PLC电梯控制系统.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除分类号 单位代码 密 级 学 号 学生毕业设计（论文）题 目基于西门子系列PLC电梯控制系统设计作 者院 (系)能源工程学院专 业电气工程及其自动化 指导教师答辩日期 精品文档毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日摘 要近些年，社会科技高速发展，人们生活水平迅速提高，各个地方的高楼、大型建筑物如雨后春笋般的迅速建立。而电梯就是各个建筑物中不可缺少的垂直交通工具。它的广泛应用使得人们的日常生活更为方便、舒适。电梯采用传统的继电器控制已经不能满足人们的要求，可编程控制器也就相应而生，为人们广泛使用。可编程控制器（Programmable logic Controller,简称PLC）是专门在工业环境下应用而设计一种数字运算操作的电子系统，其可靠性高，抗干扰能力强；响应速度快；体积小，质量轻，能耗低。本设计就基于西门子系列PLC的电梯控制的工作原理和设计方法进行了系统的研究。本设计以四层电梯控制设计分析为例，重点分析电梯的硬件设计和软件设计部分，根据设计硬件设计思路和软件设计思路选取合适的器件和编程语言完成电梯控制系统。本文选用S7-200系列控制器作为主控元件，配合继电器、电机等完成硬件电路设计，选用简单易懂的梯形图语言进行软件设计。通过硬件电路和软件设计实现四层电梯上行、下行、各层准确停车等的功能。关键词：S7-200系列PLC；电梯；梯形图语言 Based on the Siemens Series PLC Elevator Control System DesignABSTRACTSocial high speed development of science and technology over the recent years, the rapid increase of peoples living standard, different parts of tall buildings, big buildings have mushroomed rapidly develop. The elevator is indispensable to all buildings in the vertical transportation. The wide application of it makes peoples daily life more convenient and comfortable. Elevator adopts the traditional relay control has not meet the requirements of people, the programmable controller is appropriate, widely used for the people. PLC (Programmable logic Controller, hereinafter referred to as PLC) is specialized in industrial environment application and design a kind of digital computing operations electronic system, its high reliability, strong anti-interference ability; Fast response; Small volume, light quality, low energy consumption. This design is based on Siemens series PLC elevator control system working principle and design methods for the research.This design with four layers of elevator control design and analysis as an example, mainly analyzes the hardware design and software design of the elevator, according to the design of the hardware design and software design, selection of suitable devices and programming language to complete the elevator control system. This