多电梯群控运行的PLC控制系统设计Word下载.docx
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1.2中国电梯市场前景
在经济大发展的前提下，高楼建筑如雨后春笋越来越多，楼层也不断增高，电梯作为高楼大厦必不可少的工具。
正改变着人们的生活水平，方便人们出行，电梯的应用逐年增高，市民们对电梯的舒适度，电梯安全和对电梯的速度的要求更加严苛。
通过对电梯控制系统的改造设计，以PLC控制的系统设计更能满足人们对物质生活的追求。
随着可编程逻辑控制技术的不断发展,PLC的体积在减小，功能越来越强大，对被控对象过程的控制更平稳。
因此，PLC已经成为电梯控制系统设计的核心技术之一。
因此应用PLC设计稳定、可靠的电梯系统具有较大意义。
1.3主要研究内容
本毕业设计主要研究多电梯群控运行的PLC控制系统设计，具体以实现三部六层电梯的集群控制控制为目的。
具体任务包括电梯初始化功能，开关门控制，轿厢的启停控制，错误指令消除，待载休眠功能。
以及对电梯整个运行系统进行上位监控并在异常状态做出相应报警。
在满足单部电梯的基础上将三部电梯组成一组进行集中控制，合理分配；
从而缩短乘客的平均候梯和乘梯时间；
减少系统整体能耗提高经济效益。
2总体方案设计
2.1电梯简介
本毕业设计的电梯采用常见的曳引式电梯结构。
一共有三部电梯，每部电梯均有六层，电梯主要由梯井，轿厢，曳引电机及各传感器组成。
考虑到安全因素，在梯井的上下端分别安装上下端限位开关。
轿厢主要由轿厢门及门电机，控制面板和部分相关传感器组成。
具体单部电梯结构示意图如图2-1所示。
图2-1电梯结构示意图
2.2控制工艺要求
要实现对三部六层电梯的集群控制，首先应实现单部电梯基本功能；
其中包括电梯初始化功能，开关门控制，轿厢的启停控制，轿厢选层信号的错误指令消除功能，电梯无任务时进入待载休眠状态。
其次要求能够实现对整个电梯系统当前的运行状态及运行状况进行实时监控并对单部电梯运行（异常）状态做出相应报警；
第三，满足前2步的基础上实现集群电梯的控制。
进入群控运行必须能够满足单部电梯的正常运行，即进入轿厢内可以根据乘客的呼梯需求，在此基础上必须能够发挥电梯集群控制的优点，实现电梯之间的协调运作的能力。
2.3实现方案
本毕设针对实现三部六层电梯的集群控制,包括硬件设计，软件设计和上位设计。
2.3.1控制器选择
当今的电梯普遍采用单片机和PLC方式控制，在功能上，PLC控制器优于单片机、PLC扩展性及可靠性好，功能更加强大，生产效率更高，程序的设计相对方便，看干扰能力比单片机强，能为企业创造的利润更高。
PLC的品牌众多，而相对于其他品牌的PLC，因西门子PLC控制器价位中等，联网能力强，而本设计属于小型控制任务，在满足控制任务的需求同时考虑到经济简便的因素。
故本设选用西门子小型PLC作为核心控制器。
2.3.2曳引电机的选型
电梯行业中，电梯的种类繁多，有以下几种：
交流双速电梯、变频调速电梯、调压调速电梯；
现今以交流双速电梯在社会生活中应用较多。
因其制作成本相对较低并可以适应频繁的起动和制动场景，并且交流双速电梯起动时电流小、力矩大，具有启动时机械特性硬、噪声较小等特点。
因此选用交流双速电动机作为本毕业设计的曳引电机。
2.3.3上位软件的选择
就目前而言上位监控软件有组态王、F-BOX、WinCC等等。
组态王的特点是上位简洁，应用性强；
F-BOX的设置简单，在获取数据上没什么限制，但在下载数据时会受一些厂商的限制，相较与其他品牌在大型应用上较弱；
因本项目中使用的TIA博图V13编程软件集成了SIMATICSTEP7ProfessionalV13软件及SIMATICWinCCProfessionalV13软件，因此可以通过SIMATICWinCCProfessionalV13在TIAPORTALV13编程软件中进行上位机组态，以实现对项目的监控。
2.3.4网络通信
由于西门子S7-1200有集成的以太网口，且工业以太网有较高的数据传输速率,其功能特别强大，使用非常方便等特性。
