基于S7200PLC的电梯控制系统设计毕业设计论文.docx
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基于S7200PLC的电梯控制系统设计毕业设计论文
基于S7-200PLC的电梯控制系统设计
[摘要]电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具,与人们的生活紧密联系,随着人们对电梯运行的安全性、高效性、舒适性、方便性等要求的不断提高,让电梯得到快速发展。
本文介绍了一种基于力控组态软件和西门子可编程控制器的电梯控制系统。
该控制系统使用西门子S7-200系列的可编程控制器CPU226作为控制器,实现对电梯的精确控制;并利用装有力控组态软件的工控机作为上位机,来对电梯控制系统进行监控和数据采集。
CPU226和上位机采用PPI接口来进行数据通讯和交换。
分析了电梯的控制原理,对控制系统的硬件结构、软件设计和力控组态画面进行了较详细的说明。
该电梯控制系统具有层楼信号的产生与消除、停层信号的登记与消除、电梯的定向、停车信号、开关门环节及报警等功能。
[关键词]电梯;可编程控制器;控制;组态软件
DesignofelevatorcontrolsystembasedonS7-200PLC矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
ZhangJing
(Grade07,Class1,MajorObservationandcontroltechnologyandinstrument,SchoolofMechanicalengineering,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003Shanxi)聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
tutor:
WangMingwu
Abstract:
Aselevatoristheverticaltraffictoolsofamodernhigh-risebuildings,itcloselycontactwithpeople'slife.aspeople’srequirementsforsaferunning,highefficiency,comfortandconveniencetheunceasingenhancementoftheelevator,theelevatorhasfastdeveloped.ThispaperdescribestheelevatorcontrolsystemconfigurationsoftwarebasedonconfigurationsoftwareandSiemensPLC.ThecontrolsystemusestheSiemensS7-200seriesPLCCPU226asthecontrollertoachieveprecisecontroloftheelevator;andtheuseofconfigurationsoftwareinstalledindustrialcomputerasthehostcomputer,achievetheelevatorcontrolsystemtomonitoranddatacollection.CPU226andPCinterfacewithPPIdatacommunicationandexchange.Analysisoftheelevatorcontroltheory,thecontrolsystemhardwarearchitecture,softwaredesignandpowercontrolconfigurationscreenforamoredetailedexplanation.Theelevatorcontrolsystemhasthefloorandtheeliminationofsignalgeneration,stoptheregistrationandtheeliminationofthesignallevel,elevatordirectional,stopsignal,switchingthedoorsessions,alarmfunctionsandsoon.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
Keywords:
Elevator;ProgrammableLogicController;control;Configurationsoftware酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
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原创性声明
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所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
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謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
作者签名:
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
作者签名:
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年月日
