基于s7-200plc的电梯控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于s7-200plc的电梯控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

（站）：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。 11）提升高度（ mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离。 12）顶层高度（ mm） :由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。 电梯的运行速度越快，顶层高度一般越 高。 13）底坑深度（ mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。 电梯的运行速 陕西理工学院毕业设计论文 第 8 页 共 55 页 度越快，底坑一般 就 越深。 14）井道深度（ mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。 我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定 为了加强对电梯产品的管理，提高电梯产品的使用效果，国家曾于 1974年颁布了JBI4357 JBI8167 JB/Z11074等一批电梯产品的 局 部标准。 电梯的主要参数是电梯制造厂 设计和制造电梯的依据。 用户选用电梯时，必须根据电梯的安装使用地点、载运 对象等，按 照 标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物。 否则会影响电梯的使用效果。 电梯的组成部件 电梯是一种复杂的机电产品，一般由机房、轿厢、厅门及井道和井底设备等 4个基本部分组成。 机房位于电梯井道的最上方或最下方，用于装设曳引机、控制柜、限速器、选层器、地震检测仪、配线板、总电源开关及通风设备等。 当机房设在井道底部时，称为下置式曳引方式。 由于此种方式结构较复杂，钢丝绳弯折的次数较多，缩短了钢丝绳的使用期限，增加了井道承重， 且保养困难，所以一般不采用，只有机房不可能设在井道顶部时才采用。 相反，机房上置式曳引方式因设备简单，钢丝绳弯折次数少，成本低，维护简单等特点，最为普遍采用。 如果机房即不可能设在井道底部，也不了能设在顶部时，可考虑选用液压式电梯，即机房侧置式。 机房结构必须坚固，防震和隔音，有足够的面积，、高度、承重能力和良好的通风条件，而且室内经常保持有适度的照明亮度，保持干燥清洁等。 通常有如下的规定： 1)面积一般至少为井道侧面积的 2倍以上，对交流电梯，一般为 2～ ；对直流电梯，一般为 3～。 2)高度指机房 地面至顶板的垂直距离。 对客梯、病房梯，一般为 ～ ；对货梯，一般为 ～。 3)承重能力。 机房的地板要求能承重 6kPa(杂物梯为 4kPa)的均部载荷。 在曳引机安装的上方，应设吊钩用于维修。 钩的承重能力如下：对额定载重量 500～ 3000kg的电梯，应大于 2020kg；对额定载重量 5000kg的电梯，应大于 3000kg。 4)对于机房的设置有以下 3种方式：机房下置式、机房上置式和机房侧置式。 陕西理工学院毕业设计论文 第 9 页 共 55 页 (1)轿厢 轿厢是是用来安全运送乘客及物品到目的层的箱体装置，它的运行轨 迹是在曳引钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行。 (2)对重 对重又称平衡重，起到平衡轿厢的作用（但这种平衡是相对的和变化的）。 对重与轿厢通过曳引绳的连接，利用曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力驱动轿厢的上升和下降。 （层门） 厅门是为确保在候梯厅的乘客安全而设置的开闭装置，只有在轿厢停层和平层时才被打开。 (1)曳引钢丝绳 连接轿厢与对重，驱动轿厢上下运行。 (2)导轨 使轿厢和平衡对重在井道内垂直升降的导向装置。 (3)限速钢丝绳、张紧装置 用以防止限速钢丝绳的松弛或摇动，把轿厢速 度正确地传送到限速器的辅助装置。 (4)补偿链 由于轿厢升降，轿厢侧与对重侧的曳引钢丝绳重量比随之变化。 为了修正这个变化，减轻电动机的负载，将轿厢与对重用补偿链连接起来，一般用于提升高度超过 30m的电梯。 (5)终端保护装置 终端保护装置由终端电气保护装置和机械缓冲装置两部分相组成，终端电气保护装置由换速开关、限速开关和极限开关组成。 机械缓冲装置是指位于底坑的各种缓冲器，它们是电梯安全保护的最后一道措施，设置在井道底坑中且正对轿厢和对重，起作用是防止轿厢和对重冲顶撞底。 电梯工作原理 曳引绳两 端分别连着轿厢与 配重 ， 并 通过 变频器 变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦 所 产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。 固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨 做 往复升降运动，防止轿厢在运动中产生偏斜或摆动 的动作。 常闭式制动器在电动机工作时间松闸 ，使 电机运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持 静止状态， 以供人员和货物出入。 轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，配 重用来平衡轿厢载荷、减少发动机功率。 补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定 ，轿厢得以准确停靠。 电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选 层 、平层、报警工作。 指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。 陕西理工学院毕业设计论文 第 10 页 共 55 页 2 方案论证 电梯控制方式的论证 随着科学目前，电梯行业在我国迅速的发展，在一定程度上占有很大的市场。 目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统 (“早期安装的电梯多位继电器控制系统 )、 微机控制系统、 PLC控制系统。 而在今天选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器 — 接触器转变成可编程控制器（ PLC）。 继电器控制系统由于 线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难 ，许多已处于闲置状态，其 曳引 系统多采用交流双速电机系统换速， 由于 效率低，调速性能指标较差 等缺点， 严重影响电梯运行质量 ， 目前已逐渐被淘汰。 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 干 扰性差，系统设计复杂，一般 的技术 维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。 而 PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强 ,设计和调试周期较短等优点，倍 受 人们重视 ，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造 中。 可编程控制器（ PLC）与其他计算机控制相比较： 个人 计算机有很 强的数据处理功能和图形显示功能，有丰富的软件支持，但 它们是为办公室自动化和家庭设计的，对环境要求很高，抗干扰能力不强，一般不适合在工业现场使用。 