可编程控制器原理课程设计-四层四站电梯PLC控制系统设计.docx

唐 山 学 院 可编程控制器原理 课 程 设 计 题 目 四层四站电梯PLC控制系统设计 系 (部) 智能与信息工程学院 班 级 14电本1班 姓 名 学 号 指导教师 2016 年 12 月 5 日至2016 年 12 月 16 日 共 2 周目录1引言12总体方案设计22.1控制系统的组成22.2信号控制系统22.3基于PLC的电梯控制系统要实现的功能33硬件的选择与设计43.1PLC简介43.1.1PLC定义43.1.2PLC的特点43.1.3PLC的主要功能和应用63.1.5电梯制动器原理93.2PLC系统硬件设计103.2.1I/O点估计103.2.2选择PLC型号114软件设计134.1PLC的编程语言与STEP 7概述134.2电梯PLC程序流程图144.3梯形图设计155仿真255.1S7-200仿真软件的使用255.2PLC电梯控制系统仿真过程265.2.1内呼仿真26参考文献30附录31 唐山学院课程设计设计1 引言在科学技术飞速发展、城市现代化进程突飞猛进的今天，电梯因为其高效、迅捷、安全、可靠的垂直运输能力，已经成为了人们不可或缺的运输工具，它被广泛应用于几乎所有现代高层建筑中，如办公大楼、宾馆、住宅、医院、仓库、工矿企业、码头、大型货轮等。此外，电梯使用频率也是非常之高。据统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次。在中国，电梯服务已有100多年的历史了，特别在改革开放以后，电梯的使用数量更是快速增长。现在，电梯已完全融入我们的生产、生活中，满足人们生活、工作及学习的需要。据统计，我国在用电梯已达40多万台，每年还以约5万6万台的速度增长1。如今，电梯之作用愈加显著，人们对电梯之需求愈加庞大。而电梯作为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。其中，安全问题乃是重中之重，无容小觑。故在设计电梯时，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数，并且要保证安装调试以及售后与维修都达到安全标准，这样，才能保证电梯的安全可靠性。但是，目前我国所应用的先进的电梯系统几乎都是国外设计制造的，其核心技术都是保密的。我国拥有自主知识产权的技术应用很少，并与国外先进技术相比还有很大的差距。国内电梯工业要想大力发展，就必须解决技术层面的问题。本文在阐述电梯和PLC的结构并工作原理的基础上，使用PLC（西门子S7-200 CPU226）及其扩展模块，设计了一个四层的电梯的控制系统。设计了电梯的拖动回路，选择了曳引电机，并使用了施耐德ATV312变频器，设置了控制方式参数、运行方式参数、S特性曲线参数等变频器参数，实现了曳引电机的启动、制动与调速。采用模块化编程思想使用STEP7-MicroWIN SP9软件编写了梯形图，并通过梯形图，实现了包括电梯的启动与制动、楼层指示功能、轿厢内指令和轿厢外召唤信号的登记与消除、电梯运行方向的控制、电梯的开关门、超重报警和手动按响警铃等功能。最后，使用S7-200编程仿真软件做了部分功能的仿真。342 总体方案设计2.1 控制系统的组成基于PLC的电梯控制系统和其他类型的电梯控制系统相似，主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图3-1为基于PLC的电梯控制系统的基本结构图，由图可知系统的主要硬件有PLC主机及扩展、机械系统、主拖动系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机与调速装置等。图2-1 基于PLC的电梯控制系统基本结构图系统控制过程核心就是为操纵盘、厅外呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，并通过输出借口向拖动和门机控制系统发出控制信号。2.2 信号控制系统电梯信号控制几乎全部由PLC实现。即用于电梯控制的各个信号由PLC控制单元处理，这些输入到PLC的控制信号很多，具体如图3-2显示：运行方式选择（如自动、有/无司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。图2-2 基于PLC的电梯信号控制系统框图2.3 基于PLC的电梯控制系统要实现的功能（1）行车方向由内选信号决定,顺向优先执行; （2）行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车; （3）内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。 （4）内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均有信号灯指示（5）停层时可延时3s自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门; （6）有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车; （7）无内选时延时8s自动关门，但不能自动行车; （8）行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。3 硬件的选择与设计3.1 PLC简介3.1.1 PLC定义因为的PLC不断发展，所以很难对它下一个确切的定义。在不同时期NEMA和IEC等机构对PLC下过多个定义，在此并不枚举，但所有都定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它与其他顺序控制装置不同。3.1.2 PLC的特点PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有传统计算器与通用计算机所不及的一些下列特点：1可靠性。可靠性包括产品的有效性和可维修性。PLC的可靠性高，表现在下列几方面：（1）与继电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因:I.PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。II.PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。III.PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。（2）与通用的计算机控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因:I.PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高.II.在PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件;采用先进的工艺制造流水线生产;对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维修的设计等等。III.在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。一份用户选用PLC原因的调查报告指出，在各种选用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用户达93%。其次，才是性能和维修方便等原因。可见，可靠性高是PLC的主要特点。2易操作性。PLC的易操作性表现在下列三个方面:（1）操作方便对PLC的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输人和更改的操作。编程器至少提供了输人信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用CRT屏幕显示，因此，程序的输人直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。所以PLC具有操作方便的特点。（2）编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用，并发挥出更有效的功能特点。（3）维修方便，PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展，有些PLC的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料。有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。PLC的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。采用标准化元件和标准化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。3灵活性。PLC的灵活性表现在下列三方面：（1）编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变PLC的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使PLC能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)和计算机集成过程控制系统(CIPS)中，PLC正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。（2）扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输人输出单元增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方便了用户。