基于PLC的电梯控制系统设计-自动化毕业论文.doc

1、 毕业论文（设计） 论文题目 基于 PLC 的电梯控制系统设计 学 院 信息电子技术学院 年 级 2013 级 专 业 自动化 学生姓名 学 号 指导教师 佳木斯大学 佳木斯大学本科毕业论文（设计） 第 II 页 学 术 诚 信 承 诺 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得佳木斯大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名： _ 日期： _ 关于论文使用授权的说明

2、 本人完全了解佳木斯大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文 。 签名： _ 导师签名： _ 日期： _ 佳木斯大学本科毕业论文（设计） 第 I 页 摘 要 近年来，我国发展的速度不断提升，越来越多的 中大型宾馆、商场、住宅楼、多层厂房和仓库中的电梯已经是不可或缺的一部分了。随着我国的发展，建筑规模的不断扩大，楼层越来越高，对电梯的安全性和舒适性的要求也越来越高。 电梯在 现代生活中是 不可或缺的运输工具 ， 在人们的日常生活中有举重若轻的作用。电梯控制系统主要由 PLC

3、、电梯 控制 电路等组成。本次设计主要采用西门子公司的PLC 作为控制中心，以及交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、报警器组成的控制系统。在软件上采用的是模块设计，由乘客选层的呼叫请求、开关门、平层检测、轿厢升降、电梯运行状态显示器等控制模块 组成。通过 PLC 来控制对电梯的升降、调速、平层、启动和制动进行控制。它的内部结构不复杂、编程简单、运行效率高。 本文采取的是 PLC 控制系统，在很大程度上克服了以往继电器控制系统的很多缺点，比如说 PLC 采取了大规模的集成电路，很大部分都是软继电器，控制系统的可靠性明显提升很多。因此，随着电子技术和计算机科技的发展水平， PLC 在工

4、业控制领域中的应用也越来越重要，所以研究 PLC 电梯控制系统有着重大的意义。 关键词 ： 电梯 ； PLC； 控制系统 佳木斯大学本科毕业论文（设计） 第 II 页 Abstract In recent years, with the development of our countrys speed, more and more large and medium-sized hotels, shopping malls, residential buildings, multi-storey factories and warehouses in the elevator is alrea

5、dy an integral part. With the development of our country, the scale of building is expanding constantly, the floor is higher and higher, and the requirement of safety and comfort of elevator is higher and higher. The elevator is an indispensable transportation tool in the modern life, is used in peo

6、ples daily life function. Elevator control system mainly by PLC, elevator control circuit and so on. The design of the main use of SIEMENSs PLC as the control center, as well as AC asynchronous motors, relays, contactors, stroke switches, buttons, alarms composed of control systems. The module desig

7、n is adopted in the software, which is composed of the calling request of passengers, the opening and closing door, the leveling test, the car lift, the elevator operation status and the display module. Through the PLC to control the lift, speed, flat, start and brake control. The internal structure

8、 of the utility model is uncomplicated, and the programming is simple and the operation efficiency is high. This paper adopts the PLC control system, to a large extent overcomes many disadvantages of traditional relay control system, for example, PLC has taken the large-scale integrated circuits, mo

9、st soft relay, the reliability of the control system was much improved. Therefore, with the development of electronic technology and computer technology, the application of PLC in the field of industrial control is becoming more and more important. Therefore, it is of great significance to study the

10、 PLC elevator control system Key words: The elevator; PLC; Control system 佳木斯大学本科毕业论文（设计） 第 III 页 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 0 1.1 课题的目的和意义 . 0 1.1.1 课题的目的 . 0 1.1.2 课题的意义 . 0 1.2 课题背景 . 1 1.3 文献综述 . 2 1.4 本课题主要研究内容 . 2 第 2 章 电梯控制系统设计方案 . 3 2.1 PLC 控制系统与继电器、计算机控制系统的比较 . 3 2.2 确定控制方案及硬件的选择

