河河 南南 工工 業業 職職 業業 技技 術術 學學 院院 畢畢業業設設計計（論論文文） 題目：題目：三層樓電梯自動控制三層樓電梯自動控制 專業名稱專業名稱 機電一體化機電一體化 學生姓名學生姓名 指導老師指導老師 XXXXXX 畢業時間畢業時間 20172017 年年 7 7 月月 目錄目錄 第一章第一章 緒論緒論 .3 3 1.11.1 電梯的應用與發展電梯的應用與發展 .3 3 1.21.2 電梯的發展現狀電梯的發展現狀 .3 3 1.31.3 研究背景研究背景 .4 4 1.41.4 研究內容研究內容 .4 4 第二章第二章 電梯電梯 PLCPLC 控制方面的簡介控制方面的簡介 .5 5 2.12.1 可編程控制器的簡介可編程控制器的簡介 .5 5 2.22.2 PLCPLC 的工作原理的工作原理 .5 5 2.32.3 PLCPLC 的功能和優點的功能和優點 .5 5 2.3.12.3.1 PLCPLC 的功能的功能.5 2.3.22.3.2 可編程控制器可編程控制器 PLCPLC 的優點：的優點：.6 2.42.4 PLCPLC 擴展模塊與系統擴展擴展模塊與系統擴展 .7 7 2.4.12.4.1 本地本地 I/OI/O 與擴展與擴展 I/OI/O 及其尋址及其尋址.7 2.4.22.4.2 模擬量擴展模塊模擬量擴展模塊 EM231EM231、EM235EM235 .8 第三章第三章 設計內容設計內容 .9 9 3.13.1 總體概要總體概要 .9 9 3.23.2 程序的設計程序的設計 .9 9 3.33.3 電梯控制系統的模擬實驗控制面板電梯控制系統的模擬實驗控制面板 .1010 3.43.4 程序及過程分析程序及過程分析 .1111 3.4.13.4.1 過程分析過程分析.11 3.4.3.4.2 2 梯形圖梯形圖.13 程序如下： .13 結論結論 .2525 致謝致謝 .2525 參考文獻參考文獻 .2626 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 電梯的應用與發展電梯的應用與發展 1854 年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，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明歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世 界范圍內得到了廣泛應用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅 程。150 年以來，她已經發展成為世界、亞洲和中國領先的電梯公司。 生活在繼續，科技在發展，電梯也在進步。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， 集選控制、人機對話等，多臺電梯還出現了并聯控制，智能群控；雙層轎箱電梯展 示出節省井道空間，提升運輸能力的優勢，變速式自動人行道扶梯大大節省了行人 的時間；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圓形觀光電梯則使身處其中的乘客的 視線不再封閉。一個半世紀的風風雨雨，翻天覆地的是歷史的變遷，永恒不變的是 電梯提升現代人生活質量的承諾。 1.21.2 電梯的發展現狀電梯的發展現狀 隨著計算機技術和電力電子技術的發展，現代電梯已經成為典型的機電一體化 產品。電梯具有很高的安全要求，它以零部件的形式出廠，總裝配在工地現場進行， 通過機械零部件之間的裝配和機械裝置與土建結構之間的的銜接完成安裝，最終形 成電梯產品。精心的制造和安裝還不能完全保證無故障運行，其運行可靠性在很大 程度上依靠維修保養。所以，電梯的制造、安裝和維保不宜分割。 大規模的經濟建設尤其是蓬勃發展的房地產業給電梯行業開拓了廣闊的市場， 2001 年我國電梯產量達 4.5 萬臺，創造了行業發展史上的一個新的高峰，被業內人 士稱為“第三次浪潮”。目前，中國經濟建設需求的各類電梯、幾乎全部可以在中 國生產。由此可見，一個興旺的電梯市場已經形成。進入 80 年代以來，隨著經濟建 設的持續高速發展，我國電梯需求量越來越大。據統計，全世界平均 1000 人有臺 電梯。我國如果要達到這個水準，還需要新裝 80 萬臺。到那時候，每年僅報廢更新 就需要萬臺。目前房屋建設勢頭仍然很好，電梯市場供需兩旺，前景一片光明。 