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1、 济源职业技术学院毕业设计 济源职业技术学院 毕 业 设 计题目 PLC电路控制电梯 系别 机电工程系 专业机电一体化 班级 机电0806 姓名 杨文辉 学号 08010604 指导教师 日期 2010.9.12010.10.15 设计任务书 设计题目PLC电路控制电梯技术要求1 每层电梯入口处设有上下请求开关各1个，电梯内设有乘客到达层次的数字开关。2 显示电梯当前所示的位置和电梯上下行及开门，关门状态。3 当没有信号时电梯停在一楼。设计进度要求第一周：上图书楼搜集资料，确定所设计的项目，并对其进一步的了解。第二周：给老师上报题目，并根据题目进行进一步深入的了解并搜集一些必要的资料。第三周：
2、对要设计的内容进行规划并着手设计。第四周：全面设计。第五周：把设计好的内容输入电脑并打印整理 指导教师（签名）： 摘 要随着我国经济的高速发展，自动控制技术也得到了迅猛发展，而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，在工业、商业和民用方面应用十分广泛，与人们的生活紧密相关。本文利用西门子S7200可编程控制器编写的一个五层电梯的控制系统，主要分析并叙述了电梯的控制运行情况。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统（早期安装的电梯多继电器控制系统）PLC控制系统微机控制系统。由于PLC具有稳定性抗干扰能力强设计配置灵活等特点。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制
3、系被许多电梯制造厂家普遍采用。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。本文就是详细介绍PLC的特点及整个设计过程。关键词：控制系统，电梯，西门子目 录1 电梯的发展分类规格参数51.1绪言51.2电梯的分类 61.3电梯的主要参数 71.4 电梯基本结构剖视图 82 可编程控制器的概述92.1 可编程控制器的产生92.2 PLC的分类及特点102.3 PLC的工作原理112.4 PLC的编程语言123 PLC在电梯中的应用143.1 电梯的启动所需条件143.2 电梯停车所需的
4、条件153.2 电梯停车所需的条件153.4 输入输出分配表163.5 程序的编写17致 谢 23参考文献241 电梯的发展分类规格参数1.1绪言1.1电梯在人类文化生活中的作用：随着人口的增长，科学技术日新月异的发展，人们物质文化生活水平的逐步提高，使建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆饭店办公楼居民楼鳞次栉比。完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的运输设备之一。1.2电梯的发展历程人类利用升降工具运输货物人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就是用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至
5、今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本上以人为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。英国科学家发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉汤姆逊研制出用液压驱动升降梯，液压的介质是水。在这些升降梯的基础上一代又一代富有创新精神的工程师们在不断敢进升降梯的技术。然而，一个关键的安全问题始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故。如今世界各大著名电梯公司各展风姿，不断进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控，智能远成监控，主机节
6、能，控制柜低噪音耐用，复合钢带环保一款集纳了人类在机械电子光学等领域最新科研成果的新型电梯竟相问世，让冷冰冰的建筑散发出人性的光辉，也让人们的生活变得更加美好。据悉，1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥蒂斯第一次向世界人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看到的高度，然后发出信号，领助手用斧砍断了升降机的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降机并没有坠毁，而是牢牢的固定在半空中奥蒂斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们，”站在升降梯平台上的奥蒂斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也想不到，这是人类历史上第一部安全升降梯。
7、中国最早的一部电梯出现在上海，并且由美国奥蒂斯公司于1901年安装。1932年由美国奥蒂斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行生产制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。如今，在我国任何一个城市，电梯都得到了广泛的应用。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。随着我国经济的高速发展，自动控制技术也得到了迅猛发展，而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，在工业、商业和民用方面应用十分广泛，与人们的生
