四层电梯毕业设计论文.doc

四层楼电梯PLC控制系统设计四层电梯的PLC控制设计摘要主要分为机械系统与控制系统两大部份。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。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.本次设计过程中得到了韩浩老师和许多同学的大力支持和帮助，在此一并表示感谢。由于本人水平有限，本设计中难免有不当和错误之处，恳请各位老师或是各界人士批评指正。关键词: 电梯 控制系统 电梯系统运行和调试随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展电梯AbstractAlong with sciences and technologys development, the recent years, our countrys elevator production technology obtained the rapidly expand. The elevator mainly divides into the mechanical system and the control system two major parts automatic control theory and microelectronic technologys development。At present the lift control system mainly has three control modes: Following electric circus control system 。 PLC control system, microcomputer control system. But PLC control system, because moves the reliability to be high, the use service is convenient, anti-jamming, the design and the debugging cycle is short and so on merits, time is taken seriously the people and so on merits, have become present use most control modes in the lift control system, at present also widely use in the tradition black-white control systems technological transformations. In this design process obtained this institutes motherland to construct (associate professor) and many colleagues supports vigorously and helps, one and expressed thanks in this. Because myself level is limited, in this design has improper and place of unavoidably the mistake, requests earnestly fellow teachers perhaps the people from all walks of life criticizes points out mistakes.Key word: lifts control system elevator systems operation and debugs。目录第一章 前言4第二章 绪论5一、设计任务5二、设计目的要求5三、设计说明5四、电梯运动的控制要求5第三章 可编程控制器硬件、软件的概述及PLC编程设计7一、可编程控制器的概述7二、SIMATIC STEP 7编程软件的介绍8三、PLC型号的选择8四、地址分配表10五、PLC程序设计思路及程序111.设计思路112.程序图123.对电梯控制系统的描述19第四章 组态王软件介绍及组态画面设计 20一、组态王软件介绍20 1.组态王软件概述20 2.组态王的使用21二、组态画面设计23 1.建立新项目23 2.建立新画面26 3.基本图素的设计27 4.定义外部设备27 5.定义变量30 6.画面动画连接33 7.怎样实现程序和组态的连接38第五章 结束语40致谢42参考文献43第一章 前言可编程控制系统（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作系统。它采用一种可编程的存储器，可执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。电梯广泛的应用于高层住宅，大型公共建筑，工厂仓库等场所，节省了人力和时间，提高了工作效率。传统的电梯自动控制由继电器接触器进行控制，其缺点是触点多，接线复杂，故障率高，可靠性差，维护工作量大，而采用PLC组成的控制系统很好的解决了上述问题。它工作可靠性高，灵活性好，通用性高，编程简单，使用方便，而且它的抗干扰能力远远强于传统电梯的。本设计主要通过提出电梯系统的基本功能要求，为实现这几种功能，我从硬件和软件两个方面入手，硬件方面，主要从的选型， PLC 输入输出地址的分配方面考虑；软件方面，由于整个系统的程序设计相当复杂，为了便于设计，基于系统不同的功能要求，我将系统划分为电梯开门控制、电梯到层指示、层呼叫指示灯控制、箱内指令指示控制和电梯方向选择、启动控制、过载指示、限位保护等基本模块。