基于某PLC地五层电梯控制系统系统地设计

word摘要 随着大型和巨型楼宇的兴建,电梯得到了快速的开展。在电梯逻辑控制方面,由于可编程控制器(PLC)具有编程软件采用易学易懂的梯形图语言、控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠、易操作、维修方便等特点,使可编程控制器(PLC)已全面代替原来的继电器控制。 将可编程序控制器(PLC)应用于电梯进展逻辑控制，大大提高了电梯可靠性、可维护性以与灵活性，延长了使用寿命.，同时缩短了电梯的开发周期。这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务，其许多功能是传统的继电器无法实现的。编程逻辑控制器Programmable Logic Controller，PLC，它是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构根本上与微型计算机一样， 它采用一类可编程的存储器，用于其部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 围绕这个目标，本文首先介绍了电梯的根本结构，接着论述了各主要环节的控制局部以与控制要求，然后着重介绍了基于西门子S7-200 CPU224 PLC的电梯控制系统程序开发过程，最后通过实验装置反复调试运行以与仿真。经测试仿真调试，该基于PLC的电梯控制系统实现了预期的功能，圆满完成了此次毕业设计的任务。通过这次锻炼，我积累了宝贵的经验，为以后的工作打下了良好的根底。关键词：可编程控制器；电梯控制； s7-20077 / 77AbstractWith the construction of large and giant buildings, elevators have been rapid developed. In the elevator logic control, programmable logic controller (PLC) whose programming software ladder language is easy to learn and easy to understand, with its feature of control flexibility, anti-interference ability, stable and reliable, easy to operate, easy to maintain , programmable controller (PLC) has been fully replace the original relay control. Its applied to the elevator logic control, greatly improved the elevator reliability, maintainability, and flexibility to extend the service life, while reducing the development cycle of the elevator. pared with the original elevator control system , the elevator control system can plete more plex control tasks more easily, many of its functions can not be achieved by conventional relays. PLC, which is dedicated to the industrial control puter, the hardware structure is the same as microputer, it uses a programmable memory for its internally stored program, which can perform the logical, sequential control, timing, counting and arithmetic operations which are user-oriented , and control various types of machinery or production processes through digital or analog input / output control. Around this goal, this design first introduces the basic structure of the elevator, and then discusses the major aspects of the control section, and control requirements, and then puts the emphasis on the elevator system based on Siemens S7-200 CPU224 PLC program development process, the final run is to through repeated