1、大 学本科生毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目：S7-200 系列 PLC 实现电梯模型控制院 系： 自动化系 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 开题时间： 年 月 日11.课题的目的与意义目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制 1。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在抗干扰性差、系统设计较复杂、一般维修人员难以掌控其维修技术等缺陷；而 PLC 控制系统由于运行可靠，使用维修方便，抗干扰性强等优点 2，使得系统可靠性大大提高 3，从而 PLC 控制系统已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制
2、方式。现有的电梯控制技术仍存在缺点和不足之处，如何把更为先进的技术应用于电梯群控之中，以进一步改善运输的效果、提高运行的效率、满足乘客的需求 4，仍然需要更深入的探索和研究。因此运用可编程控制器（PLC）对电梯控制系统、特别是电梯群控系统进行研究与设计具有十分重大的意义。本课题要求熟悉西门子 PLC 硬件和软件，包括编程软件，通过实际 PLC 编程对电机控制、电梯模型运行状态等熟悉电气控制理论应用到工业现场。通过毕业设计，使自己能综合运用所学习的基础和专业知识。2.国内外现状及发展趋势2.1 国内外现状首次使用的乘客电梯出现于 18 世纪 90 年代后期.1889 年,Otis 公司在纽约成功
3、安装了一台直接连接式升降机,这是以直流电动机为动力的世界上第一台电力驱动升降机,从此诞生了名副其实的乘客电梯。电梯驱动控制技术的发展经历了直流电机驱动控制,交流单速电机驱动控制,交流双速电机驱动控制,直流有齿轮、无齿轮调速驱动控制,交流调压调速驱动控制,交流变压变频调速驱动控制以及交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。随着第一个半自动化电梯控制器在 19 世纪 20 年代的使用,原始的服务员执守工作方式已减少为一个开关门的操作 5。直到 1950 年,由电力机械继电器系统组成的全自动电梯控制器的应用取消了服务员执守.到 20 世纪 70 年代,基于微处理器的电梯控制器得到广泛应用,使得更为复
4、杂的调度算法的实成为可能,由此产生了电梯群控的概念 5。电梯操纵控制方式经历了手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制等过程,对于多台电梯则出现了并联控制、智能群控等 5。 随着智能控制技术在电梯群控系统中的广泛应用,电梯交通系统和其他设施融为一体,智能建筑的整体功能得以充分发挥。对高层及超高层建筑电梯交通系统的研究表明 6:电梯交通系统设计的关键是满足乘客生理上和心理上的承受力。有效地解决高层建筑复杂的楼内垂直交通,寻求优化的控制策略,优化调度多部电梯以提高电梯的运行效率和服务质量,成为许多学者研究的重要课题。2据统计，我国在用电梯已达 40 多万台，每年还以约 5 万6 万台的速度增长
5、7。并且在实现电梯群控系统后，据一些资料数据显示，电梯并联后的运送能力提高了 20%-30%左右，减少了电梯因停层而带来的加减速、开门、关门及等待的时间，因而在上、下班客流量的高峰时段，乘员候梯和乘梯的时间大大减短。电梯运行实际能量消耗的 50%是在减速、加速这段运行过程中。电梯并联后，电梯停层数量的减少很大程度减少电梯运行的电力消耗 8。如果两电梯各自独立运行，容易发生电梯响应呼梯信号而运行到站后，乘客已被另一台电梯接走而空运行的现象，长期这样必然造成很大的能源浪费，给电梯的集中管理造成较大的困难 9，而且使得电梯系统处于非最佳运行状态，难以提高运行效率，乘客的需求也不能得到最好的响应和最好
6、的满足。22 发展趋势(1)结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。(2)技术含量更高，性能更好电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF 电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁挣、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流:由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代 VVVF 技术。另外，网络控制和智能群控系统.以其控制的先进性、快速性、准确性和
7、可靠性亦是电梯的发展潮流。(3)安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式;随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向 10。3. 课题的主要工作根据设计要求，对电梯的元器件选型及系统设计、PLC 外部接口电路设计、控制器装配图与接线图设计、列出元器件清单、完成 PLC 程序设计与联机调试等内容，并通过指导老师的指导，独立完成方案设计、系统设计、设备选型、绘制流程图等工作。34. 完成课题所需的条件4.1 电
