基于s7-200五層樓電梯的PLC控制

學(xué)號2010210370PLC課程設(shè)計（2010級本科）題目：基于s7-200五層樓電梯的PLC控學(xué) 院： 物理與機電工程學(xué)院專業(yè)： 電氣工程與其自動化高鑫元指導(dǎo)教師：曉峰職稱：教授完成日期： 2013年7月51/39PAGEPAGE6/39二〇一三年六月《電氣控制與PLC技術(shù)》課程設(shè)計任務(wù)書論文題目 基于S7-200五層樓電梯的PLC控制作者姓名 高鑫元指導(dǎo)教師、職稱一.設(shè)計的主要容

所屬院、專業(yè)、年級曉峰 教授

物理與機電工程學(xué)院電氣工程與其自動化專業(yè)10級（2）班任務(wù)下達日期 2013年6月17日根據(jù)控制要求，以PLC為核心，設(shè)計出一款五層樓電梯PLC控制系統(tǒng)。設(shè)計系統(tǒng)的控制硬件電路，編寫軟件控制系統(tǒng)程序，實現(xiàn)對五層樓電梯的控制。二.設(shè)計報告要求1F(1樓)或2F,3F,4F5F5F。2F(2樓)或3F,4F,5F1F1F。1F(1樓),2F,3F,4F,5F均有人呼叫,則先到2F8S8S5F。5F(5樓),1F,2F,3F,4F均有人呼叫,則先到4F8S8S1F。在各個樓層之間的運行時間應(yīng)少于10S電梯的運行方向指示。用數(shù)碼管顯示轎廂所在的樓層數(shù)。在轎廂運行期間不能開門。轎廂不關(guān)門不允許運行。三.課程(設(shè)計)進度安排階段 論文（設(shè)計）各階段名稱熟悉設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計題目與設(shè)計背景資料查閱有關(guān)資料閱讀設(shè)計要求必讀的參考資料選取方案硬件電路和軟件部分的設(shè)計送交打印單位裝訂成規(guī)的設(shè)計文本

起止日期6月17日——6月186月19日——6月22日6月23日——6月266月27日——6月28日6月29日——7月17月2日——7月3日指導(dǎo)老師簽字：指導(dǎo)老師簽字：目錄第1章電梯概述111122電梯發(fā)展展望22PLC3PLC3PLC4PLC4PLC36666458PLC88可編程控制器9I/O10PLC61212電梯PLC72525830致 31參考文獻： 32電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計成績評定表33摘要本課程設(shè)計是五層電梯模型PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，電梯不僅是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的更是給電梯帶來了日新月異的變化。本設(shè)計采用的是德國西門子S7—200系列的可編程控制器CPU226作為控制核心，與擴充模板EM223來實現(xiàn)五層樓電梯的控制。主要介紹了電梯的硬件結(jié)構(gòu)、PLC的基本原理、系統(tǒng)的硬件選擇PLC的軟件的介紹和軟件的編程。設(shè)計電梯的主要實現(xiàn)的功能有：層樓信號的產(chǎn)生與消除、停層信號的登記與消除、外呼叫號的登記與消除。最后通過PLC的軟件進行仿真，初步完成基本功能的實現(xiàn)。關(guān)鍵字：五層電梯 PLC 控制 梯形圖 s7-200PAGEPAGE11/391電梯的出現(xiàn)與發(fā)展2600，但這一類起重機的能源均為人力。到了1203年，法國的二修道院安裝了一臺起重機，所一直沿用到近代直到瓦特發(fā)明了蒸汽機，約在1800年，煤礦主才能利用起重機把礦井中的煤輸送上來。數(shù)百年來人們制造過各種類型的升降梯，它們都具有一個共同的缺陷：只要起吊繩突然1854隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，晶閘管變流裝置越來越多地用于電梯系統(tǒng)，使電梯的拖動系統(tǒng)簡化，性能提高。同時交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的研制和開發(fā)，使交流電梯的調(diào)速性能有了明顯的改善。