基于PLC的三层电梯控制系统设计毕业论文

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1、图书分类号：密 级：毕业设计(论文)基于PLC的三层电梯控制系统设计窗体顶端窗体底端DESIGN OF THREE-TIER ELEVATOR CONTROL SYSTEM BASED ON PLC 毕业设计(论文)学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使

2、用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日II摘要现代社会电梯已经随处可见，但随着高层建筑的快速发展，人们对电梯的要求也越来越高，如：安全可靠、低耗节能、舒适等。如此高要求促使可编程控制器取代了传统的继电器控制，促进着电梯行业的快速发展。本设计主要对PL

3、C三层电梯控制系统进行了设计，实现了三层电梯的楼层指示、选层定向、自动运行、呼梯指令等控制。具有可靠性、灵活性和可维护性等特点。本文不仅介绍了电梯的基本结构而且对电梯的工作原理做了深入的分析，阐述了PLC的优点，先后介绍了控制系统软硬件设计方案，并利用“组态王”进行了仿真模拟实验。关键词 三层电梯；控制系统；西门子PLC；组态王Abstract窗体顶端Modern social elevator has been everywhere, but with the rapid development of high-rise buildings, people demand more and m

4、ore elevators, such as: safe, reliable, low energy, comfort and so on. Such high demands for the PLC to replace the traditional relay control, and promote the rapid development of the elevator industry.This paper focuses on three elevator PLC control system is designed to achieve a three-floor eleva

5、tor instructions, choose layer orientation, automatic operation, the call instruction and other controls. Reliability, flexibility, and maintainability characteristics.This article not only describes the basic structure of the elevator and the elevator works done in-depth analysis to explain the adv

6、antages of PLC, has introduced the control system hardware and software design, and the use of configuration king for the simulation experiment.Keywords three elevator control system siemens PLC kingview毕业设计(论文)目 录摘要IAbstractII目 录I1 绪论11.1 设计的背景11.2 设计的意义11.3 设计的内容22 电梯设备与电梯的发展动态32.1 电梯的诞生32.2 电梯设备简

7、介32.2.1 电梯的分类32.2.2 电梯的主要参数32.2.3 电梯的安全保护装置42.3 电梯的发展概况5 2.4 电梯技术发展概况52.5 交流曳引电梯调速方式发展62.6 电梯变频调速控制的特点62.7 电梯发展展望73 电梯的传动系统83.1轿厢的组成83.2曳引系统93.2.1 绕绳方式93.2.2 曳引力的计算103.2.3 电机的选择114 调速变频器类型选择134.1 变频器的分类以及选择134.2 通用变频器简介144.3 VS一616G5型通用变频器154.4 VS-616G5型通用变频器电梯调速系统175 PLC的选型及其控制系统的设计185.1 PLC的简介185.

8、2 PLC控制电梯的优点205.3 电梯控制系统的设计205.4 可编程控制器(PLC)的选型215.5 电机调速系统的设计215.6 设计思路225.6.1 电梯控制设计的要求225.6.2 I/O点数的分配及型号的选择225.6.3 PLC外部接线图256 系统软件开发276.1 系统的软件开发过程276.1.2 停层信号的登记与消除276.1.3 外呼信号的登记与消除286.1.4 开关门306.1.5 电梯的定向316.1.6 电梯的上升与下降326.1.7 电梯位置的确定以及显示346.1.8 轿厢的平层与停车346.2 程序框图设计：347 仿真软件的调试367.1组态软件简介36

9、7.2“组态王”简介377.3组态软件的设置387.3.1创建工程387.3.2设置组态王的通信参数397.3.3在数据词典中创建变量407.3.4组态虚拟电梯画面427.3.5动画连接427.3.6用命令语言编写用户程序447.3.7实验运行45结论45致谢46参考文献47附录48201 绪论1.1 设计的背景自从19世纪50年代人类发明出真正意义上的电梯以来，电梯控制系统部分的设计越发的显现出它在电梯中的重要地位。这几年来，我国经济不断的发展，各种高楼大厦平地而起，这使得电梯的使用更加的频繁，所以电梯正是大家生活中必不可少的代步工具。而且如今的建筑物都是越来越高大，楼层当然也是越来越多，对