article selects the S7-200 series controller as the master device, relay, motor and other complete hardware circuit design, chooses simple ladder diagram language for software design. Four layers are implemented by hardware circuit and software design of the function of elevator, such as upward, downward and the layers of accurate parking. Key words: S7-200 series PLC; Elevator; Ladder Diagram目 录摘 要IABSTRACTIII1 绪论11.1 课题的研究背景及意义11.2 电梯在国内外的发展状况11.3 课题的研究内容及方向22 四层电梯控制方案总体设计32.1 电梯的基本结构简介32.2 总体方案设计选择42.3 四层电梯控制要求52.4 四层电梯设计思路52.5 本章小结63 系统的硬件设计73.1 控制系统结构设计73.2 可编程控制器的选择73.2.1 可编程控制器概述73.2.2 可编程控制器产品简介83.2.3 可编程控制器的选型93.3 西门子S7-200系列PLC系统配置与指令系统93.3.1 西门子S7-200系列PLC的系统配置93.3.2 S7-200系列PLC指令系统93.3.3 CPU的选型103.3.3 编程应用103.4 主电路设计113.5 控制电路设计123.5.1 I/O（输入/输出）端口分配123.5.2 PLC外部接线123.6 本章小结134 系统的软件设计154.1 PLC编程语言154.2 STEP7-Micro/WIN编程软件简介154.3 程序设计184.3.1 初始化程序184.3.2 外呼叫信号记忆及显示184.3.3 平层信号记忆及显示214.3.4 内呼信号记忆234.3.5 电梯下行信号及显示244.3.5 电梯上行信号264.3.6 开关门信号274.4 本章小结305 系统调试仿真315.1 仿真软件简介315.2 电梯程序的PLC仿真325.3 本章小结376 总结与展望39参考文献41致谢431 绪论1.1 课题的研究背景及意义随着社会科技的快速发展，尤其是在新中国成立以后，我国改革开放以来，社会发展十分迅速，各地的高楼大厦、大型建筑物如雨后春笋般迅速的矗立，而电梯就是这些建筑物中不可或缺的垂直交通工具。人们在日常生活中对电梯的安全性、舒适性、高效性、快速性、可靠性等的不断追求及期待推动了电梯技术的进步。近年来，随着人们生活水平的不断提高，高层住宅迅速增加，更使得人们有很大部分时间都是出入于高楼之中，电梯便显得尤为重要了。而人们对电梯的要求也越来越高。实际上电梯是根据外部指示信号以及自身控制规律运行的，由于电梯是一个人机交互式的控制系统，所以受人控制的外部指示则是随机的。目前，由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统正随着科学技术的不断发展进入一个全新飞速发展的阶段。 可编程控制器（Programmable logic Controller，简称PLC）是专门在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子系统，是集计算机控制技术、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。可编程控制器的特点有可靠性高，抗干扰能力强；响应速度快；体积小，质量轻，能耗低。通过PLC控制电梯，可以实现以往早期由继电器实现的逻辑控制功能，而且最大的优点是可编程控制器的“可编程”功能，使得当电梯的控制功能改变时，仅仅需要简单的进行程序更改，而无需像继电器系统那样繁琐的更改硬件和接线。采用PLC控制电梯，实现电梯的运行速度变快、反应时间缩短和停层的准确度提升到一定的水平，电梯的自动化程度、性能、可靠性、运行效果得到更为显著提高。1.2 电梯在国内外的发展状况人类利用升降工具运输货物、人员的历史十分悠久。1982年，美国的伊莱莎格雷夫斯奥的斯电梯的鼻祖研制出带有安全制动的升降机。七年后，奥的斯公司制造出第一个使用电梯，其采用的动力为直流电动机，通过涡轮减速器来带动卷筒上面绕着的绳索，悬挂电梯同时升降电梯。1902年瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯。1950年，美国奥的斯公司制成了安装在高层建筑外面的观光电梯。