1.31.3 研究背景研究背景 隨著電梯的不斷發展，教育業開始了電梯的模擬控制，這是一種高新自動控制 技術，要求研制出一種模擬電梯，以供學生探討和學習 PLC 的自動控制。 模擬電梯的控制是由 PLC 來實現控制的，可以讓學生們在編程的過程中，學 會 PLC 有關的的知識，掌握可編程控制器 一些控制。 1.41.4 研究內容研究內容 小型模擬電梯的控制 隨著城市建設的不斷發展，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運 行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式， 一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態和功能的設定， 實現電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方 式用可編程控制器取代微機實現信號控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法 并沒有太大的區別。PLC 可靠性高，程序設計方便靈活。 PLC 的應用包括 PLC 硬件和程序設計。本課題是以西門子 S7200 PLC 三層 電梯控制系統為例來解釋說明 PLC 的。 第二章第二章 電梯電梯 PLCPLC 控制方面的簡介控制方面的簡介 2.12.1 可編程控制器的簡介可編程控制器的簡介 可編程控制器，英文稱 Programmable Controller,簡稱 PC。它采用可編程序的存 儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指 令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 是微機技術與傳統的繼電器控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系 統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分 利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是 PLC 的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯 形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯 也都很方便。用戶在購買到所需的 PLC 后，只需按說明書的提示，做少量的接線和 簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將 PLC 應用于生產實踐。 2.22.2 PLCPLC 的工作原理的工作原理 PLC 是采用“順序掃描，不斷循環”的方式進行工作的。即 PLC 運行時， CPU 根據用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地 址號）作周期性循環掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐步順序執行用戶 程序，直到程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃 描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態的刷新等工作。 2.32.3 PLCPLC 的功能和優點的功能和優點 2.3.12.3.1 PLCPLC 的功能的功能 SIMATIC S7-200 系列 PLC 適用于各行各業，各種場合中的檢測、監測及控制 的自動化。S7-200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現 復雜控制功能。CPU224 集成 14 輸入/10 輸出共 24 個數字量 I/O 點?？蛇B接 7 個擴 展模塊，最大擴展至 168 路數字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。13K 字節程序和數 據存儲空間。6 個獨立的 30kHz 高速計數器，2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具 有 PID 控制器。