智能楼宇的PLC控制 - 图文

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目录

摘要 .................................................... 1 绪论 .................................................... 2 第一章 智能楼宇 ......................................... 4

1.1 智能楼宇的简介 ................................. 4

1.1.1 智能楼宇的定义 ............................ 4 1.1.2 智能楼宇系统 .............................. 4 1.1.3 智能楼宇的起源和发展 ...................... 6 1.1.4 智能楼宇的功能 ............................ 6 1.1.5 智能楼宇的优越性 .......................... 7

第二章 硬件分析 .......................................... 8

2.1 PLC简介 ....................................... 8

2.1.1 PLC的定义 ................................ 8 2.1.2 PLC的产生与发展 .......................... 8 2.1.3 PLC的特点 ................................ 9 2.1.4 PLC 的应用领域 .......................... 11 2.1.5 PLC的工作原理 ........................... 12 2.1.6 PLC的编程语言 ........................... 13 2.1.7 西门子S7-200PLC .......................... 14 2.1.8 S7-200的外部接线 ......................... 15

2.2 太阳能电池 .................................... 16

2.2.1 太阳能 ................................... 16 2.2.2 太阳能电池原理 ........................... 16 2.2.3 太阳能电池的发展 ......................... 17 2.2.4 太阳能的安装位置 ......................... 18

2.3 火灾报警器件 .................................. 18

2.3.1 MQ-2简介 ................................ 18 2.3.2 MQ-2相关参数 ............................ 18

第三章 课题设计 .......................................... 19 3.1 电梯 .......................................... 19

3.1.1 电梯的组成 ............................... 19

3.1.2 电梯的主要电气设备 ....................... 21 3.1.3 电梯工作原理 ............................. 22

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3.1.4 控制要求 ................................. 22 3.1.5 I/O点数计算与分配 ........................ 23 3.1.6 开关轿厢门程序分析 ....................... 25 3.1.7 自动选向程序分析 ......................... 26 3.1.8 轿厢内呼和楼层外呼指示程序分析 ........... 28 3.1.9 梯形图 ................................... 28 3.2 住宅区街景照明 ................................ 28

3.2.1 住宅区街景照明简介 ....................... 28 3.2.2 控制要求 ................................. 29 3.2.3 I/O点数计算与分配 ........................ 29 3.2.4 I/O分配表 ................................ 29 3.3 火灾报警系统 .................................... 29

3.3.1 系统简介 ................................. 29

3.3.2 控制要求 ................................. 30 3.2.3 I/O点数计算与分配 ........................ 30 3.2.3 I/O点数计算与分配 ........................ 30

结论 .................................................... 31 参考文献 ................................................ 32 致谢 .................................................... 33 附录1 电梯控制梯形图 .................................. 31 附录2 街景照明与消防报警梯形图 ........................ 31

4/16/2013

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摘要

随着我国经济实力的增强，我们的生活水平有了飞跃似的提高。原先人们对生活的要求就是解决温饱，现在的人们对生活有了很大的要求，但就住来说，人们不但要求有房住还得住的舒服。现在的高层住宅越来越多，住在高层的人们的进出就得靠电梯了，一个好的电梯控制系统会给人们的生活提供更大的便利。夜晚降临，周围一片漆黑，给我们的出行带来不便，利用市电供电照明有些浪费资源，太阳能路灯系统就可使这个问题迎刃而解。我们的生活最重要的还是安全，每年有很多人因火灾而离开这个世界，良好的安全报警系统会为我们的生活提供很大的安全保障。谁能给我们提供这些条件呢？智能楼宇完全可以满足我们的这些要求。本文主要针对西门子S7-200 PLC在智能楼宇的电梯系统、街景照明系统、火灾报警系统中的应用进行研究，通过合理的方法实现PLC在智能楼宇中的应用。

关键字：智能楼宇、PLC、电梯、街景照明、火灾报警

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绪论

随着我国经济的飞速发展，在现代化的城市中，一幢幢高楼拔地而起，在高楼雨后春笋的发展势态下，高楼的管理系统并没有随着发展，还是依靠先前的方法，这与现代化城市的理念不符。除此之外，随着楼层的增加，管理人员所承受的负担也在加重。因此我们需要一种能自动控制楼宇并解放管理劳动力的智能建筑，在此现状下，智能楼宇的概念被提出并逐渐被人们理解、接受、使用。

智能楼宇就是综合计算机、信息通信等方面的最先进技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等协调工作，将建筑物自动化、通信自动化、办公自动化、安全保卫自动化和消防自动化5种功能结合起来的建筑

1984年美国联合科技的UTBS公司在康涅狄格（Connecticut State）州哈伏特（Hartford）市将一座金融大厦进行改造并取名City Place（都市大厦），主要是增添了计算机设备、数据通信线路、程控交换机等，使住户可以得到通信、文字处理、电子函件、情报资料检索、行情查询等服务。同时，对大楼的所有空调、给排水、供配电设备、防火、保安设备由计算机进行控制，实现综合自动化、信息化，使大楼的用户获得了经济舒适、高效安全的环境，使大厦功能发生质的飞跃，从而诞生了世界上第一座智能化楼宇。自此以后，世界上楼宇智能化建设走上了高速发展轨道。