至今，世界上运行最快且运行距离最长的电梯：由蒂森克虏伯电梯公司生产安装的迪拜哈利法塔电梯，速度达每秒17.4米（1050米/分，603.0公里/39.1英里小时）。现代社会国外电梯的规格齐全，既有用量大、使用面广泛、价格实惠的“标准化”或者“规格型”的常用电梯。也有些是为了巩固社会地位、竞争权益的“拔尖”产品，种类各式各样。芬兰通力电梯公司已进入试验阶段的“SuperEco太阳能电梯”是将太阳能电动机在光伏发电系统的井道中运行，光伏发电井道提供电梯运行所需之电能。通过光伏电池将光能转化为电能，可靠性高，不产生废气和噪音，环保，很具有发展前景。在我国，20世纪80年代初期，电梯市场和技术开始发展。至今，电梯已经服务于中国有100多年了，而其迅速的发展则是在我国实行改革开放之后。1907年，奥的斯公司在上海的汇中饭店（今和平饭店南楼，Peace Palace Hotel）安装了两部电梯，这两部电梯是中国最早的电梯。1951年冬天，党中央提出了要在北京天安门安装一部属于中国人自己制造的电梯，四个月之后第一部由中国人自己设计、制造的电梯诞生了。该电梯的载重量为1000千克，速度为0.70米/秒，交流单速、手动控制。2001年9月20日，经国家批准，中国电梯行业第一家企业博士后科研工作站举行了挂牌揭幕仪式。虽然与外国的先进技术和高端水平相比，中国还是有些的差距的，但是国内电梯技术正在迅猛发展以赶上国际先进水平。中国电梯也在亚洲市场占领了比较重要的地位，每年的销售量甚至已经达到1万台，约占亚洲市场的1/50，这是不容小觑的。近年来，我国电梯行业不断壮大，越来越多的人才投入到电梯研究中。随着时代的发展提倡对电梯进行豪华性装饰：在轿厢内播放电视节目、歌曲、广告等。现代社会要求电梯实现可靠安全性高、可控制操作性强、舒适感足够等各种要求。科技不断发展，电梯行业也没有停下过前进的脚步。电梯的材质、类型、样式、操纵方式等等都发生了翻天覆地的变化。以前一台电梯单独控制运行，而现在已经可以实现多台电梯并联控制，智能群控。在大街上、商场里、大型购物中心等采用了人行道自动扶梯，大大节约走路时间，也减轻了人们上下楼梯的疲劳；还有圆形透明观光电梯更让乘客不在处于单调、狭小的封闭式空间里，而是可以观赏外面的美景。1.3 课题的研究内容及方向在了解电梯的发展背景和国内外发展状况的前提下，设计一种基于PLC的电梯控制系统，以满足人们生活的日常需要。本设计以四层电梯控制设计分析为例，重点分析电梯的硬件设计和软件设计，根据设计需要选择合适的变频器、可编程控制器、交流电动机等来组成电梯控制系统的硬件设计，采用简单易懂的梯形图语言来设计系统的软件部分，通过硬件和软件设计完成设计，实现高速、安全、方便的电梯控制系统。2 四层电梯控制方案总体设计发展至今电梯的种类繁多，组成较为复杂。本章将进行电梯控制方案总体设计，对比三种主要控制方式的优缺点并选择适合的方案，主要介绍四层电梯运行方式及控制方式，画出四层电梯系统控制图。2.1 电梯的基本结构简介尽管电梯的种类繁多，但它的基本结构主要都是由以下各装置部件组合而成的：（1）拖动装置 拖动装置主要包括由曳动电动机、电磁制动器、齿轮减速器、曳引轮、底座等组成的曳引机及机架、减振垫和人工盘车用的盘车手轮等等。（2）悬挂装置悬挂装置主要是指曳引钢丝绳及其绳头组合部件。（3）容载装置容载装置即轿厢，是电梯直接用于载人或装运货物的工作部件。（4）平衡补偿装置平衡补偿装置包括对重装置、补偿链或补偿绳，以此与桥厢构成了电梯的重量平衡系统。（5）导向装置导向装置由导轨架、导轨和导靴等部件组成。（6）选层和平层装置（7）层门及召唤装置层门及召唤装置包括层门、层门地坎、门套、外召唤盒及层门楼层指示灯或数码显示器等。（8）安全装置安全装置包括限速器、安全钳、缓冲器、终端限位保护装置、门联锁装置、安全触板、超载报警装置、过载短路及相序保护装置、主电路方向接触器联锁装置、接地保护系统等。（9）电气控制装置及其线路电气控制装置及其线路包括电源配电盘及主开关、控制柜（信号柜）、井道中间接线盒、随行电缆等 2 。图2-1为电梯各机构的组成。图2-1 电梯的组成2.2 总体方案设计选择电梯控制技术是指电梯的传动系统及操纵系统的电气自动控制。随着科学技术的不断发展，时代不断进步，电梯控制技术也经历了从初期简单单一到现在复杂多样，控制方式也有了很大的进步，目前主要的控制方式有以下二种：一、 继电器控制方式传统的电梯逻辑控制系统由继电器线路组成。其在使用时有很多问题，如：故障率比较高、维护较困难、控制体积大。因而近几年微机和可编程控制器组成的电梯逻辑控制系统已成为主要的发展方向。不同的使用场所渐渐都用微机和可编程控制器代替了继电器成为电梯逻辑控制方式。继电器控制方式的电梯已经近乎停产，退出了人们的生活。