1 個 RS485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊協議、MPI 通訊協議和自由 方式通訊能力。 S7-200 提供了多種功能，使得在編程與控制時更加靈活方便。 指令執行速度高。 S7-200 幾乎包括了一般計算機所具有的種種基本操作指令。 例如：變量賦值，數據存儲，計數，裝載，傳輸，比較，移位，循環，求補及子程 序的調用等。 （1）觸發中斷的信號，可以用軟件中斷輸入信號的上升沿或下降沿，以便對過 程事件做出快速的響應。 （2）可設定為由時間控制的自動中斷，所設定的時間范圍為 5MS255MS（步 長為 1MS） （3）可由計數器自動觸發中斷，且具有兩種不同的觸發方式：計數到達預定值 觸發和改變計數方向的瞬間觸發。 2.3.22.3.2 可編程控制器可編程控制器 PLCPLC 的優點：的優點： （1）可靠性高，抗干擾能力強 隔離-PLC 的輸入、輸出接口電路一般都采用光電耦合器來傳遞信號，這種 光電隔措施使外部電路與 PLC 內部之間完全避免了電的聯系，有效的抑制了外部的 干擾源對 PLC 的影響，還可防止外部強電竄入內部 CPU。 濾波-在 PLC 電路電源和輸入、輸出(I/O)電路中設置多種濾波電路，可有效 抑制高頻干擾信號。 在 PLC 內部對 CPU 供電電源采取屏蔽、穩壓、保護等措施，防止干擾信號通 過供電電源進入 PLC 內部，另外各個輸入、輸出（I/O）接口電路的電源彼此獨立， 以避免電源之間的互相干擾。 內部設置連鎖、環璄檢測與診斷等電路，一旦發生故障，立即報警。 在軟件方面采取的主要措施有： 設置故障檢測與診斷程序，每次掃描都對系統狀態、用戶程序、工作環璄和故 障進行檢測與診斷，發現出錯后，立即自動做出相應的處理，以適應惡劣的工作環 璄;對用戶程序及動態數據進行電池后備,以保障停電后有相關狀態及信息人不會因此 而丟失;采用以上抗干擾措施后，一般 PLC 的抗電平干擾強度可達峰值 1000V，脈寬 10US，其平均無故障時間可高達 30-50 萬小時以上。 （2）程序簡單易學 PLC 采用與繼電器控制線路圖接近的梯形圖作為編程語言，它既有繼電器電路 清淅直觀的特點，又充分考慮到電氣工人和技術人員的讀圖習慣，對于使用者來說， 幾乎不需要專門的計算機知識，因此，易學易懂，程序改變也容易修改。 （3）功能完善，適應性強 目前 PLC 產品已經標準化、系列化和模塊化，不僅具有邏輯運算、計時、計 數、順序控制等功能，還具有 A/D、D/A 轉換、算術運算及數據處理、通信聯網和 生產過程監控等功能。它能根椐實際需要，方便靈活地組裝成大小各異、功能不一 的控制系統：既可控制一臺單機、一條生產線、以可以控制一個機群、多條生產線； 既可以現場控制，以可以遠程控制。 （4）用簡單，調試維修方便 PLC 的接線極其方便，只需將產生輸入信號的設備（按鈕、開關等）與 PLC 的輸入端子連接，將接收輸出信號的被控設備（如接觸器、電磁閥等）與的輸出端 子連接，僅用螺絲刀即可完成全部接線工作。 PLC 的用戶程序可在實驗室摸擬調試，輸入信號用開關來摸擬，輸出信號可以 觀察 PLC 的發光二極管。調試后再將 PLC 在現場安裝通調。調試工作量要比繼電 器控制系統少得多。 （5）體積小、重量輕、功耗低 由于 PLC 的采用半導體大規模集成電路，因此整個產品結構緊湊，體積小、 重量輕、功耗低。 PLC 很容易裝入機械設備內部，是實現電一體化的理想的控制設 備。 2.42.4 PLCPLC 擴展模塊與系統擴展擴展模塊與系統擴展 2.4.12.4.1 本地本地 I/OI/O 與擴展與擴展 I/OI/O 及其尋址及其尋址 如果對于 CPU 自帶的 I/O 點數不能滿中需求的情況下可以擴展 I/O 口。同時為 了工業需求還可以擴展模擬量模塊。你可以將擴展模塊連接到 CPU 的右側來增加 I/O 點和模擬量，形成 I/O 鏈。對于同種類型的輸入輸出模塊而言，模塊的 I/O 地址 取決于 I/O 類型和模塊在 I/O 鏈中的位置。舉例來說，輸出模塊不會影響輸入模塊 上的點地址，反之亦然。 表 2-1 擴展模塊 4 入/4 出（模塊 0）4 模擬量入（模塊 1）4 出（模塊 2）4 模擬量入 1 模擬量 出 I2.0 Q2.0 I2.1 Q2.1 I2.2 Q2.2 I2.3 Q2.3 AIW0 AIW2 AIW4 AIW6 Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 AIW8 AQW0 AIW10 （模塊 3） AIW12 AIW14 2.4.22.4.2 模擬量擴展模塊模擬量擴展模塊 EM231EM231、EM235EM235 兩種模塊分辨率都是 12bit，但都沒有采用光電隔離技術，也不是帶嵌入式 CPU 的智能模塊。 