基于组态王的PLC电梯控制系统设计_毕业设计

毕业设计 基于组态王的PLC电梯控制系统设计 目 录 I摘 要 IIABSTRACT 11绪论 11.1 组态王PLC电梯控制系统的背景和意义 21.2 国内外发展状况 21.3 课题研究内容安排 32 电梯基本结构及其控制 32.1电梯基本结构介绍 42.2电梯控制技术 43系统的总体设计 43.1设计比较选择： 53.2 PLC控制系统设计的基本原则 63.3系统总体设计基本结构图 63.4 PLC硬件选择和组态选择 73.5系统的电路设计 104系统软件设计 104.1 组态王的PLC电梯控制系统的优点 104.2电梯逻辑程序设计 164.3 组态王单元系统设计 195系统调试运行 195.1 PLC调试 195.2 PLC程序和组态王程序联机调试 23总结 24参考文献 25致 谢 26附 录 摘 要 本文从电梯的基本结构和PLC基本原理出发，针对5层5站电梯，设计了一种基于组态王和西门子PLC电梯控制系统。本设计包括电梯的硬件设计和PLC软件设计、以及对电梯实时监控的组态王设计。 本文通过对PLC软件设计和组态设计，建立电梯运行标志位以降低编程难度和减少门厅呼叫信号。系统实现了电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯控制、电梯运行方向控制、自动运行和自动开关门、实时运行监控等功能。与传统的电梯相比，本设计的电梯控制系统不仅提高电梯运行的可维护性和灵活性、缩短电梯的开发周期，而且能对现场进行实时监测和控制。此外，系统运行时节约电能，具有良好的经济效益和社会效益。 关键词： 电梯；PLC控制 ；组态王；S7-200 ABSTRACT This article from the basic structure and basic principle of PLC starting in5,5 layer elevator, a design based on Kingview and Siemens PLC elevator control system. The design includes lift hardware design and software design, as well as on PLC elevator monitoring the configuration design. This article through to the PLC software design and configuration design, establishment of elevator running flag bit to reduce programming difficulty and reducing the hall call signal. Achieve a control layer, and each layer of Hall Station in the car call control, the direction of the lift control, automatic operation and automatic switch door, real-time monitoring and other functions. Compared with traditional elevator, the design of the elevator control system can not only improve the operation of the elevator, maintainability and flexibility, shorten the development cycle of elevator, and can perform real time monitoring and control. In addition system operation and electric energy saving, good economic benefit and social benefit. Key words: elevator；PLC control；kingview；S7-200 1绪论 电梯不仅作为高层建筑里的必要设施，在多层建筑如医院、商场里也是不可缺少的一种运输工具。随着社会经济和科学技术的发展，微电子技术、电力电子技术、自动控制技术迅速发展，使得电梯的控制由初期的继电器控制向微机控制方向发展。可编程控制器（PLC）由于具有可靠性高，功能强大的特点已经成为电梯微机控制系统的核心。 可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为现代工业环境应用而生。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程[1]。使得现代生产生活变得更加方便、快捷。 基于组态王的PLC电梯控制系统是通过组态王对PLC电梯控制系统进行实时监测和控制，是电梯微机控制系统的一种趋势。 1.1 组态王PLC电梯控制系统的背景和意义 电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和酒店、医院等多层建筑不可缺少的垂直方向交通的工具。电梯按用途分为：乘客电梯、载货电梯、医用电梯、观光电梯、 车辆电梯、船舶电梯、 电梯、还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。 随着城市建设进程的加快，建筑物的规模越来越大，楼层越来越高，人们对电梯的可靠性、舒适性、低能耗等性能要求越来越高。传统的继电—接触器电梯控制系统越来越不能满足人们的需求。