二、可编程控制器（PLC）控制方式可编程逻辑控制器是一种专门设计的从事逻辑控制的计算机系统。因为可编程逻辑控制器具有编程简单、维修方便、体积小、可靠性高、成本低等特点，因而广泛地引用在工业控制方面。二十世纪八十年代中后期我国开始在电梯行业引入可编程逻辑控制器。综上所述，可以看出不同的控制方式都有自己的优缺点。继电器控制：继电器控制作为一种传统的控制方式，动作有寿命限制，尤其是当系统中某一个元件发生故障都有可能会导致整个系统崩溃，故障易扩大化，所以，已经慢慢退出人们的生活，逐渐被微机和可编程逻辑控制器所取代。可编程逻辑控制器，智能化高，可靠性高，具有通讯功能，体积小，功耗小等的特点；可编程逻辑控制是目前较为主流的控制方式，它与前者相比有较为突出的特点、优势3。因而本设计选用PLC对四层电梯惊醒控制。2.3 四层电梯控制要求通过PLC控制电梯，可靠性高、智能性高、便于维护和修理。具体功能如下：（1） 电梯内外都有当前楼层显示。（2） 各楼层外召唤按钮。（3） 行车方向由内选信号决定，顺向优先执行。（4） 行车途中遇呼梯信号时，顺向截车。（5） 行车途中遇呼梯信号时，反向不截车。（6） 内选信号、呼梯信号具有记忆功能，执行后解除。（7） 到站有自动铃响提示，自动开门数秒自动关门。（8） 行车时不能手动开门或本层呼梯开门，开门不能行车。（9） 无呼梯信号时，电梯自动关门待客。2.4 四层电梯设计思路通过PLC控制四层电梯的运行，可以实现电梯上行、下行、预定楼层准确停车等功能。具体工作运行方式为：电梯厅内外均有呼叫按钮，选择目的楼层和运行方向，乘客已经进入或者离开电梯，电梯可以自行检测关门也可以乘客手动关门，检测门关好了，电梯开始运行，到达预定楼层停站铃响提示楼层，电梯自动开门也可以手动开门，在电梯运行途中，厅外呼叫信号，顺向截车，反向不截车。在电梯行驶过程中，手动开门无效。无呼梯信号时，电梯自动关门待客。电梯控制系统图如图2-2所示。用按钮选择目的楼层和运行方向自动关门关门过程分两级减速门关闭了吗？曳引电动机M1串入阻抗降压启动短接阻抗，M1低速运行是否到达预定楼层M1低速，串入阻抗制动分两级短接阻抗，M1低速运行是否到停层位置是否超越停层位置M1停转，自动开门开门电动机M2停转，控制过程结束开门过程减速门到位了吗？M1反转（反向平层）YNYNNYNNYY图2-2 电梯系统框图2.5 本章小结本章对比了传统控制方式和新兴控制方式的优缺点，选用目前较为流行的可编程控制器（PLC）控制方式进行此次四层电梯控制系统设计。同时详细的讲解了电梯的结构及其运行工作方式，为本设计的深入研究打下了坚实的基础。3 系统的硬件设计可编程控制器是以微机处理器为基础，综合计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。本章将完成可编程控制器的选择、变频器选型、主电路设计、I/O分配以及PLC外部接线，完成四层电梯控制系统的硬件设计部分。3.1 控制系统结构设计 电梯信号的控制大致都是由PLC软件实现的，电梯信号控制系统如图4-1电梯PLC信号控制系统框图所示，输入到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制、轿厢内指令、层站召唤、安全保护信息、开关门及限位信号、门区和平层信号等。输入接口PLC输出接口呼梯信号指示楼层显示运行方向指示呼梯铃开关门控制内指令信号外指令信号光电脉冲运行方式选择运行控制信号安全保护信号开关门信号门区或平层信号拖动控制系统图3-1 电梯系统框图3.2 可编程控制器的选择3.2.1 可编程控制器概述可编程控制器（Programmable Controller, PC, 又称为PLC）是以微机处理器为基础，综合计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它是具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程序，将输入的开关量或模拟量进行逻辑运算、定时、计数和运算等处理后，以开关量或模拟量的形式输出。PLC具有强大的控制功能。开关控制量是PLC的基本功能，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制，常用于取代传统的继电器控制系统；PLC通过内部配置的A/D和D/A转换模块，可以实现工业生产过程中如温度、压力、流量、液位等模拟量控制；可以通过配置的PID单元或模块，对控制过程中的某一变量实现闭环控制；除此之外，PLC具有较强的定时控制、计数控制、顺序控制等功能，并实现数据处理和通信联网，从而构成“分散控制，集中管理”的分布式控制系统，实现工业控制自动化。