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1、唐唐 山山 学学 院院 可编程控制器原理可编程控制器原理 课课 程程 设设 计计 题题 目目 四层四站电梯四层四站电梯 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 系系 ( (部部) ) 智能与信息工程学院智能与信息工程学院 班班 级级 1414 电本电本 1 1 班班 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 关榆君、田丽欣、贾彬关榆君、田丽欣、贾彬 20162016 年年 1212 月月 5 5 日至日至 20162016 年年 1212 月月 1616 日日 共共 2 2 周周 目录目录 1引言.1 2总体方案设计.2 2.1控制系统的组成.2 2.2信号控制系统.2 2.3基于 PLC 的
2、电梯控制系统要实现的功能.3 3硬件的选择与设计.4 3.1PLC 简介4 3.1.1PLC 定义4 3.1.2PLC 的特点4 3.1.3PLC 的主要功能和应用6 3.1.5电梯制动器原理.9 3.2PLC 系统硬件设计10 3.2.1I/O 点估计10 3.2.2选择 PLC 型号.11 4软件设计.13 4.1PLC 的编程语言与 STEP 7 概述13 4.2电梯 PLC 程序流程图.14 4.3梯形图设计.15 5仿真.25 5.1S7-200 仿真软件的使用25 5.2PLC 电梯控制系统仿真过程26 5.2.1内呼仿真.26 参考文献.30 附录 31 1引言 在科学技术飞速发
3、展、城市现代化进程突飞猛进的今天，电梯因为其高效、迅捷、 安全、可靠的垂直运输能力，已经成为了人们不可或缺的运输工具，它被广泛应用于 几乎所有现代高层建筑中，如办公大楼、宾馆、住宅、医院、仓库、工矿企业、码头、 大型货轮等。 此外，电梯使用频率也是非常之高。据统计，在美国乘其他交通工具的人数每年 约为 80 亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540 亿人次。在中国，电梯服务已有 100 多 年的历史了，特别在改革开放以后，电梯的使用数量更是快速增长。现在，电梯已完 全融入我们的生产、生活中，满足人们生活、工作及学习的需要。据统计，我国在用 电梯已达 40 多万台，每年还以约 5 万6 万台的速度
4、增长1。 如今，电梯之作用愈加显著，人们对电梯之需求愈加庞大。而电梯作为集机电一 体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、 舒适感和美学等问题。其中，安全问题乃是重中之重，无容小觑。故在设计电梯时， 对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数，并且要保证安装调试 以及售后与维修都达到安全标准，这样，才能保证电梯的安全可靠性。 但是，目前我国所应用的先进的电梯系统几乎都是国外设计制造的，其核心技术 都是保密的。我国拥有自主知识产权的技术应用很少，并与国外先进技术相比还有很 大的差距。国内电梯工业要想大力发展，就必须解决技术层面的问题。 本文在阐述电梯
5、和 PLC 的结构并工作原理的基础上，使用 PLC（西门子 S7-200 CPU226）及其扩展模块，设计了一个四层的电梯的控制系统。设计了电梯的拖动回路， 选择了曳引电机，并使用了施耐德 ATV312 变频器，设置了控制方式参数、运行方式参 数、S 特性曲线参数等变频器参数，实现了曳引电机的启动、制动与调速。采用模块化 编程思想使用 STEP7-MicroWIN SP9 软件编写了梯形图，并通过梯形图，实现了包括电 梯的启动与制动、楼层指示功能、轿厢内指令和轿厢外召唤信号的登记与消除、电梯 运行方向的控制、电梯的开关门、超重报警和手动按响警铃等功能。最后，使用 S7- 200 编程仿真软件做
6、了部分功能的仿真。 2总体方案设计 2.1 控制系统的组成 基于 PLC 的电梯控制系统和其他类型的电梯控制系统相似，主要由信号控制系统 和拖动控制系统两部分组成。图 3-1 为基于 PLC 的电梯控制系统的基本结构图，由图 可知系统的主要硬件有 PLC 主机及扩展、机械系统、主拖动系统、轿厢操纵盘、厅外 呼梯盘、指层器、门机与调速装置等。 图 2-1 基于 PLC 的电梯控制系统基本结构图 系统控制过程核心就是为操纵盘、厅外呼梯盘、井道及安全保护信号通过 PLC 输 入接口送入 PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，并通过输出借口向拖动 和门机控制系统发出控制信号。 2.2 信号控
7、制系统 电梯信号控制几乎全部由 PLC 实现。即用于电梯控制的各个信号由 PLC 控制单元 处理，这些输入到 PLC 的控制信号很多，具体如图 3-2 显示：运行方式选择（如自动、 有/无司机、检修、消防运行方式等） 、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信 息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。 图 2-2 基于 PLC 的电梯信号控制系统框图 2.3 基于 PLC 的电梯控制系统要实现的功能 （1）行车方向由内选信号决定,顺向优先执行; （2）行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车; （3）内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。 （4）内选信号、呼梯信
8、号、行车方向、行车楼层位置均有信号灯指示 （5）停层时可延时 3s 自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门; （6）有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车; （7）无内选时延时 8s 自动关门，但不能自动行车; （8）行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。 3硬件的选择与设计 3.1 PLC 简介 3.1.1 PLC 定义 因为的 PLC 不断发展，所以很难对它下一个确切的定义。在不同时期 NEMA 和 IEC 等机构对 PLC 下过多个定义，在此并不枚举，但所有都定义表明，PLC 是一种能直接应 用于工业环境的数字电子装置，它与其他顺序控制装置不同。 3.1.2
9、PLC 的特点 PLC 能如此迅速发展的原因是由于它具有传统计算器与通用计算机所不及的一些下 列特点： 1可靠性。可靠性包括产品的有效性和可维修性。PLC 的可靠性高，表现在下列 几方面： （1）与继电器逻辑控制系统比较，PLC 可靠性提高的主要原因: I.PLC 不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时， 系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。 II.PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计、掉电保 护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。 III.PLC 有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点， 因对操作和
