PLC控制电梯毕业论文（经典收藏）

目录一、绪论 1二、基于PLC的电梯系统的设计方案 2〔一〕PLC简介 21.LC的根本结构 22.PLC的工作原理 2〔二〕电梯 31.电梯的组成系统及功能 32.电梯的整体结构 3〔三〕本设计特点 5〔四〕本设计实现功能 5三、硬件系统设计 5〔一〕可编程控制器机型的选择 51.S7-200的输入/输出系统 52.S7-200主机单元〔CPU226〕介绍 63.配置I/O点数及模块编址 7〔二〕系统控制 81.电梯的三个工作状态 82.系统控制要求 9〔三〕电梯PLC控制系统根本结构 10〔四〕PLC输入/输出口〔I/O〕分配表 12〔五〕PLC外部接线图及模拟控制面板 13四、软件系统设计 14〔一〕程序设计流程图 141.PLC控制电梯系统功能流程 142.开关门子程序流程图 15〔二〕软件程序设计 16结论 23参考文献 24附录：PLC控制电梯系统图 25PLC控制电梯王生勇摘要:论文将可编程序控制器(PLC)应用于5层电梯控制系统的设计，介绍了SIMATIC公司S7-200系列可编程控制器在电梯控制系统中的应用，给出了可编程控制器控制电梯系统的硬件组成和软件设计。程序主要实现开关门控制，外呼信号和停层信号的登记与消除，定向运行和反向截梯控制，以及加减速等环节的控制。关键字：PLC电梯控制程序设计一、绪论电梯是高层宾馆、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通工具。随着社会的开展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯控制系统提出了更高的要求。传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术开展来看，这种系统将逐渐被淘汰。目前，由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度开展着。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，己成为电梯控制的开展方向，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。总之，电梯的控制是比拟复杂的，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开展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应电梯控制的要求和开展，与PLC相比拟，存在着质的差异。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广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断开展，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、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。本设计以小型客运电梯为主要研究对象，采用可编程控制器对电梯系统进行控制。主要包括硬件和软件两大局部，程序主要包括控制轿厢内指令信号的登记、记忆与消除，厅外召唤信号的登记、记忆与消除，选层定向，顺向和反向截梯等。二、基于PLC的电梯系统的设计方案〔二〕PLC简介1.PLC的根本结构可编程控制器作为控制器的自动控制系统，实质上就是一种用于工业控制的专用计算机，它既可进行开关量的控制，又可实现模拟量的控制。PLC采用了典型的计算机结构，主要由中央处理器、存储器、输入输出接口电路、电源等组成。如图2-1所示。图2-1PLC的根本结构2.PLC的工作原理PLC虽具有微机的许多特点，但它的工作方式与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，而PLC那么采用循环扫描工作方式。在PLC中用户程序按先后顺序存放。对每个程序，处理器从第一条指令开始执行，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环，每一个循环成为一个扫描周期。扫描周期的长短去决定于以下几个因素：一是处理器执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期大致可分为输入/输出刷新和执行指令两个阶段。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。PLC的这一特点，一方面使它的响应速度变慢，但另一方面也使它的抗干扰能力增强，对一些短时的瞬间干扰可能会因响应滞后而躲避开。这对一些慢速控制系统是有利的，但对一些快速相应系统那么不利，在使用中应特别注意这一点。(二)电梯1.