近些年，随着智能控制技术的不断发展，组态王的PLC电梯控制系统技术已经引起人们的关注和研究。现从以下几个方面阐述组态王的PLC电梯控制系统的意义： 1.可靠性高，抗干扰能力强，适用于工业现场环境。 传统的继电器—接触器电梯控制系统，所有控制功能和信号都由硬件实现，系统触点繁多，接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，老化、脱焊等造成接触不良，是传统电梯系统的故障率高的原因所在。而组态王的PLC电梯控制系统，PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子储存器件来完成，大部分继电器和繁杂的连线被软件程序所替代，故寿命长，可靠性大大提高。 2.控制系统结构简单，功能完善，适用性强 组态王的PLC电梯控制具备了PLC所有功能，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 当系统控制要求改变时，只要用编程器在线或者离线修改程序和在PLC的端子上接入相应的输入、输去信号线即可，不需要诸如继电器之类的大量而又繁杂的硬件接线线路，修改接线的工作量很小。 3.控制系统安装、调试、维修、监控方便 组态王的PLC电梯控制用软件编程取代了硬件接线实现控制功能，使安装接线工作量大大减小，设计人员只要一台PLC就可以进行控制系统设计，PLC具备完善的自诊断，履历情报存储及监控功能，对于其内部工作状态，通信状态，异常状态和I/O点的状态都有显示。加上组态王对系统运行的监测和控制，工作人员通过组态王和PLC可以快速查出故障的原因，便于迅速处理，及时排除故障。使维修方便，从而可靠性提高。 综上所述，随着城市建设进程的加快，建筑物的规模越来越大，楼层越来越高，人们对电梯的可靠性、舒适性、美观性要求越来越高。传统的继电—接触器电梯控制系统越来越不能满足人们的需求的情况下，对组态王的PLC电梯控制系统进行研究，具有重要的社会意义和经济意义。 1.2 国内外发展状况 虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也随之迅速发展。PLC发展有二个趋势。一是网络化技术的发展。二是PLC向高性能和小型化发展。 电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。随着城市建设进程的加快，我国已成为世界电梯的一大主要市场。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有知名的电梯公司，先进技术和先进管理的引进使我国涌现出一大批优秀的电梯企业。我国的电梯行业已经具备了很强的生产能力，国产电梯的水平和产品质量正在稳步提高，自我国参加了国际标准化组织ISO/TC178以来，先后采用了一大批国际标准和先进国际的标准，使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮拽升机、远程控制技术等。国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。 1.3 课题研究内容安排 本文主要根据PLC的软继电器，可靠性高和组态王的实时监测和控制特性，设计了组态王的PLC电梯控制系统。本文主要安排如下： 第一章先介绍了电梯的应用范围，说明PLC和组态王电梯控制系统的研究背景和意义，以及国内外现状。 第二章对电梯进行概述，包括了对电梯的基本结构介绍和电梯控制技术介绍。并对不同控制技术进行了对比和分析。 第三章系统总体设计，包括系统总体思路设计，PLC和组态的选型、系统主电路设计和系统控制电路设计等。 第四章软件设计，主要论述控制系统的软件实现，包括PLC单元系统设计和PLC编程，组态王单元设计以及组态王编程等。 第五章系统调试，对组态王的PLC电梯控制系统功能进行调试和结果分析。 第六章总结和展望；对本主要工作作出简要的总结和展望，并提出该系统还需要进一步研究和改善的地方，并给出一些改进方案。 2 电梯基本结构及其控制 电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯[2]。 2.1电梯基本结构介绍[2] 电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。其电梯的基本结构如图1所示。 1—控制柜(屏) 2一拽引机 3—拽引钢丝绳 4—限速器 5—限速器钢绳 6—限速器张紧装置 7—轿厢 8—安全钳 9—轿厢门安全触板 10—导轨 11—对重 12—厅门 13—缓冲器 图1 电梯的基本结构 尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其组成部分由以下系统构成： 一、拽引系统:是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。 二、导向系统:由导轨，导靴和导轨架组成。使电梯沿着导轨做升降运动。 三、门系统:有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。 四、轿厢:轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。 五、重量平衡系统:由对重和重量补偿装置组成。 六、电力拖动系统:由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。 七、电气控制系统:由控制装置，操纵装置，平层装置和位置显示装置等部分组成。 八、安全保护系统:包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。 