基于PLC的电梯控制系统设计毕业设计(论文)

基于PLC的电梯控制系统设计

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：

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注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日

评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第V页教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格3、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日摘要随着现代城市经济建设的飞速发展，我国现有的科技水平已经有了很大的进步，自动化控制的技术水平也有了显著的提高。随着城市现代化水平的提高，高层建筑逐渐取代矮层建筑，电梯的作用越来越大，成为了人们必不可少的代步工具。电梯作为高层建筑运装置，具有速度快、安全性高、操作简单等优点。传统的电梯控制系统采用的是继电器接触控制方式，这种控制系统存在故障率高、维护不方便、耗能比较大、编程繁琐，运行寿命短，占地空间大等缺点。随着科技逐步发展，人们也越来越重视电梯的控制水平，这种控制方式也将要被淘汰。本篇文章将可编程序控制器（PLC）应用于电梯控制系统中，这种方法有着安全稳定、易维护、易编程、抗干扰性强等特点，缩短了电梯的调试周期，降低了电梯能源的损耗。关键词：PLC；电梯系统；STEP7；S7-300TheElevatorControlSystemBasedonPLCDesignABSTRACTWiththerapiddevelopmentofmodernurbaneconomicconstruction,ourcountryexistingtechnologyhashadtheverybigprogress,automaticcontroltechnologyhasimprovedsignificantly.Withtheimprovementofcitymodernizationlevel,high-risebuildinggraduallyreplacelowlayerbuilding,theroleoftheelevatorismoreandmorebig,hasbecomethepeopleindispensableinsteadofwalkingtool.Theelevatorastallbuildingsdevice,withhighspeed,highsafety,simpleoperation,etc.TraditionalelevatorcontrolsystemUSEStherelaycontactcontrolmode,thiskindofcontrolsystemforhighfailurerate,convenientmaintenanceandenergyconsumptionislarger,programtrival,shortoperatinglife,coversanareaofspaceislargeandotherdefects.Withthedevelopmentofscienceandtechnologystepbystep,peoplealsopaymoreandmoreattentiontotheelevatorcontrollevel,thiskindofcontrolmethodwillbeeliminated.Thispaper,programmablecontroller(PLC)wasappliedtotheelevatorcontrolsystem,thismethodhasasafeandstable,easymaintenance,easyprogramming,stronganti-interferencecharacteristics,shortenthedebuggingoftheliftcycle,reducetheelevatorenergyconsumption.Keywords：PLC,elevatorsystem,STEP7,s7-300目录摘要 IABSTRACT