电梯的组成系统及功能〔1〕曳引系统：主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮和反绳轮等组成，其主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。〔2〕导向系统：主要由导轨、导靴和导轨架组成，其主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。〔3〕轿厢：是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作局部。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。〔4〕门系统：主要功能是封住层站入口和轿厢入口。〔5〕重量平衡系统：该系统是由对重和重量补偿装置组成，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内，保证电梯的曳引传动正常。〔6〕电力拖动系统：是由曳引电动机，供电系统，速度反应装置，电动机调速装置等组成，对电梯实行速度控制。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联。调速装置对曳引电机实行调速控制。〔7〕电气控制系统：主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。〔8〕平安保护系统：主要包括超速断绳保护、层门锁保护、电梯门的平安保护、上下端站的减速保护、上下方向限位保护、缺相和错相保护等所组成。其中缓冲器，起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源的极限保护。2．电梯的整体结构电梯是把机和电和成一体的大型复杂产品，其中的机械局部相当于人的躯体，电气局部相当于人的神经，两者不可分隔，关系密切，机和电的高度合一，高科技的不断引入，使电梯成为现代科技的综合产品。下面简单介绍电梯机械局部的结构，图2-2所示给出了电梯的结构和主要部件的名称。图2-2电梯的整体结构图2-2注解1-减速厢；2-曳引轮；3-曳引机底座；4-导向轮；5-限速器；6-机座；7-导轨支架；8-曳引钢丝绳；9-开关碰铁；10-紧急终端开关；11-导靴；12-轿架；13-轿门；14-平安钳；15-导轨；16-绳头组合；17-对重；18-补偿链；19-补偿链导轮；20-张紧装置；21-缓冲器；22-底坑；23-层门；24-呼梯盒；25-层楼指示灯；26-随行电缆；27-轿壁；28-轿内操纵厢；29-开门机；30-井道传感器；31-电源开关；32-控制柜；33-曳引电机；34-制动器〔三〕本设计特点PLC控制电梯既克服了继电器——接触器控制电梯的工作可靠性差、故障率高、维修量大的缺点，又克服了单片机控制电梯的抗干扰能力差的缺点，所以用PLC进行电梯的电气控制受到越来越多厂家的青睐，开展前景广阔。本设计就利用PLC的高可靠性、强抗干扰能力、编程简单直观和维修方便等特点，来对电梯系统进行编程控制。系统控制核心为PLC主机，通过PLC输入端口将信号送入PLC，按PLC存储器中存储的程序进行运算处理，然后经输出接口分别向指层器、召唤指示灯、驱动系统等发出显示信号及控制信号。但由于是对电梯模型进行控制，故在一些功能实现和控制方法上有许多的限制。〔四〕本设计实现功能本设计介绍了西门子公司的S7-200CPU226系列可编程控制器在电梯控制系统中的应用。针对常规继电器电路在电梯控制中的缺乏，在分析了采用PLC对电梯进行控制的优势的根底上，提出了应用西门子S7-200在普通客梯控制中的设计方案。提出了可编程控制器控制电梯控制系统的硬件组成和软件设计，并介绍了控制系统结构、主要功能、性能特点及硬件和软件实现方案。程序中主要包括以下环节：控制轿厢内指令信号的登记、记忆与消除，厅外召唤信号的登记、记忆与消除，选层定向，顺向截梯及反向截梯。还具有电梯的楼层指示功能、厅外召唤功能、电梯轿厢的开关门功能、轿内指令登记功能、电梯的定向选层功能、电梯的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车等。除了这些我们比拟熟悉的功能外，电梯还具有检修功能、平安保护功能等。三、硬件系统设计〔一〕可编程控制器机型的选择可编程控制器系统硬件设计应遵循经济性、可靠性、先进性及扩展性等原那么,内容包括PLC机型的选择输入/输出模块的选择、输入/输出端地址分配和输入/输出端接线图等。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。本设计系统为五层楼的电梯，采用集选控制方式。本系统有开关量I/O总点数60个，模拟量I/O总点数0个。选用SIEMENS公司的CPU22X系列的S7-200CPU226。1．S7-200的输入/输出系统如图3-1所示S7-200的主机外观图。