進入20世紀80年代，通過控制電動機定子供電電壓與頻率電梯運行速度的調(diào)壓調(diào)頻技術(shù)研制成功，出現(xiàn)了交流變壓變頻（VVVF）調(diào)速電梯，開拓了電梯拖動的新領(lǐng)域。升降控制邏輯，不調(diào)節(jié)主電動機的升降速度以與電梯的安全保護措施。電梯設(shè)備電梯的分類電梯的分類有各式各樣：按速度分類： 低速電梯1m/s以下高速電梯2-3m/s超高速電3-10m/s按用途分類： 乘客電梯 住宅電梯觀光電梯載貨電梯客貨兩用電梯車輛電梯其他電梯按拖動方式分類： 交流電梯直流電梯液壓電梯齒輪齒條電梯螺桿式電梯按有無司機分類： 有司機電梯無司機電梯有/無司機電梯按控制方式分類： 手柄操縱控制電梯按鈕控制電梯信號控制電梯集選控制按曳引機結(jié)構(gòu)分類：有齒曳引機電梯無齒曳引機電梯電梯的主要組成部分運動。雙折中分式和直分式等。和廳外指示器組成。其它裝置：對重裝置、補償裝置等。電梯技術(shù)發(fā)展情況電梯的速度要求越來越快，高速、超高速電梯的數(shù)量愈來愈多。電梯的拖動技術(shù)有了較大的發(fā)展，直流電梯由于能耗大、維修量大等缺點。逐步愈來愈廣泛的應(yīng)用。交流拖動電梯更是得到迅速的發(fā)展，已由以前的變級調(diào)速發(fā)展成為調(diào)壓調(diào)速AC-V）與調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速AC-VVV，使得電梯的速度、加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。電梯的邏輯控制已從過去簡單的繼電器——接觸器控制發(fā)展為可編程序控制器（PLC）和微機控制，控制方式也從手柄控制、信號控制發(fā)展為集選控制、并聯(lián)控制、群控等，電梯可靠性得到很大的提高。能要求。如緊急停車操作，消防員專用、防搗亂系統(tǒng)等。智能群控管理得到廣泛應(yīng)用。動在電梯上的應(yīng)用日益廣泛，已使電梯的傳動形式多樣化。電梯發(fā)展展望結(jié)構(gòu)不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化。技術(shù)含量更高，性能更好。安裝更方便、更快捷。理念是電梯發(fā)展趨勢2PLC的定義美國電氣制造商協(xié)會ElectricalManufactoryAssociation）經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PC（ProgrammableControlle，并給PC作了如下定義：“PC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序PCPC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。”(IEC)又先后頒布了PLC1987年2時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器與其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。”PLC的特點與功能一、特點：用性強，使用方便功能強，適應(yīng)面廣可靠性高，抗干擾能力強控制程序可變具有很好的柔性編程方法簡單，容易掌握PLC有很好的柔性、體積小、重量輕、功耗低。二、功能：邏輯控制功能定時控制功能計數(shù)控制功能數(shù)據(jù)處理功能監(jiān)控功能停電記憶功能故障診斷功能步進控制功能回路控制功能通訊聯(lián)網(wǎng)功能PLC的結(jié)構(gòu)與工作原理PLC的基本單元構(gòu)成與作用PLC連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言，故PLC與計算機的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器（CPU）輸出(I/O)接口、電源等。如圖電源電源來自用戶設(shè)備輸入接口中央處理器輸出接口至用戶設(shè)備存儲器編程器外圍接口各部分的作用：