可编程控制器之所以能够得到迅猛的发展和广泛的应用，主要由于PLC是专门为在工业环境下应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点。（1）可靠性高、抗干扰能力强 PLC在设计中就强化了其抗干扰能力，对电噪声、电源波动、震动、电磁干扰等有较强的抗干扰能力，能抗1000V、1us的脉冲干扰，能在高温、高湿以及空气中存有各种腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠工作，具有较强的抗电源干扰能力。（2）通用性强、灵活性好、功能齐全目前，PLC产品已经系列化、模块化、标准化，能方便灵活的组成大小不同、功能不同的控制系统，通用性强。几乎可以满足所有控制场合的需求。（3）编程简单、使用方便PLC在基本控制方面采用“梯形图”编程语言，与继电器控制电路图相呼应，形式简练、直观。使用梯形图、功能图、语言表等编程语言，并可以实现有条件地相互转化，使用极其方便，便于工程人员接受。（4）模块化结构、安装简单、调试方便PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O模块等均采用模块化设计，由机架和电缆将各个模块连接起来。（5）网络通信PLC的体积虽然较小，但PLC能够提供标准的通信接口，可以方便地进行网络通信，并且耗能低，便于实现机电一体化4 。3.2.2 可编程控制器产品简介可编程控制器（Programmable Controller, PC,又称为PLC）种类繁多，结构形式各有不同，有整体式、模块式和叠装式几种结构。一、德国西门子公司（SIEMENS）S7系列产品德国西门子公司是欧洲最大的电子与电器设备制造商，生产的SIMATIC可编程控制器在欧洲具有领先水平。SIMATIC S7系列是西门子公司1996年推出的新型PLC产品，它包括小型S7-200、中型S7-300、大型S-400这三个子系列。其中结构紧凑、价格低廉的S7-200适用于小型自动化控制系统；紧凑型、模块化的S-300适用于高速过程控制或对数据处理能力有特殊要求的中小型自动化控制系统中。功能齐全的S7-400适用于大、中型自动控制系统。S7系列可编程控制器采用STEP7编程语言，配有WINDOWS版的STEP7-Micro/WIN32编程软件，方便快捷。此外，西门子公司1996年还推出了超小型PLC产品LOGO系列，可用于小型控制系统，简单经济实用。二、欧姆龙（OMRON）公司PLC产品介绍日本欧姆龙（OMRON）公司生产的C系列可编程控制器有多种机型，可以配置成102048个I/O点。小型PLC一般为整体式结构，由基本单元和扩展单元组成各种不同规模的控制系统。大中型PLC做成模块式。按性能和规模可以分为基本型（C20）、普及型（P型机）和增强型（H型机）3种类型5。目前，PLC的种类繁多，各自的功能也不尽相同，但基本原理相似。3.2.3 可编程控制器的选型本设计选用结构紧凑、价格低廉的S7-200系列PLC，四层电梯控制系统控制较为简单、方便。选用适用于小型自动控制系统的S7-200PLC。西门子公司S7-200系列PLC是一种叠装式结构的小型PLC，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6。3.3 西门子S7-200系列PLC系统配置与指令系统3.3.1 西门子S7-200系列PLC的系统配置S7-200PLC系统由基本单元（S7-200CPU模块）、个人计算机或编程器、STEP7-Micro/WIN32编程软件以及通信电缆等构成，形成一个完整的编程与开发系统。构成S-200PLC系统的基本单元为S7-200CPU模块，也称主机。它由中央处理器、电源以及数字量输入、输出单元组成，基本单元可以构成一个独立的控制系统。S7-200PLC主机的型号规格种类较多，S7-200PLC CPU22X系列产品有：CPU221模块、CPU222模块、CPU223模块、CPU224模块、CPU226模块、CPU226XM模块7。3.3.2 S7-200系列PLC指令系统S7-200PLC有两个指令集：IEC1131-3指令集和SIMATIC指令集。SIMATIC指令集是西门子公司为S7-200设计的编程语言，支持梯形图（LAD）、功能块图（FBD）和语言表（STL）编程语言，该指令集具有执行时间短等特点。梯形图（LAD）、功能块图（FBD）是一种图形语言，语言表（STL）是一种类似于汇编语言的文本型语言，目前，梯形图（LAD）在PLC中得到广泛地应用，非常普及，通常各厂家、各型号PLC都把梯形图作为第一用户语言。S7-200SIMATIC指令集有丰富的指令系统，包含位逻辑指令、比较指令、定时器指令、计数器指令、时钟指令、整数运算指令、实数运算指令、数学功能指令、传递指令、表功能指令、逻辑运算指令、移位和循环指令、转换指令、中断和通信指令及逻辑堆栈指令等8。