基于s7-200PLC电梯控制设计

绪论1.1电梯的应用与发展1854年，在纽约水晶宫举办的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明－历史上第一部安全升降梯。从那后来，升降梯在世界范畴内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的路程。150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新－手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提高运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。一种半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提高当代人生活质量的承诺。1.2研究背景随着电梯的不停发展，教育业开始了电梯的模拟控制，这是一种高新自动控制技术，规定研制出一种模拟电梯，以供学生探讨和学习PLC的自动控制。模拟电梯的控制是由PLC来实现控制的，能够让学生们在编程的过程中，学会PLC有关的的知识，掌握可编程控制器某些控制。1.3电梯的发呈现状随着计算机技术和电力电子技术的发展，当代电梯已经成为典型的机电一体化产品。电梯含有很高的安全规定，它以零部件的形式出厂，总装配在工地现场进行，通过机械零部件之间的装配和机械装置与土建构造之间的的衔接完毕安装，最后形成电梯产品。精心的制造和安装还不能完全确保无端障运行，其运行可靠性在很大程度上依靠维修保养。因此，电梯的制造、安装和维保不适宜分割。大规模的经济建设特别是蓬勃发展的房地产业给电梯行业开拓了广阔的市场，我国电梯产量达4.5万台，发明了行业发展史上的一种新的高峰，被业内人士称为“第三次浪潮”。现在，中国经济建设需求的各类电梯、几乎全部能够在中国生产。由此可见，一种兴旺的电梯市场已经形成。进入80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。据统计，全世界平均1000人有１台电梯。我国如果要达成这个水准，还需要新装80万台。到那时候，每年仅报废更新就需要６万台。现在房屋建设势头仍然较好，电梯市场供需两旺，前景一片光明。[1，2，3]1.4研究内容-小型模拟电梯的控制随着都市建设的不停发展，高层建筑的不停增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。现在电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完毕电梯信号的采集、运行状态和功效的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功效，拖动控制则由变频器来完毕；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种办法并没有太大的区别。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。PLC的应用涉及PLC硬件和程序设计。本课题是以西门子S7—200PLC三层模拟电梯控制系统为例来解释阐明PLC的。[4，5，6]2电梯PLC控制方面的介绍2.1可编程控制器的介绍可编程控制器，英文称ProgrammableController,简称PC。它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、次序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制多个类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电器控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充足运用了微解决器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简朴指令形式，使顾客程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。顾客在购置到所需的PLC后，只需按阐明书的提示，做少量的接线和简易的顾客程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。