毕业设计（论文）基于西门子S7200 PLC的四层电梯及组态监控的设计

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1、四层电梯及组态监控的设计工 学 部工学一部专 业自动化班 级4418501学 号姓 名指导教师负责教师沈阳航空工业学院北方科技学院2008 年 7 月沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）II摘摘 要要随着城市建设的不断发展，楼群建筑不断增多，电梯在当今社会的生活中有着广泛的应用。电梯作为楼群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。本文就是利用西门子 S7-200 可编程控制器对电梯系统进行控制，首先进行硬件设计，包括 CPU 处理模块、系统的端口分配、以及外部接线图，然后，在硬件设计的基础上，对软件进行了设计，设计出系统的程序流程图及梯形图程序，并对系统进行了分析和调试，实

2、现了电梯的自动控制。最后，运用 MCGS 组态软件制作人机对话界面，检验电梯 PLC 控制系统的运行情况。使电梯通过读取 PLC 中相应寄存器的状态，监视电梯指示灯、电梯按钮及电梯的其它运行状态，直观地反映出电梯的运行状况，达到监控的目的。关键词：电梯；PLC；监控沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）IIIAbstractWith the continuous development of urban construction, the increasing complex construction, the lift of life in todays society has a w

3、ide range of applications. Elevator in the building as a complex operation of the vertical transport has been inextricably linked with peoples daily lives. This paper is the use of Siemens S7-200 PLC on elevator control system, first of all for hardware design, including the CPU processing module, t

4、he system of port allocation, as well as external wiring diagram, and then, on the basis of hardware design, software For the design, design a systematic process flow chart and ladder procedures and systems analysis and debugging, and automatic control of the elevator. Finally, the use of PC configu

5、ration software MCGS interactive interface, inspection of the elevator control system PLC operation. PLC to read through the elevator in the corresponding register of the state, surveillance, lift light, the elevator button and lift the other running directly reflects the operation of the escalator，

6、thus achieve the goal of monitoring.KeywordsKeywords：Elevator;PLC; Monitor沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）III目目 录录 1 绪 论.11.1 电梯的概述.11.1.1 电梯在国内外的研究现状.11.1.2 电梯的分类.21.2 可编程控制器（PLC）简介 .21.2.1 PLC 的发展阶段 .31.2.2 PLC 的主要功能 .41.2.3 PLC 的主要特点 .51.3 课题的目的、意义.61.4 主要研究内容.72 电梯系统总体设计.82.1 电梯的外部结构及控制要求.82.2 方案选择.92.2.1

7、 硬件方案的确定.92.2.2 软件方案的确定.92.2.3 监控系统的确定.103 电梯系统硬件的设计.113.1 PLC 结构及工作原理.113.2 系统的 CPU 处理模块.133.3 系统的端口分配及功能表.133.4 系统的外部接线图.154 电梯系统的软件设计.174.1 西门子 PLC 编程软件 .174.2 系统的程序设计.184.2.1 程序流程图.18沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）IV4.2.2 主要程序设计及分析.184.3 程序调试.264.3.1 PC 与 PLC 的通信.264.3.2 调试.275 电梯监控系统的设计.285.1 MCGS 组态软件介

8、绍.285.2 组态软件的制作过程.295.2.1 建立 MCGS 新画面 .295.2.2 定义数据变量.295.2.3 制作监控画面.315.2.4 编写控制流程.335.3 遇到的问题分析.346 结 论.35致 谢.36参考文献.37附录 PLC 程序 .38附录 组态命令程序.49 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）11 绪绪 论论1.1 电梯的概述电梯的概述1.1.1 电梯在国内外的研究现状电梯在国内外的研究现状电梯进入人们的生活已经 150 年了。1854 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明，从此，人类历史上第一部安

9、全升降梯诞生。奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889 年 12 月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892 年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150 年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道

10、空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。另外，调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保等一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于 1901 年安装的。1932 年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。十一届三中全会后，我国电梯业进