在我国，智能楼宇的发展较慢，但在北京、上海、广州等一线城市已经出现了智能楼宇，而且随着我国房地产业的发展和国家政府的重视，智能楼宇将会在我国告诉发展，相信在不久的将来，我们就会体验到智能楼宇给我们的生活带来全新的景象。

在本次设计中，将对智能楼宇的电梯系统、夜晚街景照明系统、火灾报警系统进行分析设计，所使用的设备就是西门子S7-200 PLC。采用PLC控制有很多优点：

1、可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达3-5万小时。而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；

2、编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；

3、体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积小，重量轻，便于安装。 可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制

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要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。PLC现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其优异的性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。

本文通过对PLC在智能楼宇中的应用的设计，使我们对西门子PLC有更深的了解，同时还要把在学校的所学应用到实际设计中，达到学以致用的目的，同时还要发现自己在PLC应用方面的不足，在以后的工作中不断学习。另一方面还要使我们对智能楼宇加深理解，以后如果能从事智能楼宇的设施维护与维修的话这也算是提前热身。本设计中以八层电梯的PLC控制为主要设计方向，再加入街景照明和火灾报警的PLC控制为辅，构成本设计的主体。由于先前很少接触电梯，所以在设计中还要进行实地探访，去商场、医院等地研究电梯的工作原理，再参考相关书籍和网络文章、资料，力争实现无误控制的目的。

本人水平有限，在设计中有不足处还请老师和同学指正，谢谢！

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第一章 智能楼宇

1.1 智能楼宇的简介

1.1.1 智能楼宇的定义

什么样的建筑才算是智能化楼宇？目前世界上的对楼宇智能化的提法很多，欧洲、美国、日本、新加坡及国际智能工程学会的提法各有不同，其中，日本的国情与我国较为相近，其提法可以参考，日本电机工业协会楼宇智能化分会把智能化楼宇定义为：综合计算机、信息通信等方面的最先进技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等协调工作，实现建筑物自动化（BA）、通信自动化（CA）、办公自动化（OA）、安全保卫自动化系统（SAS）和消防自动化系统（FAS），将这5种功能结合起来的建筑，外加结构化综合布线系统（SCS），结构化综合网络系统（SNS），智能楼宇综合信息管理自动化系统（MAS）组成，就是智能化楼宇。

1.1.2智能楼宇系统

1、建筑设备自动化系统(BA)

即我们所说的楼宇自动化系统，该系统能对建筑物内部的供水、变配电系统进行监控、测量，以保证大楼水电的正常供应，并能通过对空调、外墙照明等系统的综合控制达到节约能源、减轻管理人员劳动强度的效果。该系统以中央处理计算机为中心，对建筑物内部的设备进行时时控制与管理，能够随时按需调整建筑物内部的温度、湿度、照明强度和空气清新度，达到节约能源与人工成本的效果 。从而提供一个舒适、安全的生活和工作环境。我们可以通过BA系统对大楼内的设备进行实时控制把问题消灭在萌芽状态，不至于造成大的问题，与没有(BA)系统相比较，可节约能源百分之五至百分之十五 ，所以BA系统的成本很快就能收回来。

BA子系统: 1、电力供应系统 2、照明系统 3、空调系统 4、给排水系统 5、消防系统 6、保安系统 7、交通系统 8、BAS的集中管理与协调

一般而言，典型的楼宇控制系统一般有以下5部分组成：

（1）中央控制器，位于系统的最顶端，将管理部门的决策引入到监控层的控制决策中，能对整个系统进行优化和管理。

（2）区域控制器，对系统进行监控和在线管理，完成系统的信息共享，实现现场控制器、中央控制器之间的信息传递，数据储存，报警等功能。

（3）现场控制器，具体控制现场设备的装置，接受安装于被控设备上的各种

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传感器、检测装置传达的数据，按照控制内部顶设置的参数和控制程序进行相应的运算，并将控制结果送给现场的执行器，以实现对被控设备进行控制，且随时和区域控制器交换数据，执行区域控制器发出的指令调整参数或者启动有关程序。

（4）传感变送器，对现场各监控点的状态进行检测和传感、变送，并传送给现场控制器。

（5）执行器件，接受控制信号，并调节被控设备 2、通讯自动化系统（CA）

该系统是保证建筑物内语音、数据、图像传输的基础，同时与外部通信网(如电话公网数据网、计算机网、卫星及广电网等)相连，与世界各地互通信息。

通讯自动化系统能向使用者提供快捷、有效、安全和可靠的信息服务，包括语言文本、图形、图像及计算机数据等多媒体的通信服务。

通讯网络系统的内容比如：用语音信箱进行留言、语音应答对一些咨询的客户时时应答。互联网的接入、局域网的构建，可以实现，常用的电子邮件、进行网上购物、网上医疗诊断、参观网上图书馆、可以视频对话节省长途话费等，在大门口可以安装电子显示系统、电视会议系统、同声翻译等现代通讯应具备的先进手段。

3、办公自动化系统（OA）

便是利用先进的信息处理设备，以计算机为中心，采用传真机、复印机、电子邮件（E-mail）、国际互联网局域网等一系列现代化办公及通讯设施，最大限度的提高办公效率、改进办公质量、改善办公环境和条件、缩短办公周期、减轻劳动强度、同时防止减少人为的失误和差错。办公自动化技术将使办公活动向着数字化方向发展，最终实现无纸化办公。

