《畢業(yè)設計論文基于西門子S7200 PLC的四層電梯及組態(tài)監(jiān)控的設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《畢業(yè)設計論文基于西門子S7200 PLC的四層電梯及組態(tài)監(jiān)控的設計（60頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 四層電梯及組態(tài)監(jiān)控的設計 工 學 部 工學一部 專 業(yè) 自動化 班 級 4418501 學 號 姓 名 指導教師 負責教師 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院 2008年7月 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 摘 要 隨著城市建設的不斷發(fā)展，樓群建筑不斷增多，電梯在當今社會的生活中有著廣泛的應用。電梯作為樓群建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。 本文就是利用西門子S7-200可編程控制器對電梯系統進行控制，首先進行硬件設計，包括CP

2、U處理模塊、系統的端口分配、以及外部接線圖，然后，在硬件設計的基礎上，對軟件進行了設計，設計出系統的程序流程圖及梯形圖程序，并對系統進行了分析和調試，實現了電梯的自動控制。最后，運用MCGS 組態(tài)軟件制作人機對話界面，檢驗電梯PLC控制系統的運行情況。使電梯通過讀取PLC中相應寄存器的狀態(tài)，監(jiān)視電梯指示燈、電梯按鈕及電梯的其它運行狀態(tài)，直觀地反映出電梯的運行狀況，達到監(jiān)控的目的。 關鍵詞：電梯；PLC；監(jiān)控 52 Abstract With the continuous development of urban construct

3、ion, the increasing complex construction, the lift of life in today's society has a wide range of applications. Elevator in the building as a complex operation of the vertical transport has been inextricably linked with people's daily lives. This paper is the use of Siemens S7-200 PLC on elevator

4、control system, first of all for hardware design, including the CPU processing module, the system of port allocation, as well as external wiring diagram, and then, on the basis of hardware design, software For the design, design a systematic process flow chart and ladder procedures and systems analy

5、sis and debugging, and automatic control of the elevator. Finally, the use of PC configuration software MCGS interactive interface, inspection of the elevator control system PLC operation. PLC to read through the elevator in the corresponding register of the state, surveillance, lift light, the elev

6、ator button and lift the other running directly reflects the operation of the escalator，thus achieve the goal of monitoring. Keywords：Elevator;PLC; Monitor 目 錄 1 緒 論 1 1.1電梯的概述 1 1.1.1電梯在國內外的研究現狀 1 1.1.2電梯的分類 2 1.2可編程控制器（PLC）簡介 2 1.2.1 PLC的發(fā)展階段 3 1.2.2 PLC的主要功能 4 1.2.3 PLC的主要特點 5 1

7、.3課題的目的、意義 6 1.4主要研究內容 7 2 電梯系統總體設計 8 2.1電梯的外部結構及控制要求 8 2.2方案選擇 9 2.2.1硬件方案的確定 9 2.2.2軟件方案的確定 9 2.2.3監(jiān)控系統的確定 10 3 電梯系統硬件的設計 11 3.1 PLC結構及工作原理 11 3.2系統的CPU處理模塊 13 3.3系統的端口分配及功能表 13 3.4系統的外部接線圖 15 4 電梯系統的軟件設計 17 4.1西門子PLC編程軟件 17 4.2系統的程序設計 18 4.2.1程序流程圖 18 4.2.2主要程序設計及分析 18 4.3程序調試 2

8、6 4.3.1 PC與PLC的通信 26 4.3.2調試 27 5 電梯監(jiān)控系統的設計 28 5.1 MCGS組態(tài)軟件介紹 28 5.2組態(tài)軟件的制作過程 29 5.2.1建立MCGS新畫面 29 5.2.2定義數據變量 29 5.2.3制作監(jiān)控畫面 31 5.2.4編寫控制流程 33 5.3遇到的問題分析 34 6 結 論 35 致 謝 36 參考文獻 37 附錄Ⅰ PLC程序 38 附錄Ⅱ 組態(tài)命令程序 49 1 緒 論 1.1電梯的概述 1.1.1電梯在國內外的研究現狀 電梯進入人們的生活已經150年了。1854年，在紐約水晶宮舉行的世界

9、博覽會上，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明，從此，人類歷史上第一部安全升降梯誕生。奧的斯先生的發(fā)明徹底改寫了人類使用升降工具的歷史。從那以后，升降梯在世界范圍內得到廣泛應用。1889年12月，美國奧的斯電梯公司制造出了名副其實的電梯，它采用直流電動機為動力，通過蝸輪減速器帶動卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。1892年，美國奧的斯公司開始采用按鈕操縱裝置，取代傳統的轎廂內拉動繩索的操縱方式，為操縱方式現代化開了先河。 生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進步。150年來，電梯的材質由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新—手柄開關操縱、按鈕控制、信號控制

