基于PLC五层电梯控制系统设计

1、1摘要本毕业设计是五层电梯模型PLC 控制系统的设计，电梯不仅是生产环节中的一种重要设备，而且是人们频繁乘用的一种交通运输设备。随着科技的飞速发展，更是给电梯带来了日新月异的变化。本设计采用的是德国西门子S7200系列的可编程控制器CPU226作为控制核心，与扩充模板EM223和EM222来实现五层楼电梯的控制。主要介绍了电梯的硬件结构、PLC 的基本原理、系统的硬件选择、PLC 的软件的介绍和软件的编程。设计电梯的主要实现的功能有：层楼信号的产生与消除、停层信号的登记与消除、外呼叫信号的登记与消除。最后通过PLC 的软件进行仿真，初步完成基本功能的实现。关键字：五层电梯 PLC 控制Abst

2、ractThis graduation design is five elevator model PLC control system design, elevator is not only one of the production process, and is an important equipment by the people with frequent a transportation equipment. With the rapid development of science and technology, but also give elevator brought

3、changing.This design uses Germany Siemens S7-200 series programmable controller CPU226 as control core, and expanded the EM223 and EM222 to realize the template five floors elevator control. Mainly introduces the hardware structure, the fundamental principles of PLC elevator, system hardware choice,

4、PLC software programming introduce and how to program. Design of main functions are: open closed storey signal is produced and eliminate, stop layer of registration and eliminate, call signs outside the registration and eliminate, Finally the simulation software by PLC, preliminary complete basic fu

5、nctions of the system.Key Words: five floors Elevator PLC Control2目录1 绪论1.1 课题的研究背景及意义1.2 电梯控制信号系统发展的现状1.3 电梯的介绍1.4 本文的主要工作2 可编程逻辑控制的简介2.1 PLC的定义2.2 PLC的发展史2.3 PLC的发展趋势2.4 PLC与其它工业控制系统的比较2.5 可编程逻辑控制器的工作原理3 3 五层电梯PLC 的方案选择3.1 当今PLC 的主要生产厂家及产品3.2 几个PLC 主要生产厂家的介绍3.3 方案的选择4 电梯系统的硬件设计4.1 电梯系统的基本要求4.2 五层电

6、梯PLC 控制的总体设计思想4.3 可编程逻辑控制器机型的选择4.4 五层电梯控制的主电路及门控电路4.5 PLC外部接线图5 电梯的软件设计5.1 PLC的编程语言5.2 SETP 7编程软件的编程语言及基本指令5.3 程序设计思想5.4 编程分析5.5 PLCI/O分配5.6 编程软件及其使用6 电梯的仿真6.1 程序仿真步骤6.2 仿真软件设置6.3 楼层信号的产生与消除6.4 停车信号的登记与消除6.5 外召唤信号的登记与消除总结致谢参考程序附录s7-200CPU226技术参数1绪论1.1课题的研究背景及意义5 电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交

7、通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。目前，由可编程序控制器(PLC和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC 控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电

8、梯控制的发展方向。1.2电梯信号控制系统发展的现状近年来，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，继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式己逐渐被PLC 控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐

9、渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC 控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。6 1.3电梯介绍一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下：1 按用途分类乘客电梯：为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。载货电梯：主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯：为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设

10、计的电梯。观光电梯：轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。2按驱动方式分类7 交流电梯：用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。直流电梯：用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。2按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。低速梯：常指低于1.00m/s速度的电梯。中速梯：常指速度在1.002.00m/s的电梯。高速梯：常指速度大于2.00m/s的电梯。超高速梯：速度超过5.00m/s的电梯。随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。电梯是

11、机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。8 一 拽引系统电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠

12、钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。二 导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动三 门系统门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。四 轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿

13、厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定五 重量平衡系统9 重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。六 电力拖动系统电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。七 电气控制系统电梯的电

14、气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到用平面的操作。位置显示装置。是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。八 安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和10