因此其操作站与S7-1200控制器之间采用以太网通讯方式。
结合本毕业设计本课题的系统结构绘制框图如图2-2所示。
图2-2系统结构框图
3.硬件设计
根据控制工艺要求，选择相应控制驱动设备以及所需其他设备，进行信号分析，硬件选型，硬件组态进而进行I/O分配及硬件的原理图和接线图的设计。
3.1信号分析
根据项目需求及本设计的控制工艺分析，并结合所需要控制的驱动设备。
在分析相应的控制任务和需实现对三部电梯的各个功能功能的情况下总结统计出，本设计共需要呼梯信号28个，内选和外呼信号28个，楼层显示信号27个，控制信号输入60个，控制信号输出39个，统计共需要数字量输入信号88个及输出信号94个。
具体的输入信号如下表3-1，输出信号如表3-2所示。
表3-1数字量输入信号点数
分类
变量说明
单部数量
三部数量
呼梯信号
1-6层站轿内指令登记按钮
6
18
1-5层站上行呼叫按钮
5
2-6层站下行呼叫按钮
控制信号
轿厢内开、关门按钮
2
开、关门到位传感器
红外光幕信号
1
3
超重感应器
轿门锁开关
1-6层站门锁开关
平层传感器（上，下）
端站强迫换速开关（上，下）
上端站越位控制开关（上，下）
检修开关
合计
-
36
88
表3-2数字量输出信号
内选、外呼唤指示信号
1-6层站轿内指令登记灯
1-5层站上行呼叫按钮登记灯
2-6层站上行呼叫按钮登记灯
层楼信号显示
七段数码管输出信号
7
21
上、下行指示信号
曳引电机启动信号
上、下行方向接触器
开、关门继电器
电梯高速运行
电梯低速运行
制动减速接触器
9
故障指示灯
轿内照明
风扇
38
94
3.2硬件选型
根据总体方案设计，本毕业设计选用S7-1200PLC作为控制器。
因本毕设未用到高速输出功能，因此西门子1200系列的PLC均可作为备选控制器。
本设计选用的CPU型号为6ES7214-1AG40-0XB0。
根据信号分析可知本设计共需数字量输入信号88个；
数字量输出信号94个；
因自带的I/O仅有14个输入10个输出点，所以还需要配备扩展模块，本毕设选用SM1223作为扩展模块。
所需要材料与元器件型号具体清单如下表3-3。
表3-3主要硬件清单表
序号
材料/器件
型号/规格/订货号
西门子机架
6ES7-390-1AE80-0AA0
西门子CPU
6ES7214-1AG40-0XB0
数字量输入输出模块（16位）
SM1223
4
西门子PROFIBUS-6XV1屏蔽线
830-0AH10
空气开关（低压断路器）
5SJ62MCB
按钮（不带自锁）（54个）
ABW111EG101ec
熔断器（2个）
RT18-32330V32AGB13539
8
保险丝（1匝）
2015Φ10*38500W3AGB13539
端子排（4盒）
SAK-25EN
10
自锁开关（6个）
ABW111EG
11
三相笼型异步电动机
YYTD系列4/16极
12
门电机
YVP90-6S4系列电机
3.3硬件组态
根据本设计的课题任务，本项目使用博途软件V13（TIAPortalV13）进行硬件组态和程序设计。
首先，打开博途软件，创建新项目，切换至项目视图，添加新设备，选择控制器的类型及对应的订货号，如图3-1所示。
图3-1添加硬件设备
然后在项目树中找到所添加的设备，默认名称为“PLC_1”。
双击项目树中该设备下的“设备组态”，进入设备视图，根据项目信号分析，I/O口数量较多，S7-1200原配的I/O点数不能够满足项目的I/O需求，经分析需要扩展6个16入16出的SM1223的I/O扩展模块才能满足项目需求。
现将扩展模块SM1223添加至该设备中，设置好网络端口，选择PC的PC/PG端口，设为一致如本机PC/PG接口如图3-2所示。
CPU的IP地址如图所示为192.168.0.1。
图3-2IP地址及扩展模块的组态设置
系统中如需用到系统存储器和时钟存储器时，可先将允许组态系统存储器字节和时钟存储器字节。
在分配系统存储器字节和时钟存储器字节地址前，先查看分配列表避免重赋值的情况发生。
在左侧项目树右键可查看分配列表。
