基于S7-200的电梯PLC.doc

太原科技大学毕业设计 TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 毕业设计（论文）题目： 基于S7-200的电梯控制系统 学 生 姓 名 刘洋 学 号 2312124 班 级 电气121 所属院（系） 成教院 指 导 教 师 左龙 年 月 日摘 要本论文通过讨论电梯控制系统的组成，阐述可编程控制器（PLC）在电梯控制中的应用，采用西门子s7-200的PLC编程的程序控制方式，提出了四层电梯的PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成， 列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图及指令表。并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案。电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统(早期安装的电梯多位继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而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，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。关键词 PLC；电梯；控制系统；设计AbstractThis paper discussed the composition of the elevator control system, it expounded the application of programmable controller (PLC) in the elevator control, using Siemens S7-200 PLC program control system proposed four layer elevator PLC control system overall design scheme, the design process, the composition, listing the specific hardware circuit, the elevator control ladder diagram and instruction sheet. And gives the system composition block diagram and program flow chart. In the analysis, random signal processing logic based on the proposed PLC programming methods, design a complete set of elevator control system.Elevator mainly divides the mechanical system and the control system of two most, along with the automatic control theory and microelectronic technologys development, the elevator dragging way and the control method occurred great changes, the AC speed regulation is the main development direction of elevator drag. At present, there are three main control modes in the elevator control system: relay circuit control system (the early installation of the elevator relay control system), PLC control system, microcomputer control system. Relay control system due to high failure rate, reliability, control mode is not flexible and power consumption, etc., has gradually been eliminated. Although the microcomputer control system has a strong function in the intelligent control, but also has the bad immunity, the system design is complex, the general maintenance personnel is difficult to master its maintenance technology and other defects. Advantages and PLC control system due to the high reliability of the operation, use and maintenance convenient, strong anti-interference, design and debugging cycle short, highly attention advantages, has become the present use most control mode in elevator control system, is also widely used in traditional relay control system for technological transformation.Key words PLC, elevator, control system, design目录摘 要IIAbstractIII第1章 绪论11.1 课题研究目的和意义11.2 电梯控制系统的组成21.3 PLC在电梯系统的应用现状与发展趋势41.4 可编程控制器简介61.4.1 可编程控制器的发展61.4.2 PLC的用途71.4.3 可编程控制器的特点81.4.4 PLC的工作原理101.4.5 PLC的编程语言111.5 论文的主要研究内容12第2章 电梯概述与电梯发展状况142.1电梯的出现142.2电梯设备简介142.2.1电梯的分类142.2.2电梯的主要参数152.2.3电梯的安全保护装置162.3电梯的发展概况172.3.1电梯技术发展概况182.3.2电梯发展展望19第3章 电梯PLC控制系统设计213.1 楼层状态指示设计223.2 电梯下行程序设计223.3 电梯上行程序设计233.4 电梯到达时程序设计233.5 电梯的控制要求263.6 PLC控制系统的设计分析263.7 电梯模型PLC控制系统设计273.8 PLC的选择293.9 I/O分配表303.10 输入输出接线图303.11 硬件接线图343.12 PLC程序梯形图35结 论40致 谢37参考文献38千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行43太原科技大学本科毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题研究目的和意义自1889年美国奥迪斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用1。