基于s7-200五层楼电梯的PLC控制

学号2010210370PLC课程设计（2010级本科）题目：基于s7-200五层楼电梯的PLC控学 院： 物理与机电工程学院专业： 电气工程与其自动化高鑫元指导教师：晓峰职称：教授完成日期： 2013年7月51/39PAGEPAGE6/39二〇一三年六月《电气控制与PLC技术》课程设计任务书论文题目 基于S7-200五层楼电梯的PLC控制作者姓名 高鑫元指导教师、职称一.设计的主要容

所属院、专业、年级晓峰 教授

物理与机电工程学院电气工程与其自动化专业10级（2）班任务下达日期 2013年6月17日根据控制要求，以PLC为核心，设计出一款五层楼电梯PLC控制系统。设计系统的控制硬件电路，编写软件控制系统程序，实现对五层楼电梯的控制。二.设计报告要求1F(1楼)或2F,3F,4F5F5F。2F(2楼)或3F,4F,5F1F1F。1F(1楼),2F,3F,4F,5F均有人呼叫,则先到2F8S8S5F。5F(5楼),1F,2F,3F,4F均有人呼叫,则先到4F8S8S1F。在各个楼层之间的运行时间应少于10S电梯的运行方向指示。用数码管显示轿厢所在的楼层数。在轿厢运行期间不能开门。轿厢不关门不允许运行。三.课程(设计)进度安排阶段 论文（设计）各阶段名称熟悉设计任务书、设计题目与设计背景资料查阅有关资料阅读设计要求必读的参考资料选取方案硬件电路和软件部分的设计送交打印单位装订成规的设计文本

起止日期6月17日——6月186月19日——6月22日6月23日——6月266月27日——6月28日6月29日——7月17月2日——7月3日指导老师签字：指导老师签字：目录第1章电梯概述111122电梯发展展望22PLC3PLC3PLC4PLC4PLC36666458PLC88可编程控制器9I/O10PLC61212电梯PLC72525830致 31参考文献： 32电气控制与PLC技术课程设计成绩评定表33摘要本课程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S7—200系列的可编程控制器CPU226作为控制核心，与扩充模板EM223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 梯形图 s7-200PAGEPAGE11/391电梯的出现与发展2600，但这一类起重机的能源均为人力。到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，所一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。数百年来人们制造过各种类型的升降梯，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然1854随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显的改善。进入20世纪80年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。升降控制逻辑，不调节主电动机的升降速度以与电梯的安全保护措施。电梯设备电梯的分类电梯的分类有各式各样：按速度分类： 低速电梯1m/s以下高速电梯2-3m/s超高速电3-10m/s按用途分类： 乘客电梯 住宅电梯观光电梯载货电梯客货两用电梯车辆电梯其他电梯按拖动方式分类： 交流电梯直流电梯液压电梯齿轮齿条电梯螺杆式电梯按有无司机分类： 有司机电梯无司机电梯有/无司机电梯按控制方式分类： 手柄操纵控制电梯按钮控制电梯信号控制电梯集选控制按曳引机结构分类：有齿曳引机电梯无齿曳引机电梯电梯的主要组成部分运动。双折中分式和直分式等。和厅外指示器组成。其它装置：对重装置、补偿装置等。电梯技术发展情况电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速发展成为调压调速AC-V）与调频调压调速AC-VVV，使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器——接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。能要求。如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。智能群控管理得到广泛应用。动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。电梯发展展望结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。技术含量更高，性能更好。安装更方便、更快捷。理念是电梯发展趋势2PLC的定义美国电气制造商协会ElectricalManufactoryAssociation）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableControlle，并给PC作了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序PCPC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”(IEC)又先后颁布了PLC1987年2时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器与其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”PLC的特点与功能一、特点：用性强，使用方便功能强，适应面广可靠性高，抗干扰能力强控制程序可变具有很好的柔性编程方法简单，容易掌握PLC有很好的柔性、体积小、重量轻、功耗低。二、功能：逻辑控制功能定时控制功能计数控制功能数据处理功能监控功能停电记忆功能故障诊断功能步进控制功能回路控制功能通讯联网功能PLC的结构与工作原理PLC的基本单元构成与作用PLC连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故PLC与计算机的组成十分相似。从硬件结构看，它也有中央处理器（CPU）输出(I/O)接口、电源等。如图电源电源来自用户设备输入接口中央处理器输出接口至用户设备存储器编程器外围接口各部分的作用：

