PLC三层电梯自动控制设计.doc

0 河河 南南 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院 毕毕业业设设计计 论论文文 题目 题目 三层楼电梯自动控制三层楼电梯自动控制 专业名称专业名称 机电一体化机电一体化 学生姓名学生姓名 指导老师指导老师 XXXXXX 毕业时间毕业时间 20172017 年年 7 7 月月 1 目录目录 第一章第一章 绪论绪论 3 3 1 11 1 电梯的应用与发展电梯的应用与发展 3 3 1 21 2 电梯的发展现状电梯的发展现状 3 3 1 31 3 研究背景研究背景 4 4 1 41 4 研究内容研究内容 4 4 第二章第二章 电梯电梯 PLCPLC 控制方面的简介控制方面的简介 5 5 2 12 1 可编程控制器的简介可编程控制器的简介 5 5 2 22 2 PLCPLC 的工作原理的工作原理 5 5 2 32 3 PLCPLC 的功能和优点的功能和优点 5 5 2 3 12 3 1 PLCPLC 的功能的功能 5 2 3 22 3 2 可编程控制器可编程控制器 PLCPLC 的优点 的优点 6 2 42 4 PLCPLC 扩展模块与系统扩展扩展模块与系统扩展 7 7 2 4 12 4 1 本地本地 I OI O 与扩展与扩展 I OI O 及其寻址及其寻址 7 2 4 22 4 2 模拟量扩展模块模拟量扩展模块 EM231EM231 EM235EM235 8 第三章第三章 设计内容设计内容 9 9 3 13 1 总体概要总体概要 9 9 3 23 2 程序的设计程序的设计 9 9 3 33 3 电梯控制系统的模拟实验控制面板电梯控制系统的模拟实验控制面板 1010 3 43 4 程序及过程分析程序及过程分析 1111 3 4 13 4 1 过程分析过程分析 11 3 4 3 4 2 2 梯形图梯形图 13 程序如下 13 结论结论 2525 致谢致谢 2525 参考文献参考文献 2626 2 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 电梯的应用与发展电梯的应用与发展 1854 年 在纽约水晶宫举行的世界博览会上 美国人伊莱沙 格雷夫斯 奥的斯 第一次向世人展示了他的发明 历史上第一部安全升降梯 从那以后 升降梯在世 界范围内得到了广泛应用 以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅 程 150 年以来 她已经发展成为世界 亚洲和中国领先的电梯公司 生活在继续 科技在发展 电梯也在进步 电梯的材质由黑白到彩色 样式由 直式到斜式 在操纵控制方面更是步步出新 手柄开关操纵 按钮控制 信号控制 集选控制 人机对话等 多台电梯还出现了并联控制 智能群控 双层轿箱电梯展 示出节省井道空间 提升运输能力的优势 变速式自动人行道扶梯大大节省了行人 的时间 不同外形的扇形 三角形 半棱形 圆形观光电梯则使身处其中的乘客的 视线不再封闭 一个半世纪的风风雨雨 翻天覆地的是历史的变迁 永恒不变的是 电梯提升现代人生活质量的承诺 1 21 2 电梯的发展现状电梯的发展现状 随着计算机技术和电力电子技术的发展 现代电梯已经成为典型的机电一体化 产品 电梯具有很高的安全要求 它以零部件的形式出厂 总装配在工地现场进行 通过机械零部件之间的装配和机械装置与土建结构之间的的衔接完成安装 最终形 成电梯产品 精心的制造和安装还不能完全保证无故障运行 其运行可靠性在很大 程度上依靠维修保养 所以 电梯的制造 安装和维保不宜分割 大规模的经济建设尤其是蓬勃发展的房地产业给电梯行业开拓了广阔的市场 2001 年我国电梯产量达 4 5 万台 创造了行业发展史上的一个新的高峰 被业内人 士称为 第三次浪潮 目前 中国经济建设需求的各类电梯 几乎全部可以在中 国生产 由此可见 一个兴旺的电梯市场已经形成 进入 80 年代以来 随着经济建 设的持续高速发展 我国电梯需求量越来越大 据统计 全世界平均 1000 人有 台 电梯 我国如果要达到这个水准 还需要新装 80 万台 到那时候 每年仅报废更新 就需要 万台 目前房屋建设势头仍然很好 电梯市场供需两旺 前景一片光明 3 1 31 3 研究背景研究背景 