完成硬件和软件部分的设计，整体工程就完成了绝大部分，此后还需要程序的反复验证，现场调试等等。鉴于本人水平有限，不足之处还请批评指正。 第二章 绪论一、设计任务设计电梯控制系统。二、设计目的要求1.利用PLC（S7200）及电梯模型组建电梯控制系统的硬件。2.利用STEP7编制电梯控制程序。3.利用组态王编制远程监控程序。三、设计说明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西门子S7-200。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、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。四、电梯运动的控制要求（1） 开始时，电梯处于任意一层。（2） 当外呼信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时4s后自动开门.（3） 当内呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时4s后自动关门。（4） 电梯轿厢运行过程中，轿厢上升（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，但如果某反向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。例如：电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在此过程中可以响应二层向上外呼梯信号，但不响应二层向下外呼梯信号。同时，如果电梯到达三层，如果四层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。否则，电梯轿厢将继续运行至四楼，然后向下运行响应三层向下外呼梯信号。（5） 电梯应当具有最远反向外呼梯响应功能，例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯、三层向下外呼梯，则电梯轿厢先去四楼响应四层向下外呼梯信号。第三章 可编程控制器硬件、软件的概述及PLC编程设计一、可编程控制器的概述可编程控制器的起源于在1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。初期它仅有逻辑运算、定时、计数等功能，用于开关量控制，实际只能进行逻辑运算，所以称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。20世纪80年代后，以微处理器构成的微机取得了飞速发展，使得可编程逻辑控制器在概念、设计、性能上都有了新的突破。这种控制器的功能不再局限于当初的逻辑运算，增加了数值运算、模拟量的处理、通信等功能，成为真正意义上的可编程控制器（Programmable Controller）,简称PC。但为了与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，可编程控制器仍简称为PLC。 随着可编程控制器的不断发展，其定义也在不断变化。最终国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器，它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作、并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。”事实上，由于可编程控制技术的迅猛发展，许多新产品的功能已超出上述定义。二、SIMATIC STEP 7编程软件的介绍SIMATIC STEP 7编程软件是指西门子公司为可编程控制器编制的工业编程软件的集合，STEP 7Micro/WIN V4.0 SP4版的编程软件是基于Windows的S7200专用编程软件。其也是西门子公司2007年推出的S7200编程软件，适用于所有S7200CPU的编程，并具有TD400C在内的文本显示向导功能。 编程软件STEP7的基本功能是协助用户完成PLC应用程序的开发，同时具有设置PLC参数、加密和运行监视等功能。STEP 7Micro/WIN编程软件在离线条件下，可以实现程序的输入、编辑、编译等功能，在联机工作方式（PLC与编程计算机相连）可实现上载、下载、通信测试及实时监控等功能。三、PLC型号的选择根据控制要求，PLC控制系统选用西门子公司S7200系列CPU224。小型PLC系统由主机（主机箱）、I/O扩展单元、文本/图形显示器、编程器等组成。其中CPU224型PLC的主机外形结构如图3-1所示。图3-1 CPU224型PLC的主机外形结构CPU224型PLC主机箱体外部设有RS485通信接口，用以连接编程器（手持式或PC机）、文本/图形显示器、PLC网络等外部设备，还设有工作方式开关、模拟电位器、I/O扩展接口、工作状态指示和用户程序存储卡、I/O接线端子排及发光指示等。CPU 224外部电路接线电路图如图3-2所示：图3-2 CPU 224外部电路接线电路图输入电路采用了双向光电耦合器，24V DC极性可任意选择， 1M、2M为输入端子的公共端。1L、2L为输出公共端。CPU224另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。