畢業(yè)設計--基于s7-200的四層電梯控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　基于S7-200的四層電梯控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　2010年6月</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著科學技術(shù)和社會經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑已成為現(xiàn)代城市的標志。電梯作為垂直運輸工具，承擔著大量的人流和物流的輸送，其作用在建筑物中至關(guān)重要。目前，電梯

2、的控制系統(tǒng)主要有繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)，由于繼電器本身的機械和電慣性大，大大降低了電梯系統(tǒng)的可靠性和安全性，微機控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強的功能，但也存在著抗干擾性差、系統(tǒng)設計復雜、難維護等缺陷，而PLC控制系統(tǒng)運行可靠性高，抗干擾性強，設計和調(diào)試周期短，已成為目前電梯控制中最常用的控制方式。</p><p>　　本文在介紹電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，闡述了電梯的拖動原理和控制原理，重點分析

3、了電梯系統(tǒng)設計中如何用PLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)并編制控制程序。在分析了電梯系統(tǒng)的軟件設計方法基礎(chǔ)上，設計出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，用梯形圖編程實現(xiàn)了指層、廳召喚、選層選向等功能。最后采用西門子S7-200仿真軟件STEP 7-MicroWIN對電梯控制系統(tǒng)進行模擬調(diào)試。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電梯控制；PLC；模塊化編程；梯形圖；STEP 7-MicroWIN</p><p>

4、<b>　　目錄</b></p><p>　　1 概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1</p><p>　　1.1 電梯控制概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1</p><p>　　1

5、.2 電梯控制技術(shù)的發(fā)展. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2</p><p>　　1.3 電梯的構(gòu)造. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3</p><p>　　1.4 電梯的控制要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、. .4</p><p>　　1.5 本文研究主要內(nèi)容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5</p><p>　　2 總體設計方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6</p><p>　　2.1 總體設計方案的確定. . . . . . . .

7、 . . . . . . . . . . . . . .6</p><p>　　2.2 設計思想. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8</p><p>　　3 電梯控制系統(tǒng)硬件設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9</p><p>　　3.1四

8、層電梯控制主回路原理圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9</p><p>　　3.2 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則 . . . . . . . . . . . . . . . . . .10</p><p>　　3.3 可編程控制器機型選擇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10</p>&

9、lt;p>　　3.4 硬件設計方案的確定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11</p><p>　　4 電梯信號控制軟件設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14</p><p>　　4.1 PLC的編程語言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10、 . . . 14</p><p>　　4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14</p><p>　　4.3電梯控制梯形圖程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15</p><p>　　5 電梯控制的仿真及調(diào)試. . . . . . . .

11、 . . . . . . . . . . . . . 26</p><p>　　5.1 STEP7 概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26</p><p>　　5.2 程序仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26</p><p&g

12、t;　　6 總結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29</p><p>　　參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30</p><p>　　致謝. . . . . . . . . . . . . . . . .

13、. . . . . . . . . . . . . . .31</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 電梯控制概述</p><p>　　電梯高層賓館、商店、住宅、多層 廠房和倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。1889年，美國奧梯斯升降機公司推出的世界上第一部以電動機為動力的升降機，同年在紐約市的馬累

14、特大廈安裝成功。隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求。</p><p>　　傳統(tǒng)的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制線路。這種控制線路，存在易出故障、維護不便、運行壽命短、占用空間大等缺點。從技術(shù)發(fā)展來看，這種系統(tǒng)將逐漸被淘汰。</p><p>　　目前，由可編程控制器和微機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速

15、度發(fā)展著。采用PLC控制的電梯可靠性高、維護方便、開發(fā)周期短，這種電梯運行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，已成為電梯控制的發(fā)展方向其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的。</p><p>　　可編程控制器，是微機技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機。PLC在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最

16、值得重視的現(xiàn)今控制技術(shù)。PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)的繼電-接觸控制系統(tǒng)，在機械、化工、石油、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到廣泛應用。</p><

17、;p>　　總之，電梯的控制是比較復雜的，在計算機誕生前的幾十年里，繼電器控制系統(tǒng)為電梯控制的發(fā)展起到了巨大的作用，然后其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應電梯控制的要求和發(fā)展。電梯使用繼電接觸控制的時代，很難設計出質(zhì)量優(yōu)良的電梯控制系統(tǒng)，而現(xiàn)在，PLC的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。PLC是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，隨著PLC應用技術(shù)的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性

