基于PLC的四层电梯控制系统的设计与研究毕业设计 精品.docx

1、基于PLC的四层电梯控制系统的设计与研究毕业设计 精品西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目：基于PLC的四层电梯控制系统的设计与研究 所属系部：自动化工程学院指导教师：党智乾 职称： 讲师 学生姓名：陈保林 学号: 116041-02专业： 生产过程自动化技术西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书题目：基于PLC的四层电梯控制系统的设计与研究 任务与要求：基于PLC的四层电梯控制系统的设计与研究。掌握可编程控制器的工作原理及可编程控制器的特点。根据四层电梯的要求画出I/O分配表，统计出输入、输出的点数选择PLC型号为CPU226CN，对输入输出端子接线

2、画出外部接线图；写出电梯控制系统的梯形图。 时间：2013年9月23日 至 2013 年 11 月 23 日 共 8周所属系部：自动化工程学院学生姓名：陈保林 学 号：116041-02专业： 生产过程自动化技术指导单位或教研室：生产过程自动化教研室 指导教师： 党智乾 职 称：讲师 西安航空职业技术学院制毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2013.10.8领取题目，查阅电梯控制、PLC相关资料2013.10.9-19了解电梯在国内外的发展情况和电梯的发展趋势2013.10.20-26查阅有关可编程控制器的特点和组成及工作原理的书籍2013.10.27-

3、11.8电梯的PLC硬件设计（电梯的控制要求,I/O分配表和外部接线图）2013.11.9-2013.11.21撰写四层电梯控制系统的设计以及程序的编写2013.11.23终稿教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 摘 要基于PLC的四层电梯控制系统的设计与研究。掌握可编程器的工作原理及可编程器的特点。根据四层电梯的要求画出I/O分配表，统计出输入、输出的点数选择PLC型号为CPU226CN，对输入输出端子接线画出外部接线图；写出电梯控制的梯形图。电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节

4、能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数。判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。关键词：四层电梯 CPU226CN 外部接线图 I/O分配表 Abstract基于PLC的四层电梯控制系统的设计与研究。掌握可编程器的工作原理及可编程器的特点。根据四层电梯的要求画出I/O分配表，统计出输入、输出的点数选择PLC型号为CPU226CN，对输入输出端子接线画出外部接线图；写出电梯控制的梯

5、形图。Research and design of four layer elevator control system based on PLC. Grasp the characteristics and working principle of programmable programmer. I/O allocation table according to the requirements of a painting of four elevators, the statistics of the input, output points choose PLC model for C

6、PU226CN, the input and output terminal wiring draw the external wiring diagram; write elevator control ladder diagram.电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数。判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫

7、，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。Elevator electrical system is composed of two parts of the drive system and control system. The elevator design using programmable controller (PLC), function in a flexible, simple programming, less failure, low noise. Convenient repair and maintenance, energy sa

8、ving, strong anti-interference ability, control box covers an area of less. When the crew entered the elevator, press the button on the floor, the elevator doors closed automatically after. The control system for the following operation: according to the car and the location where crew number. Deter

9、mine the cabin direction, guarantee the cabin when leveling speed. Car will be parked in the selected on the floor; at the same time, according to the call of the floor, parking places, automatic door. In addition there are lights show the direction of the lift and the floor number in the cabin insi

10、de and outside.关键词：外部接线图 I/O分配表 CPU226CNKeywords: Four-storyelevator CPU226CN xternal wiring diagram I / O allocation table1 绪论1.1电梯的起源与发展电梯的起源要从公元前2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，所不同者只是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输

11、送上来。数百年来人们制造过各种类型的升降梯，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降梯便急速地坠落到底层。1854年奥的斯设计了一种制动器：在升降梯的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连结，起吊绳与货车弹簧连结，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立该与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定免继续下坠。“安全的升降梯”发明成功了！一时间，奥的斯成了众人注目的中心。第一台升降机并非奥的斯所发明，但他却是第一台“安全”升降梯的发明者。“安全”这一概念不仅开创了升降梯工业，而且也为那些想建造更高层建筑物

