PLC电梯控制系统.docx
- 文档编号:28973699
- 上传时间:2023-07-20
- 格式:DOCX
- 页数:49
- 大小:571.09KB
PLC电梯控制系统.docx
《PLC电梯控制系统.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PLC电梯控制系统.docx(49页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
PLC电梯控制系统
分类号TP273单位代码11395
密级学号0905230136
学生毕业设计(论文)
题目
基于西门子系列PLC电梯控制系
统设计
作者
院(系)
能源工程学院
专业
电气工程及其自动化
指导教师
答辩日期
2013年6月1日
榆林学院
毕业设计(论文)诚信责任书
本人郑重声明:
所呈交的毕业设计(论文),是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。
毕业设计(论文)中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。
尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人毕业设计(论文)与资料若有不实,愿意承担一切相关的法律责任。
论文作者签名:
年月日
摘要
近些年,社会科技高速发展,人们生活水平迅速提高,各个地方的高楼、大型建筑物如雨后春笋般的迅速建立。
而电梯就是各个建筑物中不可缺少的垂直交通工具。
它的广泛应用使得人们的日常生活更为方便、舒适。
电梯采用传统的继电器控制已经不能满足人们的要求,可编程控制器也就相应而生,为人们广泛使用。
可编程控制器(ProgrammablelogicController,简称PLC)是专门在工业环境下应用而设计一种数字运算操作的电子系统,其可靠性高,抗干扰能力强;响应速度快;体积小,质量轻,能耗低。
本设计就基于西门子系列PLC的电梯控制的工作原理和设计方法进行了系统的研究。
本设计以四层电梯控制设计分析为例,重点分析电梯的硬件设计和软件设计部分,根据设计硬件设计思路和软件设计思路选取合适的器件和编程语言完成电梯控制系统。
本文选用S7-200系列控制器作为主控元件,配合继电器、电机等完成硬件电路设计,选用简单易懂的梯形图语言进行软件设计。
通过硬件电路和软件设计实现四层电梯上行、下行、各层准确停车等的功能。
关键词:
S7-200系列PLC;电梯;梯形图语言
BasedontheSiemensSeriesPLCElevatorControlSystemDesign
ABSTRACT
Socialhighspeeddevelopmentofscienceandtechnologyovertherecentyears,therapidincreaseofpeople’slivingstandard,differentpartsoftallbuildings,bigbuildingshavemushroomedrapidlydevelop.Theelevatorisindispensabletoallbuildingsintheverticaltransportation.Thewideapplicationofitmakespeople’sdailylifemoreconvenientandcomfortable.Elevatoradoptsthetraditionalrelaycontrolhasnotmeettherequirementsofpeople,theprogrammablecontrollerisappropriate,widelyusedforthepeople.PLC(ProgrammablelogicController,hereinafterreferredtoasPLC)isspecializedinindustrialenvironmentapplicationanddesignakindofdigitalcomputingoperationselectronicsystem,itshighreliability,stronganti-interferenceability;Fastresponse;Smallvolume,lightquality,lowenergyconsumption.ThisdesignisbasedonSiemensseriesPLCelevatorcontrolsystemworkingprincipleanddesignmethodsfortheresearch.
Thisdesignwithfourlayersofelevatorcontroldesignandanalysisasanexample,mainlyanalyzesthehardwaredesignandsoftwaredesignoftheelevator,accordingtothedesignofthehardwaredesignandsoftwaredesign,selectionofsuitabledevicesandprogramminglanguagetocompletetheelevatorcontrolsystem.ThisarticleselectstheS7-200seriescontrollerasthemasterdevice,relay,motorandothercompletehardwarecircuitdesign,choosessimpleladderdiagramlanguageforsoftwaredesign.Fourlayersareimplementedbyhardwarecircuitandsoftwaredesignofthefunctionofelevator,suchasupward,downwardandthelayersofaccurateparking.