15、撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。1.4 本文的主要工作综上所述，由于电梯作为新一代运输工具，本次毕业设计就以五层电梯作为控制对象，以PLC 作为工具对电梯控制系统进行了设计。在设计过程中，首先对PLC 进行了详细的介绍，然后针对五层电梯的设计进行PLC 类型的选型，根据目前对市场上主要流行的几款PLC 进行介绍，决定选用西门子s7-200PLC 的原因，再次就是对五层电梯硬件分析，根据输入输出点数，确定PLC 机型，画出硬件连线图，然后进行软件分析编程，写出梯形图和语句，进行程序的下载、调试，最后进行软件的仿真、调试等。112 可编

16、程逻辑控制简介2.1 PLC的定义可编程控制器（Programmable Logic controller,简称PLC ），是以微处理器作为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。具体来说，它是数字运算操作的电子系统，主要为工业环境所应用。采用可以编程的存储器，用于它内部存储程序，执行顺序控制、逻辑运算、计数、定时与算数操作等面向用户的指令，并通过数字或者模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它的可靠性高、耐高温、耐冲击和耐振动等特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具。2.2 PLC的发展史第一台PLC 诞生后不久，Dick Morley（被誉为可编程控制器之父）

17、的MODICON 公司也推出了084控制器。这种控制器的核心思想就是采用软件编程方法代替继电器控制系统的硬接线方式，并有大量的输入传感器和输出执行器的接口，可以方便的在工业生产现场直接使用。而这种能取代继电器控制柜的设备就是Morley 等人提议开发的Modular Digital Controller(MODICON.随后，1971年日本推出了DSC-80控制器，1973年西欧国家的各种PLC 也研制成功。虽然这些PLC 功能还不强大，但它们开启了工业自动化应用技术新时代的大门。PLC 诞生不久即显示了在其他工业控制中的重要性，在许多领域得到了广泛的应用。PLC 技术随着计算机和微电子技术的

18、发展而迅速发展，由最初的一位机发展为8位机。随着微处理器CPU 和微型计算机技术在PLC 应用，形成了12 现在意义上的PLC 。进入20实际80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC 得到了惊人的发展，使plc 概念、设计、性能价格比以及应用等发面都有了新的突破。不仅控制功能增强、功耗体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且远程I/O和通信网络、数据处理以及人机界面也有了长足的发展。现在PLC 不仅能得心应手于制造业自动化，而且还可以应用于连续生产的控制系统，所有这些已经使之成为自动化技术领域的三大支柱

19、之一，即使在现场总线技术成为自动化技术应用热点的今天，PLC 仍然是现场总线技术控制系统不可缺少的控制器。大致总结一下，PLC 的发展经历了五个阶段。1. 初级阶段从第一台PLC 问世到20世纪70年代中期。这个时期的plc 功能简单，主要完成一般的继电器控制系统的功能，即顺序逻辑、定时和计数等，编程语言为梯形图。2崛起阶段从20世纪70年代中期到80年代初期。由于PLC 在取代在取代继电器控制系统方面的卓越表现，所以自从它在电气自动化控制领域开始普及应用后便得到了飞速的发展。这个阶段的PLC 再其控制方面增强了很多，例如数据处理、模拟量的控制等。3成熟阶段从20世纪80年代初期到90年代初期

20、。这之前的PLC 主要是单片机应用和小规模、小系统的应用；但随着对工业自动化技术水平、控制功能和控制范围要求的提高，再大型的控制系统（如冶炼、饮料、造纸、烟草、纺织、污水处理等）中，PLC 也展示出了其强大的生命力。对于这些大规模、多控制的应用场合，就要求PLC 控制系统必须具备通信和联网功能。这个13 时期的PLC 顺应时代要求，在大型PLC 中一般都扩展上了遵守一定协议的通信接口。4飞速发展阶段从20世纪90年代初期到90年代末期。由于对模拟量的处理和网络通信功能的提高，PLC 控制系统在过程控制领域也开始大面积使用。随着芯片技术、计算机技术、通信技术和控制技术的发展，PLC 的功能得到进