10、、集選控制、人機對話等等，多臺電梯還出現了并聯控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸能力的優(yōu)勢；變速式自動人行道扶梯的出現大大節(jié)省了行人的時間；不同外形—扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。如今，以美國奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風姿，仍在繼續(xù)進行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務系統。另外，調頻門控、智能遠程監(jiān)控、主機節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復合鋼帶環(huán)保等一款款集納了人類在機械、電子、光學等領域最新科研成果的新型電梯競相問世。 中國最早的一部電梯出現在上海，是由美國奧的斯公司于1901年安裝的。1932年由美

11、國奧的斯公司安裝在天津利順德酒店的電梯至今還在安全運轉著。十一屆三中全會后，我國電梯業(yè)進入了高速發(fā)展的時期。解放前，我國電梯擁有量僅約2000臺，也沒有電梯制造業(yè)。70年代初，全國僅有幾家電梯制造廠，至80年代末就發(fā)展到150多家，至今已超過200家，且世界著名電梯廠商在我國均有合資企業(yè)。目前我國合資、獨資的電梯生產企業(yè)已有200多家。如今，在我國任何一個城市，電梯都在被廣泛應用，電梯給人們的生活帶來了便利，也為我國現代化建設的加速發(fā)展提供了強大的保障。時至今日，電梯已進入了全面發(fā)展的新時期。 1.1.2電梯的分類 電梯的種類相當很多，按用途分為乘客電梯、載貨電梯、醫(yī)用電梯、住宅電梯、雜物

12、電梯、觀光電梯、車輛電梯、船舶電梯、建筑施工電梯等；按驅動方式可分為交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條電梯、螺桿式電梯、直線電機驅動的電梯；按速度分為低速電梯（速度低于1m/s以下）、中速電梯（速度在1~2m/s之間）、高速電梯（速度大于2m/s）、超高速電梯（速度超過5m/s），不過隨著電梯技術的不斷發(fā)展，電梯速度越來越高，區(qū)別高、中、低速電梯的速度限值也在相應地提高；按拖動方式分為交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條電梯等；按操縱控制方式分為手柄開關操縱電梯、按鈕控制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯等。除上述電梯的分類外，還有些特殊用途的電梯，如冷庫電梯、防爆電梯、礦井電梯、斜行電梯

13、、雙層轎廂電梯等等。 1.2可編程控制器（PLC）簡介 PLC（Programmable Logic Controller）通常稱為可編程控制器，它是一種以微處理器為基礎，綜合了現代計算機、自動化技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。由于它擁有體積小、功能強、程序設計簡單、以及維護方便等特點，特別是適應惡劣的工業(yè)環(huán)境的能力和高可靠性，使其應用越來越廣泛。 1987年2月國際電工委員會（IEC）對可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，是專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的。它采用可可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和

14、算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則設計”。 事實上，可編程控制器是一種以微處理器為核心，帶有指令存儲器和輸入/輸出接口，將自動化、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)控制裝置。 1.2.1 PLC的發(fā)展階段 隨著微處理器的出現，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展和數據通信技術的不斷進步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為以下三個階段。 ⑴ 早期的PLC（20世紀60年代末－20世紀70年代中期） 早期的PLC可編程邏輯控制器，是繼電器控

15、制裝置的，其主要功能只是執(zhí)行原來有繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上以計算機的形式出現，在I/O接口電路上做了改進以適應工業(yè)控制現場的要求。在軟件編程上，采用廣大電器工程技術人員所熟知的繼電器控制線路方式－梯形圖。其中PLC特有的編程語言－梯形圖一直沿用至今。 ⑵ 中期的PLC（20世紀70年代中期－20世紀80年代中后期） 在20世紀70年代，微處理器的出現使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國、日本、德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU），這樣使PLC的功能大大增強。在軟件方面，除了保持原有的邏輯運算、計時、計數等功能以外，還增加了算術運算、數據處理和傳送、

16、通信、自診斷等功能。在硬件方面，增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數量增加。除此之外，還提供了一定數量的數據寄存器。 ⑶ 近期的PLC(20世紀80年代中后期至今) 進入20世紀80年代中后期，由于超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造商研發(fā)的專用邏輯處理芯片。這樣使PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。近年來，PLC技術發(fā)展很快，性能不斷提高，類型也在不斷增多，功能也越來越完善。因此，PLC已發(fā)展成為當今自動化、信息化的重要支柱。 1.2.2 PLC的主要功能 隨著PLC技

17、術的為斷發(fā)展，目前已能實現以下功能。 ⑴ 調節(jié)控制功能 條件控制功能是指用 PLC與、或、非指令取代繼電器觸點串聯，并聯及其他各種邏輯連接，進行開關控制。 ⑵ 定時/計數控制功能 定時/計數控制功能就是用PLC提供的定時器，計數器指令實現對某種操作的定時或計數控制，以取代時時間繼電器。 ⑶ 步進控制功能 步進控制能就是步進指令來實現在多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能進行下道工序的控制，以取代由硬件構成的步進控制器。 ⑷ 數據處理功能 數據處理功能是指PLC能進行數據傳送、比較、移位、數制轉換、算術運算與邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 ⑸ A/D與D/A轉換功能

