PLC控制电梯毕业设计.docx
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PLC控制电梯毕业设计
※※※※※※学院
毕业设计
题目
PLC电路控制五层电梯
系别
机电工程系
专业
机电一体化
班级
姓名
学号
指导教师
日期
2010.9.1——2010.10.20
设计任务书
设计题目
PLC电路控制五层电梯
技术要求
1每层电梯入口处设有上下请求开关各1个，电梯内设有乘客到达层次的数字开关。
2显示电梯当前所示的位置和电梯上下行及开门，关门状态。
3当没有信号时电梯停在一楼。
设计进度要求
第一周：
上图书楼搜集资料，确定所设计的项目，并对其进一步的了解。
第二周：
给老师上报题目，并根据题目进行进一步深入的了解并搜集一些必要的资料。
第三周：
对要设计的内容进行规划并着手设计。
第四周：
全面设计。
第五周：
全面设计。
第五周：
把设计好的内容输入电脑并打印整理。
指导教师（签名）：
摘要
电梯作为高层建筑不可缺少的运输工具，其使用越来越广泛。
电梯控制系统
主要用一下三种控制方式：
继电器控制系统、PLC控制系统和微机控制系统。
继电器控制系统犹豫故障率高，控制方式不灵活及功率消耗大等缺点，目前已经逐渐被淘汰。
微机控制系统虽然在只能控制方面有比较强大的功能，但也存在一定的不足之处，例如抗干扰性差，系统设计比较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术，这些都限制了微机控制系统应用的广泛性。
而PLC控制系统由于运行可靠、试用维修方面啊、抗干扰性能强等优越性，成为目前在电梯控制系统中试用最多的控制方式。
电梯需要运行平稳且舒适性好，使用变频器进行变频控制电机的速度能达到很好的控制目的，现在的电梯通常是PLC+变频器组成的控制系统。
关键词：
PLC；变频器；曳引机。
1电梯的发展﹑分类﹑规格参数………………………5
1.1绪言………………………………………………… 5
1.2电梯的分类………………………………………………7
1.3电梯的主要参数…………………………………………8
1.4电梯基本结构剖视图…………………………………10
2可编程控制器的概述…………………………………………11
2.1可编程控制器的产生………………………………………11
2.2PLC的分类及特点…………………………………12
2.3PLC的工作原理……………………………………………14
2.4PLC的编程语言……………………………………………15
3PLC在电梯中的应用……………………………………18
3.1电梯的启动所需条件…………………………………19
3.2电梯停车所需的条件……………………………………19
3.2电梯停车所需的条件……………………………………19
3.4输入输出分配表…………………………………………20
3.5程序的编写………………………………………………21
致谢……………………………………………………………27
参考文献………………………………………………………28
1电梯的发展﹑分类﹑规格参数
1.1绪言
1.1电梯在人类文化生活中的作用：
随着人口的增长，科学技术日新月异的发展，人们物质文化生活水平的逐步提高，使建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆﹑饭店﹑办公楼﹑居民楼鳞次栉比。
完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的运输设备之一。
1.2电梯的发展历程
虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：
1.早期的PLC（60年代末—70年代中期）
早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。
这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。
它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。
装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。
另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。
在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。
因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。
其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。
2．中期的PLC（70年代中期—80年代中后期）
在70年代微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。
美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。
这样，使PLC得功能大大增强。
在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。
在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。
并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。
3．近期的PLC（80年代中后期至今）
进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。
而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。
这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。
1.2电梯的分类
电梯的分类比较复杂，一般常从不同角度进行分类。
1.1按用途分：
