五层电梯模型plc控制系统毕业设计secret 2.docx

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五层电梯模型plc控制系统毕业设计secret2

江西理工大学应用科学学院

西门子PLC课程设计

专业：

班级：

：

姓名：

：

学号：

设计报告格式20分

设计内容60分

10分

10分

总计得分

封面

3

页面布局

5

目录格式

3

图表质量

4

间距、行距、字体

6

工艺过程分析

8

系统控制要求

8

I/O

分配

5

设备选型

5

电气原理图

系统程序设计

10

动手实践能力

10

总印象评分

10

主电路

8

控制电路

8

外围接线图

8

2012年06月

摘要

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在人们的生活中占有着越来越重要的地位。

本文结合PLC的性能，在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计。

论述PLC在电梯控制系统中的运用，研究并提出了基于西门子PLC（S7-200）的5层电梯控制系统设计的实现方案，通过合理的选择和设计，实现电梯指层、选层、选向手动和自动关门等基本功能。

关键字：

电梯;PLC;控制

ABSTRACT

withthecityconstruction'scontinuousdevelopment,theamountofhigh-risebuildingsisincreasingrapidly，whichmakestherolethatelevatorplayedinpeople'sdailylifebecomemoreandmoreimportant.Inthisthesis,basedontheintroductionofthebasicstructureoftheelevator,wedeeplyanalyzedhowtheelevatorworks,andemphasizedontheelevator'shardwareandsoftwaredesign.BystatingtheapplicationofPLCinthesystemofelevatorcontrol,weresearchedandworkedoutapracticalschemeof5layerelevator'scontrolsystembasedonSiemensPLC（s7-200）.throughtherationalselectionanddesign,wemanagertomaketheelevatorcarryoutthebasicfunctionsuchaslayerpointing,layerselecting,directionselecting,manualandautomaticdooroperation,etc.

keywords:

elevator,PLC,control

第一章PLC的概述

1.1PLC的概念

可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC或PC，在现代工业控制中占有重要地位。

本文对其基础知识进行简要介绍。

可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义：

“可编程控制器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。

可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。

为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（NationalElectricalManufactoryAssociation）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableController），并给PC作了如下定义:

“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。

用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。

一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。

”

随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。

当前用于工业控制的计算机可以分为几类，类如可编程序控制器、基于PC总线的工业控制计算机、基于单片机的测控装置、用于模拟量闭环控制的可编程调节器、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）

等。

PLC的应用广、功能强大、使用方便，是现代工业自动化的主要设备之一。

PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。

1.2PLC的发展阶段

虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：

1.早期的PLC（60年代末—70年代中期）

早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。

这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。

它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。

装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。

另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。

在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。

因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。

其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。

2．中期的PLC（70年代中期—80年代中后期）

在70年代微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。

美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。

这样，使PLC得功能大大增强。

在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。

在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。

并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。

3．近期的PLC（80年代中后期至今）

进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。

而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。

这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。

1.3PLC的组成及工作原理

1.3.1PLC各组成部件及作用

1.CPU——是PLC的核心部分。

与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。

其功能：

（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入

（2）象寄存器或数据寄存器；

（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；

（3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；

（4）在PC进入运行状态后：

 a）执行用户程序——产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路）

 b）进行数据处理——分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务

 c）更新输出状态——输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）

1.3.2存储器

 系统程序存储器——存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数，不能由用户直接存取。

 用户程序存储器——存放用户程序。

即用户通过编程器输入的用户程序，可以由用户直接存取。

 功能存储器（数据区）——存放用户数据

 PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。

 注意：

系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。

  3.I/O输入/输出部件（I/O模块：

接口电路、I/O映像存储器）

I/O输入/ 输出部件  ——CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。

PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：

 输入/输出电平转换

 电气隔离

 串/并行转换

 数据传送

 A/D、D/A转换

 误码校验

 其他功能模块

 I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。

通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。

4.编程器等外部设备

编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具

作用：

用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视

通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数

通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话

分类：

简单型——只能联机编程；只能用指令清单编程

    智能型——既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清单（语句表）、梯形图等语言编程。

常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程

 注意：

编程器不直接加入现场控制运行。

一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。

    其他外设：

磁盘、光盘、EPROM写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。

  5.电源

内部电源——开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。

    外部电源——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。

1.3.3PLC的工作原理

最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：

继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。

PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式—扫描技术。

这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。

（1）输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（2）用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

1.3.4PLC的扫描技术

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的

扫描速度重复执行上述三个阶段。

（1）输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（2）用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程

序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

（3）输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

1.5PLC的特点及功能

PLC的特点

（1）高可靠性

1、所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

2、各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。

3、各模块均采用屏蔽措施，

以防止辐射干扰。

4、采用性能优良的开关电源。

5、对采用的器件进行严格的筛选。

6、良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

7、大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

（2）丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，如：

交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：

按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀直接连接；另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

