PLC自动控制系统控制电梯设计 毕业论文.doc

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1、PLCPLC 自动控制系统控制电梯设计自动控制系统控制电梯设计 摘 要 .I 第一章 前 言 .1 第二章 输电线路运行与维护 .2 21 可编程序控制器（PLC）简介 2 2.2 PLC 的特点 2 2.3. PLC 的应用领域 .3 2.4 PLC 的国内外状况 4 2.5 PLC 未来展望 5 第三章 PLC 与其他控制系统的比较6 3.1 PLC 与继电器控制系统的比较 6 3.2 PLC 与微机的比较 6 第四章 电梯 PLC 控制系统 8 4.1 电气控制系统 8 4.2 PLC 系统部分8 第五章 电梯 PLC 控制系统设计 10 5.1 楼层状态指示设计.10 5.2 电梯下行

2、指示设计.10 5.3 电梯上行指示设计.11 5.4 电梯到达时程序设计.11 第六章 组态软件模拟电梯 PLC 控制系统显示设计 .13 总 结 .14 参考文献 15 摘摘 要要 本文介绍了利用西门子S7-200可编程控制器编写的一个四层电梯的控制系统，利用MCGS 组 态软件制作人机对话界面，检验电梯PLC控制系统的运行情况。实践证明，PLc可遍程控制器和 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。 关键词：关键词：可编程控制器 电梯控制 组态模拟 AbstractAbstract This paper describes the use of Siem

3、ens S7-200 PLC prepared by a four-story elevator control system, using the configuration software MCGS interactive interface, inspection of the elevator control system PLC operation. Practice has proved that, PLc controllers can Cheng times and MCGS configuration software with PLC control system is

4、conducive to the design, testing, has a good value. Key words: PLC configuration simulated elevator control 第一章第一章 前前 言言 PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它 的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技 术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格 的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。 电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部

5、分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻 辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用 可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省 工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭 后控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数判定轿厢运行方向，保证轿 厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。 另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。 MCGS(Monitor and Control Generated System，

6、通用监控系统)是一套用于快速构造和生 成计算机监控系统的组态软件，能够在Windows平台上运行。通过对现场数据的采集处理。以动 画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式。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广泛的应用。本文利用 MCGS组态软件检验电梯PLC控制系统的运行情况。 第二章第二章 输电线路运行与维护输电线路运行与维护 21 可编程序控制器（PLC）简介 1、PLC 即可编程控制器（Programmable logic Cont

7、roller，是指以计算机技术为基础的新 型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制 程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的 指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关 的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 2.2 PLC 的特点 2.2.12.2.1

8、 可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的 生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则 更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比， 电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故 障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器 件

9、的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个 系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2.2.22.2.2 配套齐全，功能完善，适用性强配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业 控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字 控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种 工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变 得非常容易。 2.2.

10、32.2.3 易学易用，深受工程技术人员欢迎易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为 工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的 少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算 机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 2.2.42.2.4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的 周期大

11、为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程 成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 2.2.52.2.5 体积小，重量轻，能耗低体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由 于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 2.3. PLC 的应用领域 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、 交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 2.3.12.3.1 开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制 这是

12、 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制， 既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、 组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2.3.22.3.2 模拟量控制模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟 量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量 控制。 2.3.32.3.3 运动控制运动控制

13、PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺 服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广 泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 2.3.42.3.4 过程控制过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制 各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。 大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块

14、。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 2.3.52.3.5 数据处理数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、 查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的 参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印 制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统， 如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 2.3.62.3.6 通信及联网通信及联网 PLC 通信含

15、 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自 动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新 近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 2.4 PLC 的国内外状况 世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条 件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的 逻辑控制及定时、计数功能。20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制 器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真

16、正具有计算机特征的工业控制装置。 为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类 似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时 的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程 控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、 模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编 程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特

17、点是大规模、高 速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增 多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说， 这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用 于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机 界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控 制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、

18、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备 中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。 目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州 机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产 的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、 上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国现代化 进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。 2.5 PLC 未来展望 21 世

19、纪，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控 制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模 上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规 格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场 上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄 断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其 它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集 散控制系统 D