图3-1S7-200的主机外观图(1)输出特性在S7-200中，输出信号有两种类型：继电器输出型和晶体管输出型CPU22X系列CPU226的继电器输出型容量2A；晶体管输出型容量0.75A。电源电压：晶体管型为24VDC；机电器型为85～264VAC，输出电压是由用户提供的负载工作电压。输出点数与每组点数：输出点数是指主机上全部输出端子的个数；每组点数是指全部输出可以分成几个隔离组，每个隔离组中的输出端子可以有一个也可有数个，CPU226中，4/5/7表示共有16个输出端子分成三个隔离组。每个隔离组中的输出端子为4个、5个、7个，由于每个隔离组中有一个相对独立的公共端，所以每个隔离组可以单独施加不同的负载工作电压。如果所有输出的负载工作电压相同，可将这些公共端连接起来。(2)输入特性在S7-200中，对数字量输入信号的电压要求均为24VDC，“1〞信号为15～35V，“0〞信号为0～5V，经过光电耦合器隔离后进入到PLC中。CPU226中，输入滤波0.2～12.8ms，中断输入I0.0～I0.3，高速计数器输入I0.0～I0.5，每组点数13、11，电缆长度非屏蔽输入300m，屏蔽输入500m,屏蔽中断输入及高速计数器50m。2.S7-200主机单元〔CPU226〕介绍本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248个数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13KB的程序和数据存储区空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。具有PID控制器。2个RS485通信/编程口。具有点对点接口PPI〔PointtoPointInterface〕通信协议。具有多点接口MPI〔MultiPointInterface〕通信协议。具有自由通信口。I/O端子排可以很容易地整体拆卸。3.配置I/O点数及模块编址SIMATICS7-200系列采用固定地址方式，地址是自动分配的，它与模板的类型、插槽的位置无关。由于CPU226主机模板的输入输出点的地址是固定的，共40个数字量I/O点，而本设计系统共62个数字量I/O点，所以在本设计上需要增加PLC数字量扩展模块。CPU226可连接7个扩展模块，最大可扩展至248个数字量I/O点，所以可在主机模板的右边直接连接扩展模板，组成I/O链。本设计系统I/O总点数比CPU226主机模板的输入输出点多20个〔其中输入点数8个，输出点数12个〕，实际需配置数字量输入8点，数字量输出12点。所以采用数字量扩展模板EM223中的24VDC输入16点/输出16点，组成一种可行的组态，如图3-2所示。图3-2扩展模板I/O链图根据图3-2，模板的编址见表3-1。表3-1扩展模板编址表主机I/O模板I/O〔二〕系统控制1.电梯的三个工作状态(1)电梯的自检状态将程序下载到PLC后上电，PLC中的程序已开始运行。但因为电梯尚未读入任何数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序做出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使电梯处于平层状态楼层且电梯门处于关闭状态。电梯自检过程的目标为：先按下启动按钮，再按下恢复正常工作按钮，电梯首先使电梯门处于关闭状态，然后电梯自动向上运行，经过两个平层点后停止。(2)电梯的正常工作状态电梯完成一个呼叫响应的步骤如下：a.电梯在检测到门厅或轿厢的呼叫信号后，将此楼层信号与轿厢所在楼层信号比拟，通过选向模块进行运行选向。b.电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿厢运动，轿厢运动速度要经过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。c.当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速状态，由中速变为低速，并以低速运行至平层点停止。d.平层后，经过一定延时后开门，直至碰到开门到位行程开关，再经过一定延时后关门，直至碰到关门到位行程开关，电梯控制系统始终实时显示轿厢所在楼层。(3)电梯强制工作状态当电梯的初始位置需要调整或电梯需要检修时,应设置一种状态使电梯处于该状态时不响应正常的呼叫,并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置。控制台上的消防/检修按钮按下后，使电梯立刻停止原来的运行，然后按下强迫上行〔下行〕按钮，电梯上行〔下行〕；一旦放开该按钮，电梯立刻停止。当处理完毕时可用恢复正常工作按钮来使电梯跳出强制工作状态。在本系统设计中仅实现了电梯的正常工作状态和检修状态。2.系统控制要求(1)电梯无司机驾驶时，完全自动响应门厅和轿厢内指令。(2)电梯起动后，假设有呼梯信号，那么开门。