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1、PLC自动控制系统控制电梯设计摘 要I第一章 前 言1第二章 输电线路运行与维护221可编程序控制器（PLC）简介22.2 PLC的特点22.3. PLC的应用领域32.4 PLC的国内外状况42.5 PLC未来展望5第三章 PLC与其他控制系统的比较63.1 PLC与继电器控制系统的比较63.2 PLC与微机的比较6第四章电梯PLC控制系统84.1 电气控制系统84.2 PLC系统部分8第五章 电梯PLC控制系统设计105.1 楼层状态指示设计105.2 电梯下行指示设计105.3 电梯上行指示设计115.4 电梯到达时程序设计11第六章 组态软件模拟电梯PLC控制系统显示设计13总 结14
2、参考文献15摘 要本文介绍了利用西门子S7-200可编程控制器编写的一个四层电梯的控制系统，利用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。实践证明，PLc可遍程控制器和MCGS组态软件结合有利于PLC控制系统的设计、检测，具有良好的应用价值。关键词：可编程控制器 电梯控制 组态模拟AbstractThis paper describes the use of Siemens S7-200 PLC prepared by a four-story elevator control system, using the configuration software MCG
3、S interactive interface, inspection of the elevator control system PLC operation. Practice has proved that, PLc controllers can Cheng times and MCGS configuration software with PLC control system is conducive to the design, testing, has a good value.Key words: PLC configuration simulated elevator co
4、ntrol 第一章 前 言PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力
5、强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。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。通过对现场数据的采集处理。以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式。向用户提供解决实际工程问题的方案。充分利用w
6、indows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性在自动化领域有着更广泛的应用。本文利用MCGS组态软件检验电梯PLC控制系统的运行情况。第二章 输电线路运行与维护21可编程序控制器（PLC）简介1、PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程
7、序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、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。PLC及其有关的外围设备都应该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而设计。”2.2 PLC的特点2.2.1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制
8、系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.2.2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。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。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度
9、控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。2.2.3易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。2.2.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周
10、期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。2.2.5体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.3. PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。2.3.1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于
11、单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.3.2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。2.3.3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服
12、电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。2.3.4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。2.3.5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，
13、可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。2.3.6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.4 PLC的国内外状况世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制
14、的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了
15、飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产
16、了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司
17、等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。2.5 PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网
18、络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。第三章 PLC与其他控制系统的比较3.1 PLC与继电器控制系统的比较PLC取代以继电器为基础的控制系统的原因是：现在生产线要求的时间响应快，控制精度高，可*性好，控制程序可随工艺改变，易与计算机接口，维修方便等诸多高品质与功能，继电器控制系统远比不
19、上PLC控制系统。常规硬件逻辑电路的控制，要是用大量的硬件控制电路，这在更改方案时，工作量相当大，有时甚至相当于重新设计一台新的装置。PLC的主要特点是它具有在线修改功能。它借助于软件来实现重复的控制。软件本身具有可修改性，所以PLC机灵活的可编程性就使它具有广泛的工业通用性。同时由于简化了硬件电路，也提高了PLC系统的可靠性。据不完全统计，GOULD的PLC系统平均故障的间隔大于2万-5万小时，而平均修复时间则小于10分钟，而且，PLC均能处理工业现场的强电信号，如交流220V、直流24V，并可以直接驱动功率部件，可长期在严酷的工业环境中工作。编程器采用传统的继电器符号语言，不必使用专门的高