11、入了高速发展的时期。解放前，我国电梯拥有量仅约 2000 台，也没有电梯制造业。70 年代初，全国仅有几家电梯制造厂，至 80 年代末就发展到 150 多家，至今已超过 200 家，且世界著名电梯厂商在我国均有合资企业。目前我国合资、沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）2独资的电梯生产企业已有 200 多家。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用，电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。时至今日，电梯已进入了全面发展的新时期。1.1.2 电梯的电梯的分类分类电梯的种类相当很多，按用途分为乘客电梯、载货电梯、医用电梯、住宅电梯、杂物电梯、观光电梯、

12、车辆电梯、船舶电梯、建筑施工电梯等；按驱动方式可分为交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、螺杆式电梯、直线电机驱动的电梯；按速度分为低速电梯（速度低于 1m/s 以下） 、中速电梯（速度在 12m/s 之间） 、高速电梯（速度大于 2m/s） 、超高速电梯（速度超过 5m/s） ，不过随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高；按拖动方式分为交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯等；按操纵控制方式分为手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯等。除上述电梯的分类外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、斜行电

13、梯、双层轿厢电梯等等。1.2 可编程控制器（可编程控制器（PLC）简介）简介PLC（Programmable Logic Controller）通常称为可编程控制器，它是一种以微处理器为基础，综合了现代计算机、自动化技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。由于它拥有体积小、功能强、程序设计简单、以及维护方便等特点，特别是适应恶劣的工业环境的能力和高可靠性，使其应用越来越广泛。1987 年 2 月国际电工委员会（IEC）对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专门为在工业环境下应用而设计的。它采用可可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序

14、控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计”。事实上，可编程控制器是一种以微处理器为核心，带有指令存储器和输入/输出沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）3接口，将自动化、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。1.2.1 PLC 的的发展阶段发展阶段 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信技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分为以下三个阶段。 早期的 PLC（20 世纪 60 年代末

15、20 世纪 70 年代中期）早期的 PLC 可编程逻辑控制器，是继电器控制装置的，其主要功能只是执行原来有继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上做了改进以适应工业控制现场的要求。在软件编程上，采用广大电器工程技术人员所熟知的继电器控制线路方式梯形图。其中 PLC 特有的编程语言梯形图一直沿用至今。 中期的 PLC（20 世纪 70 年代中期20 世纪 80 年代中后期）在 20 世纪 70 年代，微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元（CPU） ，这样使PLC 的功能大大

16、增强。在软件方面，除了保持原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通信、自诊断等功能。在硬件方面，增加了模拟量模块、远程 I/O 模块、各种特殊功能模块并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加。除此之外，还提供了一定数量的数据寄存器。 近期的 PLC(20 世纪 80 年代中后期至今)进入 20 世纪 80 年代中后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造商研发的专用逻辑处理芯片。这样使 PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。近年来，PLC 技术发展很快，性能不断提高，类型也在不断增多，

17、功能也越来越完善。因此，PLC 已发展成为当今自动化、信息化的重要支柱。1.2.2 PLC 的主要功能的主要功能随着 PLC 技术的为断发展，目前已能实现以下功能。沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）4 调节控制功能条件控制功能是指用 PLC 与、或、非指令取代继电器触点串联，并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制。 定时/计数控制功能定时/计数控制功能就是用 PLC 提供的定时器，计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时时间继电器。 步进控制功能步进控制能就是步进指令来实现在多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下道工序的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 数

18、据处理功能数据处理功能是指 PLC 能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。 A/D 与 D/A 转换功能A/D 与 D/A 转换功能就是通过 A/D，D/A 模块完成模拟量和数字量之间的转换。 运动、过程控制功能运动控制功能就是指通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制。过程控制功能是指通过 PLC 的 PLD 控制指令实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。 扩展功能扩展功能是指通过连接输入/输出扩展单元（即 I/O 扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊单元来提高 PLC 的控制能力。 远程 I/O 功能

19、过程 I/O 功能是指通过过程 I/O 单元将分散在远距离的各种输入，输出设备与沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）5PLC 主机相连接，进行远程控制，接收输入信号，传出输出信号。 通讯联网功能通讯联网功能是 PLC 之间的联网，PLC 与上位计算机的连接等，实现远程 I/O控制或数据交换，以完成系统规模较大的复杂控制。 监控功能监控功能是指 PLC 能监视系统各部分运行状态和进程，以系统出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动中止运行。也可在线调整，修改控制程序中定时器，计数器等到设事实上值或强制 I/O 状态。1.2.3 PLC 的主要特点的主要特点PLC 之所以能迅速发展和广泛应用