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茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
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日期:
年月日
引言
随着经济不断发展和科技进步,世界各地高层建筑不断涌现出来,作为建筑中枢神经的电梯,起着其它设备装置不可替代的作用。
电梯已成为人类社会现代生活中广泛使用的人员货物运输工具。
作为建筑物内部的主要运输工具,全社会使用电梯的数量正在迅速增加。
但是人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的更新。
电梯的的种类也多种多样,如载货电梯、观光电梯、住宅电梯、客货电梯、病床电梯、杂物电梯等。
自动平层、图像显示、微机检测、监控以及现代通信都在电梯中得到应用。
电梯技术正向现代化、网络化,智能化发展,给人们提供了更方便和舒适的生活条件。
辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
可编程控制系统(ProgrammableLogicController))作为一种工业控制微型计算机,它采用易懂易学的梯形图语言,控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点,现在的电梯控制多采用可编程控制器来实现。
PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能上。
由于PLC具有逻辑运算,计数和定时以及数据输入输出的功能,所以在电梯控制过程中,各种逻辑开关控制与PLC很好的结合,很好的实现了对电梯的控制。
以PLC、力控组态软件为单元,可以组成从简单到复杂的各种工业控制系统。
PLC可以实现复杂的逻辑编程及简单的算法编程,但对于先进控制算法,如模糊控制算法等涉及到矩阵运算,由于算法本身的复杂性,只依靠PLC编程功能已经不能满足要求;组态软件编程语言虽简单,但大多是脚本语言,在处理算法方面存在诸多不便。
因此,我们提出将算法写入STEP7程序的思路,用STEP7的快速运算功能及丰富的函数库,可以方便的实现算法编写,求解输出值并通过可靠的PPI接口反馈给力控组态软件,最终实现对所控制对象的控制。
本文正是基于上述思路,设计开发了基于力控和STEP7软件的电梯控制系统,并实现了对电梯的控制。
峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
人机界面装置是工业操作人员与PLC之间双向沟通的桥梁,相当多工业被控对象要求控制系统具有较强的人机界面功能,用以实现操作人员与计算机控制系统之间的对话和相互作用。
人机界面装置用来显示PLC的I/O状态和各种系统信息,接收操作人员发出的各种命令和设置的参数,并将它们传送给PLC。
人机界面装置一般安装在控制屏上,而且必须能够适应恶劣的现场环境,其可靠性应与PLC的可靠性相当。
詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。
以前用按钮、开关和指示灯等做人机界面装置,提供的信息量少,而且操作困难,需要熟练的操作人员来操作。
如果用七段数字显示器来显示数字,用拨码开关来输入参数,占用的PLC的I/O点数多,而且硬件成本高,有时还需要自制印刷电路板。
则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
在环境条件较好的控制室内,可以用计算机作人机界面装置。
早期的工业控制计算机用CRT显示器和薄膜键盘作工业现场版的人机界面,它体积大,安装困难,对现场环境的适应能力差。
现在基本上都在使用基于液晶显示器(LCD)的操作员面板和触摸屏。
胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。
人机界面(HumanMachineInterface)又称人机接口,简称为HMI。
从广义上说,HMI泛指计算机(包括PLC)与操作人员交换信息的设备。
西门子公司的手册上将人机界面装置统称为HMI设备。
鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。
人机界面是按工业现场环境的应用来设计的,正面的防护等级为IP65,背面的防护等级为IP20,坚固耐用,其稳定性和可靠与PLC相当,能够在恶劣的工业环境中长时间并连续运行,因此人机界面是PLC的最佳拍档。
稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。
人机界面用于承担下列任务:
操作员对过程的控制:
操作员通过图形界面来控制过程。
例如,操作员可以用触摸屏画面上的输入域来修改控制系统的参数,或者用画面上的按钮来起动电动机。
陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。
输出过程值和报警记录:
例如可以在某一轮班结束时打印输出生产报表。
过程可视化:
在人机界面上动态显示过程数据(即PLC采集的现场数据)
过程和设备的参数管理:
将过程和设备的参数存储在配方中,可以一次性将这些参数从人机界面下载到PLC,以便改变产品的品种。
沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。
显示报警:
过程的临界状态会自动触发报警,例如当变量超出设定值时。
记录(归档)功能:
顺序记录过程值和报警信息,用户可以检索以前的生产数据。
在使用人机界面时,需要我们解决画面设计和与PLC通信的问题。
人机界面生产厂家用组态软件很好地解决了这两个问题。
组态软件使用方便、易学易用。