（3）操作的灵活性。操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。四、机电一体。化为了使得工业生产过程的控制更平稳、更可靠，向优质高产低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化仪表、电子、计算机综合的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强、机械与电气部件被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，它已成为当今数控技术、工业机器人、过程流程控制等领域的主要控制设备。3.1.3 PLC的主要功能和应用PLC的主要功能和应用如下:（1）开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。（2）模拟控制在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是在系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置所无法比拟的优势。另外某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。（3）定时控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时与计数器。其定时时间间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对于频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数器。（4）数据处理新型PLC都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些PLC还可以进行浮点运算、函数运算。（5）信号连锁系统信号连锁是安全生产所需的。在信号连锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和连锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的PLC实现。（6）通信把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。3.1.4 PLC与其他工业控制系统的比较1PLC与继电器控制系统比较从某种意义上说，PLC是从继电接触控制发展而来的。两者既有相似性又有不同之处，如表3-1所示。表3-1 可编程序控制器与继电器柜的区别可编程序控制器继电器柜控制方式程序（软件）继电器配线（硬件）控制功能指令以软件实现大规模高兴能控制器件功能有限，随规模加大而大型化控制要素高可靠性，寿命长，高速控制。有触点，寿命有限，低速控制变更控制更改程序可适应各种控制对象更改器件之间连接，更改困难2PLC与微型计算机的比较PLC也是随着微型计算机的发展而发展，PLC实质上就是一台专为工业生产控制设计的专用计算机。两者既有相似处有差别，如表3-2所示。表3-2 可编程序控制器与通用计算机的区别比较项目通用计算机可编程序控制器工作方式中断方式扫描方式编程语言汇编语言、高级语言助记符语句表、梯形图等工作环境要求较高可在较差的环境下工作对使用者的要求需进行专门的学习培训才能掌握语言易学，稍加培训即可使用可靠性商业级要求工业级，且有多种特殊设计系统软件功能强大，但占用存储空间过大功能专用，占用存储空间小适用领城办公、管理，科学计算、家庭工业控制从上边的论述和比较可以看出。由PLC的硬件决定了它的可靠性和控制功能比继电器控制系统高的多，它是专门为工业控制场合设计的，所以他的稳定性也比一般通用计算机要好的多，而且它操作简单灵活，易于实现系统升级和功能扩展所以在本设计中采用PLC来进行逻辑控制。3变频器多段速设计本次设计采用两段速设计，即通过PLC输出切换输出低速或高速。图3-1为其接线图，图3-2为其频率时序图4。图3-1变频器两段速接线图图3-2 两段速频率时序图4制动电阻的选择变频器制动电阻的选择：根据由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能.带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高.采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果。能耗制动电阻R1的大小应使制动电流I1的值不超过变频器额定电流的一半，即 （3-1）其中为额定情况下变频器的直流母线电压.由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。 机械传动效率，对于有齿轮曳引机取0.5;i 钢丝绳绕绳倍率，这里i.