基于PLC的五层电梯控制系统的设计.docx

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基于PLC的五层电梯控制系统的设计

摘要

随着大型和巨型楼宇的兴建,电梯得到了快速的发展。

在电梯逻辑控制方面,由于可编程控制器（PLC）具有编程软件采用易学易懂的梯形图语言、控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠、易操作、维修方便等特点,使可编程控制器（PLC）已全面代替原来的继电器控制。

将可编程序控制器（PLC）应用于电梯进行逻辑控制，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命.，同时缩短了电梯的开发周期。

这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务，其许多功能是传统的继电器无法实现的。

编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，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。

围绕这个目标，本文首先介绍了电梯的基本结构，接着论述了各主要环节的控制部分以及控制要求，然后着重介绍了基于西门子S7-200CPU224PLC的电梯控制系统程序开发过程，最后通过实验装置反复调试运行以及仿真。

经测试仿真调试，该基于PLC的电梯控制系统实现了预期的功能，圆满完成了此次毕业设计的任务。

通过这次锻炼，我积累了宝贵的经验，为以后的工作打下了良好的基础。

关键词：

可编程控制器，电梯控制

Abstract

Withtheconstructionoflargeandgiantbuildings,elevatorshavebeenrapiddeveloped.Intheelevatorlogiccontrol,programmablelogiccontroller（PLC）whoseprogrammingsoftwareladderlanguageiseasytolearnandeasytounderstand,withitsfeatureofcontrolflexibility,anti-interferenceability,stableandreliable,easytooperate,easytomaintain,programmablecontroller（PLC）hasbeenfullyreplacetheoriginalrelaycontrol.Itsappliedtotheelevatorlogiccontrol,greatlyimprovedtheelevatorreliability,maintainability,andflexibilitytoextendtheservicelife,whilereducingthedevelopmentcycleoftheelevator.Comparedwiththeoriginalelevatorcontrolsystem,theelevatorcontrolsystemcancompletemorecomplexcontroltasksmoreeasily,manyofitsfunctionscannotbeachievedbyconventionalrelays.PLC,whichisdedicatedtotheindustrialcontrolcomputer,thehardwarestructureisthesameasmicrocomputer,itusesaprogrammablememoryforitsinternallystoredprogram,whichcanperformthelogical,sequentialcontrol,timing,countingandarithmeticoperationswhichareuser-oriented,andcontrolvarioustypesofmachineryorproductionprocessesthroughdigitaloranaloginput/outputcontrol.

Aroundthisgoal,thisdesignfirstintroducesthebasicstructureoftheelevator,andthendiscussesthemajoraspectsofthecontrolsection,andcontrolrequirements,andthenputstheemphasisontheelevatorsystembasedonSiemensS7-200CPU224PLCprogramdevelopmentprocess,thefinalrunistothroughrepeatedtestingexperimentalsetupaswellassimulation.

Throughthetestedsimulationrun,theelevatorsysteminthePLCprogramhasachievedthedesiredfunction,Ifinishedthegraduationprojecttaskssuccessfully.Throughthisexercise,Ihaveaccumulatedvaluableexperienceforfutureworkandlaidagoodfoundationforthefuture.

Keywords:

programmablelogiccontroller，PLC,elevatorcontrol

第一章绪论

1.1课题研究的背景

电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。

电梯作为一种较为复杂的机电一全化设备，它由多许机械构件和电子、电气、大规模集成电路组成的微型计算系统及声、光控制部件所组成。

那么电梯到底有哪些功能呢？

我们从按下电梯的按钮到完成电梯的运行并走出电梯轿厢，实际上已包含了电梯的许多功能，如：

电梯的定向选层、电梯的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车、开关门。

还有检修功能、安全保护功能、消防功能、楼层显示等。

从电梯控制系统的实现方法分，电梯的控制系统经历了继电器控制、可编程序控制（PLC）、单片微机控制、多微机控制多种形式。

继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式，有控制逻辑线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往接触不良，所以电梯故障高，众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大。

随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制发生了限大的变化，因为微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器，而且使整个系统更加可靠，灵活性更加提高，功能大增强了。

但微机的集成度高，功能项目固化，一般维修人员及工程人员不能修改或增加其功能,只能回生厂家或用专用的工具。

可编程控制器取代继电器构成的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小。

最主要的是它的"可编程"功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可。

虽然PLC的编程语言需不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点一般维修及工程人员都能掌握,PLC电梯控制系统比较适用于小高层的楼房.

1.2电梯控制系统的研究现状

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有越来越广泛的应用，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。

随着经济的高速发展，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，这使得交流变频调速电梯控制系统已经进入一个崭新的时代。

实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。

从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。

国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC具有可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。

随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。

特别是随着技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。

在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。

1.3论文的主要内容

本篇课程设计所选择的是西门子SIMATICS7-200系列的PLC。

所采用的CPU模板是CPU22X系列CPU224。

CPU224本机集成了14点输入/10点输出，共有24个数字量I/O。

它可连接7个扩展模块，最大扩展至168点数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

CPU224有13K字节程序和数据存贮空间，6个独立的30KHZ高速计数器，2路独立的20KHZ高速脉冲输出，具有PID控制器。

CPU224配有1个RS-485通讯/编程口，具有PPI通讯、MPI通讯和自由方式通讯能力，是具有较强控制能力的小型控制器。

在设计过程中，利用了西门子S7-200的编程软件和仿真软件，并将这两种软件结合起来，达到了很好的效果。

此篇毕业设计总共分为五个章节：

第一章为绪论,把握整体着重介绍PLC电梯控制系统的研究背景及其发展现状以及论文的结构和主要内容；第二章主要介绍了整体结构、电梯物理模型的设计以及电梯控制方案的确定；第三章又详细的介绍了电梯控制系统硬件电路的设计；第四章进行软件的设计；第五章为软、硬件以及综合调试的过程。

第二章电梯物理模型的设计

2.1电梯的构造

电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，由轿厢及配重、拖动电机及减速传动机械、井道及其井道设备、召唤装置及其安全防护装置等构成。

轿厢是搭载乘客或者装货的部位，配重是为了改变电梯的电动机的负载特性以提高电梯安全性而设置的。

电梯主要用于多层建筑乘人或载运货物。

它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。

如图2.1所示为电梯拖动系统示意图,电梯的轿厢及其配重分居钢丝绳两端,钢丝绳挂在曳引轮上,曳引轮经减速机构由电动机拖动,从而实现了轿厢的上下运动。

图2.1电梯拖动系统示意图

井道是指建筑物中用于安装电梯并提供电梯运行的通道，轿厢及配重都是在井道中运行的。

井道在各楼层都设有门厅及其呼梯设备。

门厅有门厅门，厅门顶部有楼层指示器，用于指示电梯的运行方向及其电梯所在位置。

门厅内部还设有呼梯盒，用于在每层站召唤电梯，呼梯盒常常安装在厅门外距地面1m高左右的墙壁上,基站与顶站只有一个按钮,中间层站有