PLC电梯控制系统毕业论文_plc电梯控制系统论文

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四川工程职业技术学院

电气信息工程系

毕业论文

题 目 PLC电梯控制系统 班 级 电气自动化技术1班 姓 名 学 号 指导老师

前 言

随着现代社会的迅速发展,微电子技术和计算机技术也随之迅速发展.当前数字电器系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。其中，有着代表性的是日趋进步和完善的PLC设计技术。PLC(即可编程控制器)在工业控制领域内得到十分广泛的应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。

PLC的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的PLC各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析出来，传统PLC是无法完成的。然而基于PC通信的PLC，既可以完成测量数据的传递，又可借助PC，做测量数据的处理。所以这种类型的PLC无论在功能和世界应用上，都具有传统PLC无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。

第一章 电梯的简介

一、电梯的起源与发展

1、电梯的起源

现代社会中，电梯已经成为不可短少的运输设备。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯；高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯，自动扶梯等。在现代社会，电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。

电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机，代替步行上下的楼梯。

说到电梯的起源要从公元2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，有所不同的是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。

数百年来人们制造过各种类型的升降机，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降机便急速地坠落到底层。1854年奥迪斯设计了一种制动器：在升降机的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连接，起吊绳与货车弹簧连接，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立刻与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定，免了继续下坠。这样，第一台“安全”升降梯就产生了，然而真正能够称为电梯的产品应该是在20世纪初才出现。

2、电梯技术的发展

（1）电梯的速度要求越来越快，告诉，超高速电梯的数量越来越多。（2）电梯的拖动技术有了圈套的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到越来越广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速发展。

（3）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器-接触器控制发展为可编程序控制（PLC）和计算机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。

（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用计算机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。如停车操作、消防员专用等。

第二章 PLC的简介

一、PLC的定义

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术与算术操作等方面向用户的指令，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。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

二、PLC的基本结构和组成1、PLC的结构图如下所示：

交流/直流现场设备扩展单元电源基本I/OI/O扩展接CPU存储器外围接口数据总线外设编程器通信网络

图2 PLC的结构图

（1）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，在系统监控程序的控制下工作，承担着将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域，然后将接过送到输

出映像寄存器区域。

（2）存储器由只读存储器ROM和随机存储器RAM两大部分组成，存放系统软件的存储器称为系统程序的存储器ROM，存放应用软件或中间运行数据的存储器称为用户程序存储器RAM。

（3）基本I/O接口电路

A.PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送到PLC内部电路。

B．PLC输出电路用来将CPU运算的结果换成一定形式的功率输出，驱动被控负载。

（4）接口电路：PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两大类。

A.I/O扩展接口电路用于连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。

B．外设通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。

（5）电源：PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（5V直流）。

2.PLC控制系统的组成PLC控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件，PLC的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。

图3 PLC控制系统的组成PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。

PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。在系统软件的支持西，PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。

图4 PLC内部工作示意图

0的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随机关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式输出，驱动相应输出设备工作。

四、PLC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与普通计算机一样，以通用或专用CPU作为处理器，实现通道的运算和数据的存储，另外还有位处理器，进行点（位）的运算与控制。

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。

五、PLC系统的发展趋势

PLC当初是针对工业顺序控制发展而研制的。经过30几年的迅速发展，PLC已不仅能进行开关量控制，而且还能进行模拟量控制，位置控制。特别是PLC的通信网络技术的发展，使得PLC如虎添翼，由单机控制向多机控制，由集中控制向多层次分布式控制系统发展。现在PLC的足迹已遍布了国民经济的各个领域，形成了满足各种需要的PLC应用系统。

电梯结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。

今后PLC控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化，微型化系统方向发展。作为控制系统的关键设备，PLC将朝着体积更小，速度更快，功能更强，价格更低的方向发展。二是向大型化，网络化，多功能的方向发展。

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第四章 PLC控制系统的设计方案

一、PLC控制系统基本方案

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。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。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及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，拖动控制则由变频器来完成；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。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC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。

本文将用四层楼作为背景进行设计。

1.轿厢楼层位置检测方法

主要方法有以下几种：

（1）用于簧管磁感应器或其他位置开关：这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。

（2）利用稳态磁保开关：这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但是它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。

（3）利用旋转编码器：目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因此在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源可利用PLC内置的24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。