将G=1000，=1.5, =0.5, =0.5,i=1代入公式4-2可计算N= 14.7 (KW)故而选用额定电压为380V，容量为15KW电动机，极对数为4，额定频率为50Hz的三相绕线式异步电机。3.1.5 电梯制动器原理电梯制动器是通电时产生双向电磁推力，使刹车机构与电机旋转部分脱离，断电时电磁力消失，在外加制动弹簧压力的作用下，形成失电制动的摩擦式制动器。当电梯处于静止状态时，曳引电动机、电磁电梯制动器的线圈中均无电流通过，这时因电磁铁间没有吸引力、制动瓦块在制动弹簧压力作用下，将制动轮抱紧，保证曳引电机不旋转；当曳引电动机通电旋转的瞬间，制动电磁铁中的线圈同时通上电流，电磁铁心迅速磁化吸合，带动制动臂使其制动弹簧受作用力，制动瓦块张开，与制动轮完全脱离，电梯得以运行；当电梯轿厢到达所需停站时，曳引电动机失电、制动电磁铁中的线圈也同时失电，电磁铁芯中的磁力迅速消失，铁芯在制动弹簧的作用下通过制动臂复位，使制动瓦块再次将制动轮抱住，电梯停止工作。3.2 PLC系统硬件设计3.2.1 I/O点估计此次设计是一个基于PLC的四层电梯控制系统，在选择PLC型号之前，我们需要先估计I/O点数，这是最主要的选择标准根据电梯的层站数、梯型、控制方式、应用场所及具体控制要求，计算出PLC的输入信号与输出信号的数量（1）现场输入信号。电梯作为一种多层站、长距离运行的大型运输设备，在井道、厅外及轿厢内有大量的信号需要通过输入接口送入PLC，其中有：内呼按钮共4个，即内呼按钮去1楼、内呼按钮去2楼、内呼按钮去3楼、内呼按钮去4楼，用于下达各层轿内指令。外呼按钮共6个，即1-3层外呼向上和2-4层外呼向下，用于厅外乘客发出召唤信号。楼层感应干簧管共4个，即一层感应干簧管、二层感应干簧管、三层感应干簧管和四层感应干簧管。感应干簧管安装在井道中每层平层位置附近，在轿厢上安装有隔磁钢板，当电梯上行或下行，使隔磁钢板进入干簧管内时，干簧管中的触点动作发出控制信号。干簧管主要用于：发出电梯减速信号；发出楼层指示信号。开关门按钮共2个，用于乘客或司机手动开、关门控制。厅门开关1-4层共4个，再加轿门开关1个共5个，分别安装在厅门、轿门上。当它们全部闭合时，说明所有门都已关好，电梯允许运行；若上述开关有任何一个没有闭合，说明有的门未关好，这时不允许电梯运行。为了节省输入点，设计门联锁回路图如图4-3所示。只有全部门电气联锁开关在全部接通的情况下，控制柜内的门联锁继电器方能吸合，门锁继电器的触点才能接通，将该对触点作为门安全信号送到PLC的输入点，此时电梯才能运行。因此，厅门开关和轿门开关可以整合成一个输入点，达到减少I/O点数的积极意义。图3-3 门联锁回路 门区感应干簧管（用于判断电梯是否正好处于平层位置）、上/下行极限限位开关。 超重信号、警铃按钮（2）现场输出信号。PLC将执行结果通过输出接口控制以下输出设备：指示灯信号14个：外呼1上指示灯、外呼2上指示灯、外呼2下指示灯、外呼3上指示灯、外呼3下指示灯、外呼4下指示灯；内呼去1楼指示灯、内呼去2楼指示灯、内呼去3楼指示灯、内呼去4楼指示灯；1层位置指示灯、2层位置指示灯、3层位置指示灯、4层位置指示灯。 曳引电机正转（电梯上行）、曳引电机倒转（电梯下行）、高/低速切换。其他控制信号：门电机正转（开门）、门电机倒转（关门）等共4个。3.2.2 选择PLC型号由以上分析可知，现场输入信号共24个，输出信号共21个，可选择西门子公司生产的S7-200CPU226基本单元（24入/16出，AC/DC继电器输出方式）外加扩展模块EM222 （6ES 7 222-1BF），主机和扩展模块共有24入/24出，满足本系统24个输入点，21个输出点的要求，并留有适度余量。S7-200PLC是德国西门子公司研制生产出的一种叠装式结构的小型可编程控制器。它指令丰富、功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑、便于扩展、性能价格比高，且输出端可直接驱动2A的继电器/接触器线圈，抗干扰能力强，广泛应用于各种自动化系统。S7-200 CPU226主机可带7个扩展模块，用户程序存储容量为6.6K字；内置高速计数器，具有PID控制器的功能；有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通信口；具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由口协议的通信能力。由于是继电器输出方式，所以带载灵活，既可带直流负载，也可带交流负载。因此，适用于本电梯系统控制。PLC的I/O口定义、分配见表3-3。