12、以增加更多可利用空间的设计们打开了通途。然而真正能够称为电梯（用电能驱动升降梯）的产品应该是在20世纪初才出现的。1.2国外电梯的情况国外电梯行业发展迅猛，不仅在节能上做了很大的功夫，现在在智能化，远程化，集成化，可视化也已有了先进的技术！例如：（1）集垂直运输与水平运输的复合运输系统。该系统采用直线电机驱动，在一个井道内设置多台轿厢。轿厢在计算机导航系统控制下，可以在轨道网络内交换各自运行路线。该系统节省了井道占用的空间，解决了超高层建筑电梯钢丝绳和电缆重量太大的问题，尤其适合于具有同一底楼的多塔形高层建筑群中前往空中大厅的穿梭直驶电梯。（2）交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯无机房电

13、梯由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。而交流永磁同步无齿轮曳引机的特点是：（A）结构简单紧凑，体积小，重量轻，形状可灵活多样；（B）配以变频控制可以实现更大限度的节能；（C）没有齿轮，于是没有齿轮振动和噪声，齿轮效率，齿轮磨损及油润滑问题，减少了维护工作，降低了油污染；（D）由于失电时旋转的电机处于发电制动状态，增加了曳引系统的安全可靠性。（3）彩色大屏幕液晶楼层显示器。这类显示器可以以高分辨率的彩色平面或三维图像显示电梯的楼层信息（如位置、运行方向），还可以显示实时的载荷、故障状态等。通过控制中心的设置还可以显示

14、日期、时间、问候语、楼层指南、广告等，甚至还可以与远程计算机和寻呼系统联接发布天气预报、新闻等。有的显示器又增加了触摸查询功能。该装置缓解了陌生乘客在轿厢内面对面对视时的尴尬、无趣的局面，降低了乘客乘梯时心理等待焦虑感。（4）电梯远程监控系统。该系统是将控制柜中的信号处理计算机获得的电梯运行和故障信息通过公共电话网络或专用网络（都需要使用调制解调器）传输到远程的能够提供可视界面的专业电梯服务中心的计算机，以便那里的服务人员掌握电梯运行情况，特别是故障情况。该系统一般具有显示故障、分析故障、故障统计与预测等功能，还有的可实现远程调试与操作，便于维修人员迅速进行维修应答和采取维修措施。这样缩短了故

15、障处理时间，简化了人工故障检查的劳动，保证了大楼电梯安全高效地运行。1.3国内电梯的情况中国电梯行业从市场规模上已经有了很大提高，一些自主品牌也逐步提升了自己的产品质量和技术含量，我国政府提出的节约型社会正好让电梯行业中拥有节能电梯技术的企业有机会发展，另外，国外用户比以前更多地青睐中国产品也为中国电梯的崛起提供了机会。目前我国节能电梯技术在某些方面已经达到了国际领先水平，但是节能电梯的普及率还很低，可节电30%以上的无齿轮电梯普及率不及10%，可以能源再生的造能电梯普及率不及2%。因此专家预计，节能电梯市场会在“十一五”期间进入快速增长期。节能电梯从2001年开始进入我国办公楼、住宅楼、酒店

16、等场所，经过5年的发展，全国的无齿轮电梯市场从几千台增长到近6万台。目前我国已超过日本成为世界最大的新装电梯市场。由于房地产业、城市公共建设等产业发展迅速，预计未来10年，我国的电梯市场仍将保持每年20%的递增速度，年平均销售额至少500亿美元。房地产市场快速发展，对电梯的需求继续扩大。专家估计未来50年我国新增住房面积将达到200亿平方米。目前国家规定20米以上高楼就应安装电梯，因此未来电梯最大的市场就是住宅市场。此外，机场、商场、地铁等大型公共设施建设对自动扶梯、观光电梯等电梯的需求量也十分可观。西部地区的小城镇建设速度加快。东部地区城市化经过20年的发展，有些发达地区城市化水平已达到80

17、%，基本饱和，甚至出现了逆城市化的趋势。而近年来西部地区国民生产总值的增长速度，已经与电梯需求高速发展所需的GDP水平相吻合。电梯更新进入高峰期。虽然国家对电梯寿命目前没有提出强制标准，但是按国外电梯使用寿命的惯例，一般日本系列电梯设计寿命为15年，欧美电梯设计寿命为25年。根据我国电梯选购的实际情况，采用日本系列产品或技术的比例大约有60%以上，国内在1990年前安装的日系电梯已经全部到了更新期。而且1990年以前的电梯生产技术相对比较落后，电梯的耗电水平是现在节能电梯的三到四倍。按电梯使用寿命及15年前电梯安装数量看，预计2007年将有 15000至20000台电梯需要更新。电梯节能潜力巨