用户编写的程序称为用户程序，用户程序可以分为主程序、子程序（可选）和中断程序（可选）。3.3.3 CPU的选型依据设计中电梯控制方式、输入/输出点数以及占用的内存来选择PLC的机型，本设计为四层电梯，采用集选控制方式。所需输入/输出点数估算如下：电梯上行、下行由一台电动机拖动，电动机反转，电梯上行；电动机正转，电梯下行，轿厢下行、上行由交流接触器KM1、KM2控制。一楼四楼分别有行程开关SQ1SQ4。轿箱内有一楼四楼呼梯按钮SB1SB4和指示灯HL1HL4。电梯手动开门、关门按钮SB11、SB12，电梯实现开门、关门通过交流接触器KM3、KM4控制，开门限位开关SQ6，关门限位开关SQ5。S7-200不同CPU模块性能差别大，选择的时候要考虑通信接口的个数、本机I/O点数等，同时要考虑性价比。CPU221的数字量输入/输出端子6/4，CPU222CN的的数字量输入/输出端子个数是8/6，CPU224CN的数字量输入/输出端子是14/10，CPU226的数字量输入/输出是24/16。该系统的输入点有19个，输出点15个，共占用PLC的34个I/O口。因而，选用CPU226最为合适。3.3.3 编程应用编程中注意的几个问题：（1）软件编程与PLC系统的硬件连接密切相关，两者之间互相制约。一般先编制I/O地址分配表，后设计梯形图。明确输入输出信号及内部线圈的分配编号，确定PLC各输入输出接线端子的实际接线图。（2）合理排列梯形图，梯形图中几个串联支路相并联时，应将触点多的支路安排在上面，几个并联支路的串联，应将并联支路多的安排在左面；程序的编写按照从左到右、由上到下顺序排列。（3）在PLC输入端子接线图中，对于同一个发信元件通常只需选其中某一触点（常闭触点或常开触点）接入输入端子，只占一个输入地址编号。（4）由于PLC是周期循环扫描方式，对输入信号集中采样、输出集中刷新，所以应保证有效输入信号的电平保持时间。（5）从安全考虑，重大安全部分不接入PLC的输入端，而直接用硬件处理。例如紧急停车按钮、互锁触点、紧急限位开关等直接对输出负载进行控制9。3.4 主电路设计 本次设计的电气控制系统主电路如图3-3所示.QSL1L2L3FU1M3KM1KM2KM3KM4M3FRFRM1M2图3-3 电气控制系统主回路原理图M1、M2：曳引电机和门电机。M1:控制电梯的上行、下行，电机反转则电梯上行；电机正转则电梯下行。M2：控制电梯门开关，电机正转则电梯开门，电机反转则电梯关门。KM1、KM2、KM3、KM4：交流接触器，通过控制M1、M2两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，进而对电梯进行控制。FR1、FR2：热继电器，起过载保护作用，用于在电梯运行过载时断开主电路。FU1：熔断器，起短路保护作用11。3.5 控制电路设计3.5.1 I/O（输入/输出）端口分配电梯的逻辑控制主要为开关门、上下运行、呼梯信号记忆和显示等。采用西门子系列PLC，输入/输出点分配如表3-1所示。输入点有19个，输出点有15个，共占有34个I/O口。表3-1 I/O分配表序号名称输入序号名称输出0初始化I0.00一层上呼叫显示Q0.11一层上呼I0.11二层上呼叫显示Q0.22二层上呼I0.22三层上呼叫显示Q0.33三层上呼I0.33二层下呼叫显示Q0.44二层下呼I0.44三层下呼叫显示Q0.55三层下呼I0.55四层下呼叫显示Q0.66四层下呼I0.66一层平层显示Q2.17一层平层I1.17二层平层显示Q2.28二层平层I1.28三层平层显示Q2.39三层平层I1.39四层平层显示Q2.410四层平层I1.410电梯上行Q2.711一层内呼I2.111电梯下行Q2.612二层内呼I2.212显示门开着Q3.013三层内呼I2.313电梯开门Q3.114四层内呼I2.414电梯关门Q3.215手动开门I3.116手动关门I3.217开门限位I3.318关门限位I3.43.5.2 PLC外部接线PLC外部接线图如图3-4所示。共有19个输入接口，15个输出接口。输入口分别是：初始化电梯、一层上呼、二三层的上呼以及下呼、四层下呼、一二三四层各层的平层及内呼、手动开关门、开关门限位。输出接口分别是：一层上呼叫显示、二三层上呼叫及下呼叫显示、四层下呼叫显示、一二三四层各层平层信号显示、电梯上行下行显示、电梯开关门显示、显示门是开着的。