第1章 緒論
1.1電梯的應用與發(fā)展1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明－歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內得到了廣泛應用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150年以來，她已經發(fā)展成為世界、亞洲和中國領先的電梯公司。 生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進步。電梯的材質由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新－手柄開關操縱，按鈕控制，信號控制，集選控制、人機對話等，多臺電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎箱電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸能力的優(yōu)勢，變速式自動人行道扶梯大大節(jié)省了行人的時間；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圓形觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。一個半世紀的風風雨雨，翻天覆地的是歷史的變遷，永恒不變的是電梯提升現(xiàn)代人生活質量的承諾。 1.2電梯的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著計算機技術和電力電子技術的發(fā)展，現(xiàn)代電梯已經成為典型的機電一體化產品。電梯具有很高的安全要求，它以零部件的形式出廠，總裝配在工地現(xiàn)場進行，通過機械零部件之間的裝配和機械裝置與土建結構之間的的銜接完成安裝，最終形成電梯產品。精心的制造和安裝還不能完全保證無故障運行，其運行可靠性在很大程度上依靠維修保養(yǎng)。所以，電梯的制造、安裝和維保不宜分割。
大規(guī)模的經濟建設尤其是蓬勃發(fā)展的房地產業(yè)給電梯行業(yè)開拓了廣闊的市場，2001年我國電梯產量達4.5萬臺，創(chuàng)造了行業(yè)發(fā)展史上的一個新的高峰，被業(yè)內人士稱為“第三次浪潮”。目前，中國經濟建設需求的各類電梯、幾乎全部可以在中國生產。由此可見，一個興旺的電梯市場已經形成。進入80年代以來，隨著經濟建設的持續(xù)高速發(fā)展，我國電梯需求量越來越大。據(jù)統(tǒng)計，全世界平均1000人有１臺電梯。我國如果要達到這個水準，還需要新裝80萬臺。到那時候，每年僅報廢更新就需要６萬臺。目前房屋建設勢頭仍然很好，電梯市場供需兩旺，前景一片光明。 1.3研究背景隨著電梯的不斷發(fā)展，教育業(yè)開始了電梯的模擬控制，這是一種高新自動控制技術，要求研制出一種模擬電梯，以供學生探討和學習PLC的自動控制。 模擬電梯的控制是由PLC來實現(xiàn)控制的，可以讓學生們在編程的過程中，學會PLC有關的的知識，掌握可編程控制器 一些控制。 1.4研究內容小型模擬電梯的控制 隨著城市建設的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實現(xiàn)電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器取代微機實現(xiàn)信號控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。PLC可靠性高，程序設計方便靈活。 PLC的應用包括PLC硬件和程序設計。本課題是以西門子S7—200 PLC三層電梯控制系統(tǒng)為例來解釋說明PLC的。
第2章 電梯PLC控制方面的簡介