18、 A/D與D/A轉換功能就是通過A/D，D/A模塊完成模擬量和數字量之間的轉換。 ⑹ 運動、過程控制功能 運動控制功能就是指通過高速計數模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸控制。過程控制功能是指通過PLC的PLD控制指令實現對溫度、壓力、速度、流量等物理參數的閉環(huán)控制。 ⑺ 擴展功能 擴展功能是指通過連接輸入/輸出擴展單元（即I/O擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數，也可通過附加各種智能單元及特殊單元來提高PLC的控制能力。 ⑻ 遠程I/O功能 過程I/O功能是指通過過程I/O單元將分散在遠距離的各種輸入，輸出設備與PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號，傳出輸出信號。

19、⑼ 通訊聯網功能 通訊聯網功能是PLC之間的聯網，PLC與上位計算機的連接等，實現遠程I/O控制或數據交換，以完成系統規(guī)模較大的復雜控制。 ⑽ 監(jiān)控功能 監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統各部分運行狀態(tài)和進程，以系統出現的異常情況進行報警和記錄，甚至自動中止運行。也可在線調整，修改控制程序中定時器，計數器等到設事實上值或強制I/O狀態(tài)。 1.2.3 PLC的主要特點 PLC之所以能迅速發(fā)展和廣泛應用，是因為它具有以下特點： ⑴ 可靠性高 ① PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統的維修簡單，維修時間短。 ② PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設

20、計。 ③ PLC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。 ④ PLC是為工業(yè)生產過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設計的硬件使可靠性大大提高。 ⑤ 在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。 ⑥ PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統可靠性的措施。例如，采用軟件濾波；軟件自診斷；簡化編程語言等。 ⑵ 易操作 ① 操作方便。對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數PLC采用編程器進行輸入和更改的操作。

21、② 編程方便。PLC有多種程序設計語言可供使用。對電氣技術人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。 ③ 維修方便。PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當系統發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。 ⑶ 靈活性高 ① 編程的靈活性。PLC采用的編程語言有梯形圖、助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應用面拓展。 ② 擴展的靈活性。PLC的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據應用的規(guī)模不同，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制范圍的擴展。 ③ 操作的靈活性。操作十分靈

22、活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。 1.3課題的目的、意義 以前，我國住宅樓電梯大部分是采用繼電器控制的，由于控制線路復雜、體積大、故障率高而且難于維護，使電梯難以達到安全、穩(wěn)定、可靠的基本要求，事故時有發(fā)生。鑒于繼電器控制存在著上述的種種弊端，將PLC應用于電梯控制，收到了良好效果。可編程控制器應用于電梯控制，用軟件編程替代原有繼電器硬件布線控制，使控制系統具有了極大的柔性和通用性。同時，由于PLC功能齊全、應用靈活，能夠滿足電梯控制的要求而且具有抗干擾性能強、操作方便、維護簡單等特點，使得系統可靠性大大提高。因此，本系統采用西門子公司的小型PLC系列S7－200中的 STEP7-Micr

23、o/WIN4.0編程軟件。隨著計算機技術、控制技術和網絡技術的發(fā)展，現在的電梯系統都傾向于采用先進、實用、可靠的PLC來進行控制，這樣能提高電梯系統的經濟性、可靠性及可維護性。 在工業(yè)自動化領域中，自動化設備的應用很多都離不開監(jiān)控系統。使用監(jiān)控系統對工業(yè)自動化生產過程實施監(jiān)控，即使不深入現場，也能了解設備狀況，分析設備問題，并且能夠記錄設備的各種信息。另外，還能及時發(fā)現問題并解決，從而完善生產的環(huán)節(jié)。因此，本系統就是采用MCGS組態(tài)監(jiān)控軟件進行監(jiān)控，此軟件操作簡單，可視性好，無須具備計算機編程的知識，就可以在短時間內輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定、功能全面的監(jiān)控系統。在現實生活中，操作者還可通過

24、以太網或其它辦公信息網絡等對電梯設備進行在線監(jiān)控，從而達到遠程維護的目的，這樣既節(jié)省人力和財力，又能及時發(fā)現問題并解決。 1.4主要研究內容 本次設計主要是利用可編程序控制器（PLC）控制一個四層電梯，首先進行硬件設計，包括CPU處理模塊、擴展模塊、資源分配以及外部接線等，然后在硬件設計的基礎上，選用西門子公司的STEP7－Micro/WIN4.0編程軟件進行了設計，設計出系統的程序流程圖及梯形圖程序，并對系統進行了分析和調試，實現了電梯的自動控制。并且用上位機MCGS組態(tài)軟件進行監(jiān)控，檢驗電梯PLC控制系統的運行情況，從而達到對電梯的監(jiān)視控制。 2 電梯系統總體設計 2.1電梯