8、梯的主要结构电梯是一种特殊的起重运输设备，是机械、电气紧密结合的大型复杂产品。机械系统相当于人的躯干，而电气系统则相当于人的神经。机械、电气的高度结合，使电梯能自由地沿着导轨上下往复运动，把人和货物从一个水平面提升到另一个水平面 11。如图 4-1 所示电梯的机械系统部分由曳引系统如图 4-2 所示、轿厢和门机系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成 15。电气系统又由电力驱动系统、电气控制系统和安全保护系统三部分组成。图 4-1 拽引式电梯示意图4图 4-2 曳引控制系统4.2 电梯 PLC 控制系统结构四层电梯模型的 PLC 控制系统主要由信号控制系统和拖动系统组成，其系统结
9、构框图如图 4-3 所示。输入部分主要是由呼梯盒、操纵箱、楼层脉冲信号、安全装置、井道装置组成。输出部分主要是由楼层显示、呼梯信号显示、运行方向显示、幵关门控制、变频器、曳引机控制组成。外部控制信号通过输入采样寄存在输入映像寄存器中，根据控制程序需要读取并在 CPU 中进行逻辑运算处理，再将结果存入输出映像寄存器，且每个周期进行输出刷新，驱动外部执行机构，同时分别向各个楼层显示、呼梯信号灯、运行方向信号灯发出显示信号，另外还会向门机发出开关门控制信号，向变频器发出上下行信号，从而实现电梯运行状态的控制 1213。图 4-3 电梯系统控制框图54.3 实验设备由与S7-200可编程控制器是德国西
10、门子公司研制的一种新型可编程控制器。具有工作可靠,功能强,存储容量大, 编程方便, 输出端可直接驱动2A 的继电器或接触器的线圈,抗干扰能力强等优点，完全能够满足电梯对电气控制系统的要求 14，因此，本课题采用西门子公司生产的S7-200型号的PLC作为电梯的控制器。本次课程设计的主要任务是应用所学的西门子 S7-200 系列小型 PLC 设计一个四层电梯控制系统。该系统应能实现普通电梯的基本功能，并有超重报警，故障检修等功能。硬件电路由直流电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器等组成。程序是借助 STEP7 Micro/WIN32 编程软件编写完成的。本课题的开发平台是 Wind
11、ows XP。4.4 设计思路设计思路流程图如图4-4所示，为实现四层电梯模型的控制要求，将在论文中详细阐述。图4-4 设计思路流程图64.5 电梯模型运行流程图开始楼层等待是否有外呼信号？是否超重？确认本层与目标层超重蜂鸣器报警是否有内呼信号？目标层与本层是否相同？电梯选向电梯运行碰到限位开关楼层显示电梯平层电梯开门延时 3s电梯关门NNNYYYYN图 4-5 电梯模型运行流程图5. 课题的进度安排第一阶段：查阅英文资料7第二阶段：英文翻译第三阶段：中英文整理打印第四阶段：查阅相关设计资料，了解课题第五阶段：根据收集的资料撰写开题报告第六阶段：继续查阅资料第七阶段：了解电梯结构及原理第八阶段
12、：控制电梯模型的电气控制图第九阶段：设计硬件联锁保护电路第十阶段：PLC选型第十一阶段：I/O端口分配第十二阶段：根据设计要求编写程序第十三阶段：完善编程及梯形图的设计第十四阶段：程序调试第十五阶段: 根据前面的设计撰写论文第十六阶段：完成整个论文第十七阶段: 论文整理，排版第十八阶段：答辩参考文献1 李晓霞.PLC在电梯控制系统的应用设计J. 数字技术与应用,2010,(3):21.82 唐勇奇,赵葵银.PLC 在变频调速电梯控制系统中的应用J.工业自动控制，2001,(9):26-27.3 滕慧绒.PLC在电梯控制系统中的应用J.太原城市职业技术学院学报，2007，（5）：139-140.
13、4 周万珍，高鸿斌.PLC分析与设计应用M.电子工业出版社，2004.5 杨祯山，邵诚. 电梯群技术的现状与发展方向J.控制与决策，2005,(12)：11.6 Barney G C, Dos Santos S M.Elevator Traffic Analysis:Design and ControlM. London: Peter Peregrinus, 1985.7 刘培尧.电梯原理与维修M.电子工业出版社,1999.8 王凤杰.电梯并联控制的研究D.青岛大学,2007.9 钟肇新.可编程控制器原理及应用M.华南理工大学出版社,200410 高丽丽.PLC控制交流变频调速电梯系统的研究D
14、.山东：山东科技大学，2008.11 陈美谦.基于PLC/MCGS的电梯系统研究D.福建：厦门大学,2007.12 刘伟.基于西门子S7-300PLC的虚拟电梯设计D.山东：中国海洋大学,2009.13 李惠昇.电梯控制技术M北京：机械工业出版社，2003: 75-77.14 宋丽君，布挺.基于S7-226型PLC的四层电梯控制系统设计D.河南：洛阳理工学院，2009.15 TapioTyni, JariYlinen. Evolutionary bi-objective optimization in the elevator earrouting problem. European Journal of Operational Research，2006，（169): 960-977.16 Siemens AG. Hardware and Installation:CPU 312 IFM-318-2DP,2003.指 导 教 师 意 见指导教师签字：年 月 日
