《基于西門(mén)子S7-1200PLC的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》8900字

第1章緒論1.1課題研究背景和意義當(dāng)代，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電梯作為在建筑物內(nèi)、外的特殊通行運(yùn)輸工具在我們生活中起著至關(guān)重要的作用。中國(guó)電梯行業(yè)起步較晚。從1949年到1979年30年間，中國(guó)安裝的電梯總數(shù)只有10000臺(tái)。隨著我國(guó)改革開(kāi)放和城市化的迅猛發(fā)展，我國(guó)的樓層越來(lái)越高，電梯已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畋匦璧拇怪边\(yùn)輸工具，我國(guó)電梯制造業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。我國(guó)電梯數(shù)量從2009年的130.7萬(wàn)臺(tái)增加到2019年的709.75萬(wàn)臺(tái)，復(fù)合年增長(zhǎng)率為16.13%。雖然我國(guó)目前已經(jīng)成為世界上擁有電梯數(shù)目最多的國(guó)家，但我國(guó)電梯的人均擁有量卻遠(yuǎn)低于世界平均水平，大約只有世界電梯人均擁有量平均水平的三分之一。由此可見(jiàn)，我國(guó)電梯市場(chǎng)還遠(yuǎn)未完全飽和，我國(guó)電梯行業(yè)還有很大的發(fā)展空間。我國(guó)最初的傳統(tǒng)電梯是由繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯判斷，但隨著微電子技術(shù)和PLC的進(jìn)步和發(fā)展，繼電器控制已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的要求，逐漸被PLC控制所取代。1.2可編程邏輯控制器的介紹（1）定義可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC)是帶有微處理器的專(zhuān)門(mén)針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一種自動(dòng)化數(shù)字邏輯運(yùn)算控制器，它將順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)邏輯操作和邏輯判斷等各種面向用戶(hù)的邏輯控制指令隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和自動(dòng)執(zhí)行。PLC主要由CPU、數(shù)據(jù)內(nèi)存、電源、輸入/輸出接口及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等模塊組成。PLC具有可靠性高、操作簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可以在工廠這種具有高溫、振動(dòng)等惡劣環(huán)境下工作，已經(jīng)為工業(yè)自動(dòng)控制作出重要貢獻(xiàn)。（2）中央處理單元CPU中央處理器(CPU)是PLC大腦，它的性能決定著PLC的性能。它自動(dòng)接收和儲(chǔ)存用戶(hù)程序和系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并且能夠自動(dòng)檢查輸入輸出接口、存儲(chǔ)器、看門(mén)狗定時(shí)器和電源的狀態(tài)。它還能夠檢查用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC控制器開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，CPU在系統(tǒng)的外部監(jiān)控程序的控制下開(kāi)始工作，它將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)和輸入數(shù)據(jù)以掃描方式寫(xiě)入輸入映像存儲(chǔ)區(qū)，然后從程序存儲(chǔ)器按順序逐個(gè)讀取用戶(hù)指令，按用戶(hù)指令進(jìn)行邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?，然后將邏輯運(yùn)算結(jié)果送到輸出映像區(qū)。（3）存儲(chǔ)器PLC存儲(chǔ)器主要用于儲(chǔ)存系統(tǒng)程序、系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)、邏輯變量和用戶(hù)程序等相關(guān)數(shù)據(jù)信息。PLC的存儲(chǔ)器包含系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于儲(chǔ)存只能由廠家編寫(xiě)然后固化到只讀存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)軟件，這部分用戶(hù)無(wú)法更改。用戶(hù)程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)。（4）輸入輸出接口輸入/輸出接口實(shí)際上是PLC與受控設(shè)備之間進(jìn)行信號(hào)傳遞的一個(gè)接口部件。輸入接口的功能主要是采集并接收各種輸入信號(hào)，其中輸入信號(hào)分為兩類(lèi)：開(kāi)關(guān)量輸入和模擬量輸入。輸入單元還需要將這些不同種類(lèi)電平信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，變?yōu)镃PU可以識(shí)別并進(jìn)行處理的數(shù)字信號(hào)。輸出接口的功能是把寄存著PLC運(yùn)算結(jié)果的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，變成外部設(shè)備能接收并進(jìn)行處理的電平信號(hào)，并將電平信號(hào)傳送給外部設(shè)備，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象的執(zhí)行元件動(dòng)作。（5）電源電源的功能是將外部的交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電，目前大部分PLC采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源供電，PLC的內(nèi)部開(kāi)關(guān)電源為PLC的中央處理器、I/O接口、存儲(chǔ)器等電路提供5V、-12V/12V、24V直流電源。1.3PLC工作原理當(dāng)PLC控制器開(kāi)始運(yùn)行后，它的具體工作流程一般可以分為輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC采用循環(huán)掃描工作方式，完成一次三個(gè)階段的時(shí)間稱(chēng)為PLC的掃描周期，如圖1.1。圖1.1PLC的工作原理1、輸入采樣階段在每個(gè)輸入采樣處理階段，PLC依次讀取各個(gè)不同輸入端子的輸入狀態(tài)，并將這些輸入狀態(tài)存儲(chǔ)在輸入映像寄存器的相應(yīng)單元中。這過(guò)程我們稱(chēng)為輸入采樣階段。