毕业设计论文基于PLC的电梯监控系统设计.docx
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毕业设计论文基于PLC的电梯监控系统设计
基于PLC的电梯监控系统设计
沈阳航空航天大学自动化学院
摘要：
电梯是目前人们生活中比较常见的升降机，是提高生产发展速度和改善人们生活条件的不可缺少的工具。
电梯是一个复杂的控制系统，它不仅包括机械传动系统，还有计算机控制系统和许多土木工程领域的问题。
对于提高电梯的安全可靠性，改善电梯的运作过程，同时还能协调各种资源使电梯系统达到最节能的控制方案，已经成为了如今电梯发展的具有深远意义的课题。
本文是基于PLC的电梯监控系统的设计，该系统具有控制监控的功能，同时能进行双向控制，是具有实用价值的控制系统。
关键词：
PLC；电梯；梯形图；组态软件；命令语言
0.前言
电梯是目前人们生活中比较常见的升降机。
随着社会的发展与进步，更多的工业生产、住宅、高层建筑都对电梯提出了更高的要求。
电梯一时成为提高生产发展速度和改善人们生活条件的不可缺少的工具。
电梯是一个复杂的控制系统，它不仅包括机械传动系统，还有计算机控制系统和许多土木工程领域的问题。
同时，随着工业现代化的不断推进，对电梯的设计也要考虑到美学、舒适感等满足人们感性需要的方面。
此时，对于提高电梯的安全可靠性，改善电梯的运作过程，同时还能协调各种资源使电梯系统达到最节能的控制方案，已经成为了如今电梯发展的具有深远意义的课题。
1.电梯控制系统的工作原理
电梯主要是由门和上下升降的轿厢组成，同时还有一些辅助轿厢上升和下降的电机还有控制门开门关的传感器与行程开关等。
开始运行电梯系统时电梯返回一层，当有呼叫信号的时候电梯开始响应呼救信号。
在电梯上升的过程中电梯优先呼应各层的上升呼叫信号和高层的内选信号，如果有反向的先不响应直到其上方无呼叫信号或其上方的呼叫信号响应完毕时才响应。
当电梯响应某一层的呼叫信号时电梯自动开门，然后延时2s关门。
如果在某一层停层，可以用手动开门或关门。
一旦在行车过程中不能手动开关门。
同时在电梯运行过程中不能开门。
电梯的有效运行时间控制在8s内，如果电梯在上升或下降的过程中运作时间超限，电梯则自动停车停止运行。
当电梯没有内外选择信号，电梯则返回一层待命。
2.四层电梯控制系统的硬件配置
PLC简介
可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。
但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
硬件系统结构
PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。
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的扫描一个周期必经输入采样、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。
随即关闭输入端口，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存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。
四层电梯控制系统的I/O分配
四层电梯系统需要20个输入16个输出，属于多输入多输出系统。
跟据PLC可编程逻辑控制器的特点，需要将电梯中的各层响应按钮定义为输入信号，将指示各层停止位的指示灯定义为输出刷新信号。
如下表所示。
表1四层电梯输入输出I/O分配
序号
名称
输入点
序号
名称
输出点
0
一层内呼
0
一层内呼指示
1
二层内呼
1
二层内呼指示
2
三层内呼
2
三层内呼指示
3
四层内呼
3
四层内呼指示
4
一层外呼上
4
一层外呼上指示
5
二层外呼下
5
二层外呼下指示
6
二层外呼上
6
二层外呼上指示
7
三层外呼下
7
三层外呼下指示
8
三层外呼上
8
三层外呼上指示
9
四层外呼下
9
四层外听下指示
10
开门开关
10
电梯上行
11
关门开关
11
电梯下行
12
一层平层
12
门电机开
13
二层平层
13
门电机关
14
三层平层
14
电梯上行指示
15
四层平层
15
电梯下行指示
Q
16
开门限位
17
关门限位
18
电梯上升极限位
19
电梯下降极限位
3四层电梯控制系统软件设计
3.1S7-200软件简介
S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。
应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
如：
冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
3.2四层电梯控制系统程序与分析
由于断电或故障等原因，会使PLC停止运行。
当PLC重新运行时，假如电梯门未完全打开或关闭时，Q2.3置位有信号，产生关门动作，直到电梯门完全关闭，Q2.3复位。