Keywords:
S7-200seriesPLC;Elevator;LadderDiagram
目录
摘要I
ABSTRACTIII
1绪论1
1.1课题的研究背景及意义1
1.2电梯在国内外的发展状况1
1.3课题的研究内容及方向2
2四层电梯控制方案总体设计3
2.1电梯的基本结构简介3
2.2总体方案设计选择4
2.3四层电梯控制要求5
2.4四层电梯设计思路5
2.5本章小结6
3系统的硬件设计7
3.1控制系统结构设计7
3.2可编程控制器的选择7
3.2.1可编程控制器概述7
3.2.2可编程控制器产品简介8
3.2.3可编程控制器的选型9
3.3西门子S7-200系列PLC系统配置与指令系统9
3.3.1西门子S7-200系列PLC的系统配置9
3.3.2S7-200系列PLC指令系统9
3.3.3CPU的选型10
3.3.3编程应用10
3.4主电路设计11
3.5控制电路设计12
3.5.1I/O(输入/输出)端口分配12
3.5.2PLC外部接线12
3.6本章小结13
4系统的软件设计15
4.1PLC编程语言15
4.2STEP7-Micro/WIN编程软件简介15
4.3程序设计18
4.3.1初始化程序18
4.3.2外呼叫信号记忆及显示18
4.3.3平层信号记忆及显示21
4.3.4内呼信号记忆23
4.3.5电梯下行信号及显示24
4.3.5电梯上行信号26
4.3.6开关门信号27
4.4本章小结30
5系统调试仿真31
5.1仿真软件简介31
5.2电梯程序的PLC仿真32
5.3本章小结37
6总结与展望39
参考文献41
致谢43
1绪论
1.1课题的研究背景及意义
随着社会科技的快速发展,尤其是在新中国成立以后,我国改革开放以来,社会发展十分迅速,各地的高楼大厦、大型建筑物如雨后春笋般迅速的矗立,而电梯就是这些建筑物中不可或缺的垂直交通工具。
人们在日常生活中对电梯的安全性、舒适性、高效性、快速性、可靠性等的不断追求及期待推动了电梯技术的进步。
近年来,随着人们生活水平的不断提高,高层住宅迅速增加,更使得人们有很大部分时间都是出入于高楼之中,电梯便显得尤为重要了。
而人们对电梯的要求也越来越高。
实际上电梯是根据外部指示信号以及自身控制规律运行的,由于电梯是一个人机交互式的控制系统,所以受人控制的外部指示则是随机的。
目前,由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统正随着科学技术的不断发展进入一个全新飞速发展的阶段。
可编程控制器(ProgrammablelogicController,简称PLC)是专门在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子系统,是集计算机控制技术、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。
可编程控制器的特点有可靠性高,抗干扰能力强;响应速度快;体积小,质量轻,能耗低。
通过PLC控制电梯,可以实现以往早期由继电器实现的逻辑控制功能,而且最大的优点是可编程控制器的“可编程”功能,使得当电梯的控制功能改变时,仅仅需要简单的进行程序更改,而无需像继电器系统那样繁琐的更改硬件和接线。
采用PLC控制电梯,实现电梯的运行速度变快、反应时间缩短和停层的准确度提升到一定的水平,电梯的自动化程度、性能、可靠性、运行效果得到更为显著提高。
1.2电梯在国内外的发展状况
人类利用升降工具运输货物、人员的历史十分悠久。
1982年,美国的伊莱莎·格雷夫斯·奥的斯——电梯的鼻祖研制出带有安全制动的升降机。
七年后,奥的斯公司制造出第一个使用电梯,其采用的动力为直流电动机,通过涡轮减速器来带动卷筒上面绕着的绳索,悬挂电梯同时升降电梯。
1902年瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯。
1950年,美国奥的斯公司制成了安装在高层建筑外面的观光电梯。
至今,世界上运行最快且运行距离最长的电梯:
由蒂森克虏伯电梯公司生产安装的迪拜哈利法塔电梯,速度达每秒17.4米(1050米/分,603.0公里/39.1英里小时)。
现代社会国外电梯的规格齐全,既有用量大、使用面广泛、价格实惠的“标准化”或者“规格型”的常用电梯。
也有些是为了巩固社会地位、竞争权益的“拔尖”产品,种类各式各样。
