多电梯群控运行的PLC控制系统设计Word文档下载推荐.docx
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因此对电梯群控系统核心技术的的研究和掌握这些先进的控制技术对国电梯行业的开展有极大的促进作用。
1绪论
传统的继电器控制电梯存在发生故障率较高、控制可靠性能差、接线复杂等缺点；
一旦某个触点接触不良就会引起故障，对于后期维修比拟困难。
因此开发一种安全、高效的控制电梯的方式呼之欲出。
在经济大开展的前提下，高楼建筑如雨后春笋越来越多，楼层也不断增高，电梯作为高楼大厦必不可少的工具。
正改变着人们的生活水平，方便人们出行，电梯的应用逐年增高，市民们对电梯的舒适度，电梯安全和对电梯的速度的要求更加严苛。
通过对电梯控制系统的改造设计，以PLC控制的系统设计更能满足人们对物质生活的追求。
随着可编程逻辑控制技术的不断开展,PLC的体积在减小，功能越来越强大，对被控对象过程的控制更平稳。
因此，PLC已经成为电梯控制系统设计的核心技术之一。
因此应用PLC设计稳定、可靠的电梯系统具有较大意义。
本毕业设计主要研究多电梯群控运行的PLC控制系统设计，具体以实现三部六层电梯的集群控制控制为目的。
具体任务包括电梯初始化功能，开关门控制，轿厢的启停控制，错误指令消除，待载休眠功能。
以与对电梯整个运行系统进展上位监控并在异常状态做出相应报警。
在满足单部电梯的根底上将三部电梯组成一组进展集中控制，合理分配；
从而缩短乘客的平均候梯和乘梯时间；
减少系统整体能耗提高经济效益。
2总体方案设计
2.1电梯简介
本毕业设计的电梯采用常见的曳引式电梯结构。
一共有三部电梯，每部电梯均有六层，电梯主要由梯井，轿厢，曳引电机与各传感器组成。
考虑到安全因素，在梯井的上下端分别安装上下端限位开关。
轿厢主要由轿厢门与门电机，控制面板和局部相关传感器组成。
具体单部电梯结构示意图如图2-1所示。
图2-1电梯结构示意图
要实现对三部六层电梯的集群控制，首先应实现单部电梯根本功能；
其中包括电梯初始化功能，开关门控制，轿厢的启停控制，轿厢选层信号的错误指令消除功能，电梯无任务时进入待载休眠状态。
其次要求能够实现对整个电梯系统当前的运行状态与运行状况进展实时监控并对单部电梯运行〔异常〕状态做出相应报警；
第三，满足前2步的根底上实现集群电梯的控制。
进入群控运行必须能够满足单部电梯的正常运行，即进入轿厢可以根据乘客的呼梯需求，在此根底上必须能够发挥电梯集群控制的优点，实现电梯之间的协调运作的能力。
本毕设针对实现三部六层电梯的集群控制,包括硬件设计，软件设计和上位设计。
当今的电梯普遍采用单片机和PLC方式控制，在功能上，PLC控制器优于单片机、PLC扩展性与可靠性好，功能更加强大，生产效率更高，程序的设计相对方便，看干扰能力比单片机强，能为企业创造的利润更高。
PLC的品牌众多，而相对于其他品牌的PLC，因西门子PLC控制器价位中等，联网能力强，而本设计属于小型控制任务，在满足控制任务的需求同时考虑到经济简便的因素。
故本设选用西门子小型PLC作为核心控制器。
电梯行业中，电梯的种类繁多，有以下几种：
交流双速电梯、变频调速电梯、调压调速电梯；
现今以交流双速电梯在社会生活中应用较多。
因其制作本钱相对较低并可以适应频繁的起动和制动场景，并且交流双速电梯起动时电流小、力矩大，具有启动时机械特性硬、噪声较小等特点。
因此选用交流双速电动机作为本毕业设计的曳引电机。
就目前而言上位监控软件有组态王、F-BOX、WinCC等等。
组态王的特点是上位简洁，应用性强；
F-BOX的设置简单，在获取数据上没什么限制，但在下载数据时会受一些厂商的限制，相较与其他品牌在大型应用上较弱；
因本项目中使用的TIA博图V13编程软件集成了SIMATICSTEP7ProfessionalV13软件与SIMATICWinCCProfessionalV13软件，因此可以通过SIMATICWinCCProfessionalV13在TIAPORTALV13编程软件中进展上位机组态，以实现对项目的监控。
