毕业设计四层电梯的PLC控制设计

毕业设计题目四层电梯的PLC控制设计系别专业班级姓名学号指导教师日期I设计任务书设计题目：四层电梯的PLC控制设计设计要求:电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿厢内设有楼层内选按钮，外面有外选层按钮，用以选择需停靠的楼层。电梯在上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫。任何反方向的呼叫均无效。当电梯轿内或门厅呼叫按钮按下时，根据监测到的上行或下行指令给出相应的信号，从而控制电梯的驱动电机进行相应的动作。当有多个呼叫信号到达时，执行方式为优先响应电梯运行方向上的信号，再响应另一方向信号。设计进度要求：第一周：确定题目，查阅资料。第二周：根据设计要求分析四层电梯工作原理。第三周：深入公司进行实践，收集四层电梯的资料。第四周：对硬件进行设计。第五周：对软件进行设计。第六周：进行调试，找出问题，改进设计。第七周：撰写论文，准备答辩。指导教师（签名）：II摘要随着我国经济的高速发展，自动控制技术也得到了迅猛发展，而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，在工业、商业和民用方面应用已十分广泛，与人们的生活紧密相关。本文利用西门子S7-200可编程控制器编写的一个四层电梯的控制系统，主要分析并叙述了电梯的控制、运行情况。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统(早期安装的电梯多继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。本文就是详细介绍PLC的特点及整个设计过程。关键词：控制系统，电梯，西门子I目录摘要.................................................................II1概述...............................................................11.1可编程控制器(PLC)的产生及定义......................................11.2PLC的分类及特点...................................................21.3PLC的工作原理.....................................................51.4PLC的编程语言.....................................................61.5PLC在电梯中的应用.................................................71.6电梯的发展历程....................................................82电梯的具体介绍.........................................................102.1电梯的定义及组成.................................................102.2电梯的原理.......................................................112.3电梯的PLC控制系统的功能分析.....................................132.4电梯PLC控制系统的解决思路.......................................133电梯硬件设计...........................................................153.1电梯的控制要求...................................................153.2PLC输入输出点数的确定............................................163.3PLC机型的选择....................................................173.4PLC外部硬件电路的设计............................................184电梯软件设计...........................................................194.1程序流程图.......................................................204.2程序梯形图.......................................................22致谢...................................................................27参考文献.................................................................2811概述1.1可编程控制器(PLC)的产生及定义1.1.1可编程控制器(PLC)的产生20世纪是人类科学技术迅猛发展的一个世纪，电器控制技术也由继电器控制过渡到计算机控制系统。各种工业用计算机控制产品的出现，对提高机械设备自动控制性能起到关键的作用。进入21世纪，各种自动控制产品在向着控制可靠，操作简单，通用性强，价格低廉的方向发展，使自动控制的实现越来越容易。自动控制装置的研究，是为了最大限度的满足人们及机械设备的要求。曾一度在控制领域占主导地位的继电器控制系统，存在着控制能力弱，可靠性低的缺点，并且设备的固定接线控制装置不利于产品的更新换代。20世纪60年代末期，在技术浪潮的冲击下，为使汽车结构及外型不断改进，品种不断增加，需要经常变更生产工艺。这就希望在控制成本的前提下，尽可能缩短产品的更新换代周期，以满足生产的需求，使企业在激烈的市场竞争中取胜。美国通用汽车公司(GM)1986年提出了汽车装配生产线改造项目控制器的十项指标，即新一代控制器应具备的10项指标：（1）编程简单，可在现场修改和调试程序；（2）维护方便，采用插入式模块结构；（3）可靠性高于继电器控制系统；（4）体积小于继电器控制柜；（5）能与管理中心计算机系统进行通信；（6）成本可与继电器控制系统相竞争；（7）输入量是115V交流电压（美国电网电压110）；（8）输出量是115V，输出电流在2A，能直接驱动电磁阀；（9）系统扩展时，原系统只需作很小改动；（10）用户程序存储器容量至少4KB。1969年，美国数字设备公司(DEC)首先研制出第一台符合要求的控制器，及可编程逻辑控制器，并在美国GE公司的汽车自动装置上试用成功。此后，这项研究技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。我国从1976年开始研制，1977年应用于工业控制。目前世界上已有数百家厂商生产可编程控制器，型号多达数百种。21.1.2可编程控制器(PLC)的定义IEC在1987年对可编程控制器(PLC)下的定义是：可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑计算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。由上述定义可见，PLC是工业专用计算机，这种计算机采用面向用户的指令，因而编程方便。它能完成“逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作”，还具有“数字量,模拟量输入/输出控制”的能力。并且容易与“工业控制系统连为一体”，易于扩充。因而可以说PLC是近乎理想的工业控制计算机。1.2PLC的分类及特点1.2.1PLC的分类目前，可编程控制器(PLC)产品种类很多，型号和规格也不统一。通常只能按照其用途、功能、结构、点数等进行大致分类。（1）按点数和功能分类可编程控制器用于对外部设备的控制，外部信号的输入及PLC运算结果的输出都要通过PLC输入，输出端子来进行接线，输入输出端子的数目之和被称作PLC的输入，输出点数，简称I/O点数。为满足不同控制系统处理信息量的需求，PLC具有不同的I/O点数、用户程序存储量和控制功能。由I/O点数的多少可将PLC分成小型，中型和大型。小型PLC的I/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小，价格低的优点。适合小型设备的控制。中型PLC的I/O点数在256—1024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂的逻辑控制和闭环过程控制。大型PLC的I/O点数在1024点以上，用于大规模过程控制，集散式控制和工厂自动化网络。各厂家可编程控制器产品的自我定义的大、中、小各有不同。如有的厂家建议小型PLC为512点一下，中型PLC为512—2048点，大型PLC在2048点以上。3（2）按结构形式分类根据结构形式不同，可编程逻辑控制器可分为整体式和模块式结构两大类。小型PLC一般采用整体式结构，即将所有电路安装于1个箱内为基本单元，另外可以通过并行接口电路连接I/O扩展单元。中型以上PLC多采用模块式，不同功能的模块，可以组成不同用途的PLC，适用于不同要求的控制系统。（3）按用途分类根据可编程控制器的用途，PLC可分为通用性和专用型两大类。通用型PLC作为标准装置，可供各类工业控制系统选用。专用型PLC是专门为某类控制系统设计的，由于其专用，结构设计更为合理，控制性能更完善。随着可编程控制器应用的逐步普及，专为家庭自动化设计的超小型PLC也正在形成家用微型系列。1.2.2PLC的特点PLC能如此迅速发展，除了工业自动化的客观需求外，还因为他具有许多独特的优点。他较好得解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。以下是其主要特点:（1）可靠性高、抗干扰能力强;（2）编程简单使用方便;（3）接线简单通用性好;（4）可连接为控制网络系统;（5）维修工作量小，维修方便;（6）体积小、耗能低。（1）硬件的可靠及抗干扰能力可编程控制是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制系统和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维修方便等一系列的优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业的三大支柱之一。一个设计良好的PLC能用于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。PLC的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部件及外部设备组成。各部分之间通过内部系统总线进行连接。CPU是PLC的核心部分，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作，它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。PLC的对外功能主要是通过各类接口模块，实现对工业设备和生产过程的检测和控制。PLC的电源一般采用4开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、质量轻、效率高、抗干扰性能好。一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。（2）编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前大多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修