基于组态王的PLC电梯控制系统设计

1、0湘务嚳陀毕业设计基于组态王的 PLC电梯控制系统设计2矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 籟丛妈羥为贍债蛏练淨。 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 構氽頑黉碩饨荠龈

2、话骛。 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。摘要 IABSTRACT. II1绪论 11.1组态王PLC电梯控制系统的背景和意义 11.2国内外发展状况 21.3课题研究内容安排 22电梯基本结构及其控制 32.1电梯基本结构介绍 32.2电梯控制技术 43系统的总体设计 43.1设计方案比较选择： 43.2 PLC控制系统设计的基本原则 53.3系统总体设计基本结构图 63.4 PLC硬件选择和组态选择 73.5系统的电路设计 84系统软件设计 104.1组态王的PLC电梯控制系统的优点 104.2电梯逻辑程序设计 114.3组态王单元系统设计 185系统调

3、试运行 215.1 PLC 调试 215.2 PLC程序和组态王程序联机调试 21总结 25参考文献 27致谢 28附 录 29摘要本文从电梯的基本结构和 PLC基本原理出发，针对5层5站电梯，设计了一种基于 组态王和西门子PLC电梯控制系统。本设计包括电梯的硬件设计和PLC软件设计、以及对电梯实时监控的组态王设计。本文通过对PLC软件设计和组态设计，建立电梯运行标志位以降低编程难度和减少门厅呼叫信号。系统实现了电梯的指层控制、轿内与各层 厅站呼梯控制、电梯运行方向控制、自动运行和自动开关门、实时运行监控等功能。与 传统的电梯相比，本设计的电梯控制系统不仅提高电梯运行的可维护性和灵活性、缩短

4、电梯的开发周期，而且能对现场进行实时监测和控制。此外，系统运行时节约电能，具 有良好的经济效益和社会效益。 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。关键词： 电梯；PLC控制；组态王；S7-2002ABSTRACTThis article from the basic structure and basic principle of PLC starting in5,5 layer elevator, a desig n based on Ki ngview and Sieme ns PLC elevator con trol system. The desig n in cludes lift hardwar

5、e desig n and software desig n, as well as on PLC elevator mon itori ng the configuration design. This article through to the PLC software design and configuration design, establishment of elevator running flag bit to reduce programming difficulty and reducing the hall call signal. Achieve a control

6、 layer, and each layer of Hall Station in the car call con trol, the direct ion of the lift con trol, automatic operati on and automatic switch door, real-time monitoring and other functions. Compared with traditional elevator, the design of the elevator control system can not only improve the opera

7、tion of the elevator, maintainability and flexibility, shorten the development cycle of elevator, and can perform real time monitoring and control. In addition system operation and electric energy saving, good econo mic ben efit and social ben efi恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。Key words: elevator; PLC control ; kingvie

8、w ; S7-2001 绪论电梯不仅作为高层建筑里的必要设施，在多层建筑如医院、商场里也是不可缺少的 一种运输工具。随着社会经济和科学技术的发展，微电子技术、电力电子技术、自动控 制技术迅速发展，使得电梯的控制由初期的继电器控制向微机控制方向发展。可编程控 制器（PLC由于具有可靠性高，功能强大的特点已经成为电梯微机控制系统的核心。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。可编程控制器（PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为现代工业环境应用而 生。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算和顺序控制、定时、计 数和算术运算等操作的指令，并通过数字的或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的 机器设备或生产

9、过程 。使得现代生产生活变得更加方便、快捷。 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。基于组态王的PLC电梯控制系统是通过组态王对PLC电梯控制系统进行实时监测和控制，是电梯微机控制系统的一种趋势。 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。1.1组态王PLC电梯控制系统的背景和意义电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和酒店、医院等多层建筑不可缺少的垂直 方向交通的工具。电梯按用途分为：乘客电梯、载货电梯、医用电梯、观光电梯、车辆电梯、船舶电梯、 建筑施工电梯、 还有些特殊用途的电梯， 如冷库电梯、防爆电梯、 矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。随着城市建设进程的加快，建筑物的规模越来越大，楼层越来越高，人

