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1、 湖 南 科 技 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計（ 論 文 ） 題目 基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 作者 何奕 學院 信息與電氣工程學院 專業(yè) 電氣工程及其自動化 學號 0704010316 指導教師 謝道文 二〇一一 年 月 日 摘要 當今世界，電梯的生產(chǎn)情況和使用數(shù)量已成為衡量一個國家現(xiàn)代化程度的標志之一。隨著城市人口的不斷提高，人們物質(zhì)文化生活水平的提高，建筑業(yè)不斷的發(fā)展，已是高樓林立，電梯在人們的生產(chǎn)、生活、工作中日益重要。因此電梯的研究也越來越重要

2、。 　　國內(nèi)外對電梯的研究一直沒有停滯過。在中高層建筑中，電梯是必不可缺少的垂直運輸設(shè)備。人們對電梯安全性、高效性、舒適度的不斷追求推動了電梯技術(shù)的進步。電梯質(zhì)量的好壞在很大程度上取決于它的控制系統(tǒng)。目前，電梯控制系統(tǒng)已基本上淘汰了傳統(tǒng)繼電器控制方式．取而代之的是以PLC積分控制器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。其中，PLC由于編程簡單、使用維護方便、設(shè)計和調(diào)試周期短、抗干擾能力強、可靠性高等優(yōu)點，倍受人們重視，被廣泛的應用在電梯控制系統(tǒng)中。 本文主要分析了電梯的主要結(jié)構(gòu)以及控制要求，對電梯的硬件進行相應的選擇，又對電梯的PLC軟件進行設(shè)計，以此完成對基于PLC的電梯控制設(shè)計。 關(guān)鍵詞

3、 電梯；PLC；三相異步交流電機 Abstract Summary of todays world, the elevator number of production and use have become the measure of the degree of modernization of a country one of the symbols. With the continuous improvement of the urban population, peoples material and cultural living st

4、andards, the construction industry continues to develop, has the tall buildings, elevators in peoples production and living and working in the increasingly important. Therefore, the elevator research is increasingly important. Study at home and abroad on the elevator has not been stagnant. In the hi

5、gh-rise buildings, elevators, is essential for the vertical transportation equipment. People on the elevator safety, efficiency, comfort the constant pursuit of technological progress to promote the elevator. Lift the quality of good or bad depends largely on its control system. At present, the elev

6、ator control system has largely eliminated the traditional relay control mode. Integral controller based on PLC is the core digital control system. PLC, which has advantage of simple and easy to use and easy maintenance, design and debug cycle is short, anti-interference ability, high reliability, i

7、s widely used in elevator control system. This paper analyzes the main structure of the elevator and the control requirements of the elevator and make the appropriate choice of hardware, but also on the elevator PLC software design, thereby completing the elevator PLC-based control design. Ke

8、ywords Elevator; PLC; Three-phase Asynchronous Electric Motors -ii- 湖南科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 摘要 i Abstract ii 前言 2 第1章 緒論 3 1.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題 3 1.1.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點 3 1.1.2電梯繼電器控制的缺點 3 1.2 PLC及在電梯控制中的應用特點 4 1.2.1 PLC簡介及其特點 4 1.2.2 PLC控制電梯的邏輯關(guān)系 6 1.2.3 PLC控制電梯的優(yōu)點 6 1.3 電梯變頻調(diào)速控制的特點

9、 7 第2章PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 2.1 四層電梯主電路 8 2.1.1 四層電梯曳引電機及門電機電路圖 8 2.1.2 plc外部接線圖 9 2.2 I/0點數(shù)的分配及機型的選擇 9 2.2.1 I/O點數(shù)的估算 9 2.2.2 輸入/輸出的分配 10 2.2.3 機型的選擇 11 第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 11 3.1 四層電梯梯形圖 11 3.1.1 PLC的編程語言 12 3.1.2 STEP 7概述 12 3.1.3 程序設(shè)計常用方法 13 3.2.1 外召喚信號登記及消除 15 3.2.2 內(nèi)指令信號登記及消除 16 3.2.3 電梯的平層信號處