20、，是因为它具有以下特点： 可靠性高 PLC 不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。 PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。 PLC 有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。 PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。 PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用

21、软件滤波；软件自诊断；简化编程语言等。 易操作 操作方便。对 PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数 PLC 采沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）6用编程器进行输入和更改的操作。 编程方便。PLC 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。 维修方便。PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。 灵活性高 编程的灵活性。PLC 采用的编程语言有梯形图、助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、

22、应用面拓展。 扩展的灵活性。PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。 操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。1.3 课题的目的、意义课题的目的、意义以前，我国住宅楼电梯大部分是采用继电器控制的，由于控制线路复杂、体积大、故障率高而且难于维护，使电梯难以达到安全、稳定、可靠的基本要求，事故时有发生。鉴于继电器控制存在着上述的种种弊端，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。同时，由于 PLC 功能

23、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。因此，本系统采用西门子公司的小型 PLC 系列 S7200中的 STEP7-Micro/WIN4.0 编程软件。随着计算机技术、控制技术和网络技术的发展，现在的电梯系统都倾向于采用先进、实用、可靠的 PLC 来进行控制，这样能提高电梯系统的经济性、可靠性及可维护性。在工业自动化领域中，自动化设备的应用很多都离不开监控系统。使用监控系统对工业自动化生产过程实施监控，即使不深入现场，也能了解设备状况，分析设备问题，并且能够记录设备的各种信息。另外，还能及时发现问题并解决，从而完沈阳航空工业

24、学院北方科技学院毕业设计（论文）7善生产的环节。因此，本系统就是采用 MCGS 组态监控软件进行监控，此软件操作简单，可视性好，无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定、功能全面的监控系统。在现实生活中，操作者还可通过以太网或其它办公信息网络等对电梯设备进行在线监控，从而达到远程维护的目的，这样既节省人力和财力，又能及时发现问题并解决。 1.4 主要研究内容主要研究内容本次设计主要是利用可编程序控制器（PLC）控制一个四层电梯，首先进行硬件设计，包括 CPU 处理模块、扩展模块、资源分配以及外部接线等，然后在硬件设计的基础上，选用西门子公司的 STEP7Micro/

25、WIN4.0 编程软件进行了设计，设计出系统的程序流程图及梯形图程序，并对系统进行了分析和调试，实现了电梯的自动控制。并且用上位机 MCGS 组态软件进行监控，检验电梯 PLC 控制系统的运行情况，从而达到对电梯的监视控制。沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）82 电梯系统总体设计电梯系统总体设计2.1 电梯的外部结构电梯的外部结构及控制要求及控制要求图 2.1 电梯外部结构由上图可知，电梯由安装在各楼层电梯口的上升、下降呼叫按钮，电梯轿厢内楼层选择按钮，上升下降指示，各楼层到位行程开关组成。当电梯在上升的过程中只响应向上的呼叫，在下降的过程中只响应向下的呼叫，电梯向上或向下的呼叫执行

26、完成后再执行反向呼叫。另外电梯还具有楼层显示、呼叫记忆、内选呼叫指示等功能。 本系统设计的电梯达到如下要求：行车方向由内选信号决定，顺向优先执行；行车途中如遇呼梯信号时，顺向截车，反向不截车；内选信号、呼梯信号具有记忆功能，执行后解除；内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均有信号灯指沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）9示；楼层显示灯亮表示轿厢停于该层，灯灭表示电梯离开该层；无呼梯时，5S内没有人呼梯，电梯停止运行；行车时不能手动开门或本层呼梯开门，开门不能行车。2.2 方案选择方案选择系统总体逻辑框图，如图 2.2 所示。 图 2.2 系统总体逻辑框图2.2.1 硬件方案的确定