2.2电梯控制技术 2.2.1 电力拖动 电梯拖动系统是由拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机、拽引轮、连轴器、减速箱和电磁制动器组成，简化成控制电动机的正反转。 2.2.2 电气控制 电梯的电气控制系统由控制装置、操纵装置、平层装置和位置显示装置等部分组成。 控制装置主要由可编程控制器(PLC)通过软件编程把要执行的逻辑顺序反应到可编程控制器（PLC）的输出IO端口，从而控制电机的正反转以及电机的启动和停止。 操纵装置由厢内的按钮和厢外按钮装置组成。按钮都采用的是点动按钮，通过点动开关产生的脉冲传送到可编程控制器（PLC）的输入IO端口，促使电梯按照预定的程序有效运行。 平层装置由一系列的接近开关构成。通过厢体是否到达平层地点来产生高低电平脉冲传送到可编程器（PLC）的输入IO端口。促使按照预定的程序有效运行。 位置显示由厢体内外的显示屏构成。通过上升和下行来显示电梯不同的方向和此时到达的楼层，以便乘客了解当前电梯的运行方向，并据此来选乘电梯。 3系统的总体设计 本课题设计组态王的PLC电梯控制系统由上、下位机二部分组成，上位机为PLC编程软件系统和组态王编程系统，主要负责程序的编程、编译、监控；下位机为PLC硬件运行系统，主要负责接收编译完的程序，并在硬件电路中运行。 3.1设计方案比较选择： 电梯自动控制系统所要达到的目标，也就是要求电梯自动控制系统根据厢内指令信号和各层门厅呼叫信号而自动进行逻辑判断，判断出呼叫的目标层信号，并按照内外信号要求通过电梯自动控制系统而完成预定的控制目标。要实现这类控制目的的方法有如下几种： 1.继电器电梯控制系统 传统的电梯都是采用继电器控制的方式，也常被称为经典控制方式。由继电器控制的电梯控制系统具有的优缺点见表1： 表1 继电器电梯控制系统优缺点 继电器电梯控制系统优点 继电器电梯控制系统缺点 信号处理均有硬件实现，线路直观 系统触点繁多、接线线路复杂 保养、维修及故障检查无需较高的技术 触点多、故障率高、可靠性差 常用控制电器价格较便宜 维修保养工作量大、费用高 技术成熟、资料图纸齐全 系统结构庞大，能耗较高 一般技术人员和技术工人所掌握 系统的控制功能不易增加 2.组态王的PLC电梯控制系统 组态王的PLC电梯控制系统是使控制算法不再由“硬件”逻辑所决定，而是通过一种所谓“程序存储器”中的程序指令——“软件”即可。而无须变更或减少硬件系统的布线。因而十分便于使用、管理和改变功能要求。具有的优缺点见表2： 表2 基于组态王的PLC电梯系统优缺点 PLC和组态电梯控制系统优点 PLC和组态电梯控制系统缺点 信号处理均有PLC实现，接线简单 工作人员看不到直观的触点 触点少、故障少、可靠性高 PLC组态系统维修要专业技术人员 降低能耗和降低维修保养费用 系统投资成本比继电器控制系统大 功能变化灵活，编程简单 软件种类多样，学习量大 开发周期短，实时监测和控制 随着智能化楼宇大厦的出现，人们对电梯的控制要求越来越高，使得电梯的控制由初期的继电器控制向微机控制方向发展。因此本文采用基于组态王的PLC电梯控制系统，不但提高了电梯的可靠性，可维护性，同时延长了使用寿命，缩短了开发周期，并能对电梯进行实时监测和控制。 3.2 PLC控制系统设计的基本原则 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 1.最大限度地满足被控对象的控制要求：充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的前提。 2.保证PLC控制系统安全可靠：保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。 3.力求简单、经济、使用及维修方便：在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。 4.适应发展的需要：由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要考虑到今后控制系统发展和完善的需要，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 3.3系统总体设计基本结构图 组态王的PLC电梯控制系统和其他类型的电梯控制系统一样由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。PLC和组态电梯控制系统主要硬件包括PLC主机和扩展、拽引机拖动系统、平层限位开关、厢内选层盘、门厅呼叫盘、门机等。其组态王的PLC电梯控制系统基本结构图见图2。 图2 PLC和组态电梯控制系统基本结构图 系统控制核心为PLC主机和扩展、门厅呼叫盘、厢内选层盘及平层信号通过PLC输入接口送入PLC，存入存储器并按植入的程序运行，通过PLC的输出接口向拽升机控制系统和门机控制系统发出控制信号。其电梯的运行状态和过程在组态王上可以进行仿真运行、实时监测和控制。 3.4 PLC硬件选择和组态选择 3.4.1 PLC硬件选择 1．输入/输出点的估算: 本设计采用PLC和组态构成五层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拽引拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。电梯的开、关门由另一台电动机门机拖动，电动机的正转为电梯开门，反转为关门。一层有厢外呼叫按钮K1、厢内呼叫按钮K21以及门限平层开关SQ11。二层有厢外呼叫按钮K2、厢内呼叫按钮K22以及门限平层开关SQ12。三层有厢外呼叫按钮K3、厢内呼叫按钮K23以及门限平层开关SQ13。四层有厢外呼叫按钮K4、厢内呼叫按钮K24以及门限平层开关SQ14。