18、能增強，因此，它已經(jīng)成為電梯運行中的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　1.2 電梯控制技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　電梯的雛形是升降機，它起源于公元前236年的古希臘，當時阿基米德設計出一種人力驅(qū)動的卷筒式卷揚機。到1835年，人們開始采用蒸汽機作為升降機的動力， 1858年，出現(xiàn)了世界上第一臺以蒸汽機作動力，帶安全裝置的載人升降機。這為以后越來越高的高樓大廈提供了重要的垂直運輸工具。&l

19、t;/p><p>　　1889年，奧的斯升降機公司首先使用直流電動機作為升降機的動力，由于電動機具有體積小、功率大，控制方便等優(yōu)點，從而使電梯真正趨于實用化。</p><p>　　2000年，深圳開始出現(xiàn)PLC電梯控制系統(tǒng)，PLC電梯控制器能夠靈活、智能化地控制電梯的運行管理。隨著人們對安全、智能、節(jié)能的要求越來越高，隨著科學技術(shù)和社會經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑已成為現(xiàn)代社會的標志。電梯在垂直運輸中

20、起著越來越重要的作用。運用PLC控制的電梯也廣泛地安裝在各種功能大廈的電梯當中。</p><p>　　目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、PLC控制和微型計算機控制三種。</p><p>　　繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。它所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，保養(yǎng)維修簡單，價格便宜，但是系統(tǒng)觸點繁多、接線復雜,而且機械和電磁慣性大

21、，系統(tǒng)控制精確度難以提高。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，已經(jīng)漸漸被淘汰了。</p><p>　　微機控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強的功能，但也存在著抗干擾性差、系統(tǒng)設計復雜、設計調(diào)試周期長、難以維護等缺點。</p><p>　　PlC是一種專用計算機，它采用巡回掃描的方式分時處理各項任務，而且依靠程序運行，這就保證只有正確的程序才能運行，否則電梯不會工作；又由

22、于PLC中的內(nèi)部輔助繼電器及保持繼電器等實際上是PLC系統(tǒng)內(nèi)存工作單元，因此，它比繼電器控制有著明顯的優(yōu)越性，運行壽命更長，工作更加可靠安全，自動化水平更高，抗干擾性強，設計和調(diào)試周期短，PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、實用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)。</p><p><b>　　1.3 電梯的構(gòu)造</b>

23、</p><p>　　電梯是一種特殊的起重運輸設備，由轎廂及配重、拖動電機及減速傳動機械、井道及井道設備、召喚系統(tǒng)及安全裝置構(gòu)成。橋廂是載人或裝貨的部位，配重是為了改變電梯電機負載的特性以提高電梯安全性而設置的。圖1-1是電梯拖動系統(tǒng)示意圖，圖中可見電梯的轎廂及配重分系在鋼絲繩的兩端，鋼絲繩掛跨在曳引輪上，曳引輪經(jīng)減速機構(gòu)由電機拖動，形成轎廂的上下運動。</p><p>　　井道指建筑物中

24、用于安裝電梯并提升電梯運行的通道，轎廂及配重都是在井道中運行的。井道在各樓層設有門廳及呼梯設備。門廳有門廳門，廳門頂部裝有層樓指示燈，用于指示電梯的運行方向及電梯所在的位置。門廳里還設有呼梯盒，用于在每層站召喚電梯。呼梯盒常安裝在廳門外離地面1m左右的墻壁上，基站與頂部只有一個按鈕，中間層站有上呼與下呼兩個按鈕，按鈕下帶有呼梯記憶燈?；镜暮籼莺猩线€設有鑰匙開關(guān)，供司機開關(guān)電梯。為了實現(xiàn)轎廂的正常運行及準確停車，井道中往往要安裝許多定位

25、裝置及安全設備。井道的頂部和底部還設有沖頂及蹲底的緩沖設備。</p><p>　　轎廂中設有自動門機，用來完成電梯的開門及關(guān)門任務。電梯門分廳門及轎門，當電梯停靠某層時，此層的廳門在轎門的帶動下開啟及關(guān)閉。電梯的操縱廂也安裝在轎廂內(nèi)，供司機及乘客對電梯發(fā)布動作命令。上面設有與電梯層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕（帶有選指示記憶燈），上下行啟動按鈕（帶上下行指示記憶燈），開關(guān)門按鈕，急停按鈕，風扇、照明、層樓指示燈的控制開關(guān)

