基于s7-200plc的五层电梯的控制系统设计.docx

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1、基于S7-200PLC的五层电梯的控制系统设计摘 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，使用变频器调速，完成的主要工作有设定电梯正常运行速度，电梯轿厢加减速控制程序，平层后开关门判断程序以及LED显示部分的电路设计。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调频调压调速，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

2、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。本设计涉及电梯PLC系统的设计安排以及电梯LED数码显示，电梯平层检测元件和PLC的变频器的使用等问题，用STEP7-Micro/WIN32软件来编写电梯程序,通过PLC的开关量断口发脉冲的方式实现电梯变频器的速度给定，其输出点可形成高速脉冲串输出（PTO）或（PWM），整个设计思路正确，有一定的技术含量，虽然是模型的设计，但可用于实际的应用和操作。关键字：可编程控制器，LED数码显示，变频器，电梯平层Design of a five-floor elevator control sy

3、stemBased on S7200 PLCAbstractThe significance of the design task was to change the past Relay control of the reliability and stability of the lift poor shortcomings, Use Frequency Control, the main task is set normal operating speed elevator, elevator car speed control procedures, after the switch-

4、layer doors judgment procedures and LED display part of the circuit design.Given Relay control of the existence of the above drawbacks, the programmable logic controller will now apply elevator control, and good results. Programmable controller for elevator control, and software programming to subst

5、itute the original wiring Relay hardware control, so that the control system has a tremendous flexibility and versatility. With the improvement of their claims, the lift has been rapid development, Drag its technology has been developed to speed the FM_PM, Logic Control PLC also replace the control

6、relay.The design of the existing converter, which is based on PLC on elevator control, through the rational choice and design, raise the elevator control levels, and to improve the operation of the elevator comfort, the lift reached the ideal control effect. Involved in the design of the lift PLC sy

7、stem design arrangements and lift LED digital display. Elevator-layer components and testing PLC and the use of frequency converter, STEP7-Micro/WIN32 software used to prepare the lift procedures, PLC switching pulse fracture hair in a way that lifts converter to set the pace, can export their high-

8、speed formation output pulse train (PTO)or (PWM), the whole design concept is correct, a certain level of skills, although the model is the design, but can be used for practical application and operation.Keywords： Programmable logic Controllers, LED digital display, inverter, floor elevator目 录引 言 .

9、7概 述 . 8第1章 电梯系统的控制简介 . 91.1 电梯的简介 . 91.1.1 中国电梯设计与制造新特点 . 91.1.2 PLC与其他电梯控制系统的比较： . 91.2 电梯拖动系统及电梯的架构 . 101.2.1 电梯的构造 . 101.2.2 重要安全部件的介绍. 101.2.3 电梯控制系统设计思想 . 11第2章 可编程序控制器的选用. 122.1 S7-200系列可编程序控制器简介 . 122.1.1 S7-200可编程控制器的系统配置 . 122.1.2 S7-200系列PLC软件. 122.1.3 电梯PLC控制系统 . 142.2 PLC控制的流程图及硬件结构图 .

10、152.3 PLC控制硬件连接图 . 18第3章 变频器、霍尔传感器的选用 . 193.1 变频器原理 . 193.2 变频器的选型 . 193.2.1 变频器选型时要确定以下几点 . 193.2.2 变频器与PLC的硬件连接 . 193.3 霍尔传感器的应用 . 21第4章 控制梯形图的设计 . 224.1电梯控制系统实现的功能 . 224.1.1手动控制开关门程序. 234.1.2自动控制开关门程序. 254.2 内指令外召唤信号的登记消除及显示. 274.2.1 内选信号锁存 . 274.2.2 外呼信号锁存 . 284.3 换速、平层、停车 . 324.3.1 设定电梯正常运行速度 .