10、理 17 3.2.4 選層定向及反向截梯 18 3.2.5 內(nèi)指令外召喚信號的保持 20 3.2.6 各樓層停車信號 21 3.2.7 自動開關(guān)門 22 第4章 結(jié)論 23 參考文獻 24 謝 辭 25 前　言 電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運輸工具。多層廠房和多層倉庫需要有貨梯;高層住宅需要有住宅梯;百貨大樓和賓館需要有客梯,自動扶梯……在現(xiàn)代社會,電梯已像汽車、輪船一樣,成為人類不可缺少的交通運輸工具。據(jù)統(tǒng)計,美國每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數(shù)。當今世界,電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標志之一。 追溯電梯這種升降設(shè)備的歷史,據(jù)說它起

11、源于公元前236年的古希臘。當時有個叫阿基米德的人設(shè)計出-----人力驅(qū)動的卷筒式卷揚機。1858年以蒸汽機為動力的客梯，在美國出現(xiàn),繼而又在英國出現(xiàn)水壓梯。1889年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動機作為電梯動力,這才出現(xiàn)名副其實的電梯,并使電梯趨于實用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺自動扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯,首批4—6臺群控電梯在紐約的聯(lián)合國大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計算機(真空管)控制電梯。1962年美國出現(xiàn)了速度達8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進工業(yè)國只成了無觸點半導體邏輯控制電梯。1967年可控硅應用于電梯，使電梯的拖動系統(tǒng)筒化，性能提高。1971年集成電路被應用

12、于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機開始用于電梯，使電梯的電氣控制進入了一個新的發(fā)展時期。 實際上，電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)應采用隨機邏輯控制方式控制。目前電梯的控制普遍采用兩種控制方式：一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯的信號采集、運行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方式并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大

13、多采用答二種方式，其原因在于用PLC控制有許多優(yōu)點： 1，可靠性高，由于采取了一系類的PLC高可靠性的措施，PLC的平均無故障時間（MTBF）一般可達3~5萬小時。而且PLC的環(huán)境適應性也很強，它能在工業(yè)環(huán)境下可靠地工作；2，編程簡單，PLC最常用的編程語言是梯形圖語言。這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識，便于廣大現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握。當工作流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活；3，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維修方便。PLC的體積小，重量輕，便于安裝。一般PLC都具有自診斷、故障報警、故障種類顯示等功能。 可編程控制器不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域

14、的實時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電氣維護人員的技能和習慣，擯棄了微機常用的計算機編程語言的表達方式，獨具風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學、調(diào)試和查錯都很容易。用戶買到所需要的PLC后，只需按說明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可以靈活而方便地將PLC應用于生產(chǎn)實踐，而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試都不需要具有專門的計算機編程語言知識。PLC現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易與計算機接口、能對模

15、擬量進行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代有大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的繼電-接觸控制系統(tǒng)，在機械、化工、石油、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等各行各業(yè)都得到廣泛的應用。 總之，電梯的控制是比較復雜的，在計算機誕生前的幾十年里，繼電器控制系統(tǒng)為電梯控制的發(fā)展起到了巨大的作用，然而其控制性能與自身的功能已經(jīng)無法滿足與適應電梯控制的要求和發(fā)展，與PLC相比較，存在質(zhì)的差別。電梯使用繼電接觸器控制的時代，很難設(shè)計出質(zhì)量優(yōu)良的電梯控制系統(tǒng)，而現(xiàn)在，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了更廣闊的空間。PLC是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計的控制設(shè)備，使得它的體積大大

16、減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠、抗干擾性能增強、機械與電氣部件被機結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此它已成為電梯運行中的關(guān)鍵技術(shù)。 -27- 第1章 緒論 1.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題 1.1.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點: (1) 所有控制功能及信號處理均有硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。 (2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。 (3) 大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。 (4) 多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，已

17、經(jīng)形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。 1.1.2電梯繼電器控制的缺點: (1) 系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。 (2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。 (3)電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。 (4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大。 (5) 由于線路復雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大。費用高；而且檢查故障困難，費時費工。 總之，電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性

18、，經(jīng)常造成停梯，給乘客人員帶來不便和驚擾。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。所以目前電梯的繼電器控制已經(jīng)很少使用了。 1.2 PLC及在電梯控制中的應用特點 1.2.1 PLC簡介及其特點 PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義： PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文

19、全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程. “PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！?