芬兰通力电梯公司已进入试验阶段的“SuperEco太阳能电梯”是将太阳能电动机在光伏发电系统的井道中运行,光伏发电井道提供电梯运行所需之电能。
通过光伏电池将光能转化为电能,可靠性高,不产生废气和噪音,环保,很具有发展前景。
在我国,20世纪80年代初期,电梯市场和技术开始发展。
至今,电梯已经服务于中国有100多年了,而其迅速的发展则是在我国实行改革开放之后。
1907年,奥的斯公司在上海的汇中饭店(今和平饭店南楼,PeacePalaceHotel)安装了两部电梯,这两部电梯是中国最早的电梯。
1951年冬天,党中央提出了要在北京天安门安装一部属于中国人自己制造的电梯,四个月之后第一部由中国人自己设计、制造的电梯诞生了。
该电梯的载重量为1000千克,速度为0.70米/秒,交流单速、手动控制。
2001年9月20日,经国家批准,中国电梯行业第一家企业博士后科研工作站举行了挂牌揭幕仪式。
虽然与外国的先进技术和高端水平相比,中国还是有些的差距的,但是国内电梯技术正在迅猛发展以赶上国际先进水平。
中国电梯也在亚洲市场占领了比较重要的地位,每年的销售量甚至已经达到1万台,约占亚洲市场的1/50,这是不容小觑的。
近年来,我国电梯行业不断壮大,越来越多的人才投入到电梯研究中。
随着时代的发展提倡对电梯进行豪华性装饰:
在轿厢内播放电视节目、歌曲、广告等。
现代社会要求电梯实现可靠安全性高、可控制操作性强、舒适感足够等各种要求。
科技不断发展,电梯行业也没有停下过前进的脚步。
电梯的材质、类型、样式、操纵方式等等都发生了翻天覆地的变化。
以前一台电梯单独控制运行,而现在已经可以实现多台电梯并联控制,智能群控。
在大街上、商场里、大型购物中心等采用了人行道自动扶梯,大大节约走路时间,也减轻了人们上下楼梯的疲劳;还有圆形透明观光电梯更让乘客不在处于单调、狭小的封闭式空间里,而是可以观赏外面的美景。
1.3课题的研究内容及方向
在了解电梯的发展背景和国内外发展状况的前提下,设计一种基于PLC的电梯控制系统,以满足人们生活的日常需要。
本设计以四层电梯控制设计分析为例,重点分析电梯的硬件设计和软件设计,根据设计需要选择合适的变频器、可编程控制器、交流电动机等来组成电梯控制系统的硬件设计,采用简单易懂的梯形图语言来设计系统的软件部分,通过硬件和软件设计完成设计,实现高速、安全、方便的电梯控制系统。
2四层电梯控制方案总体设计
发展至今电梯的种类繁多,组成较为复杂。
本章将进行电梯控制方案总体设计,对比三种主要控制方式的优缺点并选择适合的方案,主要介绍四层电梯运行方式及控制方式,画出四层电梯系统控制图。
2.1电梯的基本结构简介
尽管电梯的种类繁多,但它的基本结构主要都是由以下各装置部件组合而成的:
(1)拖动装置
拖动装置主要包括由曳动电动机、电磁制动器、齿轮减速器、曳引轮、底座等组成的曳引机及机架、减振垫和人工盘车用的盘车手轮等等。
(2)悬挂装置
悬挂装置主要是指曳引钢丝绳及其绳头组合部件。
(3)容载装置
容载装置即轿厢,是电梯直接用于载人或装运货物的工作部件。
(4)平衡补偿装置
平衡补偿装置包括对重装置、补偿链或补偿绳,以此与桥厢构成了电梯的重量平衡系统。
(5)导向装置
导向装置由导轨架、导轨和导靴等部件组成。
(6)选层和平层装置
(7)层门及召唤装置
层门及召唤装置包括层门、层门地坎、门套、外召唤盒及层门楼层指示灯或数码显示器等。
(8)安全装置
安全装置包括限速器、安全钳、缓冲器、终端限位保护装置、门联锁装置、安全触板、超载报警装置、过载短路及相序保护装置、主电路方向接触器联锁装置、接地保护系统等。
(9)电气控制装置及其线路
电气控制装置及其线路包括电源配电盘及主开关、控制柜(信号柜)、井道中间接线盒、随行电缆等[2]。
图2-1为电梯各机构的组成。
图2-1电梯的组成
2.2总体方案设计选择
电梯控制技术是指电梯的传动系统及操纵系统的电气自动控制。
随着科学技术的不断发展,时代不断进步,电梯控制技术也经历了从初期简单单一到现在复杂多样,控制方式也有了很大的进步,目前主要的控制方式有以下二种:
一、继电器控制方式
传统的电梯逻辑控制系统由继电器线路组成。
其在使用时有很多问题,如:
故障率比较高、维护较困难、控制体积大。
因而近几年微机和可编程控制器组成的电梯逻辑控制系统已成为主要的发展方向。