11、 324.3.2 电梯轿厢加速控制程序 . 354.3.3 电梯轿厢减速控制程序 . 374.3.4 平层后开关门判断程序 . 394.4 楼层位置指示 . 424.4.1 轿厢楼层位置检测方法 . 424.4.2 显示楼层控制 . 42结论与展望 . 44致 谢 . 45参考文献 . 46 附录A 外文文献及其译文 . 47附录B 主要参考文献及摘要 . 51附录C 主要源程序 . 52插图清单图2-1 Step7-Micro/Win 4.0的控制界面 . 13图2-2 电梯控制系统硬件结构框 . 15图2-3 PLC控制的流程图 . 17图2-4 硬件连接图 . 18图3-1 变频器硬件连

12、接图 . 20图3-2 霍尔开关元件工作电路 . 21图4-1 手动控制开关门程序 . 24图4-2 开门信号复位控制 . 25图4-3 自动控制开关门程序 . 25图4-4 关门信号复位控制 . 26图4-5 内选信号锁存程序 . 27图4-6 一层上呼信号锁存程序 . 28图4-7 二层下呼信号锁存程序 . 29图4-8 二层上呼信号锁存程序 . 29图4-9 三层下呼信号锁存程序 . 30图4-10 三层上呼信号锁存程序 . 30图4-11 四层下呼信号锁存程序. 31图4-12 四层上呼信号锁存程序 . 31图4-13 五层下呼信号锁存 . 32图4-14 选择PWM方式调速 . 33

13、图4-15 设定手动运行频率 . 34图4-16 电梯轿厢加速控制程序 . 36图4-18 加速控制程序 . 36图4-19 减速控制程序 . 37图4-20 减速禁止程序 . 38图4-21 减速控制程序 . 39图4-22 平层开关门判断程序. 41图4-23 平层信号送达程序 . 41图4-24 霍尔开关元件和PLC连接图 . 42图4-25 楼层显示电路硬件图. 43图4-26 楼层高度显示程序 . 43表格清单表2-1 保持定时器地址 . 13表3-1 变频器接线端子的功能 . 20表4-1 PLC的输入部分. 22表4-2 PLC的输出部分. 23表4-3 PLC辅助继电器触点 .

14、 23表4-4 PTO/PWM控制寄存器的SM标志 . 35引 言电梯是高层建筑中作垂直运输的交通工具，在过去，对于中、低速电梯主要采用交流拖动系统来构成其曳引系统。最早是用多速鼠笼式异步电动机，并采用变极方式实现电机的调速。但由于这种系统只能实现有级调速，无法对电机的转速和加、减速时间进行准确地控制，致使其舒适感和平层精度都较差。后主要采用晶闸管直流调速系统。这种系统具有调速精度高，速度响应快、舒适感好，平层精度高等优点。但由于采用了直流电机，存在着维护电机换向器和电刷的麻烦，且调速系统在低速运行时的功率因数也较低。在为期三个月的毕业设计中我使用的是变频调速，它是交流电机各种调速方法中效率最

15、高、性能最好的调速方法。近年来，随着电力电子技术的发展，各种半导体功率开关器件的问世和交流电机控制技术的发展，使交流系统的性能有较大的提高，这些都为变频器应用于电梯曳引系统，改善以上各种系统存在的不足，提高电梯的整体性能奠定了基础。此设计完成了电梯运行、平层、楼层显示等设计， 此系统既克服了继电接触器控制电梯系统工作可靠性差,事故率高的缺点；又克服了单片机控制电梯系统抗干扰能力差的缺点。在课题设计的过程遇到了诸多问题，在老师的指导一一解决。本设计虽然只是个模型，但它模拟了真实电梯，尤其是把变频调速技术该系统，使得系统性能有了很大的改善，在实际的电梯应用中具有广阔的应用前景。概 述随着经济建设事

16、业的发展和人民物质文化生活水平的迅速提高，近年来我国的建筑事业有了飞速的发展。随着建筑业的发展，为高层建筑物提供上、下交通运输设备的电梯工业特飞速发展起来。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，控制箱占地面积少。本次设计内容背景源与实际应用，是用一个可编程序控制器（S7-200PLC）控制一个五层乘客电梯，主体部分是其电气控制部分。目的是解决目前电梯控制中存在的一些问题