由于西门子S7-1200有集成的以太网口，且工业以太网有较高的数据传输速率,其功能特别强大，使用非常方便等特性。
因此其操作站与S7-1200控制器之间采用以太网通讯方式。
结合本毕业设计本课题的系统结构绘制框图如图2-2所示。
图2-2系统结构框图
根据控制工艺要求，选择相应控制驱动设备以与所需其他设备，进展信号分析，硬件选型，硬件组态进而进展I/O分配与硬件的原理图和接线图的设计。
3.1信号分析
根据项目需求与本设计的控制工艺分析，并结合所需要控制的驱动设备。
在分析相应的控制任务和需实现对三部电梯的各个功能功能的情况下总结统计出，本设计共需要呼梯信号28个，选和外呼信号28个，楼层显示信号27个，控制信号输入60个，控制信号输出39个，统计共需要数字量输入信号88个与输出信号94个。
具体的输入信号如下表3-1，输出信号如表3-2所示。
表3-1数字量输入信号点数
分类
变量说明
单部数量
三部数量
呼梯信号
1-6层站轿指令登记按钮
6
18
1-5层站上行呼叫按钮
5
2-6层站下行呼叫按钮
控制信号
轿厢开、关门按钮
2
开、关门到位传感器
红外光幕信号
1
3
超重感应器
轿门锁开关
1-6层站门锁开关
平层传感器〔上，下〕
端站强迫换速开关〔上，下〕
上端站越位控制开关〔上，下〕
检修开关
合计
-
36
88
表3-2数字量输出信号
选、外呼唤指示信号
1-6层站轿指令登记灯
1-5层站上行呼叫按钮登记灯
2-6层站上行呼叫按钮登记灯
层楼信号显示
七段数码管输出信号
7
21
上、下行指示信号
曳引电机启动信号
上、下行方向接触器
开、关门继电器
电梯高速运行
电梯低速运行
制动减速接触器
9
故障指示灯
轿照明
风扇
38
94
3.2硬件选型
根据总体方案设计，本毕业设计选用S7-1200PLC作为控制器。
因本毕设未用到高速输出功能，因此西门子1200系列的PLC均可作为备选控制器。
本设计选用的CPU型号为6ES7214-1AG40-0XB0。
根据信号分析可知本设计共需数字量输入信号88个；
数字量输出信号94个；
因自带的I/O仅有14个输入10个输出点，所以还需要配备扩展模块，本毕设选用SM1223作为扩展模块。
所需要材料与元器件型号具体清单如下表3-3。
表3-3主要硬件清单表
序号
材料/器件
型号/规格/订货号
西门子机架
6ES7-390-1AE80-0AA0
西门子CPU
6ES7214-1AG40-0XB0
数字量输入输出模块〔16位〕
SM1223
4
西门子PROFIBUS-6XV1屏蔽线
830-0AH10
空气开关〔低压断路器〕
5SJ62MCB
按钮〔不带自锁〕〔54个〕
ABW111EG101ec
熔断器〔2个〕
RT18-32330V32AGB13539
8
保险丝〔1匝〕
2015Φ10*38500W3AGB13539
端子排〔4盒〕
SAK-25EN
10
自锁开关〔6个〕
ABW111EG
11
三相笼型异步电动机
YYTD系列4/16极
12
门电机
YVP90-6S4系列电机
3.3硬件组态
根据本设计的课题任务，本项目使用博途软件V13（TIAPortalV13）进展硬件组态和程序设计。
首先，打开博途软件，创建新项目，切换至项目视图，添加新设备，选择控制器的类型与对应的订货号，如图3-1所示。
图3-1添加硬件设备
然后在项目树中找到所添加的设备，默认名称为“PLC_1〞。
双击项目树中该设备下的“设备组态〞，进入设备视图，根据项目信号分析，I/O口数量较多，S7-1200原配的I/O点数不能够满足项目的I/O需求，经分析需要扩展6个16入16出的SM1223的I/O扩展模块才能满足项目需求。
现将扩展模块SM1223添加至该设备中，设置好网络端口，选择PC的PC/PG端口，设为一致如本机PC/PG接口如图3-2所示。
CPU的IP地址如下列图为192.168.0.1。
图3-2IP地址与扩展模块的组态设置
系统中如需用到系统存储器和时钟存储器时，可先将允许组态系统存储器字节和时钟存储器字节。
在分配系统存储器字节和时钟存储器字节地址前，先查看分配列表防止重赋值的情况发生。