25、的外部結構及控制要求 圖2.1 電梯外部結構 由上圖可知，電梯由安裝在各樓層電梯口的上升、下降呼叫按鈕，電梯轎廂內樓層選擇按鈕，上升下降指示，各樓層到位行程開關組成。當電梯在上升的過程中只響應向上的呼叫，在下降的過程中只響應向下的呼叫，電梯向上或向下的呼叫執(zhí)行完成后再執(zhí)行反向呼叫。另外電梯還具有樓層顯示、呼叫記憶、內選呼叫指示等功能。 本系統設計的電梯達到如下要求：行車方向由內選信號決定，順向優(yōu)先執(zhí)行；行車途中如遇呼梯信號時，順向截車，反向不截車；內選信號、呼梯信號具有記憶功能，執(zhí)行后解除；內選信號、呼梯信號、行車方向、行車樓層位置均有信號燈指示；樓層顯示燈亮表示轎廂停于該層，燈滅

26、表示電梯離開該層；無呼梯時，5S內沒有人呼梯，電梯停止運行；行車時不能手動開門或本層呼梯開門，開門不能行車。 2.2方案選擇 系統總體邏輯框圖，如圖2.2所示。 現場信號 小型S7-200 擴展模塊EM223 組態(tài)監(jiān)控 電梯 圖2.2 系統總體邏輯框圖 2.2.1硬件方案的確定 PLC種類繁多，雖然功能和指令不盡相同，但結構與工作原理則大同小異。通常PLC由主機、輸入/輸出接口、電源、編程器擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。根據此次電梯控制系統的要求，我選用了德國西門子

27、公司推出的小型PLC系列S7-200，它具有可靠性高、體積小、擴展方便，使用靈活的特點。此系統為多點輸入、多點輸出，CPU選擇224系列，擴展模塊選用EM223。 2.2.2軟件方案的確定 本系統選用STEP7-Micro/WIN4.0 版編程軟件，是因為它比以往的編程軟件功能更新、更強，支持32位的Windows95、Windows98、Windows NT、Windows XP使用環(huán)境，并且具有易于操作，界面一致性好，簡單易學的特點。使用該軟件時需要一根連到計算機串行通訊口的PC/PPI電纜，其通訊參數的配置可以在安裝軟件結束時或在運行時進行。 2.2.3監(jiān)控系統的確定

28、 MCGS(Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統)是一套用于快速構造和生成計算機監(jiān)控系統的組態(tài)軟件，能夠在Windows平臺上運行。另外，MCGS充分利用windows圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點，在自動化領域有著更廣泛的應用。因比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統更具通用性，所以選用MCGS組態(tài)軟件制作人機對話界面，檢驗電梯PLC控制系統的運行情況。 3 電梯系統硬件的設計 3.1 PLC結構及工作原理 PLC的基本結構：一般PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC有一塊CPU板、I/O板、顯示面板

29、、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數又有若干規(guī)格。對模塊式PLC有CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。PLC的基本結構框圖如圖3.1所示。 圖3.1 PLC基本結構框圖 PLC的工作原理：當PLC運行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務的，需要執(zhí)行眾多的操作，但CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作（串行工作）方式每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現的結果似乎是同時（并

30、行）完成的。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。 用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲順序的先后逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復始重復運行。如圖3.2所示：PLC采用集中采樣，集中輸出的工作方式，減少了外界干擾的影響。 圖3.2 PLC掃描工作原理圖 PLC工作過程分三個階段進行，即輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。以下詳細敘述PLC三個階段的工作過程： PLC在輸入采樣階段：以掃描方式依次地讀入信號的通/斷狀態(tài)，并將它們存入存儲器輸入暫存區(qū)的相應單元內，這部分存儲區(qū)也特別地稱為輸入映像區(qū)。在

31、讀輸入結束后，PLC轉入用戶程序執(zhí)行階段。 PLC在程序執(zhí)行階段：按照先后順序掃描執(zhí)行每條指令，從輸入映像存儲區(qū)中讀取輸入狀態(tài)，根據用戶程序進行邏輯運算，將不斷得到運算結果，而運算得到的結果是將其對應地先存入輸出暫存區(qū)（輸出映象區(qū)）的相應單元中，直到用戶程序全部被執(zhí)行完。本掃描周期內的程序執(zhí)行階段結束后，PLC轉入寫輸出階段。 輸出刷新階段：當所有的指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器等）輸出，驅動相應輸出設備工作。在此期間PLC根據輸出映像區(qū)中的對應狀態(tài)刷新所有的輸出鎖存電路，再經隔離驅動到輸出端子，向外界輸出控制信號，這才是

32、PLC的實際輸出。 為了提高工作的可靠性，及時接收外來的控制命令，PLC在每次掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要進行故障自診斷，完成與編程器等的通信。每次掃描開始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對各輸入輸出點、存儲器和CPU等進行診斷，診斷的方法通常是測試出各部分的當前狀態(tài)，并與正常的標準狀態(tài)進行比較，若兩者一致，說明各部分工作正常，若不一致則認為有故障。此時，PLC立即啟動關機程序，保留現行工作狀態(tài)，并關斷所有輸出點，然后停機。診斷結束后，如沒發(fā)現故障，PLC將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請求。如果有則進行相應的處理，比如，接受編程器發(fā)來的命令，把要顯示的狀態(tài)數據、出錯信息送給編程