20、CS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算 机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业 及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 第三章第三章 PLCPLC 与其他控制系统的比较与其他控制系统的比较 3.1 PLC 与继电器控制系统的比较 PLC取代以继电器为基础的控制系统的原因是：现在生产线要求的时间响应快，控制精度高， 可*性好，控制程序可随工艺改变，易与计算机接口，维修方便等诸多高品质与功能，继电器控 制系统远比不上PLC控制系统。 常规硬件逻辑电路的控制，要是用大量的硬件控制电路，这在更改

21、方案时，工作量相当大， 有时甚至相当于重新设计一台新的装置。PLC的主要特点是它具有在线修改功能。它借助于软件 来实现重复的控制。软件本身具有可修改性，所以PLC机灵活的可编程性就使它具有广泛的工业 通用性。同时由于简化了硬件电路，也提高了PLC系统的可靠性。据不完全统计，GOULD的PLC系 统平均故障的间隔大于2万-5万小时，而平均修复时间则小于10分钟，而且，PLC均能处理工业 现场的强电信号，如交流220V、直流24V，并可以直接驱动功率部件，可长期在严酷的工业环境 中工作。编程器采用传统的继电器符号语言，不必使用专门的高级语言。 PLC是在按钮开关、限位开关和其他传感器等发出的监控输

22、入信号下进行工作。根据信号控 制器就会做出反应，通过用户编辑的内部逻辑便产生输出信号，而这些输出信号可直接控制外 部的控制系统负载，如电机、接触器、指示灯、电磁阀、电热器。 这种类型的控制系统省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。用PLC的编程逻辑提 供了能随要求改变的“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。 3.2 PLC 与微机的比较 1969年出现PLC时小型计算机的价格还很昂贵。因此，中央处理装置采用一位计算机。到70 年代初期微处理器出现了，1974年8080系列、1975年6800系列、1976年Z-80系列微处理机相继 出现，

23、位片式处理器也日益成熟。微机的出现标志着电子技术，特别是集成电路技术的飞跃。 微机集成度高、体积小、功能强、价格便宜，它的发展给PLC带来了深刻的影响。 一 把微机直接作为PLC的中央控制装置 PLC制造厂家把通用的微机如6800、Z-80等直接作为PLC的中央控制装置，这样做设计周期 快，但有许多缺点，如： 1. 没有一套面向工业过程的指令系统； 2. PLC工作为顺序扫描方式，要求速度快，而通用微型机均为MOS电路，速度慢； 3. 通用微机的适应性差，不能适应高温、强电干扰等恶劣环境。 二 PLC的中央处理器引进微机芯片 如前所述，通用的微机不一定适用于PLC，但可使用其芯片组成适应工业现

24、场特性的PLC这 是PLC发展的主流。为了组成一套面向工业流程具有较高速度的指令系统，大多数PLC都是用双 极性型位片处理器。 三 微机软件对PLC的影响 微机常用的系统软件如操作系统DOS、汇编语言、BASIC语言及其他高级语言都写到ROM中或 记录到磁盘上，由用户自由选择。PLC的系统软件也是写在ROM中或磁盘上。大多数PLC都采用了 类似于微机语言的编程方式，但它的编程元件都是工业流程中的电路符号，流程图语言等，只 要操作人员能编出梯形图或流程图，就能借助于键盘编辑在CRT上，其他的工作由系统软件完成， 不要求操作人员精通有关计算机软件和硬件方面的知识，方便了用户，利于推广和利用 第四章

25、第四章 电梯电梯 PLCPLC 控制系统控制系统 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2A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。S7-200系列小型PLC(Micro PLC)可应用于各种自 动化系统。紧凑的结构。低廉的成本12b功能强大的指令集使得S7200 PLC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。 STEP 7-M

26、icroWIN 32是S7-200系列的PLC的编程软件可以对S7200的所有功能进行编 程。该软件在WindOW8平台上运行。基本操作与omce等标准WindOWS软件相类似，简单、易学。 其基本功能是协助用户完成应用软件任务。例如创建用户程序、修改和编辑过程中编辑器具有 简单语法检查功能。还可以直接用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控。 4.1 电气控制系统 图l为本系统的组成框图。 图1 电梯的电气控制系统组成框图 图中。输出为：l、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