10、们对电梯的 可靠性、舒适性、低能耗等性能要求越来越高。传统的继电接触器电梯控制系统越来 越不能满足人们的需求。近些年，随着智能控制技术的不断发展，组态王的PLC电梯控制系统技术已经引起人们的关注和研究。 现从以下几个方面阐述组态王的 PLC电梯控制 系统的意义： 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。1. 可靠性高，抗干扰能力强，适用于工业现场环境。传统的继电器接触器电梯控制系统，所有控制功能和信号都由硬件实现，系统触 点繁多，接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，老化、脱焊等造成接触不良，是传统电 梯系统的故障率高的原因所在。而组态王的 PLC电梯控制系统，PLC采用微电子技术， 大量的开关动作由无触点的电子储

11、存器件来完成， 大部分继电器和繁杂的连线被软件程 序所替代，故寿命长，可靠性大大提高。 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。2. 控制系统结构简单，功能完善，适用性强组态王的PLC电梯控制具备了 PLC所有功能，可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制 领域。当系统控制要求改变时，只要用编程器在线或者离线修改程序和在PLC的端子 上接入相应的输入、输去信号线即可，不需要诸如继电器之类的大量而又繁杂的硬件接 线线路，修改接线的工作量很小。 谚辞調担鈧谄动禪泻類。3. 控制系统安装、调试、维修、监控方便组态王的PLC电梯控制用软件编程取代了

12、硬件接线实现控制功能，使安装接线工作 量大大减小，设计人员只要一台PLC就可以进行控制系统设计，PLC具备完善的自诊断， 履历情报存储及监控功能，对于其内部工作状态，通信状态，异常状态和 I/O 点的状态 都有显示。加上组态王对系统运行的监测和控制，工作人员通过组态王和PLC可以快速查出故障的原因，便于迅速处理，及时排除故障。使维修方便，从而可靠性提高。 嘰觐詿 缧铴嗫偽純铪锩。综上所述，随着城市建设进程的加快，建筑物的规模越来越大，楼层越来越高，人 们对电梯的可靠性、舒适性、美观性要求越来越高。传统的继电接触器电梯控制系统 越来越不能满足人们的需求的情况下，对组态王的PLC电梯控制系统进行研

13、究，具有重要的社会意义和经济意义。 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。1.2 国内外发展状况虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电 路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也随之迅速发展。PLC发展有二个趋势。一是网络化技术的发展。二是PLC向高性能和小型化发展。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。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。随着 城市建设进程的加快，我国已成为世界电梯的一大主要市场。兴旺的电梯市场吸引 了全世界所有知名的电梯公司，先进技术和先进管理的引进使我国涌现出一大批优 秀的电梯企业。我国的电梯行业已经具备了很强的生产能力，国产电梯的水

14、平和产 品质量正在稳步提高，自我国参加了国际标准化组织 ISO/TC178 以来，先后采用了 一大批国际标准和先进国际的标准，使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多 新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮拽升机、远程控制技术等。国际上也是刚 刚出现，我国就有许多企业可以生产。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了 越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。1.3 课题研究内容安排本文主要根据PLC的软继电器，可靠性高和组态王的实时监测和控制特性，设计了 组态王的PLC电梯控制系统。本文主要安排如下： 颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。第一章先介绍了电梯的应用范围，说明P

15、LC和组态王电梯控制系统的研究背景和意 义，以及国内外现状。第二章对电梯进行概述，包括了对电梯的基本结构介绍和电梯控制技术介绍。并对不同控制技术进行了对比和分析。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。第三章系统总体设计，包括系统总体思路设计，PLC和组态的选型、系统主电路设计和系统控制电路设计等。第四章软件设计，主要论述控制系统的软件实现，包括PLC单元系统设计和PLC编程，组态王单元设计以及组态王编程等。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。第五章系统调试，对组态王的 PLC电梯控制系统功能进行调试和结果分析。第六章总结和展望；对本论文主要工作作出简要的总结和展望，并提出该系统还需 要进一步研究和改善的地方，并给出一些改进