33、器顯示等。處理完通信后，PLC繼續(xù)往下掃描，輸入現場信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號，完成一個掃描周期。然后又從自診斷開始，進行第二輪掃描。PLC就這樣不斷反復循環(huán)，實現對機器的連續(xù)控制，直到接收到停機命令，或因停電、出現故障等才停止工作。 3.2系統的CPU處理模塊 基本CPU單元選用的是CPU224，性能如下：2048程序存儲器；2048數據存儲器；14點輸入，10點輸出；可擴展7個模塊；128個定時器；128個計數器；4個硬件中斷、1個定時器中斷；實時時鐘；高速計數器；可利用PPI協議或自由口進行通信。 由于CPU224的輸入和輸出點不能滿足設計的要求，因此還添加了擴展模塊，擴展

34、模塊選用的是EM223繼電器型，性能如下：輸入電壓24V；8點輸入、8點輸出；額定負載電壓24VDC/24V～230V AC；允許范圍20.4～30V DC/20～250V AC；輸出電壓 L±0.3V -每組電流總和8A；I/O端子可拆卸；背板總線消耗電流80mA；功耗 3W 。 3.3系統的端口分配及功能表 對于PLC電梯控制系統的輸入、輸出點必須進行合理的配置。 基本的輸入顯示功能有：一層內選指示、二層內選指示、三層內選指示、四層內選指示、一層上呼指示、二層上呼指示、三層上呼指示、二層下呼指示、三層下呼指示、四層下呼指示、一層樓層指示、二層樓層指示、三層樓層指示、四層樓層指示、低脈

35、沖按鈕、直線啟動按鈕共16個點。 基本的輸出顯示功能有：一層內選指示、二層內選指示、三層內選指示、四層內選指示、一層上呼指示、二層上呼指示、三層上呼指示、二層下呼指示、三層下呼指示、四層下呼指示、一層樓層指示、二層樓層指示、三層樓層指示、四層樓層指示、轎廂下降指示、轎廂下降指示（同正轉、反轉）、電梯運行指示共17個點。 電梯控制的邏輯關系，各輸入、輸出端子分配見表3.1。 表3.1 端口分配及功能表 序號 PLC地址 功能說明 1 I0.0 四層內選按鈕 2 I0.1 三層內選按鈕 3 I0.2 二層內選按鈕 4 I0.3 一層內選按鈕 5 I0.4

36、四層下呼按鈕 6 I0.5 三層下呼按鈕 7 I0.6 二層下呼按鈕 8 I0.7 三層上呼按鈕 9 I1.0 二層上呼按鈕 10 I1.1 一層上呼按鈕 11 I1.2 四層行程指示 12 I1.3 三層行程指示 13 I1.4 二層行程指示 14 I1.5 一層行程指示 15 I2.0 低脈沖按鈕 16 I2.1 直線啟動按鈕 17 Q0.0 四層指示 18 Q0.1 三層指示 19 Q0.2 二層指示 20 Q0.3 一層指示 21 Q0.4 轎廂下降指示、反轉 22 Q0.5 轎廂上升

37、指示、正轉 23 Q0.6 四層內選指示 24 Q0.7 三層內選指示 25 Q1.0 二層內選指示 26 Q1.1 一層內選指示 27 Q2.0 四層下呼指示 28 Q2.1 三層下呼指示 29 Q2.2 二層下呼指示 30 Q2.3 三層上呼指示 31 Q2.4 二層上呼指示 32 Q2.5 一層上呼指示 33 Q2.6 電梯運行指示 3.4系統的外部接線圖 西門子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，具有極高的性能/價格比。圖3.2就是S7-200PLC的外部接線圖。主機1M、2M

38、、3M和面板V+接電源+24V，主機1L、2L、3L、4L、5L和面板COM接電源GND。 圖3.2 PLC外部接線圖 4 電梯系統的軟件設計 4.1西門子PLC編程軟件 STEP7－Micro/WIN是專門為S7-200設計的，在個人計算機Windows操作系統下運行的編程軟件，它的功能強大，使用方便，簡單易學。用戶可以通過語句表、梯形圖和功能塊圖編程，不同的編程語言編制的程序可以相互轉換，可以用符號表來定義程序中使用的變量地址對應的符號。 圖4.1 程序編輯窗口 STEP7-Micro/WIN4.0的編程界面如圖4.1所示。程序編輯器窗口包含為當前項目使用的編輯

39、器的局部變量表和程序視圖。其編程軟件具有以下一些功能：硬件配置、參數設置、通信設置、程序編輯、測試、運行和診斷等功能。 4.2系統的程序設計 4.2.1程序流程圖 PLC設計電梯采用自動運行方式控制，根據此控制邏輯設計的流程圖如圖4.2所示。 圖4.2 電梯設計的流程圖 4.2.2主要程序設計及分析 當電梯內部呼叫時，電梯的內部指示燈會亮，同時電梯會自動運行到該呼叫層。顯示內選指示燈的亮滅程序如下： 按下呼叫電梯按鈕，說明有人外部呼叫電梯，這時，電梯會自動運行到該層，同時，對應的樓層指示燈亮。電梯運行程序如下：

