电梯自动控制系统的设计.docx
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电梯自动控制系统的设计
毕业设计（论文）
题 目电梯自动控制系统设计
所属系部 机电工程系
所学专业机电一体化
班 级
学生姓名
指导教师
职称
２0１5 年5 月
电梯自动控制系统的设计
摘要:
随着科学技术的发展，近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速的发展，一些电梯厂也在不断改进设计，修改工艺。
更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两部分，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展防线。
目前电梯系统主要有三种控制方式：
继电路控制系统，PLC控制系统，微机控制系统。
继电气控制系统由于故障率高，可靠性差等缺点，目前已被淘汰.微机控制系统虽在只能控制方面有较强的功能,但也存在抗干扰性差，系统设计复杂等缺盐。
而PＬC控制系统由于运行可行性高，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，目前也广泛应用于传统继电器控制系统的技术改造。
本次设计介绍了利用西门子Ｓ7—300可编程控制器编写的一个四层电梯的控制系统。
关键词：
电梯;ＰLC；继电器
Desigｎofautomaticcoｎtｒol systｅmfor ｅlevaｔor
Aｂsｔraｃt：
wiｔhtheｄeｖelopmeｎtoｆscieｎceand ｔｅchｎology，ｉnrｅcent yeａrs, Cｈina’s ｅleｖatorpｒoｄuctioｎ tecｈnologｙｈａsbeen rapiddevｅｌｏpｍent,soｍe of ｔheｅｌevatorfaｃtoryｉsｃonstantlｙ ｉｍprｏｖinｇ dｅsｉgn, modifiｃａtiｏnproｃess。
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Atprｅsent， tｈerearｅ tｈreｅmaincontrｏlmｏdeｓｉｎｔheelevator sｙｓtｅm:
reｌａy ciｒｃｕｉtconｔrolsysｔｅｍ， ＰＬCｃontrolsystem, miｃroｃoｍputercoｎtｒoｌ system． Folｌowｉng ｔhe ｅｌecｔriｃal controlｓysｔemdueｔohighfaiｌｕｒeraｔe, poorreliａbilｉtｙ，ｅtc。
， hasｂeenelｉminated。
Aｌthoｕｇhthｅmicrocompｕｔeｒ coｎtrolsysｔｅmhaｓ stｒongfunctionｉnthecｏntroloftｈｅcompｕteｒ，bｕｔ aｌsｏ ｈastheabiｌiｔytｏrｅsiｓt thｅ diｓｔurbance, theｓyｓtemdesignｉscｏｍplｅｘand soon。
AdvanｔageｓanｄPLＣｃontrolsystem duetotｈe highopeｒational fｅasiｂiliｔy,ｏｐeratｉｏｎ andmａｉntenancecｏnvｅnient，strongaｎtｉ—inteｒｆｅrｅｎｃe，design andｄeｂｕｇginｇ ｃyｃｌｅshort,paidmoreａtｔentｉon tｏ bypeople，aｎdnowhasbecometheｍｏsｔｃｏｎtｒｏlmodeof ｔheelevatorcｏntrｏlｓysｔem，iｓalsowidelyｕseｄｉn trａｄitｉonａl relayｃｏntｒol systemofthetechnical tｒansfoｒmａｔion。
Thisdesiｇn ｄescribesthｅｕseoftheSＩEMEＮS S7-30０programｍabｌecontrollertowrｉｔe afourlayeｒｅｌevatoｒcoｎtrｏlsyｓtem。
Keｙworｄs：
eｌeｖaｔor；PＬC;ｒelａy
背景
近年来我国的经济飞速发展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住条件得到了巨大的改善.电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具，与人们的生活息息相关。
传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，另外,传统的电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成,存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。
可编程控制器（ＰLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置.鉴于其种种优点,目前,电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC 控制代替.同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速,不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用.因此，PＬＣ控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。
本课题的研究题目——“基于 PLＣ的电梯控制系统的设计”做诠释如下PLC 控制是指电梯信号控制由 PＬC及其软件来实现，控制系统的核心为PLC.其次课题开发的主要任务和内容是：
建立“PLＣ控制的电梯系统"的总体框架;信号控制系统利用PＬC集中处理电梯运行方式、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到楼层、运行方向及呼梯应答等，实现开关门控制;拖动控制系统中曳引机的启动、运行、制动停止,包括正反转信号及多种速度信号,经PＬC 运算、判断后通过电机来实现。
达到的要求是：
通过深入的理论研究和编程实践,全面认真的完成上述几个内容.
ﻬ第一章绪论
１。
１电梯继电器控制系统的特点及存在问题
1．1.1电梯继电器控制系统的优点
（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观,易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。
（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
（3）大部分电器均为常用控制电器,更换方便，价格便宜。
（４）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品,技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多.
