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1、基于西门子S7-200的PLC四层电梯电气控制设计江苏城市职业学院毕业设计（论文）（2011 届）设计（论文）题甘基于西门子S7-200的PLC四层电梯电气控制设计办学点（系）连云港办学点信息工程系专班学学起地指导教生讫姓LI业 机电一体化技术 级06机电（-五）号0610010108名 李想期2011年2月22日点连云港办学点师徐以标职称高级技师2011 年 2 月 23 H四层货梯的PLC控制【内容提要】：本文介绍利用西门子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控制系统运行情况。实践证 明PLC可编程控制器和MCGS组态
2、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。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。为了能在激烈的国际化竞争中赢得先机，先进的设计软件是必不可少的。这就要求我们毕业生 能积极认真学好1=1前最先进的设计方法和自动化技术，为我国的自动化行业做出自己的贡 献。【关键字】电梯变频崩PLC控制变频调速II摘要错误！未定义书签。目录III1概述11.1 PLC的发展历程11.2 PLC组成及特点
3、21.3 PLC的工作原理41.4 PLC的编程语言41.5 PLC在电梯上的应用52程控制器的机型选择72.1控制电磁涧等所需的I/O点数72.2内存估计72.3响应时间72.4输入输出模块的选择83硬件设计93. 1硬件配置简介93.2电梯控制系统93.3电气控制系统框图 113.4输入输出的分配114软件设计134. 1程序流程图134.2电梯定向逻辑154.3电梯PLC控制系统设计164.4四层电梯的梯形图设计195系统调试245. 1硬件部分调试245.2软件部分调试24总结26致谢27参考文献错误！未定义书签。III1概述1.1 PLC的发展历程第一台可编程控制器的设计规范是美国通
4、用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新 的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易憧、操作方便、价格便宜 等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、 控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接曰、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想 提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC,型号为PDPT4,投入通 用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了 PLC的新纪元。第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安 装，占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂
5、标准一梯 形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。到70年代初，食品、金属和制造等工业 部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使 可编程控制技术产生了飞跃。在逻衍运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，H木、西德（原）和法国相继研制出 了自己的PLC,我国在1974年也开始研制。70年代由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多 种系列化产品。这是面向
6、工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形 语言。在功能上，PLC可以代替某些模拟控制装置和小型机DDC系统。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸 多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及 机器故障。这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但 他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。11.2 PLC组成及特点PLC的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部分及外部设备组成。除了硬件系统外，还 需要软件系统的支持，它们相辅相成，却一不可，共同构成PLC。PLC的软件系由系统程
7、序和用户程序两大部分组成。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。 他较好到解决了工业控制领域中普遍关心的可箪、安全、灵活、方便、经济等问题。以下 是其主要特点。（1）编程方法简单易学（2）功能强，性能价格比高（3）硬件配套齐 全，用户使用方便，适应性强（4）可靠性高、抗干扰能力强（5）系统的设计、安装、调 试工作量少（6）维修工作量小，维修方便（7）体积小、耗能低1.2. 1硬件的可靠性可编程控制是以微处理崩为基础，综合了计算机技术、自动控制系统和通信技术发展起 来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维修方便等一系 列的优点。特
8、别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在 冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业的三大支柱之一。一 个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的 环境中。PLC的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部件及外部设备组成各部分之间通过内部 系统总线进行连接。CPU是PLC的核心部分，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部 分的工作，它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。PLC的对外功能主要是通过各 类接曰模块的红外线，实现对工业设备和生产过程的检测和控制。PLC的电源一般采用开 关电源，其特点是输入电压范围宽、体积
9、小、质量轻、效率高、抗干扰性能好。路串一旦 某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计 算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，tl前打多数 PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰宜2观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人 员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。1.2.3接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出 信号执行控
10、制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工 作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要 求而改变的“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。用于连接现场设备的硬件接曰实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气 人员与技术人员易于是用。1.2.4可连接为控制网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上力波特，传输距离为5002500m；另一类为高
11、 速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M10Mbps,传输距离为5001000m,网 上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算 机，从而组成控制范围很大的局部网络。1.2.5易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结 构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出 设备连向接线端即可。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU,这种配置大大减少了物料
12、和劳力，长距离子系统方法也意味肴 系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技 术人员的现场安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需 更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正 常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF,3还可写编程指令来报告故障。PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立 即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造 性。1.3 PLC的工作原理PLC的工作原理与计算机的工
13、作原理是基木一致的。他通过执行用户程序来实现控制任 务。但是，在时间上，PLC执行的任务是串行，与继电一接触器控制系统中任务的执行有 所不同。PLC采用循环扫描工作方式。在程序执行过程的周期中，程序对各个过程输入信 号进行采样，对采样的信号进行运算和处理，并把结果输出到生产过程的执行机构中。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。这实际是将存入输入、输出状态的寄存 器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/0（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
14、生变化，或者说输出队输入产生了响应。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会产生响应。 由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对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数：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
15、 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 应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的 响应延时等的不良影响。1. 4 PLC的编程语言PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程4语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线 线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便 地读出、检查与修改。PLC提供的编程语言通常由三种：梯形图、指令表、功能图等。梯形图（LAD）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c PLC梯形图PLC 的梯形图与电气控制系统梯形图的基木思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一 定区别。PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的。梯形图 语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。指令表（STL）编程语言类似于计算机中的助记符语言，他是可编程控制器最基础的编 程语言。所谓指令表编程，是用一个或儿个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操 作功能。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 有并发、选择等复杂的系统进行编程。许多PLC
