基于S7-200PLC-四层电梯控制系统设计

清华大学《PLC实训》（2012级本科）题目：基于S7-200PLC四层电梯控制系统设计院系：专业：自动化姓名：指导教师：完成日期：2015年7月24日PLC实训设计任务书论文题目基于S7-200PLC四层电梯控制系统设计作者姓名专业、年级自动化2012级2班指导教师任务下达日期2015.6/15一.实训的主要内容根据实际要求，以S7-200型PLC为核心，设计出四层电梯控制系统。设计控制系统硬件电路，编写软件控制系统程序。二.实训报告任务（1）自动响应层楼召唤信号(含上召唤和下召唤)（2）自动响应轿厢服务指令信号（3）自动完成轿厢层楼位置显示（4）自动显示电梯运行方向（5）具有电梯直达功能和反向最远停站功能三.实训报告要求（1）写完整实训报告说明书（不超过5000字）。（2）完成系统硬件配置，合理进行地址分配，列出I/O表，画出接线图。（要求：有电机主电路、电源电路、PLC输入电路、PLC输出电路、控制面板图）（3）设计梯形图控制程序，并在仿真软件上调试。（4）软件仿真调试成功后，到实验室接线调试。四、实训报告要求进度安排日期时间内容备注查资料确定I/O数量和配置画程序流程图并软件仿真实验室调试实验室调试指导老师签字：摘要本课题设计的意义在于改变了以往继电器控制的电梯可靠性和稳定性差的缺点，鉴于继电器控制存在着上述的种种弊端，现将PLC应用于电梯控制,收到了良好效果。可编程控制器应用于电梯控制，用软件编程替代原有继电器硬件布线控制，使控制系统具有了极大的柔性和通用性。随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了智能控制，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。本设计在已有的变频器的基础上，采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。本文介绍一种电梯PLC控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以西门子的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。关键字：可编程控制器PLC，继电器控制，垂直运输设备目录一、绪论........................................................1二、方案设计....................................................22.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题.........................22.1.1电梯继电器控制系统的优点................................................................22.2.PLC控制电梯的优点.........................................22.3.设计方案确定..............................................3三、PLC硬件系统的设计...........................................33.1.控制器的选择..............................................33.2.电梯曳引电机及门电机电路图................................................................43.3.输入输出点数的确定........................................4四、软件设计....................................................44.1系统结构框图..............................................64.2.重要程序设计.............................................74.2.1.初始平层程序设计......................................74.2.2.开关门控制程序设计....................................74.2.3.上下行控制程序设计....................................8五、总结与展望.................................................12参考文献.......................................................13附录...........................................................14附录一完整程序汇总............................................14附录二实验接线图..............................................19第1页共19页一、绪论可编程序控制器（PLC）是近十几年发展起来的一种新型工业控制器，由于它把计算机的编程灵活，功能强大，应用面广等优点与继电器系统的控制简单，使用方便，抗干扰能力强,价格便宜,体积小等优点结合起来，在工业生产控制中广泛地应用。电梯是一种特殊的垂直运输工具，都市人们的日常生活已经越来越离不开它。现在随着我国经济的高速发展，高楼处处可见，而高楼的主要运输工具都是电梯，所以接触电梯的人也越来越多，且随时影响人们的工作、生活、学习。因此人们对电梯的安全性，稳定性也越来越高。从电梯控制统的实现方法分，电梯的控制系统经历了继电器控制、可编程序控制（PLC）、单片微机控制、多微机控制多种形式。继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式，有控制逻辑线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往接触不良，所以电梯故障高，众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制发生了限大的变化，因为微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器，整个系统更加可靠，灵活性更加提高，功能大增强了。但微机的集成度高，功能项目固化，一般维修人员及工程人员修改或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生厂家或用专用的工具。可编程序控制器取代继电器构成的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小最主要的是可编程序控制系统的可编程功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可。而PLC的编程语言需不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点一般维修及工程人员都能掌握,当然PLC电梯控制系统只适用于小高层的楼房。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。本设计在用可编程PLC控制，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。第2页共19页二、方案设计2.1.电梯继电器控制系统的特点及存在问题2.1.1.电梯继电器控制系统的优点（1）所有控制功能及信号处理均有硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。2.1.2.电梯继电器控制的缺点(1)系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。(3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4)系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。(5)由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大。费用高；而且检查故障困难，费时费工。2.2.PLC控制电梯的优点随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地第3页共19页面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后．控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数．判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层。2.3.设计方案确定(1)初始时没有呼叫信号时，电梯处于任意层，且在没有呼叫信号是电梯禁止不动。(2)根据电梯最早记忆信号，再判断是上行还是下行。即就是电梯的定向。电梯的定向根据初始信号的状态可分为两种。一种是指令定向，指令定向即是把电梯的指令与初始状态相比较再执行“上行”或“下行”。第二种是呼梯定向，呼梯定向是根据呼梯信号的来源位置与当前电梯位置比较，得出“上行”或“下行”结论。(3)一个方向的任务执行完要换向时，依据最远站换向原则。例如，电梯在一楼根据二楼指令向上，此时三楼、四楼分别在呼梯向下信号。电梯到达二楼停站，下客后继续向上。如果到三楼停站换向，则四楼的要求不能兼顾，如果到四楼停站换向，则到三楼可顺向截车。(4)电梯在运行过程中，轿厢在任何相反方向上升（或下降）的外乎信号都不响应。如果在相反方向没有外呼信号时，则电梯响应同方向外呼信号。(5)电梯在关门之后电梯才可运行，且上行或下行指示灯显示。(6)电梯不在平层或运行时，开门关门按钮开关不起作用。到达平层后，停止2s之后轿厢门自动打开，轿厢门打开后经3s后电梯门自动关闭，且如果有进入时重新计时3s后再关闭。且开关门信号可手动控制。三、PLC硬件系统的设计3.1.控制器的选择SIMATIC小型S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰第4页共19页富的扩展模块等。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学，可用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图三种编程语言编制程序，不同的编程语言编制的程序可以相互转换。STEP7-Micro/