1、0河 南 工 业 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目：三层楼电梯自动控制专业名称 机电一体化 学生姓名 指导老师 XXX 毕业时间 2017 年 7 月 1目录第一章 绪论 31.1 电梯的应用与发展 31.2 电梯的发展现状 31.3 研究背景 41.4 研究内容 4第二章 电梯 PLC 控制方面的简介 52.1 可编程控制器的简介 52.2 PLC 的工作原理 52.3 PLC 的功能和优点 52.3.1 PLC 的功能 .52.3.2 可编程控制器 PLC 的优点： .62.4 PLC 扩展模块与系统扩展 72.4.1 本地 I/O 与扩展 I/O 及其寻址 .72
2、.4.2 模拟量扩展模块 EM231、EM235 8第三章 设计内容 93.1 总体概要 93.2 程序的设计 93.3 电梯控制系统的模拟实验控制面板 .103.4 程序及过程分析 .113.4.1 过程分析 113.4.2 梯形图 13程序如下： .13结论 25致谢 25参考文献 262第一章 绪论1.1 电梯的应用与发展1854 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。150 年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的
3、电梯公司。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺。 1.2 电梯的发展现状随着计算机技术和电力电子技术的发展，现代电梯已经成为典型的机电一体化产品。电梯具有很高的安全要求，它以零部件
4、的形式出厂，总装配在工地现场进行，通过机械零部件之间的装配和机械装置与土建结构之间的的衔接完成安装，最终形成电梯产品。精心的制造和安装还不能完全保证无故障运行，其运行可靠性在很大程度上依靠维修保养。所以，电梯的制造、安装和维保不宜分割。大规模的经济建设尤其是蓬勃发展的房地产业给电梯行业开拓了广阔的市场，2001 年我国电梯产量达 4.5 万台，创造了行业发展史上的一个新的高峰，被业内人士称为“第三次浪潮”。目前，中国经济建设需求的各类电梯、几乎全部可以在中国生产。由此可见，一个兴旺的电梯市场已经形成。进入 80 年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。据统计，全世界平均
5、1000 人有台电梯。我国如果要达到这个水准，还需要新装 80 万台。到那时候，每年仅报废更新就需要万台。目前房屋建设势头仍然很好，电梯市场供需两旺，前景一片光明。31.3 研究背景随着电梯的不断发展，教育业开始了电梯的模拟控制，这是一种高新自动控制技术，要求研制出一种模拟电梯，以供学生探讨和学习 PLC 的自动控制。模拟电梯的控制是由 PLC 来实现控制的，可以让学生们在编程的过程中，学会PLC 有关的的知识，掌握可编程控制器 一些控制。1.4 研究内容小型模拟电梯的控制随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。目前电梯的控制
6、普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。PLC 可靠性高，程序设计方便灵活。PLC 的应用包括 PLC 硬件和程序设计。本课题是以西门子 S7200 PLC 三层电梯控制系统为例来解释说明 PLC 的。第二章 电梯 PLC 控制方面的简介2.1 可编程控制器的简介可编程控制器，英文称 Programmable Controller,简称 PC。它采用可编程序的存4储器，用以在其内部存
7、储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电器控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购买到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵
8、活方便地将 PLC 应用于生产实践。2.2 PLC 的工作原理PLC 是采用“ 顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即 PLC 运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐步顺序执行用户程序，直到程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。2.3 PLC 的功能和优点2.3.1 PLC 的功能 SIMATIC 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
9、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。CPU224 集成 14 输入/10 输出共 24 个数字量 I/O 点。可连接 7 个扩展模块，最大扩展至 168 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。13K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的 30kHz 高速计数器，2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。1 个 RS485 通讯/编程口，具有 PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。S7-200 提供了多种功能，使得在编程与控制时更加灵活方便。指令执行速度高。 S7-200 几乎包括了一般计算机所具有的种种基本操作指令。例如：变量
10、赋值，数据存储，计数，装载，传输，比较，移位，循环，求补及子程序的调用等。 5（1）触发中断的信号，可以用软件中断输入信号的上升沿或下降沿，以便对过程事件做出快速的响应。 （2）可设定为由时间控制的自动中断，所设定的时间范围为 5MS255MS（步长为 1MS）（3）可由计数器自动触发中断，且具有两种不同的触发方式：计数到达预定值触发和改变计数方向的瞬间触发。2.3.2 可编程控制器 PLC 的优点：（1）可靠性高，抗干扰能力强隔离-PLC 的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号，这种光电隔措施使外部电路与 PLC 内部之间完全避免了电的联系，有效的抑制了外部的干扰源对 PLC 的
11、影响，还可防止外部强电窜入内部 CPU。滤波-在 PLC 电路电源和输入、输出(I/O) 电路中设置多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。在 PLC 内部对 CPU 供电电源采取屏蔽、稳压、保护等措施，防止干扰信号通过供电电源进入 PLC 内部，另外各个输入、输出（I/O）接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的互相干扰。内部设置连锁、环璄检测与诊断等电路，一旦发生故障，立即报警。在软件方面采取的主要措施有：设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系统状态、用户程序、工作环璄和故障进行检测与诊断，发现出错后，立即自动做出相应的处理，以适应恶劣的工作环璄;对用户程序及动态数据进行电池后备,以保障停电
12、后有相关状态及信息人不会因此而丢失;采用以上抗干扰措施后，一般 PLC 的抗电平干扰强度可达峰值 1000V，脉宽10US，其平均无故障时间可高达 30-50 万小时以上。（2）程序简单易学PLC 采用与继电器控制线路图接近的梯形图作为编程语言，它既有继电器电路清淅直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯，对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识，因此，易学易懂，程序改变也容易修改。（3）功能完善，适应性强目前 PLC 产品已经标准化、系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、计时、计数、6顺序控制等功能，还具有 A/D、D/A 转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它