4、火灾报警于消防联动自动化系统（FA）

火灾报警系统在现代智能建筑中起着极其重要的安全保障作用。火灾报警系统是智能建筑中的一个子系统但其又完全脱离其他系统或网络的情况下独立运行和操作，完成自身所具有的防灾和灭火的功能，具有绝对的优先权。通过建筑物内不同位置的烟火控制装置提供的信息进行确认后报警，同时启动火灾联动系统，包括关闭空调、开启排烟装置、启动消防专用梯并且启动消防系统运作、紧急广播疏散人群，从而使得尽可能的减少生命、财产损失。

5、安全保卫自动化系统（SA）

该系统主要是提供不受外界干扰、避免人员受到伤害、财务受到损失的环境，防止不法的事件发生，为大家创造一个安全、便利、舒适的办公和生活环境。

安全保卫自动化系统的子系统：1．闭路电视监控系统2．门禁管理系统3．停车场管理系统4．防盗报警系统5．出入口管理与周界防范系统6．对讲与防盗门控7．背景音乐与紧急广播系统

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1.1.3 智能楼宇的起源和发展

现代社会对信息的需求量越来越大，信息传递速度也越来越快，二十一世纪是信息化的世纪，目前推动世界经济发展的主要是信息技术、生物技术和新材料技术，而其中信息技术对人们的经济、政治和社会生活影响最大，信息业正逐步成为社会的主要支柱产业，人类社会的进步将依赖于信息技术的发展和应用。

近年来，电子技术（尤其是计算机技术）和网络通信技术的发展，使社会高度信息化，在建筑物内部，应用信息技术、古老的建筑技术和现代的高科技相结合，于是产生\楼宇智能化\。 楼宇智能化是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制，对信息资源进行管理，为用户提供信息服务，它是建筑技术适应现代社会信息化要求的结晶。

1984年美国联合科技的UTBS公司在康涅狄格（Connecticut State）州哈伏特（Hartford）市将一座金融大厦进行改造并取名City Place（都市大厦），主要是增添了计算机设备、数据通信线路、程控交换机等，使住户可以得到通信、文字处理、电子函件、情报资料检索、行情查询等服务。同时，对大楼的所有空调、给排水、供配电设备、防火、保安设备由计算机进行控制，实现综合自动化、信息化，使大楼的用户获得了经济舒适、高效安全的环境，使大厦功能发生质的飞跃，从而诞生了世界上第一座智能化楼宇。自此以后，世界上楼宇智能化建设走上了高速发展轨道。

在我国房地产业不断发展的背景下，智能楼宇近几年在我国发展迅速。楼宇智能化的概念已越来越深入人心，各地开发商所开发的智能楼宇项目普遍受到购房者的青睐。上海金茂大厦、环球金融中心等应用楼宇智能化的建筑不断出现，目前智能楼宇在北京、上海、广州、深圳等一线城市高档住宅中应用普遍成为高档物业的新潮流。闭路监控、门禁管理、停车场管理、防盗防灾报警系统等也已经较为常见。智能楼宇在低碳、节能等方面优势突出，为人们的生活带来更多的舒适体验。我国每年新增的建筑面积约为20亿平方米，加之政府对智能楼宇建设规范化、科学化的引导，业内普遍看好智能楼宇的发展。

1.1.4 智能楼宇的功能

从楼宇智能化的功能角度看，楼宇智能化提供的功能应包括：

1.具有信息处理功能，而且信息范围不只局限于建筑物内，应该能在城市、地区或国家间进行。

2.能对建筑物内照明、电力、暖通、空调、给排水、防灾、防盗、运输设备进行综合自动控制。

3.能实现各种设备运行状态监视和统计记录的设备管理自动化，并实现以安全

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状态监视为中心的防灾自动化。

4.建筑物内应具有充分的适应性和可扩展性。

1.1.5 智能楼宇的优越性

和普通建筑相比，智能化楼宇的优越性体系那体现在以下几个方面： 1.具有良好的信息接收和反应能力，提高工作效率。 2.提高建筑物的安全、舒适和高效便捷性。

3.具有良好的节能效果。对空调、照明等设备的有效控制，不但提供了舒适的环境，还有显著的节能效果（一般节能达15～20%）。

4.节省设备运行维护费用。一方面系统能正常运行，发挥其作用可降低机电系统的维护成本，另一方面由于系统的高度集成，操作和管理也高度集中，人员安排更合理，从而使人工成本降到最底。

5.满足用户对不同环境功能的需求。 6.高新技术的运用能大大提高工作效率。

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第二章 硬件分析

2.1 PLC简介

2.1.1 PLC的定义

在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

2.1.2 PLC的产生与发展

第一台PLC的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的响应时间快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成功世界上第一台PLC，型号为PDP-14，投入汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。由于当时开发PLC的主要目的是用来取代继电器逻辑控制系统，所以最初的PLC其功能也仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等功能。

随着微电子技术的发展，20世纪70年代中期出现了微处理器和微型计算机，人们将微机技术应用到PLC中，使它能更多地发挥计算机的功能，不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

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20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

