基于PLC四层电梯控制系统设计毕业论文

目 录

引言…………………………………………………………………………………………………………………………………………......1 摘要………………………………………………………………………………………………………………………………………………1 第一章绪论…………………………………………………………………………………………………………………………… …….2 一可编程控制器简介………………………………………………………………………………………………………… ……2 1.1可编程控制器的定义………………………………………………………………………………………………………….2 1.2 S7-200 Micro PLC 的概述…………………………………………………………………………………………..……….2 1.3可编程控制器的工作原理………………………………………………………………………………………………….2 1.4编程控制器与其它工业比较……………………………………………………………………………………………….3 二、变频器简介………………………………………………………………………………………………………………………..4 2.1变频器的定义……………………………………………………………………………………………………………………….4 2.2变频器的工作原理……………………………………………………………………………………………………………….5 2.3变频器面板按钮功能…………………………………………………………………………………………………………….5 三、传感器简介………………………………………………………………………………………………………………………….6 3.1传感器的定义……………………………………………………………………………………………………………………….6 3.2传感器的分类……………………………………………………………………………………………………………………….6 第二章四层电梯控制系统设计方案论证……………………………………………………………………………………….7 2.1设计方案比较……………………………………………………………………………………………………………………….7 2.2可编程控制器（PLC）的选择……………………………………………………………………………………………….7 2.3 变频器的选择………………………………………………………………………………………………………………………7 第三章硬件设计………………………………………………………………………………………………………………………………8 3.0系统框图……………………………………………………………………………………………………………………………….8 3.1 变频器参数设置……………………………………………………………………………………………………………………8 3.2减速及平层控制………………………………………………………………………………………………………….…………9 3.3 电梯机房里的主要部件……………………………………………………………………………………….………………10 3.4 电梯井道里的主要部件……………………………………………………………………………….………………………11 3.5 轿厢上的主要部件………………………………………………………………………………….……………………………11 3.6 电梯层门口的主要部件…………………………………………………………………..……………………………………12 3.7电梯的安全保护环节…………………………………………………………………………………………………………….12 3.8电梯控制系统操作过程……………………………………………………………….……………………………………….12 3.9电梯控制系统实现的功能…………………………………………………………………………………………………….13 第四章软件设计………………………………………………………………………………..……………………………………………14 4.1：I/O(输入/输出)端口分配…………………………………………………….………………………………………………14 4.2：外部接线图…………………………………………………………………………………………………………………………15 4.3：梯形图…………………………………………………………………………………………………………………………………16 4.4梯形图控制分析………………………………………………………………………………………..…………………………..30 设计心得………………………………………………………………………………………………………….………………………………33 参考文献……………………………………………………………………………………………………………….…………………………33

基于PLC四层电梯控制系统设计

作者 : eb15385960

引

言

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。随着自动控制理论与微电子技术的发展、电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。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。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐步被淘汰，微机控制系统虽智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，备受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。 [关键词]: 电梯 PLC

- 1 -

第一章 绪论

一、

可编程控制器简介

1.1可编程控制器的定义

PLC英文全称Programmable Logic Controller，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，顺序控制，定时，技术与运算操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 1.2 S7-200 Micro PLC 的概述

S7-200系列是一类可编程逻辑控制器(Micro PLC)。这一系列产品可以满足多种多样自动化控制需要，（如图1.2）展示一台S7-200Micro PLC。由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。

图1.2 西门子PLC S7-200外部结构

1.3可编程控制器的工作原理 （一）PLC的工作方式

PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计

算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有按键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，

- 2 -

无按键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行对。当PLC运行时，CPU根据用具按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，在开始下一次扫描；如此周而复始。实际上PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断。通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。 （1） 自诊断

每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括I/O部分、存储器、CPU等，并通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，如果发现异常，则停机并显示出错，若自诊断正常，则继续向下扫描。 (2) 通讯服务

PLC检查是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则惊醒相应处理。 （3） 输入处理

PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入缩存器中写入所有输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区—输入状态映像区中，这一过程称为输入采样，或是如刷新，随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入端有变化，输入映像区的内容也不会改变，变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。 （4） 输出处理

同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区，当程序的所有指令执行完毕，输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行器件工作，这就是PLC输出刷新阶段。 (5) 程序执行

PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区独处输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为I/O刷新。可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称做集中采样、集中输出。 （二）扫描周期