13、能根椐实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统：既可控制一台单机、一条生产线、以可以控制一个机群、多条生产线；既可以现场控制，以可以远程控制。（4）用简单，调试维修方便PLC 的接线极其方便，只需将产生输入信号的设备（按钮、开关等）与 PLC 的输入端子连接，将接收输出信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与的输出端子连接，仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。PLC 的用户程序可在实验室摸拟调试，输入信号用开关来摸拟，输出信号可以观察 PLC 的发光二极管。调试后再将 PLC 在现场安装通调。调试工作量要比继电器控制系统少得多。（5）体积小、重量轻、功耗低由于 PLC 的采用半导体大规
14、模集成电路，因此整个产品结构紧凑，体积小、重量轻、功耗低。 PLC 很容易装入机械设备内部，是实现电一体化的理想的控制设备。2.4 PLC 扩展模块与系统扩展2.4.1 本地 I/O 与扩展 I/O 及其寻址如果对于 CPU 自带的 I/O 点数不能满中需求的情况下可以扩展 I/O 口。同时为了工业需求还可以扩展模拟量模块。你可以将扩展模块连接到 CPU 的右侧来增加I/O 点和模拟量，形成 I/O 链。对于同种类型的输入输出模块而言，模块的 I/O 地址取决于 I/O 类型和模块在 I/O 链中的位置。举例来说，输出模块不会影响输入模块上的点地址，反之亦然。表 2-1 扩展模块4 入 /4
15、出（模块 0） 4 模拟量入（模块 1） 4 出（模块 2） 4 模拟量入 1 模拟量出I2.0 Q2.0I2.1 Q2.1I2.2 Q2.2AIW0AIW2AIW4Q3.0Q3.1Q3.2AIW8 AQW0AIW10 （模块 3）AIW127I2.3 Q2.3 AIW6 Q3.3 AIW142.4.2 模拟量扩展模块 EM231、EM235两种模块分辨率都是 12bit，但都没有采用光电隔离技术，也不是带嵌入式 CPU的智能模块。采用光电隔离技术可以实现 PLC 端的数字电路和现场模拟电路如传感变送电路或电动执行器电路的隔离，提高系统的可靠性和 A/D、D/A 转换数据的稳定。带嵌入式 CP
16、U 的智能模块可以在模块内部直接实现信号的数字滤波、限幅、报警等功能，甚至可以对各种温度传感器的温度输入信号直接进行变送和处理 235 模块是 4 路模拟量输入和 1 路模拟量输出的混合型模块。我们做如下配置：CPU224、EM235，则4 路模入通道的地址是 AIW0、AIW2 、AIW4、AIW6 ，1 路模出通道的地址为AQW0。模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功能，优点如下： （1）最佳适应性 可适用于复杂的控制场合 直接与传感器和执行器相连，12 位的分辨率和多种输入/ 输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连，例如 EM235 模块可直接与 PT100 热电阻相连
17、 。（2）灵活性 当实际应用变化时，PLC 可以相应地进行扩展，并可非常容易的调整用户程序。第三章 设计内容3.1 总体概要本设计是模拟电梯的控制，用西门子主机来实现，所选主机为 SIMATIC S7-200系列 CPU224 PLC。83.2 程序的设计电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操作，其操纵内容为电梯运行方向，L1 为一层指示、L2 为二层指示、L3 为三层指示，SQ1SQ3 为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫都是无效的。例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层
18、），按三层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在三层，在一层轿厢外呼叫时必须按一层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫，按三层上升呼叫按钮无效，依此类推。表 3-1 关于 I/O 分配I/O 分配点 代码 名称输入信号I0.0 SQ3 原停楼层 3I0.1 SQ2 原停楼层 2I0.2 SQ1 原停楼层 1I0.3 SB3 楼层呼叫 3I0.4 SB2 楼层呼叫 2I0.5 SB1 楼层呼叫 1输出信号Q0.0 3 层指示灯Q0.1 2 层指示灯Q0.2 1 层指示灯Q0.3 下降指示灯Q0.4 上升指示灯Q0.5 3 呼叫指示灯Q0.6 2 呼叫指示灯Q0.7 1 呼叫指示灯3.3 电梯控制系统的模拟实