27、硬件方案的确定PLC 种类繁多，虽然功能和指令不尽相同，但结构与工作原理则大同小异。通常 PLC 由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。根据此次电梯控制系统的要求，我选用了德国西门子公司推出的小型PLC 系列 S7-200，它具有可靠性高、体积小、扩展方便，使用灵活的特点。此系统为多点输入、多点输出，CPU 选择 224 系列，扩展模块选用 EM223。2.2.2 软件方案的确定软件方案的确定本系统选用 STEP7-Micro/WIN4.0 版编程软件，是因为它比以往的编程软件功能更新、更强，支持 32 位的 Windows95、Windows98、W

28、indows NT、Windows XP使用环境，并且具有易于操作，界面一致性好，简单易学的特点。使用该软件时需要一根连到计算机串行通讯口的 PC/PPI 电缆，其通讯参数的配置可以在安装软件结束时或在运行时进行。 现场信号小型 S7-200扩展模块EM223组态监控 电梯沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）102.2.3 监控系统的确定监控系统的确定 MCGS(Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，能够在 Windows 平台上运行。另外，MCGS充分利用 windows 图形功能完备

29、、界面一致性好、易学易用的特点，在自动化领域有着更广泛的应用。因比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性，所以选用 MCGS 组态软件制作人机对话界面，检验电梯 PLC 控制系统的运行情况。沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）113 电梯系统硬件的设计电梯系统硬件的设计3.1 PLC 结构及工作原理结构及工作原理PLC 的基本结构：一般 PLC 分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式 PLC 有一块 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU性能分成若干型号，并按 I/O 点数又有若干规格。对模块式 PLC 有 CPU 模块、I/O模块、内存、

30、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC 的基本结构框图如图 3.1所示。图 3.1 PLC 基本结构框图 PLC 的工作原理：当 PLC 运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但 CPU 不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于 CPU 的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC 外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为 PLC 的扫描工作方式。用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程

31、序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。如图3.2所示：PLC采用集中采样，集中输出的工作方式，减少了外界干扰的影响。沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）12图 3.2 PLC 扫描工作原理图PLC工作过程分三个阶段进行，即输入采样、程序执行和输出刷新。以下详细叙述PLC三个阶段的工作过程： PLC在输入采样阶段：以扫描方式依次地读入信号的通/断状态，并将它们存入存储器输入暂存区的相应单元内，这部分存储区也特别地称为输入映像区。在读输入结束后，PLC转入用户程序执行阶段。 PLC 在程序执行阶段：

32、按照先后顺序扫描执行每条指令，从输入映像存储区中读取输入状态，根据用户程序进行逻辑运算，将不断得到运算结果，而运算得到的结果是将其对应地先存入输出暂存区（输出映象区）的相应单元中，直到用户程序全部被执行完。本扫描周期内的程序执行阶段结束后，PLC 转入写输出阶段。 输出刷新阶段：当所有的指令执行完毕，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（继电器等）输出，驱动相应输出设备工作。在此期间 PLC 根据输出映像区中的对应状态刷新所有的输出锁存电路，再经隔离驱动到输出端子，向外界输出控制信号，这才是 PLC 的实际输出。为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，

33、PLC 在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和 CPU 等进行诊断，诊沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）13断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。此时，PLC 立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。诊断结束后，如没发现故障，PLC 将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。

34、处理完通信后，PLC 继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作。3.2 系统的系统的 CPU 处理模块处理模块基本 CPU 单元选用的是 CPU224，性能如下：2048 程序存储器；2048 数据存储器；14 点输入，10 点输出；可扩展 7 个模块；128 个定时器；128 个计数器；4个硬件中断、1 个定时器中断；实时时钟；高速计数器；可利用 PPI 协议或自由口进行通信。 由于 CPU224 的输入和输出点不能满足设

35、计的要求，因此还添加了扩展模块，扩展模块选用的是 EM223 继电器型，性能如下：输入电压 24V；8 点输入、8 点输出；额定负载电压 24VDC/24V230V AC；允许范围 20.430V DC/20250V AC；输出电压 L0.3V -每组电流总和 8A；I/O 端子可拆卸；背板总线消耗电流 80mA；功耗 3W 。3.3 系统的端口分配及功能表系统的端口分配及功能表对于 PLC 电梯控制系统的输入、输出点必须进行合理的配置。基本的输入显示功能有：一层内选指示、二层内选指示、三层内选指示、四层内选指示、一层上呼指示、二层上呼指示、三层上呼指示、二层下呼指示、三层下呼指示、四层下呼指