8、活紧密相连，所以，电梯行业在当代社会也是一个备受关注的行业。1.2电梯的分类电梯的分类比较复杂，一般常从不同角度进行分类。1.1按用途分：1.乘客电梯为运送乘客而设计的电梯。主要用于宾馆、饭店、办公楼、大型商店等客流量大的场合。这类电梯为了提高运送效率，其运行速度比较快，自动化程度比较高，轿厢的尺寸和结构形式多为宽度大于深度，使乘客可以畅通的进出。而且安全设施齐全，装潢美观。2.载货电梯：为运送货物而设计的并通常有人伴随的电梯。主要用于两层楼以上的车间和各类仓库等场合。这类电梯的装潢不太讲究，自动化程度和运行速度一般比较低，而载重量和轿厢尺寸的变化范围则比较大。3.病床电梯：为运送病人而设立的
9、电梯。4.杂物电梯：供图书楼、办公楼、饭店运送图书、文件、食物等，并不允许人员进入的电梯。5.住宅电梯：供住宅楼使用的电梯。6.客货电梯：主要运送乘客，但也可运送货物的电梯，他与乘客电梯的区别在于轿厢内部的装饰结构不同。7.特种电梯：除了上述几种电梯外，还有为特殊环境、特殊条件、特殊要求而设计的电梯。如船舶电梯、观光电梯、防爆电梯、防腐电梯、车辆电梯等等。1.2 按速度分类：1.低速梯：速度V1.0m/s的电梯。2.快速梯：速度1.0m/sV2.0m/s的电梯。3.高速梯：速度V2.0m/s的电梯。1.3 按驱动方式分类：1钢丝绳式：曳引电动机通过蜗杆、涡轮、曳引绳轮、驱动曳引钢丝绳两端的轿厢
10、和对重装置作上下运动的电梯。2. 液压式：电梯通过液压系统驱动轿厢上下运行的电梯。1.4 按控制方式分类：1手动开关、接触器等控制的电梯。2由PLC控制的电梯。1.3电梯的主要参数1.额定载重量（：制造和设计规定的电梯载重量。2.轿厢尺寸：宽深高。3.轿门形式：封闭式双折门。4.额定速度（m/s）：制造和设计所规定的电梯运行速度。5.电气控制系统：包括控制方式、拖动系统的形式等。6.停层站数：凡在建筑物层内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。7.提升高度（：由底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。8.顶层高度（：由顶层端站楼面至机房或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。底坑深度（：由底层端
11、站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯运行越快，井底一般越深。井道尺寸（：宽深。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1.4 电
12、梯基本结构剖视图2 可编程控制器的概述2.1 可编程控制器的产生20世纪是人类科学技术讯猛发展的一个世纪，电器控制技术也由继电器控制过渡到计算机控制系统。各种工业用计算机控制产品的出现，对提高机械设备自动控制性能起到关键的作用。进入21世纪，各种自动控制产品在向着控制可靠、操作简单、通用性强、价格低廉的方向发展，使自动控制的实现越来越容易。自动控制装置的研究，是为了最大限度的满足人们及机械设备的要求。曾一度在控制领域占主导地位的继电器控制系统，存在着控制能力弱，可靠性能低的缺点，并且设备的固定接线控制装置不利于产品的更新换代。20世纪60年代末期，在技术浪潮的冲击下，为使汽车结构及外型不断改进
13、，品种不断增加，需要经常变更生产工艺。这就希望在控制成本的前提下，尽可能缩短产品的更新换代周期，以满足生产的需求，使企业在激烈的市场竞争中取胜。美国通用汽车公司1986年提出了汽车装配生产线改造项目控制器的十项指标，即新一代控制器应具备的10项指标：（1） 编程简单，可在现场修改和调试程序;（2） 维护方便，采用插入式模块结构；（3） 可靠性高于继电器控制系统；（4） 体积小于继电器控制柜；（5） 能与管理中心计算机系统进行通信；（6） 成本可与继电器控制系统相竞争；（7） 输入量是115V交流电压；（8） 输出量是115V，输出电流时2A，能直接驱动电磁阀；（9） 系统扩展时，原系统只需作很
14、小改动；（10） 用户程序存储器容量至少4KB。1969年，美国数字设备公司（DEC）首先研制出第一台符合要求的控制器，及可编程逻辑控制器，并在美国GE公司的汽车自动装置上试用成功。此后，这项技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。我国从1976年开始研制，1977年应用于工业控制。目前世界上已有数百家厂商生产可编程控制器，型号多达数百种。2.2 PLC的分类及特点2.2.1 PLC的分类目前，可编程控制器（PLC）产品种类很多，型号和规格也不统一。通常只能按照其用途、功能、结构、点数等进行大致分类。（1） 按点数和功能分类可编程控制器用于对外部设备的控制，外部信号的输入PLC运算结果的
15、输出都要通过PLC输入，输出端子来进行接线，输入输出端子的数目之和被称作PLC的输入、输出点数，简称I/O点数。为满足不同控制系统处理信息量的要求，PLC具有不同的I/O点数、用户程序存储量和控制功能。由I/O点数的多少可将PLC分成小型，中型和大型。小型PLC的I/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小，价格低的优点。适合小型设备的控制。中型PLC的I/O点数在2561024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂的逻辑控制和闭环过程控制。大型PLC的I/O点数在1024点以上，用于大规模过程控制，集散式控制和工厂自动化网络。各厂家可编程控制器产品的自我定义的
16、大、中、小各有不同。如有的厂家建议小型PLC为512点一下，中型PLC为5122048点，大型PLC在2048点以上。（2） 按结构形式分类根据结构形式不同，可编程逻辑控制器可分为整体式和模块式结构两大类。小型PLC一般采用整体式结构，即将所有电路安装于1个箱内为基本单元，另外可以通过并行接口电路连接I/O扩展单元。中型以上PLC多采用模块式，不同功能的模块，可以组成不同用途的PLC，适用于不同要求的控制系统。（3） 按用途分类根据可编程控制器的用途，PLC可分为通用型和专用型两大类。通用型PLC作为标准装置，可供各类工业控制系统选用。专用型PLC是专门为某类控制系统设计的，由于其专用，结构设
