基于PLC电梯控制系统设计毕业论文.docx

1、湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）任务书课 题： 基于PLC电梯控制系统的设计编 号：专业：电气化铁道技术班级：312-3学生姓名：胡小冈U指导单位：湖南铁路科技职业技术学院指导教师：沈佳设计（论文）任务与要求：任务：针对西门子S7-200可编程控制器，设计电梯的控制系统，包括轿内指令和厅外召唤信号的登记与消除、电梯的选层和定向、电梯的开关门运行、电梯上下行控制、电梯的指层控制等部分，实现轿内与各层呼梯指令的记录、电梯运行方向和选层的控制，电梯上下行和自动开关门、电梯的指层控制等功能。要求：开始时，电梯处于任意一层；当有外呼梯信号到来时，

2、电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时3S后自动关门;当有 内呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时3S后自动关门；在电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号，但不响应二层向下外呼梯信号。同时，如果电梯到达三层，如果四层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应三层向下外呼梯信号;电梯应具有最远反向外梯响应功能。设计（论文）依据的原始资料：1湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）工作规范（铁路科职院P2007126号文件）2

3、电梯制造与安装安全规范.中华人民共和国国家标准GB75882003【3】全国机械标准化技术委员会，中国标准出版社编，中国机械工业标准汇编.北京：中国标准出版社，2003设计（论文）文件的组成及要求：论文组成：摘要、目录、正文、总结、参考文献、致谢、指导教师评阅表、评阅教师评阅表、答辩评阅表、专业答辩组提问情况、评定书。论文要求：观点明确、实事求是、思路清晰、条理清晰，并在论中能准确的达出自己的设计成果。参考资料1陈金华.可编程序控制器应用技术.北京.电子工业出版社.20032浙江大学罗克韦尔自动化技术中心.可编程控制器系统.浙江.浙江大学出版社20093谢克明.夏路易.可编程控制器原理与程序设

4、计.北京.电子工业出版社20024李树雄.可编程序控制器原理及应用教程.北京.北京航空航天大学.20035何仿山.可编程序设计范例大全.上海.同济大学出版社.20076齐从谦.王士兰.PLC及应用.北京.机械工业出版社.20007袁任光.可编程序控制器应用技术与实例.广州.华南理工大学出版社.20068黄大雷.吴庚审.可编程控制器及其应用.北京.人民交通出版社.20025湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）6任务下达时间：2014 年 12 月 20 日毕业设计开始与完成任务日期：2015年1月1日一2015年5月15日系部专业教学指导委员会：该毕业设计（论文）选题符合本专业人才

5、培养目标要求，同意下达任务系部主任审批意见：同意按计划执行签字：年 月 日湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）摘要目前电梯控制系统主要有三种控制方式:继电器控制系统、PLC控制系统、微机 控制系统。PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调 试周期较短等优点，倍受人们重视，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制 方式。本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对4层 电梯，使用西门子S7-200可编程控制器，设计了电梯的控制系统，包括轿内指令和 厅外召唤信号的登记与消除、电梯的选层和定向、电梯的开关门运行、电梯上下行 控制、电梯的指层

6、控制等部分，实现了轿内与各层呼梯指令的记录、电梯运行方向 和选层的控制，电梯上下行和自动开关门、电梯的指层控制等功能。关键词：四层电梯控制系统可编程控制器25目录第一章前言7第二章电梯概述82. 1电梯的起源与发展82. 2国外电梯的情况82. 3国内电梯的情况92. 4电梯技术发展趋势10第三章PLC的发展123. 1 PLC的定义123.2 PLC的发展阶段133.3 PLC发展趋势143.4 PLC的基本组成153.5 PLC的软件结构183. 5. 1工作原理183. 5. 2运行模式18第四章电梯设计的基本要求204. 1电梯开发的目的204.2电梯设计所需的设备204.3电梯设计的

7、控制要求204.4 I/O分配表20第五章电梯的主电路及控制电路225. 1拽引电动机主电路225. 2控制部分235. 3 输入输出地址分配表245.4 PLC的外部接线图255. 5电梯工作过程255. 6梯形图275.7电梯控制系统程序35总结39致谢40参考文献41第一早刖B随着经济的不断发展，城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，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。电梯是用于高层建筑物中的固定式升降运输设备，它有一个装载乘客的轿厢， 沿着垂直或倾斜角度小于15的导轨在各楼层间运行，是垂直运行的电梯（通常也简 称为电梯）、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水

8、平方向运行的自动人行道的总称。 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。 有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现代城市才得以长高。据估计，截至2002年，全 球在用电梯约635万台，其中垂直电梯约610万台，自动扶梯和自动人行道约25万 台。电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。人们对电梯安全性、高 效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。如今，世界各国的电梯公司还在 不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现代建 筑交通日益增长的需求。目前电梯的控制普遍

9、采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成 电梯信号的计在用PLC控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬 件设备的条件下，实现电流、速度、位移三环控制。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取代微机实现信号控制。从 控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。PLC可靠性高，程序设计方 便灵活。第二章电梯概述2.1电梯的起源与发展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前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，