2.1.3 PLC的特点

1、可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2、功能强大，成本低

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合，几乎能满足所有工业控制领域的需要。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

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近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

由于其转为工业应用而设计，所以PLC控制系统中的I/O系统、HMI系统等可以直接和现场信号连接、使用。系统也不需要进行专门的抗干扰设计。所以和其他的控制系统（如DCS、IPC）相比，其成本较低，而且这种趋势还将继续持续下去。

3、控制系统结构简单，适用性强

大部分情况下，一个PLC主机就能组成一个控制系统。对于需要扩展的系统，只要选好扩展模块，经过简单连接即可。PLC扩展模块品种多，可以灵活组成各种大小和不同要求的控制系统。

PLC控制系统实质性的好处是当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只需对程序进行简单的修改，对硬件部分稍作改动即可，而不是像继电气控制系统那样，在一个装配好的控制盘上，对系统进行修改几乎是不可能的事情。同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入/输出组件和应用软件的不同。所以说PLC系统具有极高的柔性，即通用性强。 4、编程方便、易于使用

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

5、设计、施工、调试的周期短，改造方便

用继电器控制完成一项控制工程，首先必须按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器柜的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。因为PLC是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有枪支和仿真的功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

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6、维护方便

PLC的输入/输出端子能够直观的反映出现场信号的变化状态，通过编程工具可以直观的观察控制程序和控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，极大的方便了维护人员查找故障，缩短了对系统维护的时间。

7、体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.1.4 PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1．开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2．模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3．运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

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4．过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5．数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6．通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

2.1.5 PLC的工作原理

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

图2.1 PLC的运行阶段

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1. 输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2. 用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

3. 输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

2.1.6 PLC的编程语言

编程语言是PLC的重要组成部分，PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应用户编程的需要。利用编程语言，按照不同的控制要求编写不同的控制程序，这相当于设计和改变几点起的硬件接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。

PLC共有5种标准编程语言，其中有三种图形语言，即梯形图（LD，Ladder

Diagram）、功能块图（FBD，Function Block Diagram），和顺序功能图（SFC，

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Sequential Function Chart），两种文本语言，即结构化文本（ST，Structured Text）和指令表(IL，Instruction List)。其中梯形图是最早使用的一种PLC语言，也是现在最常用的编程语言。它是从继电气控制系统原理图的基础上演变而来的，它继承了继电气控制系统中的基本工作原理和电器逻辑关系的表达方法，梯形图预计电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别，所以在逻辑控制系统中得到了广泛的使用。它的最大特点就是直观、清晰。

2.1.7 西门子S7-200PLC

S7-200的用户程序中包括了位逻辑、 计数器、定时器、复杂数学运算以及与其 它智能模块通讯等指令内容，从而使它能 够监视输入状态，改变输出状态以达到控 制目的。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。它集成6输入/4输出共10个

数字量I/O点，无I/O扩展能力。拥有6K 图2.2 S7-200PLC 字节程序和数据存储空间，4个独立的30kHz 高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出以及1个RS485通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如： 冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统等。

S7-200PLC有如下特点：

1.功能强大 2.程序结构先进 3.寻址方法灵活方便

4.编程软件功能强大、使用方便 5.简化复杂编程任务的向导功能

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6.强大的通信功能

7.品种丰富的配套人机界面 8.有竞争力的价格 9.完善的网上技术支持

STEP 7-Micro/WIN 32是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学，可用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图三种编程语言编制程序，不同的编程语言编制的程序可以相互转换。STEP 7-Micro/WIN 32提供两套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和国际标准指令集（IEC1131-3方式）。程序编制完成之后，利用PLC与计算机专用的PC/PPI电缆传送程序至PLC。

2.1.8 S7-200的外部接线

图2.3交流电源系统的外部接线

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图2.4直流电源系统的外部接线

2.2 太阳能电池

2.2.1 太阳能

太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。

2.2.2 太阳能电池原理

太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由P区流向N区，电子由N区流向P区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的原理。太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

（1） 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能

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热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

（2） 光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的。

2.2.3太阳能电池的发展

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。

目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。

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2.2.4 太阳能的安装位置

一般我们所见的太阳能电池板都是安装在楼顶的平台上，这个地方是个很理想的安装位置，一是安装空间大，二是不会对居民生活造成干扰。但秉着物尽其用的原则，我们是否还可以在楼宇的其他地方安装电池板？我在自家附近几座新建的小区中发现了一种新的安装方法：将太阳能电池板安装在阳台窗户的下面，太阳能电池板与水平面呈45°夹角。但这种安装方法需要楼房阳台朝向南面向阳处，这也算是此种方法的不足之处。

每家每户都有自己的阳台，人们往往只注重内部利用，却忘了外部空间，这种安装方法充分既利用了空间又使太阳能发电效率有很大的提高。

2.3 火灾报警器件

2.3.1 MQ-2简介

MQ-2是旁热式结构半导体式可燃气体敏感元件，其特点有：广泛的探测范围，高灵敏度，快速响应恢复，优异的稳定性，寿命长，简单的驱动电路等，可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置， 适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测.

