基于PLC的电梯控制系统毕业设计论文.docx
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基于PLC的电梯控制系统毕业设计论文
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文原创性声明
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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。
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年月日
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涉密论文按学校规定处理。
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日期：
年月日
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日期：
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
本文在阐述电梯和PLC的结构并工作原理的基础上，使用PLC（西门子S7-200CPU226）及其扩展模块，设计了一个四层的电梯的控制系统。
设计了电梯的拖动回路，选择了曳引电机，并使用了安川616G5变频器，设置了控制方式参数、运行方式参数、S特性曲线参数等变频器参数，实现了曳引电机的启动、制动与调速。
采用模块化编程思想使用STEP7-MicroWINSP9软件编写了梯形图，并通过梯形图，实现了包括电梯的启动与制动、楼层指示功能、轿厢内指令和轿厢外召唤信号的登记与消除、电梯运行方向的控制、电梯的开关门、超重报警和手动按响警铃等功能。
最后，使用S7-200编程仿真软件做了部分功能的仿真。
关键词：
四层,电梯,PLC,控制系统
ABSTRACT
Thestructureandworkingprincipleoftheelevatorandtheprogrammablelogiccontroller（PLC）areintroducedandPLC（SiemensS7-200CPU226）whititsextensionmoduleisusedinthedesignofafour-storeyelevatorcontrolsysteminthispaper.Todesigningthedragcircuitoftheelevator,majorparametersoftractionmotorisselectedandYaskawainverterisusedtocontrollingthespeedofthetractionmotorwhitit’sparametersset,suchascontrolmodeparameters,operationmodeparameters,Scharacteristiccurveparametersandsoon.Usingthestep7-MicroWINSP9softwaretocompilingladderdiagram,manyfunctions,includingelevatorstartingandbraking,thefloorindicatorfunction,thecarinstructionsandthecaroutsidethecallsignalofregistrationandeliminate,runningdirectionoftheelevatorcontrol,elevatordoorswitch,overweightalarmandmanualaccordingtosoundthefirealarm,isrealized.AtlastsomesimulationofthefunctionsisdidwiththeuseofS7-200programmingsimulationsoftware.
Keywords：
four-story,elevator,PLC,controlsystem.
1绪论
1.1论文的背景及意义
在科学技术飞速发展、城市现代化进程突飞猛进的今天，电梯因为其高效、迅捷、安全、可靠的垂直运输能力，已经成为了人们不可或缺的运输工具，它被广泛应用于几乎所有现代高层建筑中，如办公大楼、宾馆、住宅、医院、仓库、工矿企业、码头、大型货轮等。
此外，电梯使用频率也是非常之高。
据统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次。
在中国，电梯服务已有100多年的历史了，特别在改革开放以后，电梯的使用数量更是快速增长。
现在，电梯已完全融入我们的生产、生活中，满足人们生活、工作及学习的需要。
据统计，我国在用电梯已达40多万台，每年还以约5万～6万台的速度增长[1]。
如今，电梯之作用愈加显著，人们对电梯之需求愈加庞大。
而电梯作为集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。
其中，安全问题乃是重中之重，无容小觑。
故在设计电梯时，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数，并且要保证安装调试以及售后与维修都达到安全标准，这样，才能保证电梯的安全可靠性。
但是，目前我国所应用的先进的电梯系统几乎都是国外设计制造的，其核心技术都是保密的。
我国拥有自主知识产权的技术应用很少，并与国外先进技术相比还有很大的差距。
国内电梯工业要想大力发展，就必须解决技术层面的问题。
早期的电梯自动控制系统的控制普遍采用继电器—接触器电路。
然而，继电器、接触器有诸多缺点：
体积庞大、弧光放电较严重、使用寿命有限、可靠性不高、接线复杂、通用性和灵活性不够、生产周期加长以及扩展性较差。
还有，继电器—接触器控制由触点的机械动作完成，因此它的工作频率低下而且机械触点还会出现抖动问题；继电器控制逻辑一般不具备计数功能；同时随着楼宇层数的增加，继电器—接触器控制系统过于庞大，给设计带来不便。
基于上述种种原因，基于继电器-接触器控制的电梯控制系统有多种缺点，现已被淘汰。
目前常见电梯的控制主要有两种方式，即微机控制和PLC控制。
微机控制是电梯控制技术的发展方向，现在已有一些由微机控制的电梯新机型相继推出，使控制功能得到增强，性能得到改善但其抗干扰能力差、设计维修难度、成本操作要求都比较高，不如PLC。
由此可见，除了智能性以外，目前，微机控制的各项能力都不如PLC控制。
最主要的是当使用规模较小时，用PLC控制可以显著降低因专门设计和制造微机控制装置的成本，方便使用。
因此，现代化楼宇等小型电梯控制系统中，PLC控制成为主流。
1.2电梯控制系统发展现状
继电器控制室最早的一种实现电梯控制的方法。
但随着科技之发展，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，传统的继电器已经不能满足人们的需求。
可幸的是，科学技术，特别是计算机科学的长足发展为电梯控制方法提供了新的可能。
于是，可编程逻辑控制器（PLC）应运而生，鉴于其种种优点，目前，电梯的控制方式就由传统的继电器控制变为PLC控制。
同时，由于电机交流变频调速技术的较好发展，电梯拖动方式由原来的直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，PLC控制技术与变频调速技术之结合已成当下行业热点。
1.2.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题
1．电梯继电器控制系统的优点：
（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，容易理解和操作，便于一般技术人员掌握。
（2）系统的保养、维修及故障检查较为简便，无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
（3）大部分电器为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。
（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。
2．电梯继电器控制系统存在的问题：
（1）系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。
（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。
（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。
（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