19、验控制面板9图 3-1 模拟实验控制面板3.4 程序及过程分析 3.4.1 过程分析（1） 轿厢原停楼层 1，楼层 3 呼叫 接通 I0.2 即接通 SQ1，表示轿厢原停楼层 1,按 SB3，即 I0.3 接通一下，表示呼叫楼层 3，则接通 Q0.5，三层呼叫指示灯亮， Q0.4 接通，表示电梯上升。过 1 秒后，Q0.2 接通，底层指示灯亮，3 秒后，Q0.2 断开则底层指示灯灭。 I0.2 断开即 SQ1 断开，3 秒后 Q0.1 接通，二层指示10灯亮，过 2 秒后 Q0.1 断开，二层指示灯灭。又过 3 秒，到达三层，Q0.0 接通，三层指示灯亮，再过 2 秒，Q0.4 断开，上升指示
20、灯灭。（2） 轿厢原停楼层为 1，楼层 2 呼叫接通 I0.2 即接通 SQ1，表示轿厢原停楼层为 1，按 SB2，即 I0.4 接通一下，表示呼叫楼层 2，则 Q0.6 接通，二层呼叫指示灯亮， Q0.4 接通，表示电梯上升。过 1秒后，Q0.2 接通，底层指示灯亮，3 秒后，Q0.2 断开，则底层指示灯灭。断开 I0.2即断开 SQ1， 3 秒后 Q0.1 接通，二层指示灯亮，再过 2 秒，Q0.4 断开，上升指示灯灭。（3）轿厢原停楼层 1，楼层 2、3 同时呼叫接通 I0.2 即接通 SQ1，表示轿厢原停楼层 1，同时按 SB2、SB3 即 I0.4、I0.3 同时接通一下，表示 2、
21、3 楼层同时呼叫，则 Q0.6、Q0.5 都接通，二、三层呼叫指示灯亮， Q0.4 接通，表示电梯上升。过 1 秒后，Q0.2 接通，底层指示灯亮， 3 秒后 Q0.2 断开，则底层指示灯灭。断开 I0.2即断开 SQ1，3 秒后接通 I0.1 即接通 SQ2，1 秒后，Q0.1 接通，二层指示灯亮，又过 2 秒后Q0.1 断开，二层指示灯灭。断开 I0.1 即断开 SQ2，3 秒后 Q0.0 接通三层指示灯亮，再过 2 秒后，Q0.4 断开，上升指示灯灭。（4）轿厢原停楼层 2，楼层 1 呼叫接通 I0.1 即接通 SQ2，表示轿厢原停楼层为 2，按 SB1，即 I0.5 接通一下，表示呼叫
22、楼层 1，则 Q0.7 接通，一层呼叫指示灯亮， Q0.3 接通，表示电梯下降。过 1秒后，Q0.1 接通，二层指示灯亮，3 秒后，Q0.1 断开，则二层指示灯灭。断开 I0.1即断开 SQ2， 3 秒后 Q0.2 接通 底层指示灯亮，再过 2 秒后，Q0.3 断开，下降指示灯灭.（5）轿厢原停楼层 2，楼层 3 呼叫接通 I0.1 即接通 SQ2，表示轿厢原停楼层为 2，按 SB3，即 I0.3 接通一下，表示呼叫楼层3，则 Q0.5 接通，三层呼叫指示灯亮， Q0.4 接通，表示电梯上升。过 1 秒后，Q0.1 接通，二层指示灯亮，3 秒后，Q0.1 断开，则二层指示灯灭。断开 I0.1
23、即断开 SQ2，3 秒后 Q0.0 接通，三层指示灯亮，再过 2 秒后，Q0.4 断开，上升指示灯灭。（6）轿厢原停楼层 3，楼层 1 呼叫接通 I0.0 即接通 SQ3，表示轿厢原停楼层 3，按 SB1，即 I0.5 接通一下，表示呼叫楼层 1，则 Q0.7 接通，一层呼叫指示灯亮， Q0.3 接通，表示电梯下降。过 1 秒后，Q0.0 接通，三层指示灯亮，3 秒后，Q0.0 断开，则三层指示灯灭。断开 I0.0 即断开 SQ3，3 秒后 Q0.1 接通 ，二层11指示灯亮，过 2 秒后 Q0.1 断开，二层指示灯灭。又过 3 秒，到达底层，Q0.2 接通，底层指示灯亮，再过 2 秒，Q0.
24、3 断开，下降指示灯灭 .（7）轿厢原停楼层 3，楼层 2 呼叫接通 I0.0 即接通 SQ3，表示轿厢原停楼层为 3，按 SB2，即 I0.4 接通一下，表示呼叫楼层 2，则 Q0.6 接通，二层呼叫指示灯亮， Q0.3 接通，表示电梯下降。过 1秒后，Q0.0 接通，三层指示灯亮，3 秒后，Q0.0 断开，则三层指示灯灭。断开 I0.0即断开 SQ3， 3 秒后 Q0.1 接通 ，二层指示灯亮，再过 2 秒后，Q0.3 断开，下降指示灯灭.（8）轿厢原停楼层 3，楼层 1、2 同时呼叫接通 I0.0 即接通 SQ3，表示轿厢原停楼层 3，同时按 SB1、SB2 即 I0.5、I0.4 同时
