基于PLC的自动扶梯控制系统设计(本科毕业优秀论文)Word文件下载.doc
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1.2.3自动扶梯的分类 5
1.2.4自动扶梯的主要参数 5
第二章S7—200系列PLC的概述 6
2.1PLC的定义 6
2.2PLC的基本组成 6
2.3可编程控制器的特点、分类和技术指标 8
2.3.1可编程控制器的特点 8
2.3.2可编程控制器的分类 10
2.3.3可编程控制器的技术指标 11
2.4PLC的工作原理 12
2.4.1PLC的工作模式 13
2.4.2PLC工作过程 14
第三章系统实现的总体方案 17
3.1系统实现的主要功能 17
3.1.1扶梯的运行与停止功能 17
3.1.2扶梯的故障处理功能 18
3.1.3扶梯的自动润滑功能 18
3.2可编程控制器与其他控制器的比较 18
3.2.1可编程控制器与继电接触器控制系统的比较 18
3.2.2可编程控制器与微机控制系统的比较 19
3.2.3可编程控制器与单片机控制的比较 20
第四章系统硬件设计 21
4.1输入/输出点的分配 21
4.2主要硬件选型 23
4.2.1三相异步电机选型 24
4.2.2PLC选型 24
第五章PLC控制程序设计 25
5.1STEP7软件 25
5.1.1STEP7软件概述 25
5.1.2STEP7软件基本功能 25
5.1.3界面及主要部分功能 26
5.2控制程序开发 27
5.3.1星三角形切换电路 27
5.3.2自动扶梯的上下行切换 29
5.3.3自动扶梯检修点动运行 30
5.3.4自动润滑系统控制 31
5.3.5故障显示模块 31
表5-1安全开关的故障显示码 32
第六章基于MCGS的监控组态设计 33
6.1MCGS简介 33
6.2自动扶梯的监控系统设计 33
6.2.1制作监控界面 33
6.2.2动画连接 34
第七章总结 37
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
第一章引言
1.1自动扶梯的发展和研究现状
1.1.1自动扶梯的发展历史
自动扶梯的起源可以追溯到1859年，当时的那森·
艾米斯申报了一项“自动滚梯”方案，该方案由一套通过滚轮驱动，首尾相连、连续不断运动的楼梯组成。
十九世纪末，两名美国人分别在研究电动扶梯。
1897年，杰斯·
雷诺（JesseW.Reno）在美国纽约康尼岛的游乐场建成了一条使用斜板行走，类似自动扶梯的机动游戏。
而查理斯·
西伯格（CharlesSeeberger）则在1898年购下一项关于自动扶梯的发明专利，并且与奥的斯电梯公司合作，1899年在纽约州制造出第一条有水平的梯级，扶手和梳齿板的电动扶梯。
1900年举行的巴黎博览会上，西伯格成功展出了他们以“电动扶梯”（Escalator）为名的产品，并且获得了一项头奖。
1910年奥的斯收购了西柏格的专利，次年再购下雷诺的公司。
1920年,奥的斯把两者的设计结合，成为今天自动扶梯的基本设计。
1922年,奥的斯公司制造了世界上第一台现代化自动扶梯,水平楔槽式梯级与梳齿板相结合,此后被其它自动扶梯制造商所沿用。
1985年,三菱电机公司研制出曲线运行的螺旋型自动扶梯,并成功投入生产。
1991年,三菱电机公司开发了带有中间水平段的大提升高度自动扶梯。
这种多坡度型自动扶梯,在大提升高度时可降低乘客对高度的恐惧感,并能与大楼楼梯结构协调配置。
1993年,据《日立评论》报道,日本日立制作所开发了可以乘运大型轮椅的自动扶梯,几个相邻梯级可以联动形成支持轮椅的平台。
20世纪90年代末,富士达公司开发了变速式自动人行道,即自动人行道以分段速度运行,乘客从低速段进入,然后进入高速平稳运行段,再后进入低速段离开。
这样提高了乘客上下自动人行道时的安全性,缩短了长行程时的乘梯时间。
2000年4月,美国ElevatorWorld报道,位于德国汉堡的蒂森自动扶梯工厂,制造出全彩色自动扶梯梯级,它由玻璃纤维材料制成,有蓝色、绿色、红色、灰色和黑色等。
彩色梯级为建筑师提供了丰富的设计想象空间。
2002年4月17日至20日,三菱电机公司在第5届中国国际电梯展览会上展出了倾斜段高速运行的自动扶梯模型。
可铰接伸缩的驱动齿条结构在运行时可使梯级的间隔发生变化,从而使速度也产生变化。
其倾斜段的速度是出入口水平段速度的1.5倍,这样既缩短了乘客的乘梯时间,也提高了乘客上下扶梯的安全性与平稳性。
2003年2月,奥的斯公司发布新型的NextStep自动扶梯,它采用Guarded踏板设计,梯级踏板和围裙板成为协调运行的单一模块;
它还采用了其它一些提高自动扶梯安全性的新技术,自动扶梯技术又一次更新。
