基于PLC的电梯控制系统本科毕业设计.docx

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基于PLC的电梯控制系统本科毕业设计

本科毕业设计（论文）说明书

基于PLC的电梯控制系统

华南理工大学

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权华南理工大学广州学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

保密□，在年解密后适用本授权书。

本学位论文属于

不保密□。

（请在以上方框内打“√”）

学位论文作者签名：

日期：

年月日

指导教师签名：

日期：

年月日

华南理工大学广州学院

毕业设计（论文）任务书

兹发给自动化专业09（3）班学生XXX毕业设计（论文）任务书，内容如下：

1.毕业设计（论文）题目：

基于PLC的电梯控制系统设计

2.应完成的项目：

（1）电梯是城市高层建筑不可缺少的设备，电梯控制逻辑以及PLC控制器学习是非常重要的。

（2）通过对最常用的低楼层电梯（6－9层）对象的分析，基于采用PLC作为控制器进行电梯控制逻辑的设计，设计出简单实用的并包含有电机控制（变频器控制）的整个的电梯控制系统，主要分析和写出PLC的控制逻辑框图和具体的梯形图程序，并撰写出论文。

（3）

3.参考资料以及说明：

（1）深入浅出西门子S7-200PLC著者蔡行健,黄文钰北京航空航天大学出版社

（2）西门子PLC编程技术及工程应用著者柴瑞娟,陈海霞机械工业出版社

（3）西门子S7-200系列PLC应用与开发 著者戴仙金中国水利水电出版社

（4）微机控制电梯 国防工业出版社1996

（5）工业变频器原理及应用（第2版）李文森（合著者）,魏召刚（编者）

（6）视频学习：

，等相关书籍

4.本毕业设计（论文）任务书于2013年1月20日发出，应于2013年6月6日前完成，然后提交毕业设计（论文）答辩委员会进行答辩。

专业教研组（系）负责人审核年月日

指导教师（导师组负责人）签发年月日

毕业设计（论文）评语：

毕业设计（论文）总评成绩：

毕业设计（论文）答辩小组负责人签字：

年月日

摘要

电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具，是机电一体化的复杂运输设备。

它涉及电子技术、机械工程、电力电子技术、微机技术、电力拖动系统和土建工程等多个科学领域。

目前我国国产电梯大部分分为继电器及PLC（可编程控制器）控制方式两种，继电器控制系统性能不稳定，故障率高，大大降低了电梯的舒适性、可靠性和安全性，给乘用人员的工作和生活带来了诸多不便，因而PLC在电梯控制中得到了广泛应用。

随着经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广，以电梯为主要标志的现在高层建筑的垂直交通工具，其设计要求稳定性高、安全性高。

随着高层建筑的飞速发展，电梯控制技术也已发展到了调频调压调速，其逻辑控制由PLC代替继电器控制。

本文在针对我国电梯现状的基础上，将PLC、变频器实现五层电梯常规控制，通过合理的选择和设计，大大提高电梯的控制水平，改善电梯运行的舒适感，使电梯达到较为理想的运行效果，并实现电梯的精确位移控制。

关键词：

电梯、PLC、梯形图

Abstract

Theelevatoristhesymbolofmodernverticaltransportofmaterialcivilization,isamechanicalandelectricalintegrationofcomplextransportationequipment.Itinvolvestheelectronictechnology,mechanicalengineering,powerelectronicstechnology,computertechnologyandcivilengineering,electricpowerdragsystem,andmanyotherfieldsofscience.AtpresentourcountrymosthomebredelevatorwasdividedintorelayandPLC（programmablecontroller）twokindsofcontrolways,relaycontrolsystemperformanceisnotstable,highfailurerate,greatlyreducestheelevatorcomfort,reliability,andsecurity,totakewithpeople'sworkandlifebringinconvenience,soPLCintheelevatorcontrolawiderangeofapplications.Withtherapiddevelopmentofeconomy,microelectronicstechnology,computertechnologyandautomaticcontroltechnologyhasbeenrapiddevelopmentofacvariablefrequencyspeedregulationtechnologyhasenteredanewera,anditsapplicationismoreandmorewidely,theelevatorasthemainlogonowhigh-risebuildingofverticaltransport,itshighstability,highsafetydesignrequirements.Withtherapiddevelopmentofhigh-risebuildings,theelevatorcontroltechnologyhasdevelopedatFMregulatingspeed,thelogiccontrolbyPLCinsteadofrelaycontrol.

