基于plc的三层电梯控制系统设计毕业论文.docx

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基于plc的三层电梯控制系统设计毕业论文

华宇职业技术学院

高职毕业生毕业设计（论文）

课题名称基于plc的三层电梯控制系统设计

专业09机电一体化

班级一班

学号

解凤林

指导教师马叶革

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：

基于plc的三层电梯控制系统设计

专业：

机电一体化：

解凤林

毕业设计（论文）工作起止时间：

毕业设计（论文）的容要求：

电梯由“四层四站电梯对象、包括电机、正反向继电器、轿厢、选召唤按钮、外选召唤按钮、外呼指示灯、选指示灯、楼层显示、上下行显示、平层电磁传感器检测、接线盒”等组成，采用S7-200PLC进行控制，实现对电机驱动，上、下行的顺序控制，随机呼叫的优化控制，自动准确定位，上、下行及平层指示灯显示，上位监控系统等功能。

其具体设计要求如下：

（1）要求所使用的传感器灵敏度高，可靠性好，能时刻准确监测电梯的运动。

（2）要求选用的plc能对信号做出准确的分析处理，并传到监控装置。

当电梯发生故障时，首先plc会发出声音报警；同时，起火总服务台处也会发生声音报警并会在LED显示屏上显示相应的着火故障地点。

（3）设计备用电源，当电梯停电时，会，转换为备用电源供电。

（4）要求传感器监测到电梯人数后，能自动根据人数多少来变换速度。

指导教师（签名）：

年月日

毕业设计开题报告

一、课题设计（论文）目的及意义

随着城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。

它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。

所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。

但传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适

二、课题设计（论文）提纲

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。

从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。

PLC可靠性高，程序设计方便灵活。

三、课题设计（论文）思路、方法及进度安排

思路：

本文在该系统的研究和设计中主要作了系统硬件设计和系统软件设计两项主要工作，一二章主要对plc控制系统的基本状况作了简要分析。

方法及进度安排：

通过搜集资料，参考文献，反复的硬件调试，基本完成各模块的性能要求。

在研究过程中系统的部分模块属电子系统中常用模块的可以直接采用，但需要结合连接电路进行适当调试，以达到最佳效果。

四、课题设计（论文）参考文献；

[1]王俭龙莉莉，建筑电气控制技术，中国建筑工业，1998

[2]家盛，电梯结构原理及安装维修，机械工业，2000

[3]广弟朱月秀王秀山，单片机基础，航空航天大学，2001

[4]可编程序控制器操作手册，华光电子工业

[5]可编程序控制器编程手册，华光电子工业

[6]集成一体化电源，市电气

[7]产品样本1990—1991，二一三机床电器厂

[8]产品样本，二一三机床电器厂

[9]朱昌明洪致育等，电梯与自动扶梯，1995

[10]吴国政，电梯原理、使用、维修，1999

[11]史信芳影毛宗源，电梯原理与维修管理技术，1999

基于plc的三层电梯控制系统设计

：

解凤林学号：

班级：

一班

指导教师：

马叶革

摘要

电梯是高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题。

本论文通过讨论电梯控制系统的组成，阐述可编程控制器（PLC）在电梯控制中的应用，采用三菱PLC编程的程序控制方式，提出了三层电梯的PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图及指令表。

并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案。

采用本方案实现电梯控制，能够解决继电器——接触器触点多，故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。

使电梯运行更加安全、方便、舒适。

关键词：

安全、电梯、PLC、梯形图、系统组成框图

第1章电梯概述

1.1引言

随着城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。

它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。

所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。

但传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。

从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。

PLC可靠性高，程序设计方便灵活。

1.2电梯的发展简史据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。

公元1765年瓦特发明了蒸气机之后，1858年美国研制以蒸汽气为动力，并通过皮带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯，1878年英国的阿姆斯特发明了水压梯，并随着水压梯的发展淘汰了蒸汽梯，后来又出现了采用液压泵的控制阀以及直接柱塞式式结构的液压梯，这种液压电梯至今仍为人们所采用。

18世纪末发明了电机，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。

在20世纪初，美国OTIS电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯。

从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。

目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。

电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综合产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它.

1.3.1.曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行.

曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮.

1.3.2.导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动.

导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成.

1.3.3轿厢

轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分.

轿厢由轿厢架和轿厢体组成.

1.3.4门系统系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口.

电梯系统由轿厢门,开门机,门锁装置组成.

1.3.5重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之,保证电梯的曳引传动正常.

系统主要由对重和重量补偿装置组成.

1.3.6电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制.

电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成.

1.3.7电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制.

电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏（柜）,平层装置,选层器等组成.

1.3.8安全保护系统保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生.

由限速器,安全钳,缓冲器,端保护装置组成.

1.4电梯的分类:

1.4.1按用途分:

（1）客梯代号K为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置.

（2）货梯代号H为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装置.

（3）客货梯代号L主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢部装饰结构不同.

（4）病床电梯代号B为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点.

（5）住宅电梯代号Z住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢部装饰较简单.

（6）杂物电梯代号W供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置.

（7）船舶电梯代号C用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作.