17、计更为合理，控制性能更完善。随着可编程控制器应用的逐步普及，专为家庭自动化设计的超小型PLC也正在形成家用微型系列。2.2.2 PLC的特点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。他较好的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）可靠性高、抗干扰能力强;(2)编程简单试用方便；（3）接线简单通用性好；（4）可连接为控制网络系统；（5）维修工作量小，维修方便；（6）体积小、耗能低。2.3 PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点，但他的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用随坏
18、扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而复始不断随环。每一个随环称为一个扫描周期。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，或者说输出输入产生了响应。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
19、会产生响应。由于PLC采用随环扫描的工作方式，所以它的输出队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素：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。应对响应时做出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周
20、期造成的响应延时等的不良影响。2.4 PLC的编程语言PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、功能图和功能块图。（1） 梯形图（PAD）梯形图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梯形图与继电器控制系统的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。梯形图的一个关键概念是“能流”（Power Flow）。如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励。如没有，则线圈未被激励。“能流”以通过被激励（ON）的常开接点和未被激励（OFF）的常闭接点自左向右流。“能流”在任何时候都不会通过接点自右向左流
21、。在梯形图中，触点代表逻辑“输入”条件，如开关、按钮、内部条件等；线圈通常代表逻辑“输出”结果，如灯、电机接触器、中间继电器等。对S7200的PLC来说，还有一种输出“盒”，它代表附加的指令，如定时器、计数器和功能指令等。梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。（2）指令表（STL）指令表（STL）编程语言类似于计算机中的助记符语言，它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。（3）顺序功能流程图（SFC）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。使用它可以对具有选择等复杂结构的系统进行编程，
22、许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。（4）功能块（FBD）S7200的PLC专门提供了FBD编程语言，利用FBD可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑盒指令。它没有梯形图编程器中的触点和线圈，但有与之等价的指令，这些指令是作为盒指令出现的，程序逻辑由这些盒指令之间的连接决定。也就是说，一个指令（例如AND盒）的输出可以允许另一条指令（例如定时器），这样可以建立所需要的控制逻辑。这样的连接思想可以解决范围广泛的逻辑问题。FBD编程语言有利于程序流的跟踪，但在目前使用较少。在编程语言的选择上，具体是用梯形图编程还是语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：（1）有些PLC使用梯形图编程图编程
23、不是很方便，则可用语句表编程，但梯形图比语句表直观。（2）经验丰富的人可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。本设计中选用梯形图作为编程语言。3 PLC在电梯中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。目前，PLC在国内外以广泛应用于钢铁、石油、化工、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐
24、等各个行业，在电梯行业中也迅速发展。S7200可编程控制器是德国西门子公司研制的一种新型可编程控制器。它工作可靠，功能强，存储容量大，编程方便，输出端可直接驱动的继电器或接触器的线圈，抗干扰能力强。因此，能够满足电梯对电气控制系统的要求。S7200系列小型PLC（icroPLC）可应用于各种自动化系统。紧凑的结构，低廉的成本及功能强大的指令集使得S7200PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案。利用西门子S7200可编程序控制器编写一个四层电梯的控制系统。分别完成轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。PLC在电梯中的应用也已很成熟。PLC作为主控制器，一方面
