基于西门子s7200的plc四层电梯电气控制设计.docx

1、基于西门子s7200的plc四层电梯电气控制设计 江苏城市职业学院 毕业设计（论文）设计（论文）题目 基于西门子S7-200的PLC四层电梯电气控制设计 办 学 点 （系）专 业班级学号 学生姓名起讫日期地点指导教师毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：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。作 者

2、签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 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

3、，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 大学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。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日四层货梯的PLC控制【内容提要】： 本文介绍利用西门子S7-2OO可编程控制器编写的一个四层电梯的控制系统，利用MCGS组态软件制

4、作人机对话界面，检验电梯PLC控制系统运行情况。实践证明PLC可编程控制器和MCGS组态软件结合有利于PLC控制系统的设计、检测，具有良好的应用价值。向用户提供解决实际工程问题的方案。充分利用windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性在自动化领域有着更应用。本文利用MCGS组态软件检验电梯PLC控制系统的运行情况。为了能在激烈的国际化竞争中赢得先机，先进的设计软件是必不可少的。这就要求我们毕业生能积极认真学好目前最先进的设计方法和自动化技术，为我国的自动化行业做出自己的贡献。【关键字】 电梯 变频器 PLC控制 变频调速目录1概述1.

5、1 PLC的发展历程第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用

6、。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的PLC，我国在1974年也开始研制。70年代由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展

7、，形成了多种系列化产品。这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。在功能上，PLC可以代替某些模拟控制装置和小型机DDC系统。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。1.2 PLC组成及特点PLC的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部分及外部设备组成。除了硬件系统外，还需要软件系统的支持，它们相辅相成，却一不可，共同构成PLC。PL

8、C的软件系由系统程序和用户程序两大部分组成。PLC能如此迅速发展，除了工业自动化的客观需求外，还因为他具有许多独特的优点。他较好到解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。以下是其主要特点。（1）编程方法简单易学（2）功能强，性能价格比高（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强（4）可靠性高、抗干扰能力强（5）系统的设计、安装、调试工作量少（6）维修工作量小，维修方便（7）体积小、耗能低1.2.1 硬件的可靠性可编程控制是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制系统和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维修方便等一系列的优

9、点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业的三大支柱之一。一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。PLC的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部件及外部设备组成。各部分之间通过内部系统总线进行连接。CPU是PLC的核心部分，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作，它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。PLC的对外功能主要是通过各类接口模块的红外线，实现对工业设备和生产过程的检测和控制。PLC的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、质

10、量轻、效率高、抗干扰性能好。路串一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。1.2.2 编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。1.2.3 接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输

11、出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。1.2.4 可连接为控制网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为5002500m；另

12、一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M10Mbps，传输距离为5001000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。1.2.5 易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小 的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物

13、料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。1.3 PLC的工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理是基本

14、一致的。他通过执行用户程序来实现控制任务。但是，在时间上，PLC执行的任务是串行，与继电接触器控制系统中任务的执行有所不同。PLC采用循环扫描工作方式。在程序执行过程的周期中，程序对各个过程输入信号进行采样，对采样的信号进行运算和处理，并把结果输出到生产过程的执行机构中。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入

15、产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。但对控制时间要求较严格、响

16、应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。1.4 PLC的编程语言PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC提供的编程语言通常由三种：梯形图、指令表、功能图等。梯形图(LAD)编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC梯形图PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思

17、想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的。梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。指令表（STL）编程语言类似于计算机中的助记符语言，他是可编程控制器最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。顺序功能流程图（SFC）编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。使用它可以对具有并发、选择等复杂的系统进行编程。许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。1.5 PL

18、C在电梯上的应用随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以微处理器为核心组成的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。很多工厂的生产流水线、加工设备、船舶上货物的装卸装置、电梯的运行等都由PLC控制，只要把预定的控制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据输入各种指令，经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。 PLC在电梯中的应用也已很成熟。PLC作为主控制器，一方面要采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面要把采集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号