16、方案。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。2电梯基本结构及其控制电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯2。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。2.1电梯基本结构介绍213电梯的基本结构如图1所示。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经， 控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。其I 控制柜（屏）2 一拽引机3 拽引钢丝绳4 限速器5 限速器钢绳6 限速器张紧装置7 轿厢8 安全钳9 轿厢门安全触板10 导轨II 对重12 厅门13 缓冲器图1电

17、梯的基本结构尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、 钢丝绳拽引式结构, 其组成部分由以下系统构成：一、拽引系统 : 是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。二、导向系统 : 由导轨，导靴和导轨架组成。使电梯沿着导轨做升降运动。三、门系统 : 有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。四、轿厢 : 轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。五、重量平衡系统 : 由对重和重量补偿装置组成。六、电力拖动系统 : 由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它 的作用是对电梯进行速度控制。七、电气控制系统 : 由控制装置，操纵装置，平层装置和位置显示装置等部分组成。八、安全保护系统 : 包括

18、机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。2.2 电梯控制技术2.2.1 电力拖动 电梯拖动系统是由拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机、拽引轮、连轴器、减 速箱和电磁制动器组成，简化成控制电动机的正反转。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。2.2.2 电气控制 电梯的电气控制系统由控制装置、 操纵装置、平层装置和位置显示装置等部分组成。 控制装置主要由可编程控制器 （PLC） 通过软件编程把要执行的逻辑顺序反应到可编程控制器（PLC的输出10端口，从而控制电机的正反转以及电机的启动和停止 。 仓嫗盤 紲嘱珑詁鍬齊驁。操纵装置由厢内的按钮和厢外按钮装置组成。按钮都采用的是点动按钮，通过点动 开关产

19、生的脉冲传送到可编程控制器（PLC的输入I0端口，促使电梯按照预定的程序 有效运行。 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。平层装置由一系列的接近开关构成。 通过厢体是否到达平层地点来产生高低电平脉冲传送到可编程器（PLC的输入I0端口。促使按照预定的程序有效运行。 骁顾燁鶚巯瀆蕪 領鲡赙。位置显示由厢体内外的显示屏构成。 通过上升和下行来显示电梯不同的方向和此时 到达的楼层，以便乘客了解当前电梯的运行方向，并据此来选乘电梯。 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。3 系统的总体设计本课题设计组态王的PLC电梯控制系统由上、下位机二部分组成，上位机为 PLC编 程软件系统和组态王编程系统，主要负责程序的编程、编译、监控；下位

20、机为 PLC硬件 运行系统，主要负责接收编译完的程序，并在硬件电路中运行。 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。3.1 设计方案比较选择：电梯自动控制系统所要达到的目标， 也就是要求电梯自动控制系统根据厢内指令信 号和各层门厅呼叫信号而自动进行逻辑判断，判断出呼叫的目标层信号，并按照内外信 号要求通过电梯自动控制系统而完成预定的控制目标。要实现这类控制目的的方法有如下几种： 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。1. 继电器电梯控制系统传统的电梯都是采用继电器控制的方式，也常被称为经典控制方式。由继电器控制 的电梯控制系统具有的优缺点见表 1:辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。表1继电器电梯控制系统优缺点继电器电梯控制系统优点继电器电

21、梯控制系统缺点信号处理均有硬件实现，线路直观系统触点繁多、接线线路复杂保养、维修及故障检查无需较高的技术触点多、故障率咼、可靠性差常用控制电器价格较便宜维修保养工作量大、费用高技术成熟、资料图纸齐全系统结构庞大，能耗较咼一般技术人员和技术工人所掌握系统的控制功能不易增加2. 组态王的PLC电梯控制系统组态王的PLC电梯控制系统是使控制算法不再由“硬件”逻辑所决定，而是通过一 种所谓“程序存储器”中的程序指令一一“软件”即可。而无须变更或减少硬件系统的 布线。因而十分便于使用、管理和改变功能要求。具有的优缺点见表2：峴扬爛滾澗辐滠兴渙藺。表2基于组态王的PLC电梯系统优缺点PLC和组态电梯控制系