不同的使用场所渐渐都用微机和可编程控制器代替了继电器成为电梯逻辑控制方式。
继电器控制方式的电梯已经近乎停产,退出了人们的生活。
二、可编程控制器(PLC)控制方式
可编程逻辑控制器是一种专门设计的从事逻辑控制的计算机系统。
因为可编程逻辑控制器具有编程简单、维修方便、体积小、可靠性高、成本低等特点,因而广泛地引用在工业控制方面。
二十世纪八十年代中后期我国开始在电梯行业引入可编程逻辑控制器。
综上所述,可以看出不同的控制方式都有自己的优缺点。
继电器控制:
继电器控制作为一种传统的控制方式,动作有寿命限制,尤其是当系统中某一个元件发生故障都有可能会导致整个系统崩溃,故障易扩大化,所以,已经慢慢退出人们的生活,逐渐被微机和可编程逻辑控制器所取代。
可编程逻辑控制器,智能化高,可靠性高,具有通讯功能,体积小,功耗小等的特点;可编程逻辑控制是目前较为主流的控制方式,它与前者相比有较为突出的特点、优势[3]。
因而本设计选用PLC对四层电梯惊醒控制。
2.3四层电梯控制要求
通过PLC控制电梯,可靠性高、智能性高、便于维护和修理。
具体功能如下:
(1)电梯内外都有当前楼层显示。
(2)各楼层外召唤按钮。
(3)行车方向由内选信号决定,顺向优先执行。
(4)行车途中遇呼梯信号时,顺向截车。
(5)行车途中遇呼梯信号时,反向不截车。
(6)内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。
(7)到站有自动铃响提示,自动开门数秒自动关门。
(8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。
(9)无呼梯信号时,电梯自动关门待客。
2.4四层电梯设计思路
通过PLC控制四层电梯的运行,可以实现电梯上行、下行、预定楼层准确停车等功能。
具体工作运行方式为:
电梯厅内外均有呼叫按钮,选择目的楼层和运行方向,乘客已经进入或者离开电梯,电梯可以自行检测关门也可以乘客手动关门,检测门关好了,电梯开始运行,到达预定楼层停站铃响提示楼层,电梯自动开门也可以手动开门,在电梯运行途中,厅外呼叫信号,顺向截车,反向不截车。
在电梯行驶过程中,手动开门无效。
无呼梯信号时,电梯自动关门待客。
电梯控制系统图如图2-2所示。
图2-2电梯系统框图
2.5本章小结
本章对比了传统控制方式和新兴控制方式的优缺点,选用目前较为流行的可编程控制器(PLC)控制方式进行此次四层电梯控制系统设计。
同时详细的讲解了电梯的结构及其运行工作方式,为本设计的深入研究打下了坚实的基础。
3系统的硬件设计
可编程控制器是以微机处理器为基础,综合计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。
本章将完成可编程控制器的选择、变频器选型、主电路设计、I/O分配以及PLC外部接线,完成四层电梯控制系统的硬件设计部分。
3.1控制系统结构设计
电梯信号的控制大致都是由PLC软件实现的,电梯信号控制系统如图4-1电梯PLC信号控制系统框图所示,输入到PLC的控制信号有:
运行方式选择、运行控制、轿厢内指令、层站召唤、安全保护信息、开关门及限位信号、门区和平层信号等。
图3-1电梯系统框图
3.2可编程控制器的选择
3.2.1可编程控制器概述
可编程控制器(ProgrammableController,PC,又称为PLC)是以微机处理器为基础,综合计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。
它是具有存储控制程序的存储器,能够按照控制程序,将输入的开关量或模拟量进行逻辑运算、定时、计数和运算等处理后,以开关量或模拟量的形式输出。
PLC具有强大的控制功能。
开关控制量是PLC的基本功能,可以实现各种简单和复杂的逻辑控制,常用于取代传统的继电器控制系统;PLC通过内部配置的A/D和D/A转换模块,可以实现工业生产过程中如温度、压力、流量、液位等模拟量控制;可以通过配置的PID单元或模块,对控制过程中的某一变量实现闭环控制;除此之外,PLC具有较强的定时控制、计数控制、顺序控制等功能,并实现数据处理和通信联网,从而构成“分散控制,集中管理”的分布式控制系统,实现工业控制自动化。
可编程控制器之所以能够得到迅猛的发展和广泛的应用,主要由于PLC是专门为在工业环境下应用而设计的,具有面向工业控制的鲜明特点。
(1)可靠性高、抗干扰能力强