五层有厢外呼叫按钮K5、厢内呼叫按钮K25以及门限平层开关SQ15。电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制，关门到位由行程开关SQ6检测，开门到位由行程开关SQ7检测。轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行和下行转换按钮K26、K27，外加电梯在响应后而无人乘坐电梯是的K0关门开关。共计输入点20个，输出点11个。 2. 内存容量的估算： 用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度进行估算。本系统有开关量I/O总点数有31个，模拟量I/O数为0个。利用估算PLC内存总容量的计算:所需总内存字数=开关量I/O总点数×(10～15)+模拟量I/O总点数×(150～250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要内存容量约为600B。 综上所述，输入点共有20个、输出点共有11个、内存容量大约600B。实验室有可编程控制器S7-200的PLC224输入、输出IO为14/10，内存容量为12K。外加扩展16个IO口的EM223模块，即系统共有输入、输出IO为22/18。可满足本设计要求。 3.4.2 组态软件选择 组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。组态王监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它以其逼真再现现场画面，使控制者在任何时间任何地点均可实时掌控系统每一个细节。它不但实现对现场的实时监测与控制，且还在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用，有利于实验者对现场实时监控[3]。 鉴于组态王的优点，本设计采用市场上广泛推广KingView6.53来进行电梯控制系统的现场监控。 3.5系统的电路设计 3.5.1系统的主电路设计 根据设计要求，本次设计的电气控制系统主控回路原理图如图3所示。图中M1，M2分别为曳引电机和门电机，交流接触器KM1-KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2是起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1、FU2为熔断器，起过电流保护作用。 图3 电梯控制系统主控回路图 其主要设计思想为：当手动开关SB1闭合，停止开关SB2处于闭合状态，如有呼叫信号响应，PLC则按照预先植入的程序执行。 1.当IO口Q0.0输出时，其Q0.0常开触点闭合，继电器KM1得电，KM1的常开触头闭合，电动机M1正转，即电梯向上运行。同时KM1的辅助常闭触头断开，构成互锁结构防止电机M1正反转同时运行，即防止电梯向下运行，可提高电梯运行的可靠性。 2.当IO口Q0.1输出时，其Q0.1常开触点闭合，继电器KM2得电，KM2的常开触头闭合，电动机M1反转，即电梯向下运行。同时KM2的辅助常闭触头断开，构成互锁结构防止电机M1正反转同时运行，可提高电梯运行的可靠性。 3.当IO口Q1.0输出时，其Q1.0常开触点闭合，继电器KM3得电，KM3的常开触头闭合，电动机M2正转，即电梯开门。同时KM3的辅助常闭触头断开，构成互锁结构防止电机M2正反转同时运行，可提高电梯运行的可靠性。 4.当IO口Q1.1输出时，其Q1.1常开触点闭合，继电器KM4得电，KM4的常开触头闭合，电动机M2反转，即电梯关门。同时KM4的辅助常闭触头断开，构成互锁结构防止电机M2正反转同时运行，可提高电梯运行的可靠性。 当需检修电梯时，则按下停止按钮SB2，先使电梯复位。再断开手动开关SB1。隔离电源后再进行检修，以保证检修人员安全。 3.5.2 PLC的IO分配表 组态王的PLC电梯控制系统中PLC输出端口Q0.0、Q0.1、Q1.0、和Q1.1分别接入到图3电梯控制系统主控回路图中的相应位置来控制继电器KM1-KM4，从而控制电梯系统的上升和下降以及开门和关门。PLC的外部输入和输出端口作用见表3.PLC的IO分配表。 表3 PLC的IO分配表 序号 名称 I/O端口 序号 名称 I/O端口 1 关门按钮 I0.0 17 开门宽度门限 I0.6 2 一层外部呼叫 I0.1 18 关门到位门限 I0.7 3 二层外部呼叫 I0.2 19 由上到下转换 I2.6 4 三层外部呼叫 I0.3 20 由下到上转换 I2.7 5 四层外部呼叫 I0.4 21 控制电梯上升 Q0.0 6 五层外部呼叫 I0.5 22 控制电梯下降 Q0.1 7 一层内部呼叫 I2.1 23 控制电梯开门 Q1.0 8 二层内部呼叫 I2.2 24 控制电梯关门 Q1.1 9 三层内部呼叫 I2.3 25 显示上升 Q0.4 10 四层内部呼叫 I2.4 26 显示下降 Q0.5 11 五层内部呼叫 I2.5 27 一层显示 Q2.1 12 一层平层信号 I1.1 28 二层显示 Q2.2 13 二层平层信号 I1.2 29 三层显示 Q2.3 14 三层平层信号 I1.3 30 四层显示 Q2.4 15 四层平层信号 I1.4 31 五层显示 Q2.5 16 五层平层信号 I1.5 3.5.3 PLC硬件电路设计 本设计电梯控制系统共有20个输入触头和11个输出触头，采用了S7-200系列的CPU224和扩展模块EM223。系统采用K21-K25厢内呼叫点动开关和K1-K5厢外呼叫点动开关，以及平层接近开关SQ11-SQ15、门限接近开关SQ6-SQ7和转换行程开关K26-K27均使用PLC224的CPU单元的集成电源。