36、示、一层楼层指示、二层楼层指示、三层楼层指示、四层楼层指示、低脉冲按钮、直线启动按钮共 16 个点。基本的输出显示功能有：一层内选指示、二层内选指示、三层内选指示、四层内选指示、一层上呼指示、二层上呼指示、三层上呼指示、二层下呼指示、三层下沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）14呼指示、四层下呼指示、一层楼层指示、二层楼层指示、三层楼层指示、四层楼层指示、轿厢下降指示、轿厢下降指示（同正转、反转） 、电梯运行指示共 17 个点。电梯控制的逻辑关系，各输入、输出端子分配见表 3.1。表 3.1 端口分配及功能表序号PLC 地址功能说明1I0.0四层内选按钮2I0.1三层内选按钮3I0.2

37、二层内选按钮4I0.3一层内选按钮5I0.4四层下呼按钮6I0.5三层下呼按钮7I0.6二层下呼按钮8I0.7三层上呼按钮9I1.0二层上呼按钮10I1.1一层上呼按钮11I1.2四层行程指示12I1.3三层行程指示13I1.4二层行程指示14I1.5一层行程指示15I2.0低脉冲按钮16I2.1直线启动按钮17Q0.0四层指示18Q0.1三层指示19Q0.2二层指示20Q0.3一层指示21Q0.4轿厢下降指示、反转22Q0.5轿厢上升指示、正转23Q0.6四层内选指示24Q0.7三层内选指示25Q1.0二层内选指示26Q1.1一层内选指示27Q2.0四层下呼指示28Q2.1三层下呼指示29Q

38、2.2二层下呼指示30Q2.3三层上呼指示31Q2.4二层上呼指示32Q2.5一层上呼指示沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）1533Q2.6电梯运行指示3.4 系统的外部接线图系统的外部接线图西门子 S7-200 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化，具有极高的性能/价格比。图 3.2 就是 S7-200PLC 的外部接线图。主机1M、2M、3M 和面板 V+接电源+24V，主机 1L、2L、3L、4L、5L 和面板 COM 接电源 GND。图 3.2 PLC 外部接线图沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）1沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（

39、论文）174 电梯系统的软件设计电梯系统的软件设计4.1 西门子西门子 PLC 编程软件编程软件STEP7Micro/WIN 是专门为 S7-200 设计的，在个人计算机 Windows 操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学。用户可以通过语句表、梯形图和功能块图编程，不同的编程语言编制的程序可以相互转换，可以用符号表来定义程序中使用的变量地址对应的符号。图 4.1 程序编辑窗口STEP7-Micro/WIN4.0 的编程界面如图 4.1 所示。程序编辑器窗口包含为当前项目使用的编辑器的局部变量表和程序视图。其编程软件具有以下一些功能：硬件配置、参数设置、通信设置、程序编辑

40、、测试、运行和诊断等功能。 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）184.2 系统的程序设计系统的程序设计4.2.1 程序流程图程序流程图PLC 设计电梯采用自动运行方式控制，根据此控制逻辑设计的流程图如图 4.2所示。图 4.2 电梯设计的流程图4.2.2 主要程序设计及分析主要程序设计及分析当电梯内部呼叫时，电梯的内部指示灯会亮，同时电梯会自动运行到该呼叫层。显示内选指示灯的亮灭程序如下：沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）19沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）20按下呼叫电梯按钮，说明有人外部呼叫电梯，这时，电梯会自动运行到该层，同时，对应的楼层指示灯亮。电梯运行

41、程序如下：沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）21沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）22沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）23沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）24电梯上、下行程序如下：沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）25沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）264.3 程序调试程序调试4.3.1 PC 与与 PLC 的通信的通信程序 PC 与 PLC 进行通讯，需一些参数的设置，本系统的参数设置过程如下： 程序与 PLC 的 CPU 通讯电缆进行连接。 设置远程站（即 S7-200）的地址，使它与 S7-200 的地址相同，本系统设置为