图2.1 PLC部结构图CPU： (1)将各种输入信号取入存储器。编译、执行指令。存储器：RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。PLC工作原理PLCPLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取用于I/O映象区，而不直接与外部设备发生关系。工作过程：初始化初始化清除内部继电器区，复位定时器等，并进行自诊断，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进行检查。CPU自诊断定期检查用户程序存储器、I/O单元的连接、I/O总线是否正常，定期复位监控定时器WDT通信信息处理PLC之间以及PLC与PC之间；PLC与其他带微处理器的智能装置通信与外设交换信息编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机执行用户程序以扫描的方式按顺序逐句扫描处理，运算结果存入输出映象区对应位中输入输出信息处理扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区；结果存入输出映象区，直至传送到外部被控设备。图2.2 PLC工作过程图3设计目的电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉与机械传动、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(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制PLCS7-200系列的PLC。电梯的控制要求当轿厢停在1F(1楼)或2F,3F,4F,如果5F有呼叫,则轿厢上升到5F。当轿厢停在2F(2楼)或3F,4F,5F,如果1F有呼叫,则轿厢下降到1F。当轿厢停在1F(1楼),2F,3F,4F,5F均有人呼叫,则先到2F,停8S后继续上升,每8S,直至5F。当轿厢停在5F(5楼),1F,2F,3F,4F均有人呼叫,则先到4F,停8S后继续下降,8S,直至1F。10S电梯的运行方向指示。用数码管显示轿厢所在的楼层数。在轿厢运行期间不能开门。轿厢不关门不允许运行。总体方案论证考虑到本次设计的电梯系统有五层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，综合考虑后，系统选择了德国西门子公司生产的S7-200系统PLC。4系统的软件主程序流程图如图4-1所示。上电上电初始化等待是否厅外呼叫Y确定本层与目标层Y是否轿厢呼叫Y是否同层N电梯选向电梯启动电梯运行楼层信号N是否目标层平层信号电梯制动开门延时关门N是否停止Y停止图4-1电梯控制主流程图5PLC控制系统硬件开发电梯PLC的控制系统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。图5-1为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机与扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。轿厢操纵盘厅外呼叫轿厢操纵盘厅外呼叫图5-1电梯控制系统的基本结构安全装置输PLC主机输指层器入出接接井道装置口CPU储存器口拖动装置设计思想信号控制系统电梯信号控制基本由PLC5-2PLC的控制信号有：运行方式选择（如自动、有无司机、检修、消防运行方式等指令、层站召唤、安全保护信息、开关门与限位信号、门区和平层信号等。电梯控制系统实现的功能接受每个呼叫按钮（包括部和外部的呼叫）的呼叫命令，并作出相应的响应。电梯停在某一层时，此时按动该层的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫，则相当于发出打开不换向原则控制电梯向上或向下运行。令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。电梯在每一层都有一个行程开关，当电梯碰到某层的行程开关时，表示电梯已经到达该层。当按动某个呼叫按钮后，相应的呼叫指示灯亮并保持，直到电梯响应该呼叫为止。当电梯停在某层时，在电梯部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯部的关门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。运行方式选择远行控制信号运行方式选择远行控制信号安全保护信号呼梯信号指示内指令信号输入接口PLC输出接口楼层显示运行方向指示外指令信号开关门控制开关门信号门区或平层信号拖动控制系统5-2PLC电梯操作方式单台电梯的操作方式有手柄操纵控制、按钮控制、信号控制和集选控制等。在乘客电梯中几乎全部采用集选控制方式。