PLC在设计中就强化了其抗干扰能力,对电噪声、电源波动、震动、电磁干扰等有较强的抗干扰能力,能抗1000V、1us的脉冲干扰,能在高温、高湿以及空气中存有各种腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠工作,具有较强的抗电源干扰能力。
(2)通用性强、灵活性好、功能齐全
目前,PLC产品已经系列化、模块化、标准化,能方便灵活的组成大小不同、功能不同的控制系统,通用性强。
几乎可以满足所有控制场合的需求。
(3)编程简单、使用方便
PLC在基本控制方面采用“梯形图”编程语言,与继电器控制电路图相呼应,形式简练、直观。
使用梯形图、功能图、语言表等编程语言,并可以实现有条件地相互转化,使用极其方便,便于工程人员接受。
(4)模块化结构、安装简单、调试方便
PLC的各个部件,包括CPU、电源、I/O模块等均采用模块化设计,由机架和电缆将各个模块连接起来。
(5)网络通信
PLC的体积虽然较小,但PLC能够提供标准的通信接口,可以方便地进行网络通信,并且耗能低,便于实现机电一体化[4]。
3.2.2可编程控制器产品简介
可编程控制器(ProgrammableController,PC,又称为PLC)种类繁多,结构形式各有不同,有整体式、模块式和叠装式几种结构。
一、德国西门子公司(SIEMENS)S7系列产品
德国西门子公司是欧洲最大的电子与电器设备制造商,生产的SIMATIC可编程控制器在欧洲具有领先水平。
SIMATICS7系列是西门子公司1996年推出的新型PLC产品,它包括小型S7-200、中型S7-300、大型S-400这三个子系列。
其中结构紧凑、价格低廉的S7-200适用于小型自动化控制系统;紧凑型、模块化的S-300适用于高速过程控制或对数据处理能力有特殊要求的中小型自动化控制系统中。
功能齐全的S7-400适用于大、中型自动控制系统。
S7系列可编程控制器采用STEP7编程语言,配有WINDOWS版的STEP7-Micro/WIN32编程软件,方便快捷。
此外,西门子公司1996年还推出了超小型PLC产品LOGO系列,可用于小型控制系统,简单经济实用。
二、欧姆龙(OMRON)公司PLC产品介绍
日本欧姆龙(OMRON)公司生产的C系列可编程控制器有多种机型,可以配置成10~2048个I/O点。
小型PLC一般为整体式结构,由基本单元和扩展单元组成各种不同规模的控制系统。
大中型PLC做成模块式。
按性能和规模可以分为基本型(C20)、普及型(P型机)和增强型(H型机)3种类型[5]。
目前,PLC的种类繁多,各自的功能也不尽相同,但基本原理相似。
3.2.3可编程控制器的选型
本设计选用结构紧凑、价格低廉的S7-200系列PLC,四层电梯控制系统控制较为简单、方便。
选用适用于小型自动控制系统的S7-200PLC。
西门子公司S7-200系列PLC是一种叠装式结构的小型PLC,它指令丰富、功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑、便于扩展、性能价格比高[6]。
3.3西门子S7-200系列PLC系统配置与指令系统
3.3.1西门子S7-200系列PLC的系统配置
S7-200PLC系统由基本单元(S7-200CPU模块)、个人计算机或编程器、STEP7-Micro/WIN32编程软件以及通信电缆等构成,形成一个完整的编程与开发系统。
构成S-200PLC系统的基本单元为S7-200CPU模块,也称主机。
它由中央处理器、电源以及数字量输入、输出单元组成,基本单元可以构成一个独立的控制系统。
S7-200PLC主机的型号规格种类较多,S7-200PLCCPU22X系列产品有:
CPU221模块、CPU222模块、CPU223模块、CPU224模块、CPU226模块、CPU226XM模块[7]。
3.3.2S7-200系列PLC指令系统
S7-200PLC有两个指令集:
IEC1131-3指令集和SIMATIC指令集。
SIMATIC指令集是西门子公司为S7-200设计的编程语言,支持梯形图(LAD)、功能块图(FBD)和语言表(STL)编程语言,该指令集具有执行时间短等特点。
梯形图
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PLC 电梯 控制系统