智能楼宇四层电梯控制

1、济源职业技术学院 毕业设计论文,Company name,My 介绍,Company name,1 课题研究的背景及意义,Company name,1.2课题研究的内容,课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）自动控制电梯系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。 针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。

2、论文的主要内容如下： 首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）作了比较全面的总结和介绍。接着根据电梯的控制要求，设计模拟控制模板，确定PLC所需的输入/输出口的数量，确定PLC的型号。然后设计PLC的外部接线图、流程图等，编写控制程序，最后对编写的电梯控制程序进行仿真和调试。,Company name,2.1电梯系统的主要控制方式,Company name,2 控制系统的选择及PLC的选型,2.2 控制系统的选择 目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。通过对比，来选择此电梯的控制系统。 PLC控制系统与继电器控制系统的比较： 从某种意义上说，PLC是从

3、继电器控制发展而来的。两者既有相似性又有不同之处。下面对两者进行比较见表2-1。 通过PLC与继电器控制系统的比较，可以得出结论：由于PLC控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点，因此，在今后的控制系统中，传统的继电器控制系统被PLC控制系统所代替是大势所趋。,Company name,(1)PLC控制系统与继电器控制系统的比较,表（21）,Company name,(2)PLC控制系统与计算机系统的比较,20世纪60年代，由于小型计算机的出现，有人曾试图用小型计算机来取代当时占统治地位的继电器控制系统，结果未获成，结果却是PLC的出现。通过计算机与PLC本身的工作目的，原理和方式上都

4、存在着较大的差异，其结果比较见下表2-2： 由表2-2得出结论：一般情况下，在工业自动化工程中采用PLC可靠，方便，易于维护。 进入20世纪70年代，采用微处理器的工业控制计算机出现了。它与PLC共同推动着传统工业的技术改造。经过较长时间是实践，人们又发现，PLC与一般的工业控制计算机相比，PLC还是有着较强的优势，其原因是PLC专为在工业环境下的应用而设计，在PLC中采用了如下的硬件和软件措施： 光电耦合隔离和R-C滤波器，有效地防止了干扰信号的进入。 内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。 采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰。具有良好的自诊断功能可对CPU等内部电路进行检测，一旦出错，立即

5、报警。 对程序及有关数据有电池供电进行后备，一旦断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失。 对采用的器件都进行了严格的筛选和简化，排除了因器件问题而造成的故障。,Company name,(2)PLC控制系统与计算机系统的比较,采用了冗余技术进行一步增强了可靠性。对某些大型PLC还采用了双CPU构 成冗余系统，或三CPU构成表决式系统。 随着构成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相应的提高。一般PLC的平均无故障时间可达到几万小时以上。某些PLC的生产厂家甚至宣布，今后生产PLC不再标明可靠性这一指标，因为对PCL来讲这一指标已毫无意义了。经过大量时间人们发现PLC系统在使用中发生的故

6、障大是是由于PLC的外部开关，传感器，执行机构引起的，而不是PLC本身发生的。 另外，PLC程序设计简单，易学，易懂，易维护，更适合于工程技术人员。因此，PLC在工业控制方面获得了极大成功，成为工业控制中的主流。但是必须指出的是：计算机在信息处理方面还是优于PLC，所以在一些自动化控制系统中，常常将两者结合起来，PLC做下位机进行现在控制，计算机做上位机信息处理。计算机与PLC之间通过通信线路实现信息的转换和交换。这样相辅相成，构成一个功能较强的完整的控制系统。 从上边的论述和比较可以看出。由PLC的硬件决定了它的可靠性和控制功能比继电器控制系统高的多，它是专门为工业控制场合设计的，所以他的稳

7、定性也比一般通用计算机要好的多，而且它操作简单灵活，易于实现系统升级和功能扩展，所以在本设计中采用PLC来进行控制。,Company name,(2)PLC控制系统与计算机系统的比较,表（21）,Company name,2.2PLC的定义及特点,由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。在二十世纪七十年代PLC问世后，由美国电气制造商协会(National Electric Manufacturer Association-NEMA)对PLC下过如下的定义：PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对