由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢的位置优于其他方法，故本设计采用此方法

2.PLC的选型

根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须且有高数计数器。又因为电梯时双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。综合考虑后，本设计选择西门子公司生产的S7—200系列机。

S7—200系列机具有以下优点： 1.体积极小

2.先进美观的外部结构 3.提供多种子系列供用户选用 4.灵活多变的系统配置 5.功能强、使用方便

二、PLC电梯控制系统设计方向

1.电梯控制系统的基本结构组成电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖运控制系统两部分组成。图7为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿箱操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。

电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主动拖动电路和轿厢开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。十层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。

如下图：

图7 电梯PLC控制系统的基本结构

2.电梯控制系统原理框图

电梯控制系统原理框图如下图所示，主要由轿厢内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。

图8 电梯控制系统原理框图

到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。

图10 电梯信号控制系统

6．拖动控制系统

电梯主要由直流和交流两种拖动方式，PLC控制的拖动系统主电路及调速装置与继电器控制系统相比无需做很多改动。拖动系统的工作状态及部分反馈信号可直接送入PLC，由PLC向拖动系统发出速度切换、起动、运行、平层等控制信号。

7.电梯上行

（1）电梯停在1F，2F呼叫时，则上行，碰到2F的行程开关后停止。（2）电梯停在1F或2F时，3F呼叫，则上行，碰到3F的行程开关后停止。（3）当电梯停在1F或2F、3F时，4F呼叫，则上行到4F碰到行程开关后停止。

（4）电梯停在1F，2F、3F同时呼叫时，则电梯上行到2F后停5s，继续上行到3F后停止。

（5）电梯停在1F，2F、3F同时呼叫时，电梯上行到2F停5s，继续上行到3F停止。

（6）电梯停在1F，3F、4F同时呼叫时，电梯上行到3F停止5s，继续上行

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系统会根据外呼和内选信号及门锁信号综合判断电梯的运行方向。5.执行上行程序

此段程序包括控制电梯上行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。6.执行下行程序

此段程序包括控制电梯下行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。

四、I/O点的分配

根据需要控制的开关、设备大约有15个输入点，11个输出点。如图15：

图15 I/O点的分配

五、硬件系统调试

在硬件调试时，我们主要调试的内容有： 1.在接线端子上。

2.在PLC扩展单元上。3.在电源接线上。

注:特别是在电源接线时，一定要注意哪些端子接24V，哪些接地。

六、软件系统调试

在软件调试时，主要是结合硬件设备观察程序的过程是否与我们设计的原理一致。如果出现不正常运行和不运行时我们得回到程序编制，依次检查与修改。

七、程序梯形图

0

图16 PLC控制程序梯形图

注：

M0.1 电梯在一层时停止指令 M0.2 电梯在二层时停止指令 M0.3 电梯在三层时停止指令 M0.4 电梯在四层时停止指令 M1.1 电梯在一层时向上运行指令 M1.2 电梯在二层时向上运行指令 M1.3 电梯在三层时向上运行指令

E2亮，电梯停止。

11.按SB6，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

12.按SB7（SB2），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2灭，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

13.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，再按SQ3，E1灭，E2亮，电梯仍上升，在按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E2灭，E2亮，电梯停止。

14.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

15.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，电梯提高至2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。

16.按SB6，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

17.按SB7（SB2），SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

18.按SB6，SB7（SB2），SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，再按SQ3，E4灭，E3亮，电梯上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，再按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止2s后下降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

19.按SB6，SB7（SB2），SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下

降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

20.按SB6，SB7（SB2），SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止2s后下降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

21.按SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

22.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

23.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。

电梯停留在二层：

1.按SB8或SB9（SB3）或SB8或SB9（SB3），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

2.按SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

3.按SB5(SB1), 电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

4.按SB8，SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3灭，E4亮，电梯停止。

5.按SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

6.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。

电梯停留在三层：

1.按SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

2.按SB6或SB7（SB2）或SB6，SB7（SB2），电梯下降反方向呼叫无效，按SQ2，E3亮，电梯停止。

3.按SB5(SB1), 电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯仍下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。

4.按SB7，SB5(SB1), 电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯仍下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止2s后上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止。

5.按SB7，SB6（SB2），SB5（SB1），电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止2s后下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。

6.按SB7，SB6（SB2），SB5（SB1），电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止2s后下降，再按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止2s后上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止。

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