10、电梯的要求自然也就越来越苛刻。对电梯的要求就包括电梯的调速精度、调速范围等，当然在满足这些要求的同时同样要确保电梯节能运行且安全可靠。以往的电梯只能保证人员到达指定楼层，并没有满足乘客的舒适感。因为它是采用接触器来改变电动机的工作状态，调速是运用双速异步电动机在定子回路中串电抗与电阻来实现1。它的缺陷不仅仅于此，还有一个重要原因是他的控制系统让继电器逻辑控制组成。继电器逻辑控制使系统使用的电气元件过多，继而一再出现电气故障，造成功能较弱、不可靠、使用寿命低等弊端。与之相比较可编程控制器（PLC: Programmable Logic Controller）就明显要好太多。可编程控制器的发展就是

11、为了满足顺序逻辑控制的需要，同时这种数字计算运行的电子装置是专门为了工业环境使用而安排的。它具有相当多的优点，例如体积小、可靠性高、逻辑性能强、可在线修正控制程序、具有远程通讯联网功能，具备高速记数和位控等高性能模块等。得益于如此多的优点，使得它在交通、机械、纺织、电子、化工等行业得到广泛运用。正因为如此，电梯使用PLC控制系统已经逐步的取代了传统电梯使用继电器控制的时代。与之同样兴盛的还有电梯的调速方式。传统的电梯拖动采用直流调速，这种方式不仅不能确保乘客的舒适度和平层的精度，而且动力消耗大，运转花费高。电机交流变频调速技术的兴盛正好解决了这一问题，代替了电梯调速的方法。所以，现代电梯设计的

12、热点就是PLC控制技术与变频调速。1.2 设计的意义电梯行业中，在国内7080年代装配的电梯都还是继电器控制。正因为如此，这些电梯的线路复杂，接线也繁琐，故障率也高。以往的电梯调速方式一般有变极调速、调压调速、直流调速2。正是因为大部分老式电梯的电控系统存在的各式各样的缺陷，性能也欠佳，各个公司以及用户都希望寻求更加可靠，更加节能以及节约资金的设计。由于市场以及人们的迫切需求，我们对电梯控制技术更加要努力的探讨，寻找出一条崭新的顺应国内老式电梯的改革之路，这对于提升我国的经济以及电梯技术水平和质量有着非常重大的价值。在不断的探索与发现之后，人们提出了选取可编程控制器（PLC）来控制电梯。采用可

13、编程控制器（PLC）有着功能强、故障率低、可靠性高等方面的优点，解决了老式电梯采用继电器逻辑控制存在的功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺点3。仅仅将控制系统改成可编程控制器设计还远远不够，调速系统也必须加以改进。为了能让乘客更加的舒适和保证平层精确（准确停车），还要保证在各种负载下能够具有良好的调速性能，本设计的调速系统将采用交流变频调速。这些设计相对于以往的老式电梯，在能源方面能大大减少能耗，对之后的长久发展有着不可估量的影响。1.3 设计的内容主要的设计内容如下：首先查阅相关书籍了解电梯的工作原理，确定电梯的主要组成和结构，对电梯的传动方面的设计做出一定的设计。接着对电梯系统进行一定

14、的了解，总结且介绍下可编程控制器（PLC）和变频器的特点与功能。本次设计主要是对电梯控制系统方面的设计，了解电梯控制系统的特点与分类。确定了系统的总体结构，采用PLC来控制信号传递，变频器来控制调速。根据要求来选取相应合适的变频器以及可编程控制器（PLC）的型号，设计I/O分配图、外部接线图。设计完成后，结合实际硬件电路，利用西门子PLC编辑软件STEP7绘制出梯形图，最后使用“组态王”软件进行仿真模拟。2 电梯设备与电梯的发展动态2.1 电梯的诞生历史上第一部安全升降梯在1854年诞生的。那是美国人格雷夫斯在纽约水晶宫举办的世界博览会上，第一次向世人展示了他的发明。至此以后，全世界都广泛地使

15、用了升降梯。那时，在中国最为领先的公司就是奥的斯电梯公司。在这过去的150年内，这家公司迅速崛起，成为了亚洲乃至世界闻名的电梯公司。虽然当时中国的高层建筑并不多，但伴随改革开放，我国的经济不断地发展。伴随着发展，全国各地的高层建筑平地而起，电梯这个作为高层建筑中不可或缺的交通工具，其重要性不言而喻。随着楼层的不断增加，人们对电梯的需求以及要求自然提高。在电梯的发展过程中，它的类型、规格越来越多。面对如此多的电梯类型，我们的选择就变的艰难，所以我们必须要了解电梯、熟悉电梯，这样才能确保电梯的正常运行和安全使用。2.2 电梯设备简介2.2.1 电梯的分类各式各样的电梯可分为：按用途分类：医用电梯，

