基于PLC的电梯控制系统设计和实现计算机专业.doc

摘 要 在计算机技术与微处理技术高速发展的推动下，PLC技术已经成为工业自动化控制领域最为常见一种控制技术。随着高层建筑的出现与快速发展，电梯的应用水平不断提升，成为现代高层建筑不可或缺的重要构成，是用户出入、货物运输的最基本工具，实现了自动化的垂直运输。利用PLC数据处理功能及其特有的输入输出接口调理功能，对电梯的开关信号的输入输出进行处理，通过楼层按钮面板，获取电梯运行的信息，实现对电梯上行下行的自动控制，并且通过软件的调试，能够实时根据电梯运行位置调节电梯运行速度，确定电梯运行状态。使得电梯能够高效、安全地运行。 本课题研究具体以PLC为基础，开发设计一套五层电梯控制系统，并对控制系统的具体功能水平进行测试分析。首先分析电梯和PLC的工作原理，了解如何通过可编程控制器来应用于电梯控制系统，然后选择合适的PLC型号即西门子S7-200型号，选择合理的电梯系统的硬件，以及如何接线，确定可编程控制器的I/O分配，确定系统的软件（STEP7—Micro/WIN32）设计并调试，最后用组态王6.55进行结果演示。结果表明，基于PLC运行的自动化控制系统能够满足五层电梯的控制需求，表现出一定的应用价值和发展前景。 关键词：电梯控制，组态软件， PLC, I/O ABSTRACT Driven by the rapid development of computer and micro processing technology, PLC has become the most common control technology in the field of industrial automation control. With the emergence and rapid development of high-rise buildings, the application level of elevators is increasing, which has become an indispensable component of modern high-rise buildings. It is the most basic tool for user access and transportation of goods, and has realized the vertical transportation of automation. Using the powerful data processing function of PLC and its unique input and output interface conditioning function, the input and output of the elevator switch signal is processed. The elevator operation information is obtained through the floor button panel to realize the automatic control of the elevator up and down, and the elevator can be transported according to the elevator in real time through the debugging of the soft parts. The position of the elevator is adjusted to determine the operation state of the elevator. It enables the elevator to operate efficiently and safely. This project is based on PLC, and develops a five tier elevator control system. The specific functional level of the control system is tested and analyzed. First, we analyze the working principle of elevator and PLC, understand how to apply the programmable controller to the elevator control system, then select the appropriate PLC model, the SIEMENS S7-200 model, select the reasonable elevator system hardware, and how to connect, determine the I/O allocation of the programmable controller, and determine the software of the system (STEP7 - Micro/WIN32) design and debug, and finally use Kingview 6.55 to demonstrate the results. The results show that the automatic control system based on PLC can fully meet the control needs of the five elevators, showing full application value and development potential. KEY WORDS: elevator