【基于PLC的电梯控制系统设计与实现8400字（论文）】

PAGE4基于PLC的电梯控制系统设计与实现目录TOC\o"1-2"\h\u8533基于PLC的电梯控制系统 117396摘要 121667引言 2322261电梯介绍与电气控制的发展 2249481.1电梯的综述 213411.2电气控制方式的革新 3105162运行方案设计方案 4245492.1总体方案的确定 493762.2信号控制系统 5272252.3电梯控制系统实现的功能 5120693硬件的选择与设计 5270873.1PLC的简介 5322143.2电梯楼层位置检查方法 661753.3PLC的选择 678983.4变频器的选择 7163463.41变频器的优点 7234123.42变频器的选择 7292554软件设计 81574.1电梯PLC流程图 8281884.2博途与PLC 9269554.3梯形图 11177085结语 2716366参考文献： 27摘要本文论述了基于PLC的电梯控制系统，阐述了PLC在电梯控制系统中的应用。采用西门子S7-1200程序控制方式，编制了四层电梯自动控制程序，平且给出了配套变频器的选择。PLC搭配变频器的设计方式并与老式继电器系统相比更加注重用户体验。使用了与S7-1200适配的TIAPoralV15.1进行程序编写，使用梯形图作为编写语言来编写程序，更为直观也更有利于纠错程序功能包括上下运行、电梯层数控制、开关门延迟、实现了轿内与各层之间互相选择等功能。关键词PLC；四层电梯；控制系统引言在科学技术飞速发展的今天，人们对电梯运输能力的要求不断提高，电梯不仅要能满足上下楼的基本需求，同时人民对电梯的高速、安全、舒服和可靠的垂直运输能力等方面也提出了更高的要求。电梯在几乎所有现代建筑中如高层住宅、写字楼、医院、购物中心、码头、仓库、企业等都有使用。在中国，伴随着经济和社会主义社会现代化建设的飞速发展和城市化进程的逐步推进，人们对电梯的需求将会更高。电梯是一个错综复杂的机电一体化系统，不但涉及到齿轮传动、电气设备控制和建筑专业，还涉及到可靠性、舒适度和外观性。针对电梯而言，最重要的是安全性。继电器-接触器电源电路广泛运用于前期的电梯全自动控制系统软件中。可是继电器和接触器有很多缺陷：容积巨大、电弧放电比较严重、使用期限比较有限、可靠性低、布线繁杂、实用性和灵活度不够、生产制造时间长、扩展性差等。此外，继电器-接触器的控制是根据触点的设备姿势来进行的，因此它的输出功率低，机械设备触点会颤动。继电器控制逻辑性一般不具有记数作用；与此同时，伴随着工程建筑叠加层数的提升，继电器-接触器控制系统软件过大，给设计方案造成不变。根据以上缘故，根据继电器-接触器控制的电梯控制系统软件存有许多缺陷，早已淘汰。由PLC和微型计算机构成的电梯运行逻辑性控制系统软件正快速发展，PLC的出现解决了继电器-接触器控制的电梯控制系统的许多缺陷。PLC控制的电梯稳定性高，维护保养便捷，开发设计周期时间短。这类电梯更为稳定和灵便，可以实现更为错综复杂的控制任务，早已变成电梯控制的发展前景。根据PLC的优点，以西门子S7-1200以及拓展控制模块为研究对象，设计了一种根据PLC的四层电梯控制系统软件，完成对电梯的运行控制。依据设计规定，设计了PLC梯形图。1电梯介绍与电气控制的发展1.1电梯的综述电梯的英语翻译：elevator(商业用)；电梯：挪动室内楼梯。一种由电机驱动的垂直电梯，装有厢式吊舱，用以在高层建筑中运输工作人员或货品。也有阶梯，别名全自动电梯。电梯有很多，而且有多种分类方式。根据用途有货梯和客梯等；根据驱动方式有AC/DC电梯等；根据运行速度有低、中、高、超高四种速度；根据控制方式有按键控制、智能控制等。多种多样的电梯种类帮助我们完成了不同的工作任务。电梯作为工业产品，而已已经被人们广泛使用所以在生产的过程中一定要满足主要性能。电梯的主要性能大体可以分为安全性、可靠性、平层准确度、安静及抗干扰性、舒适与快速、节能等。安全性是重中之重，电梯被用于运输旅客。即使是货梯，通常也是有些人陪伴的，所以电梯的第一标准是安全。可靠性也十分关键。如果电梯在工作中经常出现通病，会危及到大家的日常制造和生活，给大家带来很大的不便。