22、统优点PLC和组态电梯控制系统缺点信号处理均有PLC实现，接线简单工作人员看不到直观的触点触点少、故障少、可靠性高PLC组态系统维修要专业技术人员降低能耗和降低维修保养费用系统投资成本比继电器控制系统大功能变化灵活，编程简单软件种类多样，学习量大开发周期短，实时监测和控制随着智能化楼宇大厦的出现，人们对电梯的控制要求越来越高，使得电梯的控制由 初期的继电器控制向微机控制方向发展。因此本文采用基于组态王的PLC电梯控制系统, 不但提高了电梯的可靠性，可维护性，同时延长了使用寿命，缩短了开发周期，并能对 电梯进行实时监测和控制。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。3.2 PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制

23、系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。1. 最大限度地满足被控对象的控制要求：充分发挥 PLC的功能，最大限度地满足被 控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的前提。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。2. 保证PLC控制系统安全可靠：保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行， 是设计控制系统的重要原则。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。3. 力求简单、经济、使用及维修方便：在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。4. 适应发展的需要：由于

24、技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设 计时要考虑到今后控制系统发展和完善的需要，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 陽簍埡鮭罷規呜旧岿錟。3.3系统总体设计基本结构图组态王的PLC电梯控制系统和其他类型的电梯控制系统一样由信号控制系统和拖动 控制系统两部分组成。PLC和组态电梯控制系统主要硬件包括 PLC主机和扩展、拽引机 拖动系统、平层限位开关、厢内选层盘、门厅呼叫盘、门机等。其组态王的PLC电梯控制系统基本结构图见图 2。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。图2 PLC和组态电梯控制系统基本结构图系统控制核心为PLC主机和扩展、门厅呼叫盘、厢内选层盘及平层信号通过PLC输入接口送入PLC，

25、存入存储器并按植入的程序运行，通过PLC的输出接口向拽升机控制系统和门机控制系统发出控制信号其电梯的运行状态和过程在组态王上可以进行仿真运行、实时监测和控制。 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。3.4 PLC 硬件选择和组态选择3.4.1 PLC 硬件选择1输入/ 输出点的估算 :本设计采用PLC和组态构成五层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电 动机拽引拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。电梯的开、关门由另一台电动机 门机拖动，电动机的正转为电梯开门，反转为关门。一层有厢外呼叫按钮K1、厢内呼叫按钮K21以及门限平层开关SQ11二层有厢外呼叫按钮 K2、厢内呼叫按钮K22以及门 限平层开关S

26、Q12三层有厢外呼叫按钮K3厢内呼叫按钮K23以及门限平层开关SQ13 四层有厢外呼叫按钮 K4厢内呼叫按钮K24以及门限平层开关SQ14五层有厢外呼叫 按钮K5厢内呼叫按钮K25以及门限平层开关SQ15电梯开门和关门分别通过电磁铁 KM3和KM4控制，关门到位由行程开关 SQ6检测，开门到位由行程开关 SQ7检测。轿厢 上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行和下行转换按钮 K26 K27,外加电梯在 响应后而无人乘坐电梯是的 K0关门开关。共计输入点20个，输出点11个。謾饱兗争詣繚 鮐癞别瀘。2. 内存容量的估算：用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入 /输出点数、用户的程序编

27、写水平 等因素有关。因此 , 在用户程序编写前只能根据输入 /输出点数、控制系统的复杂程度进 行估算。本系统有开关量I/O总点数有31个，模拟量I/O数为0个。利用估算PLC内 存总容量的计算公式：所需总内存字数=开关量I/O总点数X （1015）+模拟量I/O总点 数X （150250）再按30流右预留余量。估算本系统需要内存容量约为 600B。呙铉們欤谦鸪 饺竞荡赚。综上所述，输入点共有20个、输出点共有11个、内存容量大约600B实验室有可 编程控制器S7-200的PLC224俞入、输出IO为14/10，内存容量为12K。外加扩展16 个IO 口的EM223莫块，即系统共有输入、输出IO

