基于西门子PLC的四层电梯控制系统设计设计优秀95分.docx

1、基于西门子PLC的四层电梯控制系统设计设计优秀95分重庆科技学院毕业设计（论文） 题 目 基于PLC的四层电梯控制系统设计 学 院 电气与信息工程学院 专业班级 XXXXXXXXXXXXXXXXX 学生姓名 XXXXX 学号 XXXXXX 指导教师 XXXXX 职称 讲 师 评阅教师 职称 201X年 X月 XX日论文原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业论文是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，论文中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志

2、对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业论文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日摘 要随着我国经济的高速发展，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，电梯也已成为人类现代生活中广泛使用的运输工具。随着人们对电梯运行的安全性、舒适性等要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。可编程控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。电梯控制要求接入设备使用简便，具有人性化的人机界面，

3、配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过PLC对程序设计，实现对电梯的运行控制。关键词 PLC 电梯 控制系统 1 绪论随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（即可编程控制器）在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯等。

4、在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。1.1、可编程控制器的介绍1.1.1 定义PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1.1.2 PLC的构成

5、从结构上分，PLC分为固定式和组合式（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。1.1.3 CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的

6、任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。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

7、容量等，因此限制着控制规模。1.1.4 I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA

8、,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。1.1.5 电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）1.1.6 底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块

9、间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。1.1.7 PLC系统的其它设备1）编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。2）人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。3）输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、

10、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机1.2电梯硬件的分析1.2.1电梯的组成(1)曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。(2)导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。(3)轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。(4)门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。(5)重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量

11、差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。(6)电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。(7)电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。(8)安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。1.2.2电梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳

12、引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。

13、2 四层电梯控制系统的设计2.1设计要求所设计的电梯控制系统共有四层。电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；14所对应的指示灯表示楼层号，每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯。工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，为此它要求具有自动选向，顺向截梯和反向保号，外呼记忆，自动开、关门，停梯信号，自动达层等功能。 分析以上控制要求，将电梯控制要实现的功能如下：1. 开始时，电梯处于任意一层。2. 当有外呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门自动打开，延时3秒后自动关门。3. 当有外呼梯信号到来时，电梯响

14、应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门自动打开，延时3秒后自动关门。4. 在电梯运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反向下降（或上升）的呼梯信号均不响应；如果某反向呼梯信号前方再无其他呼梯信号，则电梯响应该呼梯信号。5. 电梯应具有最远反向呼梯功能。6. 电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮军不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮可使电梯门打开，按关门按钮可使电梯门关闭。2.2设计分析2.2.1、PLC控制系统的I/O点数计算根据电梯控制的特点，应该包括以下两大部分：1、输入信号1)轿厢内及各层门厅外呼按钮主要是轿厢内的楼层选择数字键14，各层门厅外呼按钮，除一层只设置上升

15、按钮，四层只设置下降按钮外，其他层均设置上升和下降两个按钮。一共需要10个输入。2)位置信号位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的4个传感器产生。所以位置信号一共需要4个输入，即行程开关。3)电梯门控制信号大部分电梯都具有开门按钮、关门按钮，以方便手动开关门。一共需要2个输入。4)模拟电梯到位按钮 由于条件有限，所以本文海设置了到位按钮。电梯一共四层，所以设置了2个到位按钮，即开到位和关到位，所以一共需要2个输入。5)超重检测、夹人检测和过载保护考虑到电梯运行的安全，电梯的负荷是有限的，故有一超重检测的传感器和过载保护装置；在关门时也可能出现夹人的现象，所以有一夹人检测的传感器，因此一共需要3

16、个输入。综上所述，共需要输入点21个。2、输出信号1)内呼指示信号内呼指示信号有四个，分别用来表示14层楼层内呼的指令被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。2)外呼指示信号外呼指示信号共有六个，分别用来表示14层楼层外呼的指令被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。3)电梯上下行指示信号，共四个。4)箱门开关指示，共需两个输出点。5)电梯显示其在哪一层共有四个。综上所述，共需要输出点18个。2.2.2 PLC的型号选择综合输入、输出点的计算以及要实现的电梯控制功能，实验室现有的西门子CPU224型的PLC四层电梯控制系统的模拟系统完全能实现设计要求。3硬件接线设计3.1主电路设计系统的硬件连接图