（3）采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC以外绝大多数PLC均

采用模块化结构PLC的各个部件包括CPU电源I/O等均采用模块化设计由

机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合

（4）编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说

不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握

（5）安装简单维修方便

PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现

场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行各种模块上均有运行和

故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。

1.6PLC的功能

　　1、数据采集与输出。

　　2、控制功能。

　包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。

　　3、数据处理功能。

包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。

　　4、输入/输出接口调理功能。

　具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。

　　5、通信、联网功能。

　现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或

RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成"集中管理、分散控制"的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。

通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。

　　6、支持人机界面功能。

提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。

允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。

　　7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。

第二章电梯的概述

随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，伴随建筑业的发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。

电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。

为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、管理电梯、维护好电梯。

2.1电梯的定义

电梯是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倾角小于15度的钢性导轨之间。

轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。

它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。

2.2电梯的分类

按用途分类：

（1）客梯代号K为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置.

（2）货梯代号H为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装置.

　　（3）客货梯代号L主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同.

　　（4）病床电梯代号B为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点.

　　（5）住宅电梯代号Z供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢内部装饰较简单.

　　（6）杂物电梯代号W供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置.

　　（7）船舶电梯代号C用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作.

　　（8）观光电梯代号G轿厢壁透明供乘客观光之用.

按驱动系统分类：

（1）交流电梯曳引电动机是交流电机.

　　当电机是单速时,称为交流单速电梯

　　当电机是双速时,称为交流双速电梯

　　当电机具有调压调速装置时,称为交流调速电梯.

　　当电机具有调压调频调速装置时,称为变频调速电梯.

（2）直流电梯曳引电动机是直流电机

　　分为直流有齿和直流无齿电梯.

　　（3）液压电梯靠液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置式.

　　（4）齿轮齿条式电梯（一般为工程电梯）

按操作控制方式分类

（1）门外按钮控制小型杂物电梯

（2）内外按钮控制自动门电梯

该电梯是一种乘客自己操作的电梯，电梯在各层站分别设有一个召唤按钮。

轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，某一层等待电梯的乘客按下召唤按钮，就能使不被占用的轿厢到来，电梯停靠时立即自动开门，乘客进入轿厢后，按下他要去的楼层的指令按钮，电梯就自动关门，自动行驶到该站。

每次停靠时，电梯自动进行减速、平层、开门。

（3）集选控制电梯

该电梯是一种乘客自己操作或有时也可以有专职司机操作的自动电梯。

电梯在底层和顶层分别设有一个向上或向下的，而在其它层站设有向上、下两个召唤按钮。

集选控制轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，当进入轿厢的乘客按下指令按钮，指令信号就被登记。

电梯在向上过程中按登记的指令信号和向上召唤信号逐一停靠，直到有这些信号登记的最高层站和有向下召唤登记的最底层为止，然后又反向向下安置指令及向下召唤信号逐一停靠。

每次停靠时电梯自动进行减速、平层、开门。

2.3电梯的主要机械部件

1、轿厢2、电梯门3、开关门机构4、层门门锁5、机械安全装置

电梯中限速器、安全钳装置是十分重要的机械安全保护装置。

它的作用在于：

因机械或电气的某种原因，例如断绳或失控使电梯超速下降时当下降速度达到一定限值时，将轿厢擎停在导轨上。

不论是限速器还是安全钳都不能单独完成上述任务。

上述任务的完成是靠它们的配合动作来完成的。

图2.1是电梯的基本结构剖视图及机械部件说明：

1-减速箱；2-曳引轮；

3-曳引机底座；4-导向轮；

5-限速器；　　　　　6-机座；

7-导轨支架；　　　　8-曳引钢丝绳；

9-开关碰铁；　　　10-紧急终端开关；

11-导靴；　　　　　12-轿架；

13-轿门；　　　　　14-安全钳；

15-导轨；　　　　　16-绳头组合；

17-对重，　　　　　18-补偿链；

19-补偿链导轮；　　20-张紧装置；

21-缓冲器；　　　　22-底坑；

23-层门；　　　　　24-呼梯盒；

25-层楼指示灯；　　26-随行电缆；

27-轿壁；　　　　　28-轿内操纵箱；

29-开门机；　　　　30-井道传感器；

31-电源开关；32-控制柜；

33-曳引电机；　　　34-制动器

图2.1

第三章电梯的电力驱动系统

3.1.电梯电力驱动系统的定义及构成

电梯的电力驱动系统分为两大类：

交流驱动系统和直流驱动系统，由以下几部分组成。

（请看图3.1）

图3.1

3.2电梯电力驱动系统的要求

电梯的电力系统要求是：

“快、稳、准”

3.3交流感应电动机的转速调节及