不可靠也是潜在的事故，通常不是因为可靠。要可靠，电梯各部分的可靠性要放在第一位。每个部件都可靠，所以整部电梯才能可靠。而且静音和抗干扰也很重要。现代电梯为乘客创造了更好的用户体验，因此要求电梯运行稳定、安静、无电磁干扰。舒适感和快速感也是基本要求作为一种代步工具，电梯的速度十分关键。可以迅速省时省力，针对节奏快的现代化生活中的乘客而言十分关键。但不科学的加降速转变会给乘客产生不适感。因而，在电梯设计方案中需要考虑到速度和舒适度这两个互相矛盾的要素。在越来越注重能源资源的今天节能也是关键一环，电梯要选择最合适的拖动方式，在兼顾速度的同时也要注意资源的节能。平层准确度，规定数据在表1-1中。表1-1平层准确度电梯类型额定速度（m/s）平层准确度（m/s）交流双速电梯0.25或0.50.75或1.0<±15<±30交直流快速电梯1.5—2.0<±15交直流高速电梯>2.0<±51.2电气控制方式的革新20世纪20年代。人们将各种各样继电器、记时器、接触器和接触点以指定的逻辑关联相互连接，组成控制各种各样生产机器的控制系统。这也是了解的传统式继电器触碰控制系统。构造简易，实际操作便捷，质优价廉，在大部分情形下可以考虑电气设备次序逻辑控制的规定，因而在工业电气控制行业一直占主导性。可是，继电器接触器控制系统存有机器设备尺寸、可靠性差、运作速度比较慢、作用弱、控制繁杂等显著缺陷。尤其是硬线逻辑组成的系统软件，因为走线繁杂繁琐，必须更改生产工艺流程或物件时，必须替换原先的走线和控制柜，因而实用性和操作灵活性较弱。20世纪60年代末，为了更好地革除传统式继电器接触器控制系统的缺点，通用汽车公司给新的电气控制系统提出了以下规定(1)程序编写便捷，可以当场改动程序流程。(2)检修便捷，应用插进构造；(3)比继电器控制设备更靠谱。(4)容积低于继电器轮；(5)数据信息立即传送到管理方法电子计算机。(6)花费可与继电器轮市场竞争。(7)键入可以是AC115V(美国标准工作电压)。(8)输出到AC115V，容积规定在2A以上，可以立即推动接触器、真空电磁阀等。(9)拓展时初始系统软件变更至少。(10)客户储存至少可拓展到4KB。这10个规定的实质是继电器接触器控制方法简易、实用、低成本的优势与电子计算机控制方法的多功能性、操作灵活性、多元性的优势紧密结合。将继电器接触器控制的硬联接逻辑变换为计算机技术逻辑程序编写的构思。这类新的控制器称之为可编逻辑控制器(PLC)。那时候PLC开发设计的具体目标是替代继电器接触器的逻辑控制系统，因而传统式的PLC作用仅限完成继电器逻辑、按时、记数等作用。伴随着电子信息技术的发展趋势。20时代70年代中后期发生了微控制器和微电子计算机，大家根据将微电子信息技术运用于PLC，可以开展逻辑程序编写，而不是硬线逻辑。还提升了测算、传输数据、解决等作用，事实上已变成计算机工业生产控制机器设备。国外工业领域于1980年宣布将其取名为可编控制器(PC)。可是，因为非常容易与pc机的简称混合使用，因此可编控制器称之为PLC。2运行方案设计方案2.1总体方案的确定PLC电梯控制系统与其他类型的电梯控制系统基本上类似，都是由信号控制系统和拖动控制系统构成。硬件配置主要包含PLC、机械结构、电梯轿厢操作面板、外厅呼叫控制面板、层数显示屏、门座起重设备、变速设备、传动装置等。该体系的重点是PLC、操作面板、电梯轿厢控制面板、电梯井。过程关键是信号通过输入端发送至PLC，储存在储存器中并发送显示信号，并向控制系统发送控制信号。PLC的电梯控制系统的主要框架图如图2-1所示。图2-1基于PLC的电梯控制系统结构图2.2信号控制系统用以电梯控制的全部信号都由PLC解决。输入到PLC控制信号具体如图2-2显示：图2-2电梯信号控制图2.3电梯控制系统实现的功能 电梯工作时，需要综合分析各种内外呼信号和电梯的运行状态来确定下一步的工作状态。通过对各种状态的分析，电梯控制系统的详细功能如下。以四层电梯为例，每个楼层都配有呼叫按钮，一楼只有上行呼叫按钮，四楼只有下行呼叫按钮，其他楼层有两个按钮，分别是上行呼叫和下行呼叫。