2.3.2 MQ-2相关参数

适用气体: 可燃气体、烟雾; 探测范围: 300 to 10000ppm; 特征气体1000ppm异丁烷 灵敏度: R in air/R in typical gas≥5; 敏感体电阻:1KΩ to 20KΩ in 50ppm甲苯 响应时间:≤10s; 恢复时间: ≤30s; 加热电阻: 31Ω±3Ω; 加热电流: ≤180mA; 加热电压: 5.0V±0.2V;

工作条件: 环境温度：-20℃～+55℃;湿度：≤95%RH;环境含氧量：21%. 贮存条件：温度: -20℃～+70℃，湿度:≤70%RH。

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第三章 课题设计

本章主要对西门子S7-200 PLC在电梯，住宅区街景照明，消防报警中的应用进行设计。

3.1 电梯

3.1.1 电梯的组成

电梯是机电合一的大型复杂产品，机械部分相当于人的躯体，电器部分相当于人的神经。机与电的高度合一，使电梯成了现代科学技术的综合产品.对于电梯的结构而言，传统的方法是分为机械部分和电气部分，但以功能系统来描述，则更能反映电梯的特点。下面简单介绍电梯机械部分的结构，而我们的主要目的是怎样来控制它。

图3.1 电梯机械部分结构示意图

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1）曳引系统

曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。 曳引系统主要由曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。 2）导向系统

导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。

导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。 3）轿厢

轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。 轿厢由轿厢架和轿厢体组成。 4）门系统

门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。 门系统由轿厢门,层门,开门机,门锁装置组成。 5）重量平衡系统

系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。

系统主要由对重和重量补偿装置组成。 6）电力拖动系统

电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。

电力拖动系统由曳引电动机，供电系统,速度反馈装置，电动机调速装置等组成。

7）电气控制系统

电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。

电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。 8）安全保护系统

保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生。

由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。

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3.1.2 电梯的主要电气设备

1）曳引电动机：

齿轮曳引系统作为电梯的提升机构，主要由驱动电动机、电磁制动器（也称电磁抱闸）、减速器及曳引轮组成。 2）自动门机

用来完成电梯的开门与关门：电梯的门由厅门（每层站一个）和轿门（只有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门、轿门全部关闭后才允许启动运行（检修状态时，可以在不关门的状态下运行）。 3）层楼指示

层楼指示也叫层显，过去常由低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方；现多由数码管或LED点阵结构组成，与呼梯盒、运行方向指示做成一体结构。 4）呼梯盒

呼梯盒也叫召唤按钮或外呼盒，用以在每层站召唤电梯。常安装在厅门外，离地1m左右的墙壁上。基站与顶站只有一个按钮，中间层站由上呼和下呼两个按钮组成。按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已经被接收并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层开门时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上，常带有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。 5）操纵箱

操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作指令。操纵箱上设有与电梯层数相同的内层选按钮（带指示记），上、下行启动按钮(带上、下行指示记忆灯，检修时用)，开、关门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行还是检修状态）以及风扇、照明等的控制开关。 6）平层及开门装置

该装置由磁铁板和上、下平层感应器1KR、2KR组成。上行时，1KR首先插入隔铁磁板，发出减速信号，电梯开始减速，至2KR插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，2KR首先插入隔磁铁板，发出减速信号至1KR插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号。

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7）停层装置

在电梯的井道内每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电磁所处位置和产生平层信号。

8）安全窗及其开关，安全钳及其开关，限速器及其开关，上、下行限位开关，上、下行强迫停止开关，极限开关

电梯的轿厢顶部开有安全窗，供紧急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不允许运行。安全钳是为防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢挟持在导轨上。限速器时用以检查电梯运行速度的机械装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使电梯停止运行。以上三种装置的动作通过其相应开关来检测。当电梯运行至上、下极限位置时仍不停车，上、下限位开关动作，发出停车信号，若仍不能停车，将压下上、下强迫停止开关，强制电梯停止运行；若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关SQ0动作切断电梯曳引电动机的电源，以达到停车目的，避免电梯出现冲顶与礅底事故。

3.1.3 电梯工作原理

曳引绳两端分别连着轿厢与对重（又称配重），缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中产生偏斜或摆动。常闭式制动器在电动机工作时间松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少发动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的于东方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。

3.1.4 控制要求

所涉及的电梯模型共有八层，电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；1-8所对应的指示灯表示楼层号，每层的楼厅均有输入（分上行和下行）

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按钮召唤电梯。工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，为此它要求具有自动选向、顺向截梯、反向保号，外呼记忆，自动开/关门状态，停梯消号，自动达层等功能。 分析以上控制要求，将电梯控制要实现的功能罗列如下： （1） 开始时，电梯处于任意一层。

（2） 当有外呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运

行，电梯门打开，延时五秒后自动关门。

（3） 当有内呼梯信号到来时，电梯应该响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯

停止运行，电梯门打开，延时五秒后自动关门。

（4） 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）

的呼梯信号均不响应，但如果反向呼梯信号前方无其它内、外呼梯信号时，则电梯相应该外呼信号，但不响应三层向下外呼梯信号。同时，如果电梯达到七层，八层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应七层向下外呼梯信号。 （5） 电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如电梯在一楼，而同时有二层向