2.1 可編程控制器的簡介可編程控制器，英文稱Programmable Controller,簡稱PC。它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電器控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購買到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產實踐。 2.2 PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐步順序執(zhí)行用戶程序，直到程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。 2.3 PLC的功能和優(yōu)點2.3.1 PLC的功能 SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。CPU224集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點�？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 S7-200提供了多種功能，使得在編程與控制時更加靈活方便。 指令執(zhí)行速度高。 S7-200幾乎包括了一般計算機所具有的種種基本操作指令。例如：變量賦值，數(shù)據(jù)存儲，計數(shù)，裝載，傳輸，比較，移位，循環(huán)，求補及子程序的調用等。 （1）觸發(fā)中斷的信號，可以用軟件中斷輸入信號的上升沿或下降沿，以便對過程事件做出快速的響應。 （2）可設定為由時間控制的自動中斷，所設定的時間范圍為5MS—255MS（步長為1MS） （3）可由計數(shù)器自動觸發(fā)中斷，且具有兩種不同的觸發(fā)方式：計數(shù)到達預定值觸發(fā)和改變計數(shù)方向的瞬間觸發(fā)。 2.3.2可編程控制器PLC的優(yōu)點：（1）可靠性高，抗干擾能力強 隔離----PLC的輸入、輸出接口電路一般都采用光電耦合器來傳遞信號，這種光電隔措施使外部電路與PLC內部之間完全避免了電的聯(lián)系，有效的抑制了外部的干擾源對PLC的影響，還可防止外部強電竄入內部CPU。 濾波----在PLC電路電源和輸入、輸出(I/O)電路中設置多種濾波電路，可有效抑制高頻干擾信號。 在PLC內部對CPU供電電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，防止干擾信號通過供電電源進入PLC內部，另外各個輸入、輸出（I/O）接口電路的電源彼此獨立，以避免電源之間的互相干擾。 內部設置連鎖、環(huán)璄檢測與診斷等電路，一旦發(fā)生故障，立即報警。 在軟件方面采取的主要措施有： 設置故障檢測與診斷程序，每次掃描都對系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)璄和故障進行檢測與診斷，發(fā)現(xiàn)出錯后，立即自動做出相應的處理，以適應惡劣的工作環(huán)璄;對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備,以保障停電后有相關狀態(tài)及信息人不會因此而丟失;采用以上抗干擾措施后，一般PLC的抗電平干擾強度可達峰值1000V，脈寬10US，其平均無故障時間可高達30-50萬小時以上。 （2）程序簡單易學 PLC采用與繼電器控制線路圖接近的梯形圖作為編程語言，它既有繼電器電路清淅直觀的特點，又充分考慮到電氣工人和技術人員的讀圖習慣，對于使用者來說，幾乎不需要專門的計算機知識，因此，易學易懂，程序改變也容易修改。 （3）功能完善，適應性強 目前PLC產品已經標準化、系列化和模塊化，不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有A/D、D/A轉換、算術運算及數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網和生產過程監(jiān)控等功能。它能根椐實際需要，方便靈活地組裝成大小各異、功能不一的控制系統(tǒng)：既可控制一臺單機、一條生產線、以可以控制一個機群、多條生產線；既可以現(xiàn)場控制，以可以遠程控制。 （4）用簡單，調試維修方便 PLC的接線極其方便，只需將產生輸入信號的設備（按鈕、開關等）與PLC的輸入端子連接，將接收輸出信號的被控設備（如接觸器、電磁閥等）與的輸出端子連接，僅用螺絲刀即可完成全部接線工作。 PLC的用戶程序可在實驗室摸擬調試，輸入信號用開關來摸擬，輸出信號可以觀察PLC的發(fā)光二極管。調試后再將PLC在現(xiàn)場安裝通調。調試工作量要比繼電器控制系統(tǒng)少得多。 （5）體積小、重量輕、功耗低 由于PLC的采用半導體大規(guī)模集成電路，因此整個產品結構緊湊，體積小、重量輕、功耗低。 PLC很容易裝入機械設備內部，是實現(xiàn)電一體化的理想的控制設備。 2.4 PLC擴展模塊與系統(tǒng)擴展