II1绪论 11.1课题的意义 11.1.1电梯的定义 11.1.2电梯的发展史 11.2电梯系统的研究现状 21.2.1电梯发展现状及趋势 21.2.2国内电梯发展概述 31.3论文课题研究的内容及章节安排 32电梯的结构原理和硬件选择 52.1电梯的分类 52.2电梯的结构 52.3PLC电梯的硬件选择 72.3.1PLC的定义 72.3.2PLC的基本结构 72.3.3PLC的工作原理 102.4变频器的选型 103基于PLC控制的电梯系统的总体设计方案 113.1PLC电梯控制系统的结构 113.2继电器控制与PLC控制的比较 113.2.1电梯继电器控制的特点及不足 113.2.2PLC应用于电梯控制系统的优点 123.3PLCS7-300的配置选择 123.3.1S7-300的电源模块 123.3.2S7-300的CPU 123.3.3S7-300的通信模块 123.4I/O的分配 134PLC控制系统的设计 154.1PLC编程软件的选择 154.1.1STEP7编程软件的介绍 154.1.2STEP7中的程序块 154.2STEP7创建项目 164.2.1STEP7编程软件界面基本介绍 164.2.2创建项目 164.3STEP7与S7-300PLC的硬件组态 194.4系统程序的设计 214.4.1主程序设计思想 214.4.2程序设计的流程图 214.5电梯系统各部分功能程序的编写 214.5.1平层感应程序 214.5.2电梯运行程序 224.5.3楼层指示程序 234.5.4开关门程序 254.5.5内呼信号登记及消除程序 254.5.6外呼信号登记及取消 274.5.7电梯运行方向的控制程序 304.5.8电梯故障警报程序 315电梯的速度曲线 325.1电梯调速的原理 325.2电梯的速度曲线 325.1.1普通电梯的速度曲线 325.2.2改进之后电梯的速度曲线 335.2.3改进后电梯曲线的数据分析 345.2.4曲线的合理性 35结论 37致谢 38参考文献 391绪论1.1课题的意义1.1.1电梯的定义电梯是一种以电动机为动力的垂直升降装置，装有箱状轿舱，用于高层建筑载人或载货。我们生活中接触到最多的是自动扶梯和垂直升降电梯。自动扶梯就是应用于楼层之间，将踏步板或台阶装在履带上连续运行的升降设备。而垂直升降梯是将箱式轿厢安装在倾斜角小于15°或者是垂直的刚性轨道之间，应用于高层建筑。我们将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。1.1.2电梯的发展史公元前236年的古希腊，一位名叫阿基米德的人设计出一种以人力为驱动动力的卷筒式卷扬机,这就是最原始的电梯，之后该设计被认为是现代电梯的鼻祖。在中国古代人们使用的水井轳辘也是最原始的电梯雏形。时间到了1835年，一种以蒸汽机作为动力的升降机被发明出来，并应用于工厂的生产运输，这就是世界上第一台以蒸汽机为动力的升降机。20年后，美国人奥地斯研究出一种安全装置并且应用到升降机中去。这种装置使轿厢能够保证了乘客客的安全，有效的避免轿厢因为钢丝绳断裂而导致滑梯。到了1889年,由美国奥地斯升降机公司研发，世界上第一部以电动机为动力、采用直流调速系统的升降机正式出现在人们的生活中。它具有体积小、功率大，控制方便等优点。所以人们称之为“电梯”。二战之后，电梯进入发展高潮期，电子技术的发展极大的推动了电梯的发展。1949年应用于纽约的联合国大厦的群控电梯问世。随后几年小型计算机控制的电梯，数控电梯也陆续面向世界。进入80年代后，交流变频调速(VVVF)系统被公认为电梯行业的当代技术。应用微机全面取代继电器控制逻辑实现闭环控制,进一步提高了电梯的性能。电梯的群控系统是现代电梯技术的又一重要组成部分。2000年，深圳出现了IC卡电梯控制系统,IC卡电梯控制器，灵活、智能化地控制了电梯的运行管理。从电梯的发展进程来看，每当电梯研究的发展出现了安全性的突破之后，电梯行业就会进入一个崭新的发展阶段。过去人们注重安全性，现在电梯正向着节能环保方向改进，同时兼顾安全，稳定，舒适等特点。1.2电梯系统的研究现状1.2.1电梯发展现状及趋势电梯作为一种垂直代步交通工具，已经成为人们生活中的重要的工具，尤其是在现代社会，高层建筑逐渐覆盖整个城市。电梯是基于机电一体化的智能控制系统，其中涉及到的技术范围有机械技术、电子技术、电气技术等。