(3)到站自动平层开门，延时自动关门。即当有外呼梯信号〔内呼梯信号〕到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门翻开，延时3s后自动关门。(4)手动开、关门。即电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢停止运行后，按开门按钮轿厢门翻开，按关门按钮轿厢门关闭。(5)按内、外召唤指令信号自动定向，要求优化使任何召唤都在最短时间内响应。(6)电梯运行途中有顺向截梯和最远反向外呼梯响应功能，对反向呼梯信号只作记忆。(7)在电梯轿厢运行过程中，轿厢上升〔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无其他内、外呼梯信号时，那么电梯响应该外呼梯信号。(8)到达顶层或底层时，自动停止并变换运行方向。(9)和轿内有楼层显示和运行方向显示。(10)有电梯的电气平安保护系统——限位保护假设一个乘客欲进电梯时，经过电梯门的时候，电梯门不应该关上；但是，如果电梯门出现了延时关门现象，当电梯门碰到有障碍〔如乘客〕，为了保护障碍〔如乘客〕不至损坏，当电梯门关上瞬间，电梯门上的限位开关撞上障碍，开关门电机及时反转，电梯门翻开，以保护到障碍或乘客的平安。〔三〕电梯PLC控制系统根本结构1．电梯信号控制系统电梯信号的控制根本上由PLC实现。输入到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制、内指令、外召唤、平安保护、井道信息、开关门及限位等信号。所有功能如召唤信号登记、轿厢位置判断、选层定向、顺向截梯、最远反向截梯、消号及反向保号、换速、平层、开关门、电梯自动运行等功能均为程序控制。如图3-3所示。图3-3电梯控制系统原理图2．控制系统采用变频调压调速的全闭环控制，变频器的输入信号端子的意义由变频器参数设定，运行速度曲线也由变频器数据设定完成。PLC只需给变频器相应的控制信号即可完成各种相应的动作。同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC。3．工作过程电梯一次完整的运行过程，就是曳引电动机从启动、匀速运行到减速停车的过程。PLC接收来自操作面板和呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算后实现电梯的集选控制，PLC在输出显示和监控信号的同时向变频器发出运行方向、启动、加速、减速、运行和制动停梯信号。根据运行及保护需要共分为12个功能程序块。包括：初始化、上下召唤、内选、定向、截梯、平层、楼层计数及显示、选层、上下行、换速、开关门、报警等。本设计中主要介绍上下召唤、内选、定向、平层、停车制动等功能。〔四〕PLC输入/输出口〔I/O〕分配表S7-200PLC的I/O口地址分配表如下表3-2所示输入输出门锁上行自动下行检修高速开门低速关门启动加速上行启动制动减速下行启动开门基站关门开门到位1层层楼指示关门到位2层层楼指示上行限位3层层楼指示下行限位4层层楼指示1楼内选5层层楼指示2楼内选上行指示3楼内选下行指示4楼内选1层内选记忆指示5楼内选2层内选记忆指示1楼感应器3层内选记忆指示2楼感应器4层内选记忆指示3楼感应器5层内选记忆指示4楼感应器1楼上呼指示5楼感应器2楼上呼指示1楼上行2楼下呼指示2楼上行3楼上呼指示2楼下行3楼下呼指示3楼上行4楼上呼指示3楼下行4楼下呼指示4楼上行5楼下呼指示4楼下行5楼下行上平层感应器下平层感应器表3-2I/O地址分配〔五〕PLC外部接线图及模拟控制面板1.外部接线原理图本设计采用SIMATICS7-200系列CPU226主机和一个数字量扩展模板EM223，其外部接线图如图3-4和3-5所示。图3-4PLC外部接线图图3-5扩展模块外部接线图2.面板电梯控制系统一般由控制柜、操纵厢、选层器、换速平层装置、楼层指示及呼梯装置、开关门电机、拽动电动机、制动器线圈、电气平安保护装置及随行电缆等几十个分散安装在电梯各部位的零部件组成。在本模型中，均用指示灯来模拟电梯的工作状态。在面板接线过程中，首先要确定器件型号。内选、外召唤信号指示灯可统一使用交流220V，按钮开关选用点动开关，不需电源。面板图如图3-6所示。图3-6模型控制面板四、软件系统设计〔一〕程序设计流程图1.LC控制电梯系统功能流程图4-1PLC控制系统功能流程图根据电梯的电气控制要求，电梯总是按照一定的程序重复地进行动作，电梯运行的循环过程为：选层、判断电梯的运行方向，起动运行，在运行过程中，要进行顺向截梯、呼梯和轿内选择记忆等操作。到达层站时，平层、开门、关门。PLC控制功能流程图如图4-1所示。2.关门子程序流程图本设计实现到站自动平层开门，延时自动关门，如图4-2所示为开关门子程序流程图。图4-2开关门子程序流程图〔二〕软件程序设计1.门环节电梯的开关门存在以下几种情况：a.投入运行前的开门。