10、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，所不同者只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梯，它们都具有一个共同的缺陷：只要起 吊绳突然断裂，升降梯便急速地坠落到底层。1854年奥的斯设计了一种制动器：在 升降梯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 连结，起吊绳与货车弹簧连结，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

11、减弱，两端立该与制动杆咬合，即 可将平台牢固地原地固定免继续下坠。“安全的升降梯”发明成功了！ 一时间，奥的 斯成了众人注目的中心。第一台升降机并非奥的斯所发明，但他却是第一台“安全” 升降梯的发明者。“安全”这一概念不仅开创了升降梯工业，而且也为那些想建造更 高层建筑物以增加更多可利用空间的设计们打开了通途。然而真正能够称为电梯（用电能驱动升降梯）的产品应该是在20世纪初才出现 的。2. 2国外电梯的情况国外电梯行业发展迅猛，不仅在节能上做了很大的功夫，现在在智能化，远程 化，集成化，可视化也已有了先进的技术！例如：（1）集垂直运输与水平运输的复合运输系统。该系统采用直线电机驱动，在一 个井

12、道内设置多台轿厢。轿厢在计算机导航系统控制下，可以在轨道网络内交换各 自运行路线。该系统节省了井道占用的空间，解决了超高层建筑电梯钢丝绳和电缆 重量太大的问题，尤其适合于具有同一底楼的多塔形高层建筑群中前往空中大厅的 穿梭直驶电梯。（2）交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯无机房电梯由于曳引机和控 制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提 高了大楼建筑美学的设计自由度。而交流永磁同步无齿轮曳引机的特点是：（A）结 构简单紧凑，体积小，重量轻，形状可灵活多样；（B）配以变频控制可以实现更大 限度的节能；（C）没有齿轮，于是没有齿轮振动和噪声，齿轮效率，齿轮磨损

13、及油 润滑问题，减少了维护工作，降低了油污染；（D）由于失电时旋转的电机处于发电 制动状态，增加了曳引系统的安全可靠性。（3）彩色大屏幕液晶楼层显示器。这类显示器可以以高分辨率的彩色平面或三 维图像显示电梯的楼层信息（如位置、运行方向），还可以显示实时的载荷、故障状 态等。通过控制中心的设置还可以显示日期、时间、问候语、楼层指南、广告等， 甚至还可以与远程计算机和寻呼系统联接发布天气预报、新闻等。有的显示器又增 加了触摸查询功能。该装置缓解了陌生乘客在轿厢内面对面对视时的尴尬、无趣的 局面，降低了乘客乘梯时心理等待焦虑感。（4）电梯远程监控系统。该系统是将控制柜中的信号处理计算机获得的电梯运

14、行和故障信息通过公共电话网络或专用网络（都需要使用调制解调器）传输到远程 的能够提供可视界面的专业电梯服务中心的计算机，以便那里的服务人员掌握电梯 运行情况，特别是故障情况。该系统一般具有显示故障、分析故障、故障统计与预 测等功能，还有的可实现远程调试与操作，便于维修人员迅速进行维修应答和采取 维修措施。这样缩短了故障处理时间，简化了人工故障检查的劳动，保证了大楼电 梯安全高效地运行。2. 3国内电梯的情况中国电梯行业从市场规模上已经有了很大提高，一些自主品牌也逐步提升了自 己的产品质量和技术含量，我国政府提出的节约型社会正好让电梯行业中拥有节能 电梯技术的企业有机会发展，另外，国外用户比以前

15、更多地青睐中国产品也为中国 电梯的崛起提供了机会。目前我国节能电梯技术在某些方面已经达到了国际领先水 平，但是节能电梯的普及率还很低，可节电30%以上的无齿轮电梯普及率不及10%, 可以能源再生的造能电梯普及率不及2%。因此专家预计，节能电梯市场会在“十一 五”期间进入快速增长期。节能电梯从2001年开始进入我国办公楼、住宅楼、酒店 等场所，经过5年的发展，全国的无齿轮电梯市场从几千台增长到近6万台。目前 我国已超过日本成为世界最大的新装电梯市场。由于房地产业、城市公共建设等产 业发展迅速，预计未来10年，我国的电梯市场仍将保持每年20%的递增速度，年平 均销售额至少500亿美元。房地产市场快

16、速发展，对电梯的需求继续扩大。专家估 计未来50年我国新增住房面积将达到200亿平方米。目前国家规定20米以上高楼 就应安装电梯，因此未来电梯最大的市场就是住宅市场。此外，机场、商场、地铁 等大型公共设施建设对自动扶梯、观光电梯等电梯的需求量也十分可观。西部地区 的小城镇建设速度加快。东部地区城市化经过20年的发展，有些发达地区城市化水 平已达到80%,基本饱和，甚至出现了逆城市化的趋势。而近年来西部地区国民生产 总值的增长速度，已经与电梯需求高速发展所需的GDP水平相吻合。电梯更新进入 高峰期。虽然国家对电梯寿命目前没有提出强制标准，但是按国外电梯使用寿命的 惯例，一般日本系列电梯设计寿命为

