基于PLC四层电梯控制系统课程设计报告书

1、 PAGE20 / NUMPAGES23 课程设计说明书课 程 名 称: 电气控制设备课程设计 课 程 代 码:9127028题 目:基于PLC四层电梯控制系统学 生 姓 名: 万 涛 学 号: 210 年级/专业/班: 2012级电气自动化2班 学院(直属系) : 应用技术学院 指 导 教 师: 徐 全 课程设计指导教师成绩评定标准与成绩评定表学生： 万 涛 学号： 210 年级/班： 2012级2班所属学院(直属系)： 应用技术学院 所在专业： 电气自动化技术项目分值优秀(100 x90)良好(90 x80)中等(80 x70)与格(70 x60)不与格(x60)评分学习态度15学习态度认

2、真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度技术水平与实际能力25设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信设计合理

3、，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题论文(计算书、图纸)撰写质量60结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰结构基本合理，

4、逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规化要求；图纸比较工整容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规化要求；图纸不工整或不清晰成绩评定：指导教师签名：徐全 2014 年 7 月 1 日学院名称： 应用技术学院 专业： 电气自动化技术 年级： 2012级 HYPERLINK s:/ google .hk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=15&cad=rja&uact=8&ved=0CEkQFjAEOAo&url=%68%74%74%70%3a%2f%2f%77%77%77%2e%64%6f%63%69%6e%2e%63%6f%6d%2f%70

5、%2d%39%37%37%35%38%35%38%39%2e%68%74%6d%6c&ei=C6iCU73aC5bk8AXa54HADA&usg=AFQjCNGokreAQFK_crpFSE3ujsq202r63A&bvm=bv.67720277,d.dGc t _blank 基于PLC的电梯控制控制系统设计一、选题背景与题目来源在现代城市的高速发展中，一幢幢高楼拔地而起，电梯的广泛应用已成为城市物质文明的一种标志。电梯作为不可缺少的垂直运输设备，已与人们的日常生活密不可分。在计算机技术、自动控制技术和电力电子技术飞速发展的今天，电梯也随之进入了新的发展时期。因此我们需要更多的研究一种可靠稳定

6、的电梯控制系统。工业生产实际应用项目，可在天科TKPLC-A实验装置液体混合模拟实验区完成模拟实验。二、训练目的（1）通过使用各基本指令，进一步熟悉掌握PLC的编程和程序调试；（2）学会绘制电气原理图与接线图；（3）选择电气元器件；（4）完成系统硬件和软件设计；（5）完成模拟实验；（6）编写技术文件。三、要现的功能电梯由安装在楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵容为电梯运行方向。电梯轿厢设有楼层选按钮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。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任

7、何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层），按一层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从三层运行到一层），按三层上升呼叫按钮无效，以此类推。四、实验设备1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机一台2、天科TKPLC-A实验装置五、设计任务（1）根据控制要求分析控制与动作过程，设计硬件系统；（2）绘制电气原理图与PLC I/O接线图；（3）设计软件系统；（4）组成控制系统；（5）进行系统调试，实现（三）所要求的控制功能，完成模拟实验。（6）撰写课程设计说明书。六、参考资料1、天科TKPLC-A实验装置实验

8、手册2、S7-200可编程序控制器手册，西门子技术服务中心，省机械研究，2000.93、现代电器控制与PLC应用技术第2版，王永华，航空航天大学，指导教师： 签名日期：年月日目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc390800623摘要 PAGEREF _Toc390800623 h 1HYPERLINK l _Toc390800624引言 PAGEREF _Toc390800624 h 1HYPERLINK l _Toc390800625第一章、概述 PAGEREF _Toc390800625 h 2HYPERLINK l _Toc3908006261.1、电梯

9、 PAGEREF _Toc390800626 h 2HYPERLINK l _Toc3908006271.1.1、电梯发展 PAGEREF _Toc390800627 h 2HYPERLINK l _Toc3908006281.1.2、电梯的控制 PAGEREF _Toc390800628 h 3HYPERLINK l _Toc3908006291.2、PLC与电梯的结合 PAGEREF _Toc390800629 h 4HYPERLINK l _Toc390800630第二章：设计方案 PAGEREF _Toc390800630 h 5HYPERLINK l _Toc3908006312.1