testing experimental setup as well as simulation.Through the tested simulation run, the elevator system in the PLC program has achieved the desired function, I finished the graduation project tasks successfully. Through this exercise, I have accumulated valuable experience for future work and laid a good foundation for the future.Keywords: programmable logic controller ； s7-200； elevator control目录1. 绪 论6671.3 论文的主要容82. 电梯物理模型的设计992.2 电梯的运行特点11142.4 电梯控制方案确实定152.4.1 电梯继电器控制系统存在的问题152.4.2 PLC控制系统的特点与其优越性163. 硬件电路设计193.1 电梯控制系统设计思路193.2 五层电梯控制要求分析203.3 PLC选型213.3.1 PLC控制系统的I/O点数计算213.3.2 CPU与其扩展模块的选择233.3.3 CPU与其扩展模块的简介与安装253.4 I/O点数的扩展和编址363.5 PLC输入输出点的分配383.6 PLC和电梯模型接线图394. 电梯控制系统软件的设计40404.2 STEP 7编程软件的编程语言与根本指令414.2.1 STEP 7编程软件的编程语言414.2.2 STEP 7编程软件的根本指令424.3 轿厢开关门程序与仿真434.4 轿厢开门复位程序与仿真474.5 门电机关门、复位程序与仿真494.6 电梯自动选向程序设计与仿真524.6.1 电梯轿厢下行条件524.6.2 电梯轿厢上行条件604.7 轿厢呼与轿厢外呼指示与复位675. 系统调试725.1 硬件调试725.2 软件调试725.3 综合调试73设计总结74参考文献76致771. 绪 论1.1 课题研究的背景 电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学与空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。电梯作为一种较为复杂的机电一全化设备，它由多许机械构件和电子、电气、大规模集成电路组成的微型计算系统与声、光控制部件所组成。那么电梯到底有哪些功能呢？我们从按下电梯的按钮到完成电梯的运行并走出电梯轿厢，实际上已包含了电梯的许多功能，如：电梯的定向选层、电梯的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车、开关门。还有检修功能、安全保护功能、消防功能、楼层显示等。从电梯控制系统的实现方法分，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局部继电器和选层器，而且使整个系统更加可靠，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，一般维修人员与工程人员不能修改或增加其功能,只能回生厂家或用专用的工具。可编程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。最主要的是它的可编程功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可。虽然PLC的编程语言需不尽一样，但都有通俗易懂，便于自学的优点一般维修与工程人员都能掌握,PLC电梯控制系统比拟适用于小高层的楼房.随着城市建设的不断开展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有越来越广泛的应用，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。随着经济的高速开展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速开展，这使得交流变频调速电梯控制系统已经进入一个崭新的时代。实际上电梯是根据外部呼叫信号以与自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。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，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，拖动控制如此由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器PLC取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国厂家大多项选择择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置本钱较高；而PLC具有可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速开展。