1.乘客电梯为运送乘客而设计的电梯。
主要用于宾馆、饭店、办公楼、大型商店等客流量大的场合。
这类电梯为了提高运送效率，其运行速度比较快，自动化程度比较高，轿厢的尺寸和结构
形式多为宽度大于深度，使乘客可以畅通的进出。
而且安全设施齐全，装潢美观。
2.载货电梯：
为运送货物而设计的并通常有人伴随的电梯。
主要用于两层楼以上的车间和各类仓库等场合。
这类电梯的装潢不太讲究，自动化程度和运行速度一般比较低，而载重量和轿厢尺寸的变化范围则比较大。
3.病床电梯：
为运送病人而设立的电梯。
4.杂物电梯：
供图书楼、办公楼、饭店运送图书、文件、食物等，并不允许人员进入的电梯。
5.住宅电梯：
供住宅楼使用的电梯。
6.客货电梯：
主要运送乘客，但也可运送货物的电梯，他与乘客电梯的区别在于轿厢内部的装饰结构不同。
7.特种电梯：
除了上述几种电梯外，还有为特殊环境、特殊条件、特殊要求而设计的电梯。
如船舶电梯、观光电梯、防爆电梯、防腐电梯、车辆电梯等等。
1.2按速度分类：
1.低速梯：
速度V≤1.0m/s的电梯。
2.快速梯：
速度1.0m/s＜V＜2.0m/s的电梯。
3.高速梯：
速度V≥2.0m/s的电梯。
1.3按驱动方式分类：
1．钢丝绳式：
曳引电动机通过蜗杆、涡轮、曳引绳轮、驱动曳引钢丝绳两端的轿厢和对重装置作上下运动的电梯。
2.液压式：
电梯通过液压系统驱动轿厢上下运行的电梯。
1.4按控制方式分类：
1．手动开关、接触器等控制的电梯。
2．由PLC控制的电梯。
1.3电梯的主要参数
1.额定载重量（㎏﹚：
制造和设计规定的电梯载重量。
2.轿厢尺寸﹙㎜﹚：
宽×深×高。
3.轿门形式：
封闭式双折门。
4.额定速度（m/s）：
制造和设计所规定的电梯运行速度。
5.电气控制系统：
包括控制方式、拖动系统的形式等。
6.停层站数：
凡在建筑物层内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。
7.提升高度（㎜﹚：
由底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。
8.顶层高度（㎜﹚：
由顶层端站楼面至机房或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。
底坑深度（㎜﹚：
由底层端站楼面至井道底面之间的垂直距离。
电梯运行越快，井底一般越深。
井道尺寸（㎜﹚：
宽×深。
1-减速箱；2-曳引轮；
3-曳引机底座；4-导向轮；
5-限速器； 6-机座；
7-导轨支架； 8-曳引钢丝绳；
9-开关碰铁； 10-紧急终端开关；
11-导靴； 12-轿架；
13-轿门； 14-安全钳；
15-导轨； 16-绳头组合；
17-对重， 18-补偿链；
19-补偿链导轮； 20-张紧装置；
21-缓冲器； 22-底坑；
23-层门； 24-呼梯盒；
25-层楼指示灯； 26-随行电缆；
27-轿壁； 28-轿内操纵箱；
29-开门机； 30-井道传感器；
31-电源开关；32-控制柜；
33-曳引电机； 34-制动器
1.4电梯基本结构剖视图
2可编程控制器的概述
2.1可编程控制器的产生
20世纪是人类科学技术讯猛发展的一个世纪，电器控制技术也由继电器控制过渡到计算机控制系统。
各种工业用计算机控制产品的出现，对提高机械设备自动控制性能起到关键的作用。
进入21世纪，各种自动控制产品在向着控制可靠、操作简单、通用性强、价格低廉的方向发展，使自动控制的实现越来越容易。
自动控制装置的研究，是为了最大限度的满足人们及机械设备的要求。
曾一度在控制领域占主导地位的继电器控制系统，存在着控制能力弱，可靠性能低的缺点，并且设备的固定接线控制装置不利于产品的更新换代。
20世纪60年代末期，在技术浪潮的冲击下，为使汽车结构及外型不断改进，品种不断增加，需要经常变更生产工艺。
这就希望在控制成本的前提下，尽可能缩短产品的更新换代周期，以满足生产的需求，使企业在激烈的市场竞争中取胜。
美国通用汽车公司1986年提出了汽车装配生产线改造项目控制器的十项指标，即新一代控制器应具备的10项指标：
（1）编程简单，可在现场修改和调试程序;
（2）维护方便，采用插入式模块结构；
（3）可靠性高于继电器控制系统；
（4）体积小于继电器控制柜；
（5）能与管理中心计算机系统进行通信；
（6）成本可与继电器控制系统相竞争；
（7）输入量是115V交流电压；
（8）输出量是115V，输出电流时2A，能直接驱动电磁阀；
（9）系统扩展时，原系统只需作很小改动；
（10）用户程序存储器容量至少4KB。
1969年，美国数字设备公司（DEC）首先研制出第一台符合要求的控制器，及可编程逻辑控制器，并在美国GE公司的汽车自动装置上试用成功。
此后，这项技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。
我国从1976年开始研制，1977年应用于工业控制。
目前世界上已有数百家厂商生产可编程控制器，型号多达数百种。
2.2PLC的分类及特点
2.2.1PLC的分类
目前，可编程控制器（PLC）产品种类很多，型号和规格也不统一。
通常只能按照其用途、功能、结构、点数等进行大致分类。
（1）按点数和功能分类
可编程控制器用于对外部设备的控制，外部信号的输入PLC运算结果的输出都要通过PLC输入，输出端子来进行接线，输入输出端子的数目之和被称作PLC的输入、输出点数，简称I/O点数。
为满足不同控制系统处理信息量的要求，PLC具有不同的I/O点数、用户程序存储量和控制功能。
由I/O点数的多少可将PLC分成小型，中型和大型。
小型PLC的I/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小，价格低的优点。
适合小型设备的控制。
中型PLC的I/O点数在256—1024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂的逻辑控制和闭环过程控制。
大型PLC的I/O点数在1024点以上，用于大规模过程控制，集散式控制和工厂自动化网络。
各厂家可编程控制器产品的自我定义的大、中、小各有不同。
