(整理)四层电梯的自动控制系统及模拟系统设计

1、* * *烦I陕西国防工业职业技术学院S X ； T SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕业设计说明书题 目 四层电梯的自动控制系统及模拟系统毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体， 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名： 日期：指导教师签名： 日期： 使用

2、授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分 或全部内容。作者签名： 日 期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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。本人完全

3、 意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名:日期： 年 月1)第一章绪论1.1 课题的研究背景及意义（1）1.2 PLC在电梯控制中的应用以及发展前景（2）第二章系统控制要求（3）第三章四层电梯总体设计方案（4）3.1 总体方

4、案的确定. （5）3.2 设计思想（5）第四章PLC的选型（6）4.1 输入输出（I/O）点数的估算（6）4.2 机型的确定（7）第五章四层电梯系统的设计 （10）5.1 电梯控制模拟系统面板图 .（10）5.2 电动机控制电路图 （10）5.3 PLC外部接线图 （12）5.4 软件设计 （13）第六章 电梯组态监控（15）第八章 结论 .（34）致谢（35）(36)参考文献第一章绪论1.1 课题的研究背景及意义电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺 少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大， 楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出

5、 了更高的要求。电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和 土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代 电梯而言，应具有高度的安全性。在设计电梯的时候，对机械零部件 和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。目前，由可编程序 控制器（PLC）和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发 展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种 电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制 任务，己成为电梯控制的发展方向。总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的 控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的

6、控制设 备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能 不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气 部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在 一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。1.2 PLC在电梯控制中的应用以及发展前景目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。而 PlC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描 的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于 PLC中的内部辅助继电器 及保持继电器等实际上是 PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触

7、点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着 明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更 高。PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控 制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是 电梯控制系统中理想的控制新技术。对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒 适性。止匕外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有 相应要求。随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内， 心理上的压抑感和恐惧感也有所考虑。因此，提倡对电梯进行豪华性 装修，比如：在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象：进而主张电 梯、扶梯应

8、与大自然相协调；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有 变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放电视 节目，乘客可收看天气预报、新闻等。外呼开实物图第二章系统控制要求电梯控制系统是模拟现实生活中的电梯，根据其工作原理制作而 成。该电梯共有四层，有电梯上下行轿箱，上下行指示灯，电梯所在 楼层数码显示和开关门功能。一楼有一个上行外叫按钮，四楼有一个 下行外叫按钮，二楼和三楼均有上行和下行两个外叫按钮，轿箱内有 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

9、，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，下行请求执行完毕后，响应上行请求。开关门 动作在电梯停在该层，该层限位开关接通时才会发生。当电梯到位 时，电梯将发出“叮咚”声响。在电梯超重时，将发出超重报警信 号。该电梯控制系统形象逼真，深受用户好评。四层指示灯三层指示灯二层指示灯 一层指示灯下降层指示灯上升层指示灯PB4PB3PB2PB1第三章四层电梯总体设计方案3.1 总体方案的确定电梯PLC的控制系统和其它类型的电梯控制系统一样，主要由信号控制 系统和拖动控制系统两部分组成.图3-1为电梯PLC控制系统的基本结 构图，主要硬件包括包括PLC主机及

10、扩展、机械系统、娇厢操纵盘、厅 外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等.系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC,存储在存储器并由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，向拖动和门机控制系统发 出控制信号.图3-1 PLC控制系统的基本结构3.2 设计思想电梯信号控制基本由PLC软件实现，电梯信号控制系统如图3-2所示, 输入到PLC的控制信号有：运行方式选择（如自动、有司机、检修、消 防运行方式等）、运行控轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转 编码器光电脉冲、开关门极限为信号、门区和平层信号等.图3

11、-2电梯PLC信号控制系统框图第四章plc的选型4.1 输入输出(I/O )点数的估算本系统控制四层电梯，采用集选控制方式。为了完成设定的控制任 务，主要根据电梯输入/输出点数确定PLC的机型。4.2 机型的确定4.2.1 主控制器的选择目前比较多用的PLC主要有西门子系列，OMRON系歹U,三菱系 列，松下系列等等西门子PLC与之上各PLC相比，西门子PLCT如下优点：(1)配置简单。各种机型均可采用相同配置，简化设备采购和仓库 库存管理。(2)编程方便。(3)系统能非常方便地连接到 PC机监控系统或其他系统如楼宇自 控系统中，根据应用情况，有时可无须增加额外硬件就能实现；增加 适当硬件可接