26、，電梯運行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)（選擇電梯是自動運行、司機狀態(tài)下運行，還是檢修狀態(tài)）等。</p><p>　　電梯的安全是電梯最重要的技術(shù)指標。電梯的安全設備有：安全窗及其開關(guān)、安全鉗及其開關(guān)、限速器及其開關(guān)、限速開關(guān)安全窗位于轎廂的頂部，供應急情況下疏散乘客，當安全窗打開時，電梯不準運行。安全鉗是為了防止電梯曳引鋼繩斷裂及超速運行的機械裝置，用于在上述情況下將轎廂支持在軌道上。限速器是檢測電梯運行速度的裝置，當電梯超

27、速運行時，限速器動作，帶動安全鉗使電梯停止運行。極限開關(guān)、強迫轉(zhuǎn)換開關(guān)是電梯位置安全裝置，當電梯運行至上下極限位置時仍不停車，上下限開關(guān)動作，發(fā)出停車信號，若仍不能停車，將壓下上下強迫停車開關(guān)，強制電梯停止運行，若還不能停車，將通過機械裝置帶動極限開關(guān)切斷曳引電機電源，以達到停車的目的，避免電梯出現(xiàn)沖頂與蹲底事故。</p><p>　　1.4電梯的控制要求</p><p>　　1) 開始時

28、，電梯處于任意一層。</p><p>　　2) 當有外呼梯信號到來時，電梯響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，2秒后電梯門打開，延時5S后自動關(guān)門。</p><p>　　3) 當有內(nèi)呼梯信號到來時，電梯響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時3S后自動關(guān)門。</p><p>　　4) 在電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下

29、降（或上升）的外呼梯信號均不響應，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應該外號，但不響應二層向下外呼梯信號。同時，如果電梯到達三層，如果四層沒有任何呼梯信號，則電梯可以響應三層向下外呼梯信號。</p><p>　　5) 電梯應具有最遠反向外梯響應功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應四層向下外呼梯信號。</p><

30、;p>　　6) 電梯未平層或運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門電梯門關(guān)閉。</p><p>　　1.5 本文研究主要內(nèi)容</p><p>　　電梯的控制系統(tǒng)分為拖動控制和信號控制兩大部分。本文確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，主要研究由 PLC 來實現(xiàn)的電梯信號控制，完成了可編程控制器（PLC）的選擇。然后是系統(tǒng)硬件開發(fā)，完成了 PLC 的選

31、型、I/O 點數(shù)分配與 PLC 的連接。在分析了電梯系統(tǒng)的軟件設計方法基礎(chǔ)上，設計出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，編制程序梯形圖，實現(xiàn)了電梯外召喚信號登記及消除、內(nèi)指令信號登記及消除、平層信號的處理、選層定向及自動手動開關(guān)門的控制。最后介紹了系統(tǒng)的軟件開發(fā),并對電梯控制系統(tǒng)進行模擬調(diào)試。</p><p><b>　　2 總體設計方案</b></p><p>　　

32、2.1總體設計方案的確定</p><p>　　目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、PLC控制和微型計算機控制三種。</p><p>　　2.1.1 PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較</p><p>　　從某種意義上說，PLC是從繼電接觸控制發(fā)展而來的。兩者既有相似性又有不同之處。</p><p>　　1) 繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點和

33、“硬”線連接，為全硬件控制；PLC內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點和“軟”線連接，為軟件控制。</p><p>　　2) 繼電接觸控制系統(tǒng)體積大；PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。</p><p>　　3) 繼電接觸控制全為機械式觸點，動作慢；PLC內(nèi)部全為“軟接點”，動作快。</p><p>　　4) 繼電接觸控制功能改變，須拆線、接線乃至更換元器件，比較麻煩；

34、PLC控制功能改變，一般僅需修改程序即可，極其方便。</p><p>　　5) PLC控制系統(tǒng)的設計、施工與調(diào)試比繼電接觸控制系統(tǒng)周期短。</p><p>　　6) PLC控制的自檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制的強。</p><p>　　7) PLC的應用范圍比繼電接觸控制的要廣泛。</p><p>　　8) PLC可靠性比繼電接觸控制的高。&l