（5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高;而且检查故障困难，费时费工。
电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。
且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。
1.2.2PLC在电梯控制中的应用特点
PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。
由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。
因此在工业控制方面得到了广泛应用。
自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。
并形成了一系列的定型产品。
在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。
PLC控制系统有诸多优点，如：
可靠性高、使用维修方便、编程调试简单、抗干扰能力强等优点。
其凭借这些优点，备受人们重视，成为最常用的电梯控制方式。
电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。
调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。
为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。
用PLC具体控制电梯时，主要有以下几优点（对比于继电器控制和微机控制）：
（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。
（4）PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
（7）抗干扰能力强
（8）系统设计简单，一般技术人员很容易掌握
1.3论文的主要内容
本次设计主要是设计一个以PLC控制系统控制的四层电梯。
设计过程有以下几项：
（1）分析电梯的主要结构和控制要求；
（2）利用PLC技术实现四层电梯运行控制，包括：
电梯的开关门控制、电梯的厅召唤控制、电梯各层内呼、电梯的到站指示控制、电梯的自动平层控制、电梯的调速控制、安全控制以及一些辅助功能控制。
此次设计采用德国西门子（Siemens）公司生产的S7-200型PLC及其扩展模块，利用其丰富和功能强大的指令，设计出梯形图；
（3）利用S7-200的仿真软件对主要程序进行仿真
2电梯综述
自电梯产生至今已有大约一个世纪之久，这一个世纪，人类的历史真可谓是翻天覆地，人类的进步以及所出的成就也是前所未有的。
电梯作为人类科技在生活与生产中的一个小应用，也在不断更新，不断发展。
电梯从材质、样式、控制方法、操作方法、辅助功能等方面都有很大变化。
比如，在操控方面，步步推出手柄开关控制，按钮控制，信号控制，集选控制，人机对话等。
在外形上，从原来单一的长方形，多出一些特别的扇形、三角形、半菱形、圆形等，当然这些多用于观光，这些可以使在乘坐电梯时透过玻璃看到大楼以外的景色，除了可以作观光之用，还多少照顾到了幽闭恐惧症之患者。
电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。
目前电梯控制系统主要有三种控制方式：
继电路控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。
继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。
微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗干扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。
而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。
2.1电梯的定义与简介
电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。
也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行。
服务于规定楼层的固定式升降设备。
它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的井道之中刚性导轨之间。
轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。
习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
近几年来，随着国际社会对环保认识的关注，各大电梯公司现在在其电梯表面基本都采用了粉末涂料喷涂，这是一种新型环保无溶剂的涂料，并且各种性能皆优于油漆。
2.2电梯的历史发展
人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。
在商州时期，我国也已经出现电梯的雏形了，就是提水用的辘轳，这是一种由木制的支架、卷筒、曲柄绳索构成的简单的卷扬机，使用人力或畜力驱动，提升水的速度很慢。
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。
而自当1831年英国人法拉第发明电机以后，德国最早出现了用电力拖动的升降机，这就是真正意义上的电梯。
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。
1889年美国纽约的“戴维斯特”大厅安装了第一批直流电动机与蜗轮蜗杆电梯，提升速度达到了0.5m/s。
1900年美国奥梯斯电梯公司制造出世界上第一台自动扶梯。
1915年已设计成功电梯自动平层控制系统。
1933年美国制造出6m/s的高速电梯。
在第二次世界大战以后，美国的建筑业得以快速发展，促使电梯也进入发展时期，新技术被广泛用于电梯。
1949年研制出4-6台电梯的群控系统。
1955年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯。
1962年在美国已出现了8.5m/s的超高速电梯。
1967年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。
随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流发电机—电动机组的同时，研制出了交流调压调速系统，是交流电梯的调速性能得到了明显改善。
1976年将微处理器应用于电梯。
1977年日本三菱电机株式会社开发出了10m/s的超高速电梯。
1984年日本将交流变频调速系统用于2m/s以上的高速电梯。
1985年以后，又将其延伸到中、低速交流调速电梯。
交流变频调速技术被认为是电梯行业的当代技术。
1985年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯，使其明显减少了占地面积。
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。
1993年日本生产的12.5m/s世界上最高速的交流变频调速电梯已投入运行。
当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式已成为高速电梯的主流。
应用微机全面取代继电器控制逻辑实现闭环控制，进一步提高电梯的性能和可靠性，降低现场调试要求，是电梯控制技术的方向。
电梯群控系统是现代电梯的技术的又一重要组成部分。
它不但有完善的分区服务、运行监控、客流交通统计分析等功能，还具备故障诊断功能。
在电梯品种方面，出现了双层电梯、大吨位的集装箱电梯等。
为适应摩天大楼对电梯的特殊要求，目前正在研制无绳直线驱动电梯。
此外，用电子位置传感器取代机械选层器、用更先进的装置取代门安全触板、增设轿厢内通信设施以及轿厢不在安全门区语音提醒和运行状态语音报告等装置，也是电梯技术现代化的体现。
同时，更着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性，进而主张电梯、扶梯与大自然相协调，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。
至此，电梯进入了全面快速发展的新时期。
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，搭乘升降梯就不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。
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
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