统的I/O点数计算根据电梯控制的特点，输入信号应该包括以下几个部分：（1）轿厢内选按钮主要是轿厢内的14楼指令按钮，大部分电梯都具有开门、关门按钮，以方便手动开关门。一共6个。 （2）各层门外呼叫按钮 13楼上召唤按钮3个, 24楼下召唤按钮3个,一共6个。 （3）位置信号平层信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的4个行程开关产生。电梯上升极限位和下降极限位开关两个，开门限位和关门限位两个，平时为常开，当电梯运行到限位开关时关闭。所以位置信号一共需要8个输入。 （4）轿厢里有超重传感器、报警器按钮1个，激光传感器，共为3个输入。综上所述，共需要输入点23个。输出信号应该包括：（1）内呼指示信号 内呼指示信号有4个，分别用来表示14层楼层内呼的指令被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。 （2）外呼指示信号 外呼指示信号共有6个，13楼上召唤登记显示，24楼下召唤登记显示，分别用来表示14层楼层外呼的指令被接受，并在外呼指令完成后，呼叫结束。 （3）电梯轿厢上下行，电梯上下行指示信号，共4个。 （4）门电机开关，共需2个输出点。 （5）超重指示1个，报警输出1个(6) 电梯到达楼层数字显示，用7段发光二极管HL16HL22来显示数字，共需7个输出。综上所述，共需要输出点25个。系统I/O分配如表3-1所示表3-1 系统I/O分配表控制信号元件及信号名称元件符号地址编码输入信号14楼指令按钮SB3SB6I0.0-I0.313楼上召唤按钮1SB13SB1I0.4 I0.6I1.024楼下召唤按钮2SB24SB2I0.5 I0.7I1.1开门按钮SB7I1.2关门按钮SB8I1.314楼行程开关SQ1SQ4I1.4、I1.5I2.0 I2.1开门限位SQ5I2.2关门限位SQ6I2.3电梯上升极限位SQ7I2.4电梯下降极限位SQ8I2.5超重SQ9I2.6报警按钮SB9I2.7激光传感器SQ10I1.6输出信号14楼指令登记显示HL1HL4Q0.0Q0.313楼上召唤登记显示HL5 HL7 HL9Q0.4 Q0.6 Q1.024楼下召唤登记显示HL6 HL8 HL10Q0.5 Q0.7Q1.1电梯上行KM1Q2.0电梯下行KM2Q2.1门电动机开KM3Q2.2门电动机关KM4Q2.3上行显示HL11Q2.4下行显示HL12Q2.5超重指示HL13Q2.6报警器HL14Q2.7AG段发光二极管HL15HL21Q3.0-Q3.63.4 PLC选型和配置根据上述分析，需要19个输入和25个输出，选用西门子s7_200 PLC,选择的元器主要有：主机选用西门子CPU226，扩展模块选用2块EM222(8Q)，内部电源供电，继电器输出。它的模块配置如图3-2所示。主机CPU226模块EM222模块EM222图 3-2 模块连接图3.5 外部端子接线图 系统的硬件连接图即PLC和系统中各个硬件的连线。具体如图3-3。图3-3中，小指示灯HL1HL4 表示14楼指令登记显示，HL5、 HL7、 HL9 表示 13楼上召唤登记显示，HL6 、HL8 、HL10 表示 24楼下召唤登记显示。图3-3 端子接线图第四章 软件设计4.1软件介绍4.1.1 PLC应用软件特点1）抗干扰能力强，可靠性高。可靠性高是电气控制设备的重要性能。PLC由于采用现代化大规模的集成电路技术，采用严格的生产工艺进行制造，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成的控制系统和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。2）配套齐全，功能完善，适用性强。 PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了温度控制、位置控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常简单。3）易学易用，深受工程技术人员喜爱。PLC是面向工矿企业的工业控制设备。它接口方便，编程语言易于为工程技术人员所接受。梯形图语言的表达方式与图形符号和继电器电路图非常相似，为不懂电子电路、不熟悉计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。4）系统的设计，工作量小，维护方便，便于改造。 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，极大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大大缩短，同时日常维护也变得简单起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合小批量、多品种的生产场合。4.1.2 编程软件STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于实时监控用户程序的执行状态，又可开发用户程序。下面将介绍的基本功能以及如何应用编程软件进行编程、调试和运行监控等方面的内容。101、基本功能STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。1）在脱机（离线）方式下创建用户程序，编辑和修改原有的用户程序。在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。2）在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如组态数据和下载、上载用户程序等。3）在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些数据类型方面的错误和语法错误。