一层上呼按钮二层上呼按钮三层上呼按钮二层下呼按钮三层下呼按钮四层下呼按钮一层平层按钮二层平层按钮三层平层按钮四层平层按钮一层内呼按钮二层内呼按钮三层内呼按钮四层内呼按钮手动开门按钮手动关门按钮开门限位关门限位I0.1I0.2I0.6I1.1I1.2I1.3I1.4I2.1I2.2I2.3I2.4I3.1I3.2I3.3I3.4I0.3I0.4I0.5I0.0COMCOMQ0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.6Q2.7Q3.0Q3.1Q3.2二层上呼显示三层上呼显示二层下呼显示三层下呼显示四层下呼显示一层平层显示二层平层显示三层平层显示四层平层显示电梯下行显示电梯上行显示电梯开门显示门开着电梯关门PLC图3-4 PLC外部接线图3.6 本章小结 本章完成了系统的硬件设计，其中包括：通过输入、输出口的个数选择CPU的型号，此处选用CPU226最为合适；画出控制轿厢上升、下降的电机及控制开关门的电机的主电路图；通过控制过程合理进行输入/输出口分配，并且画出PLC外部接线图。较熟练地掌握了硬件设计，为下一步软件设计做好了铺垫。4 系统的软件设计目前定义的PLC编程语言有五种：梯形图、指令表、功能块图、顺序功能图、结构文本。其中梯形图最简单易懂，编程方便。程序编译时使用STEP7-Micro/WIN西门子编程软件，该软件是基于Windows的应用软件。本章开始软件设计部分，实现四层电梯的软件控制12。4.1 PLC编程语言PLC的软件包括系统软件和应用软件。系统软件包括系统诊断程序、输入/输出处理程序、用户指令解释程序、监控程序、供系统调用的专用标准程序块等。应用软件也称为用户软件，是用户为实现某一控制目标，采用PLC厂家提供的程序设计语言编制的实用程序。IEC国际电工委员会于1994年5月公布了可编程序控制器标准（IEC1131），其中的第三部分（IEC1131-3）是PLC编程语言标准。IEC1131-3详细的说明了句法、语义和下述5种PLC编程语言的表达方式：（1）梯形图（Ladder Diagram）（2）指令表（Instruction List）（3）功能块图（Function Block Diagram）（4）顺序功能图（Sequential Function Chart）（5）结构文本（Structured Text）本设计选用简单易懂的梯形图语言，在PLC系统应用中，梯形图是一种广泛使用的PLC图形编程语言。梯形图在传统电器控制系统控制图中继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号的基础上开发增加了继电器接触器控制系统中没有的指令符号13。它不只可以实现逻辑运算，而且具有算术运算、数据处理、联网通信等功能。与传统电器梯形图相比不同的是，PLC的梯形图中编程元件使用的内部继电器、定时/计数器等都是由软件实现的。梯形图形象、直观，适用于顺序逻辑控制、离散量控制、定时/计数控制等操作。4.2 STEP7-Micro/WIN编程软件简介STEP7-Micro/WIN西门子编程软件是基于Windows的应用软件，是西门子公司专为S7-200系列可编程控制器设计开发的一款软件。STEP7-Micro/WIN的主要作用是帮助用户完成应用程序的开发，而且其具有设置PLC参数、加密和运行监视等等功能。编程软件在计算机和PLC相连接的时候可以实现程序的输入、编辑、上载、下载运行、通信测试以及实时监视等的功能。在离线情况下，程序可以输入、编辑、编译等14。启动软件后，其应用界面如图4-1所示。主界面可以分为以下6个部分：菜单栏、工具栏、浏览栏、指令树、输出窗口和用户窗口。图4-1 STEP7-Micro/WIN编程软件的主界面梯形图的编辑步骤：（1）首先打开软件，进入主界面，STEP7-Micro/WIN编程软件的主界面如图4-1所示。（2）单击浏览栏的【程序块】按钮，如图4-2。图4-2 【程序块】按钮（3）可以直接开始编辑程序，如图4-3所示，选取触点。图4-3 选取触点（4）鼠标单击？，更改名称，输入I0.1，如图4-4所示。用相同方法输入常闭触点和线圈，如图4-5所示。图4-4 输入I0.1图4-5 Q1.4、Q0.1、M0.1的编辑结果（5）鼠标点击I0.1下面，按照如上方法输入M0.1，如图4-6所示。图4-6 M0.1的编辑结果（6）鼠标点击要并联的地方，左键单击按钮，将M0.1和I0.1并联连接，如图4-7。图4-7 M0.1与I0.1并联连接梯形图的编辑方法大致如上所述15。4.3 程序设计4.3.1 初始化程序I0.0：初始化输入信号；M0.0：初始化记忆。图4-1 初始化程序4.3.2 外呼叫信号记忆及显示1、一层上呼I0.1：一层上呼；I1.1：一层平层；M0.1：一层输入记忆。:图4-2 一层上呼2、二层上呼：I0.2：二层上呼；I1.2：二层平层；M0.2：二层上呼输入记忆。图 4-3 二层上呼3、三层上呼：I0.3：三层上呼；I1.3：三层平层；M0.3：三层上呼输入记忆。图 4-4 三层上呼4、二层下呼：I0.4：二层下呼；I1.2：二层平层；M0.4：二层下呼输入记忆。