如有的厂家建议小型PLC为512点一下，中型PLC为512—2048点，大型PLC在2048点以上。
（2）按结构形式分类
根据结构形式不同，可编程逻辑控制器可分为整体式和模块式结构两大类。
小型PLC一般采用整体式结构，即将所有电路安装于1个箱内为基本单元，另外可以通过并行接口电路连接I/O扩展单元。
中型以上PLC多采用模块式，不同功能的模块，可以组成不同用途的PLC，适用于不同要求的控制系统。
（3）按用途分类
根据可编程控制器的用途，PLC可分为通用型和专用型两大类。
通用型PLC作为标准装置，可供各类工业控制系统选用。
专用型PLC是专门为某类控制系统设计的，由于其专用，结构设计更为合理，控制性能更完善。
随着可编程控制器应用的逐步普及，专为家庭自动化设计的超小型PLC也正在形成家用微型系列。
2.2.2PLC的特点
PLC能如此迅速发展，除了工业自动化的客观需求外，还因为他具有许多独特的优点。
他较好的解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。
以下是其主要特点：
（1）可靠性高、抗干扰能力强;
（2）编程简单试用方便；（3）接线简单通用性好；（4）可连接为控制网络系统；（5）维修工作量小，维修方便；（6）体积小、耗能低。
2.3PLC的工作原理
PLC具有微机的许多特点，但他的工作方式却与微机有很大不同。
微机一般采用等待命令的工作方式。
PLC则采用随坏扫描工作方式。
在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。
如此周而复始不断随环。
每一个随环称为一个扫描周期。
所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。
这实际是将输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O（输出）刷新”。
由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出输入产生了响应。
反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。
由于PLC采用随环扫描的工作方式，所以它的输出队输入的响应速度要受扫描周期的影响。
扫描周期的长短主要取决于这几个因素：
一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。
对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。
因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。
但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。
应对响应时做出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。
2.4PLC的编程语言
PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。
PLC提供的编程语言通常有以下几种：
梯形图、指令表、功能图和功能块图。
（1）梯形图（PAD）
梯形图编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。
PLC梯形图与继电器控制系统的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。
梯形图的一个关键概念是“能流”（PowerFlow）。
如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励。
如没有，则线圈未被激励。
“能流”以通过被激励（ON）的常开接点和未被激励（OFF）的常闭接点自左向右流。
“能流”在任何时候都不会通过接点自右向左流。
在梯形图中，触点代表逻辑“输入”条件，如开关、按钮、内部条件等；线圈通常代表逻辑“输出”结果，如灯、电机接触器、中间继电器等。
对S7—200的PLC来说，还有一种输出“盒”，它代表附加的指令，如定时器、计数器和功能指令等。
梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。
（2）指令表（STL）
指令表（STL）编程语言类似于计算机中的助记符语言，它是可编程控制器最基础的编程语言。
所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。
（3）顺序功能流程图（SFC）
顺序功能流程图（SFC）编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。
使用它可以对具有选择等复杂结构的系统进行编程，许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。
（4）功能块（FBD）
S7—200的PLC专门提供了FBD编程语言，利用FBD可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑盒指令。
它没有梯形图编程器中的触点和线圈，但有与之等价的指令，这些指令是作为盒指令出现的，程序逻辑由这些盒指令之间的连接决定。
也就是说，一个指令（例如AND盒）的输出可以允许另一条指令（例如定时器），这样可以建立所需要的控制逻辑。
这样的连接思想可以解决范围广泛的逻辑问题。
FBD编程语言有利于程序流的跟踪，但在目前使用较少。
在编程语言的选择上，具体是用梯形图编程还是语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：
（1）有些PLC使用梯形图编程图编程不是很方便，则可用语句表编程，但梯形图比语句表直观。
（2）经验丰富的人可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。
本设计中选用梯形图作为编程语言。
3PLC在电梯中的应用