3.4I/O分配
根据本设计的信号分析及对输入输出设备的分析，本项目为三部电梯，外呼信号共用以实现三部电梯的联系；
其中公共输入10个如表3-4所示，公共输出共10个如表3-5所示；
其中1部电梯需要36个输入，38个输出因而经分析三部电梯共需要89个输入端口，95个输出端口，所有I/O信号依次顺序排列；
具体I/O分配如下表3-6，表3-7所示。
表3-4公共外呼输入信号
变量名称
符号（1号梯/2号梯/3号梯）
地址（1号梯/2号梯/3号梯）
六层下行按钮
1SB1/2SB1/3SB1
I3.0
五层下行按钮
1SB2/2SB2/3SB2
I3.1
五层上行按钮
1SB3/2SB3/3SB3
I3.2
四层下行按钮
1SB4/2SB4/3SB4
I3.3
四层上行按钮
1SB5/2SB5/3SB5
I3.4
三层下行按钮
1SB6/2SB6/3SB6
I3.5
三层上行按钮
1SB7/2SB73SB7
I3.6
二层下行按钮
1SB8/2SB8/3SB8
I3.7
二层上行按钮
1SB9/2SB9/3SB9
I4.0
一层上行按钮
1SB10/2SB10/3SB10
I4.1
表3-5公共外呼输出信号
六层外呼指示灯（下）
1HL1/2HL1/3HL1
Q4.0
五层外呼指示灯（下）
1HL2/2HL2/3HL2
Q4.1
五层外呼指示灯（上）
1HL3/2HL3/3HL3
Q4.2
四层外呼指示灯（下）
1HL4/2HL4/3HL4
Q4.3
四层外呼指示灯（上）
1HL5/2HL5/3HL5
Q4.4
三层外呼指示灯（下）
1HL6/2HL6/3HL6
Q4.5
三层外呼指示灯（上）
1HL7/2HL7/3HL7
Q4.6
二层外呼指示灯（下）
1HL8/2HL8/3HL8
Q4.7
二层外呼指示灯（上）
1HL9/2HL9/3HL9
Q5.0
一层外呼指示灯（上）
1HL10/2HL10/3HL10
Q5.1
表3-6电梯输入信号
轿厢内按钮6
1SB11/2SB11/3SB11
I4.2/I7.4/I10.6
轿厢内按钮5
1SB12/2SB12/3SB12
I4.3/I7.5/I10.7
13
轿厢内按钮4
1SB13/2SB13/3SB13
I4.4/I7.6/I11.0
14
轿厢内按钮3
1SB14/2SB14/3SB14
I4.5/I7.7/I11.1
15
轿厢内按钮2
1SB15/2SB15/3SB15
I4.6/I8.0/I11.2
16
轿厢内按钮1
1SB16/2SB16/3SB16
I4.7/I8.1/I11.3
表3-6电梯输入信号（续）
17
轿厢门开按钮
1SB17/2SB17/3SB17
I5.0/I8.2/I11/4
轿厢门关按钮
1SB18/2SB18/3SB18
I5.1/I8.3/I11.5
19
1ST1/2ST1/3ST1
I5.2/I8.4/I11.6
20
超重信号
1ST2/2ST2/3ST2
I5.3/I8.5/I11.7
1SA1/2SA1/3SA1
I5.4/I8.6/I12.0
22
轿厢门锁信号
1ST3/2ST3/3ST3
I5.5/I8.7/I12.1
23
一层楼层门锁信号
1ST4/2ST4/3ST4
I5.6/I9.0/I12.2
24
二层楼层门锁信号
1ST5/2ST5/3ST5
I5.7/I9.1/I12.3
25
三层楼层门锁信号
1ST6/2ST6/3ST6
I6.0/I9.2/I12.4
26
四层楼层门锁信号
1ST7/2ST7/3ST7
I6.1/I9.3/I12.5
27
五层楼层门锁信号
1ST8/2ST8/3ST8
I6.2/I9.4/I12.6
28
六层楼层门锁信号
1ST9/2ST9/3ST9
I6.3/I9.5/I12.7
29
电梯门开到位信号
1ST10/2ST10/3ST10
I6.4/I9.6/I13.0
30
电梯门关到位信号
1ST11/2ST11/3ST11
I6.5/I9.7/I13.1
31
上平层信号
1ST12/2ST12/3ST12
I6.6/I10.0/I13.2