下外呼梯，六层向下外呼梯，七层向下外呼梯，则电梯先去七楼响应七层向下外呼梯信号。 （6） 电梯具有同向截车功能。

（7） 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，按开门按钮可使门打开，按关门按钮可使门关闭。

3.1.5 I/O点数计算与分配

根据电梯控制的特点，输入信号应该包括以下几个部分：

（1） 轿厢内及各层门厅外呼按钮

轿厢内的楼层选择按钮共有数字键1-8，各层门厅的外呼按钮除第一层只有上升按钮，第八层只有下降按钮外，其余六层均设有上升、下降两个按钮，故一共需要22个输入。 （2） 位置信号

位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的四个传感器产生。平时为常开，当电梯运行到平层时关闭，另外还有一组开关门限位，故位置信号一共需要10个输入

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（3） 电梯门控制信号

大部分电梯都具有开门按钮以及关门按钮，以方便手动开门，故电梯门控制

信号一共需要2个输入。

综上所述，共需要输入点34个。 输出信号应该包括： （1） 内呼指示信号

内呼指示信号有8个，分别表示1-8层的内呼被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。

（2） 外呼指示信号

外乎信号共有14个，分别表示1-8层的外呼被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。

（3） 电梯轿厢上下行，电梯上下行指示信号，共4个 （4） 门电机开关指示，共需要输出点2个。 综上所述，共需输出点28个。

PLC八层电梯控制系统的输入、输出点分配表如下所示：

表3.1 I/O口分配

输入 一层内呼 二层内呼 三层内呼 四层内呼 五层内呼 六层内呼 七层内呼 八层内呼 一层外呼上 二层外呼下 二层外呼上 三层外呼下 三层外呼上 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 一层内呼指示 二层内呼指示 三层内呼指示 四层内呼指示 五层内呼指示 六层内呼指示 七层内呼指示 八层内呼指示 一层外呼上指示 二层外呼下指示 二层外呼上指示 三层外呼下指示 三层外呼上指示 第24页

输出 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 重庆科创职业学院学院毕业论文

四层外呼下 四层外呼上 五层外呼下 五层外呼上 六层外呼下 六层外呼上 七层外呼下 七层外呼上 八层外呼下 开门按钮 关门按钮 一层平层 二层平层 三层平层 四层平层 五层平层 六层平层 七层平层 八层平层 开门限位 关门限位 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 I4.0 I4.1 四层外呼下指示 四层外呼上指示 五层外呼下指示 五层外呼上指示 六层外呼下指示 六层外呼上指示 七层外呼下指示 七层外呼上指示 八层外呼下指示 电梯上行指示 电梯下行指示 门电机开门 门电机关门 电梯轿厢上行 电梯轿厢下行 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3

综合输入输出点的计算以及要实现的电梯控制功能，使用西门S7-200PLC（CPU226）加一个EM223 CN数字量扩展模块，这样就能完全能够满足设计要求，连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与它左边的模块相连。

3.1.6 开关轿厢门程序分析

1.轿厢门开可分为以下几种情况：

（1） 电梯在一层平层，有一层外呼上指示或一层内呼指示。

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（2） 电梯在二层平层，有二层外呼下指示(电梯选项向下)，二层外呼上指示

(电梯选项向上)或二层内呼指示。

（3） 电梯在三层平层，有三层外呼下指示(电梯选项向下)，三层外呼上指示

(电梯选项向上)或三层内呼指示。

（4） 电梯在四层平层，有四层外呼下指示(电梯选项向下)，四层外呼上指示

(电梯选项向上)或四层内呼指示。

（5） 电梯在五层平层，有五层外呼下指示(电梯选项向下)，五层外呼上指示

(电梯选项向上)或五层内呼指示。

（6） 电梯在六层平层，有六层外呼下指示(电梯选项向下)，六层外呼上指示

(电梯选项向上)或六层内呼指示。

（7） 电梯在七层平层，有七层外呼下指示(电梯选项向下)，七层外呼上指示

(电梯选项向上)或七层内呼指示。

（8） 电梯在八层平层，有八层外呼下指示或八层内呼指示。 （9） 电梯在平层时按下开门按钮。

2.轿厢的门打开后，当符合一定条件时，就应取消它的置位，使其停止开门动作。这些条件应为：

（1） 按下关门按钮，并且同时开门按钮没有按下。 （2） 输出信号门电机关置位，且开门按钮没有按下 （3） 达到开门限位，自动停止开门动作。

3. 开门动作结束后将是5秒钟的延时，然后电梯会自动关门，达到关门限位后，关门动作自动结束。同样，按下关门按钮，电梯也将关门，开门按钮被按下，或有门电机开信号输出，则关门动作取消。

3.1.7 自动选向程序分析

本程序的自动选项功能主要由电梯的上行条件和下行条件两部分组成。

1.电梯满足以下条件时上行：

(1) 电梯在七层，且有七层外呼上指示，八层外呼下指示，八层内呼指示。 (2) 电梯在六层，且有六层外呼上指示，七层外呼下指示，七层外呼上指示，

八层外呼下指示，七层内呼指示，八层内呼指示。

(3) 电梯在五层，且有五层外呼上指示，六层外呼下指示，六层外呼上指示，

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七层外呼下指示，七层外呼上指示，八层外呼下指示，六层内呼指示， 七层内呼指示，八层内呼指示。

