电梯的PLC控制系统的设计毕业论文1

1、  山东英才学院毕业论文（设计）  课题名称 电梯的plc控制系统的设计     专业    2012机电一体化             学号    120301010211 姓名     蔡志广 指导教师   摘

2、60; 要随着科学技术的发展，高城建筑已经成为现代社会的标志。本文介绍一种电梯plc控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器(plc)取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己

3、设计和制造微机控制装置成本较高；目前电梯设计使用可编程控制器(plc)，要求功能灵活，编程简单，故障少，噪音低，通用性和灵活性高。而控制电梯运行的plc系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由plc、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器plc对机器进行全过程控制。 整个系统通过plc、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。 目  录

4、前言.3 第一章 绪论 1.1课题研究的背景 . 4 1.2电梯控制系统研究的现状 . 4 1.3 论文的主要内容 . 5 第二章 电梯的概述及发展 2.1 电梯概述及发展 . 6 第三章 plc的概述 3.1 plc发展历程 . 7 第四章 硬件设计 4.1 硬件配置简介 . 10 4.

5、2 电梯控制系统 . 10 4.3 电气控制系统框图 . 12 第五章 软件设计 5.1 程序流程图 . 14 5.2 电梯定向逻辑 . 15 第六章 系统调试 6.1 硬件部分调试 . 17 6.2硬件部分调试 . .17 结束语.18 致谢.19  参考文献.20 前 言 随

6、着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（plc）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法

7、并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而plc可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。 电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求

8、。 总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与plc相比较，存在质的差别。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。plc是专门为工业过程控制而设计的控制设备，使它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术  第一章 绪论1.

9、1课题研究的背景 电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。电梯作为一种较为复杂的机电一全化设备，它由多许机械构件和电子、电气、大规模集成电路组成的微型计算系统及声、光控制部件所组成。那么电梯到底有哪些功能呢？我们从按下电梯的按钮到完成电梯的运行并走出电梯轿厢，实际上已包含了电梯的许多功能，如：电梯的定向选层、电梯的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车、开关门。还有检修功能、安全保护功能、消防功能、楼层显示等。 从电梯控制统的实现方法分，电梯的控制系统经历了继电器控

10、制、可编程序控制（plc）、单片微机控制、多微机控制多种形式。继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式，有控制逻辑线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往接触不良，所以电梯故障高，众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制发生了限大的变化，因为微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器，整个系统更加可靠，灵活性更加提高，功能大增强了。但微机的集成度高，功能项目固化，一般维修人员及工程人员修改或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生厂家或用专用的工具。可编

11、程序控制器取代继电器构成的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小最主要的是可编程序控制系统的"可编程"功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可。而plc的编程语言需不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点一般维修及工程人员都能掌握,plc电梯控制系统比较适用于小高层的楼房. 1.2电梯控制系统研究的现状 电梯的出现大大方便了人们的生活。随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有越来越广泛的应用，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。随着经

12、济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，这使得交流变频调速电梯控制系统已经进入一个崭新的时代。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（plc）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国

13、内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而plc可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。  1.3 论文的主要内容 在电梯的控制中其控制量多、逻辑性强、随机性大是其主要特点，对于pl

14、c控制设计来说，电梯控制系统具有很强的实用性和典型性，研究、分析电梯的逻辑关系，进而实现控制，对于理解和学习plc都具有很好的意义。 控制电梯运行的plc系统要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由plc、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以西门子公司的可编程控制器plc对机器进行全过程控制。整个系统通过plc、逻辑控制电路对电梯的开关门，升降，加、减速，平层，起动、制动控制。要求其达到结构简单、运行效率高、平层精度高、使其能够易于理解与掌握。最后再通过西门子plc调试软件

15、进行调速，满足设计所需要的要求。 第二章 电梯的概述及发展2.1电梯的概述及发展 随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，伴随建筑业的发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、管理电梯、维护好电梯。   2.1.1 电梯的发展 1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明历史上第一

16、部安全升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。   生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。  

17、    一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺。第三章  plc的概述1.1 plc的发展历程 第一台可编程控制器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时间响应快、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年研制成第一台plc，

18、型号为pdp-14，投入通用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。 第一台plc具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。 在短时间内，plc在其他工业部门也得到应用。到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用plc代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。 70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻

19、辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的plc，我国在1974年也开始研制。 70年代由于超大规模集成电路的出现，使plc向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。在功能上，plc可以代替某些模拟控制装置和小型机ddc系统。 进入八九十年代后，plc的软硬件功能进一步得到加强，plc已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使pl

20、c符合今天对高质量高产出的要求。尽管plc功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。 1.2 plc组成及特点 plc的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部分及外部设备组成。除了硬件系统外，还需要软件系统的支持，它们相辅相成，却一不可，共同构成plc。plc的软件系由系统程序和用户程序两大部分组成。 plc能如此迅速发展，除了工业自动化的客观需求外，还因为他具有许多独特的优点。他较好到解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。以下是其主要特点。（1）编程方法简单易学（2）功能强，性能价格比高（3）硬件配套齐全，用户使用

21、方便，适应性强（4）可靠性高、抗干扰能力强（5）系统的设计、安装、调试工作量少（6）维修工作量小，维修方便（7）体积小、耗能低 1.2.1 硬件的可靠性 可编程控制是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制系统和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维修方便等一系列的优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业的三大支柱之一。一个设计良好的plc能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。 plc