10、维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误， 可靠性高。 （2）与通用的计算机控制系统比较，PLC 可靠性提高的主要原因: I.PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控 制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言，编程的出错 率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC 的 可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高. II.在 PLC 的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可 靠性高的元件;采用先进的工艺制造流水线生产;对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等， 设有对电源的掉电保护、存储器
11、内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于 维修的设计等等。 III.在 PLC 的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如， 采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的 显示等等。一份用户选用 PLC 原因的调查报告指出，在各种选用 PLC 的原因中，第 一位的原因是由于 PLC 可靠性高的用户达 93%。其次，才是性能和维修方便等原因。 可见，可靠性高是 PLC 的主要特点。 2易操作性。PLC 的易操作性表现在下列三个方面: （1）操作方便对 PLC 的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。大多数 PLC 采用编程器进行程序输人和更改的操作
12、。编程器至少提供了输人信息的显示，对大 中型的 PLC，编程器采用 CRT 屏幕显示，因此，程序的输人直接可以显示。更改程序的 操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后 进行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 屏幕上显示。所以 PLC 具有操作方便的特点。 （2）编程方便 PLC 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图 由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。采用 布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。 虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它
13、 们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用，并发挥出更有 效的功能特点。 （3）维修方便，PLC 所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当 系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示 和故障代码的显示，或通过编程器和 CRT 屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位， 为迅速排除故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展，有些 PLC 的制造企业提 供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料。有些厂商还提供维修 用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。 PLC 的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的
14、部件设置在便 于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类型 等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。采用标准化元件和 标准化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。 3灵活性。PLC 的灵活性表现在下列三方面： （1）编程的灵活性。PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功 能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的 多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者 生产设备更换时，可以不必改变 PLC 的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产 的需要
15、。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔 性特点，使 PLC 能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控 制设备。在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)和 计算机集成过程控制系统(CIPS)中，PLC 正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。 （2）扩展的灵活性。PLC 的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的 规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。它不仅 可以通过增加输人输出单元增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过 多台 PLC 的通信来扩大容量和功能，甚
16、至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的 通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方 便了用户。 （3）操作的灵活性。操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和 安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继电器顺 序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制 屏等。 四、机电一体。化为了使得工业生产过程的控制更平稳、更可靠，向优质高产低耗要 效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化仪表、电子、计算机综合的要求， 而 PLC 正是这一要求的产物，它是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积 大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设 备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已成为当