使用组态软件可以很容易地生成人机界面画面,还可以实现某些需要的动画功能。
人机界面用文字或图形动态地显示PLC中开关量的状态和数字量的数值。
通过各种输入方式,将操作人员的开关量状态的命令和数字量设定值传送到PLC里。
钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。
各种品牌的人机界面一般都可以和各主要生产厂家的PLC通信。
用户不用编写PLC和人机界面的通信程序,只需要在PLC的编程软件和人机界面的组态软件中对通信参数进行简单的设置,就可以实现人机界面与PLC的通信。
不同厂家的人机界面(包括它们的组态选择)之间互不相容。
懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。
过去人机界面的价格较高,限制了它的应用和普及,近年来人机界面的价格已经大幅度下降,大规模应用人机界面的时代正在到来,现在人机界面已经成为现代工业控制系统必不可少的设备之一。
謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。
毕业设计是完成本专业教学计划的最后一个重要教学环节,是对各门课程的综合运用和提高。
通过本毕业设计,初步掌握PLC工程设计的思想、内容方法和步骤。
通过毕业设计,巩固和加深学生所学专业理论知识,锻炼学生分析和解决实际工程问题能力。
培养和提高学生综合使用技术规范、技术资料,进行有关设计、绘图和编写技术文件的初步技能,为今后进行相关场所的电气设计、安装、运行、检修、试验打下基础。
经过力控创建上位机界面,学习新的软件使自己学习新知识、接受新想法的能力提高。
呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。
1电梯的发展与分类
1.1概述
1.1.1电梯产品的录属关系和在人们物质生活中的作用
随着人口的增加、科学技术日新月异地发展、人们物质生活水平的逐步提高,建筑业得以迅速发展,大批的高楼大厦拔地而起,十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。
我们完全可以想到,随着社会的发展,电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样,成为重要的运输设备之一。
莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。
在我国,电梯、手扶梯、自动人行道等属于起重运输设备。
电梯是在垂直方向上运行的运输设备,手扶梯是在斜面上运行的运输设备。
但是电梯和手扶梯都是把人或货物从一个水平面提升到另一个水平面的起重运输设备。
麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。
1.1.2电梯产品发展简史
根据国外有关资料介绍,公元前2800年在古代埃及,为了建筑当时的金字塔,曾使用过由人力驱动的升降机械。
公元1765年瓦特发明了蒸汽机后,1858年美国研制出以蒸汽机为动力,并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。
1878年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。
并随着水压梯的发展,淘汰了蒸汽梯。
后来又采用液压泵和控制阀以及直接拄塞式和侧拄塞式结构的液压梯,这种液压梯至今仍为人们所采用。
但是电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。
納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。
我国电梯的使用历史悠久。
80年代中期以来,随着我国对外开放,对内告活经济的政策深入贯彻执行,随着技术引进工作的进一步开展,在国内建立一批合资和独资电缆生产厂,使我国的电梯工业又取得巨大的发展,我国又新颁布一批具有80年代国际水平的电梯制造标准,随着采用新标准生产的电梯批量推向市场,技术性能和质量明显提高的电梯又进一步促进建筑业和电梯业的发展,电梯工业蓬勃发展的局面已经形成。
風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。
1.1.3电梯的运行工作情况
电梯在做垂直运行的过程中,有起点站也有终点站。
对于三层以上建筑物内的电梯,起点站和终点站之间还设有停靠站。
起点站设在一楼,终点站设在最高楼,设在一楼的起点站常作为基站。
起点站和终点站之间的停靠站称为中间站。
灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。
各站的厅外设有召唤箱,箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或触钮。
一般电梯在两端站的召唤箱上各设置一只按钮或触钮,中间层站的召唤箱上各设置两只按钮或触钮。
对于无司机控制的电梯。
在各层站的召唤箱上均设置一置有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮,供司机或乘用人员控制电梯上下运行。
召唤箱上的按钮或触钮称为指令或触钮,操纵箱上的按钮或触钮称为内指令按钮或触钮。
外指令按钮或触钮发出的电信号称为外指令信号。
内指令按钮或触钮发出的电信号称为内指令信号。
80年代中期后,触钮已被微动按钮所取代。
铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。
作为电梯基站的厅外召唤箱,除设置一只召唤按钮或触钮外,还设置一只钥匙开关,以便下班关闭电梯时,司机或管理人员把电梯开到基站后,可以通过专用钥匙扭动钥匙开关,把电梯的厅轿门关闭妥当后,自动切断电梯控制电源或动力源。
攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。
电梯的运行工作情况和汽车有共同之处,但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作,而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂,因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。
而电梯的自动化程度比较高,一般电梯的司机或乘用人员只需要通过操纵箱上按钮或触钮向电气控制系统下达一个指令,电梯就能自动关门、定向、起动、加速,在预定的层站平层停靠开门。
对于自动化程度比较高的电梯,司机或乘用人员一次还可以下达一个一上的指令信号,电梯便能够依次起动和停靠,依次完成任务。
趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。
尽管电梯和汽车在运行工作过程有许多不同的地方,但仍有许多共同之处,其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车,在起点站和终点站之间往返运行,在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时,电梯到站能自动平层停靠开门接客。
而载货电梯的运行工作情况下则类似卡车,执行任务为一次性的,司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务,当一个指令任务完成后才达另一个任务。
在执行任务的过程中,从一个层站出发到另一层站时,假若中间层站出现指令信号,一般都不能自动停靠,所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。
夹覡闾辁駁档驀迁锬減。
1.2电梯的分类
电梯的分类比较复杂,一般常从不同的角度进行分类。
按用途分类
1)载货电梯:
为运送货物而设计的并通常有人伴随的电梯。
主要用于两层楼以上的车间和各类仓库等场合。
这类电梯的装潢不太讲究,自动化程度和运行速度一般比较低,而载重量和轿厢尺寸的变化范围比较大。
视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。
2)住宅电梯:
供住宅楼使用的电梯。
3)客货电梯:
主要用做运送乘客,但也运送货物的电梯,它与乘客电梯的区别在于轿厢内部的装饰结构不同。
4)病床电梯:
为运送病床而设计的电梯。
5)乘客电梯:
为运送乘客而设计的电梯。
主要用于宾馆、饭店、办公楼、大型商店等客流量大的场合。
这类电梯为了提高运送效率,其运行速度比较快,自动化程度比较高,轿厢的尺寸和结构形式多为宽度大于深度,使乘客能畅通地进出。
而且安全设施齐全,装潢美观。
偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。
6)杂货电梯(服务电梯):
供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等,并不允许人员进入的电梯。
这种电梯的安全设施不齐全,不准运送乘客。
为了不使人员进入轿厢,进入轿厢内部的门洞及轿厢的面积都设得非常小,而且轿厢的净高度一般不大于1.2m。
緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。
7)特殊电梯:
除上述常用的几种电梯外,还有为特殊环境、特殊条件、特殊要求而设计的电梯。
如船舶电梯、观光电梯、防腐电梯、车辆电梯等。
騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。
按速度分类
1)电梯低速度:
速度V≤1.0m/s的电梯。
2)电梯快速度:
速度1.0m/s<V>2.0m/s的电梯。
3)电梯高速度:
速度V≥2.0m/s的电梯。
按有无蜗轮减速器分类
1)有蜗轮减速器的电梯:
适用于梯速为3.0m/s以下的电梯。
2)无蜗轮减速器的电梯:
适用于梯速为3.0m/s以上的电梯。
按曳引电动机的电源分类
(1)交流电源供电的电梯:
1)采用交流异步双速电机变极调速拖动的电梯,简称交流双速电梯(速度一般小于1.0m/s)。
2)采用交流异步双绕组双速电机调压调速拖动的电梯(俗称ACVV拖动电梯)
3)采用交流异步单绕组单速电机调频调压调速拖动的电梯(俗称VVVF拖动的电梯)
(2)直流电源供电的电梯:
80年代中期前用在中高档乘客电梯上,以后不再产生。
按驱动方式分类
1)钢丝绳式:
曳引电动机通过蜗杆、蜗轮、曳引绳轮、驱动曳引钢丝绳两端的轿厢和对重装置做上下运行的电梯。
疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。
2)液压式:
电动机通过液压系统驱动轿厢上、下运行的电梯。
按控制方式分类
1)轿内手柄开关控制的电梯;
2)轿内按钮开关控制的电梯;
3)轿外按钮开关控制的电梯;
4)轿内、外按钮开关控制的电梯;
5)集选控制的电梯;
6)信号控制的电梯;
7)2台或3台并联控制的电梯;
8)梯群控制的电梯。
按拖动方式分类
1)交流异步单速电机拖动的电梯;
2)交流异步双速电机变极调速拖动的电梯;
3)交流异步双绕组双速电机调压调速(俗称ACVV)拖动的电梯;
4)交流异步单速电机调频调压调速(俗称VVVF)拖动的电梯;
5)直流电机拖动的电梯。
1.3电梯的主要参数及规格尺寸
1.3.1电梯的主要参数
1)额定载重量(kg):
制造和设计规定的电梯载重量。
2)轿厢尺寸(mm):