8、各种机械或生产过程进行控制。 PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点： (1) 可靠性 PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，系统维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。 PLC采用了一系列可靠性设计，如：冗余设计、掉电保护、故障渗断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。 PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，不容易发生操作的失误，可靠性高。,Company name,2.2PLC的定义及特点,(2) 易操作性 操作方便。编程器提供了输入信息的显示，因此，程序的输入直接可以显示。 编程方便。PLC有多种程序设计语言可供使用，对电气

9、技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。 维修方便。PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。 (3) 灵活性 编程的灵活性。PLC采用的编程语有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。 扩展的灵活性。可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。 操作的灵活性。由于设计的工作量、编程的工作量

10、和安装施工的工作量大大减少，操作变得灵活方便，监视和控制变得容易。,Company name,2.3PLC控制系统组成,硬件组成,软件组成,Company name,2.3.1控制系统的硬件组成,编辑器,电源部件,其他外设,微处理器CPU,系 用 统 户 程 程 序 序 储存器,接受现场信号,外设接口,输入部件,I/O扩展接口,输出部件,I/O扩展单元,I/O,扩展单元,驱动,受控元件,图2-1 PLC控制系统的硬件组成图,Company name,2.3.2PLC软件的组成,PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。在系统软件的支持PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，

11、然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。如图2-2是PLC内部工作示意图。 数据I/O数据输入/输出操作有的称为I/O状态刷新。它包括两种操作： 一是采样输入信号（即刷新输入状态的内容）. 二是送出处理结果（即按输出状态表的内容刷新输出电路）。PLC数据 I/O如图2-3所示：,Company name,2.4 PLC的工作原理,(1) 输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态； (2) 执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状念和指令内容进行逻

12、辑运算； (3) 输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。 上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。 为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。 每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断。诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态

13、数据、出错信息送给编程器显示等。处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。 PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作，循环工作扫描。,Company name,示意图,合上电源,I/O和内部继电器清零所有定时器复位,外设接口,I/O扩展单元,公共操作,数据I/O,执行用户程序,执行外设命令,合电源启始操作,错误标志置位 出错灯亮,监控定时器复位T1,检查I/O单元连接,复位时间监视器,检查硬件合用户程序储存器,检 查 合 格,采样输入信号刷新I/

14、O数据更新输出信号,是,监控定时器复位,执行用户程序指令,程序结束,否,服务与外设命令,图2-2 PLC内部工作示意图,故障性质,报警,严重故障,Company name,2.5 PLC电梯控制的优点,Company name,2.6输入输出（I/O）点数的估算,Company name,3 四层楼电梯控制系统设计,3.1电 梯 控 制 模 拟 系 统 面 板 图,Company name,3.2 PLC外部接线图,PLC外部接线图右见，CPU226CN模块。接线图分为D输入端和输端。 输入端DC24V的负极接公共端1M和2M。输入开关的一端接到DC24V的正极，输入开关的另一端连接到CPU2

15、26各端。 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CPU226各输出端。,Company name,3.3流程图,电梯上下行流程图见图3.4。假设电梯停在N（N=1,2,3,4）楼,M楼有信号,M N时，电梯上行；MN时，电梯下行。,停止,2、3、4楼有信号,电梯在1楼,电梯在2楼,1楼有信号,停止,1、2楼有信号,停止,停止,3、4楼有信号,4楼有信号,1、2、3楼有信号,YES,NO,NO,NO,NO,NO,NO,电梯在3楼,电梯在4楼,电梯上行,电梯上行,NO,NO,NO,YES,YES,YES,电梯下降,电梯上行,电梯下降,电梯下降,

16、YES,YES,YES,YES,YES,YES,Company name,电梯响应流程图,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，则电梯响应该信号。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。,电梯上行,优先响应低楼层外呼上或内呼,停 止,电梯下行,停 止,是否有外呼下信号,优先响应高楼层外呼下或内呼,是否有外呼上信号,电梯上升到外呼最高楼层,梯下降到外呼最低楼层,YES,YES,NO,NO,Compa

