四层电梯的plc控制.docx
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四层电梯的plc控制
毕业设计
题目
四层电梯的PLC控制
系别
电气工程系
专业
电气自动化
班级
机器人1001班
姓名
王伟
学号
10040125
指导教师
郭继红
日期
2012年10
设计任务书
设计题目
四层电梯的PLC控制
设计要求
1、接受每个呼叫按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。
2、电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。
电梯在每一层都有1个行程开关，当电梯碰到某层的行程开关时，表示电梯已经到达该层。
3、当按动某个呼叫按钮后，相应的呼叫指示灯亮并保持，直到电梯响呼叫为止。
4、当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮时，电梯门不会被打开，按动电梯内部的关门门按钮，电梯门关闭。
但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。
设计进度要求
第一周：
确定题目，查阅资料。
第二周：
根据设计要求分析四层电梯PLC控制工作原理。
第三周：
硬件设计。
第四-五周：
运用PLC编程软件对电梯进行编程
第六周：
模拟调试，改进设计方案。
第七周:
撰写论文。
第八周:
完成设计，准备答辩。
指导教师（签名）：
摘要
PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，随着社会和科技的发展，PLC控制系统以其运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计调试周期较短等优点倍受人们的重视，现在已发展成为目前电梯控制系统使用最多的控制方式，也泛应用于电梯传统继电器控制系统的技术改造。
PLC控制系统能与电梯控制系统中的各种逻辑开关很好的结合，更好的实现了对电梯系统的控制。
本文介绍了西门子公司S7—200系列可编程控制器（PLC）在四层电梯控制系统中的应用，给出了可编程控制器控制四层电梯电气控制系统的硬件组成和软件设计。
提出了四层电梯的可编程控制器（PLC）控制系统总体设计方案、设计过程、系统组成，并设计了一套完整的电梯控制系统方案。
关键词：
电梯控制，PLC，CPU226
摘要......................................................................................4
二、软件设计.......................................................13
2.1STEP7-Micro/WIN32简介...........................15
2.2电气控制程序流程图...................................16
3.程序图................................................................................................................17
4.模拟调试................................................24
5.对电梯控制系统的描述............................................................27
第一章前言
可编程控制系统（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作系统。
它采用一种可编程的存储器，可执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
电梯广泛的应用于高层住宅，大型公共建筑，工厂仓库等场所，节省了人力和时间，提高了工作效率。
传统的电梯自动控制由继电器——接触器进行控制，其缺点是触点多，接线复杂，故障率高，可靠性差，维护工作量大，而采用PLC组成的控制系统很好的解决了上述问题。
它工作可靠性高，灵活性好，通用性高，编程简单，使用方便，而且它的抗干扰能力远远强于传统电梯的。
本设计主要通过提出电梯系统的基本功能要求，为实现这几种功能，我从硬件和软件两个方面入手，硬件方面，主要从ＰＬＣ的选型，PLC输入输出地址的分配方面考虑；软件方面，由于整个系统的程序设计相当复杂，为了便于设计，基于系统不同的功能要求，我将系统划分为电梯开门控制、电梯到层指示、层呼叫指示灯控制、箱内指令指示控制和电梯方向选择、启动控制、过载指示、限位保护等基本模块。
完成硬件和软件部分的设计，整体工程就完成了绝大部分，此后还需要程序的反复验证，现场调试等等。
鉴于本人水平有限，不足之处还请批评指正。
第二章绪论
一、设计任务
设计电梯控制系统。
二、设计说明
电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。
PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。
高校中关于PLC教学实验的中等模型较少，为此，自行设计并制作了专用4层集选电梯。
此电梯模型所采用的类型为西门子S7-200。
PLC程序设计采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。
设计的程序要求完成电梯自动运行功能如：
内选外召唤信号的登记、到层自动开门、延时自动运行等。
合理分配轿厢内指令的执行和厅外召唤的应答。
三、电梯运动的控制要求
（1）开始时，电梯处于任意一层。
（2）当外呼信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时4s后自动开门.