[7，8]2.2PLC的工作原理PLC是采用“次序扫描，不停循环”的方式进行工作的。即PLC运行时，CPU根据顾客按控制规定编制好并存于顾客存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐步次序执行顾客程序，直到程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完毕对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。[9，10]2.3PLC的功效和优点2.3.1PLC的功效SIMATICS7-200系列PLC合用于各行各业，多个场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功效使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功效。CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，含有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，含有PPI通讯合同、MPI通讯合同和自由方式通讯能力。S7-200提供了多个功效，使得在编程与控制时更加灵活方便。指令执行速度高。S7-200几乎涉及了普通计算机所含有的种种基本操作指令。例如：变量赋值，数据存储，计数，装载，传输，比较，移位，循环，求补及子程序的调用等。（1）触发中断的信号，能够用软件中断输入信号的上升沿或下降沿，方便对过程事件做出快速的响应。（2）可设定为由时间控制的自动中断，所设定的时间范畴为5MS—255MS（步长为1MS）（3）可由计数器自动触发中断，且含有两种不同的触发方式：计数达成预定值触发和变化计数方向的瞬间触发。2.3.2可编程控制器PLC的优点：（1）可靠性高，抗干扰能力强隔离----PLC的输入、输出接口电路普通都采用光电耦合器来传递信号，这种光电隔方法使外部电路与PLC内部之间完全避免了电的联系，有效的克制了外部的干扰源对PLC的影响，还可避免外部强电窜入内部CPU。滤波----在PLC电路电源和输入、输出(I/O电路中设立多个滤波电路，可有效克制高频干扰信号。在PLC内部对CPU供电电源采用屏蔽、稳压、保护等方法，避免干扰信号通过供电电源进入PLC内部，另外各个输入、输出（I/O）接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的互相干扰。内部设立连锁、环璄检测与诊疗等电路，一旦发生故障，立刻报警。在软件方面采用的重要方法有：设立故障检测与诊疗程序，每次扫描都对系统状态、顾客程序、工作环璄和故障进行检测与诊疗，发现出错后，立刻自动做出对应的解决，以适应恶劣的工作环璄;对顾客程序及动态数据进行电池后备,以保障停电后有有关状态及信息人不会因此而丢失;采用以上抗干扰方法后，普通PLC的抗电平干扰强度可达峰值1000V，脉宽10US，其平均无端障时间可高达30-50万小时以上。（2）程序简朴易学PLC采用与继电器控制线路图靠近的梯形图作为编程语言，它现有继电器电路清淅直观的特点，又充足考虑到电气工人和技术人员的读图习惯，对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识，因此，易学易懂，程序变化也容易修改。（3）功效完善，适应性强现在PLC产品已经原则化、系列化和模块化，不仅含有逻辑运算、计时、计数、次序控制等功效，还含有A/D、D/A转换、算术运算及数据解决、通信联网和生产过程监控等功效。它能根椐实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功效不一的控制系统：既可控制一台单机、一条生产线、以能够控制一种机群、多条生产线；既能够现场控制，以能够远程控制。（4）用简朴，调试维修方便PLC的接线极其方便，只需将产生输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接受输出信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与的输出端子连接，仅用螺丝刀即可完毕全部接线工作。PLC的顾客程序可在实验室摸拟调试，输入信号用开关来摸拟，输出信号能够观察PLC的发光二极管。调试后再将PLC在现场安装通调。调试工作量要比继电器控制系统少得多。（5）体积小、重量轻、功耗低由于PLC的采用半导体大规模集成电路，因此整个产品构造紧凑，体积小、重量轻、功耗低。