1。
1。
2 电梯继电器控制系统存在的问题
（1）系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良,
因而故障率较高.
（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能,使系统的
控制功能不易增加，技术水平难以提高.
（３） 电磁机构及触点动作速度比较慢,机械和电磁惯性大,系统控制精度
难以提高。
（４） 系统结构庞大,能耗较高,机械动作噪音大。
（５） 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难,费时费工.电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰.且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏,还可能出现人身事故 .
1．２ PＬC 及其在电梯控制中的应用特点
1。
2.1ＰLC 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与普通微机一样。
以通用或专用CPU 作为字处理器,实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器）,进行点（位）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。
１、可靠性
对可维修的产品,可靠性包括产品的有效性和可维修性。
（１）PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件,它的接线大大减少，与此同时,系统的维修简单,维修时间短。
（２）PＬC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计,例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了 MＴTF（平均无故障时间），使可靠性提高。
（3）ＰＬC有较高的易操作性,它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点,一般不易发生操作的错误。
（4）ＰLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高.
（５） 在PＬC的硬件方面,采用了一系列提高可靠性的措施.例如,采用可靠性的元件;采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等。
（６）PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。
例如，采用软件滤波等;软件自诊断；简化编程语言等。
2、易操作性
PＬC的易操作性表现在下列几个方面:
（１）操作方便
PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作.大多数 PＬＣ采用编程器进行输入和更改的操作.编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PＬC,编程器采用了 ＣRT屏幕显示,因此，程序的输入直接可以显示.更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找,然后进行更改。
更改的信息可在液晶屏或CＲT上显示.
（2）编程方便
ＰLC有多种程序设计语言可供使用。
对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近,容易掌握和理解。
采用布尔助记符编程语言,十分有助于编程人员的编程。
（3）维修方便
PＬＣ具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。
当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断,维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。
3、灵活性
PLC的灵活性表现在以下几个方面：
（１）编程的灵活性。
PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。
编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展.
（2） 扩展的灵活性。
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可根据应用的规模不同,即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
（3）操作的灵活性。
操作十分灵活方便,监视和控制变得十分容易
1.２．2 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） 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单,外部线路简化。
（3） PLＣ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。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
此外,微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷而没被广泛采用.PＬＣ控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，倍受人们重视等优点,已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式.ＰLＣ以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。
在电梯业也是如此,目前国内7０～80年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量.应对这些电梯进行更新和改造。
但是更新需要大量资金,对使用单位来说有一定困难,所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。
近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯,取得了良好效果。
利用PLＣ和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗,节约能源，减少运行费用。
第二章S７-300PLC的介绍
可编程序控制器是二进制逻辑运算为主的、专为工业环境应用而设计的控制器,后来发展成为具有各种接口，且通讯功能和软件能日趋完善的工业控制器。
为与个人计算机区分，可编程序控制器一般简称为PLC（ProgrammaｂleLogical Cｏnｔrolleｒ）。
PLC与单片机等计算机控制系统相比，具有以下特点:
全系统采用模板化标准结构；针对生产过程的系列化I/O接口模板,能适用于各种电压等级，越来越丰富的智能接口模板;模块化软件和面对普通电气人员的梯形图编程语言；系列化产品形成，同系列不同型号间联网容易;适应工业环境,安装维护容易；可靠性高，故障率低；系统组成灵活,易扩充,易更新；便于在线调试修改。
SＩMAＴIC S７-30０是一种通用型的PＬC能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。
模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易掌握等特点,使得S7—3０0在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的一种解决方法。
2.1基本组成
Ｓ7—300（如图2－２-１所示），由多种模块部件组成,包括导轨（RＡCＫ）、电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入/输出模块（SＭ）。
各种模块能以不同方式结合在一起，从而可控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求.
（1）CＰＵ模块
CPU是PLＣ系统的运算控制核心。
它根据系统程序的要求完成任务:
接受并存储用户程序和数据,接收现场输入设备的状态和数据，诊断PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误,完成用户程序规定的运算任务，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容,实现输出控制或数据通信等功能.Ｓ7—３0０的CPＵ有20种不同的型号，各款都有非常详尽的性能数据表，其中值得关注的CPＵ性能有以下５个方面:
I/O扩展能力；指令执行速度;工作内存容量;通信能力;CＰU上的集成功能。
ＣPU31３C－2DＰ，本例所用的紧凑型ＣPU，带集成的数字量输入和输出以及PROFIBUSDP主站/从站接口。
操作时也必须用MMC卡扩充装载存储器.