20、PLC的特點 1.可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 2.配套齊全，功能完善，適用性強 PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3.易學易

21、用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4.系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。

22、 5.體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 PLC的應用領(lǐng)域 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1.開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

23、 2.模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3.運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯

24、等場合。 4.過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 5.數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能

25、傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)； 6.通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 1.2.2 PLC控制電梯的邏輯關(guān)系 電梯控制邏輯關(guān)系如下: 1)行車方向由內(nèi)選信號決定,順向優(yōu)先執(zhí)行; 2)行車途中如遇呼梯信號時,順向截車,反向不截車; 3)內(nèi)選信號、呼梯信號具有記憶功能,執(zhí)行后解除。 4)內(nèi)選信號、呼梯信號、行車方向

26、、行車樓層位置均由信號燈指示 5)停層時可延時自動開門、手動開門、(關(guān)門過程中)本層順向呼梯開門; 6)有內(nèi)選信號時延時自動關(guān)門,關(guān)門后延時自動行車; 7)無內(nèi)選時延時5s自動關(guān)門，但不能自動行車; 8)行車時不能手動開門或本層呼梯開門,開門不能行車。 1.2.3 PLC控制電梯的優(yōu)點 隨著社會的不斷發(fā)展，樓房越來越高，而電梯成為了高層樓房的必須設(shè)備。電梯從手柄開關(guān)操縱電梯、按鈕控制電梯發(fā)展到了現(xiàn)在的群控電梯，為高層運輸做出了不可磨滅的貢獻。 PLC在電梯控制上的應用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關(guān)控制功能。由于PLC具有邏輯運算，計數(shù)和定時以及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能

27、。在電梯控制過程中，各種邏輯開關(guān)控制與PLC很好的結(jié)合，很好的實現(xiàn)了對電梯的控制。 本文主要討論研究利用西門子公司可編程控制器對四層電梯的控制，形成電梯控制系統(tǒng)。 電梯的電氣系統(tǒng)由拖動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)采用的繼電器邏輯控制由于觸點多、故障率高、可靠性差、體積大等缺點，正逐漸被淘汰。目前電梯設(shè)計使用可編程控制器(PLC)，要求功能變化靈活，編程簡單，故障少，噪音低。維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強，控制箱占地面積少。當乘員進入電梯，按下樓層按鈕，電梯門自動關(guān)閉后．控制系統(tǒng)進行下列運作：根據(jù)轎廂所處位置及乘員所處層數(shù)．判定轎廂運行方向，保證轎廂平層時減速。

28、將轎廂停在選定的樓層上；同時，根據(jù)樓層的呼叫，順路停車，自動開關(guān)門。另外在轎廂內(nèi)外均要有信號燈顯示電梯運行方向及樓層數(shù)。 1.3 電梯變頻調(diào)速控制的特點 MM440 是西門子公司生產(chǎn)的通用型矢量變頻器，它性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，功能齊全，在電梯行業(yè)首次使用。 可編程序控制器PLC 和MM440 變頻器之間的通訊可有兩種方式，一種是串行通訊,采用串行通訊只需一根雙芯屏蔽電纜西門子專用，它大大減少了布線的數(shù)量，無須重新布線即可更改控制功能，可以通過串行接口設(shè)置和修改變頻器的參數(shù)，還可以連續(xù)對變頻器的特性進行監(jiān)視和控制另一種是并行通訊,圖中所示為端子控制端子1_8 10 16 17 為

29、輸入控制端子19_25 為輸出控制端子然后定義每個端子的功能并且通過操縱面板設(shè)定其參數(shù)如P701=2 為上行P702=1 為下行P1001=48 為正常運行頻率P1002=2 為爬行頻率等即PLC 通過邏輯分析后發(fā)出控制信號如正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)高速中速點動爬行等信號給變頻器變頻器接受指令并且按照預先設(shè)定好的曲線拖動轎廂正常運行另外變頻器還發(fā)出信息如零速變頻器是否故障抱閘等信號給PLC 使其參加PLC 的邏輯運算以保證電梯的安全運行 另外變頻器上還安裝了編碼器模板這使得這種通用型MM440 可以接成閉環(huán)速度反饋控制方式與無傳感器矢量控制SLVC 和變壓/變頻V/F 相比這種控制方式具有以下優(yōu)點：