PLC很容易装入机械设备内部，是实现电一体化的抱负的控制设备。2.4PLC扩展模块与系统扩展2.4.1本地I/O与扩展I/O及其寻址如果对于CPU自带的I/O点数不能满中需求的状况下能够扩展I/O口。同时为了工业需求还能够扩展模拟量模块。你能够将扩展模块连接到CPU的右侧来增加I/O点和模拟量，形成I/O链。对于同种类型的输入输出模6块而言，模块的I/O地址取决于I/O类型和模块在I/O链中的位置。举例来说，输出模块不会影响输入模块上的点地址，反之亦然。表2-1扩展模块2.4.2模拟量扩展模块EM231、EM235两种模块分辨率都是12bit，但都没有采用光电隔离技术，也不是带嵌入式CPU的智能模块。采用光电隔离技术能够实现PLC端的数字电路和现场模拟电路如传感变送电路或电动执行器电路的隔离，提高系统的可靠性和A/D、D/A转换数据的稳定。带嵌入式CPU的智能模块能够在模块内部直接实现信号的数字滤波、限幅、报警等功效，甚至能够对多个温度传感器的温度输入信号直接进行变送和解决235模块是4路模拟量输入和1路模拟量输出的混合型模块。我们做以下配备：CPU224、EM235，则4路模入通道的地址是AIW0、AIW2、AIW4、AIW6，1路模出通道的地址为AQW0。模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功效，优点以下：（1）最佳适应性可合用于复杂的控制场合直接与传感器和执行器相连，12位的分辨率和多个输入/输出范畴能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连，例如EM235模块可直接与PT100热电阻相连。（2）灵活性当实际应用变化时，PLC能够对应地进行扩展，并可非常容易的调节顾客程序。[11，12，13，14]73设计内容3.1总体概要本设计是模拟电梯的控制，用西门子主机来实现，所选主机为SIMATICS7-200系列CPU224PLC。3.2程序的设计电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼喊按钮进行呼喊操作，其操纵内容为电梯运行方向，L1为一层批示、L2为二层批示、L3为三层批示，SQ1—SQ3为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼喊，下降途中只响应下降呼喊，任何反方向的呼喊都是无效的。例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼喊时，必须按三层上升呼喊按钮，电梯才响应呼喊（从一层运行到三层），按三层下降呼喊按钮无效；反之，若电梯停在三层，在一层轿厢外呼喊时必须按一层下降呼喊按钮，电梯才响应呼喊，按三层上升呼喊按钮无效，依这类推。表3-1有关I/O分派83.3电梯控制系统的模拟实验控制面板图3-1模拟实验控制面板93.4程序及过程分析3.4.1过程分析（1）轿厢原停楼层1，楼层3呼喊接通I0.2即接通SQ1，表达轿厢原停楼层1,按SB3，即I0.3接通一下，表达呼喊楼层3，则接通Q0.5，三层呼喊批示灯亮，Q0.4接通，表达电梯上升。过1秒后，Q0.2接通，底层批示灯亮，3秒后，Q0.2断开则底层批示灯灭。I0.2断开即SQ1断开，3秒后Q0.1接通，二层批示灯亮，过2秒后Q0.1断开，二层批示灯灭。又过3秒，达成三层，Q0.0接通，三层批示灯亮，再过2秒，Q0.4断开，上升批示灯灭。（2）轿厢原停楼层为1，楼层2呼喊接通I0.2即接通SQ1，表达轿厢原停楼层为1，按SB2，即I0.4接通一下，表达呼喊楼层2，则Q0.6接通，二层呼喊批示灯亮，Q0.4接通，表达电梯上升。过1秒后，Q0.2接通，底层批示灯亮，3秒后，Q0.2断开，则底层批示灯灭。断开I0.2即断开SQ1，3秒后Q0.1接通，二层批示灯亮，再过2秒，Q0.4断开，上升批示灯灭。（3）轿厢原停楼层1，楼层2、3同时呼喊接通I0.2即接通SQ1，表达轿厢原停楼层1，同时按SB2、SB3即I0.4、I0.3同时接通一下，表达2、3楼层同时呼喊，则Q0.6、Q0.5都接通，二、三层呼喊批示灯亮，Q0.4接通，表达电梯上升。过1秒后，Q0.2接通，底层批示灯亮，3秒后Q0.2断开，则底层批示灯灭。断开I0.2即断开SQ1，3秒后接通I0.1即接通SQ2，1秒后，Q0.1接通，二层批示灯亮，又过2秒后Q0.1断开，二层批示灯灭。断开I0.1即断开SQ2，3秒后Q0.0接通三层批示灯亮，再过2秒后，Q0.4断开，上升批示灯灭。