特别是随着技术、微电子和电力电子技术的飞速开展，现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。1.3 论文的主要容本篇课程设计所选择的是西门子 SIMATIC S7-200系列的PLC。所采用的CPU模板是CPU 22X系列CPU 224。CPU224本机集成了14点输入/10点输出，共有24个数字量I/O。它可连接7个扩展模块，最大扩展至168点数字量I/O点或35路模拟量I/O点。CPU224有13K字节程序和数据存贮空间，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。CPU224配有1个RS-485通讯/编程口，具有PPI通讯、MPI通讯和自由方式通讯能力，是具有较强控制能力的小型控制器。 在设计过程中，利用了西门子S7-200的编程软件和仿真软件，并将这两种软件结合起来，达到了很好的效果。此篇毕业设计总共分为五个章节：第一章为绪论,把握整体着重介绍PLC电梯控制系统的研究背景与其开展现状以与论文的结构和主要容；第二章主要介绍了整体结构、电梯物理模型的设计以与电梯控制方案确实定；第三章又详细的介绍了电梯控制系统硬件电路的设计；第四章进展软件的设计；第五章为软、硬件以与综合调试的过程。2. 电梯物理模型的设计 电梯的构造电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，由轿厢与配重、拖动电机与减速传动机械、井道与其井道设备、召唤装置与其安全防护装置等构成。轿厢是搭载乘客或者装货的部位，配重是为了改变电梯的电动机的负载特性以提高电梯安全性而设置的。电梯主要用于多层建筑乘人或载运货物。它服务于规定楼层的固定式升降设备，它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。如图2.1所示为电梯拖动系统示意图,电梯的轿厢与其配重分居钢丝绳两端,钢丝绳挂在曳引轮上,曳引轮经减速机构由电动机拖动,从而实现了轿厢的上下运动。图 2.1 电梯拖动系统示意图井道是指建筑物中用于安装电梯并提供电梯运行的通道，轿厢与配重都是在井道中运行的。井道在各楼层都设有门厅与其呼梯设备。门厅有门厅门，厅门顶部有楼层指示器，用于指示电梯的运行方向与其电梯所在位置。门厅部还设有呼梯盒，用于在每层站召唤电梯，呼梯盒常常安装在厅门外距地面1m高左右的墙壁上,基站与顶站只有一个按钮,中间层站有上呼和下呼两个按钮,按钮下面带有呼梯指示灯记忆灯,基站的呼梯盒上还设有钥匙开关,供司机开关电梯。为了实现轿厢的正常运行与其准确停车,井道中往往要安装许多定位装置与其安全设备,井道的顶部和底部还设有冲顶与蹲底的缓冲装置。轿厢的自动门用来实现电梯的开门与其关门。电梯门分门厅门与轿厢门，当电梯停靠在某层时，此层厅门在轿厢门带动下开启与关闭。电梯的操纵箱也安装在轿厢，供司机与乘客对电梯发布操作指令，上面设有与电梯层站数目一样的选层按钮带有选记忆指示灯，上下行启动按钮带有上下行记忆指示灯，开关门按钮，急停按钮，风扇、照明、楼层指示灯的控制开关，电梯运行状态选择钥匙开关选择电梯运行状态为自动运行、司机状态或者检修状态等。电梯的安全设备有：安全窗与其开关，安全钳与其开关，限速器与其开关，安全窗位于轿厢的顶部，供给紧急情况下快速疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不准运行。安全钳是为了防止住拽引钢绳断裂与其超速运行的安全装置，用以在上述情况下将轿厢夹持在轨道上。限速器是检测电梯运行速度的装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使电梯停止运行。极限开关，强迫换速开关是电梯位置安全装置，当电梯运行至上下极限位置时仍不停车，上下限开关动作，发出停车信号，假如仍不能停车，降压下强迫停车开关，强制电梯停止运行，假如还不能停车，将通过机械装置带动极限开关切断拽引电动机电源，以达到停车的目的。2.2 电梯的运行特点1. 电梯的位置确定与显示图 2.2 电梯停层 、平层装置2. 轿厢的运行命令与门厅召唤信号司机与乘客可按下轿厢的操控盘上的选层按钮选定电梯运行的目的楼层，此为选信号。按键按下后，该信号应该被记忆并使相应的指示灯点亮。在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。该信号也需记忆并点亮门厅的上行或下行召唤指示灯，这些保持信号在要求得到满足时应自动取消信号。3. 电梯自动运行时的信号响应电梯自动运行应根据选与外唤信号，决定电梯的决定电梯的运动方向与其在那些站点停站,一般情况下,电梯按照先上后下的原如此安排运送乘客的次序,而且规定在运送次序确定以后不响应中途反向呼唤要求,直到到达本方向最远站点才开始返程。4. 轿厢的启动与运行 轿厢在运行方向确定，轿厢门已将关好时自动启动并运行。5. 轿厢的平层与停车轿厢运行后需要确定在那一层站停车，平层是指停车时,轿厢的底与门厅 “地平面应相互平齐，一般规定有具体的平层误差，如平层时两平面之间相差不超过5mm。传统电梯的平层信号由平层感应器发出。6安全保护电梯的安全保护有很多,如冲顶与蹲底,断钢丝绳,轿厢人员的跌落,逃生等保护,还有消防运行等多项措施。