17、即PLC和系统中各个硬件的连线。具体如图1-1：图1-1 主电路3.2 I/O分配3.2.1 输入/输出点分配输入编址输出编址一层上呼按钮U1I0.0轿箱上升KM1Q0.0二层上呼按钮U2I0.1轿箱下降KM2Q0.1三层上呼按钮U3I0.2电梯开门Q0.2二层下呼按钮D2I0.3电梯关门Q0.3三层下呼按钮D3I0.4一层上呼指示Q0.4四层下呼按钮D4I0.5二层上呼指示Q0.5一层内选按钮S1I0.6三层上呼指示Q0.6二层内选按钮S2I0.7二层下呼指示Q0.7三层内选按钮S3I1.0三层下呼指示Q1.0四层内选按钮S4I1.1四层下呼指示Q1.1开门按钮I1.2四层内选指示Q2.0关

18、门按钮I1.3三层内选指示Q2.1一层行程开关SQ1及下行极限开关I1.4二层内选指示Q2.2二层行程开关SQ2I1.5一层内选指示Q2.3三层行程开关SQ3I2.0四层指示Q2.4四层行程开关SQ4及上行极限开关I2.1三层指示Q2.5超重检测I2.2二层指示Q2.6夹人检测I2.3一层指示Q2.7开到位I2.4关到位I2.5电动机过载保护（FR）I2.6表1-13.2.2 辅助继电器点分配辅助继电器编址一上呼M0.0一_层行程开关M1.4二上呼M0.1二_层行程开关M1.5三上呼M0.2三_层行程开关M2.0二下呼M0.3四_层行程开关M2.1三下呼M0.4超_重检测M2.2四下呼M0.5

19、夹_人检测M2.3到_第一层选择M0.6开_到位M2.4到_第二层选择M0.7关_到位M2.5到_第三层选择M1.0开门按钮辅助M3.1到_第四层选择M1.1定上行M3.2开_门按钮M1.2定下行M3.3关_门按钮M1.3过载保_护M2.6表1-23.3 输入电路设计根据系统设计的要求及输入编址表，利用CAD绘制出了四层电梯控制系统的输入电路：图1-2图1-3图1-43.4 输出电路设计根据系统设计的要求及输出编址表，利用CAD绘制出了四层电梯控制系统的输出电路：图1-5图1-6在输出电路中涉及到设备的保护等方面因素，利用了电流继电器来保护其控制系统的运行安全及设备的保护。4 系统软件设计4.

20、1 系统运行流程图4.2 四层电梯控制系统的整体分析4.2.1电梯上行分析1）当电梯停于1楼或2楼，3楼呼叫时，则上行，待3楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。2）当电梯停于1楼，2楼呼叫，则上行，待2楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。3）当电梯停于1楼，2楼、3楼同时呼叫，电梯上行到2楼，待2楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续上行到3楼，待3楼的行程开关控制动作，则减速

21、停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。4）当电梯停于1楼，3楼、4楼同时呼叫时，电梯上行到3楼，待3楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续上行到4楼，待4楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。5）当电梯停于1楼，2楼、4楼同时呼叫时，电梯上行到2楼，待2楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续上行到4楼，待4楼的行程开关控制动作

22、，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。6）当电梯停于1楼，2楼、3楼、4楼同时呼叫，电梯上行到2楼，待2楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续上行到3楼，待3楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续上行到4楼，待4楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。7）当电梯停于2楼，3楼和4楼同时呼叫，电梯上行到3楼，待3楼的行程开关控制动作，则

23、减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续上行到4楼，待4楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。8) 当电梯停于1楼或2楼或3楼，4楼呼叫，电梯上行到4楼，待4楼的行程开关控制动作，则减速停止上行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。4.2.2电梯下行分析1）当电梯停于4楼，2楼呼叫时，则下行，待2楼的行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。2) 当电梯停于4楼，3楼呼叫时，则下行，待

24、3楼的行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。3) 当电梯停于4楼，2楼、3楼同时呼叫时，则下行，待3楼的行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续下行到2楼，待2楼的行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。4）当电梯停于4楼，1楼、3楼同时呼叫时，则下行，待3楼的行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续下行到1楼，待1楼的

25、行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。5）当电梯停于4楼，1楼、2楼同时呼叫时，则下行，待2楼的行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续下行到1楼，待1楼的行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。6）当电梯停于4楼，1楼、2楼、3楼同时呼叫时，则下行，待3楼的行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后或者按关门按钮，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续下行到2楼，待2楼的行