采用光電隔離技術可以實現 PLC 端的數字電路和現場模擬電路如傳感變送電 路或電動執行器電路的隔離，提高系統的可靠性和 A/D、D/A 轉換數據的穩定。帶 嵌入式 CPU 的智能模塊可以在模塊內部直接實現信號的數字濾波、限幅、報警等功 能，甚至可以對各種溫度傳感器的溫度輸入信號直接進行變送和處理 235 模塊是 4 路模擬量輸入和 1 路模擬量輸出的混合型模塊。我們做如下配置： CPU224、EM235，則 4 路模入通道的地址是 AIW0、AIW2、AIW4、AIW6，1 路模 出通道的地址為 AQW0。 模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能，優點如下： （1）最佳適應性 可適用于復雜的控制場合 直接與傳感器和執行器相連，12 位的分辨率和多種 輸入/輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執行器直接相連，例如 EM235 模 塊可直接與 PT100 熱電阻相連 。 （2）靈活性 當實際應用變化時，PLC 可以相應地進行擴展，并可非常容易的調整用戶程序。 第三章第三章 設計內容設計內容 3.13.1 總體概要總體概要 本設計是模擬電梯的控制，用西門子主機來實現，所選主機為 SIMATIC S7- 200 系列 CPU224 PLC。 3.23.2 程序的設計程序的設計 電梯由安裝在各樓層廳門口的上升和下降呼叫按鈕進行呼叫操作，其操縱內容 為電梯運行方向，L1 為一層指示、L2 為二層指示、L3 為三層指示，SQ1SQ3 為 到位行程開關。電梯上升途中只響應上升呼叫，下降途中只響應下降呼叫，任何反 方向的呼叫都是無效的。例如，電梯停在一層，在三層轎廂外呼叫時，必須按三層 上升呼叫按鈕，電梯才響應呼叫（從一層運行到三層），按三層下降呼叫按鈕無效； 反之，若電梯停在三層，在一層轎廂外呼叫時必須按一層下降呼叫按鈕，電梯才響 應呼叫，按三層上升呼叫按鈕無效，依此類推。 表 3-1 關于 I/O 分配 I/O 分配點代碼名稱 輸入信號 I0.0SQ3原停樓層 3 I0.1SQ2原停樓層 2 I0.2SQ1原停樓層 1 I0.3SB3樓層呼叫 3 I0.4SB2樓層呼叫 2 I0.5SB1樓層呼叫 1 輸出信號 Q0.03 層指示燈 Q0.12 層指示燈 Q0.21 層指示燈 Q0.3下降指示燈 Q0.4上升指示燈 Q0.53 呼叫指示燈 Q0.62 呼叫指示燈 Q0.71 呼叫指示燈 3.33.3 電梯控制系統的模擬實驗控制面板電梯控制系統的模擬實驗控制面板 圖圖 3-13-1 模擬實驗控制面板模擬實驗控制面板 3.43.4 程序及過程分析程序及過程分析 3.4.13.4.1 過程分析過程分析 （1） 轎廂原停樓層 1，樓層 3 呼叫 接通 I0.2 即接通 SQ1，表示轎廂原停樓層 1,按 SB3，即 I0.3 接通一下，表示呼叫樓層 3， 則接通 Q0.5，三層呼叫指示燈亮，Q0.4 接通，表示電梯上升。過 1 秒后，Q0.2 接通，底層指示 燈亮，3 秒后，Q0.2 斷開則底層指示燈滅。I0.2 斷開即 SQ1 斷開，3 秒后 Q0.1 接通，二層指示 燈亮，過 2 秒后 Q0.1 斷開，二層指示燈滅。又過 3 秒，到達三層，Q0.0 接通，三層指示燈亮， 再過 2 秒，Q0.4 斷開，上升指示燈滅。 （2） 轎廂原停樓層為 1，樓層 2 呼叫 接通 I0.2 即接通 SQ1，表示轎廂原停樓層為 1，按 SB2，即 I0.4 接通一下，表 示呼叫樓層 2，則 Q0.6 接通，二層呼叫指示燈亮，Q0.4 接通，表示電梯上升。過 1 秒后，Q0.2 接通，底層指示燈亮，3 秒后，Q0.2 斷開，則底層指示燈滅。斷開 I0.2 即斷開 SQ1，3 秒后 Q0.1 接通，二層指示燈亮，再過 2 秒，Q0.4 斷開，上升指示燈 滅。 （3）轎廂原停樓層 1，樓層 2、3 同時呼叫 接通 I0.2 即接通 SQ1，表示轎廂原停樓層 1，同時按 SB2、SB3 即 I0.4、I0.3 同時接通一下， 表示 2、3 樓層同時呼叫，則 Q0.6、Q0.5 都接通，二、三層呼叫指示燈亮，Q0.4 接通，表示電 梯上升。過 1 秒后，Q0.2 接通，底層指示燈亮，3 秒后 Q0.2 斷開，則底層指示燈滅。