当按下任何按钮时，系统记录呼叫信号，呼叫指示灯亮起，直到电梯完成呼叫。在轿厢控制面板上有1至4层的楼层按钮想去某一楼层时，按操作板上相应的数字按钮。按下时，相应的指示灯亮起，到达目标楼层时指示灯熄灭。车内控制面板上有一个手动开关门按钮，在平层时可以手动开关门。同时还设有开门延迟的关门延迟。3硬件的选择与设计3.1PLC的简介3.1.1PLC的定义可编程逻辑控制器是以数字实际操作方法运作的电子控制系统，是特意为工业生产运用而制定的。它使用可编储存器，用以储存实行或运算、顺序控制、按时、记数和算术运算的命令，根据数字和仿真模拟I/O操纵各种各样的设备或生产过程。可编程控制器及有关设施应依照便于工业控制系统集成化和作用拓展的标准开展设计方案。3.1.2PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强PLC是为工业控制系统而制定的，除开严苛挑选硬件和软件外，还应用屏蔽、过滤、防护、故障解决和全自动修复等，所以PLC有很强的抗干扰能力，无故障平均至少为(3〜5)×104h。（2）编程简单，容易掌握现阶段，大部分PLC仍选用梯形图编程方法。不但拥有了传统式控线的清楚和形象化，并且充分考虑大部分工厂、公司、技术员的阅图习惯性和编程水准，很容易接受和把握。梯形图语言表达中编程元器件的标记和表示与继电器电路原理图十分类似。编程人员只需要通过阅读手册或经过短期学习，就能学会梯形图编程。此外还有语句表和功能图等编程方式。（3）通用性强，控制程序可变，使用方便PLC的各种各样硬件设备可以构成一个能完成多种需要的自动控制系统，用户无须自身设计生产制造硬件设备。用户明确硬件配置后，生产工艺流程改变或生产设备升级后，不用改变PLC的硬件设备，只需改写程序流程就可以。因而，除开单机控制，PLC在工厂自动化中的使用也更加普遍。3.2电梯楼层位置检查方法主要方法有如下几种：（1）位置开关：这是最简单、直观的办法，但被占用PLC的输入点会随着楼层的升高而增多。（2）稳态磁保开关:此方法要根据磁保开关的状态写不同编码，但是适合电梯控制的的只有格雷码，但是还是需要PLC译码，所以比较麻烦。（3）旋转编码器：现阶段PLC一般有快速单脉冲键入或专用型计数模块，有利于精准计数。因而，在电梯PLC控制系统软件中，编码器可以用于精确测量电梯在运转环节中的精准部位。编码器可以立即接PLC的快速单脉冲键入，开关电源还可以应用PLC内嵌的24VDC电源。硬件配置联接简易便捷。3.3PLC的选择本次设计确定为西门子公司的PLC产品，以西门子公司的S7系列为例进行设计。S7系列有多种产品。通过成本、后期维护、软件的等方面确定了此次设计采用S7-1200。西门子S7-1200是一种紧凑型，模块化的PLC，它与其它的S7系列相比优势更多。（1）集成性好西门子S7-1200将开关电源、I/O控制点、运动控制的仿真模拟插入和数据量集成化在CPU上，还具备PROFINET插口，用户可以便捷地运用该插口开展通讯。（2）拓展能力强西门子S7-1200的CPU较多可以扩展8个数据信号控制模块，可以更好的适用控制点大量的自动控制系统。一样，根据通讯控制模块的扩展，可以完成大量的通信方式，如PROFIBUS通讯；（3）结构紧凑西门子S7-1200的硬件结构紧密。与别的PLC系列产品对比，其CPU控制单元的制定更小，为用户节省了很多室内空间。（4）安全系数高西门子S7-1200系列产品安全系数高，反映在对CPU和程序结构的保障上。S7-1200CPU具备密码设置作用，容许用户设定对CPU的联接限定；与此同时，S7-1200具备维护程序流程块中內容的作用；将用户程序流程储存到特殊储存卡的作用。3.4变频器的选择3.41变频器的优点电梯变频器是专业用以电梯控制的仪器设备。电梯变频器是中小型输出功率变频器中的高档商品，使电梯高效率、平稳、使用寿命长。融合PLC或微型机控制，表明了无触点开关控制的优势：电源电路简单化，控制灵便，实行靠谱，维护保养便捷，常见故障检测。变频器是当代电器设备中十分普遍的机器设备，变频式电梯的控制是S型的，即启停加速适度，正中间全过程加速较快，主要是为了更好地搭乘的舒适度，环保节能也是一方面，这也是变频器的相同特性。