电机与其门电机的接线控制电路图2.3 拖动电机与其门电机的接线控制电路图2.3.1为轿厢拖动电机与其门电机的接线控制图,KM1为轿厢拖动电机上行接触器的常开触点,KM2为轿厢拖动电机下行接触器常开触点，当SB1闭合时，KM1的线圈得电,轿厢拖动电机开始正转,同时拖动轿厢上行,实现电梯上行,同时与KM2的辅助常闭触点实现互锁;当SB2闭合时,KM2线圈得电,同时KM2的辅助常闭触点断开，电机正转停止，电机开始反转,同时与KM1的辅助常闭触点实现互锁。当闭合SB3时,KM3线圈得电,门电机开始正转,同时轿厢门开始打开,当达到开门限位时,开门限位开关SQ1的常闭触点断开,开门动作停止，同时实现了与KM4的互锁；当闭合SB4时，KM4线圈得电，门电机开始反转，同时轿厢门开始关闭，当达到关门限位时，关门限位开关SB2的常闭触点断开，关门动作停止同时实现了与KM3的互锁。2.4 电梯控制方案确实定2.4.1 电梯继电器控制系统存在的问题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普通控制电器与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电磁机构与触点动作速度比拟慢，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。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。2.4.2 PLC控制系统的特点与其优越性(一) PLC控制系统的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样。以通用或专用CPU作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器布尔处理器，进展点位运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修。编程简单、灵活性强等特点。1. 可靠性对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。1PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。2PLC采用了一系列可靠性设计的方法进展设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护与恢复等，提高了MTTF平均无故障时间，使可靠性提高。3PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。4PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。5在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器容的保护等。6PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。2. 易操作性PLC的易操作性表现在如下几个方面：1操作方便PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进展输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进展搜索或顺序寻找，然后进展更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。2编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。3维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。PLC的灵活性表现在以下几个方面：1编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。2扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进展容量的扩展、功能的扩展、应用和控制围的扩展。3操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易(二)PLC控制系统的优越性1在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。2去掉了选层器与大局部继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。3PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。4PLC可进展故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。5用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。6更改控制方案时不需改动硬件接线。此外，微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷而没被广泛采用。PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，通过分析控制需求，本设计选择了西门子S7-200 PLC作为控制器。