表3-3 PLC I/O端口分配表序号输入信号输出信号编号名称编号名称1I0.0开门Q0.0开门2I0.1一层限位Q0.1一层指示3I0.2二层限位Q0.2二层指示4I0.3三层限位Q0.3三层指示5I0.4四层限位Q0.4四层指示6I0.5关门Q0.5关门7I0.6开门到位Q0.6上行指示8I0.7关门到位Q0.7下行指示9I1.0上平层感应器Q1.0高速10I1.1一层内选Q1.1一层内选指示11I1.2二层内选Q1.2二层内选指示12I1.3三层内选Q1.3三层内选指示13I1.4四层内选Q1.4四层内选指示14I1.5下平层感应器Q1.5低速15I1.6上限位Q1.6上行输出16I1.7下限位Q1.7下行输出17I2.0一楼上呼Q2.0一楼上行18I2.1二楼下呼Q2.1二楼下行19I2.2二楼上呼Q2.2二楼上行20I2.3三楼下呼Q2.3三楼下行21I2.4三楼上呼Q2.4三楼上行22I2.5四楼下呼Q2.5四楼下行4 软件设计4.1 PLC的编程语言与STEP 7概述PLC的程序就是指PLC指令的有序合，PLC运行程序就是按一定的顺序，执行这组合中的指令。指令是指示使得PLC动作的文字代码或图形符号。使用的编程语言不同，这些文字代码和图形符号就不相同。但从本质上来讲，指令的实质都是二进制机器码。同普通的计算机一样，PLC的编程软件通过编译系统把PLC程序编译成机器代码。PLC提供了功能较为完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用PLC的编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序”。PLC的编程语言一般有五种：顺序功能图(Sequential Function Chart)、梯形图(Ladder Diagram)、功能块图(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)和结构文本(Structured Text)。其中，顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能块图(FBD)是图形编程语言，指令表(IL)和结构文本(ST)是文字语言。梯形图(LD)是目前使用最广泛的PLC图形编程语言，梯形图与继电器控制系统的电路图相似，比较易于掌握、程序表达清楚。本系统PLC程序的编制采用梯形图语言，编程软件为STEP 7。该软件能够完成制作程序、对可编程控制器CPU的写入/读出、监控程序运行、调试程序、PLC错误诊断等一系列功能。STEP 7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是SIMATIC工业软件的组成部分。有下列版本的STEP 7标准软件包：用于SIMATIC S7-200上简单单站应用的STEP 7 Micro/DOS和STEP 7 Micro/WIN。用于使用带有各种功能的SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATIC M7-300/M7-400和SIMATIC C 7的STEP 7：- 可通过选择SIMATIC工业软件中的软件产品进行扩展- 为功能模板和通讯处理器赋值参数- 强制和多处理器模式- 全局数据通讯- 使用通讯功能块的事件驱动数据传送- 组态连接STEP7编程软件允许结构化用户程序，可以将程序分解为单个的自成体系的程序部分从而使大规模的程序更容易理解，可以对单个的程序部分进行标准化程序组织简化，修改更容易系统的调试也容易了许多在7s用户程序中可以使用如下几种不同类型的块:组织块(OB)是操作系统和用户程序的接口它们由操作系统调用，并控制循环和中断驱动程序的执行，以及可编程控制器如何启动。它们还处理对错误的响应组织块决定各个程序部分执行的顺序用于循环程序处理的组织块OB1的优先级最高。操作系统循环调用OB1并用这个调用启动用户程序的循环执行。功能（FC）属于用户自己编程的块功能是“无存储区”的逻辑块FC的临时变量存储在局域数据堆栈中，当FC执行结束后，这些数据就丢失了。功能块（FB）属于用户自己编程的块功能块是具有“存储功能”的块，用数据块作为功能块的存储器(背景数据块)传递给FB的参数和静态变量存在背景数据块中，背景数据块(背景DB)在每次功能块调用时都要分配一块给这次调用，用于传递参数。 系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)是STEP7为用户提供的己编程好的程序的块，经过测试集成在CPU中的功能程序库SFB作为操作系统的一部分并不占用程序空间，是具有存储能力的块，它需要一个背景数据块，并须将此块作为程序的一部分安装到CPU中。4.2 电梯PLC程序流程图根据电梯要实现的功能可画出程序流程图，如图4-1。图4-1 电梯运行程序流程图4.3 梯形图设计因为电梯要求实现的功能较多，所以梯形图比较长。下面则按照不同的功能分别分析。（1）楼层信号控制 图4-2为楼层控制信号梯形图，楼层信号用来控制楼层指示灯、选向、选层等。当电梯运行到使下一层楼层感应器动作之前的任何位置，楼层信号应连续变化，一直显示上一层的楼层数。例如电梯原在一层，I0.1得电,因此Q0.1，由I/O口定义可知一层位置指示灯亮,显示“1”。当电梯离开1层向上运行时，由于离开1层限位开关使得I0.1失电，但Q0.1通过自锁维持得电状态，故一层位置指示灯一直亮。