为了更好地舒服，电梯必须迟缓加速，这就牵涉到电机调速的问题。一般的变速方法，如串联电阻变速：它是根据串连一个电阻器来减少电机内部结构工作电压，进而减少转速比。缺陷是串联电阻会耗费一定的动能；变频器就不是这样，立即控制输出頻率和工作电压来推动电机，不用附加耗费。3.42变频器的选择作为PLC变频系统的关键构成部分，变频器对电梯轿厢的调节实际效果有较大的影响。变频器有主电路、控制电路、保护电路三部分。主电路完成电流的整流和逆变。操纵电路控制和传递信息，保护电路起保护功效。现阶段市面上主要的变频器可以分成通用性变频器、高性能变频器和专用型变频器。充分考虑多种因素，本设计中的变频器采用高性能变频器，以达到电梯轿厢的变频调速。挑选西门子PLCG120C变频器。首先进行变频器的编程设计以满足功能需求，完成变频器的矢量控制，实现电动机的高效率操纵，完成变频调速的要求，同时让乘客乘坐更舒服。而且同为西门子的产品，PLC与变频器的适配度也较好。更有利于后期的的维护。4软件设计4.1电梯PLC流程图流程图又被称为框架图，是用统一的规范标记对程序执行的操作步骤开展图形界面表明。程序框图的设计方案是在生产加工流程图的基础上，根据对I/O数据信息和加工工艺的详细分析，明确电子计算机的关键操作流程和內容。程序框图是程序设计最主要的基础，因此它的优劣可以直接影响到程序设计的品质。电梯控制系统的工作内容如下图4-1所显示。图4-1电梯系统流程图4.2博途与PLCPLC程序就是指PLC指令的井然有序组成，PLC运作程序便是依照一定的次序实行这一组成中的指令。指令是标示PLC工作的文本编码或符号图片。依据所采用的编程语言，这种文本编码和符号图片是不一样的。但实质上，指令的本质是二进制序列号。PLC给予了比较完善的编程语言，更能完美适合于工业环境。利用PLC的编程语言，依据不一样的调节规定撰写不一样的操纵程序，等同于设计方案和更改继电器操纵的硬件配置布线，称之为“可编程序”。常见的PLC语言有五种：顺序功能图、梯形图、功能框图、指令表、结构化文本。其中最广为使用的为梯形图，梯形图清晰易懂、应用广泛。本文程序也是使用梯形图进行编写的。本次设计是基于西门子S7-1200来进行设计，作为全世界四大PLC生产商之一，西门子的商品具备较强的稳定性和充足好的可靠性，可以保证电梯在运转环节中的安全性，保证售后服务。并且使用了与S7-1200配套的TIA-Poral进行编写。TIA博途是全集成自动化软件TIAPortal的简称。TIAPoralV15是西门子带来的自动编程软件，配合PLC使用时，这是一个硬件接口。项目中计算的数据以数字的形式输入到软件中，然后当它被调用时，会通过感知它在存储过程中的调度来完成，然后使用控制器硬件和命令输出。为了完成这些任务，我们必须依靠其强大的数据库。这个软件还支持多个用户同时进行一个项目的工作，通过相互协作尽可能缩短工作时间。TIAPoral主要通过移动和使用图形块来编码，以简化编写程序的过程。然后，他用编码模拟器测试了各种强大的应用程序，以确保这些程序的功能能够实现。此外，PG/PC上的S7测试与硬件无关。这些只是这个编程软件的基本功能。TIAPoralv15有很多实用功能。这些功能可以帮助wom1有效地缩短项目时间和工作效率。TIAPortalV15.1界面TIAPortalV15.1项目视图4.3梯形图此次的设计为单部四层电梯，梯形图的编写满足了基本的上下行、开关门、开关门延迟以及信号等的显示等要求。程序包含了五个程序快分别为Main、呼叫、上升、下降、显示，也就是本次设计有一个主程序还有四个子程序，每一个子程序完成不同的任务。下面对是对程序段的功能注释。