28、为22/18。可满足本设计要求。莹谐龌 蕲賞组靄绉嚴减。3.4.2 组态软件选择组态软件在国内是一个约定俗成的概念， 并没有明确的定义， 它可以理解为“组 态式监控软件”。组态王监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的 工业计算机软、 硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。 它以其逼真再现现 场画面，使控制者在任何时间任何地点均可实时掌控系统每一个细节。 它不但实现对现 场的实时监测与控制，且还在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用， 有利于实验者对现场实时监控 3 。 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。鉴于组态王的优点，本设计采用市场上广泛推广Kin gView6.53来进行电

29、梯控制系统的现场监控。3.5系统的电路设计3.5.1系统的主电路设计根据设计要求，本次设计的电气控制系统主控回路原理图如图3所示。图中M1, M2分别为曳引电机和门电机，交流接触器KM1-KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢 和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1, FR2是起过载保护作用的热继电器，用于电梯运 行过载时断开主电路。FU1、FU2为熔断器，起过电流保护作用 。 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。1IFU二二2UDFP- BSKM20LQGl.L001KM3 h1 定耳曲吕苫*U 1 Z 3BID 1图17电梯上升湘南学院物电系毕业设计五機层艮幵关* Jl+莫拟电梯门电初一正转指示凹啖层恨

30、幵芫匸内咅砧空制面板二魅层限开关虫襟肝门门珂愷生限幵共图18组态王中电梯上升2. 电梯下降仿真见图19和组态画面见图20,图19中I0.7关门门限开关，即电梯 处于关门行车中，10.2动作是2层门厅信号呼叫，Q0.1响应控制电梯下降，Q0.5是电 梯下降显示，Q2.3是显示电梯在第三层。图20中电梯在下行指示时，响应2层门厅呼 叫，电梯下降。电梯反转指示代表电梯下降。鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐。图19电梯下降寸相雨:游I院鏗F糸毕、出飞父乙十s&rr芳向愉事模拟电様门四穩乐腹幵K內邮扌空制面板11弘蝉n门门阿tlWJCfHW楼层取开龙五惶层限廿芙三审层眼廿门二楼层限幵关II毛叽1E将指示电辽艮祷扌旨

31、示图20组态王中电梯下降3. 电梯开门仿真见图21和组态画面见图22,图21中I1.2是第二层的平层信号，Q0.5是电梯下降显示，Q1.0动作控制电梯开门，Q2.2是显示电梯在第二层。图22中电梯在下行指示时，电梯到达二层处于开门状态，模拟电梯开门。榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴01O I 23 4 5图21电梯开门1口 2!OH EEMS23：- o41 jCJ:相南守院物电.乐卡业设汁砸樽关门门書二核层限幵共2_ I五搂辰魄幵关 I四檢层障于羔 J三摆层限幵关电礼正转指云中忙乓转寸旨示模拟电様门血惮歼nn*.jsl.輩岳限幵关内部扌空制面板图22组态王中电梯开门4. 电梯关门仿真见图23和组态画面见24,图23中10.6是门限宽度开关，I1.2 是第二层平层信号，Q0.5是显示电梯下降，Q1.1动作控制电梯关门，Q2.2是显示电 梯在第二层。图24中电梯在二层开门后执行关门动作，模拟电梯门关闭。 逊输吴贝义鲽國鳩犹騙。rsiMATic-57-200图23电梯关门居1T右尙站爭四幡层限幵隹湘南学院物民毕业设计电讥良转扌旨示模拟申.梯门詛讥正转指示业構差门门RI二楼层阻幵黄twjrnnw楼足限开羌三楼层卜艮幵关内部挖制商板图24组态王中电梯关门总结在现代社会和经济活动中，微电子技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速 的发展，电梯已经成为城市