42、 2，如图 4.3 所示。 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）27图 4.3 计算机与 PLC 的通信设置 从图 4.3 中可知 PLC 通讯参数的设置，其中接口为 PC/PPI cable（COM 1） ，协议为 PPI，模式为 11 位，波特率为 9.6 千波特。4.3.2 调试调试把编写好的程序传送到 PLC 中，运行硬件时，不能很好的实现设计的功能，经过反复的调试、修改，终于实现了电梯设计的要求。另外在软件调试过程中也遇到了一些的问题，比如下载 PLC 程序时，显示下载错误，PLC 程序无法运行。这是因为 PLC 的地址输入错误，只要点击“刷新”，把获取的地址输入则下载就恢复

43、正常。沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）285 电梯监控系统的设计电梯监控系统的设计5.1 MCGS 组态软件介绍组态软件介绍MCGS 全中文工业自动化控制组态软件（以下简称 MCGS）是一套 32 位工控组态软件，可稳定运行于 Windows95/98/Me/NT/2000 等多种操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、机械、纺织、航天、建筑、通讯、实验室等多种工程领域。MCGS 组态软件具有全中文、面向窗口的可视化操作界面。实时性强，有良好的并行处理

44、性能和丰富生动的多媒体画面。MCGS 组态软件的开放式结构拥有广泛的数据获取和强大的数据处理功能。同时。提供良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限。MCGS 组态软件支持多种硬件设备，实现“设备无关”，用户不必因外部设备的局部改动，而影响整个系统。MCGS 组态软件由“MCGS 组态环境”和“MCGS 运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。目前，MCGS 组态软件已经成功推出了 MCGS 通用版组态软件、MCGS 网络版组态软件和 MCGSE 嵌入版组态软件。三类产品风格相同，功能各异，三者完美结合，融为一体，形成了整个工业监控系统的从设备采集、工作站数据处理和控制

45、、上位机网络管理和 web 浏览的所有功能，很好的实现了自动控制一体化的功能。本文利用 MCGS 组态软件设计，在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备，正确设置其属性。正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接，即可实现 PLC 与组态软件的通讯。将 PLC 中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合，使电脑对 PLC 发出的信号有响应。在 MCGS 组态软件的用户窗口中，制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属性，使设置的控件按照真实的情况动作，检验和测试电梯 PLC 控制系统对电梯的运行状态的控制效果。MCGS 用主控窗口、设备窗口和用沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）29户窗口

46、来构成一个应用系统的人机交互图形界面。组态配置各种不同类型和功能的对象或结构，可以对实时数据进行可视化处理。 5.2 组态软件的制作过程组态软件的制作过程5.2.1 建立建立 MCGS 新画面新画面制作组态软件需要画面的设计和参数的设置，由图 5.1 用户窗口属性设置可知，窗口位置为任意摆放，窗口边界为可变边。在“用户窗口属性设置”中，还能对扩充属性、启动脚本、循环脚本、退出脚本进行参数设置。图 5.1 电梯监控画面基本属性设置5.2.2 定义数据变量定义数据变量实时数据库是 MCGS 工程的数据交换和数据处理中心。数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也即是定义数据变量的过

47、程。定义数据变量的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数等。在定义之前，应充分分析和考虑所有问题，最后列出需要沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）30的所有的点（即变量） 。在定义时根据不同点的作用具体设置每个点的类型及参数。根据西门子 S7-200 点数、电梯模型输入输出端子分配及监控程序的内部变量，设置的数据变量如表 5.1 所示。表 5.1 数据词典列表 变量名变量类型寄存器对应数据变量四层内选按钮开关型I0.0i00三层内选按钮开关型I0.1i01二层内选按钮开关型I0.2i02一层内选按钮开关型I0.3i03四层下呼按钮开关型I