斷開 I0.2 即斷開 SQ1，3 秒后接通 I0.1 即接通 SQ2，1 秒后，Q0.1 接通，二層指示燈亮，又過 2 秒后 Q0.1 斷開，二層指示燈滅。斷開 I0.1 即斷開 SQ2，3 秒后 Q0.0 接通三層指示燈亮，再過 2 秒后， Q0.4 斷開，上升指示燈滅。 （4）轎廂原停樓層 2，樓層 1 呼叫 接通 I0.1 即接通 SQ2，表示轎廂原停樓層為 2，按 SB1，即 I0.5 接通一下，表 示呼叫樓層 1，則 Q0.7 接通，一層呼叫指示燈亮，Q0.3 接通，表示電梯下降。過 1 秒后，Q0.1 接通，二層指示燈亮，3 秒后，Q0.1 斷開，則二層指示燈滅。斷開 I0.1 即斷開 SQ2，3 秒后 Q0.2 接通 底層指示燈亮，再過 2 秒后，Q0.3 斷開，下降指示 燈滅. （5）轎廂原停樓層 2，樓層 3 呼叫 接通 I0.1 即接通 SQ2，表示轎廂原停樓層為 2，按 SB3，即 I0.3 接通一下，表示呼叫樓層 3，則 Q0.5 接通，三層呼叫指示燈亮，Q0.4 接通，表示電梯上升。過 1 秒后，Q0.1 接通，二層 指示燈亮，3 秒后，Q0.1 斷開，則二層指示燈滅。斷開 I0.1 即斷開 SQ2，3 秒后 Q0.0 接通，三 層指示燈亮，再過 2 秒后，Q0.4 斷開，上升指示燈滅。 （6）轎廂原停樓層 3，樓層 1 呼叫 接通 I0.0 即接通 SQ3，表示轎廂原停樓層 3，按 SB1，即 I0.5 接通一下，表示呼叫樓層 1，則 Q0.7 接通，一層呼叫指示燈亮，Q0.3 接通，表示電梯下降。過 1 秒后，Q0.0 接通，三層 指示燈亮，3 秒后，Q0.0 斷開，則三層指示燈滅。斷開 I0.0 即斷開 SQ3，3 秒后 Q0.1 接通 ，二 層指示燈亮，過 2 秒后 Q0.1 斷開，二層指示燈滅。又過 3 秒，到達底層，Q0.2 接通，底層指示 燈亮，再過 2 秒，Q0.3 斷開，下降指示燈滅. （7）轎廂原停樓層 3，樓層 2 呼叫 接通 I0.0 即接通 SQ3，表示轎廂原停樓層為 3，按 SB2，即 I0.4 接通一下，表 示呼叫樓層 2，則 Q0.6 接通，二層呼叫指示燈亮，Q0.3 接通，表示電梯下降。過 1 秒后，Q0.0 接通，三層指示燈亮，3 秒后，Q0.0 斷開，則三層指示燈滅。斷開 I0.0 即斷開 SQ3，3 秒后 Q0.1 接通 ，二層指示燈亮，再過 2 秒后，Q0.3 斷開，下降指 示燈滅. （8）轎廂原停樓層 3，樓層 1、2 同時呼叫 接通 I0.0 即接通 SQ3，表示轎廂原停樓層 3，同時按 SB1、SB2 即 I0.5、I0.4 同時接通一下，表示 1、2 樓層同時呼叫，則 Q0.7、Q0.6 都接通，一、二層呼叫指 示燈亮，Q0.3 接通，表示電梯下降。過 1 秒后，Q0.0 接通，三層指示燈亮，3 秒后 Q0.0 斷開，則三層指示燈滅。斷開 I0.0 即斷開 SQ3，3 秒后接通 I0.1 即接通 SQ2，1 秒后，Q0.1 接通，二層指示燈亮，又過 2 秒后 Q0.1 斷開，二層指示燈滅。 斷開 I0.1 即斷開 SQ2，3 秒后 Q0.2 接通，底層指示燈亮，再過 2 秒后，Q0.3 斷開， 下降指示燈滅。 3.4.23.4.2 梯形圖梯形圖 程序如下： 結論結論 首先是對 SIMATIC S7-200 的認識。西門子公司生產的具有很高的性能價格比 的微型可編程序控制器（PLC）。由于它具有結構小巧，運行速度高，價格低廉及 多功能和多用途等特點，因此在很多行業中得到了廣泛的應用。它雖說只是我們專 業課之中的一個很小的一部分，但它去在生產和生活上起著具大的作用。 其次是對電梯控制方面的了解，電梯的軟件方面和硬件方面，尤其是程序方面 的設計，程序的運行過程，讓我理解了自動控制技術的先進化，柔性化，系統化。 本畢業論文研究了電梯 PLC 的控制，分析電梯的運行過程的基礎上，研究模擬 電梯的控制，設計了電梯控制系統的簡單模型，可以使學生們容易得掌握 PLC 的有 關知識和用法，培養學生電氣等理論知識，掌握 PLC 控制的基礎知識，掌握程序的 閱讀和編寫，掌握獨立分析的能力，解決生產實際問題的能力。 致謝致謝 感謝指導老師細心而又耐心的輔導，也感謝各位專業老師提供的意見和見解！ 在本次畢業設計中，指導老師邱老師對我悉心指導，在設計期間幫助我收集文獻資 料，理清設計思路，指導操作方法，并對我所做的課題提出有效的改進方案，這對 于我以后的工作和學習都有一種巨大的幫助，感謝您！另外，在這次設計過程中， 使學到了很多知識和做人的道理，還有一些課本和學校學不到的知識