随着电梯的不断发展 教育业开始了电梯的模拟控制 这是一种高新自动控制 技术 要求研制出一种模拟电梯 以供学生探讨和学习 PLC 的自动控制 模拟电梯的控制是由 PLC 来实现控制的 可以让学生们在编程的过程中 学会 PLC 有关的的知识 掌握可编程控制器 一些控制 1 41 4 研究内容研究内容 小型模拟电梯的控制 随着城市建设的不断发展 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 目前电梯的控制普遍采用了两种方式 一是采用微机作为信号控制单元 完成电梯信号的采集 运行状态和功能的设定 实现电梯的自动调度和集选运行功能 拖动控制则由变频器来完成 第二种控制方 式用可编程控制器取代微机实现信号控制 从控制方式和性能上来说 这两种方法 并没有太大的区别 PLC 可靠性高 程序设计方便灵活 PLC 的应用包括 PLC 硬件和程序设计 本课题是以西门子 S7 200 PLC 三层电 梯控制系统为例来解释说明 PLC 的 第二章第二章 电梯电梯 PLCPLC 控制方面的简介控制方面的简介 2 12 1 可编程控制器的简介可编程控制器的简介 可编程控制器 英文称 Programmable Controller 简称 PC 它采用可编程序的存 4 储器 用以在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作指 令 并通过数字式或模拟式的输入 输出接口 控制各种类型的机械或生产过程 PLC 是微机技术与传统的继电器控制技术相结合的产物 它克服了继电接触控制系 统中的机械触点的接线复杂 可靠性低 功耗高 通用性和灵活性差的缺点 充分 利用了微处理器的优点 又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯 特别是 PLC 的程序编制 不需要专门的计算机编程语言知识 而是采用了一套以继电器梯 形图为基础的简单指令形式 使用户程序编制形象 直观 方便易学 调试与查错 也都很方便 用户在购买到所需的 PLC 后 只需按说明书的提示 做少量的接线和 简易的用户程序编制工作 就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践 2 22 2 PLCPLC 的工作原理的工作原理 PLC 是采用 顺序扫描 不断循环 的方式进行工作的 即 PLC 运行时 CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序 按指令步序号 或地址号 作周期性循环扫描 如无跳转指令 则从第一条指令开始逐步顺序执行用户程序 直到程序结束 然后重新返回第一条指令 开始下一轮新的扫描 在每次扫描过程 中 还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作 2 32 3 PLCPLC 的功能和优点的功能和优点 2 3 12 3 1 PLCPLC 的功能的功能 SIMATIC S7 200 系列 PLC 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 CPU224 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 13K 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 S7 200 提供了多种功能 使得在编程与控制时更加灵活方便 指令执行速度高 S7 200 几乎包括了一般计算机所具有的种种基本操作指令 例如 变量赋值 数据存储 计数 装载 传输 比较 移位 循环 求补及子程 序的调用等 5 1 触发中断的信号 可以用软件中断输入信号的上升沿或下降沿 以便对过 程事件做出快速的响应 2 可设定为由时间控制的自动中断 所设定的时间范围为 5MS 255MS 步 长为 1MS 3 可由计数器自动触发中断 且具有两种不同的触发方式 计数到达预定值 触发和改变计数方向的瞬间触发 2 3 22 3 2 可编程控制器可编程控制器 PLCPLC 的优点 的优点 1 可靠性高 抗干扰能力强 隔离 PLC 的输入 