基于PLC的四层电梯控制毕业论文

自动控制原理课程设计(论文)设计（论文）题目基于plc，组态王四层电梯控制学院名称专业名称学生姓名学生学号任课教师_

设计（论文）成绩教务处制年月日基于PLC四层电梯控制系统设计四层电梯设计采用西门子S7-200控制，利用软件实现对电梯运行自动控制，大大提高了电梯的可靠性、安全性、快捷性，另外节省了大量外部接线，简化了控制系统结构。另外可以方便的增加或改变控制功能，并便于检修。本设计系从第一章介绍PLC、变频器、传感器开始，先概要的介绍了PLC概念和工作方式，变频器和传感器概念、工作原理以及分类。第二章通过比较设计方案，确定设计方案。第三章合理设置变频器参数，提高运行过程中电梯带来的舒适感，设置电梯井道、轿厢内、电梯层门口的各个部件，设置保障电梯运行时安全保护环节，达到电梯运行安全第一。第四章确定输入输出端口，设计PLC外部接线图，编写梯形图，对梯形图网络解释说明。摘 要随着科学技术的发展，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。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。绪论可编程控制器简介1.1可编程控制器的定义PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，定义：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境中而设计的。它采用一类可编程的控制器，用于其内部存储程序执行逻辑运算，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。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4)适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.2可编程控制器机型的选择为了完成设定的控制任务,主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定PLC的机型。本系统为六层楼的电梯,采用集选控制方式。所需输入/输出点数与内存容量估算如下:1．输入/输出点的估算：采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮K1和指示灯H1，二层有上升呼叫按钮K2和指示灯H2以及下降呼叫按钮K4和指示灯H4，三层有上升呼叫按钮K3和指示灯H3以及下降呼叫按钮K5和指示灯H5，四层有下降呼叫按钮K6和指示灯H6。一至四层有到位行程开关SQ1～SQ4。电梯内有一至四层呼叫按钮K10～K7和指示灯H10～H7；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，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ST1检测，开门到位由行程开关ST2检测。轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。输入点共有14个，输出点共有16个,总共30个。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30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×(10～15)+模拟量I/O总点数×(150～250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约1K字节的内存容量。综合I/O点数以及内存容量，S7—200的CPU226输入，输出点数为24／16，足以满足要求。2.3输入/输出点分配：该系统占用PLC的30个I/O口，14个输入点，16个输出点，具体的I/O分配如表5-1所示。表5-1

I/O分配表序号名

称输入点序号名

称输出点0一层平层I0.00电梯上行记忆Q0.01二层平层I0.11电梯下行记忆Q0.12三层平层I0.22电机正转Q0.23四层平层I0.33电机反转Q0.34内呼一楼I0.44内呼一楼指示Q0.45内呼二楼I0.55内呼二楼指示Q0.56内呼三楼I0.66内呼三楼指示Q0.67内呼四楼I0.77内呼四楼指示Q0.78一层外呼上行I1.08一层外呼上行指示Q1.09二层外呼上行I1.19二层外呼上行指示Q1.110三楼外呼上行I1.210三楼外呼上行指示Q1.211二楼外呼下行I1.311二楼外呼下行指示Q1.312三楼外呼下行I1.412三楼外呼下行指示Q1.413四楼外呼下行I1.513四楼外呼下行指示Q1.514手动开门I2.014门电机正转Q1.615手动关门I2.115门电机反转Q1.716开门限位I2.2

17关门限位I2.3

18电梯上升极限位I2.4

19电梯下降极限位I2.5

2.4

PLC外部接线图本设计的PLC外部接线图如图5-2所示.CPU226CN的传感器电源24V(DC)可以输出600mA电流，通过核算在本设计中PLC容量完全满足要求，CPU226CN的输出继电器触点容量为2A，电压范围为5~30V（DC）或5~250V（AC）。图5-2

PLC外部接线图第三章变频器参数设置及计算3.1变频器参数设置由于采用PLC作为逻辑控制部件，故变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟量。参数设置的原则:(1)为减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环的比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些；(2)为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击;(3)零速一般设置为0HZ；(4)变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入表5-2

安川616G5变频器主要参数设置表3.2变频器自学习功能的应用方法为了使变频器工作在最佳状态，在完成参数设置后，需使变频器对所驱动的电动机进行自学习，而616G5就具有曳引机参数自学习的功能，其方法是:将曳引机制动轮与电机轴脱离，使电动机处于空载状态，然后启动电动机，让变频器自动识别并存储电动机有关参数，变频器将根据识别到的结果调整控制算法中的有关参数。显然，这一组自学习到的参数，是和变频器匹配的最佳参数，使变频器能对该电动机进行最佳控制。3.3VS一616G5变频器的连接图3.4变频器容量计算变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取。设电梯曳引机电机功率为P1电梯运行速度为v，电梯自重为w1，电梯载重为W2配重为W3重力加速度为g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P2:P2=[(W1+W2-W3)g+F1]v其中F1=K(W1+W2-W3)g+＆为摩擦力，＆可忽略不计。电机功率P1，变频器功率P应接近于电机功率P1，相对于P2留有较大裕量，可取P≈l.5P23.5变频器制动电阻参数的计算由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能.带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高.采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果.能耗制动电阻R1的大小应使制动电流I1的值不超过变频器额定电流的一半，即

I1=Uo/R1≤I/2其中Uo为额定情况下变频器的直流母线电压.由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率.第四章四层电梯系统结构框图4.1