control，configuration control，programmable controller 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 目 录 III 第一章 绪论 1 1.1 选题目的与意义 1 1.2 国内外研究现状 1 1.3 本文工作 3 第二章 PLC电梯控制系统整体设计 4 2.1 电梯控制系统的概述 4 2.1.1 电梯工作及控制系统原理 4 2.1.2 电梯控制系统的组成 5 2.1.3 电梯控制系统特性 5 2.2 基于PLC电梯控制系统的设计 5 第三章 PLC电梯的控制策略 6 3.1 控制要求 6 3.1.1 PLC的选择 6 3.1.2 软件功能 6 3.2 控制方案 6 3.3 I/O的分配 7 3.4 T型图 8 第四章 PLC电梯控制系统的运行测试 20 第五章 结论与展望 32 致谢 33 参考文献 34 III 第一章 绪论 1.1 选题目的与意义 随着高层建筑的出现与快速发展，电梯的应用水平不断提升，成为现代高层建筑不可或缺的重要构成，是用户出入、货物运输的最基本工具，实现了自动化的垂直运输。例如，多层厂房及仓库需要货梯完成产品原料的运输；高层住宅则需要民用住宅电梯满足用户出入需求；自动扶梯则成为现代商业建筑的基本设施。目前，电梯已经成为现代人类社会最基本的交通运输工具之一，为人们创造了一种高效、便捷的出行运动环境。美国的统计数据表明，该国每日使用电梯的人次要远远高于其他交通工具，电梯的建设使用规模也成为城市现代化水平的重要评价指标之一[1]。 近年来，我国经济发展迅速，再加上国家大力扶持微电子技术、计算机技术和自动控制技术行业，这些行业的大力发展，也使电梯市场变得成熟，目前，电梯行业已经进入了一个崭新的时代，在不同场合下，电梯技术的应用也越来越广泛。作为现代建筑的垂直方向上的交通工具，电梯与人们的生活，工作都息息相关，因为人们对电梯要求的提高，与此同时技术的的迅速更新，电梯的逻辑控制也由PLC可编程控制器代替原来的继电器来控制。使用PLC来控制电梯,在电梯运行的自动控制上，也变成由软件来控制，能够大大提高电梯系统的可靠性，安全性[2]。另外，这样做的优点还有控制系统结构清晰，外部线路简单，所以可以方便地增加或者改变控制系统的功能。 目前，许多工程系统（包括电梯系统）都由可编程逻辑控制器（PLC）控制。之所以选择PLC，都是源于其高可靠性和高效率性。在这篇文章中，我们讨论的是一种小型PLC控制的五层电梯系统的设计与实现。 1.2 国内外研究现状 若以升降运输作为电梯的核心特征来看的话，电梯这一装置甚至可以追溯到古希腊时期。阿基米德于公元前236年最先设计了一种基于人力驱动的卷筒式卷扬机，其基本运行模式与现代电梯极为相似；1858年，美国诞生了世界首部基于蒸汽机动力系统的客梯，此后不久英国就研发了一种水压梯；1889年，美国奥梯斯电梯公司研制了史上第一款基于电动机的动力型电梯，标志了严格意义上的“电梯”的出现，电梯的实用性也在技术创新发展中不断提升；1900年，全球首部自动扶梯诞生；1949年，群控电梯出现并被应用于纽约联合国大厦；1955年，全球首部小型计算机控制电梯诞生；1962年，美国研发的超高速电梯实现了8m/s的运行速度；1963年，基于无触点半导体逻辑控制的电梯在发达工业国家研制成功；1967年，可控硅技术的应用极大提升了电梯性能，简化了电梯拖动系统结构；1971年，集成电路在电梯控制领域得到了良好应用；1972年，全球首部数控电梯诞生；1976年，电梯控制技术领域正式应用微处理器技术，为电梯控制开创了一种全新的技术模式，极大提升了电梯控制自动化水平，提升了电梯的运行效率[3]。 在PLC出现之前，工业生产领域的控制系统最早为继电器控制模式。继电器控制系统的机构构成为输入/输出电路、控制电路及生产现场。输入电路的主体结构为按钮、行程开关、限位开关、传感器等，具体实现了控制信号由外部向系统传递；输出电路的主要结构为接触器、电磁阀等，属于控制系统的执行元件，具体实现对电动机、阀门等设备的操控；控制电路是该系统的核心要素，基于特定的线路将系统包含的各类继电器、电子元器件连接成一个整体，共同实现对工业生产现场的控制功能；而生产现场则属于继电器控制系统的对象，主要表现为生产流程或者生产相关的各类机电设备[4]。 1968年，美国通用汽车公司提出了一种工业控制器概念，并向全美技术领域公开招标，寻找能够实现这一概念的合作方；1969年，根据通用汽车的概念，DEC（美国数字设备公司）成功研制成功全球首台基于计算机技术的可编程控制器。但是该产品的功能相对有限，仅具备逻辑运算、计数、定时等基本功能并实现顺序控制效果，因此，该技术产品并定义为可编程逻辑控制器，即PLC（Programmable Logical Controller）[5]。 上世纪七十年代末，微处理器技术应用呈现高速发展势头，技术水平日趋完善，极大提升了可编程控制器的处理能力，并且丰富了可编程控制器的功能。在各类新技术的支持下，可编程控制器的基本逻辑控制能力不仅得到了显著提升，同时具备了控制模拟量的能力。此时，美国电气制造协会将可编程控制器正式命名为PC（Programmable Controller）。为了区别个人计算机PC（Personal Computer），沿用了PLC这一传统名称。上世纪八十年代之后，集成电路进入高速发展时期，各类大规模、超大规模的集成电路相继诞生，在16位及32位微处理器技术发展的推动下，可编程控制器呈现出高速发展势头，技术水平不断提升，应用范围也不断扩大。除传统的逻辑控制功能之外，此时的PLC逐渐具备了高速技术、PID控制、中断技术、联网通信等功能，极大提升了PLC的应用水平[6]。出于规范PLC这一工业控制装置的科学发展，IEC（国际电工委员会）对PLC的内涵进行了科学定义，并对其标准进行准确表述：