S7-200系列PLC實現(xiàn)電梯模型控制開題報告

大學本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告畢業(yè)設計（論文）題目：S7-200系列PLC實現(xiàn)電梯模型控制院 系： 自動化系 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 開題時間： 年 月 日1.課題的目的與意義目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，第二種控制方式用可編程控制器取代微機實現(xiàn)信號控制1。微機控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強大的功能，但也存在抗干擾性差、系統(tǒng)設計較復雜、一般維修人員難以掌控其維修技術等缺陷；而PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠，使用維修方便，抗干擾性強等優(yōu)點2，使得系統(tǒng)可靠性大大提高3，從而PLC控制系統(tǒng)已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式?，F(xiàn)有的電梯控制技術仍存在缺點和不足之處，如何把更為先進的技術應用于電梯群控之中，以進一步改善運輸?shù)男Ч⑻岣哌\行的效率、滿足乘客的需求4，仍然需要更深入的探索和研究。因此運用可編程控制器（PLC）對電梯控制系統(tǒng)、特別是電梯群控系統(tǒng)進行研究與設計具有十分重大的意義。本課題要求熟悉西門子PLC硬件和軟件，包括編程軟件，通過實際PLC編程對電機控制、電梯模型運行狀態(tài)等熟悉電氣控制理論應用到工業(yè)現(xiàn)場。通過畢業(yè)設計，使自己能綜合運用所學習的基礎和專業(yè)知識。2.國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2.1國內外現(xiàn)狀首次使用的乘客電梯出現(xiàn)于18世紀90年代后期.1889年,Otis公司在紐約成功安裝了一臺直接連接式升降機,這是以直流電動機為動力的世界上第一臺電力驅動升降機,從此誕生了名副其實的乘客電梯。電梯驅動控制技術的發(fā)展經(jīng)歷了直流電機驅動控制,交流單速電機驅動控制,交流雙速電機驅動控制,直流有齒輪、無齒輪調速驅動控制,交流調壓調速驅動控制,交流變壓變頻調速驅動控制以及交流永磁同步電機變頻調速驅動控制等階段。隨著第一個半自動化電梯控制器在19世紀20年代的使用,原始的服務員執(zhí)守工作方式已減少為一個開關門的操作5。直到1950年,由電力機械繼電器系統(tǒng)組成的全自動電梯控制器的應用取消了服務員執(zhí)守.到20世紀70年代,基于微處理器的電梯控制器得到廣泛應用,使得更為復雜的調度算法的實成為可能,由此產(chǎn)生了電梯群控的概念5。電梯操縱控制方式經(jīng)歷了手柄開關操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制等過程,對于多臺電梯則出現(xiàn)了并聯(lián)控制、智能群控等5。 隨著智能控制技術在電梯群控系統(tǒng)中的廣泛應用,電梯交通系統(tǒng)和其他設施融為一體,智能建筑的整體功能得以充分發(fā)揮。對高層及超高層建筑電梯交通系統(tǒng)的研究表明6:電梯交通系統(tǒng)設計的關鍵是滿足乘客生理上和心理上的承受力。有效地解決高層建筑復雜的樓內垂直交通,尋求優(yōu)化的控制策略,優(yōu)化調度多部電梯以提高電梯的運行效率和服務質量,成為許多學者研究的重要課題。據(jù)統(tǒng)計，我國在用電梯已達40多萬臺，每年還以約5萬6萬臺的速度增長7。并且在實現(xiàn)電梯群控系統(tǒng)后，據(jù)一些資料數(shù)據(jù)顯示，電梯并聯(lián)后的運送能力提高了20%-30%左右，減少了電梯因停層而帶來的加減速、開門、關門及等待的時間，因而在上、下班客流量的高峰時段，乘員候梯和乘梯的時間大大減短。電梯運行實際能量消耗的50%是在減速、加速這段運行過程中。電梯并聯(lián)后，電梯停層數(shù)量的減少很大程度減少電梯運行的電力消耗8。如果兩電梯各自獨立運行，容易發(fā)生電梯響應呼梯信號而運行到站后，乘客已被另一臺電梯接走而空運行的現(xiàn)象，長期這樣必然造成很大的能源浪費，給電梯的集中管理造成較大的困難9，而且使得電梯系統(tǒng)處于非最佳運行狀態(tài)，難以提高運行效率，乘客的需求也不能得到最好的響應和最好的滿足。22發(fā)展趨勢(1)結構不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化隨著新技術、新結構、新材料、新工藝的發(fā)展，電梯的機械系統(tǒng)結構簡單化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯在新世紀將會有較大速度發(fā)展。(2)技術含量更高，性能更好電梯行業(yè)技術發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的VVVF電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標準配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更潔掙、更安全、更安靜、更經(jīng)濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流:由于永磁技術的先進性，將來很有可能取代VVVF技術。另外，網(wǎng)絡控制和智能群控系統(tǒng).以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。(3)安裝更方便、更快捷高效、安全、可重復使用的無腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式;隨著新技術的開發(fā)、應用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。