25、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；
26、当门锁接通时，进入待机状态，此时收到指令信号电梯即启动。3.1 电梯的启动所需条件（1）安全保护系统正常（2）门锁锁闭（3）定向部分选择好电梯的运行方向3.2 电梯停车所需的条件（1）选层部分选择好停车楼层（2）电梯必须到达要停车楼层的减速点（3）电梯到达目标楼层的平层位置3.3 电梯控制系统原理框图 定向、选层平层信号平层拖动系统减速减速点信号启动安全保护系统门锁保护轿内指令厅外召唤层楼信号层楼信号的取得楼层指示3.4 输入输出分配表输入输出点名称及作用输入输出点 名称及作用X400-X404上行楼层感应干簧管触点M123-M1261-4层向上召唤中间继电器X405-X411下行楼层感应干簧
27、管触点M130上行中间继电器X500-X504轿内指令按钮M131下行中间继电器X505-X5101-4层上召唤按钮M132司机上行中间继电器X000-X0032-5层下召唤按钮M133司机下行中间继电器X004有/无司机操作方式转换开关M134换速中间继电器X005下平层感应器触点M135门锁中间继电器X412上平层感应器触点M140下平层感应中间继电器X413门区感应器触点M141门区感应中间继电器X511司机上行选择按钮M142下平层感应中间继电器X512司机下行选择按钮M143运行中间继电器X513上强迫换速开关M144换速消除中间继电器X411下强迫换速开关Y430KM1上行接触器M
28、100-M104楼层感应中间继电器Y431KM2下行接触器M105-M111指层中间继电器Y432KF快速接触器M112-M116轿内指令中间继电器Y433KS慢速接触器M119-M1222-5层向下召唤中间继电器3.5 程序的编写1楼层感应控制梯形图 M130 X400 M100 M131 X405 M130 X401 M101 M131 X406 M130 X402 M102 M131 X407 M130 X403 M103 M131 X410 M130 X404 M104 M131 X411 M100 M105 M101 M105 M101 M106 M100 M101 M102 M10
29、2 M107 M101 M107 M103 M103 M110 M102 M110 M104 M104 M111 M103 M1112. 轿内指令控制梯形图 X500 M100 M112 M130 M112 M131 X501 M101 M113 M130 M113 M131 X502 M102 M114 M130 M114 M131 X503 M103 M115 M130 M115 M131 X504 M104 M116 M130 M116 M1313. 门厅召唤控制梯形图 X000 M119 M105 M119 M130 X505 M123 M106 M123 M131 X001 M120
30、 M106 M120 M130 X506 M124 M170 M124 M131 X002 M121 M107 M121 M130 X507 M125 M110 M125 M131 X003 M122 M110 M122 M130 X510 M126 M111 M126 M1314. 选向控制梯形图 M112 M105 M133 Y430 M131 M130 M113 M106 M105 M114 M107 M106 M105 M130 M115 M110 M107 M106 M105 M116 M111 M110 M107 M106 M105 M116 M111 M132 Y431 M130
31、 M131 M115 M110 M111 M114 M107 M110 M111 M131 M113 M106 M107 M110 M111 M112 M105 M106 M107 M110 M111 X004 X511 M132 X004 X512 M1335. 换速控制梯形图 M105 M114 M134 M113 M106 M114 M107 M115 M110 M111 M130 M131 M134 M105 M106 M107 M110 M111 M1446. 起动控制梯形图 X513 M130 M135 M134 M143 X411 M131 M141 M143 Y433 Y432
32、 Y431 M141 Y432 Y433 Y4307. 电梯平层控制梯形图 X412 M140 X413 M141 X005 M142 T450 M143 M130 Y431 Y430 M141 Y433 Y430 Y432 M142 M143 M140 T450 M143 M131 Y430 Y431 M141 Y433 Y431 Y432 M140 M143 M142致 谢本课程设计是在赵永彪老师的精心指导和严格要求下完成的。从在做设计以来，我不仅在专业上有了很大的进步，而且恩师的严谨治学态度、务实工作作风、高度的责任心，也使我受益非浅。在此，我要向赵永彪老师表示深深的敬意和衷心的感谢!通
33、过本次的设计，使我受益匪浅，无论是在学习还是在生活中都保持认真的态度。更重要的是，我更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计，也是为了能更深刻的了解PLC。做设计就要到现场调查研究收集资料，阅读文献，分析对比，设计计算，对每一个数据都要细心琢磨，理论和实践相结合，思考的越多，得到的越多，不懂的问题也就解决了，独立工作能力逐渐增强，业务技术能力逐渐增强。此外，我在学习期间，还得到许多老师、同学、朋友的帮助，在此表示衷心的感谢!在这三年里有许多让我感动的事和让我感激的人。但由于时间的仓促和主客观条件的限制我只是做出模型做演示，当然这与真正的实物相比，在工艺上还有很大差距，尽管有些不太完美的地方，但我已经很努力了。最后祝愿老师工作顺利，身体健康，一切顺利！ 参考文献（1） 李正熙等.电力拖动自动控制系统.北京：冶金工业出版社，1997（2） 康华光.