（8）观光电梯代号G轿厢壁透明供乘客观光之用.

（9）还有一些专用电梯.（略）

1.4.2安速度分:

（1）低速电梯速度不大于1米/秒的电梯.

（2）快速电梯速度大于1米/秒,低于2米/秒的电梯.

（3）高速电梯速度在2米/秒以上的电梯.

1.4.3按拖动方式分:

（1）交流电梯曳引电动机是交流电机.

当电机是单速时,称为交流单速电梯

当电机是双速时,称为交流双速电梯

1.4.4按控制方式分:

（1）手柄操纵控制电梯由司机操纵轿厢的手柄开关,实行轿厢运行控制的电梯.

（2）按钮控制电梯具有简单的自动控制方式的电梯,具有自动平层功能.

（3）信号控制电梯自动控制程度较高的有司机电梯.具有自动平层,自动开门,轿厢命令登记,厅外召唤登记,自动停层,顺向截停和自动换向等功能.

（4）集选控制电梯高度自动控制的电梯,可无司机驾驶,除信号控制电梯的功能外,还具有自动掌握停站时间,自动应召服务,自动换向应答反向厅外召唤等功能.

（5）下集选控制电梯只有在电梯下行时才能被截停的集选控制电梯.

（6）并联控制电梯几台电梯被联在一起控制.共用厅门外召唤信号的电梯.具有集选功能.

（7）梯群程序控制电梯多台集中排列,共用厅外召唤按钮,按规定程序集中调度和控制的电梯.

（8）梯群智能控制电梯由电脑根据客流情况,自动选择最佳运行方式的集群控制电梯.

第2章可编程控制器简介

2.1电梯PLC控制系统

2.1.1可编程控制器的结构及各部分的作用

PLC部主要由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几部分组成。

2.1.2主机

主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器

CPU是PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。

它就是我们常说的电脑芯片。

（1）运行用户程序。

（2）监控输入/输出接口状态。

（3）作出逻辑判断和进行数据处理

部存储器有两类：

一类是系统程序存储器，另一类是用户程序及数据存储器

系统程序存储器：

主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。

系统程序已由厂家固定，用户不能更改。

用户程序及数据存储器：

主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。

2.1.3输入/输出（I/O）接口

输入接口用于接收输入设备（如：

按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。

输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如:

接触器、电磁阀、指示灯等）。

2.1.4电源

电源指为CPU、存储器、I/O接口等部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源

2.1.5编程器

编程器是PLC很重要的外部设备，它主要由键盘、显示器组成。

编程器分简易型和智能型两类。

小型PLC常用简易编程器，大、中型PLC多用智能编程器。

编程器的作用是编制用户程序并送入PLC程序存储器。

利用编程器可检查、修改、调试用户程序和在线监视PLC工作状况。

现在许多PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。

2.1.5输入输出扩展接口

I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。

2.1.6外部设备接口

此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。

2.2可编程控制器的工作原理

PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。

2.2.1输入采样阶段

PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。

接着转入程序执行阶段。

在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。

2.2.2程序执行阶段

PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。

其过程如下：

从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。

2.2.3输出刷新阶段

在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。

由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。

暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。

因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。

2.2.4可编程控制器的主要技术性能

1.I/O点数指PLC外部输入和输出端子数。

2.用户程序存储容量用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。

3.扫描速度指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。

4.指令系统条数指PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。

种类数量越多，软件功能越强。

5.编程元件的种类和数量编程元件指：

输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等。

其种类和数量是衡量PLC的一个指标。

2.3编程语言的形式

本教材采用最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。

采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。

虽然一些高档的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、专用的高级语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。

不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。

编程指令：

指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。

从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是完全相同的。

同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。

常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。

常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。

指令系统：

一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。

它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。

一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。

我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统

程序：

PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。

用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。

用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。

2.4PLC基本指令：

（1）LD（取）、LDI取反）、OUT（输出）指令；LD（取）、LDI（取反）以电工的说法前者是常开、后者为常闭。

这二条指令最常用于每条电路的第一个触点（即左母线第一个触点），当然它也可能在电路块与其它并联中的第一个触点中出现。

图2.4.1PLC基本指令

这是一梯形图（不会运行）。

左边的纵线称为左母线，右母线可以不表示。

该图有三个梯级；第1梯级；左边第一个触点为常开，上标为X000，X表示为输入继电器，其后的000数据，可以这样认为它使用的是输入继电器中的编号为第000的触点（下同）。

其指令的正确表示应为（如右图程序所示）：

0、LDX000（前头的0即为从第0步开始，指令输入时无须理会，它会自动按顺序显示出）。

第2梯级；左边的第一个触点为常闭触点，上标为T0，T表示定时器（有时间长短不同，应注意），0则表示定时器中的编号为0的触点。

其指令的正确表示应为：

2、LDIT0（如程序所示）。

第3梯级；左边第一个触点为常闭，上标为M0,M为辅助继电器（该继电器有多种，注意类别），其指令的正确表示应为：

4、LDIM0（如程序所示）。

本梯级的第2行第一个触点为常开，上标为Y000，Y表示输出继电器，由于该触点与后面Y001触点呈串联关系，形成了所谓的电路"块"，故而其触点的指令应为5、LDY000。