10、、方案设计原则 PAGEREF _Toc390800631 h 5HYPERLINK l _Toc3908006322.2、系统整体设计方案 PAGEREF _Toc390800632 h 5HYPERLINK l _Toc390800633第三章、系统的硬件设计 PAGEREF _Toc390800633 h 7HYPERLINK l _Toc3908006343.1、电梯部分 PAGEREF _Toc390800634 h 7HYPERLINK l _Toc3908006353.1.1、电梯的主要组成 PAGEREF _Toc390800635 h 7HYPERLINK l _Toc390

11、8006363.1.2、电梯的安全保护装置 PAGEREF _Toc390800636 h 7HYPERLINK l _Toc3908006373.2、PLC控制部分 PAGEREF _Toc390800637 h 8HYPERLINK l _Toc3908006383.2.1、PLC的选型 PAGEREF _Toc390800638 h 8HYPERLINK l _Toc3908006393.2.2、PLC的I/O口分配 PAGEREF _Toc390800639 h 12HYPERLINK l _Toc3908006403.3主电路的设计 PAGEREF _Toc390800640 h 1

12、3HYPERLINK l _Toc390800641第四章、系统的软件设计 PAGEREF _Toc390800641 h 14HYPERLINK l _Toc390800642第五章、软件程序调试实验 PAGEREF _Toc390800642 h 19HYPERLINK l _Toc390800643总结 PAGEREF _Toc390800643 h 19HYPERLINK l _Toc390800644参考文献 PAGEREF _Toc390800644 h 19HYPERLINK l _Toc390800645附录1 PAGEREF _Toc390800645 h 20摘 要本设计将

13、PLC应用于四层电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以与灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点。在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了PLC的优点与特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究容进行了总结。关键词：PLC、控制、四层电梯引 言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

14、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与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。国厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较

15、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。第一章、概述1.1、电梯电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，亦称垂直电梯（英语：Elevator / Lift），在马来西亚、新加坡和俗称“”（lift的译音）。垂直电梯装有箱状吊舱，用于多层 HYPERLINK :/baike.sogou /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=8515&ss_c=ssc.citiao.link 建筑乘人或载运货物。电梯也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯，亦称电

16、动扶梯（英文：Escalator）、行人电梯、扶手电梯等。 电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。具有轿厢的电梯，其轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。1.1.1、电梯发展电梯的起源要从公元前2600年埃与人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机都是以人力作为能源的。直到1203年，法国的一个修道院安装了一台起重机，所不同的地方是该机器是用驴作为动力的，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行吊起，这样的方法一直用到了近代，在1800年后，才有一个煤矿主利用起重机在矿洞里运送煤。 几百年来人们制造过各种各样的升降机，但它们都有

17、缺陷：在升降过程中起吊绳断裂时，升降机便会急速地坠落下来，这样会非常不安全。1854年奥的斯设计了一种制动器：将一个货车用的弹簧和一个制动杆安装在升降机的平台顶部，与升降机井道两侧的轨道连接起来，把起吊绳与货车弹簧连接起来，这样仅是起重平台的重量就完全能把弹簧拉开，避免与制动杆接触。如果起吊绳断裂，货车弹簧就会将拉力减弱，两端立刻与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定而不再继续下坠。这台安全的升降机的成功发明使得奥的斯成了人们注目的中心。“安全”的概念不仅开创了升降机工业，而且也为些想建造更高层建筑物以增加更多可利用空间的设计打开的通路。 但真正的电梯应该是在20世纪初才出现的。 国际上无机房

18、电梯已经经历了四代，第一代无机房电梯诞生在意大利，其诞生的主要原因是欧洲对古建筑的保护以与与液压电梯的竞争。主要原理是电梯主机跨井道底置，即只有一个轮子在井道里，第二代无机房电梯也是井道底置，但是将主机全部搬进了井道，第三代无机房电梯为上置式，主机主要放置的形式为放在导轨上，而第三代至第四代无机房电梯的过渡产品为主机搁置于导轨顶部。 由于安全隐患严重，目前在欧洲的大多数国家基本上把前两代无机房电梯都淘汰掉了，所以1997年以后几乎就没有欧洲的公司再生产前两种电梯了。第三代无机房电梯则属于改变前两代无机房电梯特点的新型电梯。但是很多问题仍旧没有得到很好的解决，例如主机放在厢顶的安全问题和噪音很大