随着科学技术的发展，自动扶梯技术也越来越成熟。
各国扶梯产业入雨后春笋，在改革开放的大潮流下，中国的扶梯产业也日渐成熟。
1.1.2国内自动扶梯的实例介绍
目前世界各大电梯企业在国内都有了合资企业，如迅达、奥的斯、三菱、日立、东芝、通力等。
在中国目前的重载公共交通型自动扶梯市场领域内主要有以下几位厂商：
OTIS（天津、广州）公司的主导产品为510PSE型自动扶梯，最大提升高度为12m，精旷的外观设计给人以厚重的安全感，其产品在轨道交通领域内的应用实例为上海地铁一号线。
SCHINDLER（中迅、苏迅）公司的主导产品为SC9700和SC9300型自动扶梯，最大提升高度为50m，外观设计精巧、细致。
备有4种驱动方式，3种扶手带传动方式以适用于不同的用户需求。
具有ECO节能方式。
其产品在轨道交通领域内的应用实例为上海轻轨明珠线、北京地铁复八线、香港荃湾交通线等。
KONE公司的主导产品为TRANSVARIO-RHD型自动扶梯，最大提升高度为50m，产品不仅拥有精巧的外观，内在品质也很高。
曳引方式采用无链驱动，曳引、减速、传动三者融为一体，行星齿轮传动高效静噪。
CNIM公司的扶梯系列产品，因其较早确立在城市轨道交通领域内的领先优势，一度成为工程业主的首选品牌。
其产品在轨道交通领域内的应用实例为北京地铁复八线、香港地铁、台北捷运系统等。
SJEC（江南）公司是借90年代早期国内扶梯市场供不需求的东风而迅速崛起的，其产品已经走出国门。
江南电梯公司曾开发出我国第一台变频多坡度自动扶梯，在中国电梯界激起一阵波澜。
其JHD型自动扶梯现运行于厦门市政工程中，外观落落大方。
1.2自动扶梯的概述
1.2.1自动扶梯的定义
自动扶梯，亦称电动扶梯，是一种以运输带方式运送行人的运输工具。
一般是斜置。
行人在扶梯的一端站上自动行走的梯级，便会自动被带到扶梯的另一端，途中梯级会一路保持水平。
枎梯在两旁设有跟梯级同步移动的扶手，供使用者扶握。
自动扶梯可以是永远向一个方向行走，但多数都可以根据时间、人流等需要，由管理人员控制行走方向。
自动扶梯的出现给人类的日常生活带来极大的便利。
自动扶梯作为运送旅客的交通工具,不仅成功地缩小了目标间的距离,而且使超短途（如楼层、月台间等）的大流量人员运输成为可能。
因此,经济学家说:
“自动扶梯的出现使人们有了逛大型商场的欲望。
”交通学家说“是自动扶梯和自动人行道的应用使我们可以把车站、机场建的尽可能大。
”自动扶梯的应用已经改变了我们的生活,并已经成为现代物质文明的一个重要标志。
1.2.2自动扶梯的基本结构
自动扶梯的主要由桁架、驱动装置、运载系统、扶手装置、安全装置、润滑系统及室外自动扶梯防盗防水防尘设施等组成。
1）桁架
自动扶梯的金属骨架，一般由上水平段、下水平段和直线段组成，也是承载部件，具有连接两个不同层高的地面、承受各种载荷及安装支撑所有零部件的作用。
因此它必须具有足够大的强度和刚度，一般由角钢、型钢焊接而成。
2）驱动装置
通常由电动机、减速器、中间传动件、主驱动轴、制动器、传动链轮及链条等组成，安装在桁架的端部，主要功能和作用是驱动扶梯运行，同时限制超速和阻止逆转运行，是扶梯的主要部件，也是主要的振动源和噪声源。
3）运载系统
由梯级、牵引构件、梯路导轨系统、梳齿前沿板等组成。
当扶梯运行时，梯级链将驱动主机的动力传送给梯级，使梯级沿着梯路导轨运行，安全快速运输乘客。
4）扶手装置
由扶手带、扶手带驱动装置、护壁板、扶手支架和导轨、扶手带张紧装置、围裙板、内盖板、外盖板等组成，扶手装置安装在两台特殊的胶带输送机上，与梯级同步运行，也有流动的美感效果。
5）安全保护装置
（1）工作制动器、紧急制动器和附加制动器
工作制动器安装在主机上，是确保扶梯正常停车的制动器，紧急制动器直接作用在主驱动轴上，是确保扶梯紧急情况下有效地停车、并保持静止状态的制动器，附加制动器直接安装在主驱动轴上，在工作制动器失效时实现加强制动力矩，确保扶梯停止运行。
（2）超速保护装置
当扶梯超速运行至某设定值或欠速运行至某设定值时超速保护装置动作，切断扶梯的电源，使扶梯停止运行。
（3）防逆转保护装置
是防止扶梯改变规定运行方向的自动停止控制装置，当扶梯发生逆转时，该装置能使工作制动器或附加制动器动作，使扶梯停止运行。
（4）梳齿板安全保护装置
当异物卡在梯级踏板和梳齿之间造成梯级不能与梳齿板正常啮合时，此时梯级不能正常进入梳齿板，梯级的前进力会使梳齿板抬起移位，使微动开关动作，扶梯停止运行，达到安全保护的作用。
（5）扶手带入口安全保护装置
当扶手带的入口的橡胶套受到30~50N的压力时，会使微动开关动作，是电梯停止运行，防止人的手和手臂被扯入
6）润滑系统