总之LD与LDI指令从上面可以看出，它们均是左母线每一梯级第一触点所使用的指令。

而梯级中的支路（即第3梯级的第2行）有二个或二个以上触点呈串联关系，其第一触点同样按LD或LDI指令。

可使用LD、LDI指令的元件有：

输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。

OUT为线圈驱动指令，该指令不能出现在左母线第一位。

驱动线圈与驱动线圈不能串联，但可并联。

同一驱动线圈只能出现一次，并安排在每一梯级的最后一位。

如上图中的1、OUTY000，3、OUTY001，Y为输出继电器，其线圈一旦接获输出信号，可以这样认为，线圈将驱动其相应的触点而接通外部负载（外部负载多为接触器、中间继电器等）。

而上图8、OUTT0K40为定时器驱动线圈指令，其中的K为常数40为设定值（类似电工对时间继电器的整定）。

可使用OUT指令元件有：

输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。

（2）触点的串联指令AND（与）ANI（与非）；前者为常开，后者为常闭。

二者均用于单个触点的串联。

二指令可重复出现，不受限制，。

如下图所示。

图2.4.2触点的串联指令AND（与）ANI（与非）

800）this.width=800"border=0>由第1梯级来看；X000、T0、Y001三触点成串联关系，即T0的常闭串接于X000的后端，而Y001的常闭则串接于T0常闭的后端。

由于都是常闭故用ANI指令。

现来看第2梯级；X000、M0、Y001，同样三触点也是串联关系，M0的常闭接点串接于X001的后端，而Y000的常开接点则串接于M0的后端。

故M0的指令用ANI，而Y000的指令则用AND（具体编程详上图），一句话只要是串联后面是常开的用AND，是常闭的则用ANI。

可使用AND、ANI指令元件有：

输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。

（3）触点并联指令OR（或）、ORI（或反）；触点并联时，不管梯级中有几条支路，只要是单个触点与上一支路并联，是常开的用OR，是常闭的则用ORI。

如下图所示。

图2.4.3触点并联指令OR

可以看出上图的X000、X001、M0三者处于并联关系。

由于X000下面二条支路均为单个触点，因X001是常开触点，故用OR指令。

而M0是常闭触点，则用ORI指令。

三接点并联后又与M1串联，串联后又与Y000并联，而Y000也是单个触点，所以仍采用OR指令。

可使用OR、ORI指令元件有：

输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。

（4）串联电路块的并联指令ORB（或）；任一梯级中有多（或单支路）支路与上一级并联，只要是本支路中是二个以上的触点成串联关系（即所谓的：

串联电路块），则应使用ORB指令。

如下图所示。

图2.4.4串联电路块的并联指令

由上图可以看出，第一支路X003的常开触点与M1的常开触点成串联关系（在这样的情况下，形成了块的关系），它是与上一行的X000与M0串联后相并联，此时程序的编写，如步序号0、1、2、3、4所示。

4所出现的第一个ORB指的是与上一行并。

而第二支路，常闭Y001与M2同样是串联关系。

也是一个块结构，其串联后再与第一支路并。

故步序7再次出现ORB。

ORB指令并无梯形图与数据的显示。

可以这样认为；它是下一行形成电路块的情况下与上一行并联的一条垂直直线（如图中所示的二条粗线）。

（5）并联电路块与块之间的串联指令ANB；如左下图虚线框所示的二电路块相串，各电路块先并好后再用ANB指令进行相串。

左图的梯形图可以用右图进行简化。

程序的编写如下图所示。

ANB指令并无梯形图与数据的显示。

可以这样认为；它是形成电路块与电路块之间的串联联接关系，是一条横直线。

图2.25并联电路块与块之间的串联指令ANB

（6）进栈指令MPS、读栈指令MRD、出栈指令MPP和程序结束指令END；MPS、MRD、MPP这是一组堆栈指令。

如下图使用的二种堆栈形式；在堆栈形式下MPS应与MPP成对出现使用。

如在第一堆栈形式下，则采用MPS、MPP指令。

若在MPS、MPP指令中间还有支路出现，则增加MRD指令，如下图的第二堆栈所示。

应知道MPS、MPP成对出现的次数应少于11次，而MRD的指令则可重复使用，但不得超过24次。

要知道这一组指令，同样并无梯形图与数据的显示。

可以这样认为；MPS是堆栈的起始点，它起到承上启下的联接点作用，而支路的MRD、MPP则与之依次联接而已。

而END指令则是结束指令，它在每一程序的结束的末端出现。

2.5梯形图设计规则

1．触点的安排

梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。

2．串、并联的处理

在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。

在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。

3．线圈的安排

不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。

4．不准双线圈输出

如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。

这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。

5．重新编排电路

如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。

6．编程顺序

对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始

第3章三层电梯PLC控制系统设计

3.1控制要求：

（1）开始时，电梯处于任意一层。

（2）当有外呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门）

（3）当有呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门）

（4）在电梯轿