3. 硬件电路设计3.1 电梯控制系统设计思路本设计以PLC为工具对五层电梯的各种操作进展控制。PLC控制系统的设计一般可以分为以下几个步骤： 1熟悉被控对象，制定控制方案 2确定所设计系统的I/O点数 3选择PLC机型 4选择输入、输出设备，分配PLC的I/O地址 5系统调试 6编写相关技术文件图3.1 电梯控制系统总体设计流程图3.2 五层电梯控制要求分析所涉与的电梯模型共有五层，电梯的每一层面均有升降与轿厢所在楼层的指示灯显示；每层的楼厅均有输入分上行和下行按钮召唤电梯。工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进展综合分析，再确定下一个工作状态，为此它要求具有自动选向、顺向截梯、反向保号，外呼记忆，自动开/关门状态，停梯消号，自动达层等功能。分析以上控制要求，将电梯控制要实现的功能罗列如下：开始时，电梯处于任意一层。当有外呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。当有呼梯信号到来时，电梯应该响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。在电梯运行过程中电梯上升或下降途中，任何反方向下降或上升的呼梯信号均不响应，但如果反向呼梯信号前方无其它、外呼梯信号时，如此电梯相应该外呼信号，但不响应三层向下外呼梯信号。同时，如果电梯达到四层，五层没有任何呼梯信号，测电梯可以响应四层向下外呼梯信号。电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，如此电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。电梯具有同向截车功能。电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮可使门打开，按关门按钮可使门关闭。3.3 PLC选型3.3.1 PLC控制系统的I/O点数计算根据电梯控制的特点，计算输入输出信号如下:一输入信号应该包括以下几个局部：(1)轿厢与各层门厅外呼按钮轿厢的楼层选择按钮共有数字键1至5，各层门厅的外呼按钮除第一层只有上升按钮，第五层只有下降按钮外，其余三层均设有上升、下降两个按钮，故一共需要13个输入。(2)位置信号位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的四个传感器产生。平时为常开，当电梯运行到平层时关闭，另外还有一组开关门限位，故位置信号一共需要7个输入(3)电梯门控制信号大局部电梯都具有开门按钮以与关门按钮，以方便手动开门，故电梯门控制信号一共需要2个输入。综上所述，共需要输入点22个。二输出信号应该包括：(1)呼指示信号 呼指示信号有5个，分别表示1至5层的呼被承受，并在呼指令完成后，信号消失。(2)外呼指示信号 外呼信号共有8个，分别表示1至5层的外呼被承受，并在外呼指令完成后，信号消失。(3)电梯轿厢上下行2个，电梯上下行指示信号2个，门电机开关指示2个，共计6个。综上所述，共需输出点19个。3.3.2 CPU与其扩展模块的选择 西门子S7-200系列PLC的CPU模块包括一个中央处理单元，电源以与I/O点，这些都被集成在一个紧凑独立的设备中。CPU负责执行程序，输入局部从现场设备中采集信号,输出局部如此输出控制信号,驱动外部负载.表3.1 输入输出点数计算统计信号类型点数输入信号22电梯呼与其外呼信号13位置信号7电梯门控制信号2输出信号共19个呼指示信号5外呼指示信号8轿厢上下行与其开关门指示6 表3.2 S7-200系列CPU技术指标比照特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226外形尺寸(mm)908062908062806214080621908062数据存储器2048字节2048字节8192字节10240字节10240字节本机I/O数字量模拟量6入/4出-8入/6出-14入/10出-14入/10出2入/1出24入/16出-扩展模块数量0个模块2个模块7个模块7个模块7个模块脉冲输出(DC)2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ2路100KHZ2路20KHZ模拟电位器11222实时时钟配时钟卡配时钟卡置置置通讯口1 RS-4851 RS-4851 RS-4852 RS-4852 RS-485CPU估价(元)晶体管型继电器型1103117815681688231824383713386341704347当CPU的I/O点数不够时,就需要对CPU的I/O端口进展扩展,典型的输入/输出扩展模块有:输入扩展模块EM221有两种:8点DC输入、8点AC输入输出扩展模块EM222有三种：8点DC晶体管输出，8点AC输出，8点继电器输出。输入/输出混合扩展模块EM223有六种：分别为4点8点、16点DC输入/4点8点、16点DC输出，4点8点、16点DC输入/4点8点、16点继电器输出。3. CPU与其扩展模块的选择综合经济因素、输入输出点的计算以与所要实现的电梯控制功能，选用西门子s7-200PLCCPU224加一个扩展模块EM223(16I/16Q)，由于时间仓促与CPU224本身资源不够,本设计没有综合考虑资源优化,遂舍弃了CPU本身自带的I1.0至I1.7与其Q1.0至Q1.1这一组I/O点,改用扩展模块EM223(16I/16Q),这样就能完全能够满足设计要求。