输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号 这种光 电隔措施使外部电路与 PLC 内部之间完全避免了电的联系 有效的抑制了外部的干 扰源对 PLC 的影响 还可防止外部强电窜入内部 CPU 滤波 在 PLC 电路电源和输入 输出 I O 电路中设置多种滤波电路 可有效 抑制高频干扰信号 在 PLC 内部对 CPU 供电电源采取屏蔽 稳压 保护等措施 防止干扰信号通 过供电电源进入 PLC 内部 另外各个输入 输出 I O 接口电路的电源彼此独立 以避免电源之间的互相干扰 内部设置连锁 环璄检测与诊断等电路 一旦发生故障 立即报警 在软件方面采取的主要措施有 设置故障检测与诊断程序 每次扫描都对系统状态 用户程序 工作环璄和故 障进行检测与诊断 发现出错后 立即自动做出相应的处理 以适应恶劣的工作环 璄 对用户程序及动态数据进行电池后备 以保障停电后有相关状态及信息人不会因此 而丢失 采用以上抗干扰措施后 一般 PLC 的抗电平干扰强度可达峰值 1000V 脉宽 10US 其平均无故障时间可高达 30 50 万小时以上 2 程序简单易学 PLC 采用与继电器控制线路图接近的梯形图作为编程语言 它既有继电器电路 清淅直观的特点 又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯 对于使用者来说 几乎不需要专门的计算机知识 因此 易学易懂 程序改变也容易修改 3 功能完善 适应性强 目前 PLC 产品已经标准化 系列化和模块化 不仅具有逻辑运算 计时 计数 6 顺序控制等功能 还具有 A D D A 转换 算术运算及数据处理 通信联网和生产 过程监控等功能 它能根椐实际需要 方便灵活地组装成大小各异 功能不一的控 制系统 既可控制一台单机 一条生产线 以可以控制一个机群 多条生产线 既 可以现场控制 以可以远程控制 4 用简单 调试维修方便 PLC 的接线极其方便 只需将产生输入信号的设备 按钮 开关等 与 PLC 的 输入端子连接 将接收输出信号的被控设备 如接触器 电磁阀等 与的输出端子 连接 仅用螺丝刀即可完成全部接线工作 PLC 的用户程序可在实验室摸拟调试 输入信号用开关来摸拟 输出信号可以 观察 PLC 的发光二极管 调试后再将 PLC 在现场安装通调 调试工作量要比继电 器控制系统少得多 5 体积小 重量轻 功耗低 由于 PLC 的采用半导体大规模集成电路 因此整个产品结构紧凑 体积小 重 量轻 功耗低 PLC 很容易装入机械设备内部 是实现电一体化的理想的控制设备 2 42 4 PLCPLC 扩展模块与系统扩展扩展模块与系统扩展 2 4 12 4 1 本地本地 I OI O 与扩展与扩展 I OI O 及其寻址及其寻址 如果对于 CPU 自带的 I O 点数不能满中需求的情况下可以扩展 I O 口 同时为 了工业需求还可以扩展模拟量模块 你可以将扩展模块连接到 CPU 的右侧来增加 I O 点和模拟量 形成 I O 链 对于同种类型的输入输出模块而言 模块的 I O 地址 取决于 I O 类型和模块在 I O 链中的位置 举例来说 输出模块不会影响输入模块 上的点地址 反之亦然 表 2 1 扩展模块 4 入 4 出 模块 0 4 模拟量入 模块 1 4 出 模块 2 4 模拟量入 1 模拟量 出 I2 0 Q2 0 I2 1 Q2 1 I2 2 Q2 2 AIW0 AIW2 AIW4 Q3 0 Q3 1 Q3 2 AIW8 AQW0 AIW10 模块 3 AIW12 7 I2 3 Q2 3AIW6Q3 3AIW14 2 4 22 4 2 模拟量扩展模块模拟量扩展模块 EM231EM231 EM235EM235 两种模块分辨率都是 12bit 但都没有采用光电隔离技术 也不是带嵌入式 CPU 的智能模块 采用光电隔离技术可以实现 PLC 端的数字电路和现场模拟电路如传感变送电路 或电动执行器电路的隔离 提高系统的可靠性和 A D D A 转换数据的稳定 带嵌 入式 CPU 的智能模块可以在模块内部直接实现信号的数字滤波 限幅 报警等功能 甚至可以对各种温度传感器的温度输入信号直接进行变送和处理 235 模块是 4 路模 拟量输入和 1 路模拟量输出的混合型模块 我们做如下配置 CPU224 