电梯开关门流程图电梯开关门流程图4.2

电梯上升下降流程图电梯上升下降流程图4.3外召唤信号登记及消除4.4内指令信号登记及消除点动内呼按钮，信号登记显示。到层信号取消。本系统设一楼为基站，两分钟内无任何操作，电梯自动返回一楼。4.5电梯的平层信号处理4.6选层定向及反向截梯1.轿厢上行2.轿厢下行4.7内指令外召唤信号的保持轿厢的内呼指令与外召唤指令保持信号，用于在有乘坐需要的楼层停车，并自动或手动执行开关门操作。开关门执行一次之后，信号取消。使电梯能够继续响应其他乘坐信号。4.8各楼层停车信号第五章组态仿真5.1上位机软件设计概述组态软件是数据采集监控系统SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。组态王软件是国内第一家较有影响的组态软件开发公司北京亚控科技发展有限公司开发的在国内使用较广泛的软件品牌(更早的品牌多数已经湮灭)。相对于其它组态软件，组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持，也提供多种硬件驱动程序。本文使用的组态王软件的较新版本组态王kingview6.53[20]。1)组态王kingview6.53的主要性能特点。组念王是亚控科技公司自主开发的组态技术软件，其技术在不断的创新中，组态王kingview6.53主要的性能特点简要列举如下：a．画面制作系统：支持无限色和过渡色，使用户轻松构造面无限逼真、美观的画面。并且提供图库、按钮、位图、可视化动画连接向导等功能，使画面设计过程变得简单易行。b．报警和事件系统：分布式报警管理提供多种报警管理功能，还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。c．报表系统：提供一套全新的、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可创建多样的报表，提供报表工具条，操作简单明了。d．控件：支持Windows标准的ActiveX控件(主要为可视控件)，包括Microsoft提供的标准ActiveX控件和用户自制的ActiveX控件；新增三个功能强大的控件，即数据表格控件、历史曲线控件、PID调节控件．e．OPT：开发人员可以从任何一个OPC服务器直接获取动态数据，并集成到组态王中；同时组态王作为OPC服务器，可向其他符合OPC规范的厂商的控制系统提供数据。f．通讯系统：支持远程拨号、支持开发中进行硬件测试、支持网络DDE，实现组态王与excel和vb程序间通过网络进行数据交换。g．安全系统：采用分级和分区保护的双重保护策略，使工程的安全性大大提高。2)组态王系统的结构“组态王”是运行于MicrosoftWindows98，NT、2000和XP版本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。·工程浏览器(PROJMAK)：是一个具有集成开发的环境。在工程浏览器中可以创建工程，并对工程进行管理。可以查看工程的各个组成部分，完成构造数据库、定义外部设备等工作。开发系统(TOUCHMAK)：开发系统是应用程序的开发环境。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。·运行系统(TOUCHMAK)：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TOUCHIVEW中才能运行。TOUCHVIEW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。画面的“开发系统”和“运行系统”由“工程浏览器”调用，且两个系统可以独立于“工程浏览器”工作。3)组态王制作一个工程的一般过程建立新组态王工程的一般过程是：l、设计图形界面(定义画面)2、定义设备3、构造数据库(定义变量)4、建立动画连接5、运行和调试需要说明的是，这五个步骤并不是完全独立的，事实上，这四个部分常常是交错进行的。在用组态王画面开发系统编制工程时，要依照此过程考虑三个方面：·图形用户希望怎样的图形画面?也就是怎样用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设各。·数据怎样用数据来描述工控对象的各种属性?也就是创建一个具体的数据库，此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性，比如温度，压力等。·连接数据和图形画面中的图素的连接关系是什么?也就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控制设备的指令[21]。5.2设计监控画面在组态平台上，创建“四层电梯实验监控”用户窗口。图6-1四层电梯实验监控5.3定义数据变量实时数据库是工程的数据交换和数据处理中心。数据变量是构成实时数据库的基本单元，定义实时数据库也是定义数据变量的过程。定义数据变量之前要定义仿真PLC。图5-2仿真PLC定义图5-3数据变量的定义将离散型变量属性初始值设置为0。内存实型除FM1之外都设置为0，FM1设置为60（门颜色最大填充值），即电梯初始态处于一层，并且开一层的电梯门等待客人呼梯。5.4变量动画连接由图形搭建的的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真是的描述外界的状态变化，达到过程实施监控的目的。第四层门的开放关闭演示。门的关闭开放使用的两个矩形，开放时颜色填充动画从中间向两边填充。即左边的矩形向左填充，右边的矩形向右边填充。图5-4第四层门的开关动画连接图5-5按钮命令连接本设计是仿真设计，故电梯的控制使用的是内存变量。当按下相应按钮时，按照55毫秒的周期被扫描读取。轿厢的移动是一个垂直移动的动画连接，而且需要利用J轿厢内存变量完成在不同的层站中停留。图5-6轿厢移动动画命令5.5应用程序命令本程序初始化似的电梯处于第一层，并开门等待乘客；有内选或呼梯时，启动轿厢前往目标层，能够实现顺向截梯，当条件满足时，反向截梯成功。开门后，延时3秒，使得乘客从容进出；在第2、3层时，关门后延时3秒，等待内选信号；若无任何内选、呼梯信号将前往第一层，并开门，防止有醉酒等情况的乘客困于电梯中。if(\\本站点\一楼按钮==1&&\\本站点\轿厢位置==0)\\本站点\一楼开门=\\本站点\一楼开门-5;if(\\本站点\二楼上==1&&\\本站点\轿厢位置==130)\\本站点\二楼开门位置=\\本站点\二楼开门位置-5;if(\\本站点\二楼下==1&&\\本站点\轿厢位置==130)\\本站点\二楼开门位置=\\本站点\二楼开门位置-5;if(\\本站点\三楼上==1&&\\本站点\轿厢位置==250)\\本站点\三楼开门位置=\\本站点\三楼开门位置-5;if(\\本站点\三楼下==1&&\\本站点\轿厢位置==250)\\本站点\三楼开门位置=\\本站点\三