四、地址分配表地址分配表如表3-1所示：符号地址符号地址四层下I5.1二层上灯Q5.3三层上I5.2二层下灯Q5.4三层下I5.3三层上灯Q5.5二层上I5.4三层下灯Q5.6二层下I5.5四层下灯Q5.7一层上I5.6内叫一层灯Q6.0一层限位I5.7内叫二层灯Q6.1二层限位I6.0内叫三层灯Q6.2三层限位I6.1内叫四层灯Q6.3四层限位I6.2超重报警Q6.4内叫一层I6.3一楼数码显示Q6.5内叫二层I6.4二楼数码显示Q6.6内叫三层I6.5三楼数码显示Q6.7内叫四层I6.6四楼数码显示Q7.0开门I6.7电梯上行Q7.1关门I7.0电梯下行Q7.2开门限位I7.1开门继电器Q7.3关门限位I7.2关门继电器Q7.4超重检测I7.3到位音响Q7.5一层上灯Q5.2表3-1五、PLC程序设计思路及程序1.设计思路（1）内叫的实现 按下按钮后通过自锁达到一直亮，串上常闭的限位开关实现到位后灯灭。（2）外叫的实现 按下按钮后通过自锁达到一直亮，串上常闭的限位开关及上下行指示实现有选择的到位后灯灭。（3）开门的实现 到位后指示灯由亮变灭，通过到位后产生的下降沿触发及自锁为开门计时，达到到位后计时开门，串上手动按钮及在符合开门的情况下实现手动开门。（4）关门的实现 通过开门完毕的计时实现自动关门，并通过串联的手动按钮在符合开门的情况下实现手动开门。（5）楼层指示的实现 通过限位开关，及各层的联系及自锁实现正确显示。（6）上行的实现 分析内外叫按钮对电梯上下行的启动作用，从内外叫按钮分情况编写，然后组合到一块儿，实现电梯的上下行。2.程序图3.对电梯控制系统的描述电梯控制系统是模拟现实中的电梯，根据其工作原理制作而成，该电梯共有四层，有电梯上下行轿厢，上下行指示灯，电梯所在楼层数码显示和开关门功能。一楼有一个上行外交按钮，四楼有一个下行外交按钮，二楼和三楼均有上下按钮。轿厢内有一楼至四楼四个内叫按钮和开关门两个按钮。按钮全部为非自锁式，按下按钮接通一个指示灯，按钮自动化弹起。当电梯响应该请求信号运行到该层时，该指示灯熄灭优先级上在电梯上行过程中，上行请求优先，上行请求执行完毕后，响应下行请求。同理在电梯下行过程中，下行请求优先，下行完毕后响应上行请求。开关门动作在开关停在该层。该层限位开关接通时才会发生。当电梯到位时，电梯发生叮咚声响，将发生超重报警信号。第四章 组态王软件介绍及组态画面设计一、组态王软件介绍1、组态王软件概述 组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统及以标准的工业计算机软件、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开发性好、易于扩展、经济开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。组态软件也为实验者提供来可视化监控画面，有利于试验者实现现场监控。而且，它能充分利用Windows的图像编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线、历史趋势曲线等，可以便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据连接功能。“组态王”是运行于Microsoft Windows 98/NT中文平台的全中文界面的组态软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。组态王具有一个集成开发环境“组态王工程浏览器”，在工程浏览器中您可以查看工程的各个组成部分，也可以完成构造数据库、定义外部设备等工作。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统 TOUCHMAK 和画面运行系统 TOUCHVEW 来完成的。TOUCHMAK 是应用程序的开发环境。您需要在这个环境中完成设计画面、动画连接等工作。TOUCHMAK具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简单的操作办法。TOUCHVEW 是“组态王”软件的实时运行环境，在 TOUCHMAK 中建立的图形画面只有在 TOUCHVEW 中才能运行。TOUCHVEW 从工业控制对象中采集数据，并记录在实时数据库中。它还负责把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并生成历史数据文件。2.组态王的使用“组态王”把第一台下位机看作是外部设备，在开发过程中您可以根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接过程。在运行期间，组态王通过驱动程序和这些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。如图4-1所示：图4-1每一个驱动程序都是一个COM对象，这种方式使通讯程序和组态王构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也使系统能够达到很大的规模。通过“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如温度、液面高度等，当它们发生变化时，通过驱动程序，将引起实时数据库中变量的变化，如果画面上有一个图素，动画连接的引入是设计人机接口的一次突破它把程序员从重复的图形编程中解放出来，提供了标准的工业控制图形界面，并且有可编程的命令语言连接来增强图形界面的功能。