- 3 -

扫描周期即完成一次扫描（I/O刷新、程序执行和监视服务）所需要的时间，有PLC的工作过程可知，一个完整的扫描周期T应为：T=（输入一点时间*输入点数）+（运算速度*程序步数）+（输出一点时间*输出点数）+监视服务时间

扫描周期的长短主要取决于三个要素：一时CPU执行指令的速度；二是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长度。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。现在厂家生产的基型PLC的一个扫描周期大约为10ms，这对于一般的控制系统来说完全是允许的，不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力，这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行。PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲式的，短期的，由于系统响应慢，往往要几个扫描周期才相应一次，多次扫描因瞬时干扰而引起的误动作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对控制时间要求较严格、相应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时还需要采取一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的影响带来的不良影响。 1.4编程控制器与其它工业比较

基于PLC控制的电梯自动控制管理系统，PLC就物理结构来说有丰富的输入输出端，而

从PLC的逻辑结构来看，内部有许多软元件，如输入输出继电器、辅助继电器、状态器、计数器、计时器和数据寄存器及器件所对应的常开常闭接点，方便对电梯上下、召唤信号自动定位、召唤信号自动排序、楼层显示、欠压保护、短路保护、过载保护等； 大所数PLC的编程方式都用梯形图编程、指令表编程和顺序功能图（SFC）编程，特别是梯形图编程方式，方便编写，直观易懂，容易修改。除了运用基本指令可以完成大量工作，功能指令的扩展更为系统开发、调试和维护带来许多便利，本文以梯形图编程方式设计四层电梯自动控制系统，无论从设计到功能分析都是极为方便的。

可编程控制器的原理是在确立了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的。一次循环可分五个阶段，分别为内部处理阶段、通信服务阶段、输入处理阶段、程序执行阶段、输出处理阶段。 二、变频器简介 2.1变频器的定义：

变频器（如图2.1）是利用电力半导体期间的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电动机的启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。

- 4 -

4.4梯形图控制分析

1. 网络1至网络6：当按下召唤按钮I0.0、I0.1、I0.2、I0.3时，对应辅助继电器，M0.0、M0.1和M0.2、M0.3和M0.4、M0.5得电，如果轿厢在呼叫层上方M0.0、M0.1、M0.3接通电梯下行输出Q0.1，反之M0.2、M0.4、M0.5接通电梯上行输出,当电梯开门时,才能将当前呼梯信号清除,只有当前信号有效,轿厢到达时,才能自动开。当有多个呼梯信号同时发生，根据轿厢位置，利用时间继电器，管理轿厢上行或者下行，例如轿厢在二层，一层、三层和四层同时有呼梯，轿厢先去三层四层，最后去一层。

2. 网络7至网络网络18：当按下选层按钮，如果是向上辅助继电器M0.6、M0.7、M1.0、M1.2、M1.3、M1.6接通电梯上行输出，电梯上行；反之M1.1、M1.4、M1.5、M1.7、

- 30 -

M2.0、M2.1接通电梯下行输出，电梯下行。

3. 网络19至网络24:利用时间继电器，将多个同时呼梯信号排序，如果轿厢在三层，这时一层、二层和四层同时有呼梯，通过网络22辅助继电器M2.5先断开网络1的M0.0和网络6的M0.5，然后分别利用时间继电器T41定时1秒、T42定时2秒接通M0.0和M0.5。使轿厢先去二层再去一层最后去四层。

4. 网络25至网络30：当有多个选层信号时，分别利用定时继电器将信号延时输入,起到对选层信号智能逐一执行的作用。例如网络25如果轿厢在二层当去一层、三层/四层时按下时，利用辅助继电器M3.4先断开网络M1.3和网络M1.4输入，利用定时器T46延时5秒钟接通M1.2和M1.3，使轿厢先去一层。

5. 网络31至网络38：当轿厢运行时正好有顺向呼梯信号，电梯运行到呼梯层停止并开门接客，然后继续运行。

6. 网络39至网络40为电梯上行和下行输出。上行和下行互锁，都设有开门、关门、故障、开门限位保护。

7. 网络41至网络45为电梯开门输出，碰到开门限位开关I2.4时电梯停止开门。网络45设有电梯门侧压力传感器输入I1.3，当侧门感受到一定压力时重新将门打开。Q0.4是电铃，与开门输出并联，当门开时电铃同时响。

8. 网络46至网络47是电梯关门过程，当门碰到极限开关I2.4时停止开门，并接通定时器T45定时5秒钟，T45接通关门输出Q0.3，电梯门自动关闭，当碰到关门限位开关I2.5时断开关门输出Q0.3，电梯停止关门。

9. 网络48为电梯的安全保护输入，当任何一个元器件发生故障时，Q1.1会立即被接通得电，并通过Q1.1的常闭触点断开电梯所有的输入输出，使电梯立即停止运行。 10.