S7-200 PLC是一种小型可编程逻辑控制器Micro PLC，可应用于各种小型自动化控制系统。高集成度的设计、低廉的本钱使得s7-200成为各种小型控制任务理想的解决方案，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测与控制的自动化。并且，西门子s7-200PLC具有：极高的可靠性、丰富的指令集、极快的浮点运算速度、丰富的扩展模块、强大的部集成功能等几个方面的出色表现。3.3.3 CPU与其扩展模块的简介与安装1. 西门子S7-200 CPU224简介CPU224本机集成了14点输入/10点输出，共有24个数字量I/O。它可连接7个扩展模块，最大扩展至168点数字量I/O点或35路模拟量I/O点。CPU224有13K字节程序和数据存贮空间，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。CPU224图3.2 西门子S7-200 CPU224 外观图表3.3 西门子S7-200 CPU224技术参数2.扩展模块EM223 16I/16Q介绍图3.4 S7-200 系列PLC扩展模块尺寸图表3.4 EM223技术参数图3.5 EM223 端子连接图图 3.6 SIEMENS+EM 223 安装方式3.4 I/O点数的扩展和编址CPU 22* 系列的每种主机所提供的本机I/O点的I/O地址是固定的,进展扩展时,可以在CPU右边连接多个扩展模块,编址方法是同种类型输入或输出点的模块在链中按与主机的位置而递增,其他类型模块的有无以与所处的位置不影响本类型模块的编号。S7-200系统扩展对输入/输出地址空间分配规如此为：1同类型输入或输出点的模块进展顺序编址。2对于数字量，输入/输出映像存放器的单位长度为8位1B，本模块高位实际位数未满8位的，未用位不能分配给I/O链的后续模块，后续同类地址编排须重新从一个新的连续的字节开始。3对于模拟量，输入/输出以2点或两个通道2个字递增方式来分配空间，本模块中未使用的通道地址不能被后续的同类模块继续使用，后续地址的编排须重新从新的两个字以后的地址开始。图3.7 CPU与扩展模块连接方式主机I/O模块一EM223表3.5 CPU与扩展模块编址3.5 PLC输入输出点的分配表3.6 电梯控制系统的输入、输出点分配表输入点名称输出点名称一层呼一层呼指示二层呼二层呼指示三层呼三层呼指示四层呼四层呼指示五层呼五层呼指示一层外呼上一层外呼上指示二层外呼下二层外呼下指示二层外呼上二层外呼上指示三层外呼下三层外呼下指示三层外呼上三层外呼上指示四层外呼下四层外呼下指示四层外呼上四层外呼上指示五层外呼下五层外呼下指示开门按钮电梯上行指示关门按钮电梯下行指示一层平层门电机开门二层平层门电机关门三层平层电梯轿厢上行四层平层电梯轿厢下行五层平层开门限位关门限位3.6 PLC和电梯模型接线图图3.8 PLC的I/O端口与电梯模型的接线 4. 电梯控制系统软件的设计图4.1 电梯系统程序设计流程图4.2 STEP 7编程软件的编程语言与根本指令4.2.1 STEP 7编程软件的编程语言标准的STEP 7软件包配3种根本编程语言，即梯形图LAD、功能块图FBD、语言表STL和顺序功能图编程语言，它们在STEP 7中可以相互转换。本实验采用梯形图这种编程语言。梯形图结构形式类似地传统的继电器控制电路，它是由图形符号连接而成，这些符号分别代表常开触点、常闭触点、并联接线、串联接线与继电器线圈等，每个触点和线圈都有一个编码。梯形图具有如下特点： 梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列，也是程序的执行顺序。通常每个继电器线圈为一逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑起始于母线，然后是触点的各种连接，最后经过继电器线圈终止于母线，整个梯形图呈现梯形。 梯形图中的继电器不同于传统继电器控制线路中的物理继电器，它实质上是部存储中的位触发器，因此称为“软继电器或“软元件。这些软元件输出继电器，辅助继电器，定时器，计数器与状态器等，它们均有无限常开触点和常闭触点。在PLC部可以自由选取使用。如果某个位触发为“1，表示对应的继电器线圈接通，相应的常开触点都闭合，而常闭触点都断开。 梯形图是一种形象化的编程语言，其两端的母线是没有电源连接。因此核弹头形图中不存真实的物理电流，而具有“概念电流，是用户程序运算过程中满足输出执行条件的形象化表示方式。“概念电流只能从左到右流动，层次的改变是从上到下。 输入继电器只能从外部输入信号驱动，而不能由部其他触点驱动。因此在梯形图中只能出现输入继电器的触点而不出现线圈，输入继电器的触点状态即表示相对应的输入信号的变化。 输出继电器用于PLC的输出控制，它是通过外输出触点驱动外部执行器。因此，在梯形图中的某个输出继电器的线圈接能时，表示在对应的输出端子上有输出信号。PLC部其他软元件的触点不能驱动外部执行器，它们只供PLC部使用。当PLC处于运行状态时，CPU接梯形图中元件排列顺序从上而下，从左到右逐行处理。