16、乘客电梯，观光电梯，客货电梯，住宅电梯，载货电梯及其他专用电梯等。按速度分类：超高速梯(大于3.5m/s)，高速梯(2.0到3.5m/s)， 快速梯(1.0到2.0m/s)，低速梯(低于1.0m/s)。按驱动方式分类：交流电梯，液压电梯，直线电机驱动的电梯，直流电梯等。按有无司机分类：有/无司机电梯，无司机电梯及有司机电梯等。2.2.2 电梯的主要参数7 仿真软件的调试7.1组态软件简介在使用工控软件中，“组态”这个词我想大家都不会陌生，简单地讲，组态就是利用软件中提供的工具、方法，根据要求模拟完成控制工程中某一具体任务的过程。本次设计我使用的是组态软件当中的一种名叫“组态王”的软件。7.2“

17、组态王”简介现在市场上的组态软件多种多样，其中北京亚控公司的“组态王”应用较为广泛，因为它拥有可靠性高、通信便利、功能强、界面逼真和开发简明方便等特点。（1）组态王软件结构：分为工程管理器、工程浏览器及及运行系统三部分12。依据控制需求画出动态画面,并进行模拟控制画面。（2）组态王和I/O设备组态王在工业监控方面广泛应用,必须支持通过常规通讯接口(如串口方式、USB接口方式、以太网、总线)与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等(如西门子PLC、莫迪康PLC、欧姆龙PLC、三菱PLc、研华模块等等)进行数据通讯13。通过直接*.dll动态库可以实现组态王与I/0设备通讯

18、,不同的设备对应不同的动态库14。使用组态王软件既简单又方便，根据组态王提供的设备就可以定义向导工程中使用的I/O设备，而且利用变量的定义能实现与I/O设备的关联。根本就不需要工程开发人员了解复杂的动态库代码及设备通讯协议15。7.3组态软件的设置7.3.1创建工程双击打开桌面上组态王图标,使工程管理器窗口弹出,点击左上方菜单栏中“文件新建工程”命令或工具条中的“新建”按钮或快捷菜单中的“新建工程”命令后,弹出如图7-1所示的“新建工程向导一”对话框,然后点击“下一步”,根据提示一步步地进行新建工程的操作。图7-1 新建工程向导一此时用户给定的工程信号就初步设置完成，创建工程并未真正完成。当切

19、换到组态王开发环境时，对此工程进行设置时才是真正创建了工程。7.3.2设置组态王的通信参数在工程浏览器中左边的目录中找到“设备”，点击“设备”找到“COM1”，双击图标,进行通信参数设置,如图7-2所示：图7-2 设置通信参数双击右侧内容显示区的“新建.”图标,使“设备配置向导一”对话框弹出,根据提示要求一步步地完成设备配置。步骤为：（1）选择控制系统所用的PLC,点开PLC找到西门子S7一200系列中的PPI通信协议。（2）选择串行设备,本次设计使用COM2口。（3）为安装的设备指定地址,本次设计选择PLC的设备地址为2.2。（4）通信参数的设置选择默认的参数。以上步骤完成之后,如图7-3所

20、示：图7-3 设备配置向导7.3.3在数据词典中创建变量在工程浏览器中左边的目录中，找到“数据库”中的“数据词典”图标并点击,右侧的内容显示区会出现当前工程中定义的所有变量。找到内容显示区最下面的“新建”图标并双击,使如图7-4所示的“定义变量”属性对话框弹出。图7-4 定义变量窗口按照图7-4所示进行相应变量的定义。将鼠标单击选项卡顶部的属性标签，就可进行该属性的定义。完成相应的属性定义后，点击“确定”按钮。如果变量定义成功，则数据库的数据词典中将会出现新建的变量名。反之，变量名不合法，则会弹出提示对话框提示哪里出错,再根据提示重新修改。已经定义好的三层电梯控制系统的变量如图7-5所示:图7

