1、安徽機電職業技術學院課題設計基于S7-200 PLC的電梯系統控制設計系 （部） 電氣工程系 專 業 機電一體化 班 級 機電3135班 姓 名 黃蒙蒙 學 號 1202133197 指導教師 曾勁松 2015 2016 學年第 1 學期0 / 14摘要我國的電梯行業已經進入高速發展階段，無論是產量還是銷量都已經界首位。電梯作為垂直運輸工具，已經成了人們生活中不可缺少的一部分。隨著計算機技術、電力電子技術與自動控制技術的迅速發展，電梯行業也進入了更高的高度，調頻調壓調速和由可編程控制器組成的邏輯控制器成為了現在電梯控制技術。現代電梯在追求速度、簡單和舒適的同時，也在提高安全性能和節能上面提出了

2、更高的要求。 通過對 I/O 點數的估算，選擇了西門子 S7-200 系列 CPU224 型可編程控制器作為電梯控制器。采用變頻調速技術提高電梯效率、節省能源，本課題選擇的是VS-61665 型變頻器。為了使電梯平穩調速，獲得良好地舒適感，設計了電梯的起制動速度曲線為兩段拋物線加一段直線，加速度斜率和拋物線變化率決定該曲線形狀的構成和改變；采用旋轉編碼器來發出脈沖信號構成位置反饋，達到電梯的精確位移控制。本文所設計的電梯與傳統的電梯相比，在運行上具有良好的舒適感，在生活中可以節約電能，取得了良好的經濟效益和社會效益，達到了理想的目的。本文針對國內電梯行業的現狀，設計出了基于可編程控制器的電梯控

3、制系統，實現了電梯的開關門控制、內外召喚指令的登記與消除、層樓顯示、呼梯鈴控制與故障報警、定向和反向截梯等功能。關鍵詞：電梯；控制系統；可編程控制器 目 錄第一章 概 述31.1 電梯的發展狀況與趨勢31.2 設計方案比較3第二章 可編程序控制器原理分析42.1 可編程控制器的基本結構42.2可編程控制器的工作原理52.3可編程控制器的特點52.4 電梯控制系統的設計要求6第三章 硬件系統的設計73.1電梯模型控制系統的總體設計73.2地址分配及I/O鏈接7第四章軟件系統的設計94.1程序設計梯形圖9參考文獻12第一章 概 述1.1 電梯的發展狀況與趨勢電梯的發展現狀和趨勢主要體現在以下幾個方

4、面：（1）電梯控制技術方面智能化、網絡化、人性化；采用高位數CPU，增強電梯信號的處理和速度；電梯群控系統中應用模糊邏輯和專家控制，以提高效率和精度；不斷增加和擴展電梯的各種選擇并與建筑物和諧的融為一體。（2）電梯拖動技術方面電梯的拖動技術有了較大的發展，直流電梯由于能耗大、維修量大等缺點，逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運行平穩，機房位置靈活等特點，使得在低樓層場合得到愈來愈廣泛的應用。（3）速度要求方面多用途、全功能的塔式建筑成為潮流，超高速電梯在2012年繼續成為研究方向。曳引式超高速電梯的研究正在向超大容量電動機、高性能的微處理器、減振技術、新式滾輪導靴、安全鉗、永磁同步電動機、轎廂

5、氣壓緩解和噪聲抑制系統等方面推進。同時，采用直線電機驅動的電梯也有較大研究空間，超高速電梯的舒適感也會明顯提高。（4）節能高效方面電梯作為高層建筑最大能耗設備之一，節能將成為行業發展方向。要求電梯功耗小、電磁兼容性強、噪聲低、壽命長、采用綠色裝潢材料、與建筑物協調等。1.2 設計方案比較電梯控制方式主要分為三種，分別是繼電器控制方式、微機控制方式和可編程控制器（PLC）控制方式，由于繼電器控制存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短的缺陷現在已逐漸被淘汰，微機控制可靠性差故也不多采用，而PLC控制采用一種巡回掃描的方式分時處理各項任務，而且依靠程序運行，這就保證只有正確的程序才能運行，否則電梯

6、不會工作。又由于PLC中的內部輔助繼電器及保持繼電器等是它本身系統內存工作單元，即無線圈又無觸點，使用次數不受限制，因此，它比繼電器控制有明顯的優越性，比微機控制有明顯的可靠性，自動化水平更高。綜上所述PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、優越性和實用性的控制方式，它更適合用在電梯的技術改造和控制系統的更新換代，是電梯控制系統中理想的控制新技術，所以本次畢業設計采用可編程控制器(PLC)作為控制方式。第二章 可編程序控制器原理分析2.1 可編程控制器的基本結構 可編程序控制器的英文全稱是 Programmable Logical Controller，簡稱 PLC。可編程控制器采用一類可編程