17、15年，欧美电梯设计寿命为25年。根据我国 电梯选购的实际情况，采用日本系列产品或技术的比例大约有60%以上，国内在1990 年前安装的日系电梯已经全部到了更新期。而且1990年以前的电梯生产技术相对比 较落后，电梯的耗电水平是现在节能电梯的三到四倍。按电梯使用寿命及15年前电 梯安装数量看，预计2007年将有15000至20000台电梯需要更新。电梯节能潜力巨 大，电梯和空调被认为大型建筑两大耗能大户。据了解，目前我国星级酒店每平方 米平均年耗电量为150千瓦时，一座3万5万平方米的星级酒店，其年总能耗大约 相当于3000至4000吨标准煤，其中将近一半用于电梯供电。电梯行业协会统计， 20

18、05年在我国所有使用的电梯中如果有80%采用节能电梯，全年可以节约耗电122 亿千瓦时。如果2015年全部采用节能电梯，将节电800亿千瓦时，几乎等于三峡大 坝一年的发电量。2.4电梯技术发展趋势（1）环保：绿色理念是电梯发展总趋势。有专家预言“谁最先推出绿色产品并 抢占市场，谁就掌握市场竞争主动权”。发展趋势主要有：不断改进产品的设计，生 产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的 电梯。电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等无润滑油污染曳引方式。电梯 装璜将采用无（少）环境污染材料。电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技 术。安装电梯将无需安装手脚架。电梯

19、零件在生产和使用过程中对环境没有影响（如 刹车皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。（2）蓝牙技术在电梯上应用。安装过电梯的人都知道放线、对线是费时、费力、 极容易错的工作。如果控制屏与召唤系统通过蓝牙技术连接起来实现无线召唤将会 是电梯控制的另一场革命同时为我们带来巨大好处。如下：a. 安装期将减少30%以上，其直接好处是降低安装成本，客户也因从订梯到使 用电梯周期费用减少和提高现金周转率。b. 在电梯上使用蓝牙技术一定会使电梯控制系统大量使用最新最快微机，这将 会进一步提高电梯整机可靠性，故障率大大降低，控制精度也进一步提高，带来的 结果是电梯更加舒适，平层更加准确。c. 很好地解决了

20、电梯控制与外围设备的兼容和联系。特别是可以把电梯和扶梯 归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。第三章PLC的发展3.1 PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为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， 计数与算术操作等面向用户的指令，并通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

21、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。PLC的特点：一、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采 取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均 无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。 从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相 比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故

22、障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应 用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的 电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪 了。二、配套齐全，功能完善适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可 以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善 的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使 PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增 强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。三

23、、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表 达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便 地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使 用计算机从事工业控制打开了方便之门。四、适合多品种、小批量的生产场合系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻 辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同 时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可 能。五

24、、机电一体化体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm, 重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化 的理想控制设备。3. 2 PLC的发展阶段虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电 路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可 分三个阶段：一、早期的PLC （60年代末一70年代中期）早期的PLC-般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置 的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它 在硬件上以准计算机的形式出现，

25、在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场 的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存 储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大 电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式一梯形图。因此，早期的PLC的 性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低， 有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言一梯形图一直沿用至今。二、中期的PLC （70年代中期一80年代中，后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一 些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU

26、） o这样，使PLC得功能 大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还 增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持 其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。 并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄 存器，使PLC得应用范围得以扩大。三、近期的PLC （80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市 场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且, 为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷

27、纷研制开发了专用逻辑处理芯片。 这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。3. 3 PLC发展趋势一. 向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。 目前，有的PLC的扫描速度可达0. lms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一 个性能指标。二. 向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向 发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大 型PLC,其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。结构不 断紧凑化，体积不断轻型化、小巧

28、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。三. PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速 计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和 存储器的智能I/O模块，既扩展了 PLC功能，又使用灵活方便，扩大了 PLC应用范 围。电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VV VF 电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、 更洁

29、挣、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引 机的主流：由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。另外，网络控制 和智能群控系统.以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。四. 增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%, I/O接口占15%,输 入设备占45%,输出设备占30%,线路占5%o前二项共20%故障属于PLC的内部故障, 它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故 障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进 一步提高系

30、统的可靠性。安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架 安装，将是高层电梯安装的主要方式;随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给 安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、 无底坑、无线控制、绿色环保一安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要 发展方向。五. 编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提 高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺 序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言 （BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展

31、是PLC进步的一种趋势。3.4 PLC的基本组成可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理 器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持，实际上 可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。一、PLC的硬件结构、微处理器（CPU）控制器的核心山-存储器（RAM、ROM）命入、输出部件（I/O部件）连接现场设备与CPU之间的接口电路电源部件一一为PLC内部电路提供能源整体结构的PLC四部分装在同一机壳内模块式结构的PLC各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合（扩展机）另外，还必须有编程器一一将用户程序写进规定的存储器内旗本单元图3.1 PLC硬件结构二、中央控制处理单元（CPU）可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微 处理器三种类型。通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位 片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控