21、-5 数据词典7.3.4组态虚拟电梯画面根据模拟电梯实验的结构画出电梯仿真画面,如图7-6所示，仿真画面和实际电梯运行完全一致。图7-6 仿真电梯画面7.3.5动画连接“动画连接”，顾名思义就是将画面与数据库变量之间的关系相对应所。以二层选层指示灯为例,双击仿真画面上的指示灯图形,使该图库的动画连接对话框弹出,如图7-7所示图7-7 指示灯的动画连接以此类推，将各楼层内呼,外呼,开门,关门的指示灯等都设置下。在仿真画面中显示电梯所处的楼层,双击仿真画面上显示楼层的文本，弹出文本动画连接对话框,如图7-8所示。图7-8 文本动画连接对话框点击“离散值输出”按钮,在弹出的动画框中进行设置。如图7-

22、9所示。图7-9 离散值输出对话框以此类推，所有楼层文本都设置下。7.3.6用命令语言编写用户程序图7-10 按钮按下时的命令语言对仿真画面中按钮的设置,用数据改变命令语言实现。以一层按钮为例,首先双击仿真画面中的一层按钮,弹出按钮的动画连接对话框,在按钮的动画连接对话框中点击“按下时”按钮,然后对“按下时”命令语言进行编写,如图7-10所示。在按钮的动画连接对话框中点击“弹起时”按钮,然后对“弹起时”命令语言进行编写。以此类推，将各个按钮进行设置。在工程浏览器中左边的目录中找到“命令语言”，点击“命令语言”下的“数据改变命令语言”图标。找到内容显示区最下面的“新建”图标并双击,使“数据改变命

23、令语言”对话框弹出,进行设置。如图7-11所示。图7-11 数据改变命令语言对话框以此类推，将各个按钮进行数据改变命令语言。7.3.7实验运行运行监控系统,实验成功。监控画面如图7-6所示。结论这是一次难得能够将所学的，应用到实际设计中的体验。这个三层电梯的控制系统，我查阅了许多相关电梯方面的书籍。经过各种方面的深思熟虑，确定了电梯的传动和控制方法。这次设计使用了西门子PLC。改变了以往继电器逻辑控制存在的功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短的缺点，这样能够不浪费资源。交流变频调速的设计，调速性能良好以及停车准确。此次设计不仅节约电能，而且保证了乘客乘坐舒适和平层精度。伴随国家对于能源使用的重

24、视，电梯研究的创新将逐渐往这方面推广。今后我们对电梯的设计方面应多考虑如何更加的安全以及节能，这样才能更好使电梯发展。致谢参考文献1 何晓燕基于可编程控制器的电梯变频调速系统的研究D 华中科技大学,2006.2 葛俊峰.基于PLC的变频调速电梯系统设计D.内蒙古大学.2010.3 林瑾.基于PLC的交流变频调速电梯控制系统D江南大学.2009.4 余海洲.交流电梯变频控制器的研究D华中科技大学.2002.5 王星阳,樊景峰.PLC实现电梯运行速度曲线控制的研究J济源职业技术学院学报,2011,(1):47-50.6 赵祎.客梯轿厢架强度计算J科技信息（科学教研）,2008,(12):264-2

25、65.7 刘辉,刘晓红.欧拉公式在电梯曳引力计算中的应用J湖北职业技术学院学报,2009,(4):86-89.8 李海涛.浅析变频器在炼油化工装置的应用J中国科技投资,2013,(23):216-216.9 冯镇昌.变频调速系统中电动机和变频器选择和问题分析J科技创新与应用,2012,(10):65-65.10 王阿根.电气可编程控制原理与应用M清华大学出版社,2014.11 汪阳.基于PLC的交流调压调频控制电梯系统设计D苏州大学,2011.12 田若秋.基于PLC和组态软件的电梯监控系统的研究D北方工业大学,2010.13 刘凯深.基于PLC的带式输送机监控系统的研究D西安科技大学,201

26、0.14NobuyaTakahashi,OsamuSato,MichioKono.AstudyofguaranteedcostcontrolofamanipulatorwithapassiverevolutejointJ.ArtificialLifeandRobotics,2010,154.15KeigoWatanabe,KazuyaSato,KiyotakaIzumi,YutakaKunitake.AnalysisandControlforanOmnidirectionalMobileManipulatorJ.JournalofIntelligentandRoboticSystems,2000,271.附录