此时电梯位于基站，将开关梯钥匙插入SA2〔SA2位基站开门梯钥匙开关〕内，旋转至开梯位置，那么电梯应自动开门，乘客或司机进入轿厢，选层后电梯自动运行。b.检修时的开关门。检修状态下，开关门均为手动状态，由开关按钮SB1、SB2实施开门与关门。c.自动运行停层是的开门。电梯在停层时，只平层位置，停层开门辅助继电器M0.4接通，电梯应开始开门。d.梯关门过程中的重新开门。在电梯关门的过程中，假设有人或物夹在两门的中间，需重新开门，现通过开门按钮实施重新开门。现大多数电梯采用光幕或机械平安触板进行检测，自动发送重新开门信号，以到达重新开门的目的。e.梯开门。电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，假设有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。假设其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并起动运行，到达呼梯楼层是再开门，此时的开门按停层开门处理。开门环节的梯形图如图4-3所示。f.梯停用后的关门。此时电梯到达基站，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开、关梯钥匙插入SA2，旋转到关梯位置，电梯的平安回路被切断，PLC停止运行，电梯被关闭。g.梯自动运行时的关门。停站时间继电器T37延时结束时，电梯应自动关门。停站时间未到时，可通过关门按钮实现提前关门。考虑检修状态时的关门，那么关门环节的梯形图如图4-4所示。图4-3开门环节梯形图图4-4关门环节梯形图2.信号的产生与去除环节当电梯位于某一层时，指层感应器〔1KR～5KR〕产生该楼层信号，以控制指层灯的状态，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号〔上一层或下一层〕所取代。其梯形图如图4-5所示。图中当层的层楼辅助继电器是用上层或下层的层楼信号关断的。3.信号的登记与消除环节乘客或司机通过对轿厢内操纵盘上1～5层选层按钮的操作，可以选择要去的楼层。选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。当电梯到达所选的楼层后，停层信号即被消除，指示灯也应熄灭。其梯形图如图4-6所示，图中各内选层辅助继电器梯形图支路中串入了层楼辅助继电器的动断触点。4.信号的登记与消除环节乘客或司机在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。当电梯到达该楼层，且定向方向与目的地一致时〔基层和顶层除外〕，呼梯要求以满足，呼梯信号应被消除。故其梯形图如图4-7所示。图中，按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器接通，外呼钮下的指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。而该信号的消除环节是由当层信号的动断触点与运行方向信号的动断触点并联构成的〔M2.7为上行辅助继电器，M3.0位下行辅助继电器〕。这样安排是前边提到过的电梯运行中只响应同向呼梯的原那么决定的。即电梯运行方向与呼梯目的地方向一致且到达呼梯楼层时，电梯将停止，呼梯要求已满足，呼梯信号被消除。电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，如电梯从一楼向上运行〔上行〕，而呼梯要求从二楼向下，假设有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时〔无二楼上行要求〕不停梯，但呼梯信号〔两下〕，不能立即去除，待乘客进入轿厢，选层〔去一楼〕后，电梯顶向下，那么两下呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。图4-5层楼信号的产生与消除环节梯形图图4-6停层信号的登记与消除环节梯形图图4-7外呼信号的登记与消除环节梯形图5.的定向环节在自动运行状态下，电梯首先应确定运行方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。电梯处于待命状态，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比拟，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内旋和外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。检修状态下运行方向直接由上行和下行启动按钮确定，不需定向，其梯形图见附录。6.运行时起动加速和稳定运行环节电梯启动的条件是：运行方向已确定，门已关好。其梯形图如图4-8所示。7.制动环