21、一步提高。现在PLC 不论从体积上、人机界面功能、端子接线技术，还是从内在的性能（速度、存储容量等）、实现的功能（运动控制、通信网络、多级处理等）方面都远非过去的PLC 可比。从20世纪80年代以后，使PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持在30%40%之间。5开放性、标准化阶段从20世纪90年代中期以后，其实关于PLC 开放性的工作在上世纪80年代就已经展开；但受到各大公司的利益阻挠和技术标准化难度的影响，这项工作发展的并不顺利。所以plc 诞生后的30年里，各个在通信标准、编程语言方面都存在这不兼容的地方，这为在工业自动化实现互换性、互操作性和标准化都带来了极大的不便。现在随着棵可编程程

22、序控制器国际标准IEC61131的逐步完善，特别是IEC61131-3标准的推广，使得PLC 真正走入一个开放性和标准化的时代。2.3 PLC的发展趋势PLC 总的发展趋势是高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、软PLC 、标准化、与现场总线技术紧密结合等方向发展。1 向小型化、专用化、低成本方向发展随着微电子技术的发展，新型器件性能的大幅度提高，价格却大幅度降低，使得PLC 结构更为紧凑，操作使用十分简单。从体积上讲，有些专用14 的微型PLC 仅有一个香皂大小。PLC 的功能不断增加，将原来大、中性PLC 才有的功能部分的转移到小型PLC 上，如模拟量处理、复杂的功能指

23、令和网络通信等。PLC 的价格也不断下降，真正成为现在电气控制的不可替代的控制装置。据统计，小型和微型的PLC 德市场份额一直保持在70%80%之间，所以对小型化的追求不会停止。2 向大容量、高速度、信息化方向发展现在大中型PLC 采用多微处理器系统，有的仅用了32位微处理器，并集成了通信联网的功能，可同时进行多任务操作，运算速度、交换数据速度以及外设响应速度都有大幅度提高，存储容量大大增加，特别好似增加了过程控制和数据处理的功能。为了适应工厂控制系统和企业信息管理系统日益有机结合的要求，信息技术也渗透到了PLC 中，如设置开放的网络环境、支持OPC （OLE for Process Cont

24、rol ）技术等等。3 智能化模块的发展为了实现某些特殊的控制功能，PLC 制造商开发出了许多智能的I/O模块。这些模块本身带有CPU ，使得占用主CPU 的时间很少，减少了对PLC 扫描速度的影响，提高了整个PLC 控制系统的性能。它们本身有很强的信息处理能力和控制功能，可以完成PLC 的主CPU 难以兼容的功能。由于在硬件和软件方面都采取了可靠性和便利化的措施，所以简化了控制系统的系统设计和编程。典型的智能化模块主要有高速计数米快、定位控制模块、温度控制模块、闭环控制模块、以太网通信模块和各种现场总线通信模块等。4 人机界面的发展HMI 在工业自动化系统中起着越来越重要的作用，PLC 控制

25、系统在HMI 方面的进展主要体现在以下几个方面：15 （1）编程工具的发展 过去大部分中小型PLC 仅提供手持式编程器，编程人员通过编程器与PLC 打交道。首先是把编制好的梯形图程序转化成语句表程序，然后使用一个编程器一个字符、一个字符的敲到PLC 内部；另外调试时也只能通过编程器观察很少的信息。现在编程器已被淘汰，基于windows 的编程软件不仅可以对PLC 控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构类型，各通信接口的参数等，而且可以再屏幕上可以直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并且可以实现不同编程语言的转换，程序被编程后可下载到PLC ，也可以将用户程序上传到计算机。编程

26、软件的调试和监控功能一额远远超过手持式编程器，可以通过编程软件中的监视功能实时观察PLC 内部各存储单元的状态和数据，为诊断分析PLC 程序和工作过程中出现的问题带来了极大的方便。（2）功能强大，价格低廉的HMI 过去在PLC 控制系统中进行参数的设定和显示时非常麻烦，对输入设定参数要使用大量的拨码开关组，对输出显示要使用数码管，它们不仅占据大量的I/O资源，而且功能少，接线繁琐。现在各种单色彩色的显示设定单元、触摸屏、覆膜键盘等应有尽有，它们不仅完成大量的数据设定和显示，更能直观的显示动态图形画面，而且还能完成数据处理功能。（3）基于PC 的组态软件 在中大型的PLC 控制系统中，仅靠简单的