(4) 电梯在四层，且有四层外呼上指示，五层外呼下指示，五层外呼上指,

六层外呼下指示，六层外呼上指示，七层外呼下指示，七层外呼上指示，八层外呼下指示，五层内呼指示，六层内呼指示，七层内呼指示，八层内呼指示。

(5) 电梯在三层，且有三层外呼上指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示,

五层外呼下指示，五层外呼上指示，六层外呼下指示，六层外呼上指示，七层外呼下指示，七层外呼上指示，八层外呼下指示，四层内呼指示，五层内呼指示，六层内呼指示，七层内呼指示，八层内呼指示。 (6) 电梯在二层，且有二层外呼上指示，三层外呼下指示，三层外呼上指示，

四层外呼下指示，四层外呼上指示，五层外呼下指示，五层外呼上指示，六层外呼下指示，六层外呼上指示，七层外呼下指示，七层外呼上指示，八层外呼下指示，三层内呼指示，四层内呼指示，五层内呼指示，六层内呼指示，七层内呼指示，八层内呼指示。

(7) 电梯在一层时，无论什么情况均上行；同理，电梯在第八层时无论什么

情况均不上行。

满足以上条件的同时不满足电梯下行条件时，电梯上行。

2.电梯满足以下条件时下行：

(1) 电梯在七层，且有七层外呼下指示，六层外呼上指示，六层外呼下指示，

五层外呼上指示，五层外呼下指示，四层外呼上指示，四层外呼下指示，三层外呼上指示，三层外呼下指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，六层内呼指示，五层内呼指示，四层内呼指示，三层内呼指示，二层内呼指示，一层内呼指示。

(2) 电梯在六层，且有六层外呼下指示，五层外呼上指示，五层外呼下指示，

四层外呼上指示，四层外呼下指示，三层外呼上指示，三层外呼下指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，五层内呼指示，四层内呼指示，三层内呼指示，二层内呼指示，一层内呼指示。

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(3) 电梯在五层，且有五层外呼下指示，四层外呼上指示，四层外呼下指示，

三层外呼上指示，三层外呼下指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，四层内呼指示，三层内呼指示，二层内呼指示，一层内呼指示。

(4) 电梯在四层，且有四层外呼下指示，三层外呼上指示，三层外呼下指示，

二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，三层内呼指示，二层内呼指示，一层内呼指示。

(5) 电梯在三层，且有三层外呼下指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，

一层外呼上指示，二层内呼指示，一层内呼指示。

(6) 电梯在二层，且有二层外呼下指示，一层外呼上指示，一层内呼指示。 (7) 电梯在八层时，无论什么情况均下行；同理，电梯在一层时无论什么情

况均不下行。

3.1.8 轿厢内呼和楼层外呼指示程序分析

1.轿厢内呼较为简单，当按下内呼按钮，内呼指示即置位，达到指定楼层后，电梯门打开，内呼指示取消置位。

2.楼层外呼指示程序则比较复杂，按下外呼按钮，则对应的外呼指示置位，在取消置位时，一层和八层因为只有一种运动方向，因此直接平层后门电机打开就能取消置位。而二、三、四层则不同，因为这三层均有两种运动方向，只有电梯运动方向与外呼运动方向相同时，才能取消置位。

3.1.9 梯形图

见附录1

3.2 住宅区街景照明

3.2.1 住宅区街景照明简介

自古以来人们便对光明有很大的向往，试想我们的生活没有光亮将会变成什么样？一片死寂沉沉的景象。而人们又对黑暗有着本能的抗拒，昼尽夜来的变更是我们无法控制的。如果我们居住的小区里在夜晚降临时也是黑漆漆的景象，那这座小区在夜晚便失去了活力。但如果我们的小区在夜晚也有灯光的话，那便会

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给我们一种温暖温馨的感觉。现代化的小区都装有夜间街景照明设施，但使用的是市电，而且需人工操作，浪费了人力物力。

在本次设计中，我们将太阳能电池与西门子S7-200 PLC结合，形成一套对现有街景照明进行智能控制的系统

3.2.2 控制要求

在白天的时候系统只进行太阳能电池对蓄电池的充电，在夜晚降临时利用蓄电池与逆变器对住宅区街景照明供电，在凌晨的时候又自动停止供电，继续利用太阳能电池对蓄电池充电。具体要求如下：

1、四月至十月，系统只在19:00-04:00工作。 2、十一月至三月，系统只在18:00-07:00工作。

3.2.3 I/O点数计算与分配

1、输入信号：启动开关，停止开关。共计2个输入。 2、输出信号：充电控制线圈，供电控制线圈。共计2个输出

3.2.4 I/O分配表

表3.2 街景照明I/O口分配

输入 启动 停止 I0.0 I0.1 充电 供电 输出 Q0.0 Q0.1 3.3 火灾报警系统 3.3.1 系统简介 一提到火，人们首先想到的是钻木取火，的确，火的出现给我们的生活带来了很大的便利，现在，火已经成为我们生活中不可或缺的一部分。然而火在使用不当的时候就会给我们的生活带来巨大的伤害，每年都有很多人因火灾而死亡。所以，在我们平时使用火的时候要注意安全，一般易发火灾的是一些公共场所，第29页