7、的存儲器。它用于其內部存儲程序；執行邏輯運算、順控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令；通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程；它是專為工業現場應用而設計的。PLC 可以代替繼電器來控制復雜的控制系統，最大的特點就是減少了絕大部分的機械觸點，從而提高了可靠性，降低了功耗；PLC 還具備微機技術，可以程序編制，大大提高了靈活性，而且 PLC 的編程和繼電器梯形圖基本一致，使用戶方便易學；PLC 還具備很強的抗干擾能力，使其迅速在工業領域普及。PLC 種類雖然很多，但基本思路是一樣的，用戶一般按照說明書就能學會編程和如何去接線，可以看出 PLC 的靈活方便?？删幊炭刂破髦饕删?/p>

8、程器、存儲器、輸入裝置、輸入電路、主機、電源、輸出裝置、輸出電路、外圍設備組成。圖2-1可編程控制器結構圖2.2可編程控制器的工作原理可編程控制器是通過執行程序來完成各項任務的，執行程序只能一步一步的進行，所以同一時間只能做一件事情，屬于串行工作方式?？删幊炭刂破鞯墓ぷ鳡顟B有兩種，一種是運行（RUN）狀態；一種是停止（STOP）狀態。運行狀態是執行應用程序的狀態，停止狀態一般用于程序的編寫和修改。可編程序控制器運行狀態是采用不斷順序掃描循環的工作方式，按順序逐條的執行用戶程序，直到用戶程序結束，然后又開始新一輪掃描。所以可編程控制器只能是停機或切換到停止狀態，才能停止運行?？删幊炭刂频难h過程

9、一般來說可分為5 個階段，內部處理、通信服 務、輸入處理、程序執行、輸出處理。 圖2-2 可編程控制器循環過程2.3可編程控制器的特點（1）高可靠性PLC內部電路與外部的工業現場電路均采用了光電隔離，使輸出信號對輸入端無影響，最大程度保護 PLC 的安全和抗干擾能力。各輸入端均采用 R-C 濾波器。各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。采用性能優良的開關電源。對采用的器件進行嚴格的篩選。良好的自診斷功能，以防止故障擴大。大型PLC 還可以采用由雙CPU 構成冗余系統；甚至可以采用三 CPU 構成表決系統,使可靠性更進一步提高。 (2) 編程簡單易學PLC 的編程和繼電器梯形圖基本一致，用戶只要

10、能看懂繼電器接線圖，就能夠按照繼電器的邏輯關系進行編程，就能夠很快地輕松學會并掌握PLC 的編程。 (3)采用模塊化結構模塊化結構是各個行業設備的發展趨勢，它最大的優勢就是可根據用戶需要自行組合。模塊化結構就是每個功能編程一個模塊，簡單的說就是一個子程序，只要表明入口出口就行了，方便自己的同時也方便了別人。 (4)安裝簡單，維修方便PLC抗干擾能力強，一般只要把 PLC 的 I/O 端與相應的設備相連，即可投入運行。由于 PLC由各個模塊組成，所以一旦出現問題，只要把問題模塊換掉，就可以輕松解決問題，即可迅速恢復正常工作。2.4 電梯控制系統的設計要求2.4.1電梯控制要求(1).開始時，電梯

11、處于任意一層。(2).當有外呼梯信號到來時，轎廂響應該呼梯信號，到達該樓層時，轎廂停止運行，停若干秒后，轎廂門打開，延時4S后自動關門。(3).當有內呼梯信號到來時，轎廂響應該呼梯隊信號，到達該樓層時，轎廂停止運行，停若干秒后，轎廂門打開，延時4S自動關門。(4).在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內、外呼梯信號時，則電梯響應該外呼梯信號。例如，電梯轎廂在一樓，將要運行到三樓，在此過程中可以響應二層向上外呼梯信號，但不響應二層向下外呼梯信號。同時，如果電梯到達三層，如果四層沒有任何呼梯信號，則電梯 可以響

12、應三層向下外呼梯信號。否則，電梯轎廂將繼續運行至四樓，然后向下運行響應三層向下外呼梯信號。(5).電梯應具有最遠反向外呼梯響應功能。例如，電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯轎廂先去四樓響應四層向下外呼梯信號。(6).電梯未平層或運行時，開門按鈕和關門按鈕均不起作用。平層且電梯轎廂停止運行后，按開門按鈕轎廂門打開，按關門鈕轎廂門關閉。根據上述分析,該系統共有19個輸入點,9個輸出點,選用SIMATlC S7- 200 CPU 226對其進行改進相當合適,而且S7- 200的擴展模塊還有利于今后系統的進一步擴展。第三章 硬件系統的設計3.1電梯模型控制系