40、 電梯上、下行程序如下： 4.3程序調試 4.3.1 PC與PLC的通信 程序PC與PLC進行通訊，需一些參數的設置，本系統的參數設置過程如下： ⑴ 程序與PLC的CPU通訊電纜進行連接。 ⑵ 設置遠程站（即S7-200）的地址，使它與S7-200的地址相同，本系統設置為2，如圖4.3所示。 圖4.3 計算機與PLC的通信設置 ⑶ 從圖4.3中可知PLC通訊參數的設置，其中接口為PC/PPI cable（COM 1），協議為PPI，模式為11位，波特率為9.6千波特。 4.3.2調試 把編寫好的程序傳

41、送到PLC中，運行硬件時，不能很好的實現設計的功能，經過反復的調試、修改，終于實現了電梯設計的要求。另外在軟件調試過程中也遇到了一些的問題，比如下載PLC程序時，顯示下載錯誤，PLC程序無法運行。這是因為PLC的地址輸入錯誤，只要點擊“刷新”，把獲取的地址輸入則下載就恢復正常。 5 電梯監(jiān)控系統的設計 5.1 MCGS組態(tài)軟件介紹 MCGS全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS）是一套32位工控組態(tài)軟件，可穩(wěn)定運行于Windows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統，集動畫顯示、流程控制、數據采集、設備控制與輸出、網絡數據傳輸、工程報表、數據與曲線等諸多強大功能于一

42、身，并支持國內外眾多數據采集與輸出設備，廣泛應用于石油、電力、機械、紡織、航天、建筑、通訊、實驗室等多種工程領域。MCGS組態(tài)軟件具有全中文、面向窗口的可視化操作界面。實時性強，有良好的并行處理性能和豐富生動的多媒體畫面。MCGS組態(tài)軟件的開放式結構擁有廣泛的數據獲取和強大的數據處理功能。同時。提供良好的安全機制，為多個不同級別用戶設定不同的操作權限。MCGS組態(tài)軟件支持多種硬件設備，實現“設備無關”，用戶不必因外部設備的局部改動，而影響整個系統。MCGS組態(tài)軟件由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統組成。兩部分互相獨立，又緊密相關。 目前，MCGS組態(tài)軟件已經成功推出了MCG

43、S通用版組態(tài)軟件、MCGS網絡版組態(tài)軟件和MCGSE嵌入版組態(tài)軟件。三類產品風格相同，功能各異，三者完美結合，融為一體，形成了整個工業(yè)監(jiān)控系統的從設備采集、工作站數據處理和控制、上位機網絡管理和web瀏覽的所有功能，很好的實現了自動控制一體化的功能。 本文利用MCGS組態(tài)軟件設計，在設備組態(tài)窗口中選擇適當的串口通訊設備，正確設置其屬性。正確設置組態(tài)軟件中數據變量設備通道的連接，即可實現PLC與組態(tài)軟件的通訊。將PLC中的串口驅動程序與組態(tài)軟件的需求響應相結合，使電腦對PLC發(fā)出的信號有響應。在MCGS組態(tài)軟件的用戶窗口中，制作一個動畫界面。在界面上設置各個控件的屬性，使設置的控件按照真實的情

44、況動作，檢驗和測試電梯PLC控制系統對電梯的運行狀態(tài)的控制效果。MCGS用主控窗口、設備窗口和用戶窗口來構成一個應用系統的人機交互圖形界面。組態(tài)配置各種不同類型和功能的對象或結構，可以對實時數據進行可視化處理。 5.2組態(tài)軟件的制作過程 5.2.1建立MCGS新畫面 制作組態(tài)軟件需要畫面的設計和參數的設置，由圖5.1用戶窗口屬性設置可知，窗口位置為任意擺放，窗口邊界為可變邊。在“用戶窗口屬性設置”中，還能對擴充屬性、啟動腳本、循環(huán)腳本、退出腳本進行參數設置。 圖5.1 電梯監(jiān)控畫面基本屬性設置 5.2.2定義數據變量 實時數據庫是MCGS工程的數據交換和數據處理中心。數據變量

45、是構成實時數據庫的基本單元，建立實時數據庫的過程也即是定義數據變量的過程。定義數據變量的內容主要包括：指定數據變量的名稱、類型、初始值和數值范圍，確定與數據變量存盤相關的參數等。在定義之前，應充分分析和考慮所有問題，最后列出需要的所有的點（即變量）。在定義時根據不同點的作用具體設置每個點的類型及參數。 根據西門子S7-200點數、電梯模型輸入輸出端子分配及監(jiān)控程序的內部變量，設置的數據變量如表5.1所示。 表5.1 數據詞典列表 變量名 變量類型 寄存器 對應數據變量 四層內選按鈕 開關型 I0.0 i00 三層內選按鈕 開關型 I0.1 i01 二層內選按鈕

