PLC电梯控制系统毕业论文.docx

1、PLC电梯控制系统毕业论文前 言随着现代社会的迅速发展,微电子技术和计算机技术也随之迅速发展.当前数字电器系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。其中，有着代表性的是日趋进步和完善的PLC设计技术。PLC(即可编程控制器)在工业控制领域内得到十分广泛的应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。PLC的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的PLC各有特点，它们适合在现场做手工测

2、量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析出来，传统PLC是无法完成的。然而基于PC通信的PLC，既可以完成测量数据的传递，又可借助PC，做测量数据的处理。所以这种类型的PLC无论在功能和世界应用上，都具有传统PLC无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。前言 2第一章 电梯的简介 4电梯的起源与发展 4电梯的分类 5电梯的工作原理 6第二章 PLC的简介 7PLC的定义 8PLC的基本结构和组成 8PLC的工作原理 11PLC的特点 12PLC系统的发展趋势 12第三章 PLC电梯控制系统 13PLC电梯控制的基本概念 13电梯控制系统特性 13PLC控制电梯的优点 14PLC

3、电梯控制系统实现的功能 14电梯控制主程序流程图和楼层显示程序图 15第四章 PLC电梯控制系统的设计方案 17PLC控制系统基本方案17PLC电梯控制系统设计方向 18第五章 PLC电梯控制系统设计 23硬件接线图 23控制逻辑流程图 25I/O点的分配 26硬件系统调试 27软件系统调试 27程序梯形图 27程序说明 33总结 37参考文献 38第一章 电梯的简介一、电梯的起源与发展 1、 电梯的起源现代社会中，电梯已经成为不可短少的运输设备。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯；高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯，自动扶梯等。在现

4、代社会，电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机，代替步行上下的楼梯。说到电梯的起源要从公元2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，有所不同的是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。数百年来人们制造过各种类型的升降机，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降机便急速地坠落到底层。1854年奥迪斯设计

5、了一种制动器：在升降机的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连接，起吊绳与货车弹簧连接，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立刻与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定，免了继续下坠。这样，第一台“安全”升降梯就产生了，然而真正能够称为电梯的产品应该是在20世纪初才出现。2、电梯技术的发展（1）电梯的速度要求越来越快，告诉，超高速电梯的数量越来越多。（2）电梯的拖动技术有了圈套的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到越来越

6、广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速发展。（3）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器-接触器控制发展为可编程序控制（PLC）和计算机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用计算机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。如停车操作、消防员专用等。（5）智能群控制管理得到广泛的运用。（6）机械传动方面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。二、电梯的分类1.按用途分类（1） 乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯。主用与宾馆，饭店，办公楼，大

7、型商店等客流量大的场合。这类电梯为了提高运送效率，其运行速度比较快，自动化程度比较高。轿厢的尺寸和结构形式多为宽度大于深度，使乘客能畅通地进出。而且安全设施齐全，装潢美观。（2）载货电梯：为运送货物而设计的并通常有人伴随的电梯。主要用于两层楼以上的车间和各类仓库等场合。这类电梯装潢不太讲究自动化程度和速度一般比较低。而载重量和轿厢尺寸的变化范围则比较大。（3）住宅电梯：为提供住宅楼使用设计的电梯，一般采用下集选控制方式允许残疾人的轮椅，童车及家具等乘坐。（4）杂物电梯：供图书馆，办公楼，饭店等运送图书，文件，食品等物品。但不允许人员进入电梯。此种电梯结构简单，操纵按钮在厅门外侧，无乘人必备的安

8、全装置。（5）船用电梯：固定安装在船舶上为乘客和船员或其他人员使用的电梯。船用电梯速度应小于或等于1M/S。能在船舶摇晃中工作。（6）汽车用电梯：用于垂直运输各种车辆。这种电梯的轿厢面积比较大结构牢固，梯速不大于1M/S。有时无轿厢顶，其特点是大轿厢，大载重量。常用与立体停车场及汽车库等场所。（7）观光电梯：观光电梯是一种供乘客观光用的，轿厢透明的电梯。一般安装在高大建筑物的外壁供乘客观光建筑物的周围外景。（8）病床电梯：病床电梯是为医院运送病床而设计的电梯。其特点是轿厢窄而宽，常要求前后贯通开门。（9）消防梯：火警情况下能适应消防员专用的电梯，非火警情况下可作为一般客梯或货梯使用。消防梯轿厢

9、的有效面积应不小于1.4 M2。额定载重量不得低于630kg。庭门口宽度不得少于0.8M，并要求以额定速度从最低一个停站直驶运行到最高一个停站（中间不停层）的运行速度时间不得超过60s。（10）建筑施工电梯：建筑施工电梯指建筑施工与维修用的电梯。（11）扶梯：这类电梯装于商业大厦，火车站，飞机场。供运送顾客或乘客上下楼用。（12）自动人行道（自动步梯）：用于档次要求很高的国际机场，火车站。（13）特速电梯：除上述常用几种电梯外，还有为特殊环境，特殊条件，特殊要求而设计的电梯。如防爆电梯，防腐电梯等。2.按驱动系统分类交流电梯，牵引电动机是交流异步电动机的有以下四类：（1）交流单速电梯：牵引电机