13、統的總體設計本系統中的五層電梯模型采用的是曳引式電梯,這種類型的電梯是垂直交通工具中使用最普遍的一種。基本結構包括曳引系統、導向系統、門系統、轎廂、質量平衡系統等。本系統主要由五層電梯模型柜、電動機、松下變頻調速器、控制器、開關按鈕、開關燈和開門燈等構成。系統的總體框圖如圖3-1所示。3-1 電梯控制系統總體框圖3.2地址分配及I/O鏈接本次設計使用的梯形圖來編寫程序，梯形圖是PLC使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統的電路圖很相似，具有直觀易懂的優點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。下面

14、就程序的各個模塊單獨列出程序。SIMATIC S7- 200 CPU226輸入端口(I)和輸出端口(Q)的地址分配以及I/O連接如圖3-2所示。圖3-2 I/O地址分配及接線圖第四章軟件系統的設計PLC控制系統中的軟件設計主要包括梯形圖和指令,S7- 200系列無需使用手持編程器,它直接通過RS485通訊/編程口和計算機相連,在安裝有西門子S7- 200編程軟件STEP7- Micro/WIN32 V3.2+ SP4的計算機上設計出梯形圖,通過編程口將邏輯梯形圖傳輸到PLC內部存儲器,如果發現問題,直接在計算機上對梯形圖進行修改即可。4.1程序設計梯形圖以西門子S7- 200 CPU226 P

15、LC為核心的電梯模型控制系統的主要梯形圖及實現的具體功能如下。(1)電梯上升和下降電梯的運行方向取決于電動機的旋轉方向,本系統中電動機正轉對應于電梯上升(如圖4-3所示);電動機反轉對應于電梯下降(如圖4-4所示)。圖4-3電動機正傳電梯上升梯形圖圖4-4電動機反傳電梯下降梯形圖(2)二樓上升、下降梯形圖分析:若有人已經按下二樓向上按鈕,電梯?？慷?二樓向上指示燈Q0.1熄滅,并且二樓的霍爾感應器I1.1有感應,給電機一個脈沖,通過程序自鎖,電梯上升,如圖4-5(a)所示;若有人已經按下二樓向下按鈕,電梯?？慷?二樓向下指示燈Q0.2熄滅,并且二樓的霍爾感應器I1.1有感應給電機一個脈沖,

16、通過程序自鎖,電梯下降,如圖4-5(b)所示。三樓、四樓的上升、下降梯形圖和二樓類似,這里不再重復。圖4-5 二樓上升、下降梯形圖 圖4-6 電機正反轉延時梯形圖（3）樓層延時在電梯模型柜到達指定樓層時應該延時一段時間,以此來模擬乘客上下電梯,本系統中在每一樓停留時間暫設定為3s,相對應的延時梯形圖如圖4-6所示。（4）底層(一樓)和頂層(五樓)指示燈在整個模擬電梯系統控制過程中底層(一樓)和頂層(五樓)比較特殊,梯形圖如圖4-7所示。Q0.0一直亮著。當電梯?？恳粯菚r,霍爾感應器I1.0有感應,長閉觸點斷開,指示燈熄滅,如圖4-7(a)所示。當五樓按鈕I0.7按分析:當一樓按鈕I0.0按下,

17、并且此時一樓霍爾感應器I1.0沒有感應,通過程序自鎖,一樓指示燈下,并且此時五樓霍爾感應器I1.4 圖4-7一樓、五樓指示燈梯形圖 沒有感應,通過程序自鎖,五樓指示燈Q0.7一直亮著。當電梯停靠五樓時,霍爾感應器I1.4有感應,長閉觸點斷開,指示燈熄滅,如圖4-7(b)所示。（5）二樓向下指示燈二樓向下指示燈梯形圖見圖4-8所示。分析:當二樓向下按鈕I0.2按下,并且此時二樓霍爾感應器I1.1沒有感應,通過程序自鎖,二樓向下指示燈Q0.2一直亮著。此時需要判斷電梯是上升還是下降。當一樓指示燈Q0.0處于熄滅狀態時,說明電梯是上升?？慷?此時線路導通指示燈亮著。當三樓向下指示燈Q0.4處于熄滅狀態時,說明電梯是下降?？慷?霍爾感應器I1.1有感應,線路斷開,指示燈熄滅,如圖4-8所示。二樓向上指示燈以及三樓、四樓指示燈梯形圖和二樓類似,同樣需要判斷電梯是上升還是下降,這里不再重復。其余的一些小功能,如上下極限開關以及開門燈的梯形圖相對來說就比較容易了,這里就不一一列舉了。本系統的電梯模型在尺寸上遠遠小于現實生活中的電梯,暫時沒有設置轎廂內響應,若只有某一層的指示燈亮(廳外),則電梯?？吭搶?并且一直停止,直到有其他樓層呼叫。圖4-8二樓向下指示燈梯形圖參考文獻 1 李金良 基于可編程控制器的電梯