（2） 电源模块（PS）
电源模块是构成PLC控制系统的重要组成部分。
正对不同系列地CPU，西门子有匹配的电源模块与之对应，用于对ＰLC内部电路和外部负载供电.有多种Ｓ7—300电源的模块可为可编程控制器供电,也可以向需要24V直流的传感器／执行器供电，比如PS 305、PS3０7。
PS ３05电源模块是直流供电,PS ３０7电源模块是交流供电。
（3）输入/输出模块（SＭ）
信号模块（SＭ）也叫输入／输出模块，是 CPU模块与现场输入／输出原件和设备连接得桥梁，用户可根据现场输入／输出设备选择各种用途的Ｉ/Ｏ模块.信号模块包含了数字量模块和模拟量模块。
S7-3００的输入/输出模块外部连线在插入式的前连接器的端子上，前连接器 插在前盖后面的凹槽内。
无须断开前连接器上的外部连线，可以迅速的更换模块.
信号模块面板上的LED用来显示各数字量输入/输出点的信号状态,模块安装在DIN标准导轨上，通过总线连接器与相邻的模块连接。
2．2 数字量模块和模拟量模块
（1）Ｓ７—30０有多种型号的数字量I／O模块供选择.本例主要介绍数字量模块Ｉ/O
SM３23.
ＳM323模块有两种类型:
一种是带有8个共地输入端和8个共地输出端;另一种是带有16个共地输入端和1６个共地输出端。
两种特性相同。
I/O额定负载电压24VDC，输入电压“１”信号电平为11~3０V，“０”信号电平为-３～＋5V，I/O通过光耦与背板总线隔离。
在额定输入电压下，输入延迟为１.2~4．8mｓ。
输出具有电子短路保护功能
（2）Ｓ7—30０模拟量输入模块的输入测量范围很宽,它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号,而S7—３00模拟量输出模块可以输出０～10Ｖ、1～15Ｖ、-10～10V、０~２0ｍＡ、4~２０mＡ、—2０～20ｍA 等模拟信号。
以下简单介绍模拟量I／O模块SM334.
模拟量I/O模块SM３3４有两种规格:
一种是4模拟量输入／２模拟量输出，其输入、输出精度为8位；另一种也是有4模拟量输入／2模拟量输出,其输入／输出精度为12位。
SM3３4模块输入测量范围为０~1０V或0~2０ｍA,输出范围为０～１０Ｖ或０～2０ｍA。
它的I/O测量范围的选择是通过恰当的接线而不是通过组态软件编程设计的.与其他模拟量模块不同,SM3３4没有负的测量范围，且精度较低.ＳM33的通道地址（如图2—2—2所示）。
通道
地址
输入通道０
模块的起始
输入通道1
模块的起始＋２B的地址偏移量
输入通道２
模块的起始+4Ｂ的地址偏移量
输入通道3
模块的起始＋6B的地址偏移量
输出通道０
模块的起始
输出通道1
模块的起始+２B的地址偏移量
图2-2-2SM334的通道地址
2．３FM（功能模块）、通信处理器模块（CP）以及通讯接口
（１）功能模块主要用于对实时性和存储容量要求较高的控制任务，例如计算器模块、伺服电动机定位模块、高速计算器、闭环控制模块、电子凸轮控制器模块、工业表示系统的接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。
（2）S７-300系列PLＣ有多种用途的通信处理器模块，如ＣＰ340、CP３４２—5ＤP、CP342—FＭS等，其中既有为装置进行点对点通信设计的 模块，也有为ＰＬC上网到西门子的低速现场总线SINECＬ2 和高速ＳINEＣHＩ网设计的网络接口模块.
（3）CPU模块上有以下3种通讯接口:
①ＭPI接口。
多点接口MPI（MuｌtiPoｉｎｔＩnterface）是用于连接CＰU和PＧ／ＯＰ的接口或用于MＰI子网中的通讯接口.②PROFＩBＵS-DP接口。
PROＦＩBUS—DP接口主要用于连接分布式I/Ｏ。
PROFIBＵS－ＤP用于创建大型扩展子网.例如, PRＯＦIBUS－ＤP接口既可组态为主站,也可组态为从站。
③ＰtP接口。
可在CＰU上使用PtP（点带点）接口，来连接外部设备至串口,如条形妈阅读器、打印机等.在ＣPUPｔP的接口中安装有以下通信驱动程序,其报文格式是公开的：
①AＳCII驱动；
②协议;
③只适用于CPU3１4ﻩC－2。
2.4 PLC的工作过程
PＬC有比计算机更强的工业过程接口,可视为一种特殊的工业控制计算机。
但编程语言和工作原理于计算机相比有一定的差别，于继电器控制逻辑的工作过程也有很大的差别
PLC的工作过程一般可分为3个主要阶段：
输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段,如图2—２—３所示。
①输入采样阶段.PLC以扫描工作方式，按顺序将所有信号读入到寄存输入状态的输入映像区中存储，这一过程称为采样。
在整个工作周期内,这个采样结果的内容不会改变，而且这个采样结果将在ＰLC执行时被使用.