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储 用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批46台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期13。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电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。高校中关于PLC 教学实验的中等模型较少，为此，自行设计并制作了专用4层集选电梯。此电梯模型所采用的类型为三菱FX2C。PLC程序设计采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。设计的程序要求完成电梯自动运行功能如：内选外召唤信号的登记、消号、到层自动开门、延时自动运行等。合理分配轿厢内指令的执行和厅外召唤的应答。关于PLC 控制系统的基本结构及电梯控制系统的安装与调试重点介绍如下。1.2 电梯控制系统的组成一、电梯硬件的分析 电梯的组成：(1)曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。(2)导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。(3)轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。(4)门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。(5)重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。(6)电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。(7)电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。(8)安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。二、电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。(1)电力拖动电力拖动部分由拽引电机、抱闸和相应的开关电路以及开门机组成。由于所设计的只是一个教学模型，梯速低于1.5m/s，所以只要能实现电机的正反转即可，而不必考虑电机的机械特性。制动时为满足准确停层的需要，定子回路可接入电抗器减速最后再加上抱闸制动。故在制动过程中采用了三档延时切换控制。(2)电气控制电气控制部分又称控制电路，它是电梯控制系统的核心。它包含两部分：拖动控制电路和信号控制电路。拖动控制电路因电梯的拖动方式不同而各异。可以是接触器线圈及其相关的控制电路 ，也可以是 电力电子器件的门极控制电路，对于有速度闭环控制的系统，还必须考虑含有电源、电压、速度检测电路和调节电路。信号控制电路与拖动的方式关系不大，主要与程序能够实现的功能有直接的关系。因此，不同的拖动方式的电梯可以采用同一信号控制电路。(3)PLC系统部分完成所设定的控制任务所需要的PLC规模主要取决于控制系统对输入，输出点的需求量和控制过程的难易程度。IO点的估算：系统的输入点有：门厅召唤按钮6个输入点；轿内指令按钮4个点；楼层感应器4个点；门区感应l点；手动开门l点：共计输入点16点。而输出点有：快慢速接触器2点；上下行接触器2点；楼层指示灯4点；门锁1个点；共计输出点9点。总计IO点数为169. 综上所述，根据具体情况，我们选择三菱的FX系列。输入输出点数为34点，电机20点，考虑10%到15%的I/O裕量，我们选择FX2C-64MR这种型号。1.3 PLC在电梯系统的应用现状与发展趋势随着我国经济的发展，城市中涌现出越来越多的高层建筑，而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。同时，由于城市老龄化问题日益突出，多层建筑同样也有使用电梯的要求。而目前，国内中小电梯厂商大多采用继电器控制或微机控制方法实现对电梯的控制，前者硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点，但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，现已慢慢淡出市场；后者在工业控制系统中的应用十分广泛，在电梯控制上取代传统的继电器控制方式慢慢受到人们的重视。根据电梯的功能要求，微机控制电梯的方式主要分为4种：单微机控制方式，双微机控制方式，三微机控制方式，群控电梯的微机控制方式。单微机控制方式又分为2种，即单板机控制方式和单片机控制方式；双微机控制方式由控制系统CPU和拖动系统CPU以及部分继电器组成整个电梯的控制系统，可以实现起制动闭环、稳速开环控制，也可以实现全闭环控制；三微机控制方式也称为多微机控制方式，以上海三菱的VFCL系统为例，它采用三个CPU来控制电梯，整个系统由三部分组成：DR-CPU驱动部分、CC-CPU控制和管理部分、ST-CPU串行传部分，VFCL系统的驱动部分采用VVVF方式对曳引机进行速度控制，控制部分主要对选层器、速度图形和安全检查电路三方面进行控制；群控方式使用的微机数量根据方式的不同也有所不同。但是由于微机控制的可靠性不高，容易发生故障，从而使电梯难以达到用户希望的安全、稳定、可靠等要求2。PLC自问世以来，以其高可靠的特点在工业自动化领域获得广泛的应用。近年来，随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步，PLC的性价比逐年提高，使用PLC控制电梯，是一种投资小、见效快、可靠性高的好方法2。1.4 可编程控制器简介1.4.1 可编程控制器的发展第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、原西德和法国相继研制出了自己的PLC，我国在1974年也开始研制。70年代由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。在功能上，PLC可以代替某些模拟控制装置和小型机DDC系统。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点2 (PLC实物图1-1) 图1-1 三种常见的PLC1.4.2 PLC的用途PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业6-9。PLC的应用通常可分为五种类型：（1）顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。（2）运动控制 PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。（3）闭环过程控制 PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。（4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。（5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。1.4.3 可编程控制器的特点PLC的性能特点(1)硬件的可靠性PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中5。