随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以微处理器为核心组成的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。
很多工厂的生产流水线、加工设备、船舶上货物的装卸装置、电梯的运行等都由PLC控制，只要把预定的控制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据各种指令，经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。
目前，PLC在国内外以广泛应用于钢铁、石油、化工、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，在电梯行业中也迅速发展。
S7—200可编程控制器是德国西门子公司研制的一种新型可编程控制器。
它工作可靠，功能强，存储容量大，编程方便，输出端可直接驱动２Ａ的继电器或接触器的线圈，抗干扰能力强。
因此，能够满足电梯对电气控制系统的要求。
S7—200系列小型PLC（ＭicroPLC）可应用于各种自动化系统。
紧凑的结构，低廉的成本及功能强大的指令集使得S7—200PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案。
利用西门子S7—200可编程序控制器编写一个四层电梯的控制系统。
分别完成轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。
PLC在电梯中的应用也已很成熟。
PLC作为主控制器，一方面要采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。
另一方面要把采集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯的运行。
我们利用PLC内的条件跳转和主控指令，把对电梯的控制程序划分为几个程序段：
检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段。
当给电梯送电时，PLC就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是否接通、厅门轿门是否关闭、电梯处在何种状态。
正常自动状态时，PLC检测门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时，进入待机状态，此时收到指令信号电梯即启动。
3.1电梯的启动所需条件
（1）安全保护系统正常
（2）门锁锁闭
（3）定向部分选择好电梯的运行方向
3.2电梯停车所需的条件
（1）选层部分选择好停车楼层
（2）电梯必须到达要停车楼层的减速点
（3）电梯到达目标楼层的平层位置
3.3电梯控制系统原理框图
（见图4-1）
3.4输入输出分配表
输入输出点
名称及作用
输入输出点
名称及作用
X400-X404
上行楼层感应干簧管触点
M123-M126
1-4层向上召唤中间继电器
X405-X411
下行楼层感应干簧管触点
M130
上行中间继电器
X500-X504
轿内指令按钮
M131
下行中间继电器
X505-X510
1-4层上召唤按钮
M132
司机上行中间继电器
X000-X003
2-5层下召唤按钮
M133
司机下行中间继电器
X004
有/无司机操作方式转换开关
M134
换速中间继电器
X005
下平层感应器触点
M135
门锁中间继电器
X412
上平层感应器触点
M140
下平层感应中间继电器
X413
门区感应器触点
M141
门区感应中间继电器
X511
司机上行选择按钮
M142
下平层感应中间继电器
X512
司机下行选择按钮
M143
运行中间继电器
X513
上强迫换速开关
M144
换速消除中间继电器
X411
下强迫换速开关
Y430
KM1上行接触器
M100-M104
楼层感应中间继电器
Y431
KM2下行接触器
M105-M111
指层中间继电器
Y432
KF快速接触器
M112-M116
轿内指令中间继电器
Y433
KS慢速接触器
M119-M122
2-5层向下召唤中间继电器
3.5程序的编写
1．楼层感应控制梯形图
M130X400
M100
M131X405
M130X401
M101
M131X406
M130X402
M102
M131X407
M130X403
M103
M131X410
M130X404
M104
M131X411
M100
M105
M101M105
M101
M106
M100M101M102
M102
M107
M101M107M103
M103
M110
M102M110M104
M104
M111
M103M111
2.轿内指令控制梯形图
X500M100
M112
M130M112
M131
X501M101
M113
M130M113
M131
X502M102
M114
M130M114
M131
X503M103
M115
M130M115
M131
X504M104
M116
M130M116
M131
3.门厅召唤控制梯形图
X000
M119
M105M119M130
X505
M123
M106M123M131
X001
M120
M106M120M130
X506
M124
M170M124M131
X002
M121
M107M121M130
X507
M125
M110M125M131
X003
M122
M110M122M130
X510
M126
M111M126M131
4.选向控制梯形图
M112M105M133Y430M131
M130
M113M106M105
M114M107M106M105M130
M115M110M107M106M105
M116M111M110M107M106M105
M116M111M132Y431M130
M131
M115M110M111
M114M107M110M111M
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