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包括我们的住宅小区，小区一旦发生火灾，后果十分严重，所以楼宇火灾报警系统就显得尤为重要了。

一般情况下，住宅楼宇发生火灾的原因是液化气或天然气泄露，遇明火而燃烧，如果扑救及时损失就能减到最小。还有一些情况是燃气管道使用了很长时间，有一些地方泄漏气体又不易被人发觉，如果能及时提醒人们，那火灾也就可以避免了。

在本次设计中，我们将用MQ-2型气敏元件与西门子S7-200 PLC结合，设计一套火灾报警系统。由于MQ-2输出的是模拟信号，故需要1个EM231 CN模拟量扩展模块就能满足设计要求。

3.3.2 控制要求

楼道内有燃气泄露或产生大量烟雾时要及时切断燃气供应并打开楼道内的消防喷头，同时还要向楼宇管理人员发出报警信号。

3.3.3 I/O点数计算与分配

1、输入信号：启动开关，停止开关，触发信号。共计3个输入。

2、输出信号：燃气阀门控制线圈，消防喷头电磁阀线圈，警报。共计3个输出。

3.3.4 I/O分配表

表3.3 火灾报警I/O口分配

输入 启动 停止 报警信号 I0.2 I0.3 I0.4 燃气阀门 消防喷头 警报 输出 Q0.2 Q0.3 Q0.4 3.2、3.3梯形图见附录2 （注：电梯使用的是1号PLC，街景照明和火灾报警共用2号PLC。） 第30页

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结论

通过对智能楼宇的PLC控制进行分析、设计，使我对西门子PLC又有了更深一层的了解，得到了宝贵的设计经验，使我能更好的把理论与实践结合起来，在未来的工作中表现出更好的自主学习能力和灵活应变能力。同时在设计过程中又发现了自己相关知识的匮乏，让我找到了自己的不足，为我指明了以后学习的方向。通过实际的软、硬件设计与选择，锻炼了我综合运用所学专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及专业文献翻译等其他方面的能力水平。

本次设计中的难点是电梯的设计，在经过实地观察后，对电梯的运行有了一些了解，通过上网和图书馆查询相关资料，逐渐掌握了用西门子PLC控制电梯的方法。由于电梯是一种机和电的高度统一体，所以对我们机电一体化技术专业的毕业生来说这次设计是一次绝好的锻炼机会。本次设计中对消防报警也采用了PLC控制，其他地方的消防报警往往采用的是单片机进行控制，虽说单片机的成本相对PLC来说小，但就应用来讲，单片机驱动功率小，不及PLC。

本次设计中的不足是没有对电梯的机械部分进行研究，在实地观察中，我发现有些电梯在启动、停止时给人带来很大的超重、失重感，令人很不舒服，而有些电梯在运行时很平稳，这应该与机械传动有关。此外，变频器的选用也会对电梯运行产生影响。这也是本次设计的两个不足之处，在以后的工作中会注重这两方面的学习。发现问题，面对问题，才有可能解决问题，不足与遗憾只会鞭策我更努力向前。

顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。奉献社会，为母校增光！

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参考文献

(1) 王永华，《现代电器控制及PLC应用技术》，2008，北京航天航空大学出

版社。

(2) 廖常初，《PLC编程及应用》，2010，机械工业出版社。 (3) 余雷声等，《电气控制与PLC应用》，2001，机械工业出版社。 (4) 程子华，《PLC原理与编程实例分析》，2007，国防工业出版社。 (5) 何波等，《电气控制与PLC应用》，2008，中国电力出版社。

(6) 张浩风，《PLC梯形图设计方法与应用实例》，2008，机械工业出版社。 (7) 黎连业，《智能大厦和智能楼宇安全防范系统的设计与实施》，2005，北京

清华大学出版社。

(8) 成杰，《智能住宅楼宇建设和管理的探索》，2005，中国科技信息。 (9) 肖景和，《赵键．红外线、热释电于超声波遥控电路》，2003，人民邮电出

版社。

(10)王芳，马幼军，蒋国平，《智能化住宅防盗防火报警系统设计》，2002，机

械工业出版社。

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致谢

长达数月的毕业设计终于结束了，回想整个做毕业设计的经历，是一个不断发现问题、解决问题，努力汲取新知识来丰富自己的过程，让我觉得分外充实。此次毕业设计不仅让我对西门子S7-200PLC有的更深一步的了解，同时也增加了自己的动手实践能力，为以后的工作打下了基础。可以说毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

首先，我要感谢培育了我三年的学校，是她让我在大学生活中不仅学到了学业上的知识，也学到了为人处事的道理，让我的学识和思想都更加成熟，为以后的学习、工作、生活奠定了基础。

本次毕业设计是在我的指导老师王如松的悉心指导下完成的。从论文的选题到论文的完成，无不倾注着老师辛勤的汗水和心血。王老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我受益匪浅。在此，我要向我的指导老师致以最衷心的感谢，感谢老师对我选题的肯定，才能让我在这次毕业设计中可以学以致用，接触到实际应用中的知识。同时，我在这里还要感谢我的同学们，他们也在毕业设计方面给予了我很多帮助和关心。

最后，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意!

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附录1 电梯控制梯形图

1、一至八层内呼及复位

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2、一至八层外呼及复位

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3、电梯轿厢上行

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