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1、济源职业技术学院 毕 业 设 计题目 基于PLC四层电梯模拟控制 系别 专业 应用电子技术 班级 姓名 学号 指导教师 日期 设计任务书设计题目基于PLC四层电梯模拟控制设计要求1. 电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。2. 电梯轿厢内设有楼层内选按钮S1S4，用以选择需停靠的楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示,L4为四层指示，SQ1SQ4为到位行程开关。3. 电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三
2、层），按三层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在三层，在一层轿厢外呼叫时，必须按一层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫，按三层上升呼叫按钮无效，依此类推。设计进度要求第一周：布置毕业设计任务；第二周：开始查阅资料，进行程序测试；第三周：进行程序审定修改；第四周：完成电子稿；第五周：检查电子稿及排版；第六周：修改电子稿；第七周：完成毕业设计；第八周：毕业答辩。 指导教师（签名）： 摘 要设计以PLC为核心部件的四层电梯，利用西门子S7-200 CPU 226型可编程序控制器作为调试电梯的主要设备，LED七断数码管作为楼层数目显示用，用发光二极管指示各个楼层的呼叫，用按键进行楼层的上下控制。本设计利用定时
3、器进行定时，利用软件STEP7-Micro/WIN32配合计算机编程，输入四层电梯的梯形图，启动软件,通过对常开常闭开关的控制来实现对可编程序控制器的控制，从而实现了对电梯的控制。PLC编程简单，易于掌握。可靠性高，抗干扰能力强，开发周期短等优点。关键词：PLC，软件，编程，显示目 录摘 要II1 控制要求分析11.1控制要求分析12 硬件选型22.1 PLC的种类22.2 电梯的组成22.3 PLC的组成32.4 PLC执行程序的过程53软件设计63.1 PLC软件系统的组成63.2 四层电梯控制的I/0分配表73.3 四层电梯接线图83.4 四层电梯部分梯形图93.5 过程分析124模拟运
4、行与调试过程194.1 程序的模拟运行194.2 程序的现场调试195 总 结21致 谢22参考文献231 控制要求分析1.1控制要求分析1.电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。2.电梯轿箱内设有楼层内选按钮S1S4,用以选择需停靠的楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示、L4为四层指示，SQ1SQ4为到位行程开关。四层内选按钮S4输入点为I0.0，三层内选按钮S3输入点为I0.1，二层内选按钮S2输入点为I0.2，一层内选按钮S1输入点为I0.3。四层下呼按钮D4输入点为I0.4，三层下呼按钮D3输入点为I0.5，二层下呼按钮D2
5、输入点为I0.6，一层上呼按钮U1输入点为I0.7，二层上呼按钮U2输入点为I1.0，三层上呼按钮U3输入点为I1.1，一层行程开关SQ1输入点为I1.2，二层行程开关SQ2输入点为I1.3，三层行程开关SQ3输入点为I1.4，四层行程开关SQ4输入点为I1.5。四层指示L4输出点为Q0.0，三层指示L3输出点为Q0.1，二层指示L2输出点为Q0.2，一层指示L1输出点为Q0.3，轿厢下降指示输出点为Q0.4，轿厢上升指示输出点为Q0.5，四层内选指示输出点为Q0.6，三层内选指示输出点为Q0.7，二层内选指示输出点为Q1.0，一层内选指示输出点为Q1.1，一层上呼指示输出点为Q1.2, 二层
6、上呼指示输出点为Q1.3, 三层上呼指示输出点为Q1.4, 二层下呼指示输出点为Q1.5, 三层下呼指示输出点为Q1.6, 四层下呼指示输出点为Q1.7。3.电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层），按三层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在三层，在一层轿厢外呼叫时，必须按一层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫，按三层上升呼叫按钮无效，依此类推。2 硬件选型2.1电梯的组成1 曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向
7、轮，反绳轮组成。2 导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。3 轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。4 门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。5 重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。6 电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装
8、置，电动机调速装置等组成。7 电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。8 安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。2.2 PLC的组成1、中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC 投入运行时，
9、首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC 的可靠性，灵活性，近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统。这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。2、存储器（Memory）可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状
10、态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。CPU常用的微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。小型PLC的CPU多采用单片机或专用的CPU。大型PLC的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力。3、基本I/O接口电路（1）输入接口单元。PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.115ms之间。多数PLC的输入接口单元都相同，通常有两种类型。一种是直流输入，一种是交流输入。（2）输出接口单元。P
11、LC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。PLC输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。在继电器式输出中，CPU可以根据程序执行的结果，使PLC内设继电器线圈通电，带动触点闭合，通过继电器闭和的触点，由外部电源驱动交、直流负载。优点是过载能力强，交、直流负载皆宜。但存在动作速度较慢，且为有触点系统，使用寿命有限等问题。双向晶闸管和晶体管输出型输出分别具有驱动交、直流负载的能力。晶闸管输出型CPU通过光耦电路的驱动，使双向晶闸管通断，可以驱动交流负载；晶体管输出型CPU通过光耦电路的驱动，使双晶体管通断，驱动直流
12、负载。优点是两者均为无触点开关系统，不存在电弧现象，而且开关速度快，缺点是半导体器件的过载能力差。以上列举了六类输入和输出电路形式，各类PLC产品的输入、输出电路结构形式均有所不同，但光耦隔离及阻容滤波等抗干扰措施是相似的。根据输入、输出电路的结构形式不同，I/O借口又可以分为开关量I/O和模拟量I/O两大类。其中模拟量I/O要经过A/D，D/A转换电路的处理，转换成计算机系统所能识别的数字信号，在整体机构的PLC中，有开关量的交，直流I/O模块，和模拟量I/O模块及各种智能I/O模块可供选择。PLC输入电路和输出电路各种不同结构形式能够适应各不同负载的要求。4、接口电路PLC接口电路分为I/
13、O扩展接口电路和外设通信接口电路两类（1）I/O扩接口电路I/O扩展接口电路用连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。根据被控制对象对PLC控制系统的技术和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。（2）外设通信接口电路通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。5、电源PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为
14、PLC内部电源需要的工作电源（5V直流）。当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源（仅供输入点使用）。2.3 PLC的选型PLC的种类有很多种，其中常用的有西门子系列、欧姆龙系列、三菱系列等，本次设计用的是SIMATIC S7200 CPU226。SIMATIC S7200 的CPU分为CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM。其中CPU226共有24个输入和16个输出，可以接7个扩展模块。但本次设计中有14个输入和16个输出，所以不需要扩展模块。3软件设计3.1 PLC软件系统的组成PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。1.系统程序：PLC的系统程序有三种类型，分别是系统管理程序、用户程序编辑和指令解释程序、标准子程序与调用管理程序。2.用户程序根据系统配置和控制要求编辑用户程序，是PLC应用于工业控制的一个重要环节。PLC的编程语言多种多样，常用的编程语言有以下几种。（1）梯形图 梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方