4.2.2 STEP 7编程软件的根本指令STEP 7编程软件的根本指令有位逻辑指令、计数器与计时器指令、传送与比拟指令、数据转换指令、算术运算指令、移位与循环指令、程序控制指令等。4.3 轿厢开关门程序与仿真1. 轿厢开门条件为（1） 电梯在一层平层，有一层外呼上指示或一层呼指示。（2） 电梯在二层平层，有二层外呼下指示(电梯选项向下)，二层外呼上指示(电梯选项向上)或二层呼指示。（3） 电梯在三层平层，有三层外呼下指示(电梯选项向下)，三层外呼上指示(电梯选项向上)或三层呼指示。（4） 电梯在四层平层，有四层外呼下指示(电梯选项向下)，四层外呼上指示(电梯选项向上)或四层呼指示。（5） 电梯在五层平层，有五层外呼下指示或五层呼指示。(6) 电梯在平层时按下开门按钮。（a） 门电机驱动置位(b)门电机开门置位图4.2 门电机开门置位(一)本段程序说明:M3.7为开门驱动，当满足轿厢开门条件时，M3.7置位，考虑到电机运行的平稳与安全，M3.7置位后将进入1.5秒开门延时，经1.5秒后，门电机开门。(二)本段程序典型环节仿真4.5 门电机开门4.4 轿厢开门复位程序与仿真1.轿厢开门复位条件为:（1） 按下关门按钮，并且同时开门按钮没有按下。（2） 输出信号门电机关置位，且开门按钮没有按下。（3） 达到开门限位，自动停止开门动作。开门按钮辅助常闭触点与门电机开门指示以与开门驱动实现互锁，当达到上述条件时，门电机开门指示以与开门驱动实现复位。图4.6 轿厢开门复位4.5 门电机关门、复位程序与仿真4.7 门电机关门与复位本段程序仿真：1. 门电机关门图4.8 门电机关门2. 门电机关门复位图4.9 门电机关门复位4.6 电梯自动选向程序设计与仿真4.6.1 电梯轿厢下行条件通过分析所设计的电梯系统，确定了电梯满足以下条件时下行：（1） 电梯在四层，且有三层外呼上指示，三层外呼下指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，三层呼指示，二层呼指示，一层呼指示。（2） 电梯在三层，且有二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，二层呼指示，一层呼指示。（3） 电梯在二层，且有一层外呼上指示，一层呼指示。（4） 电梯在五层时，只要一至四层有呼梯信号就下行，同理，电梯在一层时，无论如何均不会下行。4.10 电梯轿厢下行条件一本段程序典型环节仿真假设现在电梯位于五层平层I2.3，在同一时间有一层外呼上I0.5，一层呼(I0.0)，二层外呼上(I0.7)，三层外呼下(I3.0)这些呼梯信号。图4.11 电梯下行置位图4.12 三层外呼下指示复位3. 当达到开门限位I2.4后，进入三秒延时，延时过后轿厢门关闭，达到关门限位I2.5后，关门动作停止，电梯继续下行(Q2.2)。此过程仿真如图4.13三楼同向截车：a门电机关门b轿厢从三楼继续下行4.13 三楼同向截车4. 当轿厢到达二层平层I2.0时，由于在二楼只有二楼外呼上这一个呼梯信号I0.74.14 二楼不截车5. 当轿厢到达一层平层I3.7时，一楼外呼上I0.5以与一楼呼I0.0复位，电梯开门(Q3.7)4.15 一楼呼梯复位6. 当电梯电梯轿厢开门到达开门限位I2.4之后轿厢关门，到达关门限位I2.5图4.16 轿厢继续上行Q2.1到达二楼平层I2.0时，轿厢开门，二楼外呼上指示I0.7复位，门电机关门，到达关门限位I2.5a二楼开门与信号复位b二楼关门c停在二楼4.17 电梯回返二楼截车4.6.2 电梯轿厢上行条件通过分析所设计的电梯系统，确定了电梯满足以下条件时上行：（1） 电梯在四层，且有五层外呼下指示，五层呼指示。（2） 电梯在三层，且有四层外呼下指示，四层外呼上指示，五层外呼下指示，四层呼指示，五层呼指示。（3） 电梯在二层，且有三层外呼下指示，三层外呼上指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，五层外呼下指示，三层呼指示，四层呼指示，五层呼指示。（4） 电梯在一层时，只要二至五层有呼梯信号就上行；同理，电梯在第五层时无论什么情况均不上行。图4.18 电梯轿厢上行条件一本段程序典型环节仿真假设目前电梯轿厢在一楼I3.7，电梯同时承受5楼外呼下I3.4，四楼外呼下I3.2，三楼呼I0.2，三楼外呼上I3.1。1. 电梯在一楼时同时承受这些呼梯信号，电梯上行Q2.1，图4.19 电梯上行2. 当电梯到达三楼平层I2.1时，电梯开门Q1.7，三层呼指示Q0.2、三层外呼上指示Q3.13. 电梯轿厢门开门到开门限位I2.4后，延时三秒，关门Q2.0，到达关门限位I2.5后，电梯继续上行Q2.1，到达四楼平层I2.2图4.21 四楼不截车4. 当轿厢到达五楼平层I2.3时，电梯停止上行，轿厢门打开Q3.7，呼梯信号五层外呼下指示Q3.4图4.22 五层截车图4.23 电梯轿厢从五楼下行6. 当轿厢到达四楼平层I2.2时，电梯停止下行，轿厢门打开Q3.7，四层外呼下指示Q3.2a轿厢开门b 轿厢关门c停在四楼图4.24 轿厢回返下行四楼截车4.7 轿厢呼与轿厢外呼指示与复位轿厢呼较为简单，当按下呼按钮，呼指示即置位，达到指定楼层后，电梯门打开，呼指示取消置位。楼层外呼指示程序如此比拟复杂，按下外呼按钮，如此对应的外呼指示置位，在取消置位时，一层和五层因为只有一种运动方向，因此直接平层后门电机打开就能取消置位。而二、三、四层如此不同，因为这三层均有两种运动方向，只有电梯运动方向与外呼运动方向一样时，才能取消置位。