此外，電梯的雙向安全裝置、無底坑、無線控制、綠色環(huán)保安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適，也將是未來電梯的重要發(fā)展方向10。3. 課題的主要工作根據(jù)設計要求，對電梯的元器件選型及系統(tǒng)設計、PLC外部接口電路設計、控制器裝配圖與接線圖設計、列出元器件清單、完成PLC程序設計與聯(lián)機調試等內容，并通過指導老師的指導，獨立完成方案設計、系統(tǒng)設計、設備選型、繪制流程圖等工作。4. 完成課題所需的條件4.1 電梯的主要結構電梯是一種特殊的起重運輸設備，是機械、電氣緊密結合的大型復雜產(chǎn)品。機械系統(tǒng)相當于人的軀干，而電氣系統(tǒng)則相當于人的神經(jīng)。機械、電氣的高度結合，使電梯能自由地沿著導軌上下往復運動，把人和貨物從一個水平面提升到另一個水平面11。如圖4-1所示電梯的機械系統(tǒng)部分由曳引系統(tǒng)如圖4-2所示、轎廂和門機系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、導向系統(tǒng)以及機械安全保護裝置等部分組成15。電氣系統(tǒng)又由電力驅動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)三部分組成。圖4-1拽引式電梯示意圖圖4-2 曳引控制系統(tǒng)4.2 電梯PLC控制系統(tǒng)結構四層電梯模型的PLC控制系統(tǒng)主要由信號控制系統(tǒng)和拖動系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)結構框圖如圖4-3所示。輸入部分主要是由呼梯盒、操縱箱、樓層脈沖信號、安全裝置、井道裝置組成。輸出部分主要是由樓層顯示、呼梯信號顯示、運行方向顯示、幵關門控制、變頻器、曳引機控制組成。外部控制信號通過輸入采樣寄存在輸入映像寄存器中，根據(jù)控制程序需要讀取并在CPU中進行邏輯運算處理，再將結果存入輸出映像寄存器，且每個周期進行輸出刷新，驅動外部執(zhí)行機構，同時分別向各個樓層顯示、呼梯信號燈、運行方向信號燈發(fā)出顯示信號，另外還會向門機發(fā)出開關門控制信號，向變頻器發(fā)出上下行信號，從而實現(xiàn)電梯運行狀態(tài)的控制1213。圖4-3 電梯系統(tǒng)控制框圖4.3 實驗設備由與S7-200可編程控制器是德國西門子公司研制的一種新型可編程控制器。具有工作可靠,功能強,存儲容量大, 編程方便, 輸出端可直接驅動2A 的繼電器或接觸器的線圈,抗干擾能力強等優(yōu)點，完全能夠滿足電梯對電氣控制系統(tǒng)的要求14，因此，本課題采用西門子公司生產(chǎn)的S7-200型號的PLC作為電梯的控制器。本次課程設計的主要任務是應用所學的西門子S7-200系列小型PLC設計一個四層電梯控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)應能實現(xiàn)普通電梯的基本功能，并有超重報警，故障檢修等功能。硬件電路由直流電動機、繼電器、接觸器、行程開關、按鈕、發(fā)光指示器等組成。程序是借助STEP7 Micro/WIN32編程軟件編寫完成的。本課題的開發(fā)平臺是Windows XP。4.4 設計思路設計思路流程圖如圖4-4所示，為實現(xiàn)四層電梯模型的控制要求，將在論文中詳細闡述。圖4-4 設計思路流程圖4.5 電梯模型運行流程圖開始樓層等待是否有外呼信號？是否超重？確認本層與目標層超重蜂鳴器報警是否有內呼信號？目標層與本層是否相同？電梯選向電梯運行碰到限位開關樓層顯示電梯平層電梯開門延時3s電梯關門NNNYYYYN圖4-5 電梯模型運行流程圖5. 課題的進度安排第一階段：查閱英文資料第二階段：英文翻譯第三階段：中英文整理打印第四階段：查閱相關設計資料，了解課題第五階段：根據(jù)收集的資料撰寫開題報告第六階段：繼續(xù)查閱資料第七階段：了解電梯結構及原理第八階段：控制電梯模型的電氣控制圖第九階段：設計硬件聯(lián)鎖保護電路第十階段：PLC選型第十一階段：I/O端口分配第十二階段：根據(jù)設計要求編寫程序第十三階段：完善編程及梯形圖的設計第十四階段：程序調試第十五階段: 根據(jù)前面的設計撰寫論文第十六階段：完成整個論文第十七階段: 論文整理，排版第十八階段：答辯參考文獻1 李曉霞.PLC在電梯控制系統(tǒng)的應用設計J. 數(shù)字技術與應用,2010,(3):21.2 唐勇奇,趙葵銀.PLC在變頻調速電梯控制系統(tǒng)中的應用J.工業(yè)自動控制，2001,(9):26-27.3 滕慧絨.PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應用J.太原城市職業(yè)技術學院學報，2007，（5）：139-140.4 周萬珍，高鴻斌.PLC分析與設計應用M.電子工業(yè)出版社，2004.5 楊禎山，邵誠. 電梯群技術的現(xiàn)狀與發(fā)展方向J.控制與決策，2005,(12)：11.6 Barney G C, Dos Santos S M.Elevator Traffic Analysis:Design and ControlM. London: Peter Peregrinus, 1985.7 劉培堯.電梯原理與維修M.電子工業(yè)出版社,1999.8 王鳳杰.電梯并聯(lián)控制的研究D.青島大學,2007.9 鐘肇新.可編程控制器原理及應用M.華南理工大學出版社,200410 高麗麗.PLC控制交流變頻調速電梯系統(tǒng)的研究D.山東：山東科技大學，2008.11 陳美謙.基于PLC/MCGS的電梯系統(tǒng)研究D.福建：廈門大學,2007.12 劉偉.基于西門子S7-300PLC的虛擬電梯設計D.山東：中國海洋大學,2009.13 李惠昇.電梯控制技術M北京：機械工業(yè)出版社，2003:75-77.14 宋麗君，布挺.基于S7-226型PLC的四層電梯控制系統(tǒng)設計D.河南：洛陽理工學院，2009.15 TapioTyni, JariYlinen. Evolutiona