25、接通一下，表示 1、2 楼层同时呼叫，则 Q0.7、 Q0.6 都接通，一、二层呼叫指示灯亮，Q0.3 接通，表示电梯下降。过 1 秒后，Q0.0 接通，三层指示灯亮，3 秒后Q0.0 断开，则三层指示灯灭。断开 I0.0 即断开 SQ3，3 秒后接通 I0.1 即接通SQ2，1 秒后， Q0.1 接通，二层指示灯亮，又过 2 秒后 Q0.1 断开，二层指示灯灭。断开 I0.1 即断开 SQ2，3 秒后 Q0.2 接通，底层指示灯亮，再过 2 秒后，Q0.3 断开，下降指示灯灭。3.4.2 梯形图程序如下：12131415161718192021222324结论首先是对 SIMATIC S7-
26、200 的认识。西门子公司生产的具有很高的性能价格比的微型可编程序控制器（PLC）。由于它具有结构小巧，运行速度高，价格低廉及多功能和多用途等特点，因此在很多行业中得到了广泛的应用。它虽说只是我们专业课之中的一个很小的一部分，但它去在生产和生活上起着具大的作用。其次是对电梯控制方面的了解，电梯的软件方面和硬件方面，尤其是程序方面的设计，程序的运行过程，让我理解了自动控制技术的先进化，柔性化，系统化。本毕业论文研究了电梯 PLC 的控制，分析电梯的运行过程的基础上，研究模拟电梯的控制，设计了电梯控制系统的简单模型，可以使学生们容易得掌握 PLC 的有关知识和用法，培养学生电气等理论知识，掌握 P
27、LC 控制的基础知识，掌握程序的阅读和编写，掌握独立分析的能力，解决生产实际问题的能力。25致谢感谢指导老师细心而又耐心的辅导，也感谢各位专业老师提供的意见和见解！在本次毕业设计中，指导老师邱老师对我悉心指导，在设计期间帮助我收集文献资料，理清设计思路，指导操作方法，并对我所做的课题提出有效的改进方案，这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢您！另外，在这次设计过程中，使学到了很多知识和做人的道理，还有一些课本和学校学不到的知识。本设计能顺利的完成也归功于各位老师的认真负责，使我们能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得一体现。时间过得真快，大学时光就这样悄然溜走了，我会把所有老师的
28、教诲铭记在心！在此向机电工程系的全体老师表示忠诚的谢意，谢谢你们孜孜不倦的教诲，谢谢你们三年来的辛勤栽培！ 谢谢你们教我的做人的道理！我相信，我一定能够把毕业设计做好，不辜负老师们的寄托！毕业设计中如有不妥，请各位老师指正，再次感谢你们！26参考文献1 王卫星.可编程控制器原理及应用M.中国水利水电出版社，20022 赵洪恕.PLC 控制交流变频调速系统在电梯中的应用M.基础自动化，20003 杨长能等.可编程控制器（PC）基础及应用M.重庆大学出版社，19924 王仁祥.通用变频器选型与维修技术M.中国电力出版社，20045 李鼎陪.当前电梯研制开发技术动态M.中国电梯，19956 梁延东主
29、编.电梯控制技术M.中国建筑工业出版社，19977 黄立陪.变频器应用技术及电动机调速M.北京：人民邮政出版社，19978 吕景泉.可编程控制器技术教程M.北京：高等教育出版社，2001.9 方承远. 工厂电气控制技术M.北京: 机械工业出版社,2000.10 廖常初主编.PLC 应用技术问答M.北京：机械工业出版社，200511 崔纳新.电气传动自动化M.北京：机械工业出版社，200012 皮壮行.可编程控制器的系统设计与应用实例M.北京：机械工业出版社。200013 汪晓光.可编程控制器原理及应用M.机械工业出版社，200114 杨长能，张兴颜编著.可编程序控制器(PC)基础及应用M.重庆大学出版社，199215 郑瑜平主编.可编程序控制器M.北京航空大学出版社，199516 崔亚军.可编程控制器原理与实践M.沈阳：辽宁科学技术出版社，199317 彭利标.可编控制器原理及应用M.西安电子科技大学出版社，199918 朱善君可编程序控制系统原理、应用、维护M北京：清华大学出版社19 李景学，金广业可编程控制器应用系统设计方法M北京：电子工业出版社199520 陈立定、吴玉香、苏开才编电气控制与可编程控制器M.广州：华南理工大学出版社200l21 刘载文、李毫升、钟亚林编.电梯控制技术M.北京：电子工业出版社1996