35、t;/p><p>　　此外，可編程序控制器與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同?？删幊绦蚩刂破魇且苑磸蛼呙璧姆绞焦ぷ?，是循環(huán)地、連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說可編程序控制器是以“串行”方式工作的。而繼電-接觸器是按“并行”方式工作的，或者說是按同時執(zhí)行方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作。繼電-接觸器控制的并行工作方式因觸點動作的延誤易產(chǎn)生競爭和時序失配等問題，這些

36、在串行工作方式的可編程序控制器中不會發(fā)生。</p><p>　　2.1.2 PLC與微型計算機的比較</p><p>　　PLC也是隨著微型計算機的發(fā)展而發(fā)展，PLC實質(zhì)上就是一臺專為工業(yè)生產(chǎn)控制設計的專用計算機。兩者既有相似處有差別，主要差別表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　1) PLC輸出輸入接口較多，中大型PLC輸出輸入接口更多，便于多路多點控制。&l

37、t;/p><p>　　2) PLC編程簡便，因為PLC是采用易于用戶理解、接收和使用的梯形圖編程語言，指令又不太多，而計算機使用匯編語言或其他高級語言編程，比PLC編程復雜。</p><p>　　3) PLC可靠性高，因為PLC是為工作環(huán)境條件比較惡劣的工業(yè)控制設計的，設計與制造PLC時已采取了多種有效的抗干擾和提高可靠性措施。</p><p>　　4) PLC技術(shù)較容

38、易掌握，使用維護方便，對使用者的技術(shù)水平要求比使用計算機時低。</p><p>　　5) PLC采用掃描方式進行工作，加之其他一些原因，所以PLC輸入輸出響應比計算機慢。</p><p>　　6) 此外PLC體積較小，調(diào)試周期短。</p><p>　　從上邊的論述和比較可以看出，由PLC的硬件決定了它的可靠性和控制功能比繼電器控制系統(tǒng)高的多，它是專門為工業(yè)控制場合設

39、計的，所以他的穩(wěn)定性也比一般通用計算機要好的多，而且它操作簡單靈活，易于實現(xiàn)系統(tǒng)升級和功能擴展所以在本設計中采用PLC來進行邏輯控制。</p><p>　　2.1.3 PLC控制的電梯系統(tǒng)</p><p>　　圖2-1 電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　電梯PLC的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。圖2

40、-1為電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，主要硬件包括PLC主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等。</p><p>　　系統(tǒng)控制核心為PLC主機、操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過PLC輸入接口送入PLC，存儲在存儲器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號，向拖動和門機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。</p><p><b>　　2.2設計思想</b

41、></p><p>　　電梯信號控制基本由PLC軟件實現(xiàn)。電梯信號控制系統(tǒng)如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 電梯PLC信號控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　輸入到PLC的控制信號有：運行方式選擇（如自動、有/無司機、檢修、消防運行方式等）、運行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、開關(guān)門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。</p><p>

42、　　根據(jù)不同的輸入控制信號，系統(tǒng)給出不同的輸出響應，通過電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)電梯的上行下行和開關(guān)門，由限位開關(guān)來實現(xiàn)電梯停層。對于輸入的轎內(nèi)外指令有呼梯指示、樓層指示等指示燈指示。</p><p>　　3 電梯控制系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　電梯的安全運行是電梯控制要考慮的首要問題，本設計及完成了電梯未知的確定與顯示、轎廂內(nèi)的運行命令及門廳的召喚、電梯自動運行時的信號響應、電梯的平層與

43、停車及電梯的開關(guān)門控制。由一臺曳引電機和一臺門電機分別控制電梯上下行和開關(guān)門。讓乘客能知道電梯的位置及運行方向，而且電梯自動關(guān)門時，門接觸處的傳感器能感應外界阻力，安全開關(guān)門。</p><p>　　3.1 四層電梯控制主回路原理圖</p><p>　　根據(jù)設計要求，本次設計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖3-1所示。圖中M1，M2為曳引電機和門電機，交流接觸器KM1~KM4通過控制兩臺電動機

44、的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。FR1，F(xiàn)R2為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護作用。</p><p>　　圖3-1電梯的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖</p><p>　　L1、L2、L3為系統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)動提供三相電源，當接觸器KM1接通時，電機正轉(zhuǎn)，電梯上行；當電梯到達頂層或接到下行信號時，KM2接通，電梯下行；在電梯上行或下行

45、途中，若遇到限位開關(guān)的停層信號，曳引電機停轉(zhuǎn)，電梯停層，此時，門電機運行，實現(xiàn)電梯的開關(guān)門。QS為手動斷路器，實現(xiàn)手動的開機關(guān)機。</p><p>　　3.2 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則</p><p>　　任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則：</p><p>　　1)最大限度