网络49是电梯超载保护输入，当电梯超载时发出警告信号，并断开关门输出。

当超载解除时继续执行关门输出。 11.

网络50至网络53是电梯运行显示指示信号输出，用于显示轿厢当前所在楼层。

- 31 -

设计心得

这次毕业设计从开始到结束用力一个多月的时间，非常高兴能够圆满完成。

通过设计由最初对电梯工作过程一窍不通到自己独立设计，渐渐明白了利用PLC就可以实现控制电梯复杂的运行。

在本次设计中学到最多的是电梯的控制过程，比如说当有多个呼层指令发出时，电梯会根据自己的位置最先响应距离自己最近的信号，当运行时再有呼梯信号进来，就先完成当前任务，如果这个呼梯信号在运行方向前方，则到达呼叫层停止，然后再继续运行，实现了控制过程的智能化。节省了电能消耗，在一定程度上保护了环境。

设计中用到了PLC、变频器、压力传感器，通过对PLC为中心编程控制电梯整个运行过程，为了使电梯可靠安全运行，加入了多种保护开关，如拽引机超载保护防止电梯超载，梯门入口安全保护防止关门过程中有东西被夹到，为了让人即使了解电梯运行状况电梯装有楼层显示器、超载报警、电梯到达电铃响铃。通过变频器变频调速，电梯在平层时轿厢速度逐渐减小，并利用“无速停车抱闸”控制方法停止电梯，启动时缓慢启动，使人不感到眩晕、振动大大提高了乘坐电梯的舒适度和安全系数。压力传感器主要用在电梯门侧主要作用是收到压力时及时打开门防止东西被夹到。

刚开始在设计电梯召唤信号时用了两个按钮，即上楼呼梯和下楼呼梯，但后来感觉这样和在轿厢内选层有所重复，并且大大增加编程难度，所以省略了厅外两个召唤信号，改用一个召唤信号，上下楼选层在轿厢内选择，这样也极大的方便了不清楚要去楼层在上还是在下的用户。

设计中用到了变频器这一新时代的产物，由于对变频器的学习几乎没有，所以在图书馆、网上找了许多资料，勉强了解了变频器一些基础知识，但也足够本次设计用了。

本次设计对我们是一个很大的考验，也是一个很大的学习机会，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。原来在我们身边还有许多能够用我们所学的专业知识来解决的问题，这使得我对我学的专业越来越喜欢，并且从理论结合实际中，我可以学到更多。所以这次的课程设计虽然艰难也学到了很多。我也明白了，设计必须建立在实际的基础上。以后要更努力的学习，提高自己。也要多多运用自己所学的知识来运用的实际中，解决实际问题。

- 32 -

致 谢

设计至此，算是告一段落。这次设计要感谢我的设计指导老师张老师，每次遇到问题张老师都会详细帮我分析问题，引导我找到解决问题的方法。在这里衷心的对张老师说声：张老师您辛苦了！

还要感谢学校给了我一个上大学的机会，使我学到了很多有用的知识。还要感谢我的从大一到大三教过我的每位老师。

最后祝愿我们学校以后发展的越来越好！祝愿每位老师身体健康，工作顺利！

[参考文献]：

[1]《西门子S7-200系列PLC应用实例详解》--------化学工业出版社 ｛主编：赵光｝ [2]《西门子S7-200PLC应用100例》-------------电子工业出版社 ｛主编：杨后川｝ [3]《PLC技术应用》---------北京理工大学出版社 ｛主编：白娟娟 郭军｝ [4]《电梯基本原理及安装维修全书》-------机械工业出版社 ｛主编：何峰峰｝

[5]《高性能变频调速及其典型控制系统》------------人民邮电出版社 ｛主编：王占福 谢丽萍｝

- 33 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/a1xd.html