EM235 则 4 路模入通道的地址是 AIW0 AIW2 AIW4 AIW6 1 路模出通道的地址为 AQW0 模拟量扩展模块提供了模拟量输入 输出的功能 优点如下 1 最佳适应性 可适用于复杂的控制场合 直接与传感器和执行器相连 12 位的分辨率和多种 输入 输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连 例如 EM235 模 块可直接与 PT100 热电阻相连 2 灵活性 当实际应用变化时 PLC 可以相应地进行扩展 并可非常容易的调整用户程序 第三章第三章 设计内容设计内容 3 13 1 总体概要总体概要 本设计是模拟电梯的控制 用西门子主机来实现 所选主机为 SIMATIC S7 200 系列 CPU224 PLC 8 3 23 2 程序的设计程序的设计 电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操作 其操纵内容 为电梯运行方向 L1 为一层指示 L2 为二层指示 L3 为三层指示 SQ1 SQ3 为 到位行程开关 电梯上升途中只响应上升呼叫 下降途中只响应下降呼叫 任何反 方向的呼叫都是无效的 例如 电梯停在一层 在三层轿厢外呼叫时 必须按三层 上升呼叫按钮 电梯才响应呼叫 从一层运行到三层 按三层下降呼叫按钮无效 反之 若电梯停在三层 在一层轿厢外呼叫时必须按一层下降呼叫按钮 电梯才响 应呼叫 按三层上升呼叫按钮无效 依此类推 表 3 1 关于 I O 分配 I O 分配点代码名称 输入信号 I0 0SQ3原停楼层 3 I0 1SQ2原停楼层 2 I0 2SQ1原停楼层 1 I0 3SB3楼层呼叫 3 I0 4SB2楼层呼叫 2 I0 5SB1楼层呼叫 1 输出信号 Q0 03 层指示灯 Q0 12 层指示灯 Q0 21 层指示灯 Q0 3下降指示灯 Q0 4上升指示灯 Q0 53 呼叫指示灯 Q0 62 呼叫指示灯 Q0 71 呼叫指示灯 3 33 3 电梯控制系统的模拟实验控制面板电梯控制系统的模拟实验控制面板 9 图图 3 13 1 模拟实验控制面板模拟实验控制面板 3 43 4 程序及过程分析程序及过程分析 3 4 13 4 1 过程分析过程分析 1 轿厢原停楼层 1 楼层 3 呼叫 接通 I0 2 即接通 SQ1 表示轿厢原停楼层 1 按 SB3 即 I0 3 接通一下 表示呼叫楼层 3 则接通 Q0 5 三层呼叫指示灯亮 Q0 4 接通 表示电梯上升 过 1 秒后 Q0 2 接通 底层指示 灯亮 3 秒后 Q0 2 断开则底层指示灯灭 I0 2 断开即 SQ1 断开 3 秒后 Q0 1 接通 二层指示 10 灯亮 过 2 秒后 Q0 1 断开 二层指示灯灭 又过 3 秒 到达三层 Q0 0 接通 三层指示灯亮 再过 2 秒 Q0 4 断开 上升指示灯灭 2 轿厢原停楼层为 1 楼层 2 呼叫 接通 I0 2 即接通 SQ1 表示轿厢原停楼层为 1 按 SB2 即 I0 4 接通一下 表 示呼叫楼层 2 则 Q0 6 接通 二层呼叫指示灯亮 Q0 4 接通 表示电梯上升 过 1 秒后 Q0 2 接通 底层指示灯亮 3 秒后 Q0 2 断开 则底层指示灯灭 断开 I0 2 即断开 SQ1 3 秒后 Q0 1 接通 二层指示灯亮 再过 2 秒 Q0 4 断开 上升指示灯 灭 3 轿厢原停楼层 1 楼层 2 3 同时呼叫 接通 I0 2 即接通 SQ1 表示轿厢原停楼层 1 同时按 SB2 SB3 即 I0 4 I0 3 同时接通一下 表示 2 3 楼层同时呼叫 则 Q0 6 Q0 5 都接通 二 三层呼叫指示灯亮 Q0 4 接通 表示电 梯上升 过 1 秒后 Q0 2 接通 底层指示灯亮 3 秒后 Q0 2 断开 则底层指示灯灭 断开 I0 2 即断开 SQ1 3 秒后接通 I0 1 即接通 SQ2 1 秒后 Q0 1 接通 二层指示灯亮 又过 2 秒后 Q0 1 断开 二层指示灯灭 断开 I0 1 即断开 SQ2 3 秒后 Q0 0 接通三层指示灯亮 再过 2 秒后 Q0 4 断开 上升指示灯灭 4 轿厢原停楼层 2 楼层 1 呼叫 接通 I0 1 即接通 SQ2 表示轿厢原停楼层为 2 按 SB1 即 I0 5 接通一下 表 示呼叫楼层 1 则 