①单轿厢下集选控制：登记所有轿厢和厅门下行召唤；轿厢上行时，只答应轿厢召唤，直至最高层；自动改变运行方向为下行，应答厅门下行召唤。②单轿厢全集选：登记所有厅门和轿厢召唤；上行时顺应答轿厢和厅门上召唤，直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤。系统采用全集选操作方式。可编程控制器（PLC）的选型24个输入点，需进行控制，故选择S7-200CPU226的PLC，继电器方式输出，扩展模块EM223,即输16I/O点数的分配控制五层电梯的输入开关与控制电梯各种工作的输出端在PLC中的I/O编址如表5-1所示。输入输出表5-1 PLC输入输出说明对应PLC地址说明对应PLC地址外部一层上呼叫按钮I0.0外部一层上呼叫灯Q0.0外部二层上呼叫按钮I0.1外部二层上呼叫灯Q0.1外部二层下呼叫按钮I0.2外部二层下呼叫灯Q0.2外部三层上呼叫按钮I0.3外部三层上呼叫灯Q0.3外部三层下呼叫按钮I0.4外部三层下呼叫灯Q0.4外部四层上呼叫按钮I0.5外部四层上呼叫灯Q0.5外部四层下呼叫按钮I0.6外部四层下呼叫灯Q0.6外部五层下呼叫按钮I0.7外部五层下呼叫灯Q0.7一层行程开关I1.0部四层呼叫灯Q1.0二层行程开关I1.1部五层呼叫灯Q1.1三层行程开关I1.2电梯上升Q1.2四层行程开关I1.3电梯下升Q1.3五层行程开关I1.4上升指示灯Q1.4部一层呼叫按钮I1.5下升指示灯Q1.5电梯上行极限位I1.6电梯开门Q1.6电梯下行极限位I1.7电梯关门Q1.7部二层呼叫按钮I2.0一层位灯Q2.0部三层呼叫按钮I2.1二层位灯Q2.1部四层呼叫按钮I2.2三层位灯Q2.2部五层呼叫按钮I2.3四层位灯Q2.3开门呼叫按钮I2.4五层位灯Q2.4关门呼叫按钮I2.5部一层呼叫灯Q2.5开门行程开关I2.6部二层呼叫灯Q2.6关门行程开关I2.7部三层呼叫灯Q2.7报警指示灯Q3.0PLC外部接线图一楼上呼一楼上呼二楼上呼二楼下呼三楼上呼三楼下呼四楼上呼四楼下呼五楼下呼一楼行程二楼行程三楼行程四楼行程五楼行程一楼内呼上行极限下行极限二楼内呼三楼内呼四楼内呼五楼内呼开门呼叫关门呼叫开门行程关门行程I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7COMCPU226Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7一楼上呼灯二楼下呼灯三楼上呼灯三楼下呼灯四楼上呼灯四楼下呼灯五楼下呼灯四楼内选灯五楼内选灯电梯上升电梯下降电梯开门电梯关门AC220VCOM2DC24VCOM1DC24VEM223Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7Q3.0一楼位灯二楼位灯三楼位灯四楼位灯五楼位灯一楼内选灯二楼内选灯三楼内选灯COMCOM35-3PLC/输出连接图6分析运行过程为了保证程序运行的可靠，程序中设置了开门与关门、上升与下降的互锁触点。PLC控制梯形图PLCPLC部分，因此在电器原理固中应增加PLC的I/O连接图。在PLC并有利于用户在维修时分折和排除故障。实现上述要求可通过设计PLC梯形图来实现，程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。在编制程序过程中，人们习惯于用文字或动作流程图表达系统的控制过程，然后根据经验设计PLC的控制程序(梯形图)，这样编写的程序有很多不严密之处，在调试中会出现意想不到的错误。或用PLC中的继电器符号通过状态表法和逻辑表达式设计控制系统的PLCPLC被告知要做什么，以与怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLCPLCPLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。梯形图：12/3913/3914/3915/3916/3917/3918/3919/3920/3921/3922/3923/39图6-1电梯控制梯形图24/397单层运行调试层为例，当电梯停在一楼时，当电梯到达第二层时，二楼的感应器接通I1.，只有当三楼、一楼的感应器I1.2I1.0Q1.2然后接到二楼上呼的指令

图7-1电梯在一楼截图图7-2电梯接到二楼上呼指示截图Q1.2表示电梯向上指示，Q0.1表示想到二层指示25/39图7-3电梯上升截图当二层检测到楼层到位信号时即I1.1接通时，二楼的楼层指示灯亮，如图：图7-4电梯到达二楼截图复杂运行调试单层运行调试完接下来就是多层的复杂运行调试n层，譬如，电梯轿厢原先在二层，如此时三楼和四楼有向上外呼，即按下I0.3和I0.5826/39图7-5电梯在二楼截图然后接到二楼上呼和三楼上呼指令，即按下I0.3I0.5。如图：图7-6电梯接到二楼上呼指令截图Q1.4

图7-7