此次设计的I/O分布如表4-3所示名称数据类型地址名称数据类型地址门打开检测BoolI0.0上行接触器一层检测BoolI0.1一层指示灯二层检测BoolI0.2二层指示灯三层检测BoolI0.3三层指示灯四层检测BoolI0.4四层指示灯四层下呼按钮BoolI0.5下行接触器三层下呼按钮BoolI0.6四层下呼灯门关闭检测BoolI0.7三层下呼灯三层上呼按钮BoolI1.0三层上呼灯二层下呼按钮BoolI1.1二层下呼灯二层上呼按钮BoolI1.2二层上呼灯一层上呼按钮BoolI1.3一层上呼灯轿厢内呼4BoolI1.4轿厢内呼灯4轿厢内呼3BoolI1.5轿厢内呼灯3轿厢内呼2BoolI1.6轿厢内呼灯2轿厢内呼1BoolI1.7轿厢内呼灯1轿厢开门按钮BoolI2.0开门继电器轿厢关门按钮BoolI2.1关门继电器表4-3I/O分布表（1）主程序程序段1为第一次扫描，由此整段程序开始进行，完成PLC运行的五个阶段图4-3-1第一次扫描程序段2是平层开门的条件，满足以下条件（条件为，乘客摁下任意一层的呼叫按钮，当电梯在该层时，指示灯亮，才会进行平层开门。）才会平层开门图4-3-2平层开门条件下面六个程序段为开关门的过程，当满足程序段4里面条件（条件为四层下呼灯，三层二层上呼灯、下呼灯，一楼上呼灯，以及各轿厢内呼灯亮平且满足平层开门时就会开关门。）等的情况下就会进行开关门动作门动作，平且设置了3秒的开门延迟和0.5秒的关门延时，有利于乘客上下电梯。程序段5和程序段6为开门的过程与开门延迟的设置；程序段7、程序段8和程序段9为关门的过程和关门延迟的设置。图4-3-3电梯开关门过程程序段10是电梯上行的控制条件，满足下面任意一条条件（条件为上升1到2、1到3、1到4、2到3、2到4、3到4任意一条指令）就会控制电梯上行。程序如图4-3-4所示图4-3-4电梯上行控制条件程序段11是电梯下行控制条件，满足下面任意一条条件（条件为下降4到3、4到2、4到1、3到2、3到1、2到1任意一条指令就会控制电梯下行。程序如图4-3-5所示图4-3-5电梯下行控制条件（2）呼叫程序程序段1和程序段2为四层下呼灯控制，程序段1四层下呼灯置1，程序段2四层下呼灯置0。程序如图4-3-6所示图4-3-6四层下呼灯控制程序程序段3和程序段4为三层下呼灯控制，程序段3三层下呼灯置1，程序段4三层下呼灯置0，程序如图4-3-7所示。在程序4中的三楼下呼复位条件为程序段24。如图4-3-8所示。图4-3-7三层下呼灯控制程序图4-3-8三楼下呼复位程序程序段5和程序段6为三层上呼灯控制，程序段5三层上呼灯置1，程序段6三层上呼灯置0，程序如图4-3-9所示。在程序六中的三楼下呼复位条件为程序段21。如图4-3-10所示。图4-3-9三层上呼灯控制程序图4-3-10三楼上呼复位程序程序段7和程序段8为二层下呼灯控制，程序段7二层下呼灯置1，程序段8二层下呼灯置0，程序如图4-3-11所示。在程序八中的二楼下呼复位条件为程序段23。如图4-3-12所示。图4-3-11二层下呼灯控制程序图4-3-12二楼下呼复位程序程序段9和程序段10为二层上呼灯控制，程序段9二层上呼灯置1，程序段10二层上呼灯置0，程序如图4-3-13所示。在程中的二楼下呼复位条件为程序段22。如图4-3-14所示。图4-3-13二层上呼灯控制程序图4-3-14二楼上呼复位程序程序段11和程序段12为一层下上呼灯控制，程序段11一层上呼灯置1，程序段12一层上呼灯置0。程序如图4-3-15所示.图4-3-15一层上呼灯控制系统程序段13到程序段20为轿厢内呼灯的控制，总共有四个轿厢内呼灯分别对应四个楼层。和上述一样，四个轿厢内呼灯有置1和置0两种情况。四个轿厢指示灯程序如图4-3-16到4-3-19所示。图4-3-17轿厢内呼灯3控制程序图4-3-18轿厢内呼灯2控制程序图4-3-18轿厢内呼灯1控制程序（3）上升程序根据用户的不同需求而区分情况讨论，电梯上升总共有一楼上升到二楼；一楼上升到三楼；一楼上升到四楼；二楼上升到三楼；二楼上升到四楼；三楼上升到四楼六种情况。需要针对每一种情况进行程序编写。每一种情况的实现过程如下面的图所示。图4-3-19电梯1升2程序图4-3-20电梯2升3程序图4-3-21电梯1升4程序图4-3-22电梯2升3程序图4-3-23电梯2升4程序图4-3-24电梯3升4程序（4）下降程序与上升同理，电梯下降也要分为六种情况来讨论，以满足用户需求。下降各程序的如下面的图片所示。图4-3-25电梯4降3程序图4-3-26电梯4降2程序图4-3-27电梯4降1程序图4-3-24电梯3降2程序图4-3-25电梯3降1程