组态王的PLC电梯控制系统的核心CPU PLC224的硬件输入和输出接线图如图4所示。 图4 PLC224硬件输入和输出接线图 4系统软件设计 本课题设计组态王的PLC电梯控制系统，主要以PLC程序设计为主，用软件程序来替代传统的继电器-接触器控制系统的逻辑运算，顺序运算，以提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低能耗及其维修保养费用。 4.1 组态王的PLC电梯控制系统的优点 根据系统的下述控制要求： 1.电梯在上行响应高层呼叫，电梯在下行时响应低层呼叫。 2.在上行和下行途中如遇呼梯信号时，顺向响应，反向不响应。 3.在内部装有转向的开关，在顺向无呼叫的情况下，可以选择反向行车 4.内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层均有记忆功能。 5.停层时自动开门和延时自动关门，并可以手动关门。 6.行车不能开门、开门不能行车。 7.用组态对电梯运行情况进行实时监测和控制。 一般PLC电梯控制系统，在其门厅输入单元中采用向上呼叫和向下呼叫二个输入点控制，设有上、下两个方向呼叫按钮以供选择、使其顺向运行截车。一般是运行到最高层和最低层再反向，继而循环运行。 组态王的PLC电梯控制系统：在其门厅输入单元中只采用一个呼叫按钮对其上行和下行同时进行呼叫，但由于在程序中设定了运行标志位，仍可以满足系统上行和下行呼叫。减少系统的输入点降低系统投资成本，提高系统的可靠性；采用了转换方向按钮，可以在无其他人时厢内乘车可以改变电梯运行的方向，使其运行方便快捷。 4.2电梯逻辑程序设计 4.2.1 系统总程序设计方框图 系统总设计方案为：当给系统上电后，PLC的程序进行初始化，并确定上行和下行的方向，等待厢内和门厅的呼叫信号，若没有呼叫信号则等待呼叫信号的响应；若有呼叫信号，程序确定呼叫目标层与电梯运行方向组合后确定电梯的升降。当电梯在升降过程中以接近开关的平层信号状态来辨别是否为目标层，若辨别不是目标层，则电梯继续升降；若是目标层，则电梯停车并开门，开门延时一段时间让乘客进出电梯后自动关门。如果开门时厢外无乘客，厢内的人可以按下关门按钮，电梯提前关门。如果停止按钮SB2没有动作，电梯继续响应呼叫信号，进而循环执行上述过程。其电梯控制系统总程序设计方框图见图5。 图5 系统总程序设计方框图 4.2.2电梯上升下降流程图 电梯在整个过程中以行程开关SQ11-SQ15的信号为楼层的标示，确定电梯所在的楼层。电梯具体在某一层的时候，若电梯某时刻处于第三层，此时的电梯运行标志为上升。在不改变运行标志的前提下，电梯这时响应四、五楼层呼叫或选层，然一、二层的呼叫PLC响应但电梯仍然是向上运行，其中如果四层有呼叫信号，当电梯到达第四楼层时，电梯响应停车并开门，电梯关门后继续响应第五层的呼叫，电梯继续上升。在行车途中如果没有其他响应，电梯直到运行到五层后自动换向再向下运行。详细见图6电梯的具体升降流程图。 图6 电梯的具体升降流程图 本设计组态王的PLC电梯控制系统设定了上升和下降的运行标志，在没有改变运行标志的前提下电梯是处于单方向运行，只能顺向截车。其开门流程图分为上升开关门流程图和下降开关门流程图。图7为电梯上升的开关门流程图，其中电梯只能响应高层的呼叫或选层。 图7 电梯上升的开关门流程图 电梯在运行标志向下的情况下，电梯只能响应本楼层以下的楼层呼叫和选层，电梯向下的开关门流程见图8 图8 电梯向下的开关门流程图 4.2.3 梯形图程序设计 梯形图是PLC使用得最多的图形编程语言，梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点， 因此本系统设计PLC程序采用梯形图编程。 本设计PLC电梯系统区别于其他的电梯控制系统建立电梯运行方向标志位，通过PLC的输入、输出刷新向变量存储区VB0中赋与不同的值来代表方向。大大降低系统的编程难度。 组态王的PLC电梯控制系统中PLC部分程序设计： 1.运行方向标志位设定 系统设定了电梯运行方向标志，在没有人为改变电梯的运行方向时，系统在第一楼层和第五楼层的平层接近开关动作,PLC的定时器将在1秒后动作，从而向方向标志存储区VB0中置于数值，改变运行的方向。其梯形图见图9。 图9 电梯运行标志位设定 2.电梯手动改变运行方向控制 系统采用PLC的存储功能和赋值功能，在厢内按下I2.6和I2.7所对应的按钮，向存储区VB0中赋予不同值，改变电梯的运行标志，进而改变运行方向。其梯形图见图10。 图10 电梯手动改变运行方向控制 3.电梯上升控制 系统采用位存储区作呼叫保持信号，在电梯运行中电梯门是关闭的I0.7行程开关处于动作状态，运行标志向上VB0==1，如果位存储区的M9.2-M9.5有信号，即电梯上升运行。其梯形图见图11。 图11 电梯上升控制 4.电梯下降控制 系统采用位存储区作呼叫信号，在电梯运行中电梯门是关闭的I0.7行程开关处于动作状态，运行标志向下VB0==2，如果位存储区的M10.1-M10.4有信号，即电梯下降运行。其梯形图见图12。 图12 电梯下降控制 5.电梯开门控制 系统采用PLC位存储区M9.2-M9.5作为上升时对应的层保持信号和M10.1-M10.4作为下降时对应的层保持信号。通过层保持信号与层平层信号结合来控制电梯开门。当开门的宽度到达设定时，行程开关I0.6动作，此时电梯停止开门。其梯形图见图13。 图13 电梯开门控制 6.电梯关门 系统电梯开门运动到开门行程开关动作，I0.6动作，电梯停止开门。同时PLC定时器T39开始定时，10秒后T39定时器动作，启动门电机的关门动作。如果10秒内想要提前关门，操作人员可以在厢内面板上按下关门按钮K0，启动门电机关门。当关门电机动作后，运行到关门行程开关SQ7，I0.7动作电梯关门结束，继续按程序运行。