46、地滿足被控對象的控制要求</p><p>　　2)保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠</p><p>　　3)力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便</p><p><b>　　4)適應發(fā)展的需要</b></p><p>　　3.3可編程控制器機型的選擇</p><p>　　為了完成設定的控制任務,主要根據(jù)電梯控

47、制方式與輸入/輸出點數(shù)和占用內(nèi)存的多少來確定PLC的機型。本系統(tǒng)為四層樓的電梯,采用集選控制方式,本設計選用西門子S7-200系列實現(xiàn)。</p><p>　　所需輸入/輸出點數(shù)與內(nèi)存容量估算如下:</p><p>　　1）輸入/輸出點的估算：</p><p>　　采用PLC構(gòu)成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降

48、。一層有上升呼叫按鈕K1和指示燈H1，二層有上升呼叫按鈕K2和指示燈H2以及下降呼叫按鈕K4和指示燈H4，三層有上升呼叫按鈕K3和指示燈H3以及下降呼叫按鈕K5和指示燈H5，四層有下降呼叫按鈕K6和指示燈H6。一至四層有到位行程開關(guān)SQ1～SQ4。電梯內(nèi)有一至四層呼叫按鈕K10～K7和指示燈H10～H7；電梯開門和關(guān)門按鈕SB5和SB6，電梯開門和關(guān)門分別通過電磁鐵KM3和KM4控制，關(guān)門到位由行程開關(guān)ST1檢測，開門到位由行程開關(guān)ST

49、2檢測。轎廂上行和下行由接觸器KM1和KM2控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。</p><p>　　輸入點共有14個，輸出點共有16個,總共30個。</p><p><b>　　2）內(nèi)存容量的估算</b></p><p>　　用戶控制程序所需內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、輸入/輸出點數(shù)、用戶的程序編寫水平等因素有關(guān)。因此,在用戶程序編寫前只能根據(jù)

50、輸入/輸出點數(shù)、控制系統(tǒng)的復雜程度進行估算。本系統(tǒng)有開關(guān)量I/O總點數(shù)有30個，模擬量I/O數(shù)為0個。利用估算PLC內(nèi)存總?cè)萘康挠嬎愎?</p><p>　　所需總內(nèi)存字數(shù)=開關(guān)量I/O總點數(shù)×(10～15)+模擬量I/O總點數(shù)×(150～250)再按30%左右預留余量。估算本系統(tǒng)需要約1K字節(jié)的內(nèi)存容量。</p><p>　　綜合I/O點數(shù)以及內(nèi)存容量，S7—200

51、的CPU221及CPU222輸入，輸出點數(shù)大大滿足不了該設計的需求；CPU224有14個輸入，10個輸出點，需要接擴展模塊，設置地址，把設計復雜話。故選有24個輸入16個輸出的CPU226，足以滿足要求。</p><p>　　S7-200的CPU226的技術(shù)數(shù)據(jù)如表3-1所示，</p><p>　　表3-1 CPU226的存儲器分區(qū)及數(shù)量</p><p>　　3.4

52、 硬件設計方案的確定</p><p>　　3.4.1輸入/輸出點的分配</p><p>　　該系統(tǒng)占用PLC的30個I/O口，14個輸入點，16個輸出點，具體的I/O分配如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 I/O分配表</p><p>　　3.4.2 PLC外部接線圖</p><p>　　本設計的PLC

53、外部接線圖如圖3-2所示.CPU226CN的傳感器電源24V(DC)可以輸出600mA電流，通過核算在本設計中PLC容量完全滿足要求，CPU226CN的輸出繼電器觸點容量為2A，電壓范圍為5~30V（DC）或5~250V（AC）。</p><p>　　電梯現(xiàn)在由一樓上行，電機正轉(zhuǎn)，則Q0.2輸出，KM1閉合，同時Q0.0輸出。上行記憶燈亮。當二樓或以上樓層有人外呼電梯，則外呼梯信號I0.1輸入，SQ2閉合。當電梯