12、到互联网上。(4)系统外观高档，控制灵活，精确度高；故障率极低，节省维护 成本。综上所述，在本次设计中选用西门子PLC进行过程控制。再结合学院的实验条件以及编程的可操作性和简易型，选用S7-200CN进行编程和仿真调试。S7-200CNCPU1号包括 CPU222CNCPU224CN,CPU226CN 等。S7-200CN针对低性能要求的小型PLC它能够控制各种设备以满 足自动化控制需求，紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7-200成为各种控制应用的理想解决方案。根据电梯控制的要求，电梯应具有内呼和外呼按钮、行程开关、开关门按钮，以及相应的指示灯，估算所需I/O 口的数量，并绘制I/O口

13、分配表，见表4-1。表4-1 I/O 口分配表厅P名 称输入点厅P名 称输出点0一层内呼I0.00一层内呼寸斤Q0.01二层内呼I0.11二层内呼寸斤Q0.12三层内呼I0.22三层内呼寸斤Q0.23四层内呼I0.33四层内呼寸斤Q0.34一层外呼上I0.44一层外呼上指示Q0.45二层外呼下I0.55二层外呼下指示Q0.56二层外呼上I0.66二层外呼上指示Q0.67三层外呼下I0.77三层外呼下指示Q0.78三层外呼上I1.08三层外呼上指示Q1.09四层外呼下I1.19四层外听下指示Q1.110开门开关I1.210电梯上行门Q2.011关门开关I1.311电梯下行门Q2.112一层平层I

14、1.412门电机开Q2.213二层平层I1.513门电机关Q2.314三层平层I2.014电梯上行指示Q2.415四层平层I2.115电梯下行指示Q2.516开门限位I2.216超重指示Q2.617关门限位I2.317警巧Q2.718电梯上升极限位I2.418一层指示Q3.019电梯下降极限位I2.519二层指示Q3.120超重I2.620三层指示Q3.221警报器按钮I2.721四层指示Q3.322激光传感器I3.022第五章四层电梯系统的设计5.1电梯控制模拟系统面板图根据电梯的控制要求，绘出电梯的控制模拟系统面板见下图50X00* 55-1电*肉或锂一霜云出棒内携盗，r号iT- -234

15、-TIA 4* 型:O 0-0000 cdJ电梯界擦嗯号(o 0 0co oj樨平肩、限被镯与国建舜前M网指示什ZV 工上4*L o o o o o o J 电雅桁里 电梯内卷选界指索讨一层内呼二层内呼三层内呼四层内呼一层外呼上二层外呼下0. 52MDC24V一层内呼指示二层内呼指示三层内呼指示四层内呼指示图5-1电梯控制系统的模拟5.3 PLC外部接线图PLC外部接线图见下图5-3,其中包含主控制器 CPU224CNR扩展 模块EM223接线图分为DC输入端和DC输出端。输入端DC24V的负极接公共端1M和2M输入开关的一端接到DC24V勺正极，输入开关的另一端连接到 CPU22喊ME22略

16、输入端。输出端DC24V的正极接L+端。输出负载的一端接到 DC24V的负 极，输入开关的另一端连接到 CPU22喊EM22略输出端。DC24VIN1MID. &1L +ID. 110. 2Q0. 1Q0.210.4 CPU224 QQN时，电梯上行；MK N时，电梯下行。YES .I电梯上行YESYES , . . tI电梯上行IYBSYES一帆梯下降也梯上行I电梯下降图5-1电梯上下行流程图在电梯运行过程中，电梯上升（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，但如果反向外呼梯信号前方向无 其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号。电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如：电梯

17、在一楼，而同时 有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去 四楼响应四层向下外呼梯信号。电梯响应流程图见图5-2图5-2电梯响应流程图当电梯到达系统控制的目标楼层时，控制系统发出开门信号，电梯门开，当门开到开门限位时，计时 3秒钟，然后关门，直到关门限 位产生信号。此过程期间，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关 闭，并且当门关闭动作时，门间来人会使光电传感器产生信号，控制 系统发出开门信号，电梯开关门流程图见图 5-3。图5-3流程图5.4.2 梯形图及注释1 .电梯初始控制由于断电或故障等原因，会使 PLC停止运彳当PLC重新运行时，假 如电梯门未完全打开或关闭时，Q2.