其梯形图见图14。 图14 电梯关门控制 4.3 组态王单元系统设计 组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统[4]。 4.3.1组态王软件基本操作和设计 建立新组态王工程的一般过程是：1.新建组态王工程;2.设计图形界面;3.定义设备;4.构造数据库;5.建立动画连接。本系统的组态软件设计步骤如下： 1.新建组态王工程。 启动“组态王”工程管理器，选择菜单“文件\新建工程”或单击“新建”按钮。写于工程名后，下一步进入新建工程向导之三——工程名称和描述，点击完成。 2.设计图形界面。第一步：进入新建的组态王工程，选择工程浏览器左侧大纲项“文件\画面”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出新画面“画面名称”处输入新的画面名称，如“dianti”，其它属性目前不用更改， 点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。第二步：在组态王开发系统中从“工具箱”中分别选择“文本”、“图形”“矩形”“窗口色”等构建自己的组态画面。模拟电梯门采用矩形方框隐含模式，来显示电梯开门和关门。每一层的门限开关反应到楼层的左边。内选信号通过设定内部控制面板来选定。其组态画面见图15. 图15 组态画面 组态系统各个开关所对应的PLC和组态端口联机表见表4， 表4 PLC和组态端口联机表 组态画面中标示 对应PLC区位 组态画面中标示 对应PLC区位 一楼层限开关 I1.1 一楼内选 I2.1 二楼层限开关 I1.2 二楼内选 I2.2 三楼层限开关 I1.3 三楼内选 I2.3 四楼层限开关 I1.4 四楼内选 I2.4 五楼层限开关 I1.5 五楼内选 I2.5 一楼呼叫 I0.1 关门按钮 I0.0 二楼呼叫 I0.2 向上转换 I2.6 三楼呼叫 I0.3 向下转换 I2.7 四楼呼叫 I0.4 上行标志 Q0.4 五层呼叫 I0.5 下行标志 Q0.5 开门控制 Q1.0 关门控制 Q1.1 一层显示 Q2.1 二层显示 Q2.2 三层显示 Q2.3 四层显示 Q2.4 五层显示 Q2.5 3.定义设备。继续上述的工程。选择工程浏览器左侧大纲项“设备”在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出运行“设备配置向导”找到PLC中的西门子，找到S7-200系列（USB），下一步，弹出“设备配置向导”，为外部设备取一个名称，输入PLC224. 单击“下一步”，弹出“设备配置向导-地址设置”从PLC中查询得知地址为“2”请检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成 4.构造数据库：组态王中定义的变量与一般程序设计语言，比如BASIC、C语言，定义的变量有很大的不同，既能满足程序设计的一般需要，又考虑到工控软件的特殊需要。 在工程浏览器中左边的树中选择“数据词典”项，右侧的内容显示区会显示当前工程中所定义的变量。在数据词典中双击“新建”图标，弹出“定义变量”属性对话框。“确定”按钮，则工程人员定义的变量有效时保存新建的变量名到数据库的数据词典中。若变量名不合法，会弹出提示对话框提醒工程人员修改变量名。单击“取消”按钮，则工程人员定义的变量无效，并返回“数据词典”界面 5.建立动画连接 电梯系统在电梯升降使用垂直移动动画连接向导，首先在画面上绘制垂直移动的图素。选中该图素，选择菜单命令“编辑\垂直移动向导”，或在该圆角矩形上单击右键，在弹出的快捷菜单上选择“动画连接向导\垂直移动连接向导”命令，鼠标形状变为小“十”字型。选择图素垂直移动的起始位置，单击鼠标左键，鼠标形状变为向上的箭头，表示当前定义的是运行时图素由起始位置向上移动的距离，垂直移动鼠标，箭头随之移动，并画出一条垂直移动轨迹线。当鼠标箭头向上移动到上边界后，单击鼠标左键，鼠标形状变为向下的箭头，表示当前定义的是运行时图素由起始位置向下移动的距离，垂直移动鼠标，箭头随之移动，并画出一条垂直移动轨迹线，当到达垂直移动的下边界时，单击鼠标左键，弹出垂直移动动画连接对话框。写入垂直移动的表达式： if(Q0.0==1) { 垂直移动=垂直移动+5； } if(Q0.1==1) { 垂直移动=垂直移动-5;} 5系统调试运行 5.1 PLC调试 本设计采用S7-200系列PLC, 使用STEP 7--Micro/WIN编程软件，在程序指令输入完毕后，单击工具栏中的编译按钮进行编译，编译通过后状态栏里的信息提示如图16所示。将执行编译好的程序下载到PLC中。 图16 编译信息 至此，电梯控制系统的程序开发过程全部结束，可以进行程序联机调试。 5.2 PLC程序和组态王程序联机调试 将PLC程序下载到PLC中，关闭PLC编程软件STEP 7--Micro/WIN此时等待组态王的运行和调试。 组态王工程已经初步建立起来，进入到运行和调试阶段。在组态王开发系统中选择“文件\切换到 View”菜单命令，进入组态王运行系统。在运行系统中选择“画面\打开”命令，从“打开画面”窗口选择“dianti”画面。显示出组态王运行系统画面，即可看到矩形框和文本在动态变化。其基本控制结果如下： 1.当电梯上行标志响应时，呼叫电梯的楼层高于电梯所停的楼层时，电梯上升到呼叫层，电梯停止运行；电梯呼叫的楼层底于电梯所停的楼层时，电梯仍然响应但电梯执行的还是上升。在不人为的改变运行方向下，电梯一直运行到五层后自动改变运行方向，再向下运行到呼叫层。 2.当电梯下行标志响应时，呼叫电梯的楼层底于电梯所停的楼层时，电梯下降到呼叫层，电梯停止运行；电梯呼叫的楼层高于电梯所停的楼层时，电梯仍然响应但电梯执行的还是下升。在不人为的改变运行方向下，电梯一直运行到一层后自动改变运行方向，再向上运行到呼叫层。 