30、 1 零速時仍然具有額定轉(zhuǎn)矩的負載能力 2 速度控制的精度 3 速度控制和轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能得到改善 通過我們的現(xiàn)場試驗這種變頻器完全可以用到電梯控制系統(tǒng)中且運行良好而且它還有一個其它變頻器所沒有的優(yōu)點就是進行電機參數(shù)自學習時電機的軸不轉(zhuǎn)動這樣曳引機可在帶負載的情況下也能進行自學習而不必像其它變頻器那樣必須把轎廂吊起使曳引機脫離負載后才能自學習這樣給電梯的安裝改造帶來很大方便。 第2章PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 2.1 四層電梯主電路 2.1.1 四層電梯曳引電機及門電機電路圖 根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如

31、圖所示。圖中M1，M2為曳引電機和門電機，交流接觸器KM1~KM4通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。FR1，F(xiàn)R2為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護作用。 2.1.2 plc外部接線圖 本設(shè)計的PLC外部接線圖如圖所示.CPU226CN的傳感器電源24V(DC)可以輸出600mA電流，通過核算在本設(shè)計中PLC容量完全滿足要求，CPU226CN的輸出繼電器觸點容量為2A，電壓范圍為5~30V（DC）或5~250V（AC）。 plc外部接線圖 2.2工

32、/0點數(shù)的分配及機型的選擇 2.2.1 I/O點數(shù)的估算 采用PLC構(gòu)成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降。一層有上升呼叫按鈕K1和指示燈H1，二層有上升呼叫按鈕K2和指示燈H2以及下降呼叫按鈕K4和指示燈H4，三層有上升呼叫按鈕K3和指示燈H3以及下降呼叫按鈕K5和指示燈H5，四層有下降呼叫按鈕K6和指示燈H6。一至四層有到位行程開關(guān)SQ1～SQ4。電梯內(nèi)有一至四層呼叫按鈕K10～K7和指示燈H10～H7；電梯開門和關(guān)門按鈕SB5和SB6，電梯開門和關(guān)門分別通過電磁鐵KM3和KM4控制，關(guān)門到位由行程開關(guān)ST1檢測，開門到位由行程開

33、關(guān)ST2檢測。轎廂上行和下行由接觸器KM1和KM2控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。 綜上所述，輸入點共有14個，輸出點共有16個。 可編程控制器S7—200的CPU226輸入，輸出點數(shù)為24／16。足以滿足要求。 2.2.2輸入/輸出的分配如下： 該系統(tǒng)占用PLC的30個I/O口，14個輸入點，16個輸出點，具體的I/O分配如下圖所示： 序號 名 稱 輸入點 序號 名 稱 輸出點 0 一層平層 I0.0 0 電梯上行記憶 Q0.0 1 二層平層 I0.1 1 電梯下行記憶 Q0.1 2 三層平層 I0.2 2 電機正轉(zhuǎn)

34、 Q0.2 3 四層平層 I0.3 3 電機反轉(zhuǎn) Q0.3 4 內(nèi)呼一樓 I0.4 4 內(nèi)呼一樓指示 Q0.4 5 內(nèi)呼二樓 I0.5 5 內(nèi)呼二樓指示 Q0.5 6 內(nèi)呼三樓 I0.6 6 內(nèi)呼三樓指示 Q0.6 7 內(nèi)呼四樓 I0.7 7 內(nèi)呼四樓指示 Q0.7 8 一層外呼上行 I1.0 8 一層外呼上行指示 Q1.0 9 二層外呼上行 I1.1 9 二層外呼上行指示 Q1.1 10 三樓外呼上行 I1.2 10 三樓外呼上行指示 Q1.2 11 二樓外呼下行 I1.3 11 二樓外

35、呼下行指示 Q1.3 12 三樓外呼下行 I1.4 12 三樓外呼下行指示 Q1.4 13 四樓外呼下行 I1.5 13 四樓外呼下行指示 Q1.5 14 手動開門 I2.0 14 門電機正轉(zhuǎn) Q1.6 15 手動關(guān)門 I2.1 15 門電機反轉(zhuǎn) Q1.7 16 開門限位 I2.2 17 關(guān)門限位 I2.3 18 電梯上升極限位 I2.4 19 電梯下降極限位 I2.5 2.2.3 機型的選擇 SIMATIC S7-200系列PLC及其編程軟件STEP 7-M