22、的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部件及外部设备组成。各部分之间通过内部系统总线进行连接。cpu是plc的核心部分，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作，它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。plc的对外功能主要是通过各类接口模块的红外线，实现对工业设备和生产过程的检测和控制。plc的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、质量轻、效率高、抗干扰性能好。路串一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。 1.2.2 编程简单，使用方便 用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件

23、和软件知识。 plc采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数plc均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。 1.2.3 接线简单，通用性好 plc的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与plc输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与plc输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。plc的编程逻辑提供了能随要求

24、而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使plc具有很高的经济效益。 用于连接现场设备的硬件接口实际上是plc的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。 1.2.4 可连接为控制网络系统 plc可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为5002500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1m10mbps，传输距离为5001000m，网上结点可达1024个。

25、这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。 1.3 plc的工作原理 plc的工作原理与计算机的工作原理是基本一致的。他通过执行用户程序来实现控制任务。但是，在时间上，plc执行的任务是串行，与继电接触器控制系统中任务的执行有所不同。plc采用循环扫描工作方式。在程序执行过程的周期中，程序对各个过程输入信号进行采样，对采样的信号进行运算和处理，并把结果输出到生产过程的执行机构中。 所谓i/o刷新即对plc的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入plc中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端

26、。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“i（输入）/o(输出) 刷新”。 由此可见，若输入变量在i/o刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次i/o刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于plc采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是cpu执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。 对于慢速控制系统，响应速度常常

27、不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。 但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。 1.4 plc在电梯上的应用 随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以微处理器为核心组成的可编程序控制器（plc）得到了广泛的应用。很多工厂的生产流水线、加工设

28、备、船舶上货物的装卸装置、电梯的运行等都由plc控制，只要把预定的控制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据输入各种指令，经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。  plc在电梯中的应用也已很成熟。plc作为主控制器，一方面要采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面要把采集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯的运行。 我们利用plc内的条件跳转和主控指令，把对

29、电梯的控制程序划分为几个程序段：检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段。当给电梯送电时，plc就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是否接通、厅门轿门是否关闭、电梯处在何种状态。正常自动状态时，plc检测门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时，进入待机状态，此时一收到指令信号电梯即起动。当电梯到达减速楼层时, plc程序是仿照继电器控制理念进行编制。第四章 硬件设计4.1 硬件配置简介 plc产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领域的欢迎。特别是中小容量plc成功取代了传统

30、的继电控制系统，使得控制系统的可靠性大大提高。目前各国生产的plc品种繁多，发展速度快。本文所用到的产品是s7-200系列的plc作系列电梯的。在此简单的介绍该机型的一些技术指标。 技术性能分为：一般性能，功能特性（基本单元），输入性能，输出性能和其它性能。 4.2 电梯控制系统模拟图如下： 4.3电气控制系统框图如下： 第5章 软件设计 5.1 程序流程图第六章 系统调试完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。 6.1 硬件部分调试&#

31、160;根据电气接线图安装接线，plc实际接线时，还应考虑到以下几个方面： (1) 应有电源输入线，通常为220v、50hz交流电源，允许电源有一定的浮动范围。并且必须有保护装置，如熔断器等。若是干扰较强或对可靠性要求很高的场合，应在plc的电源输入端加装带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。 (2) 输入端子八个为一组，公用一个com端。plc应单独接地，不要和其他电器元件共用接地线，接地线面积应大于2mm²,并尽可能靠近plc。 (3) plc输出端接有线圈和电磁阀等感性元件时必须加保护电路，例如并接阻容吸收回路（对于交流电

32、源）或续流二极管（对于支流电源）。 6.2 软件部分调试 用编程工具将用户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、下载、调试、运行，直至运行正确。 6.2.1 编辑、编译 打开梯形图编辑器将程序输入电脑。程序输入完成后，用cpu的下拉菜单或工具条中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，并能明确的指出错误的网络段，可以根据错误的提示对程序进行修改，然后再编译，一直到编译无误。 6.2.2 程序下载 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，

33、经选定程序块、数据块、系统块等下载内容后，按确认按钮将选中内容下载到plc的存储器上。 6.2.3 程序监视、运行调试 当plc工作方式开关在term位置时还可用stepmicro/win32的菜单命令或快捷按钮都可以对cpu工作方式进行软件设计。 使用程序编辑器还可以在plc运行监视程序执行的过程和各元件的状态及数据，打开调试菜单选中程序状态。这时闭合触点和通电线圈内部颜色变蓝。在plc的运行工作状态随输入条件的改变、定时及计数过程的运行，每个扫描周期的输入阶段将各个期间的状态刷新，同时还可以动态显示各个定时、计数器的当前值，以便在线动态观察程序的运行

34、，出现错误易于发现更改。 经过系统各方面的调试，系统运行正确。说明该设计合理。 结 束 语此次设计让我真实感受到了理论联系实际的重要性，要想真正的把所学的知识应用到实际的生产、生活中，还真的不是一件容易的事情，要考虑的问题、要做的事情太多，也非常复杂，要真正理清事物之间的复杂的逻辑关系。自己要学的知识真的是太多太多了，难怪老话有“活到老，学到老”之说，今后还要在学习工作中不断充实自己。 在本次毕业设计中，我通过查阅与课题有关的技术参考资料，了解与此有关的应用技术与发展现状，同时学习掌握西门子公司plc的编程调试方法与技术，在此基础上设计并完成了用西门子plc控制五层电梯系统的硬件和软件，给出系统硬件的整体设计的说明，以及软件的总体设计构思，并编写相应的梯形图软件。 毕业设计是大学学习阶段的一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次独立地较为完整的设计出电梯plc控制系统，我摆脱了单纯的理论学习状态。通过实际