电梯的生产量及应用的覆盖范围成为衡量一个国家经济情况、现代化发展化程度的指标之一。如今，世界知名的电梯研发公司主要有美国奥的斯公司、日立公司、日本三菱公司和芬兰科恩等，它们在世界电梯市场有很权威的地位，特别是美国的奥的斯公司，它是世界上最早设计、生产电梯的公司。随着城市经济建设以及科技的飞速发展，人们对于电梯的设计要求也不断提高。电梯采用交流调速技术的方法和形式有很多种，每种都有其特点。提高性能、结构小型化、节约能源、以及控制的智能化、数字化等方面加以改善和提高是电梯未来若干年发展的趋势。（1）电梯控制技术更加智能化、个性化、人性化;采用高位数CPU,增强电梯信号的处理和速度;电梯群控系统中应用模糊逻辑控制,提高了效率和精度;扩展了电梯的很多新的选择功能。（2）电梯拖动技术交流电梯之所以会取代直流电梯，因为其能耗小，维修方便等特点。同时，调压调速及调频调压调速也取代了以前的变级调速。根据研究它的加速度控制更适合乘客的需求。（3）曳引机技术机械加工技术水平的提高,使得有齿轮曳引机由蜗轮蜗杆传动向行星式齿轮传动和高精度硬齿面圆柱齿轮传动发展,有利于减小曳引机体积并且提高承载能力和传动效率,可使其向高速化发展。（4）电梯装饰电梯轿厢采用新的材料,如铝钢复合材料、涂塑钢板、不锈钢板、木材和钢化玻璃等,表面处理使用油漆工艺、喷塑工艺及镶拼贴装工艺等。轿厢的内部结构和照明设计、操纵箱设计和轿厢显示设计等逐渐向时尚发展。（5）电梯安全设计现在城市高层建筑越来越多，电梯已经成为不可替代的交通运输工具。因此，电梯的安全性、稳定性成为了设计者和乘客最为关注的问题。由于现在提倡环保，如何研发即节能又环保的“绿色电梯”也是人们关注的重点。奥的斯电梯公司提出了“电梯全过程绿色化”解决方案。取用绿色环保的节能材料来设计和制造，采用节约资源的的安装方法并且保证安全性。1.2.2早些时期，我国几乎没有生产电梯的实力，全国只有约2000台电梯，解放后，电梯企业逐步发展，后来电梯产业才逐步形成规模。新世纪我国经济迅猛发展，电梯的需求量急剧上升。引进国外知名电梯企业，学习其先进技术，逐渐形成了以中外合资为主体的企业队伍是我国电梯研发的主要方法。近年来，通过学习先进管理方法和技术，不断完善现有产品的结构和管理机制，中国电梯产业得到飞速发展，电梯质量、企业竞争力得到提升并逐步推出研发的新产品。我国的电梯技术水平显然与世界其他发达国家还有一定的差距。目前，节能环保是我国电梯行业发展的方向发展。据资料统计，我国节能电梯的覆盖率很低，可节电到30%以上的无齿轮电梯不到10%，可再生的造能电梯更是不到2%。我国政府提倡降低企业生产能耗，在节能方面给予更多的政策和资金支持。这为发展节能型电梯提供发展平台。与节能相比，用户更看重电梯的安全性。电梯使用的安全技术也在不断提升，双向安全系统正逐步替代安全部件。由于国市场需求量以及国内电梯生产厂商不断提高的技术，中国电梯技术发展正在以迅猛的速度赶超世界先进水平。1.3论文课题研究的内容及章节安排第一章主要介绍了课题研究背景，其中包括：电梯的定义、电梯的发展历史以及国内外电梯行业发展情况第二章前半部分主要描述了电梯的结构原理、电梯的分类、电梯结构组成，后半章介绍了PLC相关的基础知识、基本结构和工作原理，以及本次设计的电梯系统的硬件选型。第三章详细的介绍了本次设计PLC电梯系统的的结构、PLC控制电梯的优势、硬件配置、CPU型号、通信模块、电源模块以及I/O的分配等。第四章介绍了本次设计所使用的编程软件STEP7，以及具体的硬件组态以及编程的详细过程。程序部分将会实现一些电梯的基本功能，如楼层显示、外部呼叫、电梯的上下行等功能。第五章介绍了电梯系统的调速过程曲线以及相关算法。验证了在设计的速度下，电梯运行的合理性。改进了电梯加速度变化率，提高了乘客的舒适度。2电梯的结构原理和硬件选择2.1电梯的分类现在市场上的电梯种类繁多，应用于各行各业，如商场、施工现场、医院、停车场等。有很多种不同的分类方式。根据其功能分为：载货电梯，载人电梯、观光电梯、医用电梯等。根据其驱动方式不同分为四类：液压式电梯、直线式电动机驱动电梯、直流调速电梯、交流调速电梯。根据其速度的不同分为：高速电梯、中速电梯、低速电梯。2.2电梯的结构电梯是基于机电一体化的重要产品之一，因为它具有高效、便捷、安全等特点，成为人们生活中必要的代步工具，被广泛应用于人们的日常生活中。