32
下平层信号
1ST13/2ST13/3ST13
I6.7/I10.1/I13.3
33
上端站第1限位
1SQ1/2SQ1/3SQ1
I7.0/I10.2/I13.4
34
上端站第2限位
1SQ2/2SQ2/3SQ2
I7.1/I10.3/I13.5
35
下端站第1限位
1SQ3/2SQ3/3SQ3
I7.2/I10.4/I13.6
下端站第2限位
1SQ4/2SQ4/3SQ4
I7.3/I10.5/I13.7
表3-7输出信号
六层内呼指示灯
1HL11/2HL11/3HL11
Q5.2/Q8.6/Q12.2
五层内呼指示灯
1HL12/2HL12/3HL12
Q5.3/Q8.7/Q12.3
四层内呼指示灯
1HL13/2HL13/3HL13
Q5.4/Q9.0/Q12.4
三层内呼指示灯
1HL14/2HL14/3HL14
Q5.5/Q9.1/Q12.5
二层内呼指示灯
1HL15/2HL15/3HL15
Q5.6/Q9.2/Q12.6
一层内呼指示灯
1HL16/2HL16/3HL16
Q5.7/Q9.3/Q12.7
七段数码显示a
1LED1/2LED1/3LED1
Q6.0/Q9.4/Q13.0
七段数码显示b
1LED2/2LED2/3LED2
Q6.1/Q9.5/Q13.1
表3-7输出信号（续）
七段数码显示c
1LED3/2LED3/3LED3
Q6.2/Q9.6/Q13.2
七段数码显示d
1LED4/2LED4/3LED4
Q6.3/Q9.7/Q13.3
七段数码显示e
1LED5/2LED5/3LED5
Q6.4/Q10.0/Q13.4
七段数码显示f
1LED6/2LED6/3LED6
Q6.5/Q10.1/Q13.5
七段数码显示g
1LED7/2LED7/3LED7
Q6.6/Q10.2/Q13.6
上行指示
1LED8/2LED8/3LED8
Q6.7/Q10.3/Q13.7
下行指示
1LED9/2LED9/3LED9
Q7.0/Q10.4/Q14.0
电机启动信号
1HL17/2HL17/3HL17
Q7.1/Q10.5/Q14.1
故障指示
1HL18/2HL18/3HL18
Q7.2/Q10.6/Q14.2
照明
1HL19/2HL19/3HL19
Q7.3/Q10.7/Q14.3
1KM10/2KM10/3KM10
Q7.4/Q11.0/Q14.4
上行
1KM1/2KM1/3KM1
Q7.5/Q11.1/Q14.5
下行
1KM2/2KM2/3KM2
Q7.6/Q11.2/Q14.6
开门
1KM3/2KM3/3KM3
Q7.7/Q11.3/Q14.7
关门
1KM4/2KM4/3KM4
Q8.0/Q11.4/Q15.0
高速运行
1KM5/2KM5/3KM5
Q8.1/Q11.5/Q15.1
低速运行
1KM6/2KM6/3KM6
Q8.2/Q11.6/Q15.2
一级制动
1KM7/2KM7/3KM7
Q8.3/Q11.7/Q15.3
37
二级制动
1KM8/2KM8/3KM8
Q8.4/Q12.0/Q15.4
三级制动
1KM9/2KM9/3KM9
Q8.5/Q12.1/Q15.5
3.5硬件原理图
3.5.1主电路
根据I/O分配及总体方案设计，绘制硬件接线原理图，如图3-4所示，图中，QF1连接为交流双速曳引电机主电路图。
图中三相异步电机M1为轿厢的曳引电机；
KMI、KM2对应三相异步电机M1的正/反转接触器，对电梯进行上升/下降控制；
KM5/KM6用于实现为电梯高低速运行；
KM11为电梯的启动加速接触器；
KM7、KM8、KM9对应电梯减速制动接触器；
分别对应I/O分配中的一级，二级，三级制动，L1、L2与R1、R2为电路中的电抗与电阻，与KM7，KM8，KM9配合实现对电机的加、减速控制。
当轿厢获取到平层指令后，KM5接触器断电释放，KM6接触器通电闭合，三相异步电机转为低速运行接法，串人阻抗实现制动功能，实现电
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