11、. 4 第 3 章 硬件设计 . 5 3.1 S7-200 PLC 的概述 . 5 3.1.1 可编程控制器的工作原理 . 5 3.1.2 扫描周期 . 6 3.2 电梯简介 . 7 3.2.1 电梯的性能指标 . 7 3.3 变频器简介 . 9 3.3.1 控制系统框图 . 10 3.4 电梯机房里的主要部件 .11 3.4.1 电梯井道里的主要部件 . 12 3.4.2 轿厢上的主要部件 . 13 3.4.3 电梯层门口的主要部件 . 13 3.4.4 电梯控制系统 实现的功能 . 13 3.4.5 电梯控制系统实现的功能 . 14 3.5 I/O（ 输入 /输出 ） 端口分配 . 14

12、3.6 外部接线图 . 15 3.7 电气控制图 . 17 佳木斯大学本科毕业论文（设计） 第 IV 页 第 4 章 软件设计 . 19 4.1 PLC 的编程语言 . 19 4.2 STEP7 概述及程序设计方法 . 19 4.3 电梯控制流程图 . 20 结 论 . 22 致 谢 . 23 参考文献 . 24 附 录 1 . 25 附 录 2 . 41 佳木斯大学本科毕业论文（设计） 第 0 页 第 1章 绪论 1.1 课题的目的和意义 1.1.1 课题的目的 电梯 是一个复杂的系统 ， 涉及了多个领域，比如说机械、电气还有土木工程。 还要考虑 到电梯的美观性、舒适性和安全性等 。 但是，

13、对于现阶段的电梯 ， 必须具有较高 的安全性。 实际上 ， 现代电梯领域中已经设 计了多种保护措施 。 比如 ， 在电梯的设计阶段，电梯的机械零部件 和 重要的电器部件 都采 用更保险更安全的零件 。 但是 ，只有 在保证电梯的设计阶段、制造阶段 、售后服务和 后期的不断维护 ， 才能够全方位的保证电梯的高质量和更高的安全性 。 目前，可编程序控制器 (PLC)和 部分重要的电器元件 组成的电梯 运行控制 系统， 正在飞速的发展 。 由 PLC 和电气元件组成的控制系统，它的优点在于 可靠性高、 维修方便 、编程简单、 可以完成 较为特殊的控制任务 ， 它正在成为控制电梯的重要研究方向 。 为

14、了让乘客乘坐电梯更加舒适，研究 PLC 对电梯的控制还是很有必要的。 传统的继电器控制电梯的方式有很多缺陷，而 PLC 的编程简单、灵活性高、延展性能好、抗干扰能力强等优点，被广泛的用于电梯控制系统中。本次设计主要设计四层电梯的控制系统，利用 PLC 的逻辑开关功能，通过 PLC 来控制电梯的开关门、楼层显示、定向、超载报警、起动加速和制动停车等模块。这些都要对电梯的性能进行分析研究，来确定输入输出口，从而选择 PLC 的具体型号，再分配 I/O 口，并编辑对应的程序和对电梯的控制，最后在检验程序并应用，从而实现 PLC 控制电梯的目的 错误 !未找到引用源。 。 1.1.2 课题的意义 在我

15、国现阶段的电梯控制领域基础上 ， 由 PLC 和变频器组成的 电梯 控制系统 ， 通过PLC 的选择和设计 ， 大规模的提高了控制电梯的水平 ， 也在一定程度上提高了乘客的舒适感 ，使电梯 运行中达到合理的要求 ， 并且实现电梯轿厢精准的平层 。 我国科学技术的发展速度不断提高，使我国电梯的 机械化 生产技术得到了 高速 的发展。自动控制理论与微电子技术、电梯的拖动方式与控制发生了 重大的革新 ，交流调速系统是我国 电梯控制系统 的 重点 发展目标。现今，有三种电梯控制系统分别为：继电器控制系统、 PLC 控制系统、 计算机控制系统。继电器控制系统，事故率高、性能较差、控制方式不灵活以及能源利

16、用率高等缺点，现阶段被一逐渐淘汰，计算机控制系统在智佳木斯大学本科毕业论文（设计） 第 1 页 能控制方面虽然有很丰富的功能，但是抗干扰性较差，设计复杂，技术人员较难掌握其维修技术等缺陷。由于 PLC 的运行可靠性较强，使用便捷维修方便，抗干扰性高，调试和设计时间短等特点，比较受人们青睐等优点，当今已经在电梯控制系统中使用最多的程序。 本文重点研究电梯的变频调速。以 PLC 为主的 电梯驱动系统 、 PLC 的 电梯控制系统 ， 两个方面 展开论证。 1.2 课题背景 电梯已经具有 184 年的历史了 。 1854 年， 在位于纽约的世界展览会中 ，美国人 第一次展示了他所发明的电梯 。他站在

