基于S7-200 PLC的四层电梯控制系统设计

长 沙 理 工 大 学 课程设计报告

课程： 电气控制与PLC课程设计 题目：基于S7-200 PLC的四层电梯控制系统设计

电气与信息工程学院 院 工业电气自动化 专业 1301 班 任务起止日期： 2016 年 1 月 4 日至 2016 年 1 月 9 日

学 生 姓 名： 陈能刚 学 号： 201351050114 指 导 老 师： 贺勇，朱豆，刘铮，何青，阙建荣

目录

题目：基于S7-200 PLC的四层电梯控制系统设计 ....................................................................... 0

1课题研究背景及意义 ............................................................................................................ 2 2控制电路系统设计 ................................................................................................................ 3

2.1电源电路，电机主电路 ............................................................................................. 3 2.2原理简要说明 ............................................................................................................. 4 2.3流程图 ......................................................................................................................... 4

2.3.1电梯上下行流程图 .......................................................................................... 4 2.3.2电梯响应流程图 .............................................................................................. 4 2.3.3电梯开门流程图 .............................................................................................. 5 2.4控制面板 ..................................................................................................................... 5 3 系统硬件设计 ....................................................................................................................... 6

3.1 PLC的基本结构 .......................................................................................................... 6 3.2 PLC系统与继电器系统比较 ...................................................................................... 6

3.21电梯继电器控制的优点 ................................................................................... 6 3.22继电器控制电梯的缺点 ................................................................................... 6 3.3PLC控制电梯的优点 ................................................................................................... 7 3.4可编程控制器机型的选择 ......................................................................................... 8

3.4.1 I/O点数估算.................................................................................................... 8 2.4.2 内存容量的估算 ............................................................................................. 8 3.5 I/O口分配表 ........................................................................................................... 9 3.6机型选择 ..................................................................................................................... 9 3.7 I/O点接线图............................................................................................................. 10 4系统软件设计 ...................................................................................................................... 11

4.1PLC编程语言 ............................................................................................................. 11 4.2 梯形图 ...................................................................................................................... 11

4.2.1 门厅上行呼叫信号 ....................................................................................... 11 4.2.2门厅下行呼叫信号 ........................................................................................ 12 4.2.3轿厢内选层信号 ............................................................................................ 12 4.2.4楼层位置显示信号 ........................................................................................ 13 4.2.5楼层呼叫选层综合信号 ................................................................................ 14 4.2.6上下行辨别控制信号 .................................................................................... 15 4.2.7 开门控制 ....................................................................................................... 15 4.2.8关门控制 ........................................................................................................ 16 4.2.9停止信号 ........................................................................................................ 16 4.2.10升降电动机控制 .......................................................................................... 18

5.结语...................................................................................................................................... 18 6.参考文献 .............................................................................................................................. 19 7附录：四层电梯控制总梯形图 .......................................................................................... 19

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基于S7-200 PLC的四层电梯控制系统设计

陈能刚（长沙理工大学，湖南，长沙410114）

摘要：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，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，本文重点介绍了S7-200 PLC对四层电梯的控制系统的设计。

关键词：四层电梯，S7-200 PLC控制

1课题研究背景及意义

电梯是一种特殊的垂直运输工具，都市人们的日常生活已经越来越离不开它。现在随着我国经济的高速发展，高楼处处可见，而高楼的主要运输工具都是电梯，所以接触电梯的人也越来越多，且随时影响人们的工作、生活、学习。因此人们对电梯的安全性，稳定性也越来越高。

随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，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：继电路控制系统(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、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，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但抗扰性差，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制，还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大，而且一般维修人员难以掌握其维修技术。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，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，所以PLC控制系统的出现解决了机械系统的各种缺点，目前广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。

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2控制电路系统设计

2.1电机主电路

根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1--KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。

图2-1 电机主电路图 图2-2继电器控制接触器线路图

由PLC输出控制继电器，从而控制交流接触器，达到使PLC输出控制KM1-KM4 的接触，实现电机的正反转控制。

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2.2原理简要说明

电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿箱内设有楼层内选按钮S1～S4，用以选择需停靠的楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示、L4为四层指示，SQ1～SQ4为到位行程开关。具体如下： （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3S后自动关门。

（3）当有内呼梯信号到来时，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3S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。

（5）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。 （6）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，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。

2.3流程图

2.3.1电梯上下行流程图

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；M＜N时，电梯下行。 2.3.2电梯响应流程图

图2-3上下行流程图

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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。

图2-4 电梯响应流程图

图2-5电梯开门流程图

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。

2.3.3电梯开门流程图

当电梯到达系统控制的目标楼层时，控制系统发出开门信号，电梯门开，当门开到开门限位时，计时3秒钟，然后关门，直到关门限位产生信号。此过程期间，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭

2.4控制面板

控制面板分为轿厢内控制面板与各楼层外呼按钮，各个按钮都带有记忆功能，即按下按钮对应按钮就会发光，楼层自动显示采用L1-L4发光显示，电梯运行方向由箭头发光显示，电梯轿厢与各个楼层各有一个同步显示。