17、，合理地利用PLC的硬件资源和软件资源，提高电梯的安全可靠性和操作的灵活性，充分利用各种指令简化控制程序，做到控制程序应尽量简单，便于理解，并有一定的规律性以便能适合于不同控制楼层的要求。对于外部控制电路尽可能可靠简单，控制性能好。由于PLC功能齐全、应用灵活，能够满足电梯控制的要求，而且具有抗干扰性能强、操作方便、维护简单等特点，使得系统可靠性大大提高，当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭并运行。主要完成下列功能：根据轿厢所处位置及乘员所处层数判定轿厢运行方向并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；在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方

18、向及楼层数。由于PLC功能齐全、应用灵活，能够满足电梯控制的要求而且具有抗干扰性能强、操作方便、维护简单等特点，使得系统可靠性大大提高。第1章 电梯系统的控制简介1.1 电梯的简介自1852年世界上第一台电梯诞生在德国柏林之后，世界电梯工业已经走过了150多年的发展历程。而中国电梯工业真正的发展，是在1978年改革开放后。随着现代化城市建设的突飞猛进，电梯已经与人们日常生活建立了十分密切的关系。根据中国电梯协会统计，2004年底，全国注册在用电梯突破50万台。尤其是在最近10年中国电梯发展呈现许多新特点。具体表现在几个方面：一是数量飞速增长，进口、出口发生逆转，但含金量不高。10年间，我国电梯

19、产量从1996年以前的2.8万台猛增到2004年的11万台，目前年产量占全球总量的三分之一。进口产品虽然总量不多，但多为高端产品，出口多为普通产品。二是安全性能越来越好，有关资料显示，有人员伤亡的电梯事故，2003年53起，2004年26起。三是与国际水平相比，我国在产品研发投入和技术力量方面仍存在差距。四是我国电梯行业不是很大，在政策方面给予的限制和引导相对较少，行业发展完全以市场作为调节手段。无庸讳言，我国已成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国。尽管从整个行业自主开发能力的角度来讲，我国的技术储备底蕴和持续开发的潜力与国外一些著名电梯企业相比，尚存在一定的差距，但也有抗衡的力量1。

20、1.1.1 中国电梯设计与制造新特点随着计算机技术和电子工业的发展，电梯控制系统普遍应用计算机控制，具有代表性的是通过PLC实现信息传输和交换的控制系统。电梯主控制系统应用了多个输入输出点的PLC来分别负责电梯的信号管理控制、驱动控制和层站。使各部件之间的连接线大量减少，系统可靠性更高，功能处理更灵活。同时，外部逻辑通过组态软件来实现。缩小了印板的面积，而且提高了电子线路的可靠性。但是，国内整机厂商能够掌握这类核心技术并实现国产化和产业化的屈指可数。应用矢量控制的变压变频电机驱动技术在电梯主机及门机控制上都采用了VVVF（交流变频）PWM制式的矢量变换变压变频技术，比传统的调压调速电梯节能至少

21、40%。特别是在曳引驱动回路中通过交-直-交变频环节中的直流可控，极大地提高了电梯系统负载的功率因数，减少了对电网的污染。由于国内相当部分厂商快速应对需求较广的小于1000kg、小于1.75m/s的低速乘客电梯或实现功能较简单的载货电梯，所以采用通用变频器作为曳引驱动回路为数不多。1.1.2 PLC与其他电梯控制系统的比较：以往我们都是用继电器控制电梯的运行，现在我们分析一下它的优点和缺点；优点：所有控制功能及信号处理均由硬件实现，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。缺点：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。早期的国产电梯控制系统中，电梯信号的逻辑控制一般是由继电器电路来实现的。继电器控制系统故障率高，降低了电梯的运行可靠性与安全性。传统的继电器控制方式已经被计算机控制方式所代替，其控制方式有：单片机控制、单板机控制、单微机控制、多微机控制以及可编程序控制器( PLC) 控制等多种方式。其中单片机控制具有成本低，通用性强等优点，但它不适于较复杂的控制算法和故障诊断等要求；微机控制的配件使系统设计和调试更加复杂，它必须具有相应的大型开发系统，无疑会增加电梯的成本，因此对于一个小型的智能电梯控制系统利用PLC