（3）当内呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时4s后自动关门。
（4）电梯轿厢运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果某反向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。
例如：
电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在此过程中可以响应二层向上外呼梯信号，但不响应二层向下外呼梯信号。
同时，如果电梯到达三层，如果四层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。
否则，电梯轿厢将继续运行至四楼，然后向下运行响应三层向下外呼梯信号。
（5）电梯应当具有最远反向外呼梯响应功能，例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯、三层向下外呼梯，则电梯轿厢先去四楼响应四层向下外呼梯信号。
第三章可编程控制器硬件、软件的概述及PLC编程设计
一、可编程控制器的概述
可编程控制器的起源于在1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。
1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。
初期它仅有逻辑运算、定时、计数等功能，用于开关量控制，实际只能进行逻辑运算，所以称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。
20世纪80年代后，以微处理器构成的微机取得了飞速发展，使得可编程逻辑控制器在概念、设计、性能上都有了新的突破。
这种控制器的功能不再局限于当初的逻辑运算，增加了数值运算、模拟量的处理、通信等功能，成为真正意义上的可编程控制器（ProgrammableController）,简称PC。
但为了与个人计算机PC（PersonalComputer）相区别，可编程控制器仍简称为PLC。
随着可编程控制器的不断发展，其定义也在不断变化。
最终国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：
“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器，它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作、并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。
”
事实上，由于可编程控制技术的迅猛发展，许多新产品的功能已超出上述定义。
二、SIMATICSTEP7编程软件的介绍
SIMATICSTEP7编程软件是指西门子公司为可编程控制器编制的工业编程软件的集合，STEP7—Micro/WINV4.0SP4版的编程软件是基于Windows的S7—200专用编程软件。
其也是西门子公司2007年推出的S7—200编程软件，适用于所有S7—200CPU的编程，并具有TD400C在内的文本显示向导功能。
编程软件STEP7的基本功能是协助用户完成PLC应用程序的开发，同时具有设置PLC参数、加密和运行监视等功能。
STEP7—Micro/WIN编程软件在离线条件下，可以实现程序的输入、编辑、编译等功能，在联机工作方式（PLC与编程计算机相连）可实现上载、下载、通信测试及实时监控等功能。
三、PLC型号的选择
根据控制要求，PLC控制系统选用西门子公司S7—200系列CPU224。
小型PLC系统由主机（主机箱）、I/O扩展单元、文本/图形显示器、编程器等组成。
其中CPU224型PLC的主机外形结构如图3-1所示。
图3-1CPU224型PLC的主机外形结构
CPU224型PLC主机箱体外部设有RS—485通信接口，用以连接编程器（手持式或PC机）、文本/图形显示器、PLC网络等外部设备，还设有工作方式开关、模拟电位器、I/O扩展接口、工作状态指示和用户程序存储卡、I/O接线端子排及发光指示等。
CPU224外部电路接线电路图如图3-2所示：
图3-2CPU224外部电路接线电路图
输入电路采用了双向光电耦合器，24VDC极性可任意选择，1M、2M为输入端子的公共端。
1L、2L为输出公共端。
CPU224另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。
四、地址分配表
地址分配表如表3-1所示：
符号
地址
符号
地址
四层下
I5.1
二层上灯
Q5.3
三层上
I5.2
二层下灯
Q5.4
三层下
I5.3
三层上灯
Q5.5
二层上
I5.4
三层下灯
Q5.6
二层下
I5.5
四层下灯
Q5.7
一层上
I5.6
内叫一层灯
Q6.0
一层限位
I5.7
内叫二层灯
Q6.1
二层限位
I6.0
内叫三层灯
Q6.2
三层限位
I6.1
内叫四层灯
Q6.3
四层限位
I6.2
超重报警
Q6.4
内叫一层
I6.3
一楼数码显示
Q6.5
内叫二层
I6.4
二楼数码显示
Q6.6
内叫三层
I6.5
三楼数码显示
Q6.7
内叫四层
I6.6
四楼数码显示
Q7.0
开门
I6.7
电梯上行
Q7.1
关门
I7.0
电梯下行
Q7.2
开门限位
I7.1
开门继电器
Q7.3
关门限位
I7.2
关门继电器
Q7.4
超重检测
I7.3
到位音响
Q7.5
一层上灯
Q5.2
表3-1
PLC的电气接线图设计
5、PLC程序设计思路及程序
1.设计思路
（1）内叫的实现
按下按钮后通过自锁达到一直亮，串上常闭的限位开关实现到位后灯灭。
（2）外叫的实现
按下按钮后通过自锁达到一直亮，串上常闭的限位开关及上下行指示实现有选择的到位后灯灭。
（3）开门的实现
到位后指示灯由亮变灭，通过到位后产生的下降沿触发及自锁为开门计时，达到到位后计时开门，串上手动按钮及在符合开门的情况下实现手动开门。
（4）关门的实现
通过开门完毕的计时实现自动关门，并通过串联的手动按钮在符合开门的情况下实现手动开门。
（5）楼层指示的实现
通过限位开关，及各层的联系及自锁实现正确显示。
（6）上行的实现
分析内外叫按钮对电梯上下行的启动作用，从内外叫按钮分情况编写，然后组合到一块儿，实现电梯的上下行。
2软件设计
2.1STEP7-Micro/WIN32简介
STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件（如图3.1所示），它的功能强大，使用方便，简单易学，可用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图三种编程语言编制程序，不同的编程语言编制的程序可以相互转换。
STEP7-Micro/WIN32提供两套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和国际标准指令集（IEC1131-3方式）。
程序编制完成之后，利用PLC与计算机专用的PC/PPI电缆传送程序至PLC，使PLC按照程序要求完成工作。
图3.1STEP7-Micro/WIN32编程软件
2.2电气控制程序流程图
通过对电梯PLC控制要求的理解，制定出符合设计要求的程序流程图，具体的程序流程图如图3.2所示。
3.程序图
4模拟调试
首先：
通过运用STEP7-Micro/WIN32编程软件编写简单的电梯系统的硬件调试程序，例如单一的电梯上下行驱动检测电梯模型的电机是否无故障。
第二步：
检测电梯模型内部的楼层位置接触开关是否灵敏，看是否有楼层位置接触开关存在失灵的现象
第三步：
检测电梯模型上的各个呼梯按钮和梯内指令按钮是否管用，按下后的指示灯是否正常亮灭。
有无存在异常的现象
第四步：
当检验完电梯模型可以正常使用时，把正确的程序编译正确后下载至CPU226开始模拟实验
最后：
如果模拟打不到控制要求，则需要对程序进行纠正，直至达到控制要求为止，模拟调试成功
在调试中遇到的问题，初次调试时，当电梯处于下行指示状态时，有人在二楼按上行呼梯按钮I1.1时，Q1.1通电闭合，当电梯经过二楼层时由于指层信号M0.2由常闭转为常开使二楼的上行呼梯登记Q1.1断开（如图4.1所示）。
Q1.1的断开致使M1.4闭合电梯在本层停留，电梯可能仍继续再下至一层然后上行，为了避免这种情况发生，设计了如图4.3所示梯形图程序避免了上刑呼梯对有下行指令电梯停车现象。
电梯在运行中停止后的开关门延时的问题，第一次设计的时候梯形图中并没有添加T34，致使电梯如果轿厢内没人了电梯系统也无指令则电梯不会自动关门的情况发生。
为了避免电梯无法自动关门加入了T34之后，如果没人系统也没指令的情况下电梯会在10秒后自动关门，弥补了程序的不足
5.对电梯控制系统的描述
电梯控制系统是模拟现实中的电梯，根据其工作原理制作而成，该电梯共有四层，有电梯上下行轿厢，上下行指示灯，电梯所在楼层数码显示和开关门功能。
一楼有一个上行外交按钮，四楼有一个下行外交按钮，二楼和三楼均有上下按钮。
轿厢内有一楼至四楼四个内叫按钮和开关门两个按钮。
按钮全部为非自锁式，按下按钮接通一个指示灯，按钮自动化弹起。
当电梯响应该请求信号运行到该层时，该指示灯熄灭
优先级上在电梯上行过程中，上行请求优先，上行请求执行完毕后，响应下行请求。
同理在电梯下行过程中，下行请求优先，下行完毕后响应上行请求。
开关门动作在开关停在该层。
该层限位开关接通时才会发生。
当电梯到位时，电梯发生叮咚声响，将发生超重报警信号。
第五章结束语
这次课程设计给我留下了深刻的印象，使我懂得了如何设计四层电梯控制系统，使我理解了电梯控制系统的工作原理，也学会了PLC梯形图的编辑。
使我综合分析问题和解决问题的能力有了很大的提高。
在设计中我们应用到在课堂上所学到的知识，要考虑到电梯控制系统的整体设计，在老师的细心指导下，使我对课程设计有了很好的了解。
设计的同时，也使我感到了自己的不足以及对知识理解的不全面。
毕业论文是本次学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的PLC在自动控制系统中的应用设计，我摆脱了单纯的理论指示学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。
这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。
虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。
和老师的沟通交流更使我从实用的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，举个简单的例子:
在高层电梯中，如果没有一个设计完善的电梯软件程序，这样可能会给人身财产安全带来很大的威胁。
通过这次毕业设计让我提前了解了这些知识，这是十分珍贵的。
在设计过程中一些设备的定义让我很是头疼，原因是由于本身设计受到一些客观因素的框定，而又必须考虑本专业的一些要求规范，从而形成了一些矛盾点，这些矛盾在处理上让人很难琢磨，正是基于这种考虑我意识到：
要想更完美的进行一次设计，与其他专业人才的交流沟通是十分必要的，这其中也包括更好的理解用户的各种要求，从经济的高度看待一些大局上的问题，更好的处理各种矛盾。
提高是有限的但提高也是全面的，正是这次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的能力，更强的沟通力和理解力。
致谢
这次毕业设计得到了很多老师、同学们的帮助，其中我的指导老师韩老师对我的关心和支持尤为重要，每次遇到难题，我最先做的就是向韩老师寻求帮助，而韩老师每次不管多忙，总会抽空来给我解答，告诉我解决的方法和技巧。
另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够相对独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。
再一次对我的母校表示感谢。
感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的通话，把一个庞大的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。
正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。
对上述朋友，再一次真诚地表示感谢!
此致
敬礼
参考文献
【1】可编程控制器原理及应用（第2版）孙平高等教育出版社
【2】组态软件控制技术覃贵礼北京理工大学出版社
【3】组态控制技术袁秀英电子工业出版社
【4】电气控制与可编程控制器陈立定华南理工大学出版社
【5】SIMATICs7—200可编程序控制器系统手册西门子公司
【6】可编程序控制器及其通信网络技术郭宗仁人民邮电出版社
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