其系统结构组成包括：机械系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全系统。1.机械系统电梯的机械系统由曳引系统、导向系统、轿厢、门系统和重量平衡系统组成的，如图2-1所示。曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮等设备组成了曳引系统。它为电梯轿厢提供动力，来实现电梯的升降功能。导轨,导靴和导轨架构成了导向系统，它的功能是使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动而限制轿厢和对重不偏离轨道。轿厢由轿厢架、轿厢壁、轿厢底、轿厢顶、轿厢门组成。用来装载货物或者载客，是电梯的重要组成部分之一。门系统是由厅门、召唤按钮箱、层楼显示装置、轿门、门机及门锁联动装置组成。是起到防止乘客坠入井道与井道碰撞发生意外，避免乘客受到伤害。重量补偿装置和对重是重量平衡系统的主要组成结构，作用是用来维持电梯正常运行，平衡轿厢重量。2.电力拖动系统曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置是电力拖动系统的重要组成部分。这些装置是控制电梯的主要部分，是电梯动力的来源。3.电气控制系统操纵装置、位置显示装置、控制柜、平层装置、选层器等装置组成了电梯的电气控制系统。PLC控制技术和微机控制技术配合交流变频变压(VVVF)控制技术是目前电梯电气的主要控制技术。整个电梯系统由变频器控制曳引机运行，PLC提供控制信号给变频器。逻辑端各种功能信号由PLC接收并判断运算，然后进行集选控制并且发送输出信号给变频器来实现方向、启动、加速、减速和制动停梯等动作。变频器构成的闭环控制系统对电梯控制系统进行调速控制。4.安全系统安全性是电梯运行系统最为重要的环节。每个电梯系统都设置了很多保护环节如安全钳保护、超载保护缓冲器制停保护、限位保护、光幕保护等。这些系统使得电梯持续运行并且保证了乘客的安全性。图2.1电梯机械系统的结构图电梯控制系统结构如图2.2所示。图2.2电梯控制系统结构框图2.3PLC电梯的硬件选择2.3.1PLC的定义在2003年发布的可编程程序控制器国际标准IEC6113-1中对可编程控制器游标尊的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专门为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术运算等操作的基于用户指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各种各类的机器或过程[1]。”PLC具有较强的抗干扰能力，应用范围广而且适应能力强。可以直接应用于工业环境。PLC是一种工业计算机，采用“面向用户的指令”，编程简单，功能强大易于实现。2.3.2PLCPLC种类很多，但是结构和工作原理基本相同。主要由CPU、电源、存储器和输入/输出接口等组成。其基本结构如图2.3所示。图2.3PLC的基本结构1.中央处理单元PLC的单元（CPU）与一般计算机一样，是PLC的核心，一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接[1]。2.存储器PLC存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。存储器类型有只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）和可擦除可编程的只读存储器（EEPROM）[1]。3.输入/输出单元输入/输出单元包含两部分预备控设备相连接的接口电路和输入输出的影响寄存器。4.电源PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路设备提供5V、±12V、24V等直流电源，整体式的小型PLC一定容量的直流24V电源，供外部有源传感器使用。整体式PLC电源通常封装到机壳的内部，模块式PLC则采用独立的电源模块。5.扩展接口用于连接扩展单元模块或功能模块与基本单元，实现不同功能。6.通信接口建立“人—机”或“机—机”之间联系，实现人机通信功能。