3.当电梯在上行运行中，在厢内的人可以根据电梯里面没有人而改变电梯运行方向，使得电梯向下运行。 4.当电梯在上行运行中，在厢内的人可以根据电梯里面没有人而改变电梯运行方向，使得电梯向下运行。 5.当电梯在上行或者是下行时，同时有多层呼梯信号，电梯按照同方向依次响应。 组态王的PLC电梯控制系统在PLC中的仿真和组态王中监控画面显示： 1.电梯上升仿真见图17和组态监控画面见图18，其中图17中I0.7是关门门限开关，即电梯处于关门行车，IO.4动作是4层门厅信号呼叫，Q0.0响应控制电梯上升，Q0.4是电梯上升显示，Q2.3是显示电梯在第三层。图18中电梯在上行标志指示时响应4层门厅呼叫，电梯上升。电机正转指示代表电梯上升。 图17 电梯上升 图18 组态王中电梯上升 2.电梯下降仿真见图19和组态画面见图20，图19中I0.7关门门限开关，即电梯处于关门行车中，IO.2动作是2层门厅信号呼叫，Q0.1响应控制电梯下降，Q0.5是电梯下降显示，Q2.3是显示电梯在第三层。图20中电梯在下行指示时，响应2层门厅呼叫，电梯下降。电梯反转指示代表电梯下降。 图19 电梯下降 图20 组态王中电梯下降 3.电梯开门仿真见图21和组态画面见图22，图21中I1.2是第二层的平层信号，Q0.5是电梯下降显示，Q1.0动作控制电梯开门，Q2.2是显示电梯在第二层。图22中电梯在下行指示时，电梯到达二层处于开门状态，模拟电梯开门。 图21 电梯开门 图22 组态王中电梯开门 4.电梯关门仿真见图23和组态画面见24，图23中I0.6是门限宽度开关，I1.2是第二层平层信号，Q0.5是显示电梯下降，Q1.1动作控制电梯关门，Q2.2是显示电梯在第二层。图24中电梯在二层开门后执行关门动作，模拟电梯门关闭。 图23 电梯关门 图24 组态王中电梯关门 总结 在现代社会和经济活动中，微电子技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的一种垂直运输设备，因此组态王的PLC电梯控制系统的设计具有重要意义。作者从设计需要的实现的功能进行着手，做了以下的设计： 1.在参阅了大量的国内外相关文献和网络资源资料的基础上，分析了目前国内外电梯控制系统的现状，并说明了基于组态王的PLC电梯控制系统的研究意义。 2.设计基于组态王的PLC电梯控制系统的总体方案。分别对方案中个各部分关键器件进行了分析和选择。 3.在硬件选择上，为了达到设计要求和控制成本的最佳。方案选择了门厅上行和下行共用一个呼叫按钮。区别于常规电梯门厅二个呼叫按钮，大大减少PLC的IO点数，降低控制成本。 4.在软件设计部分设计了组态监控画面、PLC电梯控制梯形图。在梯形图设计中区别其他电梯控制系统建立了电梯方向标志位，通过PLC的输入、输出刷新向变量存储区VB0中赋与不同值代表方向，大大减小了系统的变成难度。 在做这个设计中，我学会了很多以前没学过的知识，也巩固了很多以前没学好的知识，使我的专业理论知识更加扎实，软件操作更加熟练了。做完这个设计后，我得出几个结论如下： 1.对于不同楼层的电梯设计，只需要扩展相应的IO口即可。并且可以在点数不够的前提下通过组态软件仍然可以设计和仿真。 2.在电梯程序的编程中，如果运行PLC的赋值功能，比较指令等可以大大减小程序编程量和使程序逻辑简单化。 3.在中间层只要一个外部呼叫按钮就可以，进行上行和下行的呼叫，减小IO口降低成本。 4.本设计在电梯电机控制方面，是在简化的状态下进行的设计。忽视了电机的调速问题，因此有待进一步改进。 电梯已经成为城市物质文明的一种标志。由于时间仓促，本设计还有许多问题尚未考虑周到，难免在文章会存在一些不妥之处，在此，作者恳请审阅老师批评指正。 参考文献 [1] 郑阿奇.PLC（西门子）实用教程[M].北京：电子工业出版社，2009. [2] 常国兰.电梯自动控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008. [3] 李胜多.基于组态王和PLC的电梯控制系统设计[J].青岛农业大学学报，2010，（2）：168-171. [4] 曹辉，王暄.组态软件技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2009. [5] 崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京：机械工业出版社，2004. [6] 江洪，庞伟.AUTOCAD2008电气设计[M].北京：机械工业出版社，2008. [7] 叶安丽.电梯控制技术[M].北京:机械工业出版社，2008. [8] 岳庆来.电梯现代智能控制技术[M].北京:机械工业出版社，2008. [9] 杨后川，张瑞，高建设.西门子S7-200PLC应用100例[M].北京：电子工业出版，2009. [10] 李宁.基于组态王6.53和PLC的电梯远程监控系统设计[J].广西轻工业，2009，（9）:42-43. [11] 王淑红，魏建升.组态软件控制技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2010. [12] 王永华．现代电气控制及 PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,2003. [14] 陈建明.电气控制与PLC应用[M].北京：电子工业出版社，2010. 致 谢 本毕业设计是在何湘艳老师指导下完成的。何老师在学业上给了我很大的帮助，使我在设计过程中避免了许多无为的工作。何老师一丝不苟、严谨认真的治学态度，精益求精、诲人不倦的学者风范，以及正直无私、磊落大度的高尚品格，更让我明白许多做人的道理，在此我对何老师师表示衷心的感谢！ 