高×宽×深。
3)轿厢形式:
有单或双面开关门及其它特殊要求等,以及对轿顶、轿底、轿壁的处理,颜色的选择等。
4)轿门形式:
有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。
5)开门宽度(mm):
轿厢门和厅门完全开启的净宽度。
6)开门方向:
人在厅外面对厅门,门向左方向的为左开门,门向右方向开启的为右开门,两扇门分别向左右两边开启者为中开门,也称为中分门。
镞锊过润启婭澗骆讕瀘。
7)曳引方式:
常用的有半绕1:
1吊索法,轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。
半绕2:
1吊索法,轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。
全绕1:
1吊索法,轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。
榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。
8)额定速度(m/s):
制造和设计所规定的电梯运行速度。
9)电气控制系统:
包括控制方式、拖动系统的形式等。
如交流电机拖动或直流电机拖动,轿内按钮控制或集选控制等。
邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。
10)停层站数(站):
凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。
11)提升高度(mm):
由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离。
12)顶层高度(mm):
由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。
电梯的运行速度越快,顶层高度一般越高。
嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。
13)底坑深度(mm):
由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。
电梯的运行速度越快,底坑一般就越深。
14)井道深度(mm):
由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。
1.3.2我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定
为了加强对电梯产品的管理,提高电梯产品的使用效果,国家曾于1974年颁布了JBI435-74、JBI816-74、JB/Z110-74等一批电梯产品的局部标准。
该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。
电梯的主要参数是电梯制造厂设计和制造电梯的依据。
用户选用电梯时,必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等,按照标准的规定,正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸,并根据这些参数与规格尺寸,设计和建造安装电梯的建筑物。
否则会影响电梯的使用效果。
劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。
1.4电梯的组成部件
电梯是一种复杂的机电产品,一般由机房、轿厢、厅门及井道和井底设备等4个基本部分组成。
1.机房
机房位于电梯井道的最上方或最下方,用于装设曳引机、控制柜、限速器、选层器、地震检测仪、配线板、总电源开关及通风设备等。
臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。
当机房设在井道底部时,称为下置式曳引方式。
由于此种方式结构较复杂,钢丝绳弯折的次数较多,缩短了钢丝绳的使用期限,增加了井道承重,且保养困难,所以一般不采用,只有机房不可能设在井道顶部时才采用。
相反,机房上置式曳引方式因设备简单,钢丝绳弯折次数少,成本低,维护简单等特点,最为普遍采用。
如果机房即不可能设在井道底部,也不了能设在顶部时,可考虑选用液压式电梯,即机房侧置式。
鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。
机房结构必须坚固,防震和隔音,有足够的面积,、高度、承重能力和良好的通风条件,而且室内经常保持有适度的照明亮度,保持干燥清洁等。
通常有如下的规定:
穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。
1)面积一般至少为井道侧面积的2倍以上,对交流电梯,一般为2~2.5倍;对直流电梯,一般为3~3.5倍。
隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。
2)高度指机房地面至顶板的垂直距离。
对客梯、病房梯,一般为2.2~2.8m以上;对货梯,一般为2.2~2.4m以上。
浹繢腻叢着駕骠構砀湊。
3)承重能力。
机房的地板要求能承重6kPa(杂物梯为4kPa)的均部载荷。
在曳引机安装的上方,应设吊钩用于维修。
钩的承重能力如下:
对额定载重量500~鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。
3000kg的电梯,应大于2000kg;对额定载重量5000kg的电梯,应大于3000kg。
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