当电梯未在任意平层时，利用辅助继电器M1.1,电梯会下降，直到电梯碰触行程开关后停止。
梯形图如下：
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。
电梯应具有最远反向外梯响应功能。
例如：
电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。
当电梯达目标楼层时，电梯门打开。
以2层外呼下为例，当按下2），并且外呼作得到响应），即M0.0有信号，当电梯运行至2楼平层时），电梯门打开（Q2.2）。
电梯开门到位后，计时3秒（T34），电梯门关闭（Q2.3）。
电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。
平层且电梯停止运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。
此外当门关闭时，若门间来人，光电传感器会产生信号，控制电梯门打开。
以电梯上行为例：
当系统无外呼下响应，即M0.0和M0.2没有信号时，若电梯停在3层，当有3层外呼上（Q1.0）、4层外呼下（Q1.1）或4层内呼有信号（Q0.3）时，电梯将向上运行，辅助继电器M0.4置位，且当四层外呼下或四层内呼有信号时，电梯向上运行（Q2.0），到达目标楼层时电梯停止。
当电梯上行时，上行指示灯亮（Q2,4）；下行时，下行指示灯亮（Q2.5）。
以2层内呼为例：
当按下2层内呼时（I0.1），若电梯未在2楼平层时（I1.5），2层指示灯亮（Q0.1），电梯运行至2楼平层，门打开，2层指示灯灭；若电梯在2楼平层时，指示灯不亮。
以2层外呼下指示灯为例：
按下2层外呼下按钮），若电梯未在2楼平层时（I1.5），指示灯亮（Q0.5），当电梯运行至二楼平层，并且该外呼信号得以响应时，门打开（Q2.2），指示灯灭；若电梯停在2楼平层且门未处于打开动作时，按下2层外呼下按钮，指示灯亮，电梯门打开，指示灯灭。
4四层电梯控制系统监控界面的设计
4.1组态王工控软件简介
组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。
通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。
其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。
尤其考虑三方面问题：
画面、数据、动画。
通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。
组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。
而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。
它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
4.2定义数据词典
在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。
本系统实时数据的定义如表2所示。
表2 数据词典的定义
数据对象
类型
PLC地址
解释说明
a4
I/0离散
一层内呼
a3
I/0离散
二层内呼
a2
I/0离散
三层内呼
a1
I/0离散
四层内呼
b31
I/0离散
一层外上呼
b32
I/0离散
二层外下呼
b33
I/0离散
二层外上呼
b34
I/0离散
三层外下呼
b35
I/0离散
三层外上呼
b36
I/0离散
四层外下呼
a6
I/0离散
开门开关
a5
I/0离散
关门开关
b26
I/0离散
一层平层
b25
I/0离散
二层平层
b24
I/0离散
三层平层
b23
I/0离散
四层平层
b18
I/0离散
开门限位
b19
I/0离散
关门限位
b30
I/0离散
一层内呼指示
b29
I/0离散
二层内呼指示
b28
I/0离散
三层内呼指示
b27
I/0离散
四层内呼指示
b1
I/0离散
一层外呼上指示
b2
I/0离散
二层外呼下指示
b3
I/0离散
二层外呼上指示
b4
I/0离散
三层外呼下指示
b5
I/0离散
Q
三层外呼上指示
b6
I/0离散
四层外呼下指示
c7
I/0离散
电梯上行
c8
I/0离散
电梯下行
b20
I/0离散
门电机开
b21
I/0离散
门电机关
b8
I/0离散
电梯上行指示
b9
I/0离散
电梯下行指示
c1
I/0离散
二层下呼响应
c2
I/0离散
二层上呼响应
c3
I/0离散
三层下呼响应
c4
I/0离散
三层上呼响应
c5
I/0离散
电梯上行判断
c6
I/0离散
电梯下行判断
d1
内存整型
无
一层外门
d2
内存整型
无
二层外门
d3
内存整型
无
三层外门
d4
内存整型
无
四层外门
b10
内存整型
无
电梯轿厢
b22
内存整型
无
延时时间
4.3用户界面的制作
图1四层电梯控制系统监控界面
4.4命令语言的编写
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