54、抵達二樓平層時，Q1.6輸出，KM3閉合，電梯開門，乘客進入后，Q1.7輸出，KM4閉合，電梯關(guān)門。在上行過程中，可采集二、三樓信號，并進行上行登記，當電梯抵達頂層四樓時，信號由I0.3輸入，四樓位置開關(guān)SQ4閉合。</p><p>　　當電梯有內(nèi)呼信號時，I0.4—I0.7處輸入，K10—K7處某一開關(guān)閉合Q0.4—Q0.7處信號輸出。內(nèi)呼登記處信號燈亮，電梯由登記信號選擇平層?？?。</p>&l

55、t;p>　　同理，電梯下行時，Q0.3信號輸出，KM2帶電，電機反轉(zhuǎn)，所有內(nèi)外呼梯信號及平層?？烤娞萆闲袝r情況一樣。</p><p>　　圖3-2 PLC外部接線圖</p><p><b>　　4 軟件設計</b></p><p>　　4.1 PLC的編程語言</p><p>　　PLC程序是PLC指令的有序

56、集合，PLC運行程序就是按一定的順序，執(zhí)行這集合中的一條條指令。指令是指示PLC動作的文字代碼或圖形符號。使用的編程語言不同，這些文字代碼和圖形符號就不相同。但從本質(zhì)上來講，指令的實質(zhì)都是二進制機器碼。同普通的計算機一樣，PLC的編程軟件通過編譯系統(tǒng)把PLC程序編譯成機器代碼。</p><p>　　PLC的編程語言一般有五種：順序功能圖(Sequential Function Chart)、梯形圖(Ladder

57、Diagram)、功能塊圖(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)和結(jié)構(gòu)文本(Structured Text)。其中，順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能塊圖(FBD)是圖形編程語言，指令表(IL)和結(jié)構(gòu)文本(ST)是文字語言。梯形圖(LD)是目前使用最廣泛的PLC圖形編程語言，梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，比較易于掌握、程序表達清楚。</p><p&g

58、t;　　本系統(tǒng)PLC程序的編制采用梯形圖語言，編程軟件為STEP 7。該軟件能夠完成制作程序、對可編程控制器CPU的寫入/讀出、監(jiān)控程序運行、調(diào)試程序、PLC錯誤診斷等一系列功能。</p><p><b>　　4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　電梯運行的流程框圖如圖4-1,</p><p>　　開始時電梯處于一層，等待外呼召喚信號

59、。當有外呼梯信號到來時，電梯響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開；當有內(nèi)呼梯信號到來時，電梯響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開；電梯在上升的過程中只響應向上的呼叫，在下降的過程中只響應向下的呼叫，電梯向上或向下的呼叫執(zhí)行完成后再執(zhí)行反向呼叫。電梯停止運行等待呼叫時，同時有不同呼叫時，誰先呼叫執(zhí)行誰。</p><p>　　圖4-1 電梯控制流程圖</p><

60、p>　　4.3 電梯控制梯形圖程序</p><p>　　1、外召喚信號登記及消除</p><p>　　乘客或司機在廳外呼梯時，呼梯信號應被接收和記憶。當電梯到達該樓層，且定向方向與目的地方向一致時（基層和頂層除外），呼梯要求已滿足，呼梯信號應被消除。該控制的梯形圖程序如下，</p><p>　　2、內(nèi)指令信號登記及消除</p><p>

61、　　點動內(nèi)呼按鈕，信號登記顯示。到層信號取消。</p><p>　　本系統(tǒng)設一樓為基站，兩分鐘內(nèi)無任何操作，電梯自動返回一樓。由T40實現(xiàn)2分鐘定時，定時時間到，T40閉合，Q0.4動作，相當于一樓內(nèi)呼，電梯返回到一樓。</p><p>　　實現(xiàn)該功能的梯形圖如下，</p><p>　　3、電梯的平層信號處理</p><p>　　當電梯位于某

62、一層時，指層電梯感應器產(chǎn)生該層的信號，以控制指層燈的狀態(tài)，離開該層時，該樓層信號應被新的樓層信號所取代。實現(xiàn)該功能的梯形圖如下所示，</p><p><b>　　4、電梯的選層定向</b></p><p>　　在自動運行狀態(tài)下，電梯首先應確定運行方向，即定向。電梯的定向只有兩種情況，即上行和下行。電梯處于待命狀態(tài)，接收到內(nèi)選和外呼信號時，應將電梯所處的位置與信號進行比