19、，所以在欧洲也没有得到十分好的发展。 只有通力的电梯在第三代无机房电梯得到了发展。但通力的产品虽然有了一些技术上的突破，特别是主机的突破应该说对无机房的普遍应用提供了十分好的机会，但是共振共鸣问题仍然没有彻底解决，这是一个重要的技术缺陷。而且这项技术限制了电梯的提升速度和提升高度。 第三代至第四代过渡产品主要是OTIS， OTIS与第三代的无机房电梯另一个区别就是使用它的主机是轴式马达，轴式马达可以节省顶层空间，但因为它的结构不同，所以顶层高度还不能最小，此外轴式马达的另一个缺点是不节能，并且主机的寿命可能会缩短。第四代无机房电梯就从根本上解决了前三代无机房电梯的缺陷，第一是安全隐患得到了解决

20、，第二是共振共鸣问题的解决，第三是速度上只要主机生产企业能够供应，提高高度与速度不存在技术问题。所以第四代无机房电梯是目前世界上最先进的无机房电梯1.1.2、电梯的控制电梯电气控制技术是一个综合性的系统技术，包括控制器、传感器和调速方法等多种技术。本文系统分析了这些技术方法的发展历史并对它们进行了分类总结。通过分析可知，在电梯电气控制节能、效率以与控制器性价比等方面还存在许多不足，须要进一步研究探讨。自从电梯发明以后，电梯电气控制技术越来越收到人们的重视。电梯电气控制技术主要体现在电梯电气控制系统的设计上。电梯的电气控制主要是对各种指令信号、位置信号、速度信号和安全信号进行管理，使电梯正常运行

21、或处于保护状态，发出各种显示信号。电梯的电气控制，过去采用继电器逻辑线路，一般称继电器控制。这种硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点。但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，国家已规定淘汰。目前我国电梯主要由先进的、可靠性高的微型计算机或可编程控制器（PLC）控制。本文对我国电梯控制技术和方法的发展状况进行研究，总结现有电梯主要控制方法，并对我国电梯将来控制技术和方法做出预测，这项工作能够起到继往开来的作用，对我国电梯行业发展具有积极意义。1.2、PLC与电梯的结合PLC控制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

22、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，目前也广泛用十传统继电器控制系统的技术改造。 PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。 电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都

23、改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。 PLC是以微处理器为基础，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。它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的二大支柱之一。PLC用于电梯控制的优点：(1) 在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。(2) 去掉了选层器与大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。(3) PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。(4) PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(5) 用于

24、群控调配和管理，并提高电梯运行效率。(6) 更改控制方案时不需改动硬件接线。第二章：设计方案2.1、方案设计原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则: (1) 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国、国外资料. (2) 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原

25、则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如:应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而在非正常情况下(如突然掉电再上电、按钮按错等)，也能正常工作。(3) 力求简单、经济、使用与维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。(4) 适应发

26、展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/0点数和存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.2、系统整体设计方案电梯PLC的控制系和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图2.1所示，输入到PLC的控制信号有:运行方式选择、运行控制、轿指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门与限位信号等。电梯控制系统实现的功能： 1. 一台电机控制上升和下降；2. 各层设上/下呼叫开

27、关(最顶层与起始层只设一只)；3. 电梯到位后具有手动或自动开门关门功能；4. 电梯设有层楼指令键，开关门按键；5. 电梯外设有方向指示灯与电梯当前层号指示灯；6. 按钮开门：在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开；7. 指令记忆：当轿厢操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向；8. 呼梯记忆与顺向截停：电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答；9. 自动换向：当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方 向的信号；10.自动返回基站：当设定某一楼层为基站，电梯在其他楼层挺靠后

28、一定时间无人呼叫，则自动关门回到设定基站的楼层第三章、系统的硬件设计3.1、电梯部分使用空间：机房部分、井道与底坑部分、轿厢部分、层站部分3.1.1、电梯的主要组成曳引系统：曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。电梯导向系统：导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。轿厢：轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。门系统：门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。重量平衡系统

29、：系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。电力拖动系统：电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。电气控制系统：电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏（柜），平层装置，选层器等组成。安全保护系统：保证电梯安全使用，防止一切危与人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、夹绳器、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。3.1

30、.2、电梯的安全保护装置(1) 电磁制动器:装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动；(2) 强迫减速开关:起分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速；(3) 限位开关:当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车；(4) 行程极限保护开关:当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作；(5) 急停按钮:装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车；(6) 厅门开关:每个厅门都装有门锁开关，仅当厅门关上才允许电梯启

31、动;在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车；(7) 关门安全开关:常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等；(8) 超载开关:当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行；(9) 其它的开关:安全窗开关，钢带轮的断带开关等。3.2、PLC控制部分3.2.1、PLC的选型在PLC系统设计时,首先应确定控制方案,下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要设计选型的主要依据。PLC与有关设备应是集成的、标准的,按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相