46、 開關型 I0.2 i02 一層內選按鈕 開關型 I0.3 i03 四層下呼按鈕 開關型 I0.4 i04 三層下呼按鈕 開關型 I0.5 i05 二層下呼按鈕 開關型 I0.6 i06 三層下呼按鈕 開關型 I0.7 i07 二層下呼按鈕 開關型 I1.0 i10 一層下呼按鈕 開關型 I1.1 i11 四層行程指示 開關型 I1.2 i12 三層行程指示 開關型 I1.3 i13 二層行程指示 開關型 I1.4 i14 一層行程指示 開關型 I1.5 i15 四層指示燈 開關型 Q0.0 q

47、00 三層指示燈 開關型 Q0.1 q01 二層指示燈 開關型 Q0.2 q02 一層指示燈 開關型 Q0.3 q03 轎廂下降指示 開關型 Q0.4 q04 轎廂上升指示 開關型 Q0.5 q05 四層內選指示 開關型 Q0.6 q06 三層內選指示 開關型 Q0.7 q07 二層內選指示 開關型 Q1.0 q10 一層內選指示 開關型 Q1.1 q11 一層上呼指示 開關型 Q2.5 q25 二層上呼指示 開關型 Q2.4 q24 三層上呼指示 開關型 Q2.3 q23 四層下呼指示 開關型

48、 Q2.2 q22 三層下呼指示 開關型 Q2.1 q21 二層下呼指示 開關型 Q2.0 q20 一次動作標志 數值型 － movey1 門開關動作 數值型 － movex1 5.2.3制作監(jiān)控畫面 轎箱運動監(jiān)控動畫是電梯監(jiān)控程序的一個重要內容，它以動畫的方式直接反映電梯模型的運動，生動形象。而它的制作過程較為復雜繁瑣，而且要制作一個立體的形象的轎箱模型要繪制許多圖案并把它們組合在一起，而其中對圖素前后位置以及圖案重疊的把握，將直接影響監(jiān)控動畫的形象性。在制作過程中，經過多次的調整、組合、疊放、覆蓋等步驟才制作出了一個效果讓人滿意的圖形組合。之

49、后設置監(jiān)控動畫的各個參數，與PLC相連反復調試運動速度最后終于達到了滿意的監(jiān)控效果。 本系統的組態(tài)畫面設計如下圖所示。 圖5.2 組態(tài)歡迎窗口 圖5.3 組態(tài)模擬圖 圖5.4 電梯控制界面 5.2.4編寫控制流程 用戶腳本程序是由用戶編制的、用來完成特定操作和處理的程序，腳本程序的編程語法非常類似于普通的C語言，正確地編寫腳本程序，可大大提高工作效率，優(yōu)化控制過程。本系統的腳本編制過程如下： 在策略組態(tài)中，單擊工具條中的“新增策略行”圖標，則顯示如下： 在策略組態(tài)中，如果沒有出現策略工具箱，請單擊工具條中的“工具箱” 圖標，彈出“策略工具箱”，如下：

50、 單擊“策略工具箱”中的“腳本程序”，把鼠標移出“策略工具箱”，會出現一個小手，把小手放在上，單擊鼠標左鍵，則顯示如下： 雙擊進入腳本程序編輯環(huán)境，輸入電梯監(jiān)控系統的相關程序，見附錄II。 5.3遇到的問題分析 在本次監(jiān)控軟件的制作過程中，遇到了一些問題。譬如組態(tài)軟件不能與PLC同時進行通訊，因為二者共用一個計算機串口，必須要關掉其中一個，只有這樣才能使另外一方與PLC進行數據交換，當時在這個問題上耽誤了很長時間，最后在老師的幫助下，才順利的解決了該問題。還有一個很大的問題就是通過上位機控制PLC，由于對PLC和組態(tài)軟件MCGS的知識掌握的不夠全面，遲遲沒有實現上位機控制，不過在

51、指導老師李姣老師的指導下，成功的調試出了上位機對PLC的控制，最終完成監(jiān)控系統的設計。在組態(tài)監(jiān)控中還存在一些問題，例如有人呼叫電梯時，監(jiān)控反應相對遲緩，特別是電梯的開、關門總是延時，后來經過查詢資料發(fā)現通信的傳輸率造成的。以上是我在制作人機界面遇到的問題，通過這一次次的修改，讓我對組態(tài)軟件和西門子PLC有了更深刻的認識。 6 結 論 本次畢業(yè)設計內容是四層電梯的控制系統。本文采用西門子S7—200可編程控制器設計電梯的控制系統，完成電梯的轎內指令、廳外召喚指令、樓層位置指示等控制任務。利用MCGS組態(tài)軟件設計模擬電梯PLC控制系統的運行。將PLC中的串口驅動程序與組態(tài)軟件的需求響應相結