27、显示设定单元已不能解决人机界面的问题，所以基于windows 的PC 机成为了最佳的选择。配合有适当的接口或适配器，PC 机就可以和PLC 之间进行信息的呼唤，再配合功能强大的组态软件，就能完成复杂的和大量的画面显示、数据处理、报警处理、设备管理等任务。这些组态软件国外的品牌有WinCC 、iFIX 、Intouch 等，国产公司由亚控、力控等。5 在过程控制的使用以及PLC 的冗余特性虽然PLC 得强项是在制造业领域中，但随着通信技术、软件技术和模16 拟量控制技术的发展并不断地融合到PLC 中，他现在也被广泛应用到了过程性控制领域中。但在过程控制中使用必然要求PLC 控制系统具有更高的可靠

28、性。现在世界上顶尖的自动化设备的供应商提供的大型PLC 中，一般都增加了安全性和冗余性的产品，并且符合IEC61508标准的要求。该标准主要为可编程电子内的功能性安全设计而制定，为PLC 在过程控制领域使用的可靠性和安全性提供了依据。现在PLC 的冗余产品包括CPU 系统、I/O模块以及设备分冗余软件等。大型PLC 以及冗余技术一般都是在大型的过程控制系统中应用。6 开放性和标准化世界上大大小小大的电气设备制造商几乎都推出了自己的PLC 产品，但由于没有一个统一的规范和标准，所有的PLC 产品在使用上都存在一些差别，而这些差别的存在对PLC 产品的制造商和用户都是不利的。一方面它增加了制造商的

29、开发费用；另一方面他也增加了用户学习和培训的负担。这些非标准化的使用结果，使得程序的重复利用和移植性都成为不可能。现在的PLC 采用了各种工业标准，如IEC61131、IEE802.3以太网、TCP/IP、UDP/IP等，以及各种事实上的标准，如Windows NT、OPC 等。特别是PLC 的国际标准IEC61131，为PLC 从硬件设计、编程语言、通信联网等各方面都制定了详细的规范。7 通信联网功能的增强和易用化在中大型PLC 控制系统中，需要多个PLC 以及智能仪器仪表连接成一个网络，进行信息的交换。PLC 通信联网的功能增强使它更容易于PC 和其他智能控制设备进行互联，使系统形成一个庞

30、大的整体，实现分散控制和集中管理。现在许多小型甚至微型PLC 的通信功能也十分强大。PLC 控制系统的介质一般有双绞线和光纤，具备常用的串行通信功能。在提供网络接口方面，PLC 一是提供直接挂到现场总线网络中的接口；二是提供17 Ethernet 接口，使PLC 直接接入以太网。虽然通信网络功能强大，但硬件连接和软件设计的工作量却不大，许多制造商位用户设计了专用的通信模块，并且在编程软件中增加了向导；所以用户大部分的工作是简单的组态和参数设计，实现了PLC 中复杂通信网络功能的易用化。8 软PLC 的概念所谓软PLC 就是在PC 机的平台上，在Windows 操作环境下，用软件来实现PLC 的

31、功能。这个概念大约在20世纪90年代中期提出。安装有组态软件的PC 机既然能完成人机界面的功能，为何不把PLC 的功能用软件来实现呢？PC 机价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。如果软件功能完善，则利用这些软件可以进行方便的工业控制流程的实时和动态监控，完成报警、历史趋势和各种复杂的控制功能，同时节约控制系统的设计时间。配上远程I/O和智能I/O后。软PLC 也能完成复杂的分布式控制任务。在随后的几年，软PLC 的开发也呈上升的势头。但后来软PLC 并没有出现人们想象的那样占有市场的份额，这是因为软PLC 本身存在的一些缺陷造成的：（1）软PLC 对维护和服务人员的要求