26、程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位；继续下行到1楼，待1楼的行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。7）当电梯停于4楼或2楼或3楼，1楼呼叫时，则下行，待1楼的行程开关控制动作，则减速停止下行，之后轿厢门与厅门打开至开到位，10秒后，轿厢门与厅门关闭至关到位。4.2.3电梯呼叫、上行或下行执行条件电梯呼叫、上行或下行均需信号指示。4.2.4电梯上行或下行执行要求在电梯运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼叫信号均不响应；如果某反向呼梯信号前方再无其

27、它呼梯信号，则电梯响应该呼梯信号；并且电梯具有最远反向呼梯响应功能。4.3系统的PLC控制程序设计程序见附录，梯形图5 控制系统的调试及运行分析5.1 总体运行调试分析根据系统软件设计中电梯上、下行的分析进行运行调试，看是否满足其要求。5.2 开门分析在进行开门调试时，必须得待电梯到达指定位置（行程开关动作）后，电梯停稳后再执行开门要求，开门开到位后才进行10秒的关门倒计时。5.3 关门分析在进行关门调试时，必须得电梯开门开到位后，才会进行自动的倒计时10秒的关门程序或则选择关门按钮进行关闭箱门和厅门。5.4电梯运行至一楼调试分析5.4.1 内呼至一楼内呼至一楼，则电梯必须处于非一楼位置，而且

28、电梯如果是上行的，则必须执行完所有上行要求后，才会依次执行下行要求，到达一楼。5.4.2 一楼外呼一楼外呼，则只有一种可能，就是上行，如果电梯正在执行上行要求，则必须执行完所有上行要求后，再就近执行比电梯所在层低的下行要求。5.5电梯运行至二楼调试分析5.5.1 内呼至二楼内呼至二楼，则电梯必须处于非二楼位置，而且电梯如果是上行的，则必须执行完所有上行要求后，才会依次执行比电梯所在层低的下行要求，到达二楼。5.5.2 二楼外呼1）二楼外呼下如果电梯正在执行上行要求，则必须等电梯执行完所有上行要求后，根据按下呼叫的先后进行其他信号处理，若除了当前执行的上行外，就二楼下呼最先呼叫的话，则电梯会就近

29、执行比电梯所在层低的下行要求，直至二楼外呼下；或者电梯正在执行下行至一楼，则必须等电梯执行完下至一楼后，再上行至二楼执行其下呼。2）二楼外呼上如果电梯所在的楼层大于二楼且正在执行上行要求，则必须执行完所有上行要求后，再就近执行比电梯所在层低的下行要求；如果电梯正在下行至一楼，则只有等电梯下到一楼后，再上行至二楼。5.6电梯运行至三楼调试分析5.6.1 内呼至三楼内呼至三楼，则电梯必须处于非三楼位置，而且电梯如果是上行的，则必须执行完所有上行要求后，才会依次执行比电梯所在层低的下行要求，到达三楼；如果电梯所在位置低于三楼且正执行上行，则到三楼后就会打开电梯门；如果电梯所在位置低于三楼且正执行下行

30、，则必须执行完所有下行要求后，才会依次执行比电梯所在层高的上行要求，到达三楼。5.6.2 三楼外呼1）三楼外呼下如果电梯正在执行上行要求，则必须等电梯执行完所有上行要求后，根据按下呼叫的先后进行其他信号处理，若除了当前执行的上行外，就三楼下呼最先呼叫的话，则电梯会就近执行比电梯所在层低的下行要求，直至三楼外呼下；或者电梯正在执行下行至一或二楼，则必须等电梯执行完当前的下行要求后，再上行至三楼执行其下呼。2）三楼外呼上如果电梯所在的楼层小于三楼且正在执行下行要求，则必须执行完所有下行要求后，再就近执行比电梯所在层高且比三楼低的上行要求；如果电梯正在上行至四楼，则只有等电梯上到四楼后，再下行至三楼。5.7 电梯运行至四楼调试分析5.7.1 内呼至四楼内呼至四楼，则电梯必须处于非四楼位置，而且电梯如果是下行的，则必须执行完所有下行要求后，才会依次执行上行要求，到达四楼。5.7.2 四楼外呼四楼外呼，则只有一种可能，就是下行，如果电梯正在执行下行要求，则必须执行完所有下行要求后，再就近执行比电梯所在层低的上行要求。6 总结本设计主要以PLC为核