单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部 I/O信号相连。 要将它用于工业控制，还要附加一些配套的集成电路和 I/O接 口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大，要求设计者具有较 强的计算机领域的理论知识和实践经验。 工业控制计算机（简称工控机）也是为工业控制设计的，目前比较流行的是 PC总线工控机，它与个人计算机兼容。 工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的，有实时操作系统的支持，因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域 均 占有优势。 工控机的外部 I/O接线一般都用多芯扁平电缆和插 头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如可编程控制器的接线端子 方便可靠。 以上各种计算机用于 控制的程序一般都是用汇编语言编写的， 可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摒弃了常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格的形成了一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编 写 清晰直观、调试和查错都很容易 进 行。 陕西理工学院毕业设计论文 第 11 页 共 55 页 可编程控制器是专为工厂现场应用环境设计的，结构上采取整体密封或插件组合型，对印刷电路板、电源、机 架、插座的制造和安装，均采用了严密的措施。 由于可编程控制器具有上 述的各种优点，在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。 当然 可编程控制器 在电梯的控制领域也具有重要的地位，把可编程控制器用于电梯运动的核心部分是很合理的选择，而且可编程控制器现在在市场上也是一种成熟的产品。 总之，经上述比较可得，确定选用 PLC控制电梯的运行。 在 PLC中相比较，主要为西门子与三菱的竞争。 由于 西门子编程的灵活性是三菱没法比拟的，有很多 功能西门子很容易实现，三菱就不行。 再加上题目的要求，我们选用西门子 S7200PLC设计电梯控制系统。 可编程控制器用于控制电梯的特点 可靠性高 所有的 I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。 （ 1）为了消除信号噪声 ,在输入接口内设置了多种滤波电路。 （ 2）为了 PLC的信号处理 ,输入接口内有电平转换及信号锁存电路。 （ 3）为了便于与现场信号的连接 ,在输入接口外部设有接线端子排。 （ 4）良好的自诊断功能，一但电源或其他软、硬件发生异常情况， CPU立即 采取有效措施，以防止故障扩大。 大型控制器还可以采用由双 CPU构成冗余系统或有三 CPU构成表决系统 ,以及实现电源模块冗余、 IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。 实时性强 信号处理时间短，速度快。 信号处理和程序运行的速度快。 能满足各种型号电梯的控制目标。 编程方便 PLC的设计是面向工业企业中一般电气工程技术人员的 ,它采用易于理解和掌握的梯形图语言 ,以及面向工业控制的简单指令。 这种梯形图语言继承了传统继电器控制线路的表达式 ,又考虑到工业企业电气技术人员的看图习惯和微机应用水平，因此得到了广大电气技术 人员的欢迎。 安装简单，维修方便 可以在各种工业环境下直接运行。 使用时只需将现场的各种设备与 PLC相应的 I/O端相连接，即可投入运行。 各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况 陕西理工学院毕业设计论文 第 12 页 共 55 页 和查找故障。 由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 设计、施工、调试周期短 PLC完成一项控制工程中 ,由于其硬 软件齐全 ,设计和施工可同时进行。 由于用软件编程取代了继电器硬接线实现控制功能 ,使得控制柜的设计及安装接线工作量大为减少 ,缩短了施工周期。 同时 ,由于用 户程序大都可以在实验室模拟调试好后，再将 PLC控制系统在生产现场进行联机统调 ,因此大大缩短了设计和投入运行的周期。 综上所述，可编程控制器非常适用于交流电梯控制系统。 整体设计流程的确定 综上所述，本设计就以 PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。 对 五 层电梯的硬件部分作分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。 然后，估计一下 I/O点数，这样可以确定所选机型， 再进行 软件设计，写出梯形图 ，利用力控组态软件画出电梯系统控制面板， 最后是进行调试，看看此程序是否可行。 陕西理工学院毕业设计论文 第 13 页 共 55 页 3 硬件及软件的概述 PLC 简介 PLC 的基本结构 PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。 如下图所示： 图 31 PLC硬件的基本结构 可编程控制器实际 是一种 工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似。 可编程控制器主要由 CPU（中央处理单元）、存储器（ RAM和 EPROM）、输入 /输出模块（简称 I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。 CPU模块 CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（ CPU） 和存储器组成。 CPU的作用类似于人类的大脑和心脏。 它采用 循环 扫描方式工作， 并且 每一次扫描要完成以下工作： 输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。 程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号控制相 关的电路，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。 输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。 I/O模块 可编程控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执编程器 中 央 处 理 单 元 （ CPU） 输入电路 输出电路 系 统 程 序 存 储 区 用 户 程 序 存 储 区 电源 陕西理工学院毕业设计论文 第 14 页 共 55 页 行器，可编程控制器控制的另一类外部负载 有 指示灯、数字显示装置和报警装置等。 CPU模块的工作电压一般是 5V，而可编程控制器的输入 /输出信号电压一般较高， 比如直流 24V和交流 220V。 从外部引入的尖峰 电压和干扰噪声可能损坏 CPU模块中的元器件，或使可编程 控制器不能正常工作，所以 CPU模块不能直接与外部输入 /输出装置相连。 I/O模块除了传递信号外，还 具 有电平转换与噪声隔离的作用。 开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。 电压等级有直流 5V， 12V，24V， 48V和交流 110V， 220V等。 输入输出电压的允许范围很宽，如某交流 220V输入模块的允许低电压为 0~70V，高电压为 70~256V，频率为 47~63HZ。 各 I/O点的通 /断状态用发光二极管或其它元 器 件显示在面板上，外部 I/O接线一般接在模块的接线端子上。 某些模块使用可拆除的插座型端。