本论文能够完成，要感谢物电系的所有老师，是他们在这四年的时间里，教会我的专业知识。在我撰写论文期间，得到了我的指导老师和魏强老师的帮助，在忙碌的工作之余，给予我专业知识上的指导，而且教给我学习的方法和思路，多得他们的指导和帮助才使我能完成本论文。我会在以后的工作中为社会作出贡献去回报他们对我的教导。希望每个人都和我一样，通过做毕业设计，能够学到很多的知识与道理。 在本文结束之际，特向我敬爱的指导老师和物电系所有老师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！ 附 录 PLC源程序： P L C 控制器 门 厅 呼 叫信号 �号 内 部 呼 叫 信 号� 平层信号 门限开 关 信 号 上行和下行换向 换向信号 组态王 画面 显示 拽引机 轿厢 升 降 电机 轿厢开关 门 上位机 方向显示 换向按钮 是� 停 止 是否停止运行 关 门 延 时 停车并开门 否� 平层信号检测 是否目标层 电梯启动升降 电梯选向 是 是 确定呼叫目标层 否� 否 是否有厢内呼叫 是否有门厅呼叫 等 待 初 始 化 上 电 是 否� no yes yes yes yes no no yes yes yes no yes no yes no yes no yes no yes 电梯在一层 电梯在二层 电梯在三层 2、3、4、5层呼叫 3、4、5层呼叫 1层呼叫 电梯上升 电梯下降 电梯上升 电梯上升 电梯下降 停止 上行 下行 1、2层呼叫 电梯在五层 4、5层呼叫 停止 下行 上行 停止 电梯在四层 5层呼叫 1、2、3层呼叫 下行 上行 停止 1、2、3、4呼叫 电梯上升 电梯下降 电梯下降 停止 yes yes yes yes no no no no NO NO NO NO NO NO NO NO YES YES YES YES YES YES YES YES 2楼呼叫和选层？ 3楼呼叫或选层？ 4楼呼叫或选层？ 5楼呼叫或选层？ 2楼行程开关信号? 3楼行程开关信号? 4楼行程开关信号? 5楼行程开关信号? 2楼停车开关门 3楼停车开关门 4楼停车开关门 5楼停车开关门 等待呼叫和换向 NO NO NO NO NO NO NO NO YES YES YES YES YES YES YES YES 4楼呼叫和选层？ 3楼呼叫或选层？ 2楼呼叫或选层？ 1楼呼叫或选层？ 4楼行程开关信号? 3楼行程开关信号? 2楼行程开关信号? 1楼行程开关信号? 4楼停车开关门 3楼停车开关门 2楼停车开关门 1楼停车开关门 等待呼叫和换向 PAGE II _1398254719.vsd 网络9 四楼向上呼叫保持信号 VB0 1 ==B M12.4 I0.4 I2.4 M9.4 M9.4 网络10 五楼向上呼叫保持信号 VB0 1 ==B M12.5 I0.5 I2.5 M9.5 M9.5 网络11 � VB0 2 ==B M12.1 I0.1 I2.1 M10.1 M10.1 网络12 二楼向下呼叫保持信号 VB0 2 ==B M12.2 I0.2 I2.2 M10.2 M10.2 网络13 三楼向下呼叫保持信号 VB0 2 ==B M12.3 I0.3 I2.3 M10.3 M10.3 网络14 四楼向下呼叫保持信号 VB0 2 ==B M12.4 I0.4 I2.4 M10.4 M10.4 网络15 控制拽升机电梯上升 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.1 M9.2 M9.3 M9.4 M9.5 I0.1 Q0.0 I0.7 VB0 1 ==B I1.5 Q1.0 Q0.0 _1398254861.vsd 网络16 控制拽升机电梯下降 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 M10.1 M10.2 M10.3 M10.4 I0.5 Q0.1 I0.7 VB0 2 ==B I1.1 Q1.0 Q0.1 网络17 电梯开门控制 M10.1 I1.1 I0.6 Q1.0 M11.0 M10.2 I1.2 M9.2 M10.3 I1.3 M9.3 M10.4 I1.4 M9.4 M10.5 I1.5 Q1.0 M11.0 I1.1 I1.2 网络18� M12.1 M12.2 M12.3 M12.4 M12.5 I1.3 I1.4 I1.5 网络19� I0.6 TON 100ms T39 150 IN PT 网络20 自动关门和手动关门 T39 Q1.1 I0.0 I0.7 I0.7 Q1.1 网络21 电梯到达各层显示 SM0.0 I1.2 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 I1.3 I1.4 I1.5 I1.1 _1398254645.vsd 网络1 电梯上升标志位设置 MOV_B EN IN ENO OUT VB0 1 PT TON 100ms T37 I1.1 IN T37 10 MOV_B EN IN ENO OUT VB0 2 TON 100ms T38 10 IN PT 网络2 电梯下降标志位设定 I1.5 T38 网络3 电梯由向上运行转向向下运行 I2.6 MOV_B EN IN ENO OUT VB0 2 网络4 电梯由向下运行转向向上运行 MOV_B EN IN ENO OUT VB0 1 I2.7 网络5 上升显示 VB0 ==B 1 Q0.4 网络6 下降显示 ==B VB0 2 Q0.5 网络7 二楼向上呼叫保持信号 VB0 1 ==B M12.2 I0.2 I2.2 M9.2 M9.2 网络8 三楼向上呼叫保持信号 VB0 1 ==B M12.3 I0.3 I2.3 M9.3 M9.3