63、較，確定是上行還是下行。</p><p><b>　　（1）.轎廂上行</b></p><p><b>　?。?）轎廂下行</b></p><p>　　5、內(nèi)指令外召喚信號的保持</p><p>　　轎廂的內(nèi)呼指令與外召喚指令保持信號，用于在有乘坐需要的樓層停車，并自動或手動執(zhí)行開關(guān)門操作。開關(guān)門執(zhí)

64、行一次之后，信號取消。使電梯能夠繼續(xù)響應其他乘坐信號。</p><p>　　實現(xiàn)該控制功能的程序梯形圖如下，</p><p><b>　　6、各樓層停車信號</b></p><p>　　乘客或司機通過對轎廂內(nèi)操縱盤上1—4層選層按鈕的操作，可以選擇欲去的樓層。選層信號被登記后，選層按鈕下的指示燈亮。當電梯到達所選的樓層后，停層信號即被消除，指示

65、燈也應熄滅。其梯形圖如下圖所示：</p><p><b>　　7、自動開關(guān)門</b></p><p>　　電梯到層停車后，延時2s后自動開門，5s后自動關(guān)門。并設有手動開門按扭和關(guān)門按鈕。可實現(xiàn)即時開關(guān)門。由T37和T38分別完成2S和5S的定時。</p><p>　　實現(xiàn)該功能的梯形圖如下，</p><p>　　5 電

66、梯控制程序的仿真調(diào)試</p><p>　　5.1 STEP 7- Micro/WIN概述</p><p>　　STEP 7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包。它是SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。有下列版本的STEP 7標準軟件包：</p><p>　　用于SIMATIC S7-200上簡單單站應用的STEP 7 Micro/DOS和STEP

67、 7 Micro/WIN。</p><p>　　用于使用帶有各種功能的SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATIC M7-300/M7-400和SIMATIC C 7的STEP 7：</p><p>　　- 可通過選擇SIMATIC工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進行擴展</p><p>　　- 為功能模板和通訊處理器賦值參數(shù)</p><p&g

68、t;　　- 強制和多處理器模式</p><p><b>　　- 全局數(shù)據(jù)通訊</b></p><p>　　- 使用通訊功能塊的事件驅(qū)動數(shù)據(jù)傳送</p><p><b>　　- 組態(tài)連接</b></p><p>　　STEP7編程軟件允許結(jié)構(gòu)化用戶程序，可以將程序分解為單個的自成體系的程序部分從而使

69、大規(guī)模的程序更容易理解，可以對單個的程序部分進行標準化程序組織簡化，修改更容易系統(tǒng)的調(diào)試也容易了許多在7s用戶程序中可以使用如下幾種不同類型的塊:</p><p>　　組織塊(OB)是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口它們由操作系統(tǒng)調(diào)用，并控制循環(huán)和中斷驅(qū)動程序的執(zhí)行，以及可編程控制器如何啟動。它們還處理對錯誤的響應組織塊決定各個程序部分執(zhí)行的順序用于循環(huán)程序處理的組織塊OB1的優(yōu)先級最高。操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用OB1并用這個調(diào)

70、用啟動用戶程序的循環(huán)執(zhí)行。</p><p>　　功能（FC）屬于用戶自己編程的塊功能是“無存儲區(qū)”的邏輯塊FC的臨時變量存儲在局域數(shù)據(jù)堆棧中，當FC執(zhí)行結(jié)束后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。</p><p>　　功能塊（FB）屬于用戶自己編程的塊功能塊是具有“存儲功能”的塊，用數(shù)據(jù)塊作為功能塊的存儲器(背景數(shù)據(jù)塊)傳遞給FB的參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據(jù)塊中，背景數(shù)據(jù)塊(背景DB)在每次功能塊調(diào)用時都要

71、分配一塊給這次調(diào)用，用于傳遞參數(shù)。</p><p>　　系統(tǒng)功能塊(SFB)和系統(tǒng)功能(SFC)是STEP7為用戶提供的己編程好的程序的塊，經(jīng)過測試集成在CPU中的功能程序庫SFB作為操作系統(tǒng)的一部分并不占用程序空間，是具有存儲能力的塊，它需要一個背景數(shù)據(jù)塊，并須將此塊作為程序的一部分安裝到CPU中。</p><p><b>　　5.2程序仿真</b></p&g

72、t;<p>　　程序用S7-200仿真軟件進行仿真</p><p>　　第一步，把程序?qū)С霰４鏋?.awl文件。</p><p>　　第二步，打開仿真軟件，選擇CPU類型。</p><p>　　第三步，裝載awl文件，如圖5-1所示。</p><p><b>　　圖5-1 文件裝載</b></p>