图 4-5 二层下呼5、三层下呼：I0.5：三层下呼；I1.3：三层平层；M0.5：三层下呼输入记忆。图 4-6 三层下呼6、四层下呼：I0.6：四层下呼；I1.4：四层平层；M0.6：四层下呼输入记忆。图 4-7 四层下呼7、各层外呼叫显示：Q0.1：一层外呼叫显示；Q0.2：二层上呼叫显示；Q0.3：三层上呼叫显示；Q0.4：二层下呼叫显示；Q0.5：三层下呼叫显示；Q0.6：四层下呼叫显示。图 4-8 各楼层外呼叫显示4.3.3 平层信号记忆及显示1、一层平层：I1.1：一层平层信号；I1.1：二层平层信号；I1.3：三层平层信号；I1.4：四层平层信号；M1.1：一层平层记忆。图4-9 一层平层2、二层平层：I1.2：二层平层信号；I1.1：一层平层信号；I1.3：三层平层信号；I1.4：四层平层信号；M1.2：二层平层记忆。图4-10 二层平层3、三层平层：I1.3：二层平层信号；I1.1：一层平层信号；I1.2：二层平层信号；I1.4：四层平层信号；M1.3：三层平层记忆。图4-11 三层平层4、四层平层：I1.4：四层平层信号；I1.1：一层平层信号；I1.2：二层平层信号；I1.3：三层平层信号；M1.4：四层平层记忆。图4-12 四层平层5、各层平层显示：Q2.1：一层平层显示；Q2.2：二层平层显示Q2.3：二层平层显示；Q2.4：二层平层显示。图4-13 各层平层显示4.3.4 内呼信号记忆1、内呼一层：I2.1：内呼一层信号；I1.1：一层平层信号；M3.1：一层记忆；图4-14 一层内呼2、内呼二层：I2.2：内呼二层信号；I1.2：二层平层信号；M3.2：二层记忆；图4-15 二层内呼3、内呼三层：I2.3：内呼三层信号；I1.3：三层平层信号；M3.3：三层记忆；图 4-16 三层内呼4、内呼四层：I2.4：内呼四层信号；I1.4：四层平层信号；M3.4：四层记忆；图 4-17 四层内呼4.3.5 电梯下行信号及显示I1.1：一层平层；I1.2：二层平层；I1.3：三层平层；M0.1：一层输入记忆信号；M0.2：二层上呼输入记忆信号；M0.3：三层上呼输入记忆信号；M0.4二层下呼输入记忆信号；M0.5三层下呼输入记忆信号；M1.0：下行记忆信号。图 4-18 电梯下行信号下行驱动：M3.0：下行驱动信号。图4-19 下行驱动信号 下行显示：Q2.6：电梯下行；M1.0：上行记忆信号；M2.0：下行记忆信号。M3.0：下行驱动记忆信号。图 4-20 下行显示4.3.5 电梯上行信号I1.2：二层平层；I1.3：三层平层；I1.4：四层平层； M0.2：二层上呼输入记忆信号；M0.3：三层上呼输入记忆信号；M0.4二层下呼输入记忆信号；M0.5三层下呼输入记忆信号；M0.6：四层下呼输入记忆信号；M2.0：上行记忆信号。图 4-21 电梯上行信号上行驱动：M4.0：上行驱动信号。图 4-22 上行驱动信号上行显示：Q2.7：电梯上行；M4.0：上行驱动记忆信号。 图4-23 上行显示4.3.6 开关门信号1、手动开门记忆信号：M2.1：手动开门记忆；I3.1：手动开门； I1.1：一层平层；I1.2二层平层；I1.3：三层平层；I1.4：四层平层。图4-24 手动开门记忆信号2、开门记忆：I1.1：一层平层；I1.2二层平层；I1.3：三层平层；I1.4：四层平层；M0.1：一层输入记忆信号；M0.2：二层上呼输入记忆信号；M0.3：三层上呼输入记忆信号；M0.4二层下呼输入记忆信号；M0.5三层下呼输入记忆信号；M0.6：四层下呼输入记忆信号；M3.1：一层内呼信号记忆；M3.2：二层内呼信号记忆；M3.3：三层内呼记忆信号；M3.4：四层内呼记忆信号。图 4-25 开门记忆3、电梯开门：I1.1：一层平层；I1.2：二层平层；I1.3：三层平层；I1.4：四层平层；Q3.1：电梯开门；Q3.2：电梯关门；I3.1：手动开门。:图 4-26 电梯开门4、开门定时：I3.3：开门极限；T101：定时10秒。图 4-27 开门定时5、电梯关门：I3.4：关门极限；I1.1：一层平层；I1.2：二层平层；I1.3：三层平层；I1.4：四层平层；Q3.1：电梯开门；Q3.2：电梯关门；I3.2：手动关门。图 4-28 电梯关门6、显示电梯门开着：Q3.0：显示电梯门开着；Q3.2：电梯关门。图 4-29 显示电梯门开着4.4 本章小结本章画出了四层电梯运行中主要的控制程序图：内指令信号的记忆与消除、外召唤信号的记忆与消除、平层信号处理、电梯上行下行以及开关门信号。完成了控制系统的梯形图16。5 系统调试仿真应用西门子公司专门研究开发的STEP7-Micro/WIN西门子编程软件完成整个系统软件编程后，开始进行系统仿真来更清晰明了的展现四层电梯控