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图2-6 系统控制面板

3 系统硬件设计

3.1 PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

3.2 PLC系统与继电器系统比较

3.21电梯继电器控制的优点

（1）所有信号处理和控制功能都由硬件实现，线路直观，便于理解和掌握，易于被一般技术人员及技术工人掌握；

（2）系统的保养,维修以及故障检查等不需要较高的技术和特殊的工具与仪器； （3）大部分电器都是常用控制电器，便于更换且价格便宜；

（4）技术成熟，这类电梯已形成系列化产品，各项技术资料齐全，熟悉，掌握的人员较多；

3.22继电器控制电梯的缺点

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（1）接线多而复杂，体积大，功耗大，机械动作噪声大，一旦系统构成后想再要改变或增加功能都很困难；

（2）继电器触点数目有限，且容易烧坏磨损，灵活性和扩展性很差，技术水平难以提高；

（3）线路复杂，容易出现故障且维修周期长，因此保养维修工作量大。费用高且检查故障难，费时费力；

总之，电梯继电器控制系统的高故障率，大大降低了电梯的安全性课可靠性，十分容易造成停梯，会给乘客带来诸多不便和惊扰，并且如果电梯冲顶或撞底，不仅仅会造成电梯机械部件的损坏，甚至可能发生人身事故。所以如今已经很少使用电梯继电器控制系统了。

3.3PLC控制电梯的优点

（1）电梯控制系统由调速部分和逻辑控制部分两部分组成。调速部分影响着电梯运行时乘客的舒适感，逻辑控制部分则是对电梯运行时的安全可靠性起到了关键作用。PLC在电梯控制方面的应用主要体现为其逻辑开关控制功能，由于PLC具备逻辑运算，计数，定时和数据输入输出等功能，PLC能够与各种逻辑开关控制很好地结合，并很好地实现对电梯的控制。具体体现了以下几个方面的优点： （2）采用PLC对电梯进行控制，并且对电梯的自动控制通过软件来实现，这样做可大大提高电梯运行的可靠性；

（3）PLC可对故障进行自动检测并显示报警，大大提高了电梯运行的安全性； （4）PLC本身工作稳定，不容易出现死机问题；

（5）由于除去了大部分继电器及选层器，控制系统的结构变得简单，外部线路也得到了简化；

（6）PLC编程灵活，程序出了问题可以很方便的修改，适应性强； （7）更改控制方案时无需对硬件连线进行改动

（8）在软件方面，同样采取了一些提高可靠性的举措。例如，采用软件滤波，软件自诊断，简化编程程序，信息保护和恢复，报警和运行信息的显示等等。 综上，本文选用西门子的S7-200 PLC l对四层电梯进行控制

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3.4可编程控制器机型的选择

3.4.1 I/O点数估算

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。本系统为四层楼的电梯,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:

输入：外呼按钮：一层U1 二层U2,D1 三层U3，D2 四层D3； 内呼按钮：S1，S2，S3,S4;开关门按钮：K1，K2；

到位行程开关：SQ1，SQ2，SQ3，SQ4; 开关门限位SQ5，SQ6 输出：内呼指示：SL1，SL2，SL3，SL4;（按下内呼按钮，对应指示灯亮） 楼层显示:L1，L2，L3，L4

外呼按钮记忆：一层UL1 二层U2L,DL1 三层UL3，DL2 四层DL3 电梯上下行指示：R1，R2电梯正反转驱动:KM1，KM2 门电机正反转：MZ1，MZ2;开关门显示，KL1，KL2 综上所述，输入点数18，输出点数18，总点数36。

2.4.2 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37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。

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3.5 I/O口分配表

表3-1 I/O口分配表

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 I1.5 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4

输入 一楼上呼按钮U1 二楼上呼按钮U2 三楼上呼按钮U3 二楼下呼按钮D1 三楼下呼按钮D2 四楼下呼按钮D3 一楼内呼按钮S1 二楼内呼按钮S2 三楼内呼按钮S3 四楼内呼按钮S4 开门按钮K1 关门按钮K2 开门限位SQ5 关门限位SQ6 一层限位开关SQ1 一层限位开关SQ2 一层限位开关SQ3 一层限位开关SQ4 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 Q1.5 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 输出 一楼上呼记忆UL1 二楼上呼记忆UL2 三楼上呼记忆UL3 二楼下呼记忆DL1 三楼下呼记忆DL2 四楼下呼记忆DL3 一楼指令记忆SL1 二楼指令记忆SL2 三楼指令记忆SL3 四楼指令记忆SL4 开门驱动Z1/开门指示ZL1 关门驱动Z2关门指示ZL2 上行驱动Z3/上行指示ZL3 下行驱动Z4/下行指示ZL4 一楼楼层显示L1 二楼楼层显示L2 三楼楼层显示L3 四楼楼层显示L4 3.6机型选择

综合I/O点数以及内存容量，西门子S7-200可编程控制器的CPU226满足要求，输入输出模块选用EM222数字量扩展模块，电源模块为24V DC电源。西门子小型S7-200系列PLC适用于各种场合中的监测，检测以及自动化控制。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块等。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，。 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

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