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。(2) 编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。(3) 接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。(4)可连接为控制网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为5002500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M10Mbps，传输距离为5001000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。(5) 易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。1.4.4 PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。1.4.5 PLC的编程语言PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程语言，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的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC提供的编程语言通常由三种：梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。梯形图(Ladder Programming)是应用最广的，梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。功能图编程（Function Chart Programming）是一种较新的编程方法。它的作用使用功能图来表达一个顺序控制过程。布尔逻辑编程(Boolean Logic Programming)包括“与”（AND）、或(OR)、非(NOT)以及定时器、计数器、触发器等4。每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。1.5 论文的主要研究内容随着国民经济的飞速发展, 现代化程度日益提高,高层建筑愈来愈多, 电梯也随之增多, 电梯产品在人们物质文化生活中的地位得到了提高,成为重要的运输设备之一。国内传统的电梯控制是由继电器、接触器构成。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点,而且在层数增加时,配线变化给制造及安装带来诸多不便。由此可见，研究一种新的电梯控制系统具有十分重要的意义。基于此，我们提出了本次设计：PLC在电梯控制系统中的应用。本设计主要以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。通过编写程序，对电梯的升降动作进行模拟仿真。此电梯模型所采用的类型为三菱FX2C。PLC程序设计采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。设计的程序要求完成电梯自动运行功能如：内选外召唤信号的登记、消号、到层自动开门、延时自动运行等。合理分配轿厢内指令的执行和厅外召唤的应答。本设计与实际相结合，现实意义很强。为此，自行设计并制作了专用4层集选电梯。第2章 电梯概述与电梯发展状况2.1电梯的出现据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸气机之后，1858年美国研制以蒸气为动力，并通过皮带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯，1878年英国的阿姆斯特发明了水压梯，并随着水压梯的发展淘汰了蒸气梯，后来又出现了采用液压泵的控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所采用。18世纪末发明了电机，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。在20世纪初，美国OTIS电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。2.2电梯设备简介2.2.1电梯的分类电梯的分类有各式各样：按用途分类乘客电梯；载货电梯；客货电梯；病床电梯；杂物电梯住宅电梯；特种电梯。按速度分类低速电梯1m/s以下；高速电梯12m/s超高速电梯4m/s以上。按驱动电源分类交流电梯速度一般小于2m/s,直流电梯速度一般大于2m/s。按控制方式分类层间控制；简易集选控制；集选控制有无司机控制。2.2.2电梯的主要参数载重量(kg)制造和设计规定，电梯的额定载重量。轿厢尺寸(mm)宽*深*高。轿厢形式有单或双面开门及其他特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电话的要求等等。轿门形式有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双折门、封闭式双折中分门等。开门宽度(mm)轿厢门和层门完全开启时的净宽度。开门方向人在轿外面对轿厢门向左方向开启的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称中分门。曳引方式常用的有半绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳运行速度的一半。全绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。额定速度(m/s)制造和设计所规定的电梯运行速度。电气控制系统包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。停层站数(站)凡在建筑物内各楼层用于出入轿厢的地点均称为站。提升高度(mm)由底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。顶层高度(mm)由底层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直的距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。底坑深度(mm)由底层端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，底坑一般越深。井道高度(mm)由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。井道尺寸(mm)宽*深。电梯的主要参数是电梯制造厂设计和制造电梯的依据。用户选用电梯时，必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等，按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物，否则会影响电梯的使用效果。电器设备及控制装置：有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅外指示器组成。其它装置：对重装置、补偿装置等。2.2.3电梯的安全保护装置电磁制动器：装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。