18、3置位有信号，产生关门动作，直 到电梯门完全关闭，Q2.3复位。当电梯未在任意平层时，利用辅助继 电器M1.1,电梯会下降，直到电梯碰触行程开关后停止。Newark 1首次扫描，美门置位SM0.1T II2.2I2,3Q2,3hl-I，I_C1Network 2首次扫描，关门复位Q2.31Network 3初始电梯下行辅助置位11.5TI2012 .报警器及超重控制按下警报器按钮（I2.7）,警报器响（Q2.7）,计时10秒钟（T33）,警报器关门。此系统由电梯载重控制仪控制电梯载重。当电梯超重时（I2.6）,电梯禁止上下运行，并且超重指示灯亮起（Q2.6）。NHwoffc. 5 警报器127

19、T33-1I-II Z I(Q27-I HN elwafk G 答指定时T33IN TON*1000- PTN etwork 7超重指示Q2 6 )3 .内指令信号的登记与消除以2层内呼为例：当按下2层内呼时（I0.1）,若电梯未在2楼平 层时（I1.5） , 2层指示灯亮（Q0.1）,电梯运行至2楼平层，门打开，2 层指示灯灭；若电梯在2楼平层时，指示灯不亮。4 .电梯选层定向辅助在电梯运行过程中，电梯上升（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，但如果反向外呼梯信号前方向无 其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号。电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如：电梯在一楼，而同

20、时有二 层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼 响应四层向下外呼梯信号Network 12 二层外呼下响度MQ4 Q0.2Q0.3Q0.6Q07Q1,0 Q1 1M0.0M0.5Network 13 二层外呼上响应QOlOQ0.4Q0.6MMTNetwork 14 三层外呼下班1成1.0Network 15三三,:卜呼上口可应M0 5qo.o0.1Q0.5Q0.GQ0.75 .外召唤信号的登记与消除以2层外呼下指示灯为例：按下 2层外呼下按钮（I0.5 ）,若电 梯未在2楼平层时（I1.5）,指示灯亮（Q0.5）,当电梯运行至二楼平 层，并且该外呼信号得以响应时，门打开

21、（Q2.2）,指示灯灭；若电梯 停在2楼平层且门未处于打开动作时，按下 2层外呼下按钮，指示灯 亮，电梯门打开，指示灯灭。Network 16 一层外呼上指示灯Q0.4Q0.4Network 17二层外呼下指示灯Q05 )Network 18 二层外乎上指示灯IIQ6QO.ET Ir )H.5Q0.6Network 20 三层外呼上指示灯6 .电梯开关门当电梯达目标楼层时，电梯门打开。以 2层外呼下为例，当按下2 层外呼下指示灯亮时（Q0.5）,并且外呼作得到响应（M0.0）,即M0.0有信号，当电梯运行至 2楼平层时（I1.5 ）,电梯门打开 （Q2.2）。电梯开门到位后，计时 3秒（T34

22、）,电梯门关闭（Q2.3）。电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止 运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。此外当门关闭 时，若门间来人，光电传感器会产生信号，控制电梯门打开。Network 22 开门情况Q00Q2.37.电梯上下行以电梯上行为例：当系统无外呼下响应，即 M0.0和M0.2没有信 号时，若电梯停在3层，当有3层外呼上（Q1.0）、4层外呼下（Q1.1）或 4层内呼有信号（Q0.3）时，电梯将向上运行，辅助继电器M0.4置位，且当四层外呼下或四层内呼有信号时，电梯向上运行（Q2.0）,到达目标楼层时电梯停止。当电梯上行时，上行指示灯亮（Q2,4