32、较高；（2）电源故障对系统影响较大；（3）在占绝大多数的低端应用场合，软PLC 没有优势可言；（4）在可靠性方面和对工业环境的适应性方面和PLC 无法比拟；（5）PC 机发展速度太快，技术支持不容易保证。2.4 PLC与其它工业控制系统的比较2.41 PLC与继电器控制系统比较18 从某种意义上说，PLC 是从继电接触控制发展而来的。两者既有相似性又有不同之处。1 继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC 内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。2 继电接触控制系统体积大；PLC 控制系统结构紧凑，体积小。3 继电接触控制全为机械式触点，动作

33、慢；PLC 内部全为“软接点”，动作快。4 继电接触控制功能改变，须拆线、接线乃至更换元器件，比较麻烦；PLC 控制功能改变，一般仅需修改程序即可，极其方便。5PLC 控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。6PLC 控制的自检和监控功能比继电接触控制的强。7PLC 的应用范围比继电接触控制的要广泛。8PLC 可靠性比继电接触控制的高。此外，可编程序控制器与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。可编程序控制器是以反复扫描的方式工作，是循环地、连续逐条执行程序，任一时刻它只能执行一条指令，也就是说可编程序控制器是以“串行”方式工作的。而继电-接触器是按“并行”方式工作的，或者

34、说是按同时执行方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个电器同时动作。19 继电-接触器控制的并行工作方式因触点动作的延误易产生竞争和时序失配等问题，这些在串行工作方式的可编程序控制器中不会发生。表2-1 可编程序控制器与继电器柜的区别 PLC 也是随着微型计算机的发展而发展，PLC 实质上就是一台专为工业生产控制设计的专用计算机。两者既有相似处有差别，主要差别表现在以下几个方面：20 1 PLC输出输入接口较多，中大型PLC 输出输入接口更多，便于多路多点控制。2 PLC编程简便，因为PLC 是采用易于用户理解、接收和使用的梯形图编程语言，指令又不太多，而计算机使用汇编语言或其他高级语言编程

35、，比PLC 编程复杂。3 PLC可靠性高，因为PLC 是为工作环境条件比较恶劣的工业控制设计的，设计与制造PLC 时已采取了多种有效的抗干扰和提高可靠性措施。4PLC 技术较容易掌握，使用维护方便，对使用者的技术水平要求比使用计算机时低。5PLC 采用扫描方式进行工作，加之其他一些原因，所以PLC 输入输出响应比计算机慢。6 此外PLC 体积较小，调试周期短。表2-2 可编程序控制器与通用计算机的区别 从上边的论述和比较可以看出。由PLC 的硬件决定了它的可靠性和控制功能比继电器控制系统高的多，它是专门为工业控制场合设计的，所以他的稳定性也比一般通用计算机要好的多，而且它操作简单灵活，易于实现

36、系统升级和功能扩展所以在本设计中采用PLC 来进行逻辑控制。2.5可编程控制器的工作原理PLC 采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。步骤如下：按照用户控制要求编制好程序，并存于存储器中，当PLC 运行时，CPU 执行命令，按指令序号（或地址号）顺序地作周期性循环扫描工作。如果没有跳转指令，那么它就从设置的第一条指令开始，逐条顺序执行用户设定的程序，直到程序结束为止。然后重新返回第一条指令，开始下一轮的工作。在每一次的扫描过程中，还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作，周而复始地进行下去。PLC 的扫描工作过程分为：采集输入信号、程序执行和输出刷新三阶段，并进行周期性的循环工作。

37、1采集输入信号阶段 PLC 以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行一次采集，并存入寄存器中，此时寄存器会因采集到信号被刷新。接下来是进入程序处理阶段，在执行程序阶段时，即便输入状态发生了变化，输入寄存器的内容也不会跟着改变，也就是说输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采集到。2程序执行阶段 这个阶段PLC 对程序按顺序进行扫描执行。如果程序用梯形图来表示的话，那么总是从上到下，从左到右顺序执行。如果遇到程序跳转指令时，根据跳转的条件是否满足，来决定程序是否需要跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC 会从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，