27、。 4.2 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，禽出点的需求量和 控制过程的难易程度。 (1)IO点的估算： 系统的输入点有：门厅召唤按钮6个输入点；轿内指令按钮4个点；楼层感应器4个点；门区 感应l点；手动开门l点：共计输入点16点。而输出点有：快慢速接触器2点；上下行接触器2点； 楼层指示灯4点；门锁1个点；共计输出点9点。总计IO点数为169； (2)可编程控制器S7200的CPU226输入，输出点数为2416。足以满足要求。 第五章第五章 电梯电梯 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 5.1 楼层状态指示设计 当电梯运行至某层有指令发出

28、时指示位置及指令。以二层为例： LD twoselet 二层内选掸 S twoseletq,1 二层内选择指示 LD twoup 二层上呼 S twoupq,1 二层上呼指示 LJtwodown 二层下呼 S twodownq,1 二层下呼指示 LD twoseat 二层位置 twoeeatq 二层位置指示 5.2 电梯下行指示设计 以电梯在三层下行情况为例。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： 电梯在三层时下行情况 LDoneseletq 一层内选择 0 twmeletq 或二层内选择 O oneupq 或一层上呼 0 twodownq 或二

29、层下呼 O tWoup_q 或二层上呼 eseatq 在三层位置时 SV0.1.1 置三层下行位 电梯下行 LDV0.0 有四层下行位 OV0.1 或有三层下行位 OV0.2 或有二层下行位 AN up 同时无上行 down 电梯下行 5.3 电梯上行指示设计 以电梯在二层上行情况为例。程序说明如图2所示: 图2 电梯二层运行程序说明 5.4 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。程序说明如图3所示： 图3 电梯到某层信号指令图 第六章第六章 组态软件模拟电梯组态软件模拟电梯 PLCPLC 控制系统显示设计控制系统显示设计 MCGsm态软件具有全中文、

30、面向窗口的可视化操作界面。实时性强，有良好的并行处理性能 和丰富生动的多媒体画面。MCGSm态软件的开放式结构拥有广泛的数据获取和强大的数据处理功 能。同时。提供良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限。MCGS组态软件支 持多种硬件设备，实现“设备无关”，用户不必因外部设备的局部改动，而影响整个系统。MCGS 组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立。又紧密相关。 本文利用MCGS组态软件设计。在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备添加西门子 S7200PLC。正确设置其属性。正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接，即可实现PLC与 组态

31、软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合，使电脑对PLC发出的 信号有响应。在MCGS组态软件的用户窗口中，制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属 性，使设置的控件按照真实的情况动作，检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制 效果。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面组态 配置各种不同类型和功能的对象或构构。可以对实时数据进行可视化处理。组态过程如图2所示： 图4 利用组态软件设计过程 总总 结结 针对这个四层电梯的控制系统本文采用西门子S7200可编程控制器设计电梯的控制系统 完成电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置

32、指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。 利用MCGS组态软减设计模拟电梯PLC控制系统的运行。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需 求响应相结合，加载驱动。使设置的控件能够按照真实的情况动作。检验和测试电梯PLC控制系 统对电梯的运行状态的控制效果。实践证明。将PLC可编程控制器和MCGS组态软件结合可以非常 好地模拟电梯控制系统的测试运行有利于PLC控制系统的设-H-、检测，具有良好的应用价值。 参考文献参考文献 l陈立定、吴玉香、苏开才编电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社 2刘载文、李毫升、钟亚林编。电梯控制技术北京：电子工业出版社 3 SIMATIC s7200可编程序控制器系统手册，西门子公司. 4STEP 7-MiertWIN 32 V31 sPl编程帮助手册，西门子自动化设备公司. 5MCGs参考手册、MCGs用户指南、MCGS嵌人版说明书，北京昆仑通态自动化软件科技有限 公司. 6王平崔纳新，PLC在电梯控制中的应用微计算机信息