强迫减速开关：起分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。限位开关：当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。行程极限保护开关：当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。急停按钮：装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。厅门开关：每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。关门安全开关：常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。超载开关：当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。其它的开关：安全窗开关，钢带轮的断带开关等。2.3电梯的发展概况随着现代建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要的标志，作为高层建筑的垂直运载工具-电梯得到了快速发展。电梯是服务于三分之一楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直上的倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。追溯电梯这种提升设备的历史，早在公元前我国就有利用人力作动力和简单提升设备，直到现在我国北方部分农村仍用手摇轱辘提取井水的升降提水装置，所以说，我国是世界上最早出现这种提升设备电梯雏形的国家之一。随着电子工业的发展，新技术、产品不断用于电梯控制系统，如可编程控制器的应用；单片机的应用；无触点半导体逻辑控制晶闸管（俗称可控硅）的应用；集成电路及数字控制、计算机群控制及调频调压技术的应用、拖动系统简化、性能提高等。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。2.3.1电梯技术发展概况电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功能要求。如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。智能群控管理得到广泛应用。机械传动方面，由于国际上机构加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。2.3.2电梯发展展望结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。技术含量更高，性能更好。电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。第3章 电梯PLC控制系统设计系统控制核心为plc主机，通过plc输入接口送入plc. 由存储器的plc 软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向主拖动系统发出控制信号。具体的电梯控制信号原理如图2-1所示。图2-1电梯PLC信号控制系统框图电梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全14。3.1 楼层状态指示设计当电梯运行至某层有指令发出指示位置及指令，以二层为例如表2-1所示：表2-1 指示位置及指令表LD twoselet二层内选掸S twoseletq，1二层内选择指示LD twoup二层上呼S twoupq，1二层上呼指示LJ twodown二层下呼S twodownq，1二层下呼指示LD twoseat二层位置= twoeeatq二层位置指示3.2 电梯下行程序设计以电梯在三层下行情况为例。当电梯的一或二层有指令时，将三层下行位置1，同时无上行，驱动电梯下行。程序说明如下表2-2所示：表2-2 程序说明表电棒在三晨时下行情况LDoneseletq一层内选择0 twmeletq或二层内选择Ooneupq或一层上呼0 twodownq或二层下呼O tWoup_q或二层上呼Aeseatq在三层位置时SV0.1.1置三层下行位电梯下行LDV0.0有四层下行位OV0.1或有三层下行位OV0.2或有二层下行位AN up同时无上行=down电梯下行3.3 电梯上行程序设计以电梯在二层上行情况为例。程序说明如表2-3所示。3.4 电梯到达时程序设计电梯到达某层时。将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序说明如表2-4所示。表2-3 程序说明表电梯在二层时上行情况LD fourseletq四层选择O threeseletq或三层选择O fourdownq或四层下呼O hreedownq或三层下呼O threeupq或三层上呼A twoseatq在二层位置时S V0.4.1置二层上行位电梯上行LD V0.3有一层上行位O V0.4或有二层上行位O V0.5或有三层上行位AN down同时电梯无下行= UP电梯上行MCGsm态软件具有全中文、面向窗口的可视化操作界面。实时性强，有良好的并行处理性能和丰富生动的多媒体画面。MCGSm态软件的开放式结构拥有广泛的数据获取和强大的数据处理功能。同时。提供良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限。MCGS组态软件支持多种硬件设备，实现“设备无关”，用户不必因外部设备的局部改动，而影响整个系统。MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立。又紧密相关。本文利用MCGS组态软件设计。在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备添加FX2C-64MR。正确设置其属性。正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接，即可实现PLC与组态软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合，使电脑对PLC发出的信号有响应。在MCGS组态软件的用户窗口中，制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属性，使设置的控件按照真实的情况动作，检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面组态配置各种不同类型和功能的对象或构构。可以对实时数据进行可视化处理。表2-4 程序说明表电梯到达三层LD threesearq电梯到达三层R threeseletq.1复位三层内选择R V0.0.1复位四层下行R V0.3.1复位一层上行R V0.4.1复位二层上行LD threesceatq电梯到达三层AN down同时无下行R threeupq.1复位三层上行LD threeseatq电梯到达三层AN up同时无上行R hreedownq.1复位三层下行3.5 电梯的控制要求（1）当电梯停于某层时，有一高层呼叫时，电梯上升到呼叫层停止。（2）当电梯停于某层时，有一低层呼叫时，电梯下降到呼叫层停止。（3）当电梯停于某层时，有多高层呼叫时，电梯先上升到较低的呼叫层，停3秒后继上升到高的呼叫层，响应完毕后停止。（4）当电梯停于某层时，有多低层呼叫时，电梯先下降到较高的呼叫层，停3秒后继续下降到低的呼叫层，响应完毕后停止。（5）