38、然后将结果再次存入元件映象寄存器中，对于元件映象寄存器来说，其内容也会随程序执行的过程而变化的。3输出刷新阶段 所有程序执行完毕后，然后进入输出处理阶段。这一阶段中，PLC 会将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，然后通过一定方式输出，并驱动外部负载。也就是说，PLC 在一个扫描周期内对输入状态的采集只在输入采样阶段进行，当PLC 进入程序执行阶段后输入端将被封锁，一直到下一个扫描周期的输入采集阶段才对输入状态进行再次采集，这定义为集中采集，概括为在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采集。在用户程序中，如果对输出结果多次赋值，那么最后一次有效。在一个扫

39、描周期以内，只在输出刷新阶段才能将输出状态从输出映象寄存器中输出，再对输出接口进行刷新，但在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中，这种方式称为集中输出。对于小型PLC 来说，其I/O点数较少，用户程序也较短，一般采用集中采集、集中输出的方式，虽然在一定程度上降低了响应速度，但PLC 工作时间与外部输入/输出设备隔离，大大提高了系统的抗干扰能力，增强了系统可靠性。对于大中型PLC 来说，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序很长，如果想提高系统响应速度，可以采用定期采集、定期输出的方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。3 五层电梯PLC 选型3.1 当今PLC 的主

40、要生产厂家及产品目前，我国市场上主要有以下几家PLC 产品：1 德国西门子公司的产品，目前有SIMATIC S5-155/135系列、SIMATIC S7-400/300/200系列产品；2 施耐德公司，包括早期引进莫迪康公司的产品，目前有Micro 、Quantum 、Premium 、Momentum 等产品；3 罗克韦尔公司（包括AB 公司）PLC 产品，目前有SLC 、Micro Logix、Control Logix等产品；4 GE公司的SERIES 、GE9070、GE9030系列产品；5 日本的欧姆龙、三菱、富士、松下等公司的产品。这些产品在各个行业都有广泛的应用，但由于最初在各

41、行业的使用基本都是作为成套设备的电器配套产品被引入，所以在每个行业都有一些主流的应用。比如在冶金工业上基本都是由西门子公司的产品覆盖，另外GE 公司产品也有一定的市场，还有AB 公司把持的水利、水处理，施耐德公司把持的电力领域等。但是随着各个公司产品的本地化和多样化，使得在各行业的竞争也不断加剧，我们在对PLC 产品的使用也有了原来越多的选择。3.2几个PLC 主要生产厂家的介绍1 西门子德国西门子（SIEMENS ）公司生产的可编程程序控制器在我国的应用相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS ）公司的PLC 产品包括LOGO 、s7-200、s7-300、s

42、7-400，工业网络，HMI 人机界面，工业软件等，西门子s7系列PLC 体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC 产品可分为微型PLC （如s7-200），小规模性能要求的PLC(如s7-300 和中高性能要求的PLC （如s7-400）等。（1）SIMATIC S7-200 PLCS7-200是超小型化的PLC ，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。它的强大功能使其无论单机运行还是连成网络都能实现复杂的控制功能。它还可提供4个不同的基本型号和8中CPU 可供选择使用。（2）SIMATIC S7-300 PLCS7-300 PLC采用模

43、块化结构，具备高速的指令运算速度；用浮点数运算比较有效的实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数设置；方便的人机界面服务已经集成在s7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。（3）SIMATIC S7-400 PLCS7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程控制器。其采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别的CPU ，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只需要适当的增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。2 施耐德以前施耐德的PLC 产品有Modicon 旗下的Qu

44、antum 、Compact （已停产）、Momentum 等系列，编程软件是Concept ；而TE 旗下的Premium 、Micro 系列则使用PL7，各顾各的使用起来不是很方便，施耐德在整合了Modicon 和TE 品牌的自动化产品后（Modicon 今后只代表TE 的高端自动化产品系列，不再作为品牌单独出现），将Unity 软件作为未来PLC 的统一平台（小型PLC 暂不在此列），目前仅支持Quantum 、Premium 和M3.0三个高端系列。至于Momentum 和Micro 作为成熟产品未来不会有多大的改进，所以会继续沿用原来的平台。小型的Twido 系列现在使用TwidoS