圖2.1 PLC部結(jié)構(gòu)圖CPU： (1)將各種輸入信號取入存儲器。編譯、執(zhí)行指令。存儲器：RAM：存儲各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)試的程序。ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。輸入、輸出接口：采用光電隔離，實現(xiàn)了PLC的部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸入接口作用：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機。輸出接口作用：將主機向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。PLC工作原理PLCPLC在執(zhí)行用戶程序時所需“輸入繼電器”、“輸出繼電器”的數(shù)據(jù)取用于I/O映象區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系。工作過程：初始化初始化清除內(nèi)部繼電器區(qū)，復(fù)位定時器等，并進行自診斷，對電源、PLC內(nèi)部電路、用戶程序的語法進行檢查。CPU自診斷定期檢查用戶程序存儲器、I/O單元的連接、I/O總線是否正常，定期復(fù)位監(jiān)控定時器WDT通信信息處理PLC之間以及PLC與PC之間；PLC與其他帶微處理器的智能裝置通信與外設(shè)交換信息編程器、終端設(shè)備、彩色圖形顯示器、打印機執(zhí)行用戶程序以掃描的方式按順序逐句掃描處理，運算結(jié)果存入輸出映象區(qū)對應(yīng)位中輸入輸出信息處理掃描的方式輸入信號的狀態(tài)存入輸入映象區(qū)；結(jié)果存入輸出映象區(qū)，直至傳送到外部被控設(shè)備。圖2.2 PLC工作過程圖3設(shè)計目的電梯是集機電一體的復(fù)雜系統(tǒng)，不僅涉與機械傳動、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學(xué)等問題。而對現(xiàn)代電梯而言，應(yīng)具有高度的安全性。事實上，在電梯上已經(jīng)采用了多項安全保護措施。在設(shè)計電梯的時候，對機械零部件和電器元件都采取了很(PLC)和微機組成的電梯運行邏輯控制PLCS7-200系列的PLC。電梯的控制要求當(dāng)轎廂停在1F(1樓)或2F,3F,4F,如果5F有呼叫,則轎廂上升到5F。當(dāng)轎廂停在2F(2樓)或3F,4F,5F,如果1F有呼叫,則轎廂下降到1F。當(dāng)轎廂停在1F(1樓),2F,3F,4F,5F均有人呼叫,則先到2F,停8S后繼續(xù)上升,每8S,直至5F。當(dāng)轎廂停在5F(5樓),1F,2F,3F,4F均有人呼叫,則先到4F,停8S后繼續(xù)下降,8S,直至1F。10S電梯的運行方向指示。用數(shù)碼管顯示轎廂所在的樓層數(shù)。在轎廂運行期間不能開門。轎廂不關(guān)門不允許運行?？傮w方案論證考慮到本次設(shè)計的電梯系統(tǒng)有五層，且開關(guān)量居多，模擬量較少；對于開關(guān)量控制為主的系統(tǒng)而言，一般PLC的響應(yīng)速度足以滿足控制的要求，在小型PLC中整體式比模塊式的價格便宜，體積也小，綜合考慮后，系統(tǒng)選擇了德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200系統(tǒng)PLC。4系統(tǒng)的軟件主程序流程圖如圖4-1所示。上電上電初始化等待是否廳外呼叫Y確定本層與目標(biāo)層Y是否轎廂呼叫Y是否同層N電梯選向電梯啟動電梯運行樓層信號N是否目標(biāo)層平層信號電梯制動開門延時關(guān)門N是否停止Y停止圖4-1電梯控制主流程圖5PLC控制系統(tǒng)硬件開發(fā)電梯PLC的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。圖5-1為電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，主要硬件包括PLC主機與擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等。轎廂操縱盤廳外呼叫轎廂操縱盤廳外呼叫圖5-1電梯控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)安全裝置輸PLC主機輸指層器入出接接井道裝置口CPU儲存器口拖動裝置設(shè)計思想信號控制系統(tǒng)電梯信號控制基本由PLC5-2PLC的控制信號有：運行方式選擇（如自動、有無司機、檢修、消防運行方式等指令、層站召喚、安全保護信息、開關(guān)門與限位信號、門區(qū)和平層信號等。電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能接受每個呼叫按鈕（包括部和外部的呼叫）的呼叫命令，并作出相應(yīng)的響應(yīng)。電梯停在某一層時，此時按動該層的呼叫按鈕（上呼叫或下呼叫，則相當(dāng)于發(fā)出打開不換向原則控制電梯向上或向下運行。令全部響應(yīng)完畢后才響應(yīng)使電梯反方向運行的呼叫。電梯在每一層都有一個行程開關(guān)，當(dāng)電梯碰到某層的行程開關(guān)時，表示電梯已經(jīng)到達該層。當(dāng)按動某個呼叫按鈕后，相應(yīng)的呼叫指示燈亮并保持，直到電梯響應(yīng)該呼叫為止。當(dāng)電梯停在某層時，在電梯部按動開門按鈕，則電梯門打開，按動電梯部的關(guān)門按鈕，則電梯門關(guān)閉。但在電梯行進期間電梯門是不能被打開的。