在左侧项目树右键可查看分配列表。
3.4I/O分配
根据本设计的信号分析与对输入输出设备的分析，本项目为三部电梯，外呼信号共用以实现三部电梯的联系；
其中公共输入10个如表3-4所示，公共输出共10个如表3-5所示；
其中1部电梯需要36个输入，38个输出因而经分析三部电梯共需要89个输入端口，95个输出端口，所有I/O信号依次顺序排列；
具体I/O分配如下表3-6，表3-7所示。
表3-4公共外呼输入信号
变量名称
符号〔1号梯/2号梯/3号梯〕
地址〔1号梯/2号梯/3号梯〕
六层下行按钮
1SB1/2SB1/3SB1
五层下行按钮
1SB2/2SB2/3SB2
五层上行按钮
1SB3/2SB3/3SB3
四层下行按钮
1SB4/2SB4/3SB4
四层上行按钮
1SB5/2SB5/3SB5
三层下行按钮
1SB6/2SB6/3SB6
三层上行按钮
1SB7/2SB73SB7
二层下行按钮
1SB8/2SB8/3SB8
二层上行按钮
1SB9/2SB9/3SB9
一层上行按钮
1SB10/2SB10/3SB10
表3-5公共外呼输出信号
六层外呼指示灯〔下〕
1HL1/2HL1/3HL1
五层外呼指示灯〔下〕
1HL2/2HL2/3HL2
五层外呼指示灯〔上〕
1HL3/2HL3/3HL3
四层外呼指示灯〔下〕
1HL4/2HL4/3HL4
四层外呼指示灯〔上〕
1HL5/2HL5/3HL5
三层外呼指示灯〔下〕
1HL6/2HL6/3HL6
三层外呼指示灯〔上〕
1HL7/2HL7/3HL7
二层外呼指示灯〔下〕
1HL8/2HL8/3HL8
二层外呼指示灯〔上〕
1HL9/2HL9/3HL9
一层外呼指示灯〔上〕
1HL10/2HL10/3HL10
表3-6电梯输入信号
轿厢按钮6
1SB11/2SB11/3SB11
轿厢按钮5
1SB12/2SB12/3SB12
13
轿厢按钮4
1SB13/2SB13/3SB13
14
轿厢按钮3
1SB14/2SB14/3SB14
15
轿厢按钮2
1SB15/2SB15/3SB15
16
轿厢按钮1
1SB16/2SB16/3SB16
表3-6电梯输入信号（续）
17
轿厢门开按钮
1SB17/2SB17/3SB17
轿厢门关按钮
1SB18/2SB18/3SB18
19
1ST1/2ST1/3ST1
20
超重信号
1ST2/2ST2/3ST2
1SA1/2SA1/3SA1
22
轿厢门锁信号
1ST3/2ST3/3ST3
23
一层楼层门锁信号
1ST4/2ST4/3ST4
24
二层楼层门锁信号
1ST5/2ST5/3ST5
25
三层楼层门锁信号
1ST6/2ST6/3ST6
26
四层楼层门锁信号
1ST7/2ST7/3ST7
27
五层楼层门锁信号
1ST8/2ST8/3ST8
28
六层楼层门锁信号
1ST9/2ST9/3ST9
29
电梯门开到位信号
1ST10/2ST10/3ST10
30
电梯门关到位信号
1ST11/2ST11/3ST11
31
上平层信号
1ST12/2ST12/3ST12
32
下平层信号
1ST13/2ST13/3ST13
33
上端站第1限位
1SQ1/2SQ1/3SQ1
34
上端站第2限位
1SQ2/2SQ2/3SQ2
35
下端站第1限位
1SQ3/2SQ3/3SQ3
下端站第2限位
1SQ4/2SQ4/3SQ4
表3-7输出信号
六层呼指示灯
1HL11/2HL11/3HL11
五层呼指示灯
1HL12/2HL12/3HL12
四层呼指示灯
1HL13/2HL13/3HL13
三层呼指示灯
1HL14/2HL14/3HL14
二层呼指示灯
1HL15/2HL15/3HL15
一层呼指示灯
1HL16/2HL16/3HL16
七段数码显示a
1LED1/2LED1/3LED1
七段数码显示b
1LED2/2LED2/3LED2
表3-7输出信号〔续〕
七段数码显示c
1LED3/2LED3/3LED3
七段数码显示d
1LED4/2LED4/3LED4
七段数码显示e
1LED5/2LED5/3LED5
七段数码显示f
1LED6/2LED6/3LED6