2.4.1本地I/O與擴展I/O及其尋址如果對于CPU自帶的I/O點數(shù)不能滿中需求的情況下可以擴展I/O口。同時為了工業(yè)需求還可以擴展模擬量模塊。你可以將擴展模塊連接到CPU的右側來增加I/O點和模擬量，形成I/O鏈。對于同種類型的輸入輸出模塊而言，模塊的I/O地址取決于I/O類型和模塊在I/O鏈中的位置。舉例來說，輸出模塊不會影響輸入模塊上的點地址，反之亦然。 表2-1 擴展模塊 | | | | I2.0 Q2.0 I2.1 Q2.1 I2.2 Q2.2 I2.3 Q2.3 | | | AIW8 AQW0 AIW10�。K3） AIW12 AIW14 |
2.4.2模擬量擴展模塊EM231、EM235兩種模塊分辨率都是12bit，但都沒有采用光電隔離技術，也不是帶嵌入式CPU的智能模塊。 采用光電隔離技術可以實現(xiàn)PLC端的數(shù)字電路和現(xiàn)場模擬電路如傳感變送電路或電動執(zhí)行器電路的隔離，提高系統(tǒng)的可靠性和A/D、D/A轉換數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。帶嵌入式CPU的智能模塊可以在模塊內部直接實現(xiàn)信號的數(shù)字濾波、限幅、報警等功能，甚至可以對各種溫度傳感器的溫度輸入信號直接進行變送和處理235模塊是4路模擬量輸入和1路模擬量輸出的混合型模塊。我們做如下配置：CPU224、EM235，則4路模入通道的地址是AIW0、AIW2、AIW4、AIW6，1路模出通道的地址為AQW0。 模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能，優(yōu)點如下：
（1）最佳適應性
可適用于復雜的控制場合 直接與傳感器和執(zhí)行器相連，12位的分辨率和多種輸入/輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連，例如EM235模塊可直接與PT100熱電阻相連 。
（2）靈活性
當實際應用變化時，PLC可以相應地進行擴展，并可非常容易的調整用戶程序。 第3章 設計內容
3.1總體概要本設計是模擬電梯的控制，用西門子主機來實現(xiàn)，所選主機為SIMATIC S7-200系列 CPU224 PLC。 3.2程序的設計電梯由安裝在各樓層廳門口的上升和下降呼叫按鈕進行呼叫操作，其操縱內容為電梯運行方向，L1為一層指示、L2為二層指示、L3為三層指示，SQ1—SQ3為到位行程開關。電梯上升途中只響應上升呼叫，下降途中只響應下降呼叫，任何反方向的呼叫都是無效的。例如，電梯停在一層，在三層轎廂外呼叫時，必須按三層上升呼叫按鈕，電梯才響應呼叫（從一層運行到三層），按三層下降呼叫按鈕無效；反之，若電梯停在三層，在一層轎廂外呼叫時必須按一層下降呼叫按鈕，電梯才響應呼叫，按三層上升呼叫按鈕無效，依此類推。 表3-1 關于I/O分配 3.3電梯控制PLC流程圖
圖3-1 電梯PLC流程圖
3.4程序及過程分析 3.4.1過程分析（1） 轎廂原停樓層1，樓層3呼叫 接通I0.2即接通SQ1，表示轎廂原停樓層1,按SB3，即I0.3接通一下，表示呼叫樓層3，則接通Q0.5，三層呼叫指示燈亮，Q0.4接通，表示電梯上升。過1秒后，Q0.2接通，底層指示燈亮，3秒后，Q0.2斷開則底層指示燈滅。I0.2斷開即SQ1斷開，3秒后Q0.1接通，二層指示燈亮，過2秒后Q0.1斷開，二層指示燈滅。又過3秒，到達三層，Q0.0接通，三層指示燈亮，再過2秒，Q0.4斷開，上升指示燈滅。
（2） 轎廂原停樓層為1，樓層2呼叫 接通I0.2即接通SQ1，表示轎廂原停樓層為1，按SB2，即I0.4接通一下，表示呼叫樓層2，則Q0.6接通，二層呼叫指示燈亮，Q0.4接通，表示電梯上升。過1秒后，Q0.2接通，底層指示燈亮，3秒后，Q0.2斷開，則底層指示燈滅。斷開I0.2即斷開SQ1，3秒后Q0.1接通，二層指示燈亮，再過2秒，Q0.4斷開，上升指示燈滅。