36、icro/WIN 32 SIMATIC 小型S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。 S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強勁的通訊能力；豐富的擴展模塊等。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等

37、等。 STEP 7-Micro/WIN 32是西門子公司專門為S7-200系列PLC設(shè)計在個人計算機Windows操作系統(tǒng)下運行的編程軟件，它的功能強大，使用方便，簡單易學，可用梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖三種編程語言編制程序，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換。STEP 7-Micro/WIN 32提供兩套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和國際標準指令集（IEC1131-3方式）。程序編制完成之后，利用PLC與計算機專用的PC/PPI電纜傳送程序至PLC。 第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 3.1 四層電梯梯形圖 3.1.1 PLC的編程語言 PLC程

38、序是PLC指令的有序集合，PLC運行程序就是按一定的順序，執(zhí)行這集合中的一條條指令。指令是指示PLC動作的文字代碼或圖形符號。使用的編程語言不同，這些文字代碼和圖形符號就不相同。但從本質(zhì)上來講，指令的實質(zhì)都是二進制機器碼。同普通的計算機一樣，PLC的編程軟件通過編譯系統(tǒng)把PLC程序編譯成機器代碼。 PLC提供了功能較為完整的編程語言，以適應PLC在工業(yè)環(huán)境中的應用。利用PLC的編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當于設(shè)計和改變繼電器控制的硬件接線，也就是所謂的“可編程序”。 PLC的編程語言一般有五種：順序功能圖(Sequential Function Chart)、梯形圖

39、(Ladder Diagram)、功能塊圖(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)和結(jié)構(gòu)文本(Structured Text)。其中，順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能塊圖(FBD)是圖形編程語言，指令表(IL)和結(jié)構(gòu)文本(ST)是文字語言。梯形圖(LD)是目前使用最廣泛的PLC圖形編程語言，梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，比較易于掌握、程序表達清楚。 本系統(tǒng)PLC程序的編制采用梯形圖語言，編程軟件為STEP 7。該軟件能夠完成制作程序、對可編程控制器CPU的寫入/讀出、監(jiān)控程序運行、調(diào)試程序、PLC錯誤診斷等一系列功能。 3

40、.1.2 STEP 7概述 STEP 7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包。它是SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。有下列版本的STEP 7標準軟件包： 用于SIMATIC S7-200上簡單單站應用的STEP 7 Micro/DOS和STEP 7 Micro/WIN。 用于使用帶有各種功能的SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATIC M7-300/M7-400和 SIMATIC C 7的STEP 7： - 可通過選擇SIMATIC工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進行擴展 - 為功能模板和通訊處理器賦值參數(shù) - 強制和多處理器模式 - 全局數(shù)據(jù)

41、通訊 - 使用通訊功能塊的事件驅(qū)動數(shù)據(jù)傳送 - 組態(tài)連接 STEP7編程軟件允許結(jié)構(gòu)化用戶程序，可以將程序分解為單個的自成體系的程序部分從而使大規(guī)模的程序更容易理解，可以對單個的程序部分進行標準化程序組織簡化，修改更容易系統(tǒng)的調(diào)試也容易了許多在7s用戶程序中可以使用如下幾種不同類型的塊: 組織塊(OB)是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口它們由操作系統(tǒng)調(diào)用，并控制循環(huán)和中斷驅(qū)動程序的執(zhí)行，以及可編程控制器如何啟動。它們還處理對錯誤的響應組織塊決定各個程序部分執(zhí)行的順序用于循環(huán)程序處理的組織塊OB1的優(yōu)先級最高。操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用OB1并用這個調(diào)用啟動用戶程序的循環(huán)執(zhí)行。 功能（FC）屬于用戶自己