48、0.4i04三层下呼按钮开关型I0.5i05二层下呼按钮开关型I0.6i06三层下呼按钮开关型I0.7i07二层下呼按钮开关型I1.0i10一层下呼按钮开关型I1.1i11四层行程指示开关型I1.2i12三层行程指示开关型I1.3i13二层行程指示开关型I1.4i14一层行程指示开关型I1.5i15四层指示灯开关型Q0.0q00三层指示灯开关型Q0.1q01二层指示灯开关型Q0.2q02一层指示灯开关型Q0.3q03轿厢下降指示开关型Q0.4q04轿厢上升指示开关型Q0.5q05四层内选指示开关型Q0.6q06三层内选指示开关型Q0.7q07二层内选指示开关型Q1.0q10一层内选指示开关型Q

49、1.1q11一层上呼指示开关型Q2.5q25二层上呼指示开关型Q2.4q24三层上呼指示开关型Q2.3q23四层下呼指示开关型Q2.2q22三层下呼指示开关型Q2.1q21二层下呼指示开关型Q2.0q20 一次动作标志数值型movey1 门开关动作数值型movex1沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）315.2.3 制作监控画面制作监控画面轿箱运动监控动画是电梯监控程序的一个重要内容，它以动画的方式直接反映电梯模型的运动，生动形象。而它的制作过程较为复杂繁琐，而且要制作一个立体的形象的轿箱模型要绘制许多图案并把它们组合在一起，而其中对图素前后位置以及图案重叠的把握，将直接影响监控动画的

50、形象性。在制作过程中，经过多次的调整、组合、叠放、覆盖等步骤才制作出了一个效果让人满意的图形组合。之后设置监控动画的各个参数，与 PLC 相连反复调试运动速度最后终于达到了满意的监控效果。 本系统的组态画面设计如下图所示。图 5.2 组态欢迎窗口沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）32图 5.3 组态模拟图图 5.4 电梯控制界面沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）335.2.4 编写控制流程编写控制流程用户脚本程序是由用户编制的、用来完成特定操作和处理的程序，脚本程序的编程语法非常类似于普通的 C 语言，正确地编写脚本程序，可大大提高工作效率，优化控制过程。本系统的脚本编制过

51、程如下：在策略组态中，单击工具条中的“新增策略行”图标，则显示如下：在策略组态中，如果没有出现策略工具箱，请单击工具条中的“工具箱” 图标，弹出“策略工具箱”，如下：单击“策略工具箱”中的“脚本程序”，把鼠标移出“策略工具箱”，会出现一个小手，把小手放在上，单击鼠标左键，则显示如下：双击进入脚本程序编辑环境，输入电梯监控系统的相关程序，见附录II。沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）345.3 遇到的问题分析遇到的问题分析在本次监控软件的制作过程中，遇到了一些问题。譬如组态软件不能与 PLC 同时进行通讯，因为二者共用一个计算机串口，必须要关掉其中一个，只有这样才能使另外一方与 PLC

52、 进行数据交换，当时在这个问题上耽误了很长时间，最后在老师的帮助下，才顺利的解决了该问题。还有一个很大的问题就是通过上位机控制PLC，由于对 PLC 和组态软件 MCGS 的知识掌握的不够全面，迟迟没有实现上位机控制，不过在指导老师李姣老师的指导下，成功的调试出了上位机对 PLC 的控制，最终完成监控系统的设计。在组态监控中还存在一些问题，例如有人呼叫电梯时，监控反应相对迟缓，特别是电梯的开、关门总是延时，后来经过查询资料发现通信的传输率造成的。以上是我在制作人机界面遇到的问题，通过这一次次的修改，让我对组态软件和西门子 PLC 有了更深刻的认识。沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）3

53、56 结结 论论 本次毕业设计内容是四层电梯的控制系统。本文采用西门子 S7200 可编程控制器设计电梯的控制系统，完成电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示等控制任务。利用 MCGS 组态软件设计模拟电梯 PLC 控制系统的运行。将 PLC 中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合，能够按照真实的情况动作，检验和测试电梯 PLC 控制系统对电梯的运行状态的控制效果。实践证明，将 PLC 可编程控制器和 MCGS 组态软件结合可以非常好地模拟电梯控制系统的测试运行，有利于PLC 控制系统的设计和检测，具有良好的应用价值。通过本次毕业设计，我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高