52、合，能夠按照真實的情況動作，檢驗和測試電梯PLC控制系統對電梯的運行狀態(tài)的控制效果。實踐證明，將PLC可編程控制器和MCGS組態(tài)軟件結合可以非常好地模擬電梯控制系統的測試運行，有利于PLC控制系統的設計和檢測，具有良好的應用價值。 通過本次畢業(yè)設計，我的知識領域得到進一步擴展，專業(yè)技能得到進一步提高，同時增強了分析和解決工程實際的綜合能力。使我對西門子公司出品的PLC編程軟件有了充分的了解和掌握，同時，還讓我對監(jiān)控軟件在實際生產生活中的應用有了廣泛的認識。另外，還培養(yǎng)了自己嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風。與此同時，也鍛煉了我的動手能力，而這些正是我成長過程中一次很好的經歷，我相信一定

53、會為我今后的發(fā)展奠定了良好的基礎。 致 謝 四年的大學生活即將結束，在此，我要感謝所有曾經教導過我的老師和關心過我的同學，是他們在我的大學生活中給予了我無私的幫助和關懷，教會了我方方面面的知識和經驗。 隨著時間的推移，為期4個月的畢業(yè)設計也已經接近尾聲。在這4個月時間里，我首先要感謝在畢業(yè)設計中給了我熱心指導和幫助的李姣老師，因為有了李姣老師的耐心和敬業(yè)精神，才使我的畢業(yè)設計能夠順利的完成。 同時，我還要向在做畢業(yè)設計期間幫助過我的同學表示衷心的感謝！ 最后，對各位專家、老師審閱我的論文深表感謝，并渴望給予批評指導。

54、 參考文獻 [1] 廖常初.PLC編程及應用.機械工業(yè)出版社,2007 [2] 劉洪濤,黃海.PLC應用開發(fā).電子工業(yè)出版社,2007 [3] 魯遠東.PLC機電控制系統應用設計技術.電子工業(yè)出版社,2006 [4] 陳在平.可編程控制器技術與應用系統設計.機械工業(yè)出版社,2002 [5] 章文浩.可編程控制器原理及應用.國防工業(yè)出版社,2003 [6] 西門子(中國)公司.西門子STEP7程序設計編程手冊,1996 [7] 李樹雄.可編程序控制器原理及應用教程.北京航空航天大學出版社,2003 [8] 陳立定.電氣控制與可編程控制

55、器.華南理工大學出版社,200l [9] 劉載文.電梯控制技術.電子工業(yè)出版社,1996 [10] MCGS參考手冊,MCGS用戶指南,北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司 附錄Ⅰ PLC程序 附錄Ⅱ 組態(tài)命令程序 樓層顯示 if i04=1 then 樓層=4 if i05=1 or i11=1 then 樓層=3 if i06=1 or i10=1 then 樓層=2 if i07=1 then 樓層=1 if i12=1 a

56、nd i04=0 and i05=0 and i06=0 and i07=0 and i10=0 and i11=0 then 樓層=1 if i13=1 and i04=0 and i05=0 and i06=0 and i07=0 and i10=0 and i11=0 then 樓層=2 if i14=1 and i04=0 and i05=0 and i06=0 and i07=0 and i10=0 and i11=0 then 樓層=3 if i15=1 and i04=0 and i05=0 and i06=0 and i07=0 and i10=0 and i11=

57、0 then 樓層=4 內外呼叫判別 if i00=1 or i01=1 or i02=1 or i03=1 then 內部呼叫 = 1 外部呼叫 = 0 end if if i04=1 or i05=1 or i06=1 or i07=1 or i10=1 or i11=1 then 內部呼叫 = 0 外部呼叫 = 1 end if 選擇標志 內選 if i00=1 then flag00=1 end if if i01=1 then flag01=1 end if if i02=1 then flag02=1 end if if i03=1

58、 then flag03=1 end if 外選 if i04=1 then flag04=1 flag05=0 flag06=0 flag07=0 flag10=0 end if if i05=1 then flag04=0 flag05=1 flag06=0 flag07=0 flag10=0 flag11=0 end if if i06=1 then flag04=0 flag05=0 flag06=1 flag07=0 flag10=0 flag11=0 end if if i07=1 then flag04=0 flag0

59、5=0 flag06=0 flag07=1 flag10=0 flag11=0 end if if i10=1 then flag04=0 flag05=0 flag06=0 flag07=0 flag10=1 flag11=0 end if if i11=1 then flag04=0 flag05=0 flag06=0 flag07=0 flag10=0 flag11=1 end if 停在該層時,標志清零 if q00=1 then flag00=0 if q01=1 then flag01=0 if q02=1 then flag0

60、2=0 if q03=1 then flag03=0 電梯門開關 門關上前 限位開關動作會引起關門失效 movey1 一次動作標志 movex1 門開關動作 if i12=1 or i13=1 or i14=1 or i15=1 then movey1=1 開門標志=1 end if if 開門標志=1 and movex1<100 then movex1=movex1+5 if movex1=100 then movey1=0 開門標志=0 關門標志=1 end if if movex1=0 then 關門標志=0 end if if 關門標志=1 and movex1>=0 then movex1=movex1-5