42、編程的塊功能是“無存儲區(qū)”的邏輯塊FC的臨時變量存儲在局域數(shù)據(jù)堆棧中，當FC執(zhí)行結(jié)束后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。 功能塊（FB）屬于用戶自己編程的塊功能塊是具有“存儲功能”的塊，用數(shù)據(jù)塊作為功能塊的存儲器(背景數(shù)據(jù)塊)傳遞給FB的參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據(jù)塊中，背景數(shù)據(jù)塊(背景DB)在每次功能塊調(diào)用時都要分配一塊給這次調(diào)用，用于傳遞參數(shù)。 系統(tǒng)功能塊(SFB)和系統(tǒng)功能(SFC)是STEP7為用戶提供的己編程好的程序的塊，經(jīng)過測試集成在CPU中的功能程序庫SFB作為操作系統(tǒng)的一部分并不占用程序空間，是具有存儲能力的塊，它需要一個背景數(shù)據(jù)塊，并須將此塊作為程序的一部分安裝到CPU中。 3.1.3

43、程序設(shè)計常用方法 在工程中，對PLC應用程序的設(shè)計有多種方法，這些方法的使用，也因各個設(shè)計人員的技術(shù)水平和喜好有較大的差異?，F(xiàn)將常用的幾種應用程序的設(shè)計方法簡要介紹如下。 1. 經(jīng)驗設(shè)計法 經(jīng)驗設(shè)計法也叫湊試法。在掌握一些典型控制環(huán)節(jié)和電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，憑經(jīng)驗進行選擇、組合。這種方法對于一些簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計是比較湊效的，可以收到快速、簡單的效果。經(jīng)驗設(shè)計法的具體步驟如下： （1） 確定輸入/輸出電器； （2） 確定輸入和輸出點的個數(shù)、選擇PLC機型、進行I/O分配； （3） 做出系統(tǒng)動作工程流程圖； （4） 選擇PLC指令并編寫程序

44、； （5） 編寫其它控制控制要求的程序； （6） 將各個環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來，即得到一個滿足控制要求的程序。 2. 邏輯設(shè)計法 工業(yè)電氣控制線路中，有很多是通過繼電器等電器元件來實現(xiàn)的。而繼電器、交流接觸器的觸點都只有兩種狀態(tài)即：斷開和閉合，因此用“0”和“1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計電氣控制線路是完全可以的。該方法法是根據(jù)數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯設(shè)計法進行PLC程序的設(shè)計，它使用邏輯表達式描述問題。在得出邏輯表達式后，根據(jù)邏輯表達式畫出梯形圖。 3. 順序控制法 對那些按動作的先后順序進行控制的系統(tǒng)，非常適合使用順序控制設(shè)計法進行編程。順序控制法規(guī)律性很強，雖然編程相

45、當長，但程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性。在用順序控制設(shè)計法編程時，功能圖是很重要的工具。功能圖能夠清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。 功能圖由流程步、有向線段、轉(zhuǎn)移和動作組成，在使用時它有一些使用規(guī)則，具體如下： 步于步之間必須用轉(zhuǎn)移隔開； 轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移之間必須用步隔開； 轉(zhuǎn)移和步之間用有向線段連接，正常畫順序功能圖的方向是從上向下或則從左向右。按照正常順序畫圖時，有向線段可以不加箭頭，否則必須加箭頭。 一個順序功能圖中至少有一個出初始步。 3.2.1外召喚信號登記及消除 廳外召喚指令具有登記指示，到

46、層取消。 3.2.2內(nèi)指令信號登記及消除 點動內(nèi)呼按鈕，信號登記顯示。到層信號取消。 本系統(tǒng)設(shè)一樓為基站，兩分鐘內(nèi)無任何操作，電梯自動返回一樓。 3.2.3 電梯的平層信號處理 3.2.4 選層定向及反向截梯 轎廂上行 轎廂下行 3.2.5 內(nèi)指令外召喚信號的保持 轎廂的內(nèi)呼指令與外召喚指令保持信號，用于在有乘坐需要的樓層停車，并自動或手動執(zhí)行開關(guān)門操作。開關(guān)門執(zhí)行一次之后，信號取消。使電梯能夠繼續(xù)響應其他乘坐信號

47、。 3.2.6 各樓層停車信號 　 3.2.7 自動開關(guān)門 如梯形圖所示，電梯到層停車后，延時 2s開門，5s后自動關(guān)門。并設(shè)有手動開門按 扭和關(guān)門按鈕。可實現(xiàn)即時開關(guān)門。 第4章 結(jié)論 四層教學電梯系統(tǒng)在各類院校的實踐教學中得到廣