机械零件摩擦会产生大量的热，加剧机件的磨损，配备自动加油润滑装置可以减少机件摩擦产生的热量，降低运行噪声，延长使用寿命，主要润滑的机械部件包括主驱动链条、梯级驱动链条、扶手驱动链条、以及导轨转向壁等。
1.2.3自动扶梯的分类
自动扶梯的分类方法很多，可以从不同角度来分。
（1）按驱动方式分类：
有链条式（端部驱动）和齿轮齿条式（中间驱动）两类。
（2）按使用条件分：
有普通型（每周少于140h运行时间）和公共交通型（每周大于140h运行时间）。
（3）按提升高度分：
有最大至8m的小提升高度，和最大至25m中提升高度以及最大可达65m的大提升高度3类。
（4）按运行速度分：
有恒速和可调速两种。
（5）按梯级运行轨迹分：
有直线型（传统型）、螺旋型、跑道型和回转螺旋型4类。
1.2.4自动扶梯的主要参数
主要参数：
（1）额定速度（Y／）：
梯级在空载情况下的运行速度（m／s）。
一般为0.5m／s、0.65m／s及0.75m／s。
（2）倾角（α）：
梯级运行时与水平面构成的最大角度，通常为30°
或
35°
。
（3）提升高度（H）：
扶梯的上基点与下基点的垂直高度差（m）。
（4）梯级宽度（B）：
梯级名义宽度（mm）。
（5）梯级水平段（L）：
扶梯进口处水平运行的距离（mm）。
当ｖ=0．50m／s时，L≥800mm；
当v≤0．65m／s时，L≥1200mml
当v≤0．75m／s时，L≥1600mm。
37
第二章S7—200系列PLC的概述
2.1PLC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。
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。
2.2PLC的基本组成
从广义上将，PLC实质上是一种以数字控制为主要特征的工业控制计算机，由硬件和软件两部分组成。
与一般的计算机相比，它具有更强的与工业控制相连接的接口，编程语言更直接使用于控制要求。
因此，在硬件结构上，PLC与计算机的组成十分相似，主要包括中央处理器（CPU）/存储器、I/O接口、电源等。
PLC的基本结构如图2-1所示。
CPU模块
I/O模块
编程器
电源
接口
图2-1PLC的基本结构
1、中央处理单元（CPU）
CPU是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；
检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
2、存储器
PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器。
系统存储器用来存放系统软件用户程序存储器用来存放应用软件。
PLC通常使用以下几种物理存储器
（1）随即存取存储器（RAM）用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，其存取速度最快，由锂电池支持。
（2）只读存储器（ROM）ROM的内容只能读出，不能写入，它是非易失性的，电源切断后，仍能保存储存的内容。
ROM用来存放PLC的系统程序。
（3）电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）EEPROM是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多。
EEPROM用来存放用户程序和需长期保存的重要数据，存储器的信息可保留10年以上。
3、I/O接口
I/O接口是PLC与外界连接的接口。
PLC通过输入模块把控制现场的状态、信息读入主机，通过输出模块把经用户程序的运算与决策所得的操作结果输出给执行机构。
输入模块用于将控制现场输入信号变成CPU能接受的信号，并对其进行滤波、电平转换、隔离、放大等。
输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号：
一类是有按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等来的开关量输入信号；
另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。
输出模块用于将CPU的决策输出信号变换成驱动控制对象执行机构的控制信号（含开关量或模拟量），执行元件如，接触器、电磁阀、指示灯，调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等，并对输出信号进行功率放大、隔离PLC内部电路和外部执行元件等。
2.3可编程控制器的特点、分类和技术指标
2.3.1可编程控制器的特点