17、ny name,3.4梯形图,1、 梯内指令登记 如图3.8所示程序中I0.1I0.4为14轿内指令按钮在PLC输入端的地址，M0.1M0.4为PLC内部辅助继电器，表示14楼的梯内指令登记继电器。梯内指令呼梯登记的条件是此时电梯处在正常运行状态，此时按下梯内楼层登记按钮，而且电梯又不在登记的层楼，则该登记即为有效。梯内指令登记消除的条件是当电梯正常运行至登记楼层时，指令登记随即被取消。,Company name,3.4梯形图,2、梯外呼梯登记 如图3.9所示程序中I1.1I1.5为磁感应器在PLC输入端的地址，M0.1M0.4为PLC内部辅助继电器，即为14楼的楼层信号登记继电器，当电梯到达

18、本楼层时，感应器发出信号，进行楼层登记。,Company name,3.4梯形图,3、指层显示 图3.10为指层显示，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,Company name,3.4梯形图,4、上、下楼指令登记 图3.11上、下指令登记，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，而同时

19、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。,Company name,3.4梯形图,4、上、下楼指令登记,Company name,3.4梯形图,4、上、下楼指令登记,Company name,3.4梯形图,5、电梯的开关门运行回路 如图3.12所示程序主要完成电梯的手动开门、手动关门、电梯运行到达目的层站时的自动开门、手动关门、自动延时关门等功能。 电梯的开关门动作有个前提：电梯平层。只有这样，电梯才能开关门，保证乘客的人生安全。电梯平层即电梯的平层感应器发出信号，辅助继电器M1.0得电，这时按开门按钮I2.0，中间继电器M4.2得电，开门继电器

20、M4.3得电，电梯开门；按关门按钮I2.1，关门继电器M4.4得电，电梯关门。当电梯位于本层时，按上呼梯按钮或下呼梯按钮，电梯本层开门继电器得电，电梯开门。当到达平层以后，如果没人按开门按钮，十秒后十秒后中间继电器M4.1得电，开门继电器得电，电梯自动开门，等乘客进入轿厢，一分钟后没人关门，关门继电器得电，梯门关闭。,Company name,3.4梯形图,5、电梯的开关门运行回路,Company name,3.4梯形图,5、电梯的开关门运行回路,Company name,3.5 程序仿真与调试,打开S7-200PLC编程软件SETP-Micro/Win初始界面，新建一个文件，输 入编译通过的

21、程序，并以“电梯控制系统”为文件名进行保存。 （1）设置编辑程序参数；,Company name,3.5 程序仿真与调试,（2）编译程序 用户程序编辑完成后，用CPU的下拉菜单或工具条中的编译快捷按钮对程序进行编译，编译后在显示器下方的输入窗口显示编译结果，并能明确指出错误的网络段，可以根据错误的程序对其进行修改，然后再次编译，一直到编译无误。,Company name,3.5 程序仿真与调试,（3）下载程序 程序编译成功后，单击标准工具条中下载快捷按钮打开文件菜单，选择下载项，弹出对话框，经选定程序块、数据块等下载内容以后，按确认键将选中的内容下载到PLC的存储器中。下载程序过程中出现了如下问题：当下载程序时，发现通信错误。解决方法：根据提示的通信错误，检查电缆及PLC控制器，发现PLC模块的电源开关没有打开，电脑和PLC通过电缆无法进行通信。当打开电源开关后，再次进行下载，用户程序成功下载到了PLC中。,Company name,3.5 程序仿真与调试,（4） 调试程序 当程序已成功下载到PLC中以后，利用编程软件将PLC切换到运行（RUN）模式并进行程序监视，调试过程中出现了如下问题： 当电梯下降时，未到一楼，楼上有人呼梯就直接上去，为下降至一楼，未达到要求的效果，经过分析电梯门的流