（3）轎廂原停樓層1，樓層2、3同時呼叫 接通I0.2即接通SQ1，表示轎廂原停樓層1，同時按SB2、SB3即I0.4、I0.3同時接通一下，表示2、3樓層同時呼叫，則Q0.6、Q0.5都接通，二、三層呼叫指示燈亮，Q0.4接通，表示電梯上升。過1秒后，Q0.2接通，底層指示燈亮，3秒后Q0.2斷開，則底層指示燈滅。斷開I0.2即斷開SQ1，3秒后接通I0.1即接通SQ2，1秒后，Q0.1接通，二層指示燈亮，又過2秒后Q0.1斷開，二層指示燈滅。斷開I0.1即斷開SQ2，3秒后Q0.0接通三層指示燈亮，再過2秒后，Q0.4斷開，上升指示燈滅。
（4）轎廂原停樓層2，樓層1呼叫 接通I0.1即接通SQ2，表示轎廂原停樓層為2，按SB1，即I0.5接通一下，表示呼叫樓層1，則Q0.7接通，一層呼叫指示燈亮，Q0.3接通，表示電梯下降。過1秒后，Q0.1接通，二層指示燈亮，3秒后，Q0.1斷開，則二層指示燈滅。斷開I0.1即斷開SQ2，3秒后Q0.2接通 底層指示燈亮，再過2秒后，Q0.3斷開，下降指示燈滅. （5）轎廂原停樓層2，樓層3呼叫 接通I0.1即接通SQ2，表示轎廂原停樓層為2，按SB3，即I0.3接通一下，表示呼叫樓層3，則Q0.5接通，三層呼叫指示燈亮，Q0.4接通，表示電梯上升。過1秒后，Q0.1接通，二層指示燈亮，3秒后，Q0.1斷開，則二層指示燈滅。斷開I0.1即斷開SQ2，3秒后Q0.0接通，三層指示燈亮，再過2秒后，Q0.4斷開，上升指示燈滅。
（6）轎廂原停樓層3，樓層1呼叫 接通I0.0即接通SQ3，表示轎廂原停樓層3，按SB1，即I0.5接通一下，表示呼叫樓層1，則Q0.7接通，一層呼叫指示燈亮，Q0.3接通，表示電梯下降。過1秒后，Q0.0接通，三層指示燈亮，3秒后，Q0.0斷開，則三層指示燈滅。斷開I0.0即斷開SQ3，3秒后Q0.1接通 ，二層指示燈亮，過2秒后Q0.1斷開，二層指示燈滅。又過3秒，到達底層，Q0.2接通，底層指示燈亮，再過2秒，Q0.3斷開，下降指示燈滅.
（7）轎廂原停樓層3，樓層2呼叫 接通I0.0即接通SQ3，表示轎廂原停樓層為3，按SB2，即I0.4接通一下，表示呼叫樓層2，則Q0.6接通，二層呼叫指示燈亮，Q0.3接通，表示電梯下降。過1秒后，Q0.0接通，三層指示燈亮，3秒后，Q0.0斷開，則三層指示燈滅。斷開I0.0即斷開SQ3，3秒后Q0.1接通 ，二層指示燈亮，再過2秒后，Q0.3斷開，下降指示燈滅. （8）轎廂原停樓層3，樓層1、2同時呼叫 接通I0.0即接通SQ3，表示轎廂原停樓層3，同時按SB1、SB2即I0.5、I0.4同時接通一下，表示1、2樓層同時呼叫，則Q0.7、Q0.6都接通，一、二層呼叫指示燈亮，Q0.3接通，表示電梯下降。過1秒后，Q0.0接通，三層指示燈亮，3秒后Q0.0斷開，則三層指示燈滅。斷開I0.0即斷開SQ3，3秒后接通I0.1即接通SQ2，1秒后，Q0.1接通，二層指示燈亮，又過2秒后Q0.1斷開，二層指示燈滅。斷開I0.1即斷開SQ2，3秒后Q0.2接通，底層指示燈亮，再過2秒后，Q0.3斷開，下降指示燈滅。 3.4.2程序（見附件）
3.4.3梯形圖
第4章 總結在這次課程設計中，感謝楊富超老師在此期間給于我的細心指導和教誨。在這次設計中使我學到了有很有關與專業(yè)知識向關的知識，也對電梯有了一定的認識。 首先是對SIMATIC S7-200的認識。西門子公司生產的具有很高的性能價格比的微型可編程序控制器（PLC）。由于它具有結構小巧，運行速度高，價格低廉及多功能和多用途等特點，因此在很多行業(yè)中得到了廣泛的應用。它雖說只是我們專業(yè)課之中的一個很小的一部分，但它去在生產和生活上起著具大的作用。 其次是對電梯控制方面的了解，電梯的軟件方面和硬件方面，尤其是程序方面的設計，程序的運行過程，讓我理解了自動控制技術的先進化，柔性化，系統(tǒng)化。 本課程設計研究了電梯PLC的控制，分析電梯的運行過程的基礎上，研究模擬電梯的控制，設計了電梯控制系統(tǒng)的簡單模型，可以使學生們容易得掌握PLC的有關知識和用法，培養(yǎng)學生電氣等理論知識，掌握PLC控制的基礎知識，掌握程序的閱讀和編寫，掌握獨立分析的能力，解決生產實際問題的能力。
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