19、和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯的运行。我们利用PLC内的条件跳转和主控指令，把对电梯的控制程序划分为几个程序段：检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段。当给电梯送电时，PLC就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是否接通、厅门轿门是否关闭、电梯处在何种状态。正常自动状态时，PLC检测门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时，进入待机状态，此时一收到指令信号电梯即起动。当电梯到达减速楼层时, PLC程序是仿照继电器控制理念进行编制。2 程控制器的机型选择2.1 控制电磁阀等所需的I/O点数有电磁阀的

20、动作原理可知，一个单线圈电磁阀用可编程控制器时需两个输入及一个输出；一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出；一个比例式电磁阀需三个输入及五个输出。一个按钮需一个输入；一个光电开关要占用一个或两个输入点；一个信号占用一个输出点；而波段开关，有几个波段就占用几个输入点；一般情况，各种位置开关都要占用两个输入点。根据上面所述原理分析，本设计用到十个按钮，需要十个输入点。四个位置按钮，需要八个输入点。十六个信号灯，需要十六个输出点。2.2 内存估计用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数；用户的编程水平。2.2.1 内存利用率我们把一个程序段中的接

21、点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为利用率。2.2.2 开关量输入输出的点数一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为6：4。这方面的经验公司是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数*102.2.3 模拟量输入输出的总点数只有模拟量输入时： 内存字数=模拟量点数*100模拟量输入输出同时存在：内存拟量字数*2002.3 响应时间可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。系统响应时间=输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周

22、期。2.4 输入输出模块的选择模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。3 硬件设计3.1 硬件配置简介PLC产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领域的欢迎。特别是中小容量PLC成功取代了传统的继电控制系统，使得控制系统的可靠性大大提高。目前各国生产的PLC品种繁多，发展速度快。本文所用到的产品是S7-200系列的PLC作系列电梯的。在此简单的介绍该机型的一些技术指标。技术性能分为：一般性能，功能特性（基本单元），输入性能，输出性能和其它性能。3.

23、2 电梯控制系统电梯模拟系统如下图所示： 图3.2.1 电梯系统控制模拟图3.3 电气控制系统框图 图3.3.1输入与输出：图3.3.1中输出为：1、电动机；2、上下行接触器；3、快慢速接触器；4、位置指示；5、门锁。输入为：6、轿内指令；7、厅外指令；8、门区感应；9、手动开关门；10、楼层感应。PLC系统部分完成所设定的控制任务所需要的PLC规模主要取决于控制系统对输入，输出点的需求量和控制过程的难易程度3.4 输入输出的分配输入点：序号 名称 输入点0 一层行程开关 I0.01 二层行程开关 I0.12 三层行程开关 I0.23 四层行程开关 I0.34 四层呼叫按钮 I0.45 三层呼

24、叫按钮 I0.56 二层呼叫按钮 I0.67 一层呼叫按钮 I0.78 手动开关按钮 I1.69 手动关门按钮 I1.710 红外传感器 I2.211 红外传感器 I2.3输出点：序号 名称 输出点0 一层指示灯 Q0.11 二层指示灯 Q0.22 三层指示灯 Q0.33 四层指示灯 Q0.44 电动机正转指示灯亮 Q0.55 电动机反转指示灯亮 Q0.66 开门电机正转 Q0.77 开门电梯反转 Q1.0 图3.4.1 I/O接线图 4 软件设计4.1 程序流程图 图4.1 图4.24.2 电梯定向逻辑电梯的定向是根据电梯的上行请求信号、下行请求信号、电梯轿箱内请求信号、电梯当前所处位置等信

25、号来确定电梯继续运行的方向。电梯的定向是电梯控制中的重要逻辑。在以往电梯的定向逻辑中，一般都是将电梯各个层的上、下行请求信号、电梯轿箱内楼层请求信号、电梯当前楼层信号等综合到一条或几条语句中进行判断。这样一来，当楼层数目比较大时，每条语句的编程元件很多，不可避免的带来程序复杂，容易出错，调试麻烦，运行速度慢等问题。以下提出的用逻辑运算指令来进行电梯定向的方法可以比较好的问题。状态转换方式：电梯的方向只有上升、下降2个方向，但电梯也可能由于没有任何的上升或者下降请求信号而处于停止状态。在电梯的方向处理过程中，电梯只能在上升状态和停止状态或者下降状态与停止之间转换，例如当电梯由上升状态转为下降状态