经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动添加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色叉，且在错误处添加红色波浪线。4）对用户程序进行加密处理，文档管理等。5）设置PLC的工作方式、运行监控和参数等。2、编程主界面STEP7-Micro/WIN32编程软件的主界面外观如图4-1所示。 图4-1 STEP7-Micro/WIN32编程软件界面界面一般可以分成以下几个区：标题栏、工具条（快捷按钮）、引导条（快捷操作窗口）、菜单条（包含8个主菜单项）、指令树（快捷操作窗口）、状态条、输出窗口和用户窗口（可同时或分别打开5个用户窗口）。113、编辑程序文件利用STEP7-Micro/WIN64编程软件进行程序的编辑和修改通常采用梯形图编辑器，下面将介绍梯形图编辑器的一些基本编辑操作。功能表图编辑器和语句表编辑器的操作可类似进行。输入编程元件，梯形图的编程元件有标号、连接线、触点、指令盒及线圈，可用两种方法输入。方法一：用工具条上的一组编程按钮，如图4-2所示。单击触点（Contact）、指令盒（Box）或线圈（Coil）按钮，从弹出的窗口中选择要输入的指令。图4-2 编辑按钮工具条中的编程按钮有9个，左行线、右行线、上行线和下行线按钮用于输入连接线，形成复杂的梯形图；线圈、触点和指令盒按钮用于输入编程元件，删除网络按钮和插入网络按钮用于编辑程序。方法二：根据要输入的指令类别，双击指令树中该类别的图标按钮，选择相应的指令。4、PLC编程语言梯形图是使用很广的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电气原理图很相似，非常的直观易懂，很容易被设计人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图也常被称为程序，对梯形图的设计通常称为编程。梯形图的逻辑解算是根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态。114.2 编程元件明细表根据电梯的控制要求，为能实现电梯各种功能，构思PLC控制的程序，估算可能用到的编程元件。编程元件见下表4-2。表4-2 编程元件明细表输入继电器II0.0I0.7 I1.0I1.5 I2.0I2.7 I3.0输出继电器QQ0.0Q0.7 01.0 Q1.1 Q2.0Q2.7 Q3.0Q3.6位存储器MM0.0M0.5 M1.11.5M2.0 M2.1 M2.2 M3.3计时器TT33（设定值1000） T34(设定值300)特殊位存储器SM0.04.3系统运行过程分析1.初始化2.确认本层于目标层并检测是否有厢内或厢外呼叫，无则结束。3. 若有呼叫分辨本层于目标层是否一致，是则开门。4.确认电梯启动方向。5.电梯启动。6.电梯加速。7.电梯高速运行。8.楼层检测。9.是否是目标层，不是则继续高速运行。10.到目标层，电梯减速。11. 到层检测。12. 电梯制动13. 延时后再关门。14. 是否停止运动，不是则原地等待。15. .确认运行结束则停止运行。如图4-3，电梯运动流程图停止停止运动开关箱门停止运动上电初始化楼层等待有无内选与外呼电梯选向电梯运行是否目标层NYNYNY图4-3 电梯运动流程图4.4 PLC程序设计4.4.1 初始扫描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。 图4-4 电梯初始扫描梯型图4.4.2 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）。 图4-5 超重提示梯型图4.4.3 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(Q0.1)；若电梯在2楼平层时，指示灯不亮。图4-6 内指令信号的登记与消除梯型图4.4.4 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，则电梯响应该外呼。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。 图4-7 电梯选层定向辅助梯型图4.4.5 外召唤信号的登记与消除按下一层外呼按钮（I0.4），若电梯未在一楼平层时（I1.4），指示灯亮（Q0.4），当电梯运行至一楼平层，并且外呼信号得以响应时，门打开（Q2.2），指示灯灭；若电梯停在一楼平层且门未处于打开动作时，按下一楼外呼上按钮，指示灯亮，电梯门打开，指示灯灭。按下二层外呼下按钮（I0.5），若电梯未在二楼平层时(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，若电梯停在二楼平层且门未处于打开动作时，按下二层外呼下按钮，指示灯亮，电梯门打开，指示灯灭。按下二层外呼上按钮（I0.6），若电梯未在二楼平层时（I1.5），指示灯亮（Q0.6），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，若电梯停在二楼平层且门未处于打开动作时，按下二层外呼下按钮，指示灯亮，电梯门打开，指示灯灭。三四楼同理。其他层见附录。 图4-8 外召唤信号的登记与消除梯型图4.4.6 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M0.0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。 图4-9 电梯开关门梯型图4.4.7 电梯楼层自动显示14楼行程开关SQ1SQ4 ，I1.4、I1.5、I2.0、I2.1分别对应端口的地址编码，当电梯触动行程开关时，相应的端口闭合导通（此时的上层端口是闭合的），继电器得电并实现自锁。例如：电梯到达一层触动SQ1开关，I1.4闭合，辅助继电器M1.2得电实现自锁，根据7段数码显示的原理，当B、C段发光二极管导通时，显示的数字是1。同理，当电梯到达各个楼层时可自动实现各个楼层的显示。图4-