七段数码显示g
1LED7/2LED7/3LED7
上行指示
1LED8/2LED8/3LED8
下行指示
1LED9/2LED9/3LED9
电机启动信号
1HL17/2HL17/3HL17
故障指示
1HL18/2HL18/3HL18
照明
1HL19/2HL19/3HL19
1KM10/2KM10/3KM10
上行
1KM1/2KM1/3KM1
下行
1KM2/2KM2/3KM2
开门
1KM3/2KM3/3KM3
关门
1KM4/2KM4/3KM4
高速运行
1KM5/2KM5/3KM5
低速运行
1KM6/2KM6/3KM6
一级制动
1KM7/2KM7/3KM7
37
二级制动
1KM8/2KM8/3KM8
三级制动
1KM9/2KM9/3KM9
根据I/O分配与总体方案设计，绘制硬件接线原理图，如图3-4所示，图中，QF1连接为交流双速曳引电机主电路图。
图中三相异步电机M1为轿厢的曳引电机；
KMI、KM2对应三相异步电机M1的正/反转接触器，对电梯进展上升/下降控制；
KM5/KM6用于实现为电梯上下速运行；
KM11为电梯的启动加速接触器；
KM7、KM8、KM9对应电梯减速制动接触器；
分别对应I/O分配中的一级，二级，三级制动，L1、L2与R1、R2为电路中的电抗与电阻，与KM7，KM8，KM9配合实现对电机的加、减速控制。
当轿厢获取到平层指令后，KM5接触器断电释放，KM6接触器通电闭合，三相异步电机转为低速运行接法，串人阻抗实现制动功能，实现电梯启停的低速运行的功能，且KM7，KM8,KM9顺序接通，控制了制动减速的强度，提高停车制动的平稳性与舒适度；
QF1连接为门电机主电路图〔1号梯〕。
图中KM3为开门继电器，KM4为关门继电器，通过控制辅助触点可以实现开关门互锁。
图3-41号梯硬件原理图主电路图〔曳引电机和门电机〕
根据I/O分配与项目要求，曳引电机需要配合传统逻辑控制电路实现电机的启停控制，其中YA为抱闸装置。
与图3-4联合分析，当KM1或KM2与KM5通电闭合时，电梯将启动上升或下降运行，触发KT通电延时时间继电器，KT延时继电器延时后与接触器KM11通电吸合，切断R1、L1，电梯转为上升或下降的稳速运行；
轿厢到平层时，接触器KM1，KM2全部断电释放，同时因YA失电进展抱闸，电梯将停止运行。
图3-5曳引电机控制电路
根据I/O分配与项目需求绘制如如下图3-7所示的控制电路接线图；
具体扩展模块见图3-8至图3-14所示。
所有扩展模块外接电源均为直流24V。
图3-6PLC控制电路接线图
图3-7扩展模块SM1223-1
图3-8扩展模块SM1223-2
图3-9扩展模块SM1223-3
图3-10扩展模块SM1223-4
图3-11扩展模块SM1223-5
图3-12扩展模块SM1223-6
图3-13扩展模块SM1223-7
4软件设计
本毕设计主要采用梯形图语言编程其中群控程序有STL语言编写，梯形图具有于程序编写简单、逻辑清晰易懂的特点，根据工艺要现对电梯的逻辑控制。
4.1程序结构
根据项目任务与要求，要实现对三部电梯的集群控制，首先应该实现对单部电梯的根本功能控制，再将1号梯引申至2号梯，3号梯实现部电梯的联动控制。
电梯根本功能主要包含：
初始化功能，开关门控制，轿厢的启停控制，轿厢选层信号的错误指令消除功能，电梯无任务时进入待载休眠状态。
软件设计将电梯在任何情况下复位至最底层，并将所有之前的信号清零，从下限位升到的第一个楼层时记忆为第一层。
程序中楼层显示以上下平层为信号源，上下对齐如此记忆为楼层到位，再借助加减计数器，对楼层进展记忆。
考虑到电梯出现故障时需要点动和复位操作，因此设置手动运行程序，在手动模式下可以调用复位程序和点动程序。
楼层到位后需要进展开关门信号处理。
因此设置了开关门到位状态处理开关门信号。
为了实现减少乘客的乘梯时间，在自动运行程序中进展上下速处理，将所有的选与外呼信号集中设置一个子程序进展集中处理并对设备进展监控。
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