18、大，电梯和空调被认为大型建筑两大耗能大户。据了解，目前我国星级酒店每平方米平均年耗电量为150千瓦时，一座3万5万平方米的星级酒店，其年总能耗大约相当于3000至4000吨标准煤，其中将近一半用于电梯供电。电梯行业协会统计，2005年在我国所有使用的电梯中如果有80%采用节能电梯，全年可以节约耗电122亿千瓦时。如果2015年全部采用节能电梯，将节电800亿千瓦时，几乎等于三峡大坝一年的发电量。1.4电梯的发展趋势（1）环保：绿色理念是电梯发展总趋势。有专家预言“谁最先推出绿色产品并抢占市场，谁就掌握市场竞争主动权”。发展趋势主要有：不断改进产品的设计，生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水

19、、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等无润滑油污染曳引方式。电梯装璜将采用无（少）环境污染材料。电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。安装电梯将无需安装手脚架。电梯零件在生产和使用过程中对环境没有影响（如刹车皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。（2）蓝牙技术在电梯上应用。安装过电梯的人都知道放线、对线是费时、费力、极容易错的工作。如果控制屏与召唤系统通过蓝牙技术连接起来实现无线召唤将会是电梯控制的另一场革命同时为我们带来巨大好处。A：安装期将减少30以上，其直接好处是降低安装成本，客户也因从订梯到使用电梯周期费用减少和提高现金周转率。B:在

20、电梯上使用蓝牙技术一定会使电梯控制系统大量使用最新最快微机，这将会进一步提高电梯整机可靠性，故障率大大降低，控制精度也进一步提高，带来的结果是电梯更加舒适，平层更加准确。C:很好地解决了电梯控制与外围设备的兼容和联系。特别是可以把电梯和扶梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。2可编程控制器2.1 可编程控制器的特点A:抗干扰能力强，可靠性高。B:控制系统结构简单、通用性强、应用灵活。C:编程方便，易于使用。D:功能完善，扩展能力强。E:PLC控制系统设计、安装、调试方便。F:维修方便，维修工作量小。G:体积小、重量轻、是“机电一体化”特有的产品。2.2 可编程控制器的组成与工作原理2.2

21、.1可编程控制器的组成可编程控制器主要由中央处理单元（CPU）、I/O接口、I/O扩展接口、存储器（RAM、ROM）、电源等几部分组成，其结构框图如图2-1所示。 图2-1 PLC硬件系统结构2.2.2可编程控制器的工作原理PLC的工作方式 PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC

22、运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。实际上，PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。 自诊断：每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括I/O部分、存储器、CPU等，并通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，如果发现异常，则停机并显示出错。若自诊断正常，则继续向下扫描。 通讯服务：PLC检查是否有与编程器、计算

23、机等的通讯要求，若有则进行相应处理。输入处理：PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入缩存器中写入所有输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区输入状态映像区中，这一过程称为输入采样，或是如刷新，随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入端有变化，输入映像区的内容也不会改变。变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。 输出处理：同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区。当程序的所有指令执行完毕，输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行

24、器件工作，这就是PLC输出刷新阶段。 程序执行：PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区读出输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为I/O刷新。可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称做集中采样、集中输出。 扫描周期：扫描周期即完成一次扫描（I/O刷新、程序执行和监视服务）所需要的时间，由PLC的工作过程可知，一个完整的扫描周期T应为： T等于（输入一点时间输

25、入点数）+（运算速度程序步数） +（输出一点时间输出点数）+监视服务时间扫描周期的长短主要取决于三个要素：一是CPU执行指令的速度；而是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长度。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。现在厂家生产的基型PLC的一个扫描周期大约为10ms，这对于一般的控制系统来说完全是允许的，不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力，这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行。PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短期的，由于系统响应慢，往往要几个扫描周期才响应一次，多次扫描因瞬时干扰而引起的误动作将会大大减少，从