26、时必须先由上升状态转换为停止状态以后再由停止状态转为下降状态。这样的处理方式对电梯的运行是很有意义的，以往的电梯控制系统中，当电梯响应完某个方向上的所有信号后，若所有剩余的信号都是反方向的，电梯立刻改变方向，此时，在原方向前方若出现新的呼叫信号，电梯将不会立刻应答，只是记忆该呼叫信号，而去响应换向后的方向上的呼叫信号，这样既不符合电梯选层的优先原则，又不能有效的节约能源。采用图4.2所示的状态转换方式，电梯在响应完某个方向上的所有信号后并不是立刻反向，而是保持该状态等待一段时间后进入停止状态，然后再反向响应相反方向的呼叫信号。对保持时间进行合理的选择，完全可以做到既不会使得电梯的换向过程显得迟

27、钝，又能有效的响应同方向的由于电梯的上升与下降状态之间需要通过“停止状态”该中间状态来转换，故在电梯的方向判断逻辑中需要考虑以下几种情况:(1)电梯处于上升状态在该状态下，当前楼层的上面有上升请求，当前楼层的上面有下降请求或者电梯轿箱内请求在当前楼层的上面，3个条件有1个和多个成立时，电梯继续处于上升状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。(2)电梯处于下降状态在当前楼层的下面有下降请求，当前楼层的下面有上升请求或者电梯轿箱内的请求在当前楼层的下面时，电梯继续处于下降状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。(3)电梯处于停止状态在当前层之

28、上有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的上面则置电梯为上升状态;相反，若在当前层之下有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的下面则置电梯为下降状4.3 电梯PLC控制系统设计4.3.1 楼层状态指示设计当电梯运行至某层有指令发出时，指示位置及指令。以二层为表4.3.1指示位置及指令表LDtwoselet二层内选择Stwoseatq,1二层内选择指示LDtwoup二层上呼Stwoupq，1二层上呼指示LDtwodown二层下呼S twodownq，1二层下呼指示LDtwoseat二层位置=twoseatq二层位置指示 4.3.2 电梯下行程序设计以电梯在三层

29、下行情况为例。当电梯的一或二层有指令时，将三层下行位置1，同时无上行，驱动电梯下行。程序说明如下： 电梯在三层时下行表4.3.2.1LDoneseletq一层内选择0twoseletq或二层内选择0oneupq或一层上呼0twodownq或二层下呼0twoupq或二层上呼ANseatq在三层位置时SV0.1.1置三层下行位电梯三层时下行表4.3.2.2LDV0.0有四层下行位0V0.1或有三层下行位0V0.2或有二层下行位AN up同时无上行=down电梯下行.4.3.3 电梯上行程序设计以电梯在二层上行情况为例。程序说明如下：电梯在二层上行 表4.3.3.1ADfourseletq四层选择0

30、threeseletq或三层选择0fourdownq或四层下呼0threedownq或三层下呼0threeupq或三层上呼Atwoseatq在二层位置时SV0.4.1置二曾上行位 电梯上行 表4.3.3.2 LDV0.3有一层上行位0 V0.4或有二层上行位0V0.5或有三层上行位ANdown同时电梯无下行=up电梯上行4.3.4 电梯到达时程序设计电梯到达某层时，将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序说明如下：电梯到达三层表4.3.4.1LDthreeseatq电梯到达三层Rthreeseletq,1复位三层内选择RV0.0.1复位四层下行RV0.3.1复位一层上行RV0.4.1复位二层上行LDthreeseatq电梯到达三层ANdown同时无下行Rthreeupq,1复位三层上行LDthreeseatq电梯到达三层ANup同时无上行Rthreedownq，1复位三层下行 4.4 四层电梯的梯形图设计图4.4.1图4.4.2图4.4.3图4.4.4图4.4.4图4.4.65 系统调试完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。5.1 硬件部分调试根据电气接线图安装接线