10、为交流单速异步电动机，梯速V0.4M/S。例如用于杂物梯等。（2）交流双速电梯：牵引电机为电梯专用的变极对数的交流异步电动机，梯速V1M/S，提升高度h50M。（3） 交流调速电梯：牵引电梯为电梯专用的单速或多速交流异步电机，而电动机的驱动控制系统在电梯的起动加速-稳速-制动减速（或仅是制动减速）的过程中采用调压调速或涡流制动器调速或变频变压调速的方式，梯速V2M/S，提升高度h50M。（4）交流高速电梯：牵引电机为电梯专用的低转速的交流异步电动机。其驱动控制系统为变频变压加矢量的VVVF系统。其梯速V2M/S，一般提升高度h120M。直流电梯，牵引电动机是电梯专用直流电动机有以下两类：（1）

11、直流快速电梯：牵引电动机给减速箱后驱动电梯，梯速V2.0M/S。现在由直流发电机供电给直流电动机的一个直流快速电梯已被淘汰，今后若有直流快速电梯的话。将由晶闸管供电的直流快速电梯。一般提升高度h50M。（2）直流高速电梯：牵引电动机为电梯专用的低转速直流电动机。电动机获得供电的方式是支流发电机组供电的，或是晶闸管供电的两种形式，其梯速V2.0M/S，一般的提升高度h120 m。液压电梯，电梯的升降是依靠液压传动的有以下两类：（1）柱塞直顶式：液压缸柱塞直接支撑在轿厢底部。通过柱塞的升降而使轿厢升降的液压提。梯速V1M/S，一般提升高度h20M。（2）柱塞侧顶式：（俗称”背包式”）油缸柱塞设置于

12、轿厢两侧，通过柱塞升降使轿厢升降的液压梯，梯速V0.63。一般提升高度h15M。三、电梯的工作原理当曳引机组的曳引轮旋转时，依靠嵌在曳引轮槽中的钢丝绳与曳引槽之间的摩擦力，驱动钢丝绳来升降轿厢，曳引钢丝绳一端挂着轿厢，另一端悬挂对重，产生拉力分别为S1和S2。当S1和S2的差值等于或小于绳槽之间摩擦力时，电梯正常运行，绳槽之间无打滑现象。具体图形如图1所示：图1 电梯的工作原理第二章 PLC的简介一、PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术与算术操作等方面向用户的指令，并通

13、过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。二、PLC的基本结构和组成1、PLC的结构图如下所示：图2 PLC的结构图（1）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，在系统监控程序的控制下工作，承担着将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域，然

14、后将接过送到输出映像寄存器区域。（2）存储器由只读存储器ROM和随机存储器RAM两大部分组成，存放系统软件的存储器称为系统程序的存储器ROM，存放应用软件或中间运行数据的存储器称为用户程序存储器RAM。（3）基本I/O接口电路A.PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送到PLC内部电路。BPLC输出电路用来将CPU运算的结果换成一定形式的功率输出，驱动被控负载。（4）接口电路：PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两大类。A.I/O扩展接口电路用于连接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

15、/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。B外设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。（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PLC内部电路需要的工作电源（5V直流）。2.PLC控制系统的组成PLC控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件，PLC的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。图3 PLC控制系统的组成PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。PLC系统软件是PL

16、C工作所必须的软件。在系统软件的支持西，PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。图4 PLC内部工作示意图值得注意的是在继电器控制系统中，一个继电器的线圈被接通或断开，继电器的所用触点（常开触点和常闭触点）都会立即动作。但在PLC中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所用只有扫描到”线圈”的触点时，才会动作，没有扫描到时，触点就不会动。并且PLC扫描一次用户程序的时间即扫描周期与拥护程序的长短和扫描速度有关，一般为1ms至几十毫秒。公共操作是在每次扫描程序前又一次自检，若发现故障，除了报警显示灯亮

17、之外，还判断故障性质。一般性故障，只报警不停机，等待处理；对于严重故障，则停止运行用户程序，此时PLC切断一切输出。数据I/O数据输入/输出操作有的称为I/O状态刷新。它包括两种操作：一是采样输入信号（即刷新输入状态的内容）；二是送出处理结果（即按输出状态表的内容刷新输出电路）。PLC数据I/O示意图如下：图5 PLC数据I/O示意图三、PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号或地址号作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回

18、第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存储器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随机关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁

19、存器中，并通过一定的方式输出，驱动相应输出设备工作。四、PLC的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通计算机一样，以通用或专用CPU作为处理器，实现通道的运算和数据的存储，另外还有位处理器，进行点（位）的运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高，易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。五、PLC系统的发展趋势PLC当初是针对工业顺序控制发展而研制的。经过30几年的迅速发展，PLC已不仅能进行开关量控制，而且还能进行模拟量控制，位置控制。特别是PLC的通信网络技术的发展，使得PLC如虎添翼，由单机控制向多机控制，由集中控制向多层次分布式控制系统发展。

20、现在PLC的足迹已遍布了国民经济的各个领域，形成了满足各种需要的PLC应用系统。电梯结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。今后PLC控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化，微型化系统方向发展。作为控制系统的关键设备，PLC将朝着体积更小，速度更快，功能更强，价格更低的方向发展。二是向大型化，网络化，多功能的方向发展。第三章 PLC电梯控制系统一、PLC电梯控制的基本概念电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动

21、系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿箱开关电路。二者均为采用易于控制的直流电机作为拖动动力源。主要拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。电梯控制系统原理框图主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。电梯控制系统的硬件结构包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测

22、电路、发光二极管记忆灯电路、PWM控制直流电机无线调速电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其他辅助电路等。二、电梯控制系统特性在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节，而舒适感又与加速度直接相关，根据控制理论，要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制，对于电梯控制系统来说，要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈，根据电动机的力矩方程式:MMZ=M=J（dn/dt），可见加速度的变化率反映了系统动态转距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距M=MMZ。故在此段采用加速度的时间控制原则，当启动上升段速度达到稳态值的90%时，将系统由加速度控制切换到速度控制，因为在稳

23、速段，速度为恒值控制波动较小，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度，为制动段的精确平层创造条件。在系统的速度上升段和稳速段虽都采用PI调节器控制，但两段的PI参数是不同的，以提高系统的动态响应指标。在系统的制动段，即要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。在系统的转速降至120r/min之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控制为主，同时根据在每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。例如在距离平层点的某一距离L处，速度应降为Vm/s，而实际转速高为Vm/s，则说明所加的制动

24、转距不够，因此计算出此处的给定减速度值-ag后，使其再加上一个负偏差，即使此处的减速度给定值修正为-（ag+）使给定减速度与实际速度负偏差加大，从而加大了制动转距，使速度很快降到标准值，当电动机的转速降到120r/min以后，此时轿厢距平层只有十几厘米，电梯的运行速度很低，为防止未到平层区就停车的现象出现，以使电梯能较快地进入平层区，在此段采用比例调节，并采用时间优化控制，以保证电梯准确及时地进入平层区，以达到准确可靠平层。三、PLC控制电梯的优点1.在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。2.去掉了选层器大部分继电器，控制系统结构简单，尾部线路简化。3.PL

25、C可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。4.PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。5.用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。更改控制方案时不需改动硬件接线。四、PLC电梯控制系统实现的功能1.一台电机控制上升和下降。2.各层设上/下呼叫开关，其中最顶层与起始层只设一只。3.电梯到位后具有手动和自动开门功能。4.电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层信号指示灯。5.电梯内设有楼层指令键，开关门按键，警铃风扇及照明按键。6.待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客。7.自动关门与提早关门：在一般情况下，电梯停站510秒应能自动关

26、门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作。8.按钮开门：在开关过程或门关闭后，电梯启动前，按下操作盘上开关按钮，门将打开。9.内指令记忆：当轿箱内操作盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。10.自动定向：当轿箱内操作盘上选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。11.呼梯记忆与顺向截停：电梯在运行中应能记忆层外呼梯信号，对符合运行方向的召唤应能自动逐一停靠应答。12.自动换向：当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。13.自动关门待客：当完成全部轿箱内指令，又无层外呼

27、梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关门轿箱照明。14.自动返基站：当电梯高于基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站停机待客。 五、电梯控制主程序流程图和楼层显示程序图 图6 电梯控制主程序流程图和楼层显示程序图第四章 PLC控制系统的设计方案一、PLC控制系统基本方案随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机

28、逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。本文将用四层楼作为背景进行设计。1.轿厢楼层位置检测方法主要方法有以下几种：（1）用于簧管磁感应

29、器或其他位置开关：这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。（2）利用稳态磁保开关：这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但是它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。（3）利用旋转编码器：目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因此在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源可利用PLC内置的24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢的位置优于其他方法，故本设计采用此方法2.PLC的选型根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须且有高数计数器。又因为电梯时双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。综合考虑后，本设计选择西门子公司生产的S7200系列机。S7200系列机具有以下优点：1.体积极小2.先进美观的外部结构3.提供多种子系列供用户选用4.灵活多变的系统配置5.功能强、使用方便二、PLC电梯控制系统设计方向1.电梯控制系统的基本结构组成电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖运控制系统两部分组成。图7为电梯PLC控制系统的基