運行方式選擇遠行控制信號運行方式選擇遠行控制信號安全保護信號呼梯信號指示內(nèi)指令信號輸入接口PLC輸出接口樓層顯示運行方向指示外指令信號開關(guān)門控制開關(guān)門信號門區(qū)或平層信號拖動控制系統(tǒng)5-2PLC電梯操作方式單臺電梯的操作方式有手柄操縱控制、按鈕控制、信號控制和集選控制等。在乘客電梯中幾乎全部采用集選控制方式。①單轎廂下集選控制：登記所有轎廂和廳門下行召喚；轎廂上行時，只答應(yīng)轎廂召喚，直至最高層；自動改變運行方向為下行，應(yīng)答廳門下行召喚。②單轎廂全集選：登記所有廳門和轎廂召喚；上行時順應(yīng)答轎廂和廳門上召喚，直至最高層自動反向應(yīng)答下行召喚和轎廂召喚。系統(tǒng)采用全集選操作方式?？删幊炭刂破鳎≒LC）的選型24個輸入點，需進行控制，故選擇S7-200CPU226的PLC，繼電器方式輸出，擴展模塊EM223,即輸16I/O點數(shù)的分配控制五層電梯的輸入開關(guān)與控制電梯各種工作的輸出端在PLC中的I/O編址如表5-1所示。輸入輸出表5-1 PLC輸入輸出說明對應(yīng)PLC地址說明對應(yīng)PLC地址外部一層上呼叫按鈕I0.0外部一層上呼叫燈Q0.0外部二層上呼叫按鈕I0.1外部二層上呼叫燈Q0.1外部二層下呼叫按鈕I0.2外部二層下呼叫燈Q0.2外部三層上呼叫按鈕I0.3外部三層上呼叫燈Q0.3外部三層下呼叫按鈕I0.4外部三層下呼叫燈Q0.4外部四層上呼叫按鈕I0.5外部四層上呼叫燈Q0.5外部四層下呼叫按鈕I0.6外部四層下呼叫燈Q0.6外部五層下呼叫按鈕I0.7外部五層下呼叫燈Q0.7一層行程開關(guān)I1.0部四層呼叫燈Q1.0二層行程開關(guān)I1.1部五層呼叫燈Q1.1三層行程開關(guān)I1.2電梯上升Q1.2四層行程開關(guān)I1.3電梯下升Q1.3五層行程開關(guān)I1.4上升指示燈Q1.4部一層呼叫按鈕I1.5下升指示燈Q1.5電梯上行極限位I1.6電梯開門Q1.6電梯下行極限位I1.7電梯關(guān)門Q1.7部二層呼叫按鈕I2.0一層位燈Q2.0部三層呼叫按鈕I2.1二層位燈Q2.1部四層呼叫按鈕I2.2三層位燈Q2.2部五層呼叫按鈕I2.3四層位燈Q2.3開門呼叫按鈕I2.4五層位燈Q2.4關(guān)門呼叫按鈕I2.5部一層呼叫燈Q2.5開門行程開關(guān)I2.6部二層呼叫燈Q2.6關(guān)門行程開關(guān)I2.7部三層呼叫燈Q2.7報警指示燈Q3.0PLC外部接線圖一樓上呼一樓上呼二樓上呼二樓下呼三樓上呼三樓下呼四樓上呼四樓下呼五樓下呼一樓行程二樓行程三樓行程四樓行程五樓行程一樓內(nèi)呼上行極限下行極限二樓內(nèi)呼三樓內(nèi)呼四樓內(nèi)呼五樓內(nèi)呼開門呼叫關(guān)門呼叫開門行程關(guān)門行程I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7COMCPU226Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7一樓上呼燈二樓下呼燈三樓上呼燈三樓下呼燈四樓上呼燈四樓下呼燈五樓下呼燈四樓內(nèi)選燈五樓內(nèi)選燈電梯上升電梯下降電梯開門電梯關(guān)門AC220VCOM2DC24VCOM1DC24VEM223Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7Q3.0一樓位燈二樓位燈三樓位燈四樓位燈五樓位燈一樓內(nèi)選燈二樓內(nèi)選燈三樓內(nèi)選燈COMCOM35-3PLC/輸出連接圖6分析運行過程為了保證程序運行的可靠，程序中設(shè)置了開門與關(guān)門、上升與下降的互鎖觸點。PLC控制梯形圖PLCPLC部分，因此在電器原理固中應(yīng)增加PLC的I/O連接圖。在PLC并有利于用戶在維修時分折和排除故障。實現(xiàn)上述要求可通過設(shè)計PLC梯形圖來實現(xiàn)，程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。在編制程序過程中，人們習(xí)慣于用文字或動作流程圖表達系統(tǒng)的控制過程，然后根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計PLC的控制程序(梯形圖)，這樣編寫的程序有很多不嚴密之處，在調(diào)試中會出現(xiàn)意想不到的錯誤。或用PLC中的繼電器符號通過狀態(tài)表法和邏輯表達式設(shè)計控制系統(tǒng)的PLCPLC被告知要做什么，以與怎樣去做的代碼或符號。從本質(zhì)上講，指令只是一些二進制代碼，這點PLCPLCPLC指令一般不是機器碼而是文字代碼，或圖形符號。梯形圖：12/3913/3914/3915/3916/3917/3918/3919/3920/3921/3922/3923/39圖6-1電梯控制梯形圖24/397單層運行調(diào)試層為例，當(dāng)電梯停在一樓時，當(dāng)電梯到達第二層時，二樓的感應(yīng)器接通I1.，只有當(dāng)三樓、一樓的感應(yīng)器I1.2I1.0Q1.2然后接到二樓上呼的指令

圖7-1電梯在一樓截圖圖7-2電梯接到二樓上呼指示截圖Q1.2表示電梯向上指示，Q0.1表示想到二層指示25/39圖7-3電梯上升截圖當(dāng)二層檢測到樓層到位信號時即I1.1接通時，二樓的樓層指示燈亮，如圖：圖7-4電梯到達二樓截圖復(fù)雜運行調(diào)試單層運行調(diào)試完接下來就是多層的復(fù)雜運行調(diào)試n層，譬如，電梯轎廂原先在二層，如此時三樓和四樓有向上外呼，即按下I0.3和I0.5826/39圖7-5電梯在二樓截圖然后接到二樓上呼和三樓上呼指令，即按下I0.3I0.5。如圖：圖7-6電梯接到二樓上呼指令截圖Q1.4

圖7-7