23、）;下行时，下行指示灯亮（Q2.5）。9 a1I-此i-II1I-zm oziSHLHKI in口口口国oori q”UT里音斑除 SZ WNNetwork 26 判断是否下行R1M0.5FISOUTTpR18.电梯指层控制电梯楼层位置由行程开关控制。以 2层指示灯为例：若电梯在 2楼平层时（I1.5） , 2层指示灯亮（Q3.1）,当电梯向上运行（Q2.0）,指示灯依然亮着，直到电梯到达 3层平层位置（I2.0）;若电梯在3楼层时，3层指示灯亮（Q3.2）,辅助继电器 M2.1置位，电梯下行时（Q2.1） , 3层指示灯灭，2层指示灯亮，当电梯到达2楼平层时，M2.1复位。二层指示灯hlet

24、workQ2.0三层指示灯辅助NetworkNetwork 35 三层指示灯Netwotk 34 二层指示灯辅助M2 2OUT第六章电梯组态监控6.1 组态动画的设计首先进入MCGS组态环境，根据设计的题目和要就，新建一个组态窗口，将窗口属性的名称改为四层电梯单元的组态监控。如下图：双击打开窗口，打开工具栏，将四层电梯的平面图画在窗口里保 存，如育工作白：工：,新建文件夹 J2S1CG函主控窗口|0理蠡窗口公用户窗口归己实时数据库|匕运行策略|四层电梯前画组卷新建庖口窗口演性下图所示：（注意，在画图时合理布局，以确保在运行时能全面看 到监控过程）：=a-c-GME FIsAJFlLdTlRd回

25、Al府弁向做示如d*按理依事寄q*的 it6.2 组态数据库的建立F面开始建立实时数据库，数据要对应上面组态动画的各各动作，如下图在组态环境下点击实时数据库再点击新增对象加入数据， 将对象属性更改，将名称改为上面各各动作的对应选项，再将动画中 的对象进行动画连接，和实时数据库对应连接。,|ni x|虚工作台二工二、新建文件夹U2S耻心，国主控皆口 。设备窗口|氢用户窗口物实时数据库灯运行策略名字 iQirputETime 据 InputSTime Slnpulllser1 $0lnputUser2类型注春字符型条绫内建数据对象字符型条度内建数据对象字符型系统内建数据对象字符嬖系绫内建数据对象如

26、下图加入实时数据装工作台二工二%班建文件夹,需更工程口一 KGffl主控窗口 设餐窗口弱用户窗口Se实时数据库名字8lnputETime底。三层上升 的三层下降 的四层下降S3 Inputs Time 4 细二层下降 就开始按钮 层目复位按钮 如停止按钮 庆。一层上升 8二层上升 lnpulSTime 物 InputUserl 物 lnputUse2类型注释型型型型整型整型型型型整整S符值值值符值美美美值值符符符字数数数字数开开开数st字字字系统内建数据对象系统内建数据对象系统内建数据对象系境内建数据对象荔增对囊成组增加对象属性6.3 组态脚本程序的建立MCGS的脚本程序是为了实现某些多分支流

27、程的控制及操作处 理，因此只包括了几种最简单的语句：赋值语句、条件语句、退出语 句和注释语句。所有的脚本程序都可以由这四种语句组成，当需要在一个程序行 中包含多条语句时，各条语句之间须用“：”分开，程序行也可以是 没有任何语句的空行。大多数情况下，一个程序只包含一条语句，赋 值程序行中根据需要可在一行上放置多条语句。如下图所示，在窗口中点击运行策略：西工ft白：工；、时甚文件来、孤第工程El主控窗口 |力 陵备督口 |数 用尸窗口 g实时载福阵 tr运行第略|字启艰ffi6 6 ft货贡货动B环略略珞|重型 |洋春启前策喀当系统后就时运行祖山策咯当至统现IE前运行他环嵬略按照慢定的加网循环运行策啮组卷|新建景啮策噫属性然后点击循环策略，弹出如下图所示的窗口:再点击主菜单中的如下图所示:匚|向其坏期0，再双击策略行的最后方框改为脚本程序，打开编辑，如下图所 示：最后打开脚本编辑器，进行程序编写，和实时数据库对应连接, 就可以控制组态动画。脚本程序设计：第七章结论本次设计采用可编程控制器，它是一种数字运算操作的电子系 统，专为工业环境下应用而设计。采用可编程控制器的存储器，用来 在其内部进行逻辑运算。顺序控制、定时、