当到达2层感应干簧管区位时，I0.2得电,使得Q0.2得电,Q0.2的常闭触点使Q0.1断电,即楼层位置指示灯“2”亮，同时“1”熄灭。在其他各层，情况与此相同。图4-2 楼层信号控制梯形图（2）内呼指令信号控制图4-3为内呼指令信号控制梯形图。该环节实现内呼指令的登记及消除。中间继电器Q1.1Q1.4中的一个或几个为ON时,表示相应楼层的内呼被登记,反之则表示相应内呼指令信号被消除。现假设电梯在2层处于停止状态，Q1.6、Q1.7均未得电，当内呼去3层按钮、内呼去4层按钮被按下，则I1.3、I1.4得电，从而将Q1.3、Q1.4置位。即3、4两层的内呼指令信号被记忆。当电梯上行到达3层时，由楼层信号控制环节可知Q0.3得电，于是Q1.3被复位，即去3层的内呼指令被消除，该指令已被执行完毕。而Q1.4由于其复位端的条件不具备，所以去4层的内呼指令仍然保留下来，直到电梯到达4层时，Q1.4才具备复位的条件，信号才会被消除。此外，电梯到达楼层后须停止后，内呼指令才会消失，后面的外呼指令也是如此。图4-3 内呼指令控制图（3）外呼指令信号控制图4-4 a b c三部分共为外呼指令信号控制梯形图。它实现厅外召唤指令的记忆与消除。现假设电梯在一层处于停止状态。2、3层厅外乘客欲乘梯上行，故分别按下外呼2上按钮、外呼3上按钮，同时若2层还有乘客欲下行，按下外呼2下按钮，于是图4-4中I2.2、I2.4、I2.1均得电，输出继电器Q2.2、Q2.4、Q2.1，使得外呼2上指示灯、外呼3上指示灯、外呼2下指示灯亮。司机接到指示信号后操纵电梯上行，故M2.0得电。当电梯到达2层停靠时Q0.2得电，故Q2.2失电，外呼2上指示灯熄灭。由于还未到达3层，外呼3上信号Q2.4仍然处于记忆、登记状态，故上行控制信号M2.0仍未释放（具体分析见选向环节）。因此，电梯目前虽然在2层，但该层的下召信号即外呼2下Q2.1仍然不能清除，外呼2下指示灯并未熄灭。只有当电梯执行完全部上行任务返回到2层时，由于M2.1、Q0.2得电，外呼2下控制信号Q2.1才能被清除。这就实现了只清除与电梯运行方向一致的召唤信号这一控制要求，即顺向截梯功能。图4-4 a）外呼指令控制图 部分一图4-4 b）外呼指令控制图部分二图4-4 c）外呼指令控制图部分三（4）自动选向控制选向就是电梯根据内呼指令和外呼指令自动地选择合理的运行方向。图4-5为内呼选向控制梯形图。图中内部中间继电器M0.0/M0.1分别表示上/下方向控制，它们是内呼指令的记忆选向，图4-6为外呼选向梯形图，M1.0/M1.1分别表示上/下方向控制，是外呼指令的记忆选向。而电梯的最终运行方向由二者共同决定，即内呼优先的外呼，但当没有内呼信号时，电梯的上下行记忆将由外呼选向记忆决定。图4-7的梯形图完成了这一点。图4-5 内呼选向梯形图图4-6 a） 外呼选向梯形图（上行）图4-6 b）外呼选向梯形图（下行）图5-7 综合选向梯形图（5）电梯停车控制 当楼层指示与内外呼层数一致时，就要考虑电梯的停车问题，其中，内呼指令与楼层指令一致时，由于内呼优先，电梯必然停车，供乘客下车，如图4-8。但外呼指令不是如此，考虑到顺向截梯，电梯外呼指令必须与电梯行使记忆方向一致时，才可停车，如图4-9。举例，假设电梯才3层，此时有2层外呼上（Q2.2得电），而电梯内呼1层，由选向控制可知M2.1得电，M2.0失电电梯记忆下行，当电梯下行至2层时，Q0.2得电，虽然Q2.2得电，但由于M2.0失电，所以无法使停车控制逻辑M3.1得电，所以电梯不停车，只有当电梯到达一层后，内呼指令消失，电梯才会上行至二层停车。图4-8内呼停车控制图4-9外呼停车控制（6）曳引电机控制当PLC收到停车控制信号，并且在上/下平层感应器I1.0/I1.5得电的情况下，曳引电机就会停转，若否，而且有上下行记忆，电机就会运转，由图4-10的梯形图实现。而图4-11显示，当收到停车控制信号时，Q1.5得电，电梯按照设定的S特性曲线减速至辅速，运行，当触碰到平层开关时，立即断电并且抱闸。图4-10 曳引电机控制图图4-11 主辅速切换图（7）电梯开关门控制图4-12的梯形图实现了，电梯停车后延时3s开门，也可在安全状态下手动开门。但。遇到障碍物的处理没有反映在梯形图中。图4-13的梯形图可实现电梯开门后延时8s自动关门，并能相应手动关门的信号。并在超重时无法关门。 事实上，还应该有门区感应，即在有人进出轿厢时不关门，还要有关门是遇到障碍物的处理，由于设计的局限性，这些在本设计中没有体现。图4-12 电梯开门控制图图4-13电梯关门控制图（8）上/下行指示灯 如图4-14的图形所示。图4-14 上/下行指示灯5 仿真5.1 S7-200仿真软件的使用在使用S7-200仿真软件前，应该先在STEP7-Micro/WIN3.2编程软件下输入源程序，反复修改、编译直至正确，在“File（文件）”菜单中选择“Export（导出）”，将程序导出为“.AWL”文件。