PLC技术之所以迅速发展，除了工业自动化领域的客观需要外，主要原因在于与现有的各种控制方式相比，它具有一系列深受用户欢迎的特点。
它较好地解决了工业领域中普遍关注的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。
主要具有以下特点：
1.使用灵活、通用性强
PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。
在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线。
当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。
2.可靠性高、抗干扰能力强
微机功能强大但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；
传统的继电器—接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。
PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际使用情况来看，PLC控制系统的平均无故障时间一般可达4～5万小时。
PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应有各种强烈干扰的工业现场，并具有故障自诊断能力。
如一般PLC能抗1000V、1ms脉冲的干扰，其工作环境温度为0～60℃，无需强迫风冷。
3.接口简单、维护方便
PLC的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流220V，直流24V等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。
有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，大大缩短了故障修复时间。
4.体积小、功耗小、性价比高
以小型PLC（TSX21）为例，它具有128个I/O接口，可相当于400～800个继电器组成的系统的控制功能，其尺寸仅为216×
127×
110mm3，重2.3kg，不带接口的空载功耗为1.2W，其成本仅相当于同功能继电器系统的10～20％。
PLC的输入输出系统能够直观地反应现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，对此均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。
5.编程简单、容易掌握
PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和习惯。
大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。
编程语言形象直观，指令少、语法简便，不需要专门的计算机知识和语言，具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内掌握。
利用专用的编程器，可方便地查看、编辑、修改用户程序。
6.设计、施工、调试周期短
用继电器—接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。
而采用PLC控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，并为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量（输入输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。
由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。
PLC是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可大大缩短设计和投运周期。
2.3.2可编程控制器的分类
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致的分类。
1.按结构形式分类
根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。
（1）整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价
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