54、，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。使我对西门子公司出品的 PLC 编程软件有了充分的了解和掌握，同时，还让我对监控软件在实际生产生活中的应用有了广泛的认识。另外，还培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。与此同时，也锻炼了我的动手能力，而这些正是我成长过程中一次很好的经历，我相信一定会为我今后的发展奠定了良好的基础。沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）36致致 谢谢四年的大学生活即将结束，在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，是他们在我的大学生活中给予了我无私的帮助和关怀，教会了我方方面面的知识和经验。随着时间的推移，为期 4 个月的毕业设计也已经接近

55、尾声。在这 4 个月时间里，我首先要感谢在毕业设计中给了我热心指导和帮助的李姣老师，因为有了李姣老师的耐心和敬业精神，才使我的毕业设计能够顺利的完成。同时，我还要向在做毕业设计期间帮助过我的同学表示衷心的感谢！最后，对各位专家、老师审阅我的论文深表感谢，并渴望给予批评指导。沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）37参考文献参考文献 1 廖常初.PLC 编程及应用.机械工业出版社,20072 刘洪涛,黄海.PLC 应用开发.电子工业出版社,20073 鲁远东.PLC 机电控制系统应用设计技术.电子工业出版社,20064 陈在平.可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社,20025 章

56、文浩.可编程控制器原理及应用.国防工业出版社,20036 西门子(中国)公司.西门子 STEP7 程序设计编程手册,19967 李树雄.可编程序控制器原理及应用教程.北京航空航天大学出版社,20038 陈立定.电气控制与可编程控制器.华南理工大学出版社,200l9 刘载文.电梯控制技术.电子工业出版社,199610 MCGS 参考手册,MCGS 用户指南,北京昆仑通态自动化软件科技有限公司 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）38附录附录 PLC 程序程序沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）39沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）40沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计

57、（论文）41沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）42沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）43沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）44沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）45沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）46沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）47沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）48沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）49附录附录 组态命令程序组态命令程序楼层显示if i04=1 then 楼层=4if i05=1 or i11=1 then 楼层=3if i06=1 or i10=1 then 楼层=2if i07=1

58、then 楼层=1if i12=1 and i04=0 and i05=0 and i06=0 and i07=0 and i10=0 and i11=0 then 楼层=1if i13=1 and i04=0 and i05=0 and i06=0 and i07=0 and i10=0 and i11=0 then 楼层=2if i14=1 and i04=0 and i05=0 and i06=0 and i07=0 and i10=0 and i11=0 then 楼层=3if i15=1 and i04=0 and i05=0 and i06=0 and i07=0 and i10=

59、0 and i11=0 then 楼层=4内外呼叫判别if i00=1 or i01=1 or i02=1 or i03=1 then内部呼叫 = 1外部呼叫 = 0end ifif i04=1 or i05=1 or i06=1 or i07=1 or i10=1 or i11=1 then内部呼叫 = 0外部呼叫 = 1end if选择标志内选if i00=1 thenflag00=1end ifif i01=1 thenflag01=1end ifif i02=1 thenflag02=1end if沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）50if i03=1 thenflag03=

60、1end if外选if i04=1 thenflag04=1flag05=0flag06=0flag07=0flag10=0end ifif i05=1 thenflag04=0flag05=1flag06=0flag07=0flag10=0flag11=0end ifif i06=1 thenflag04=0flag05=0flag06=1flag07=0flag10=0flag11=0end ifif i07=1 thenflag04=0flag05=0flag06=0flag07=1flag10=0flag11=0end ifif i10=1 then沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计

61、（论文）51flag04=0flag05=0flag06=0flag07=0flag10=1flag11=0end ifif i11=1 thenflag04=0flag05=0flag06=0flag07=0flag10=0flag11=1end if停在该层时,标志清零if q00=1 then flag00=0if q01=1 then flag01=0if q02=1 then flag02=0if q03=1 then flag03=0电梯门开关门关上前 限位开关动作会引起关门失效movey1 一次动作标志movex1 门开关动作if i12=1 or i13=1 or i14=1 or i15=1 thenmovey1=1开门标志=1end ifif 开门标志=1 and movex1=0 then movex1=movex1-5