电源电源内部处理输入处理（输入传送、远程I/O）通讯服务（外设、CPU、总线服务）更新时钟、特殊寄存器CPU运行方式执行程序输出处理执行自诊断PLC是否正常存放自诊断错误结果错误CPU强制为STOPSTOPYRUNNNY图2.4PLC系统的工作原理结构图2.3.3PLC的工作原理PLC按照集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。工作的过程：上电处理、输入采样、程序执行、输出刷新、出错处理[1]。工作流程如图2.4所示。2.4变频器的选型本设计所使用的变频器为松下VFO系列超小型变频器,型号为BFV00042G。适用电动机输出0.4kW，额定输出电流2.4A，额定输出容量l.0kVA，电源容量1.2kVA。额定输出电压：三相200-230VAC(电源电压比例)。输出频率：频率范围是0.5-250HZ。频率精度为±0.5%。变频器控制方式：高载波频率正弦波PWM控制、V/F控制。电压/频率特性：基底频率为50、60Hz固定设定和45-250HZ任意设定。V/F曲线：固定力矩、降低力矩型式(选择切换)。输出信号：模拟量输出、开路式集电极输出、继电器输出。除此之外该变频器还拥有电流限制、跳闸、防止失速等多项保护措施。3基于PLC控制的电梯系统的总体设计方案3.1PLC电梯控制系统的结构如图3.1所示，信号控制系统和拖动系统组成了PLC电梯控制系统的主体。在输入采样的过程中，映像寄存器接收外部控制信号并存入CPU中，进行逻辑运算，然后发出输出信号至输出映像寄存器中，最后后进行输出刷新,外部设备开始执行指令，向变频器发出上/下行、换速等信号,发出显示信号向楼层显示、呼梯信号灯、运行方向信号灯,向门机发出开/关门控制信号,从而控制电梯系统的运行过程。图3.1PLC电梯控制系统的结构3.2继电器控制与PLC控制的比较3.2.1电梯继电器控制的特点及不足继电器控制的特点：在继电器控制系统中所使用的电子元器件均为常见器件，易于修理或更换而且价格便宜；不需要复杂程序去进行信号处理，依靠硬件即可实现相应功能；平时维护方便，不需要维护人员太复杂的技术水平，线路简单、易懂。继电器控制的不足：系统接线复杂,触点容易损坏,造成接触不良,故障率高;系统的控制功能的扩展性差;由于完全由硬件设备去实现相应功能，动作执行较缓慢；系统的控制精度很难提升;继电器控制电梯系统能耗高,机械噪声大,稳定性差,不符合环保节能要求。3.2.2PLC应用于电梯控制系统的优点随着现代科技的发展，计算机技术、通信技术、PLC控制技术水平的提高,PLC控制电梯的方式以成本较低、安全性高、兼容性好、功能多、开发周期短、扩展性强、维护简单、通讯功能强、运行效率高等优点,逐渐成为现代电梯控制系统的主要方法。3.3PLCS7-300的配置选择3.3.1S7-300的电源模块S7-300系列PLC的电源模块向CPU或拓展单元提供24V电源，然后CPU和拓展单元将其转化为5V电源。按输出容量可分为2A、5A、10A、20A，输入电源可以选择220V或380V，具有电源滤波和输出保护功能，可以与CPU机架分离安装。在本设计中使用：PS30710A，订货号：6ES7307-1KA01-OAAO，负载电源120/230VAC：24VDC/10A。3.3.2S7-300的CPUS7-300系列PLC的CPU从CPU312到CPU319有不同的型号，CPU的功能依次加强，主要区别在于CPU的内存空间、计算速度、通信资源和编程资源[2]。在本设计中使用：CPU313C6ES7，订货号：313-5BE00-0AB0,32KB工作内存;0.1ms/1000条指令;DI24/DO16;集成有AI5/AO2;3路脉冲输出(2.5kHz);3通道计数与测量增量型编码器24V(30kHz);MPI连接器;多排最多可组态31个模块;固化程序V1.0。3.3.3S7-300的通信模块S7-300系列PLC通过通信模块可以使多个相对独立的站点连成网络并建立通信关系。不同的通信协议和服务需要不同的PLC模块支持[3]。本次设计中使用：CP343-1,订货号：6GK7343-1EX21-0XE0,用于工业以太网TCP/IP(带"发送/接收"和"读取/写入"接口)的S7CP，PROFINETIO控制器，PROFINETCBA，长整型数据，UDP，TCP，ISO，S7通讯，路由，无PG式模块更换，10/100Mbps，通过局域网进行初始化，IP多点传送，NTP，DHCP，使用DHCP/FB进行IP组态，固化程序V1.2。