畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

淮北師范大學(xué)基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（08非師）姓名學(xué)號指導(dǎo)教師姓名2011年12月25日星期日摘要本設(shè)計(jì)研制了一套基于德國西門子S7200系列的可編程控制器CPU226作為控制核心，與擴(kuò)充模板EN223來實(shí)現(xiàn)五層樓電梯的控制。主要介紹了電梯的硬件選擇與軟件編程。主要功能有：層樓信號的產(chǎn)生與消除、停層信號的登記與消除、電梯的定向、停車信號、起動、穩(wěn)速運(yùn)行、制動減速、開關(guān)門環(huán)節(jié)、智能控制。技術(shù)上的突破有：本設(shè)計(jì)大量的節(jié)約了PLC接口數(shù)量；采用了智能控制模板，提高了電梯的運(yùn)行效率。關(guān)鍵詞：電梯智能控制AbstractThisdesigndevelopesasetoffive-storyelevatorcontrolsystembasedonS7200ProgrammableLogiccontrollerCPU226whichisachievedbyexpandingtemplateEN223.Itmainlyintroducestheelevatorshardwareselectionandsoftwareprogramming,itsmajorfunctionsareproductionandeliminationoffloorsignal、registrationandeliminationofstopping-layersignal、elevatorsdirectional、parkingsignal、starting、steady-speedmovement,brakingdeceleration,switchdoorlinks,intelligentcontrol.Anditstechnologicalbreakthroughsinclude:savingalotofthenumberofProgrammableLogiccontrollerInterface；adoptingintelligentcontroltemplateandimprovingelevatorsoperatingefficiency.KeyWords:Elevator，intelligent,control目錄一、引言.1二、可編程控制器控制電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.1（一）可編程控制器用于控制電梯控制的特點(diǎn).1（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟.2（三）可編程控制器控制電梯硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì).2（四）可編程控制器控制電梯軟件的選擇.3三、電梯硬件選擇.7（一）主電路.7（二）門機(jī)電路、抱閘電路、門鎖及安全運(yùn)行電路.7四、層樓信號的產(chǎn)生、消除及顯示.9（一）層樓信號的產(chǎn)生、消除梯形圖.9（二）轎廂位置顯示.10五、停層信號的登記與消除.13六、外呼信號的登記與消除環(huán)節(jié).13七、電梯的定向.13八、停車信號.13九、起動、穩(wěn)速運(yùn)行、制動減速.14十、開關(guān)門環(huán)節(jié).14十一、智能判斷控制.14驗(yàn)證.15小結(jié).15參考文獻(xiàn).16致謝.17第1頁共17頁一、引言隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科技的進(jìn)步，世界各地高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為建筑中樞神經(jīng)，電梯起著其它設(shè)備不可替代的作用。作為建筑物內(nèi)部的主要運(yùn)輸工具，全社會使用電梯的數(shù)量正在迅速增加。電梯已成為人類現(xiàn)代生活中廣泛使用的人員運(yùn)輸工具。人們對電梯安全性、高效性、舒適性的不斷追求推動了電梯技術(shù)的更新。電梯的的種類也多種多樣，如載貨電梯、客貨電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、觀光電梯等。自動平層、微機(jī)檢測、圖像顯示、監(jiān)控以及現(xiàn)代通信都在電梯中得到應(yīng)用。電梯技術(shù)正向現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)化，智能化發(fā)展，給人們提供了極其方便和舒適的生活條件?？删幊炭刂葡到y(tǒng)(ProgrammableLogicController）)作為一種工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，它采用易學(xué)易懂的梯形圖語言、控制靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)在的電梯控制多采用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路，微型機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成了具有多種優(yōu)點(diǎn)和微型，中型，大型，超大型等各種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應(yīng)用于繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的許多控制領(lǐng)域。PLC在電梯控制上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關(guān)控制功能。由于PLC具有邏輯運(yùn)算，計(jì)數(shù)和定時以及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能。在電梯控制過程中，各種邏輯開關(guān)控制與PLC很好的結(jié)合，很好的實(shí)現(xiàn)了對電梯的控制。二、可編程控制器控制電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案可編程控制器用于電梯控制系統(tǒng)，既具備微機(jī)板控制的一系列優(yōu)點(diǎn)，又可以克服單純應(yīng)用微機(jī)板存在的不足之處。（一）可編程控制器用于控制電梯控制的特點(diǎn)1.實(shí)時性強(qiáng)信號處理時間短，速度快。信號處理和程序運(yùn)行的速度快。能滿足各種型號電梯的控制目標(biāo)。2.可靠性高所有的I/O輸入輸出信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（1）為了消除信號噪聲,在輸入接口內(nèi)設(shè)置了多種濾波電路。