这就是所谓的同向截梯。绘制梯形图如如下图4. 系统调试5.1 硬件调试硬件调试包括控制电路的调试和主拖动电路的调试。这两局部先分开调试，分别调试成功后，再进展综合调试。硬件在模拟电路板上按电路图仿制电梯的模式接好元件，将所有公共端相连，输出端口1L、2L、3L连在一起，并将PLC的L+端连起来；分别引出来接到PLC对应的输出口接到N端。将公共端1M、2M相连，并将M端连起来；将按钮开关引出的另一端分别接到PLC的+24V电压上。再将PLC接入220V的交流电。把所有的输入、输出都接好后就可以进展通电试验了。5.2 软件调试使用西门子仿真软件，对输出点进展观测看是否满足控制要求，如果不满足继续调试程序，直到满足要求为止。西门子仿真软件工作界面如图5.1：图5.1 西门子仿真软件工作界面5.3 综合调试 当硬件和软件调试都成功后，就进展综合调试，按照设计，将线接好，检查无误后，把程序下载到PLC中，启动电源，进展综合测试。经测试，电梯运行效果良好，达到设计预期的目的。设计总结大学四年的学习生活就快完毕了，因为我们为期三个月的毕业设计即将完毕，通过这三个月的毕业设计的学习，我查阅了许多与课题有关的技术参考资料，了解了与此有关的应用技术与开展现状，同时学习掌握西门子公司PLC的编程调试方法与技术，在此根底上设计并完成了用西门子PLC控制五层电梯系统的硬件和软件，给出系统硬件的整体设计的说明，以与软件的总体设计构思，并编写相应的梯形图软件。本次我的毕业设计是基于PLC控制的四层电梯。在设计过程中，我首先要整体上来构思系统大致分成硬件设计和软件设计。第一章为绪论,把握整体着重介绍PLC电梯控制系统的研究背景与其开展现状以与论文的结构和主要容；第二章主要介绍了整体结构、电梯物理模型的设计以与电梯控制方案确实定；第三章又详细的介绍了电梯控制系统硬件电路的设计；第四章进展软件的设计；第五章为软、硬件以与综合调试的过程。在编写程序梯形图时，要注意到梯形图的逻辑是前后贯穿的，在开发后面的逻辑结构时有可能会影响到前面的逻辑，因此，会出现本来前面正确的梯形图，由于后面的结构，而导致冲突，因此，整个设计开发过程是一个系统，需要不停的调试。否如此很容易出现的情况是编了一段梯形图，仿真一下功能是对的，但有可能前面编的那些结构且本来正确的却因为冲突而出错了。毕业设计是大学学习阶段的一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次独立地较为完整的设计出电梯PLC控制系统，我摆脱了单纯的理论学习状态。通过实际的软、硬件设计与选择，锻炼了我综合运用所学专业根底知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规以与专业文献翻译等其他方面的能力水平。通过与王霞教师的沟通与交流，我了解到许多PLC的实际运用知识，硬件设备的选用方法等，让我的综合能力得到了提高。这一次的毕业设计使我得到了宝贵的实际设计经验，使我能够更好的把理论与实践结合起来，我相信在未来的工作中我会表现出更好的自主学习能力和灵活应变能力。由于时间仓促，很多问题考虑的不够周到。如在电机调速方面还没做处理,不过，我将会在以后的学习和生活中继续学习并完善自己。参考文献1王永华，现代电器控制与PLC应用技术，2008，第二版，航天航空大学。2西门子S7-200可编程控制器操作手册。3余雷声等，电气控制与PLC应用，2001，机械工业。4高钟毓，机电控制工程，2002，第二版，清华大学，。5齐占庆等，电气控制技术，2002，机械工业。6程子华，PLC原理与编程实例分析，2007，第一版，国防工业。7何波等，电气控制与PLC应用，2008，第一版，中国电力。8浩风，PLC梯形图设计方法与应用实例，2008，第一版，机械工业。10西门子中国.SIMATIC S-200可编程序控制器系统西门子手册.11John R. Hackworth, Frederick D. Hackworth, Jr. The Programmable Logic Controller, First Edition. London: Prentice Hall,2003致 长达数月的毕业设计终于完毕了，回想整个做毕业设计的经历，是一个不断发现问题、解决问题，努力汲取新知识来丰富自己的过程，让我觉得分外充实。此次毕业设计不仅让我对PLC和仿真软件有的更深一步的了解，同时也增加了自己的动手实践能力，为以后的工作打下了根底。可以说毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。首先，我要感培育了我的学校，是她让我在大学生活中不仅学到了学业上的知识，也学到了为人处事的道理，让我的学识和思想都更加成熟，为以后的学习、工作、生活奠定了根底。本次毕业设计是在我的指导教师王霞教师的悉心指导下完成的。从论文的选题到论文的完成，都倾注着她辛勤的汗水和心血。王教师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我受益匪浅。在此，我要向我的指导教师致以最衷心的感，感教师的选题能让我在这次毕业设计中可以学以致用，接触到实际应用中的知识。同时，我在这里还要感我们班的成员雪阳、马，他们也在毕业设计方面给予了我很多帮助和关心。最后，向所有关心和帮助过我的领导、教师、同学和朋友表示由衷的意!