ElevatorstatusquoinChinaispresentedinthispaper,onthebasisofthePLC,frequencyconvertertorealizefivelayersofelevatorcontrol,throughthereasonableselectionanddesign,greatlyimprovethecontrollevel,improvetheintimacyofelevatorrunning,maketheelevatortoachievemoreidealeffect,andachieveprecisedisplacementcontrolofthelift.

Keywords:

Elevator,PLC,ladderdiagram

电梯进入人们的生活已经158年了。

1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明。

他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。

令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中——奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。

“一切安全，先生们。

”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。

谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。

人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。

早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：

即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。

早期的升降工具基本以人力为动力。

1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。

英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。

紧随其后，威廉·汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。

在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。

然而，一个关键的安全问题始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故。

奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。

从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。

1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。

1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。

生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。

150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。

如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。

调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好[1]。

电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具，是机电一体化的复杂运输设备。

它涉及电子技术、机械工程、电力电子技术、微机技术、电力拖动系统和土建工程等多个科学领域。

目前我国国产电梯大部分分为继电器及PLC（可编程控制器）控制方式两种，继电器控制系统性能不稳定，故障率高，大大降低了电梯的舒适性、可靠性和安全性，给乘用人员的工作和生活带来了诸多不便，因而PLC在电梯控制中得到了广泛应用。

随着经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其

应用越来越广，以电梯为主要标志的现在高层建筑的垂直交通工具，其设计要求稳定性高、安全性高。

随着高层建筑的飞速发展，电梯控制技术也已发展到了调频调压调速，其逻辑控制由PLC代替继电器控制。

在针对我国电梯现状的基础上，将PLC、变频器实现六层电梯常规控制，通过合理的选择和设计，大大提高电梯的控制水平，改善电梯运行的舒适感，使电梯达到较为理想的运行效果，并实现电梯的精确位移控制。

所以这次的电梯控制采用PLC进行[2]。

1.2国内外发展状况

电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。

随着经济和技术的发展，电梯的使用领域越来越广，电梯已成为现代物质文明的一个标志。

由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。

采用这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。

从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。

PLC是一种专门为工业环境设计的通用控制装置，可以完成大型而复杂的控制任务，以可靠性高、通用性强、体积小、成本低着称，成为工业自动化的技术支柱之一，在工业自动控制领域占有十分重要的地位。

将可编程序控制器（PLC）应用六层电梯进行逻辑控制，设计了一套完整的电梯控制系统方案并通过三层电梯模型实现了其基本功能，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。

这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的[3]。

在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。

作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。

一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。

在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。

这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。

上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。

总趋势是上升的，进入了“第三次浪潮”。

2004年总产量超过了8万台，而且目前还没有减速的迹象。

从1949年建国以来全国共生产安装了61万多台电梯。

尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。

全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。

到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。

到2005年，中国电梯的年产量达到13.5万台，与1980年相比，25年增长了59倍，产量每年平均增长17.8％。

2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我国的在用电梯总数已达651794台。

如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!

我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。

兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、东芝、富

士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了74％先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。

苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。

目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。

国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高[4]。

2.1可编程控制器的基础认识

可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器。

以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

提出PLC概念的是美国通用汽车公司。

PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。

70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑（Logic）判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。

可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。

1可靠性高，抗干扰能力强； 

2编程直观、简单； 

3适应性好； 

4功能完善，接口功能强

从结构上分，PLC分为固定式和模块式两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

但工作节奏由震荡信号控制。

运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

中央处理器（CPU）是PLC控制器的大脑。

通常CPU本身就是一个微控制器。

起先是8位微控制器例如8051,现在发展为16位和 32位微控制器。

你会发现大部分由日本制造商制造的PLC中是日立和Fujicu的微控制器,西门子的微控制器多应用在欧洲的PLC中,摩托罗拉生产的微控制器则独占美国市场。

CPU同样关注通信, PLC控制器,操作程序的执行,监督记忆设置的输入和输出等部分的关联性。

PLC使用系统存储器（现在大部分采用闪存技术了）用于过程控制系统。

除了这个操作系统之外，它还包括一个由梯形图翻译成而进制形式的用户程序。

快擦型存储器（FLASH memory）的内容只有在改变用户程序的时候可以被改变。

PLC控制器比快擦型存储器使用得更早，EPROM存储器比快擦型存储器也更早，快擦型存储器必须用紫外线（UV，Ultra-Violet Ray）灯擦除，并在编程器上进行编程。