48、泛的利用，它可以作為電氣及樓宇自動化等專業(yè)的PLC、變頻器相關(guān)課程的實踐教學平臺。但是由于實際硬件的教學電梯投入較大，對教學空間也比較苛刻，從而給各個院校的實踐教學帶來很大的困擾。利用工控組態(tài)軟件實現(xiàn)PLC與上位計算機通信的方法簡單易行，本四層教學仿真電梯系統(tǒng)利用工控組態(tài)軟件組態(tài)王，配合簡單的PLC主機，在PC機界面上實現(xiàn)了實踐教學訓練平臺，投入較少，對教學空間要求不高，適合大批量學生的實踐訓練，符合大多數(shù)高等院校及培訓機構(gòu)的教學要求。所以利用PLC主機、PC機及工控組態(tài)軟件設(shè)計實現(xiàn)的四層教學仿真電梯系統(tǒng)，在PLC、組態(tài)軟件應用及電梯控制等課程教學中，具有突出的優(yōu)點和很好的利用價值。

49、 參考文獻 [1] 王整風，謝云敏.可編程控制器原理與實踐教程.上海：上海交通大學出版社，2007. [2] 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應用技術(shù).南京：東南大學出版社，2003. [3] 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京：機械工業(yè)出版社，2006. [4] 嚴盈富，羅海平，屋海勤.監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門.北京：人民郵電出版社，2006. [5] 張運剛，宋小春.從入門到精通——西門子工業(yè)網(wǎng)絡通信實戰(zhàn).北京：人民郵電出版2007. [6] 西門子公司.SIMATIC S7-200可編程

50、控制器系統(tǒng)手冊. [7]崔堅 西門子工業(yè)網(wǎng)絡通信指南. 機械工業(yè)出版社， 2005.5 [8]西門子（中國）有限公司 深入淺出西門子S7－200 plc.北京航空航天大學出版社，2005.2 [9]吳明亮 蔡夕忠 可編程控制器實訓教程.化學工業(yè)出版社， 2005.8 [10]楊志強， 用C語言實現(xiàn)PLC和上位機的串行通訊. 基礎(chǔ)自動化 , 2000 [11] 李德才， 可編程序控制器PLC發(fā)展及應用[J]. 醫(yī)藥工程設(shè)計 , 1994 [12]求是科技編著.，PLC 應用開發(fā)技術(shù)與工程實踐[M] . 北京:人民郵電出版社, 2005. [13]呂景泉，可編程序控制器及其應用機

51、械工業(yè)出版社，2001 [14]鄧則名，鄺穗芳等主編，電氣與可編程控制器應用技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2004 [15]STEP7V52編程手冊，北京，西門子(中國)公司，2002 [16]劉敏，可編程序控制器技術(shù)機械工業(yè)出版社，2001 [17]馬國華，監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用.北京:清華大學出版社，2001 [18]嚴盈富，羅海平，吳海勤.監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門.北京:人民郵電出版社，2006 [19]曾慶波，孫華，周衛(wèi)宏.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用技術(shù).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社2005 [20] 陳立定,吳玉香,蘇開才.電氣控制與可編程控制器.廣州:華南理工大學出版社,2001

52、 謝 辭 時至今日，幾個禮拜的畢業(yè)設(shè)計終于可以畫上一個句號了，但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè)計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，不過樂趣盡在其中！尤其是根本組人員的搭配，不僅讓我對PLC和組態(tài)軟件有的更深一步的了解，同時也增加了自己的動手實踐能力，為以后的工作打下了基礎(chǔ)。可以說畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。 本次畢業(yè)設(shè)計是在我的指導老師謝道文的悉心指導下完成的。從論文的選題到論文的完成，無不傾注著老師辛勤的汗水和心血。老師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我受益匪淺，從尊敬的指導老師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的指導老師致以最衷心的感謝和深深的敬意!同時我在這里還要感謝我的同學們，他們也在畢業(yè)設(shè)計方面給予了我很多幫助和關(guān)心，尤其是在編寫程序、利用組態(tài)軟件仿真方面。 其次還要感謝我的父母，他們?yōu)榱宋业某砷L付出了辛勤的努力和汗水，給予了我世界上最崇高、最偉大的愛。我所取得的進步和成績和他們是分不開的。 最后，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導、老師、同學和朋友表示由衷的謝意!