3.4I/O的分配根据PLC电梯系统的设计需求，本次设计的输入点有：楼层外部选择、楼层内选、平层感应、开/关门、停车、警报、超载，检修等输入信号，输出点有：接触器、楼层显示、门信号、加速器等输出信号。具体分配如图3.2所示。图3.2I/O口分配表1图3.3I/O口分配表24PLC控制系统的设计4.1PLC编程软件的选择4.1.1STEP7编程软件的介绍是西门子公司开发的自动化入门软件，是应用于SIMATICPLC组态和编程的软件。是西门子公司自动化系统的平台软件。可以对S7-300/400、C7、WinAC及ET200通过编程控制硬件的动作顺序，而达到控制外设的功能。STEP7根据不同的功能和要求开发了不同的版本STEP7Lite、STEP7Basis、STEP7Professional、STEP7升级版。STEP7软件不能够对S7-200系列PLC进行编译。STEP7编程软件支持LAD(梯形图)、STL(语句表)、FBD(功能块图)三种编程语言。通过数据线与外部设备相连接，通过编程器与PLC设备的CPU相连接，用户可以通过STEP7对PLC进行编程以及硬件组态，经过编译运行等过程后，然后下载到CPU中，就可以实现目标动作了[3]。4.1.2STEP7中的程序块在同一个CPU中运行着两种程序，操作系统程序和用户程序。在用户程序中包含不同的程序块，不同类型的程序块功能不同，STEP7中程序部分包含OB、FB、SFB、FC、SFC等逻辑程序程序块，其容量与计数量与CPU类型有关。1.组织块（OB）OB由操作系统自动调用，同时执行编写在组织块中的用户程序，用户程序中有了组织块才可执行，它的作用是调用用户程序。不同的组织块代表不同的的系统功能。通常情况下组织块代码后序号越大优先级越高。2.功能块（FC）作为程序的子程序，将独立的设备单独控制，然后由OB调用，将程序结构化，便于修改调试。也可以作为函数使用。3.函数块（FB）函数块每次被调用都必须为之分配背景数据块，中间逻辑结果必须使用函数的输入、输出借口去存储。很少作为子程序被调用。4数据块（DB）DB用于存储用户数据及程序的中间变量，格式由用户自己定义，数据块中存储的数值掉电保持，占用CPU的存储区。5.系统函数（SFC）与系统函数块（SFB）SFC与SFB是系统固有的功能块，可供用户调用，实现一些相关功能，如时钟、状态指示灯等功能。SFC与SFB的内容和序号不能随意改动。4.2STEP7创建项目4.2.1STEP7编程软件界面基本介绍安装STEP7软件后，双击桌面“SIMATICManager”图标打开软件，进入操作界面。操作界面由标题栏、菜单栏、工具栏、项目窗口栏等部分组成，如图4.1所示。图4.1STEP7软件操作界面4.2.2创建项目双击快捷方式图标，打开STEP软件，显示设置向导窗口如图4.2所示。在创建项目的过程中，我们要完成设置CPU型号、编程语言、设置项目名等步骤。图4.2设置向导界面1.设置CPU设置向导界面弹出后，单击“下一步”，选择“CPU313C”，默认MPI地址2，如图4.3所示。图4.3CPU选型2.单击“下一步”，选择组织块“OB1”，选择语言“LAD”单击“下一步”如图4.4所示。图4.4组织块及语言设置3.单击“下一步”，设置项目名称，单击“完成”，这样设计所需要的项目就创建完成，如图4.5所示。图4.5设置项目名4.3STEP7与S7-300PLC的硬件组态1.项目创建之后，单击“SIMATIC300站点”，然后双击“硬件”，开始S7-300PLC的硬件组态，如图4.6所示。图4.6硬件组态2.打开“硬件”选项之后，在右侧找到“SIMATIC300”单击，选择“Rack300”双击之后主界面出现“Rail”，这样虚拟机箱就安装好了，之后准备开始配置其他硬件[4]3.配置电源，找到“PS-300”选择“PS30710A”。电源要放在机箱的第一层。4.配置接口模块，找到“SM-300”选择相应的信号模块，具体型号参考上一章，安装到第四、五层。5.配置通信模块，找到“CP-300”选择“CP343-1V1.2”，放在第六层。这样本次设计的硬件就配置完成[5]。如图4.7所示。图4.7硬件组态界面图4.8电梯系统程序设计流程图4.4系统程序的设计4.4.1主程序设计思想在本次设计中，程序部分煎药去实现电梯运行的一些基本功能：平层判定、上/下运行信号、楼层内/外呼叫、自动/手动开/关门功能、报警、检修调试等基本功能。