由于快擦型存储器技术的应用，使得这个过程大大缩短了。

在应用程序开发中，通过一个串行电缆可以对程序存储器进行重新编程。

用户存储器被分成具有特殊功能的块。

一部分存储器用来存储输入和输出状态。

一个输入的实际状态存储状态存储在专用存储器位上，为“1”或者“0”。

每一个输入和输出在存储器中都有一个相应的位。

另外一部分存储器用来存储用户程序中的变量的内容。

例如，定时器值，或者记数器值存放在存储器的这个部分。

PLC控制器可以通过计算机（通常方式）重新编程，但是也可以通过人工编程器9控制台）编程。

实际上，这意味着，如果你有编程所需要的软件，早期PLC控制器可以通过计算机进行编程。

今天的传输计算机是工厂自己对PLC控制器进行重新编程的理想设备。

这对于工业企业来说是非常重要的。

一旦系统修改结束，将正确的程序重新读入PLC控制器也是非常重要的。

定期检查PLC中的程序是否改变是非常好的事情。

这有助于避免车间发生危险情况（一些汽车制造商已经建立了通信网络，可以定期检查PLC中的程序，以保证运行的程序都是正确的）。

几乎所有用于为PLC控制器编程的程序都拥有各种不同的选项，例如系统输入/输出（I/O线）的强制开关，程序实时跟踪以及图表验证。

图表验证对于理解、定义失败和故障非常必要。

程序员可以添加标记，书日和输出设备名称，以及对于查找错误或者对于系统维护很有用的注释。

添加注释和标记可以使技术人员（不仅仅是开发人员）很快理解梯形图。

注释和标记甚至还可以准确地引用零件号，如果需要更换零件的话。

这将加快由于损坏零件而引起的任何问题的修理速度。

响应的旧方法是这样的，开发系统的人必须保护这个程序，他旁边再没有人知道系统是怎样完成的。

正确的、备有证明文件的梯形图使任何技术人员都能彻底理解系统的功能。

电源是为中央处理单元提供电源的。

大部分PLC控制器的工作电压为24VDC或者220VAC。

在有些PLC控制器上，你可以看见作为独立模块的电源。

用户必须确定从I/O模块取出多大电流来保证电源提供适当的电流。

不同的模块使用不同的电流量。

该电源一般不用于启动外部输入或输出。

用户必须提供独立的电源来启动PLC控制器的输入和输出，因为这样可以保证PLC控制器的所谓“纯电源”。

使用纯电源意味着工业环境中的电源不会严重影响它。

有些较小的PLC控制器从与PLC控制器集成在一起的小电源为它们的输入提供电压源。

PLC系统的组成

PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。

PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。

PLC的硬件结构

一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入输出接口、内部电源）、I／O扩展单元及外部设备组成。

PLC的软件

PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。

系统程序：

包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。

用户程序是用户根据控制要求，用PLC的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。

plc分配I/O点并设计PLC外围硬件线路

　plc硬件实施

　　硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。

主要内容有：

　　1）设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。

　　2）设计系统各部分之间的电气互连图。

　　3）根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。

　　由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。

　　plc联机调试

　　联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。

联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。

如不符合要求，则对硬件和程序作调整。

通常只需修改部份程序即可。

　　全部调试完毕后，交付试运行。

经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。

1.PLC的扫描工作方式，如图2-1所示：

图2-1

图1PLC的扫描过程

可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。

从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。

然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。

可编程序控制器工作时的扫描过程如图1所示，包括五个阶段：

内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。

PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。

扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。

PLC共有5种标准编程语言，其中有三种图形语言，即梯形图（LD，LadderDiagram）、功能块图（FBD，FunctionBlockDiagram），和顺序功能图（SFC，SequentialFunctionChart），两种文本语言，即结构化文本（ST，StructuredText）和指令表（IL，InstructionList）。

其中梯形图是最早使用的一种PLC语言，也是现在最常用的编程语言。

它是由继电气控制系统原理图的基础上演变而来的，它继承了继电气控制系统中的基本工作原理和电器逻辑关系的表达方法，梯形图预计电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达