17、 装了很多人 的 电梯上面 ， 让助手启动电梯 ， 之后向电梯发送控制信号 ， 让助手剪断了电梯的绳子 。 让人震惊的是 ， 电梯并没有直接掉下来 ，而是牢牢的固定在了地面上，这位科学家所发明的安全防范装置起到了至关重要的作用 。 非常的安全 ，先生们。站在 电梯 上的 这位科学家 先生向 参观展览 的人们 挥手示意，这就是人类历史上的第一部电梯。 奥的斯先生 首次 发明 的电梯改变了人们传统的升降工具 。 从今以后 ， 不在有人害怕乘坐电梯了 ， 电梯在背景下得到了世界各国大规模的应用 。 1889 年 12 月，美国 奥的斯电梯 公司制造 有限公司制造出了跨时代的电梯 ， 电梯采用直流电动

18、机为动力 ，通过蜗轮 减速器 来控制电梯上面的绳索 ， 来控制电梯的上升或者下降 。 1892 年，美国奥的斯 有限 公司开始 应用了类似按钮的控制工具 ， 逐渐取代了传统靠拉绳索控制电梯的方 式 ， 为现代化控制电梯迈出了第一步。 科技在不断发展，电梯还在不断改进 。 150 年来， 电梯的材料有黑白的变为彩色的 ，样式 由垂直的变为斜式的 ， 在控制电梯方面也在不断地推陈出新，比如拉绳索式控制电梯 、 传统的按钮式控制方式 、信号控制、人机对话 方式 等等， 有多台电梯的地方实行了并联控制， 智能化群体控制 ； 双层电梯轿厢为了节省出空间优势 ，提升 运输能力 的 特点 ；变速式 自动人行

19、道 扶梯 的发明在一定程度上方便了行人 ； 具有不同的外观，比如说有扇形装 、三角形、 菱形 、 椭圆形，半圆形和 整圆形的观光电梯则 让乘客的视角史无前例的提升了，这体现了电梯的美观性 。 现在 ，美国奥的斯 有限 公司 代表了电梯行业中的佼佼者 ， 还在不断地研发和设计电梯推陈出新 ，并不断完善 后期维护和后期保养等售后服务 。 变频调速 、 电子式的远程监控装置 、 电梯主机节能 、 控制柜的节电降噪 、 电梯外壳钢化等特点，每一款都汇集了 人类在机械、 电气 、 信息电子技术 等领域最新科研成果的 新一代电梯正在不断出现 ，人们的生活因此变得更加美好。 佳木斯大学本科毕业论文（设计）

20、第 2 页 1.3 文献综述 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器， 定义：是一种以数字为基础的电子控制系统，在工业环境中应运而生。它具有可编程的逻辑控制器，在逻辑控制器里存储程序并负责执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术与运算操作等面向用户的指令，并且以数字或模拟信号的控制方式用来控制各类型的机械或者生产程 。 PLC 工作时，计算机会依据被控对象按照一定条件编写控制程序并存储 在用户的存储器中，根据序号做周期性的循环扫描，从第一个程序开始执行，按照程序逐步执行用户程序，一直到用户程序执行完毕。然后重新返回第一个用户程序，开始

21、下一次扫描，周而复始。 PLC 是 在工业环境下所设计的微型控制装置 ，可以完成 规模大又复杂的工业控制任务 ， 它以可 靠性高、 面积小 、体积小、 成本较低等被广泛应用 ， 是实现工业自动化重要的产品 ，在工业自动控制 中有着举重若轻的作用 。将 PLC 应用 到 电梯 控制系统之中 ， 本文设计了一套较为完整的电梯程序控制系统设计 ， 在一定程度上提高了电梯的安全性 、成本低容易编程、并且使用寿命也得 到了增强 ，同时缩短了电梯的 研发时间 。这种电梯控制系统 比传统电梯控制系统 可以更容易的完成更为 有挑战性的控制任务 ， 传统的继电器控制系统是无法实现的 错误 !未找到引用源。 。