45、oft 软件（国外已经开始使用TwidoSoft ，不过估计短时间内还不会引入中国），至于最简单的逻辑控制器Zelio Logic的编程软件Zeliosoft 现在也已经推出中文版了。3 GE系列90-30PLC 今天的生产面临需要更广泛的控制解决方案使操作更加灵活的压力。因此，GE Fanuc提供系列90-30PLC 来提供从简单继电器替换到复杂中档自动化控制的多种功能，系列90-30有超过100个离散量和模拟量I/O模块以及一个创新结构和模块化设计，可以满足您的应用需求，并且随着您企业的增长而进行系统扩展。4 三菱以其高性能，低价格应和了中国工控行业的需求，在国内得到了广泛的应用。三菱PL

46、C 产品系列十分丰富，可以广泛的满足不同用户的需求。三菱电机公司的PLC 主要有以下几个系列：FX1S 系列：三菱PLC 是一种集成性小型单元的PLC 。具有完整的性能和通讯功能等扩展性。如果考虑安装空间和成本是一种理想选择。FX1N 系列：是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC ，具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制的PLC 。FX2N 系列：是三菱PLC 是FX 家族最先进的系列，具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，位工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。FX3U ：是三菱电机公司最近推出的新型第三代PLC ，可能称

47、得上是小型至尊品。基本性能大幅提升，集体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100HZ 的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。3.3 方案的选择方案一：采用日本三菱公司的F1系列PLC ，三菱设计合理，结构紧凑，体积小，重量轻，具有很强的抗干扰能力及优良的性能价格比。PLC 常用的编程语言有几种：梯形图语言、助记符语言、逻辑功能图和某些高级语言；F2X 系列的PLC 系统最大I/O点数为128点，配置扩展单元可达256点。F2X 系列机执行基本指令速度为0.48us/步，用户程序存储器的容量可扩展至8k 步。它有与F1兼容的20条基本指令和2条步进指令

48、，此外还有功能强大的95种功能指令。它有6个和普通入口兼容的高速计数器输入点，最高计数频率为10KHz 。方案二：采用西门子SIMATICs7-200系列。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 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

49、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 ， 西门子s7-200PLC 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。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，

50、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 。综上所述，了解到西门子s7-200 PLC 具有功能强大、价格低廉、编程方便等优点。所以选用s7-200PLC 来控制五层电梯。4 电梯系统的硬件设计4.1电梯系统的基本要求在这个程序中要实现5层电梯的换向和换速的控制，设计中只对这一控制功能必须

51、的信号进行设置。主要完成对PLC 输入输出点的确定。设计五层的上下行的电梯控制要求，按照一定的要求，通过PLC 的控制实现对电梯在自动运行状态下（无人值守）的换速和换向控制。要求如下：（1）换向说明 当电梯轿内或门厅呼叫按钮按下时，根据检测到的上行或下行指令给出相应的信号，从而控制电梯的驱动电机进行相应的动作。当有多个呼叫信号到达时，执行方式为优先响应电梯运行方向上的信号，再相应另一方向的信号。对未及时相应的信号进行保留。（2）换速说明 电梯正常运行状态下以快速启动，当要到达需要停止的楼层时，给出换速信号控制拖动电机转为慢速运行，以确保电梯平稳的停止在目标位置。4.2 五层电梯控制的PLC 总

52、体设计思想首先要设置PLC 的输入，根据电梯的特点，输入输出应该包括以下几部分：（1） 轿内及各门厅控制按钮主要是轿内的楼层选择数字键15；各层门厅按钮，除一层只设置上升按钮、五层只设置下降按钮外，其他几层要设置上升和下降两个按钮。（2） 电梯运行位置检测为确保电梯的正常停止，在各层设置位置检测元件，当电梯运行到每层时，对应的检测元件给出信号到PLC 。（3） 输出信号对电机进行控制的输出，包括正向控制、反向控制、快速控制和慢 速设置4个输出，其中正反向控制输出点驱动继电器完成对电机方向的控制，快慢速输出所驱动的继电器是实现对加减速电阻的控制，具体的电机速度变化的实现方式依据实际情况不同而不同