（4）轿厢原停楼层2，楼层1呼喊接通I0.1即接通SQ2，表达轿厢原停楼层为2，按SB1，即I0.5接通一下，表达呼喊楼层1，则Q0.7接通，一层呼喊批示灯亮，Q0.3接通，表达电梯下降。过1秒后，Q0.1接通，二层批示灯亮，3秒后，Q0.1断开，则二层批示灯灭。断开I0.1即断开SQ2，3秒后Q0.2接通底层批示灯亮，再过2秒后，Q0.3断开，下降批示灯灭.S（5）轿厢原停楼层2，楼层3呼喊10接通I0.1即接通SQ2，表达轿厢原停楼层为2，按SB3，即I0.3接通一下，表达呼喊楼层3，则Q0.5接通，三层呼喊批示灯亮，Q0.4接通，表达电梯上升。过1秒后，Q0.1接通，二层批示灯亮，3秒后，Q0.1断开，则二层批示灯灭。断开I0.1即断开SQ2，3秒后Q0.0接通，三层批示灯亮，再过2秒后，Q0.4断开，上升批示灯灭。（6）轿厢原停楼层3，楼层1呼喊接通I0.0即接通SQ3，表达轿厢原停楼层3，按SB1，即I0.5接通一下，表达呼喊楼层1，则Q0.7接通，一层呼喊批示灯亮，Q0.3接通，表达电梯下降。过1秒后，Q0.0接通，三层批示灯亮，3秒后，Q0.0断开，则三层批示灯灭。断开I0.0即断开SQ3，3秒后Q0.1接通，二层批示灯亮，过2秒后Q0.1断开，二层批示灯灭。又过3秒，达终究层，Q0.2接通，底层批示灯亮，再过2秒，Q0.3断开，下降批示灯灭.（7）轿厢原停楼层3，楼层2呼喊接通I0.0即接通SQ3，表达轿厢原停楼层为3，按SB2，即I0.4接通一下，表达呼喊楼层2，则Q0.6接通，二层呼喊批示灯亮，Q0.3接通，表达电梯下降。过1秒后，Q0.0接通，三层批示灯亮，3秒后，Q0.0断开，则三层批示灯灭。断开I0.0即断开SQ3，3秒后Q0.1接通，二层批示灯亮，再过2秒后，Q0.3断开，下降批示灯灭.（8）轿厢原停楼层3，楼层1、2同时呼喊接通I0.0即接通SQ3，表达轿厢原停楼层3，同时按SB1、SB2即I0.5、I0.4同时接通一下，表达1、2楼层同时呼喊，则Q0.7、Q0.6都接通，一、二层呼喊批示灯亮，Q0.3接通，表达电梯下降。过1秒后，Q0.0接通，三层批示灯亮，3秒后Q0.0断开，则三层批示灯灭。断开I0.0即断开SQ3，3秒后接通I0.1即接通SQ2，1秒后，Q0.1接通，二层批示灯亮，又过2秒后Q0.1断开，二层批示灯灭。断开I0.1即断开SQ2，3秒后Q0.2接通，底层批示灯亮，再过2秒后，Q0.3断开，下降批示灯灭。3.4.2程序3.4.3梯形图212223242526272829304总结在这次毕业设计中，感谢***老师在此期间给于我们的细心指导和教诲。在这次设计中使我学到了有很有关与专业知识向关的知识，也对电梯有了一定的认识。首先是对SIMATICS7-200的认识。西门子公司生产的含有很高的性能价格比的微型可编程序控制器（PLC）。由于它含有构造小巧，运行速度高，价格低廉及多功效和多用途等特点，因此在诸多行业中得到了广泛的应用。它虽说只是我们专业课之中的一种很小的一部分，但它去在生产和生活上起着具大的作用。另首先是对电梯控制方面的理解，电梯的软件方面和硬件方面，特别是程序方面的设计，程序的运行过程，让我理解了自动控制技术的先进化，柔性化，系统化。本毕业论文研究了电梯PLC的控制，分析电梯的运行过程的基础上，研究模拟电梯的控制，设计了电梯控制系统的简朴模型，能够使学生们容易得掌握PLC的有关知识和使用方法，培养学生电气等理论知识，掌握PLC控制的基础知识，掌握程序的阅读和编写，掌握独立分析的能力，解决生产实际问题的能力。河北机电职业技术学院毕业设计阐明书5致谢感谢指导老师细心而又耐心的辅导，也感谢各位专业老师提供的意见和见解！在本次毕业设计中，指导老师***老师对我悉心指导，在设计期间协助我收集文献资料，理清设计思路，指导操作办法，并对我所做的课题提出有效的改善方案，这对于我后来的工作和学习都有一种巨大的协助，感谢您！另外，在这次设计过程中，使学到了诸多知识和做人的道理，还有某些课本和学校学不到的知识。本设计能顺利的完毕也归功于各位老师的认真负责，使我们能够较好的掌握和运用专业知识，并在设计中得一体现。时间过得真快，大学时光就这样悄然溜走了，我会把全部老师的教导铭记在心！在此向机电工程系的全体老师表达忠诚的谢意，谢谢你们孜孜不倦的教导，谢谢你们三年来的辛勤栽培！谢谢你们教我的做人的道理！我相信，我一定能够把毕业设计做好，不辜负老师们的寄托！毕业设计中如有不当，请各位老师指正，再次感谢你们！31河北机电职业技术学院毕业设计阐明书参考文献[1]王卫星.可编程控制器原理及应用[M].中国水利水电出版