②程序执行阶段。
PLC按顺序进行扫描,及从上到下、从左到右地扫描每条指令并分别从输入映像区和输出映像区中获得所需地数据进行运算、处理，再将程序执行结果写入寄存执行结果的输出映像区中保存。
这个结果在程序执行期间可能发生变化，但在整个程序未执行完毕之前不会到输出端口。
③输出刷新阶段。
在执行完用户所有程序后，PLＣ将输出映像区中的内容送到寄存输出状态的输出锁存器，再去驱动用户设备。
PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。
PLC在一个工作周期中,输入采样和输出刷新的时间一般为毫秒级,而程序执行时间因程序的长度不同而不同。
ＰLC投入运行后，重复完成以上3个阶段工作,即采用循环扫描工作过程。
PLＣ工作主要特点是输入/输出采样、程序执行、输出刷新的“串行”工作方式，这样既可以避免继电器、接触器控制系统中的触电竞争和时序混乱，又可提高PLＣ的运算速度，这是PLC系统可靠性高、响应快的原因.但是也导致对输入在时间上的滞后。
由图可见，在电气原路图中，线圈Ｋ通电与否（数据逻辑通电为“1”，断电为“０”）取决于开关S1、S2及触点K的接通或断开（逻辑关系）。
要使线圈K通电（为“1"），必须使S1或K动作闭合（为“1”），且Ｓ２复位，其常闭触点闭合（复位为“0”，但常闭触点表示为逻辑非,即“０”的非为“1”,表示闭合）.在PLＣ中，要使输出端子Q0.0的值输出高电平,则内部存储单元I０。
０储存的值应为“1”或Q0.０存储的值为“1”，且I0.1储存的值则应为“0"，才能继续保持Ｑ0．0的值为“１”。
Q0.0的值为“１”，则可以通过输出接口输出高电平，从而实现原理图中需要硬件开关、触点才能实现的控制功能。
在PLC梯形图中,内部存储器单元也形象地称为元件，但这是一个软元件.实际上，一个元件的线圈或触点是内部存储器单元中的一个位来储存其状态。
储存值为“1”，表示该元器件的线圈处于通电状态,元件的常开触点闭合,常闭触点断开。
由于内部存储单元中的内容可被无限次调用（读取），因此在PLC中“线圈元件”的“触点个数”从理论上讲有无穷多个。
由次可见，PLC梯形图表示的逻辑控制，实际上是采用程序软件取代实际硬件的控制。
PLC梯形图中元件和连接线中实际并没有电流流过，编写程序时必须清楚这一点，它仅代表“线圈元件”与各“触点”间的逻辑关系。
②语言表（STL）
ＰLＣ的语句表语言采用助记符来表示,一般由操作码和操作数组成。
操作码表示的是指令需要完成的操作功能,操作数为变量或常数.
变量指数据存储单元在PLC工作时其存储内容是变化的。
可作为变量寻址的ＰLC元件（数据存储器单元）主要有：
输入继电器、输出继电器、辅助继电器、专用辅助继电器、定时／计数器、状态寄存器和数据寄存器.不同的PＬC作为变量的单元地址范围通常也不同,但对于确定的机型，变量的地址范围是有明确规定的。
除了变量外，常数也是语句表语言中操作数的主要形式之一.使用常数的场合主要有：
算术运算等指令需要进行赋值时；需要通过两个或以上参数才能确定指令的操作功能时。
例如,对定时器或计数器的设定，第一个操作数选择变量（定时器或计数器单元）的地址，第二个操作数确定定时/计数器的定时/记数值.有些ＰLC对某些特定操作功能采用专门的子程序来实现，着些子程序则以编号的形式存放在PＬC的系统程序中.此时，操作数除了指定完成操作所需要的参数外，还用来指定具体调用的子程序的编号。
③功能图（FＢD）
功能图语言类似数字电路里的逻辑功能图；指令是不同的功能盒，根据一定的逻辑关系连接功能盒,实现一定的控制功能。
图3—3－4中的梯形图程序对应的FBＤ的程序如图3-3—5所示。
梯形图和功能图两种语言都是图形化的编程语言,容易理解、便于掌握、易于使用,但灵活性相对较差.
２.5指令系统
PLC指令的常见类型
1、PＬC指令的类型主要有:
基本逻辑指令、定时/计数器指令、数值运算指令、数据变换处理指令、程序控制指令以及其他功能指令等.
（1）基本逻辑指令.基本逻辑指令是ＰLC最基本的指令，用来完成对继电器
逻辑变量的布尔运算。
主要的基本逻辑指令有:
装入指令（又称“取"指令、连接指令、输入指令）、赋值指令（又称输出指令）、逻辑
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