20、级语言。PLC是在按钮开关、限位开关和其他传感器等发出的监控输入信号下进行工作。根据信号控制器就会做出反应，通过用户编辑的内部逻辑便产生输出信号，而这些输出信号可直接控制外部的控制系统负载，如电机、接触器、指示灯、电磁阀、电热器。这种类型的控制系统省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。用PLC的编程逻辑提供了能随要求改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。3.2 PLC与微机的比较1969年出现PLC时小型计算机的价格还很昂贵。因此，中央处理装置采用一位计算机。到70年代初期微处理器出现了，1974年8080系列、1975年6800系列
21、、1976年Z-80系列微处理机相继出现，位片式处理器也日益成熟。微机的出现标志着电子技术，特别是集成电路技术的飞跃。微机集成度高、体积小、功能强、价格便宜，它的发展给PLC带来了深刻的影响。一 把微机直接作为PLC的中央控制装置PLC制造厂家把通用的微机如6800、Z-80等直接作为PLC的中央控制装置，这样做设计周期快，但有许多缺点，如：1. 没有一套面向工业过程的指令系统；2. PLC工作为顺序扫描方式，要求速度快，而通用微型机均为MOS电路，速度慢；3. 通用微机的适应性差，不能适应高温、强电干扰等恶劣环境。二 PLC的中央处理器引进微机芯片如前所述，通用的微机不一定适用于PLC，但可
22、使用其芯片组成适应工业现场特性的PLC这是PLC发展的主流。为了组成一套面向工业流程具有较高速度的指令系统，大多数PLC都是用双极性型位片处理器。三 微机软件对PLC的影响微机常用的系统软件如操作系统DOS、汇编语言、BASIC语言及其他高级语言都写到ROM中或记录到磁盘上，由用户自由选择。PLC的系统软件也是写在ROM中或磁盘上。大多数PLC都采用了类似于微机语言的编程方式，但它的编程元件都是工业流程中的电路符号，流程图语言等，只要操作人员能编出梯形图或流程图，就能借助于键盘编辑在CRT上，其他的工作由系统软件完成，不要求操作人员精通有关计算机软件和硬件方面的知识，方便了用户，利于推广和利用
23、第四章电梯PLC控制系统S7200可编程控制器是德国西门子公司研制的一种新型可编程控制器。它工作可靠，功能强，存储容量大，编程方便，输出端可直接驱动2A的继电器或接触器的线圈，抗干扰能力强。因此，能够满足电梯对电气控制系统的要求。S7-200系列小型PLC(Micro PLC)可应用于各种自动化系统。紧凑的结构。低廉的成本12b功能强大的指令集使得S7200 PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案。利用西门子S7200可编程序控制器编写一个四层电梯的控制系统。分别完成轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。STEP 7-MicroWIN 32是S7-200系列
24、的PLC的编程软件可以对S7200的所有功能进行编程。该软件在WindOW8平台上运行。基本操作与omce等标准WindOWS软件相类似，简单、易学。其基本功能是协助用户完成应用软件任务。例如创建用户程序、修改和编辑过程中编辑器具有简单语法检查功能。还可以直接用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控。4.1 电气控制系统图l为本系统的组成框图。图1 电梯的电气控制系统组成框图图中。输出为：l、电动机；2、上下行接触器；3、快慢速接触器；4、位置指示；5、门锁。输入为：6、轿内指令；7、厅外指令；8、门区感应；9、手动开关门；10、楼层感应。4.2 PLC系统部分完成所设定的控制任务所需要的P
25、LC规模主要取决于控制系统对输入，禽出点的需求量和控制过程的难易程度。 (1)IO点的估算：系统的输入点有：门厅召唤按钮6个输入点；轿内指令按钮4个点；楼层感应器4个点；门区感应l点；手动开门l点：共计输入点16点。而输出点有：快慢速接触器2点；上下行接触器2点；楼层指示灯4点；门锁1个点；共计输出点9点。总计IO点数为169； (2)可编程控制器S7200的CPU226输入，输出点数为2416。足以满足要求。第五章 电梯PLC控制系统设计5.1 楼层状态指示设计当电梯运行至某层有指令发出时指示位置及指令。以二层为例： LD twoselet 二层内选掸 S twoseletq,1 二层内选择
26、指示 LD twoup 二层上呼 S twoupq,1 二层上呼指示 LJtwodown 二层下呼 S twodownq,1 二层下呼指示 LD twoseat 二层位置 twoeeatq 二层位置指示 5.2 电梯下行指示设计以电梯在三层下行情况为例。当电梯的一或二层有指令时，将三层下行位置1，同时无上行，驱动电梯下行。程序说明如下：电梯在三层时下行情况 LDoneseletq 一层内选择 0 twmeletq 或二层内选择 O oneupq 或一层上呼 0 twodownq 或二层下呼 O tWoup_q 或二层上呼 eseatq 在三层位置时 SV0.1.1 置三层下行位 电梯下行 LD
27、V0.0 有四层下行位 OV0.1 或有三层下行位 OV0.2 或有二层下行位 AN up 同时无上行 down 电梯下行5.3 电梯上行指示设计以电梯在二层上行情况为例。程序说明如图2所示:图2 电梯二层运行程序说明5.4 电梯到达时程序设计电梯到达某层时。将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序说明如图3所示： 图3 电梯到某层信号指令图第六章 组态软件模拟电梯PLC控制系统显示设计MCGsm态软件具有全中文、面向窗口的可视化操作界面。实时性强，有良好的并行处理性能和丰富生动的多媒体画面。MCGSm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，
28、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。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添加西门子S7200PLC。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
29、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、设备窗口和用户窗口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构构。可以对实时数据进行可视化处理。组态过程如图2所示：图4 利用组态软件设计过程总 结针对这个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、平层换速控制、开门控制等控制任务。利用MCGS组态软减设计模拟电梯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，加载驱动。使设置的控件能够按照真实的情况动作。检验和测试电梯P
30、LC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-H-、检测，具有良好的应用价值。参考文献l陈立定、吴玉香、苏开才编电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社2刘载文、李毫升、钟亚林编。电梯控制技术北京：电子工业出版社3 SIMATIC s7200可编程序控制器系统手册，西门子公司.4STEP 7-MiertWIN 32 V31 sPl编程帮助手册，西门子自动化设备公司.5MCGs参考手册、MCGs用户指南、MCGS嵌人版说明书，北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.6王平崔纳新，PLC在电梯控制中的应用微计算机信息