（2）為了PLC的信號處理,輸入接口內(nèi)有電平轉(zhuǎn)換及信號鎖存電路。（3）為了便于與現(xiàn)場信號的連接,在輸入接口外部設(shè)有接線端子排。（4）良好的自診斷功能，一但電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。大型控制器還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),以及實(shí)現(xiàn)電源模塊冗余、IO模塊冗余，使可靠性更進(jìn)一步提高。（5）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。第2頁共17頁3.編程方便PLC的設(shè)計(jì)是面向工業(yè)企業(yè)中一般電氣工程技術(shù)人員的,它采用易于理解和掌握的梯形圖語言,以及面向工業(yè)控制的簡單指令。這種梯形圖語言繼承了傳統(tǒng)繼電器控制線路的表達(dá)式,又考慮到工業(yè)企業(yè)電氣技術(shù)人員的看圖習(xí)慣和微機(jī)應(yīng)用水平，因此得到了廣大電氣技術(shù)人員的歡迎。4使用方便由于產(chǎn)品的系列化和模塊化,并且配有品種齊全的各種軟件,用戶靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng),用戶在硬件設(shè)計(jì)方面,只是確定PLC的硬件配置和I/O通道的外部接線。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中,只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入,輸出信號即可,不需要諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。在生產(chǎn)工藝流程改變,或生產(chǎn)線設(shè)備更新,或系統(tǒng)控制要求改變,需要變更控制系統(tǒng)的功能時,一般不必改變或很少改變I/O通道的外部接線,只要改變存儲器中的控制程序即可,這在傳統(tǒng)的繼電器控制時是很難想象的。5質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比高6安裝簡單，維修方便可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。7.設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短PLC完成一項(xiàng)控制工程中,由于其硬軟件齊全,設(shè)計(jì)和施工可同時進(jìn)行。由于用軟件編程取代了繼電器硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能,使得控制柜的設(shè)計(jì)及安裝接線工作量大為減少,縮短了施工周期。同時,由于用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試好后，再將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào),因此大大縮短了設(shè)計(jì)和投入運(yùn)行的周期。綜上所述，可編程控制器非常適用于交流電梯控制系統(tǒng)。（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟1分析電梯的使用環(huán)境及客戶要求，確定控制系統(tǒng)的硬件配置。2根據(jù)電梯的軟件控制系統(tǒng)，我們對可編程控制器控制電梯的核心控制部件可編程控制器的軟件資源進(jìn)行資源分配。（三）可編程控制器控制電梯硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1電梯電動機(jī)與配重的選擇電梯是垂直運(yùn)輸工具，屬于位能負(fù)載。動力來自于電動機(jī)，本系統(tǒng)選用YTD系列專用雙第3頁共17頁速籠型異步15KW的電動機(jī)。曳引機(jī)的作用有三點(diǎn)：其一是調(diào)速；其二是驅(qū)動曳引鋼絲繩，其三是在電梯停車時實(shí)施制動。為了加大載重能力，鋼絲繩的一端是轎廂，另一端加裝了配重裝置，配重的重量隨電梯載重量的大小而變化。計(jì)算公式如：配重的重量=（載重量/2+轎廂自重）*45%M3曳引機(jī)轎廂配重電動機(jī)圖2.31拖動機(jī)構(gòu)原理這種拖動機(jī)構(gòu)可使電梯的載重能力大為提高。電動機(jī)參數(shù)的選擇見附錄A表A1。2曳引機(jī)功率的選擇曳引機(jī)功率的選擇公式：NQV（1-Y）/102W其中：W為電梯機(jī)械傳動效率；Y為電梯平衡系數(shù)：Q為電梯的額定載重量；V為電梯的額定速度。在計(jì)算電梯曳引機(jī)功率后再預(yù)留20%30%的功率。曳引機(jī)參數(shù)的選擇見附錄A表A2。3傳感器的選擇本設(shè)計(jì)中選用紅外線傳感器作為智能判斷控制輸入信號的采集設(shè)備，它安裝在電梯廳門的上方，若有人按下外呼按鈕，并傳感器采集到了人體信號的存在，則就在此層樓停車。傳感器的選擇參數(shù)見附錄B。4.電源的選擇本系統(tǒng)采用的是S7-200PU226繼電器輸出，其電源電壓為85264VAC，輸出電壓24VDC，24VAC230VAC，輸出電流2A。由于S7-200CPU226最大擴(kuò)展電流為1000mA，擴(kuò)展模板EM223，DI16/DO16晶體管/晶體管模板，消耗電流為160mA，所以S7-200CPU226可以帶上一個擴(kuò)展模板EM223。（1）電源部份根據(jù)電壓的種類，等級的不同進(jìn)行嚴(yán)格的分類，不同種類、等級的電壓應(yīng)該嚴(yán)格隔離，使用可編程控制器的不同公共點(diǎn)。（2）使用同一等級和種類電壓的輸出點(diǎn)的公共點(diǎn)可以直接短路。（3）進(jìn)行輸出端子分配時，通常將高壓部份放在前，低壓部分放在后。（四）可編程控制器控制電梯軟件的選擇本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為五層樓電梯控制系統(tǒng)，采用S7200CPU226加上一個擴(kuò)展模塊EM223的24VDC輸入法16點(diǎn)/輸出16點(diǎn)類型。它是24點(diǎn)輸入和16點(diǎn)輸出點(diǎn)加上16點(diǎn)擴(kuò)展輸入和16點(diǎn)擴(kuò)展輸出?；旧峡梢詽M足五層樓的電梯控制系統(tǒng)。可編程控制器S7200CPU226參數(shù)的選擇見附錄A表A3。第4頁共17頁圖2.51S7-200CPU226PLC外型圖2.52S7-200CPU226DC/DC/DC端子連接圖1I/O接口分配數(shù)輸入接口名稱與作用輸出接口名稱與作用I0.0門鎖Q0.0上行I0.1自動Q0.1下行I0.2檢修Q0.2高速I0.3開門Q0.3低速I0.4關(guān)門Q0.4上行指示I0.5上行啟動Q0.5下行指示I0.6下行啟動Q0.6一層層樓指示I0.7基站Q0.7二層層樓指示I1.0開門到位Q1.0三層層樓指示I1.1關(guān)門到位Q1