应注意，作用相同的按钮并联输入PLC的CPU中。电梯系统结构复杂，编程的过程需要注意程序的模块化，结构化，便于之后系统的调试与维护。将不同功能，不同输出信号分块编辑，然后统一调用。程序之间用中间继电器连接，使程序顺利运行。根据需要添加定时器、计数器、复位线圈等。采用循环扫描的方式，要注意各个功能程序运行的顺序。4.4.2程序设计的流程图根据电梯控制系统的功能以及程序模块化设计思想画出PLC电梯控制系统的程序设计流程图，如图4.8所示。4.5电梯系统各部分功能程序的编写4.5.1平层感应程序如图4.9所示，是电梯系统的平层感应程序，电梯的上平层感应干簧管、下平层感应干簧管和门区感应干簧管感应器触发，上、下行接触器断开，电梯制动停层。图4.9平层感应程序4.5.2电梯运行程序图4.10为电梯运行程序，当电梯上平层感应干簧管超过平层位置,上行接触器接通,电梯继续上行;下行时同理。图4.10电梯运行程序4.5.3楼层指示程序如图4.11所示，是电梯系统的楼层指示程序。楼层指示程序用来控制楼层的显示以及上下行状态指示。当楼层运行到下一楼层之前，要求一直显示上一楼层，当到达指定层时上一状态信号消失，楼层变化信号要连续。电梯运行时上一层信号灯亮，感应干簧管使得平层信号复位，指示灯程序由于自锁，所以一直在工作显示上一层。图4.11电梯系统的楼层指示程序4.5.4开关门程序如图4.12所示，是电梯系统的开关门程序。当开门信号被触发或者处于平层停车状态时，出发继电器信号，门就会自动打开。当电梯处于平层制动状态时门在一段时间后自动关闭。但是当电梯运行时，开门信号将不会被触发。图4.12电梯系统的开关门程序4.5.5内呼信号登记及消除程序如图4.13所示，是电梯系统内呼信号登记及消除程序。当有某楼层被呼叫时，该层的中间继电器线圈被触发，然后上下行接触器得电，电梯运行。当有多层信号被呼叫时，电梯先运行到某一层，然后该层中间继电器信号复位，执行下一层指令。图4.13电梯系统内呼信号登记及消除程序4.5.6外呼信号登记及取消图4.14是电梯外呼信号登记及取消。与内呼信号相似，当外部呼梯信号被触发，电梯开始运行，中间继电器锁存信号。当电梯到达指定楼层，继电器复位。多层信号同时呼叫时，由于中间继电器的作用，会依次到达指定楼层，每到一层，该层继电器复位，呼叫信号消失。图4.14电梯外呼信号登记及取消4.5.7电梯运行方向的控制程序图4.15是电梯运行方向的控制程序。方向控制继电器信号决定了方向输出信号。从而控制接触器实现方向运行的指令。图4.15电梯运行方向的控制程序4.5.8电梯故障警报程序图4.16是电梯故障警报程序。当超载或者电梯运行故障是实现警报功能。图4.16电梯故障警报程序5电梯的速度曲线电梯运行的速度是电梯控制系统的重要指标。对它的控制的指标决定了电梯系统平层停车的精确度。如果电梯运行时加速度太大会影响电梯中的乘客的舒适度，会造成眩晕等不适感。电梯速度曲线是电梯系统设计的重要环节。本章我们将会对电梯运行的速度曲线做详细的研究。5.1电梯调速的原理调整电动机的转速改变电梯运行的速度，来实先对电梯的控制，这就叫做电梯的调速。在我们之前学过的电机拖动基础的课程中，我们知道用变频器改变电源频率和调整定子绕组电压两种方法可以实现对交流调压调速电梯调速控制。根据电机转速公式n=60f(1-s)p，我们了解通过控制转差率，可以控制电梯运行的稳定性，防止电梯超速或者欠速运行[6]。5.2电梯的速度曲线随着现代科技的快速发展，电梯对于人们来说不仅仅只是一种代步工具。人们对于电梯设备的要求越来越高，不仅要考虑到设计的美观性，而且对于乘客的舒适度也有了很严格的要求。当电梯运行时，由于电梯运行时会有加速度，当加速度过大时会对人体的心、肺等内脏器官造成压迫感，会使乘客产生眩晕、反胃等不良反应。所以对于电梯的加速度控制和研究是一项很重要的指标。5.1.1普通电梯的速度曲线普通的电梯运行速度曲线如图5.1所示。图5.1电梯运行速度曲线根据图像我们可以分析得知在变速阶段由于加速度的变化率较大，乘客的身体会引起不适感，为了克服这种情况，我们对电梯速度控制进行调整。5.2.2改进之后电梯的速度曲线图5.2所示，改进后电梯运行的速度曲线。由图像我们可以看出AB段是改进后电梯的启动加速阶段，BC段是电梯在额定速度下正常运行，CD段是电梯减速制动阶段。