53、。具体的系统的整体框图如下所示： 图4-1五层电梯控制的系统框图4.3可编程控制器机型的选择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。本系统为五层楼的电梯, 采用集选控制方式。所需输入/输出点数估算如下:通过对输入输出点的估计不超过128，所以使用微型s7-200PLC 。S7-200PLC 是一种小型可编程逻辑控制器（Micro PLC），可应用于各种小型自动化控制系统。高集成度的设计、低廉的成本使得s7-200成为各种小型控制任务理想的解决方案，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。并且，西门子s7-200PLC 具

54、有：极高的可靠性、丰富的指令集、极快的浮点运算速度、丰富的扩展模块、强大的内部集成功能等几个方面的出色表现本设计系统为五层楼电梯控制系统，采用S7200 CPU226加上一个扩展模块EM223的24VDC 输入法16点/输出16点类型和一个EM222的8点输出模块。它是24点输入和16点输出点加上16点扩展输入和24点扩展输出。基本上可以满足五层楼的电梯控制系统。CPU226参数见附录一。4.4 五层电梯控制的主电路及门控图交流双速电梯的主电路图如下所示。图中M1为YTD 系列专用双速笼型异步电动机（6/24极）；KM1、KM2为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电

55、梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速与低速运行接触器；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗与电阻，与KM5KM8配合实现对电机的加减速控制。当KM1、KM2与KM3通电吸合时，电梯将进行上行或下行起动。延时后KM5、KM8依次通电吸合，切除R1、L1电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电机 转为低速接法，串入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6KM8依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动的舒适度。至平层位置时，接触器全部释放，抱闸抱死，电梯停止运行。在检修状态时，电梯只能在低速接法下点动运行。门控电机主电路

56、图附录所示，KMK 是控制电机正转即开门；KMG 是控制电机反转即关门。31 FU1FR1图4-2 交流双速电梯的主电路图 32图4-3 门控电机主电路图4.5 PLC外部接线图本设计的PLC 外部接线图如图所示. 33图4-4 五层电梯控制系统接线图 34图4-5 五层电梯PLC 扩展模块接线图355 电梯的软件设计5.1 PLC的编程语言PLC 程序是PLC 指令的有序集合，PLC 运行程序就是按一定的顺序，执行这集合中的一条条指令。指令是指示PLC 动作的文字代码或图形符号。使用的编程语言不同，这些文字代码和图形符号就不相同。但从本质上来讲，指令的实质都是二进制机器码。同普通的计算机一样

57、，PLC 的编程软件通过编译系统把PLC 程序编译成机器代码。PLC 提供了功能较为完整的编程语言，以适应PLC 在工业环境中的应用。利用PLC 的编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序”。PLC 的编程语言一般有五种：顺序功能图(Sequential Function Chart 、梯形图(Ladder Diagram、功能块图(Function Block Diagram、指令表(Instruction List和结构文本(Structured Text。其中，顺序功能图(SFC、梯形图(LD、功能块图(FBD是图形编

58、程语言，指令表(IL和结构文本(ST是文字语言。梯形图(LD是目前使用最广泛的PLC 图形编程语言，梯形图与继电器控制系统的电路图相似，比较易于掌握、程序表达清楚。本系统PLC 程序的编制采用梯形图语言，编程软件为STEP 7。该软件能够完成制作程序、对可编程控制器CPU 的写入/读出、监控程序运行、调试程序、PLC 错误诊断等一系列功能。5.2 STEP 7编程软件的编程语言及基本指令标准的STEP 7软件包配3种基本编程语言，即梯形图（LAD ）、功能块图（FBD ）、语言表（STL ）和顺序功能图编程语言，它们在STEP 7中可以相互转换。本实验采用梯形图这种编程语言。梯形图结构形式类似地传统的继电器控制电路，它是由图形符号连接而成，这些符号分别代表常开触点、常闭触点、