建立应用程序大致可分为以下四个步骤：（1）设计图形界面（2）构造数据库（3）建立动画连接 （4）运行和调试这四个步骤并不是完全独立的，而这四个部分常常是交错进行的。在使用组态王开始一个新项目时，在“组态王”中，开发的每一个应用系统称为一个项目，每个项目必须在一个独立的目录中，不同的项目不能共用一个目录。项目目录也称为工程路径。在每个工程路径下，组态王为此项目生成了一些重要的数据文件，这些数据文件一般是不允许修改的。二、组态画面设计1.建立新项目已经安装了“组态王”，首先启动组态王工程浏览器。工程浏览器运行后，默认的是组态王示例程序所在的目录。在工程浏览器中选择菜单“工程/新建”，出现“新建工程”对话框。在对话框中输入工程名称，在工程描述中输入：工程路径自动指定为当前目录下以工程名称命名的子目录。单击“浏览”按钮。 单击“确定”。组态王将在工程路径下生成初始数据文件。至此，新项目已经可以开始建立了。具体如下图所示： 具体操作如图4-2至图4-6所示：图4-2图4-3图4-4图4-5图4-62.建立新画面在工程浏览器中左侧的树形视图中选择选择“画面”，在右侧视图中双击“新建”。在“新画面”对话框中设置如图4-7所示，在对话框中单击“确定”。单击后如图4-8所示：图4-7图4-83.基本图素的设计通过使用工具箱绘制监控电梯的基本画面，其中包括四层电梯装置的主体图素和各种操控按钮。最终绘制图形如图4-9所示：图4-94.定义外部设备组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、仪表、板卡等），它们一般通过串行口和上位机交流数据；其他 Windows 应用程序，它们之间一般通过 DDE 交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。仿真PLC可以模拟PLC为组态王提供数据。本次实际在组态王工程浏览器左侧选“ COM1”，在右侧双击“ 新建”，运行“设置配置向导”。调整设置如图4-10所示： 图4-10选择串口如图4-11所示：图4-11输入指定地址如图4-12所示：图4-12通信参数如图4-13所示：图4-13设备安装向导信息总结如图4-14所示：图4-145.定义变量从下位机采集来的数据发送给下位机的指令，比如“内叫按钮”、“开门按钮”等变量，都需要设置成“I/O变量”。 I/O离散变量类似一般程序设计语言中的布尔（BOOL）变量，只有0，1两种取值，用于表示一些开关量。定义方法如图4-15所示。那些不需要和其它应用程序交换只在“组态王”内需要的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。内存整型变量：类似一般程序设计语言中的有符号长整数型变量，用于表示带符号的整型数据，取值范围 -2147483648至2147483647。定义方法如图4-16所示。图4-15图4-16由于需要定义的内容繁多，但方法相同，在此不一一举例，定义最终结果如图4-17所示：图4-176.画面动画连接动画连接的目的就是为了让图素动起来，从而达到检测和控制的要求。具体操作如下：开关门的填充动画定义如图4-18所示：图4-18对开关门进行定义，在此对关门按钮动画定义，双击需要定义的按钮，定义“按下时”和“弹起时”，以开门按钮为例，分别在“按下时”和“弹起时”输入命令语言，及得到开门按钮的定义如图4-19所示：图4-19内外叫按钮定义方法相同，对内叫按钮的定义如图4-20所示：图4-20外叫上下灯显示定义方法如图4-21所示：图4-21退出监控按钮定义如图4-22所示：图4-22对轿厢的设置：双击轿厢，点击垂直连接选项，在垂直移动连接对话框中根据垂直移动连接向导的数据对其表达式跟移动距离进行设置，如下图所示：轿厢的垂直移动的定义如图4-23所示：图4-23对楼层显示的设置：通过轿厢的移动距离设定其是否到位，对模拟的七段进行填充设置，当其到达设定位置时，通过显示颜色的组合对应相应楼层数字，实现楼层显示功能。以其中一段为例，双击该段，在其动画连接框中对其填充属性进行设置，如图4-24所示：图4-24命令语言的定义：如图4-25和图4-26所示：图4-25图4-267.怎样实现程序和组态的连接 画面完成后点击菜单栏的“全部存”进行保存，然后点击“切换到view”，然后选择对象“打开”，进入运行状态，进行操作，然后根据要求看是否能实现监控功能，不能完全实现的话，再进行进一步的调试与修改。（1）监视功能的实现与调试将PLC程序编译并下载到操控电脑上，通过实物实地操作观察组态画面的动作显示是否正确。如果不正确就从定义、设置及命令语言等方面逐一排查，直至运行成功。（2）远程操控的实现与调试实地不再进行操作，通过运行状态下的组态画面上的按钮进行远程控制，观察实物的动作是否正确。如果不正确从变量定义、设置及命令语言等方面进行排查，直至成功。第五章 结束语 这次课程设计给我留下了深刻的印象，使我懂得了如何设计四层电梯控制系统，使我理解了电梯控制系统的工作原理，也学会了PLC梯形图的编辑。使我综合分析问题和解决问题的能力有了很大的提高。在设计中我们应用到在课堂上所学到的知识，要考虑到电梯控制系统的整体设计，在老师的细心指导下，使我对课程设计有了很好的了解。设计的同时，也使我感到了自己的不足以及对知识理解的不全面。毕业论文是本次学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的PLC在自动控制系统中的应用设计，我摆脱了单纯的理论指示学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