26、而提高了系统的抗干扰能力。但是对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时还需要采取一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应带来的不良影响。3 硬件设计3.1四层电梯控制要求：上行要求：当电梯停于1层或2层、或3层时，按S4按钮呼梯则电梯上升至LS4停。当电梯停于1层，若按S2按钮呼梯，则电梯上升LS2停，若按S3按钮呼梯，则电梯轿箱上升至LS3停。当电梯停于2层，若按S3按钮呼梯，则电梯上升到LS3停。当电梯停于1层而S2、S3按钮均有人呼梯时，电梯上升到LS2暂停5秒后继续上升到LS3停。当电梯停于2层，而S3、S4按钮均有人呼梯时，电梯上升到LS3暂停5秒后继

27、续上升到LS4暂停。当电梯、停于1层，而S2、S4按钮均有人呼梯时，电梯上升到LS2暂停5秒后，继续上升到LS4停。当电梯停于1层，而S3、S4按钮均有人呼梯时，电梯上升到LS3暂停5秒后继续上升到LS4停。当电梯停于1层，而S2、S3、S4按钮均有人呼梯时，电梯上升到LS2暂停5秒后继续上升到LS3暂停5秒后继续上升到LS4停。下行要求：当电梯在4层或3层或2层时，按S1呼梯，则电梯下降到LS1停。当电梯停于4层，若按S3呼梯，则电梯下降到LS3停，若按S2呼梯，则电梯下降到LS2停。当电梯停于3层，若按S2按钮呼梯，则电梯下降到LS2停止。当电梯停于4层，而S2、S3按钮均有人呼梯时，电梯

28、下降到LS3暂停5秒后继续下降至LS2停。当电梯停于4层，而S3、S1均有人呼梯时，电梯下降到LS3暂停5秒，继续下降到LS1停止。当电梯停于4层，而S3、S2、S1按钮均有人呼梯，则电梯下降到LS3暂停5秒继续下降到LS2暂停5秒后，继续下降到LS1停止。当电梯停于3层，而S2、S1按钮均有人呼梯，则电梯下降到LS2暂停5秒后继续下降到LS1停止。当电梯停于2层，而S1、S3、S4按钮均有人呼梯，则电梯先下降至LS1暂停5秒后，再上升。当电梯停于3层，而S1、S2、S4按钮均有人呼梯，则电梯先下降至LS2暂停5秒后，继续下降到LS1暂停5秒，再上升至LS4停止。注：选择方向与运行方向不一致时

29、，呼叫无效，内选同上。3.2 输入输出分配表及接线图3.2.1输入输出分配表表3-1 I/O分配表序号名称输入点序号名称输出点0一层平层I0.00电梯上行记忆Q0.01二层平层I0.11电梯下行记忆Q0.12三层平层I0.22电机正转Q0.23四层平层I0.33电机反转Q0.34内呼一楼I0.44内呼一楼指示Q0.45内呼二楼I0.55内呼二楼指示Q0.56内呼三楼I0.66内呼三楼指示Q0.67内呼四楼I0.77内呼四楼指示Q0.78一层外呼上行I1.08一层外呼上行指示Q1.09二层外呼上行I1.19二层外呼上行指示Q1.110三层外呼上行I1.210三层外呼上行指示Q1.211二层外呼下

30、行I1.311二层外呼下行指示Q1.312三层外呼下行I1.412三层外呼下行指示Q1.413四层外呼下行I1.513四层外呼下行指示Q1.514手动开门I2.014门电机正转Q1.615手动关门I2.115门电机反转Q1.716开门限位I2.217关门限位I2.318电梯上升极限位I2.419电梯下降极限位I2.53.2.2 统计输入、输出点数并选择PLC型号本系统为四层楼的电梯,采用集选控制方式。所需输入/输出点数与内存容量估算如下:1输入/输出点的估算：输入点共有20个，输出点共有16个,总共36个2. 内存容量的估算本系统有开关量I/O总点数有30个，模拟量I/O数为0个。利用估算PL

31、C内存总容量的计算公式: 存字数=开关量I/O总点数(1015)+模拟量I/O总点数(150250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约1K字节的内存容量。综合I/O点数以及内存容量，S7200的CPU226输入，输出点数为2416，足以满足要求。3.2.3输入/输出端子接线本设计的PLC外部接线图如图3-1所示.CPU226CN的传感器电源24V(DC)可以输出600mA电流，通过核算在本设计中PLC容量完全满足要求，CPU226CN的输出继电器触点容量为2A，电压范围为530V（DC）或5250V（AC）图3-1外部接线图3.2.4梯形图设计 1外召唤信号登记及消除。 2 内指令信号登