Q0 7 接通 一层呼叫指示灯亮 Q0 3 接通 表示电梯下降 过 1 秒后 Q0 1 接通 二层指示灯亮 3 秒后 Q0 1 断开 则二层指示灯灭 断开 I0 1 即断开 SQ2 3 秒后 Q0 2 接通 底层指示灯亮 再过 2 秒后 Q0 3 断开 下降指示 灯灭 5 轿厢原停楼层 2 楼层 3 呼叫 接通 I0 1 即接通 SQ2 表示轿厢原停楼层为 2 按 SB3 即 I0 3 接通一下 表示呼叫楼层 3 则 Q0 5 接通 三层呼叫指示灯亮 Q0 4 接通 表示电梯上升 过 1 秒后 Q0 1 接通 二层 指示灯亮 3 秒后 Q0 1 断开 则二层指示灯灭 断开 I0 1 即断开 SQ2 3 秒后 Q0 0 接通 三 层指示灯亮 再过 2 秒后 Q0 4 断开 上升指示灯灭 6 轿厢原停楼层 3 楼层 1 呼叫 接通 I0 0 即接通 SQ3 表示轿厢原停楼层 3 按 SB1 即 I0 5 接通一下 表示呼叫楼层 1 则 Q0 7 接通 一层呼叫指示灯亮 Q0 3 接通 表示电梯下降 过 1 秒后 Q0 0 接通 三层指 示灯亮 3 秒后 Q0 0 断开 则三层指示灯灭 断开 I0 0 即断开 SQ3 3 秒后 Q0 1 接通 二层 11 指示灯亮 过 2 秒后 Q0 1 断开 二层指示灯灭 又过 3 秒 到达底层 Q0 2 接通 底层指示灯 亮 再过 2 秒 Q0 3 断开 下降指示灯灭 7 轿厢原停楼层 3 楼层 2 呼叫 接通 I0 0 即接通 SQ3 表示轿厢原停楼层为 3 按 SB2 即 I0 4 接通一下 表 示呼叫楼层 2 则 Q0 6 接通 二层呼叫指示灯亮 Q0 3 接通 表示电梯下降 过 1 秒后 Q0 0 接通 三层指示灯亮 3 秒后 Q0 0 断开 则三层指示灯灭 断开 I0 0 即断开 SQ3 3 秒后 Q0 1 接通 二层指示灯亮 再过 2 秒后 Q0 3 断开 下降指 示灯灭 8 轿厢原停楼层 3 楼层 1 2 同时呼叫 接通 I0 0 即接通 SQ3 表示轿厢原停楼层 3 同时按 SB1 SB2 即 I0 5 I0 4 同 时接通一下 表示 1 2 楼层同时呼叫 则 Q0 7 Q0 6 都接通 一 二层呼叫指示 灯亮 Q0 3 接通 表示电梯下降 过 1 秒后 Q0 0 接通 三层指示灯亮 3 秒后 Q0 0 断开 则三层指示灯灭 断开 I0 0 即断开 SQ3 3 秒后接通 I0 1 即接通 SQ2 1 秒后 Q0 1 接通 二层指示灯亮 又过 2 秒后 Q0 1 断开 二层指示灯灭 断开 I0 1 即断开 SQ2 3 秒后 Q0 2 接通 底层指示灯亮 再过 2 秒后 Q0 3 断开 下降指示灯灭 3 4 23 4 2 梯形图梯形图 程序如下 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 结论结论 首先是对 SIMATIC S7 200 的认识 西门子公司生产的具有很高的性能价格比 的微型可编程序控制器 PLC 由于它具有结构小巧 运行速度高 价格低廉及 多功能和多用途等特点 因此在很多行业中得到了广泛的应用 它虽说只是我们专 业课之中的一个很小的一部分 但它去在生产和生活上起着具大的作用 其次是对电梯控制方面的了解 电梯的软件方面和硬件方面 尤其是程序方面 的设计 程序的运行过程 让我理解了自动控制技术的先进化 柔性化 系统化 本毕业论文研究了电梯 PLC 的控制 分析电梯的运行过程的基础上 研究模拟 电梯的控制 设计了电梯控制系统的简单模型 可以使学生们容易得掌握 PLC 的有 关知识和用法 培养学生电气等理论知识 掌握 PLC 控制的基础知识 掌握程序的 阅读和编写 掌握独立分析的能力 解决生产实际问题的能力 25 致谢致谢 感谢指导老师细心而又耐心的辅导 也感谢各位专业老师提供的意见和见解 在本次毕业设计中 指导老师邱老师对我悉心指导 在设计期间帮助我收集文献资 料 理清设计思路 指导操作方法 并对我所做的课题提出有效的改进方案 这对 于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助 感谢您 另外 在这次设计过程中 使学到了很多知识和做人的道理 还有一些课本和学校学不到的知识 本设计能顺 利的完成也归功于各位老师的认真负责