32、关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统,PLC的系统硬件、软件配置与功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图与有关的编程语言有利于缩短编程时间,因此,工程设计选型和估算时,应详细分析工艺过程的特点、控制要求,明确控制任务和围确定所需的操作和动作,然后根据控制要求,估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等,最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。一、输入输出(I/O)点数的估算：I/O点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数,再增加10%20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。二、存储器容量的估算：存储器容量是可编

33、程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小,因此程序容量小于存储器容量。设计阶段,由于用户应用程序还未编制,因此,程序容量在设计阶段是未知的,需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算,通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器存容量的估算没有固定的公式,许多文献资料中给出了不同公式,大体上都是按数字量I/O点数的1015倍,加上模拟I/O点数的100倍,以此数为存的总字数(16位为一个字),另外再按此数的25%考虑余量。三、控制功能的选择：该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。(一)运

34、算功能： 简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现,目前在PLC中都已具有通信功能,有些产品具有与下位机的通信,有些产品具有与同位机或上位机的通信,有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发,合理选用所需的运算功能。大多数应用场合,只需要逻辑运算和计时计数功能,有些应用需要数据传送和比较,当用于模拟量检测和控制时,才使用代数运算,数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。

35、(二)控制功能：控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等,应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制,因此,大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制,有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能,提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。(三)通信功能：大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议(如TCP/IP),需要时应能与工厂管理网(TCP/IP)相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准,应是开放的通信网络。PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口(RS223

36、2C/422A/423/485)、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线(含接口设备和电缆)应1:1冗余配置,通信总线应符合国际标准,通信距离应满足装置实际要求。PLC系统的通信网络中,上级的网络通信速率应大于1Mbps,通信负荷不大于60%。PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式:1)PC为主站,多台同型号PLC为从站,组成简易PLC网络；2)1台PLC为主站,其他同型号PLC为从站,构成主从式PLC网络；3)PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；4)专用PLC网络(各厂商的专用PLC通信网络)。为减轻CPU通信任务,根据网络组成的实际需

37、要,应选择具有不同通信功能的(如点对点、现场总线、工业以太网)通信处理器。(四)编程功能：离线编程方式:PLC和编程器公用一个CPU,编程器在编程模式时,CPU只为编程器提供服务,不对现场设备进行控制。完成编程后,编程器切换到运行模式,CPU对现场设备进行控制,不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本,但使用和调试不方便。在线编程方式:CPU和编程器有各自的CPU,主机CPU负责现场控制,并在一个扫描周期与编程器进行数据交换,编程器把在线编制的程序或数据发送到主机,下一扫描周期,主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高,但系统调试和操作方便,在大中型PLC中常采用。 五种标准化编程语言:顺

38、序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能模块图(FBD)三种图形化语言和语句表(IL)、结构文本(ST)两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准(IEC6113123),同时,还应支持多种语言编程形式,如C,Basic等,以满足特殊控制场合的控制要求。 (五)诊断功能：PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置,软件诊断分诊断和外诊断。通过软件对PLC部的性能和功能进行诊断是诊断,通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC的诊断功能的强弱,直接影响对操作和维护人员技术能力的要求,并影响平均维修时间。(六)处理速度：

39、PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看,处理速度应越快越好,如果信号持续时间小于扫描时间,则PLC将扫描不到该信号,造成信号数据的丢失。 处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前,PLC接点的响应快、速度高,每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls,因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期(处理器扫描周期)应满足:小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。四、机型的选择：(一)PLC的类型：PLC按结构分为整体型和模块型两类,按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、

40、64位等。从应用角度出发,通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定,因此用户选择的余地较小,用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡,因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数,功能扩展方便灵活,一般用于大中型控制系统。(二)输入输出模块的选择：输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块,应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块,应考虑选用的输出模块类型,通常继电器输出模块具有价格低、使用电压围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁,电感性低功率因数负荷场合,但价格较贵,过载能力较

41、差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等,与应用要求应一致。 可根据应用要求,合理选用智能型输入输出模块,以便提高控制水平和降低应用成本。 考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。(三)电源的选择：PLC的供电电源,除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外,一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源,与国电网电压一致。重要的应用场合,应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果PLC本身带有可使用电源时,应核对提供的电流是否满足应用要求,否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC,对输入和输出信号的隔离是必要的,有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离