然后执行S7-200仿真软件文件夹下的“S7-200.EXE”文件就可启动仿真软件了，点击屏幕中间出现的图案，出现密码对话框窗口，输入“6596”，就进入了仿真软件的用户界面。仿真软件的整体界面如下图5-1所示。图5-1 s7-200仿真软件整体界面1、选择“Configuration（配置）”菜单中的“CPU Type（型号）”（或在已有的CPU图案上双击），在“CPU型号”对话框的下拉式列表框中选择与要导入的程序相同的型号，这里用的是CPU226等。2、点击右侧的模块加载然后选择EM222 8Q模块。3、选择“Program（程序）”菜单中的“Load Program（载入程序）”（或工具条中的第2个按钮），弹出对话框，将先前导出的“.AWL”文件选中后打开，这样程序就装载到仿真软件中了。4、选择“PLC”菜单中的“Run（运行）”（或工具栏上的绿色三角按钮），就模拟PLC进入“Run”模式，程序就开始模拟运行了；若选择“PLC”菜单中的“Stop（停止）”或工具栏上的红色正方形按钮，就模拟PLC进入“Stop”模式，程序就停止运行。这时若用鼠标点击CPU模块下面的开关板上小开关上面黑色的部分，可以使小开关的手柄向上，模拟PLC上的输入触点闭合，CPU模块上该输入点对应的LED灯就变为绿色；若点击闭合的小开关下面的黑色部分，可以使小开关的手柄向下，模拟PLC上的输入触点断开，CPU模块上该输入点对应的LED灯就变为灰色。在Run模式下按所编制的程序中设定的输入触点状态拨动对应的小开关，就可以看到CPU模块中的被控线圈的LED指示灯相应的点亮或熄灭。配置完成的界面由图5-2显示图5-2 仿真配置图5.2 PLC电梯控制系统仿真过程由于程序和功能较多，仿真量较大，所以本设计中，只取其中一两个环节进行仿真。5.2.1 内呼仿真现假设电梯在1层处于停止状态，电梯内有人内呼去3层。整个过程的仿真过程如下：电梯内有人内呼去3层，则I1.3得电，在限位开关I0.1得电的情况下，电梯开始运行，Q1.6曳引电机正转得电，仿真图如下5-3所示。图5-3 内呼去三层电梯开始上行，直至三层，这时电梯Q0.3得电，电梯减速至辅助速度慢行Q1.5得电，如图5-4。图5-4 减速过程图接着电梯慢速到平层开关位，表示电梯平层，此时I1.0,I1.5得电，电梯停车抱闸，并且内呼指令消除，I1.0,I1.5门区层感应得电，表示可以安全开门。延时3秒Q0.0得电，电梯自动开门。如图55所示。图5-5 电梯自动开门接下来，如图5-6所示，开门限位I0.6得电，电梯开门信号Q0.0失电，延时8S后，Q0.5得电，电梯自动关门，之后关门限位I0.7得电，电梯关门信号Q0.5失电，过程结束。图5-6电梯自动关门结 论这次设计让我了解了电梯的起源和发展过程，并理解了电梯的运行过程、控制系统方法。熟悉了可编程控制器在电梯控制系统中的运用。并且在所学知识的基础上利用已有的电梯控制系统的设计，尝试了对电梯控制系统的研究。并且，使我将原来所学的知识系统化、理论化、实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高并且掌握了word的文档编排技巧和CAD绘图方法。这次设计使我认识到无论做什么，都需要踏实、勤奋、严谨的工作态度这对我以后的工作产生深远的影响。论文主要完成了以下工作：（1）分析电梯的基本结构、控制要求。（2）利用PLC技术实现四层电梯运行控制，包括：电梯的开关门控制、电梯的厅召唤控制、电梯的到站指示控制、电梯的自动平层控制等。本文采用德国西门子（Siemens）公司生产的S7-200型PLC极其扩展模块，利用其丰富和功能强大的指令，设计出梯形图。（3）用S7-200仿真软件对控制程序进行仿真。另一方面,由于时间与实验条件限制,论文还存在以下不足需要改进和进一步研究:（1）实际电梯一般采用旋转编码器作为检测信号，采用变频器进行加、减速，而论文对此进行简化，未对其应用做深入研究。（2）PLC的编程未对各种保护进行深入编程。参考文献1 芮静康.电梯电气控制技术M.中国建筑工业出版社,2005:23-252 吴国政.电梯原理使用维修M.电子工业出版社,1999:20-255 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Q0.3Network 4 LD I0.4LD Q0.4AN Q0.3OLD= Q0.4Network 5 / 内呼指令控制LD I1.1S Q1.1, 1Network 6 LD Q1.1A Q0.1AN Q1.6AN Q1.7R Q1.1, 1Network 7 LD I1.2S Q1.2, 1Network 8 LD Q1.2A Q0.2AN Q1.6AN Q1.7R Q1.2, 1Network 9 LD I1.3S Q1.3, 1Network 10 LD Q1.3A Q0.3AN Q1.6AN Q1.7R Q1.3, 1Network 11 LD I1.4S Q1.4, 1Network 12 LD Q1.4A Q0.4AN Q1.6AN Q1.7R