73、;<p>　　第四步，監(jiān)控梯形圖，運行PLC。</p><p>　　第五步，點擊輸入點，使相應輸入點閉合，查看梯形圖輸出情況，如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 梯形圖輸出</p><p>　　按下I0.5，即電梯給入二層內(nèi)呼信號，Q0.5動作，電梯內(nèi)呼二層指示燈亮，圖5-3為該功能仿真圖，</p><p>　　圖5

74、-3內(nèi)呼二樓電梯指示</p><p>　　按下I2.0，即電梯給入開門信號，Q1.6動作，門電機正轉(zhuǎn)，電梯開門，圖5-4為該功能仿真圖，</p><p>　　圖5-4電梯停層后開門</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　畢業(yè)設計期間，通過在圖書館以及互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)資料，了解了電梯的起源和發(fā)展

75、過程，并且加深了對電梯運行過程、控制系統(tǒng)的認識，熟悉了可編程控制器在電梯控制系統(tǒng)中的運用。并且，使我將原來所學的知識系統(tǒng)化、理論化、實用化，對如何使用已有知識及獲取相關(guān)資料方面的能力又有了提高。通過這次設計，我還認識到無論做什么，都需要踏實，勤奮，嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，這對我以后的學習和生活將會產(chǎn)生深遠的影響。</p><p>　　本次設計達到了預定的設計目的。利用可編程控制器，通過合理的設計選型、軟件設計，實現(xiàn)了電梯

76、的信號控制。電梯的控制包括拖動控制和信號控制兩部分，本文主要介紹了電梯的信號控制， 電梯的拖動控制正在由直流電機拖動逐漸向變頻調(diào)速轉(zhuǎn)變，由于時間有限對此沒有做過多研究，這也是本文的一大不足。發(fā)現(xiàn)問題，面對問題，才有可能解決問題。希望以后有機會可以對電梯的拖動控制進行詳細研究，對電梯的上下行速度進行控制，讓電梯的運行更舒適、安全。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>

77、;<p>　　[01] 李道霖，電氣控制與PLC 原理及應用,電子工業(yè)出版社，2006．</p><p>　　[02] 葉安麗.電梯技術(shù)基礎(chǔ)(第1版)[M].北京: 中國電力出版社,2004.</p><p>　　[03] 顧戰(zhàn)松，陳鐵年編著.可編程控制器原理與應用.[M] 北京：國防工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[04] 吳中俊等

78、編著.可編程序控制器原理及應用.北京:機械工業(yè)出版社.2004</p><p>　　[05] 肖軍,孟令軍編著.可編程序控制器原理及應用.北京:清華大學出版社.2008</p><p>　　[06] 賀哲榮,曾龍飛編著.流行可編程序控制器梯形圖識圖入門.北京:機械工業(yè)出版社.2008</p><p>　　[07] 陳金華等編著.可編程序控制器(PC)應用技術(shù).

79、北京:電子工業(yè)出版社.1995</p><p>　　[08] 西門子公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊.</p><p>　　[09] 吳明亮 蔡夕忠 可編程控制器實訓教程.化學工業(yè)出版社， 2005.8</p><p>　　[10] 陳建明 可編程控制與PLC應用.電子工業(yè)出版社， 2006.8</p><p>　

80、　[11] 張萬忠 可編程控制器入門與應用實例.中國電力出版社， 2007.5</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文是在導師的精心指導下完成的，從論文的選題、思路形成直至最后成文，每一個環(huán)節(jié)都凝結(jié)著老師的智慧和心血。劉老師嚴謹求實，精益求精的治學作風和淵博的學識使我獲益匪淺，為我們創(chuàng)造優(yōu)越的學習環(huán)境。王老師為我們把握設計中的大方向，盡

81、可能為我們提供相關(guān)參考資料，并和我們一起研究設計中遇到的問題。值此論文完成之際，向王老師表示衷心的感謝和深深的敬意。</p><p>　　同時還感謝我們設計小組的同學們，在畢業(yè)設計過程中給予的幫助。還感謝我們實驗室其他小組的同學，我們相互交流，探討設計過程中遇到的問題，在輕松、和諧的氛圍中學習知識、完成畢業(yè)設計的任務。</p><p>　　感謝山東理工大學！同時也向所有在大學曾傳授給我知識