加速启动阶段与减速制动阶段的图像是对称的。图5.2改进之后电梯的速度曲线5.2.3改进后电梯曲线的数据分析改进后的曲线启动加速阶段是由两段曲线和一条直线构成的，是一个中心对称图形，线段NM与曲线AN、MB相切，同理可知减速制动阶段的图像，与AB段相对称。1.在启动加速阶段前期（AN段）速度表达式： （5.1）加速度表达式： （5.2）速度变化率表达式： （5.3）2.在启动加速阶段中期（NM段）速度表达式： （5.4）加速度表达式： （5.5）速度变化率表达式： （5.6）3.在启动加速阶段后期（MB段）速度表达式： （5.7）加速度表达式： （5.8）速度变化率表达式： （5.9）根据图像对称性： （5.10）我们设定电梯行驶速度，人体可承受加速度为，加速度变化率为。由之前的公式可推导代入数值，由图像可以知道曲线是对称的，代数计算，得，；，；，；所以减速方程同理可推。5.2.4曲线的合理性由于，曲线是一段光滑的曲线。电梯加速时运行的距离： （5.11）由于对称性可知减速时运行相同距离。一般楼层高度约2~3米，所以将电梯运行额定速度设置在1.2m/s是合理的。在之前的计算中我们知道，加速度的变化率见效的幅度很大，因此可以提高人体的舒适度。结论在现代城市生活中，电梯成为了人们生活中不可或缺的代步设备。在早期电梯以人力为动力发展成为以电能为主要动力的机电一体化装置，后来继电器控制被PLC控制的方式所取代。由于现代化电梯的高效性、安全性等特点逐渐覆盖于整个城市。在开篇本文介绍了电梯的发展史以及国内外电梯系统的情况。详细介绍了电梯的基本结构。在论文的中部，我们介绍PLC的一些基本知识，以及s7-300在本次设计中的硬件选型。设计部分的主要思路是基于PLC的S7-300型号设备下开发的。通过STEP7软件我们进行设计的硬件组态、程序编写等步骤。在硬件组态过程中我们要注意输入输出信号的分配，要结构化、清晰化，便于以后的程序编写及调试。程序的编写主要实现电梯的平层判定、开/关门程序、楼层显示、启动/停止程序、楼层内/外呼程序、选层定向以及故障警报等电梯控制系统的基本功能。在程序设计完成之后，打开模拟器进行程序的运行以及调试。通过本次毕业设计，熟练的掌握了STEP7软件的应用以及PLC的相关知识。锻炼了我的创新能力以及将理论结合到实际应用中的能力。电梯控制系统随着科技的发展，将会拓展更多的功能，将会更加智能化，人性化、多元化、高效化。致谢本次设计是在吴丽娟老师的耐心指导下完成的。在本次毕业设计期间，吴老师细心的为我讲解相关的知识点，在论文创作过程中她仔细的为我查缺补漏。吴老师诲人不倦的教学态度深深地感染我，让我对PLC的应用产生了兴趣。在这期间我对PLC及先关知识有了深刻的理解、熟练地掌握了相关编程软件，在她的帮助下我终于完成了这篇论文。在设计即将完成之际，对吴老师表达由衷的谢意！感谢本篇论文引用资料的各位作者！感谢学校为我们提供了良好的学习环境以及提供线管的实验设备！感谢同组同学在设计过程给予的帮助！感谢参与答辩的各位老师，感谢你们在百忙之中阅读这篇论文并提出宝贵意见！参考文献[1]王永华,现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社．2013：112-120.[2]刘伟.基于西门子S7-300PLC的虚拟电梯设计[D].山东：中国海洋大学,2009.[3]崔坚,赵欣,任术才.西门子S7可编程控制器——STEP7编程指南[M].北京：机械工业出版社.2009：132-145.[4]陈佳龙.基于PLC的八层电梯模型控制系统设计与实现[D].内蒙古：内蒙古大学，2012.[5]MathiasSchreyer.SystematicsoftwaredesignforPLCoperatedautomationsystems[M].HongKongUniversityofScienceandTechnology，2001.5.[6]刘启新，电机与拖动基础[M].北京：中国电力出版社.2012：87-92.

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：

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指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□