22、1.4 本课题主要研究内容 本文主要的研究内容 是用可编程 逻辑 控制器（ PLC） 设计电梯控制系统 。 由于以往的电梯程序控制系统缺点比较多 ， 为了 以节约资金。因此 ，对我国的电梯程序控制系统加以研究 ， 寻找到比较适合传统老式电梯的改造之路 ，并进而提高国产电梯的 控制水平 和质量， 拥有十分重要的意义 。针对老式电梯采用的继电器 控制系统存在的 故障多、 安全性能低 和工作寿命短等缺陷， 所以采用 PLC， 它的 故障率低、 安全性 高 和适应环境能力强，本文 的主要内容如下： （ 1） 简单的介绍了撰写本的的目的、意义、背景和一些主要的研究内容； （ 2） 对三种电梯控制系统的优

23、缺点展开了论述，最终选取 PLC 作为电梯的控制系统 ； （ 3）通过合理的变频器和 PLC 型号的选用 ， 以及为了提高乘客在乘坐电梯时的舒适感 ， 本文设计了电梯井道和轿厢的选用 ，设置 了 保障电梯运行时 安全的保障措施 ， 从此来保证电梯在运行过程中最重要的安全性； （ 4） PLC 程序部分的设计， 有 PLC 编程语言的简介和电梯控制流程图的介绍。 佳木斯大学本科毕业论文（设计） 第 3 页 第 2章 电梯控制系统设计方案 2.1 PLC 控制系统与继电器、计算机控制系统的比较 最早的电梯控制系统是继电器逻辑控制系统 。但是，随着 改革开放科学水平的不断提高和计算机的普及 ， 人们

24、乘坐电梯对电梯的安全性和可靠性也越来越高，所以传统的继电器控制系统的缺点越来越明显。 PLC 是专门为工业控制领域而设计的。 同时， 由于电力电子技术的不断发展 ， 电梯的运行方式从以往的直流调速系统渐渐的变为交流调速系统 。因此， 变频调速技术跟PLC 控制技术相结合已成为发展的热点 。 传统的继电器电梯控制的 优点 ： 所有的电梯控制功能都由继电器的硬件来实现 ， 它的线路直观清晰 ， 便于理解 ， 适合技术性人员和经验丰富的工人使用，继电器控制系统大部分为常见电器件容易维修， 更换方便， 较为廉价的价格，所以很多年来我国多生产此类产品 ， 已经形成了一定的规模。 但是， 继电器控制系统在

25、实际应用中故障比较多 ： 系统的触点太多 、 接线的线路比较复杂 、 而且接触的触点比较容易烧坏 ， 容易造成接触不良而导致的事故较多 ； 而且普通的电器元件还不能实现复杂的控制要求 ， 使控制功能不容易实现 ， 技术提高比较难 ；继电器触点接触较慢 ， 控制电梯的精度难以实现 ； 系统的结 构复杂 ， 不节能 ， 运行时噪音较大。 在工业控制领域中计算机控制系统 其主机一般采用 能适应恶劣环境下的特殊主机 。在总线方面它的结构特殊，兼容性较强 ， 软件资源多 ， 有较多的资源供操作系统使用 ，所以要求速度快 ，实时性强， 对模型复杂的控制系统有优势。 但是， 计算机控制系统的使用和维护对技术

26、人员和维修人员的要求较高，而且计算机控制系统整体不太适应工业环境中的特殊要求 。 所以 PLC 对整体做了特殊的改进 ， 可以降低使用成本、体积较小、提高可靠性等特性，更适应过程控制的要求 错误 !未找到引用源。 。 PLC 是适应工业自动化而产生的 ， 它的本质仍属于计算机控制系统 。 PLC 跟普通的计算机是一样的 ， 通过 PLC 为字节处理器 实现运算 ， 还有布尔处理器 ， 进行点的运算控制 ， PLC 控制一般具有 安全性高 ， 编程简单 、 容易维修， 灵活性强 和可靠性高 等特点。 PLC 控制电梯具有以下优点： （ 1） 用 PLC 控制电梯 ， 大幅度的提高了电梯运行的可靠性； （ 2） 舍弃掉了大部分的继电器 ， 电梯控制系统简单化；