42、。(四)存储器的选择：由于计算机集成芯片技术的发展,存储器的价格已下降,因此,为保证应用项目的正常投运,一般要求PLC的存储器容量,按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时,应选择容量更大,档次更高的存储器。(五)冗余功能的选择 1控制单元的冗余：(1)重要的过程单元:CPU(包括存储器)与电源均应1B1冗余。 (2)在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。2I/O接口单元的冗余：(1)控制回路的多点I/O卡应冗余配置。 (2)重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。3)根据需要对重要的I/O信号,可选用2重化或3重化的I/O接口单元

43、。(六)经济性的考虑：选择PLC时,应考虑性能价格比。考虑经济性时,应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素,进行比较和兼顾,最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后,相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加,因此,点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑,使整个控制系统有较合理的性能价格比。综上所述，根据控制系统要求选择S7-200系列PLC，S7-200系列PLC属于小型整体式结构的 PLC，本机自带RS485通信接口，置电源和I/O接口，它的结构小巧，运

44、有极其丰富的指令系统和扩展模块，实时性和通信能力强大，便于操作，易于掌握，性价比高，是中小规模控制系统的理想控制设备。3.2.2、PLC的I/O口分配经过系统控制功能分析，本设计需要输入点18个，输出点17个。共计35个，具体如下：输入接口序号名称输入点序号名称输入点1四层选按钮S4I0.010三层上呼按钮U3I1.12三层选按钮S3I0.111一层行程开关SQ1I1.23二层选按钮S2I0.212二层行程开关SQ2I1.34一层选按钮S1I0.313三层行程开关SQ3I1.45四层下呼按钮D4I0.414四层行程开关SQ4I1.56三层下呼按钮D3I0.515层门开C1I1.67二层下呼按钮

45、D2I0.616层门关C2I1.78一层上呼按钮U1I0.717层门开限位开关C3I2.09二层上呼按钮U2I1.018层门关限位开关C4I2.1输出接口序号名称输入点序号名称输入点1四层指示L4Q0.010一层选指示SL1Q1.12三层指示L3Q0.111层门开Q1.23二层指示L2Q0.212层门关Q1.34一层指示L1Q0.313轿厢上行Q1.45轿厢下降指示DOWNQ0.414轿厢下行Q1.56轿厢上升指示UPQ0.515层门开指示Q1.67四层选指示SL4Q0.616层门关指示Q1.78三层选指示SL3Q0.717轿厢停止Q2.09二层选指示SL2Q1.0PLC的I/O口接线图见附录

46、1。3.3主电路的设计M1为曳引电机和，M2-M5为门电机。因为只有一部电梯，所以曳引电机为一台，而有四个楼层，每个楼层一台门电机，以驱动轿厢门与层门开关。交流接触器KM1KM10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。KM1、KM2为电动机正、反转接触器，用它来实现电梯上、下行控制。当KM1接通时，电机正转，实现电梯上行；当KM2接通时，电机反转，实现电梯下行。用KM3-KM10控制门电机正反转。KM3、KM5、KM7、KM9接通时，门电机正转，实现开门；KM4、KM6、KM8、KM10接通时，门电机反转，实现关门。FR1-FR5为过载保护作用的热继电器，用于电梯运行

47、过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。相关主电路图见附录1。第四章、系统的软件设计可编程控制器梯形图标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点 1. 它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线，左边画输入、右边画输出。 2. 梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关，也可以是PLC部继电器的接点或部寄存器、计数器等的状态。 3. 梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。 4. 部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU 部使用。 5

48、. PLC 是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当作条件使用。 梯形图的编制采用STEP7 Micro/WIN32软件，STEP7 Micro/WIN32软件是西门子S7 200PLC 的开发工具，主要用于开发程序，也可用于实时监控用户程序的执行状态，该软件具有 Windows 应用软件的通用界面,易学易用。下图是此设计的程序流程图：相关程序段：电梯上电时，其课能停靠在任意楼层，有四层楼，所以有四个子程序：上电后，首先将停靠所有楼层的信号复位，然后判断楼层的行程开关通断而判定所在楼层。比如下图： I0.2为第一层的行程开关，上电后电梯停靠在第一层，则I0.2接通，上电一个上升沿时，将停靠于所有楼层的信号复位，然后下降沿时，I0.2通，就将M0.7置为1(M0.7代表第一层， M1.7代表第二层，M2.7代表第三层，M3.7代表第四层)。其他情况同理，相关程序段见附录1：在第一层呼其他楼层的信号：当上电停靠在第一层，则M0.7通。I0.2、I0.1、