PLC完成各輸入端子的輸入采樣后，將之輸入用戶(hù)程序以執(zhí)行。在這個(gè)階段，無(wú)論輸入信號(hào)如何隨程序改變，輸入映像寄存器中的數(shù)據(jù)都不會(huì)隨之改變。僅在下一個(gè)周期對(duì)輸入進(jìn)行采樣時(shí)，才會(huì)再次讀取輸入映像寄存器中的數(shù)據(jù)。2、程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC按照先上后下、先左后右的順序掃描程序。當(dāng)掃描程序遇到輸入端子的輸入狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映像寄存器讀取響應(yīng)信號(hào)，然后用戶(hù)程序執(zhí)行相應(yīng)的邏輯判斷并將邏輯判斷的結(jié)果存儲(chǔ)在相應(yīng)的寄存器中。存儲(chǔ)在該寄存器中的內(nèi)容將隨著程序的執(zhí)行而變化，并隨時(shí)間而變化。當(dāng)掃描程序遇到輸出端子時(shí)，PLC將存儲(chǔ)在寄存器中的數(shù)據(jù)輸出到輸出映像寄存器。3、輸出刷新階段當(dāng)用戶(hù)程序執(zhí)行完后，PLC把相應(yīng)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)輸出到相應(yīng)的輸出映像寄存器中的對(duì)應(yīng)狀態(tài)，然后輸出到相應(yīng)的輸出鎖存電路，再通過(guò)相應(yīng)的功率放大電路，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外部設(shè)備裝置。1.4論文主要內(nèi)容本文共主要分為三部分，分別為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)部分主要從輸入部分、輸出部分以及可編程控制器的基本工作過(guò)程等方面介紹了電梯PLC的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及從電梯實(shí)際的運(yùn)行情況出發(fā)推出電梯控制系統(tǒng)的控制要求，也是編程的第一步。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分主要是系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)。這部分介紹了電梯控制系統(tǒng)的主電路，通過(guò)對(duì)輸入輸出點(diǎn)的估算選出本次設(shè)計(jì)所需要的硬件主控制器CPU1214CDC/DC/DC以及擴(kuò)展模塊SM1223。進(jìn)行了電梯控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的地址分配，設(shè)計(jì)了電梯控制系統(tǒng)的外部接線圖。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分主要介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。畫(huà)出了整個(gè)系統(tǒng)的流程圖，也詳細(xì)的介紹了程序要實(shí)現(xiàn)的基本功能和程序設(shè)計(jì)的基本思路，為后期編寫(xiě)梯形圖程序奠定了基礎(chǔ)。在最后介紹了PLC電梯控制系統(tǒng)的程序仿真和調(diào)試工作。同時(shí)仿真結(jié)果也表明本次設(shè)計(jì)達(dá)到本次設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)。第2章系統(tǒng)總統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1電梯PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四層電梯控制系統(tǒng)的輸入部分主要是由平層信號(hào)、內(nèi)呼命令信號(hào)、外呼命令信號(hào)、開(kāi)關(guān)閥門(mén)信號(hào)和紅外傳感信號(hào)組成。輸出部分主要包括內(nèi)外呼梯指示燈、開(kāi)關(guān)閥門(mén)控制、樓層顯示和運(yùn)行方向指示燈等幾部分。在PLC的輸入采樣階段把輸入端子的輸入信號(hào)讀取到輸入映像寄存器的相應(yīng)儲(chǔ)存單元，然后再根據(jù)用戶(hù)指令進(jìn)行一系列的邏輯運(yùn)算，再把這些邏輯操作和運(yùn)算結(jié)果儲(chǔ)存到輸出映像寄存器的相應(yīng)單元，最后再通過(guò)輸出刷新階段驅(qū)動(dòng)內(nèi)外呼梯指示燈、樓層顯示以及運(yùn)行方向指示顯示燈作用，輸出刷新階段還驅(qū)動(dòng)電梯開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)、上升信號(hào)或下降信號(hào)曳引電機(jī)或門(mén)電機(jī)發(fā)出正反轉(zhuǎn)控制命令。電梯控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。圖2.1PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖2.2電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程PLC電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如圖2.2所示，根據(jù)電梯的實(shí)際運(yùn)行情況分析得到電梯控制系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，然后分析得到系統(tǒng)控制要求，再根據(jù)電梯的控制要求找出I/O點(diǎn)，再把這些I/O點(diǎn)進(jìn)行合理的地址分配，再根據(jù)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目選擇合理的硬件，本次設(shè)計(jì)選擇的是主控制器CPU1214CDC/DC/DC以及擴(kuò)展模塊SM1223，經(jīng)檢驗(yàn)該硬件滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)電梯的實(shí)際運(yùn)行情況分析得到合理的程序流程圖，再根據(jù)程序流程圖和所選取的輸入輸出變量編寫(xiě)梯形圖程序，在程序編寫(xiě)完畢后，將編好的程序下載到仿真器里仿真，用系統(tǒng)自帶的HMI繪制畫(huà)面并與PLC相連接，然后再把HMI變量與PLC中的對(duì)應(yīng)變量相連接，運(yùn)行并修改程序，直到滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。分析控制要求分析控制要求進(jìn)行I/O分配進(jìn)行I/O分配選擇合適的硬件選擇合適的硬件繪制流程圖繪制流程圖編程編程調(diào)試與運(yùn)行調(diào)試與運(yùn)行圖2.2PLC電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路流程圖2.3電梯控制系統(tǒng)控制要求（1）乘客呼叫信號(hào)的確定呼叫信號(hào)分為電梯內(nèi)乘客的呼叫請(qǐng)求和電梯外乘客的呼叫請(qǐng)求。電梯內(nèi)的乘客按下所要去的樓層所對(duì)應(yīng)的按鈕發(fā)出的信號(hào)稱(chēng)為內(nèi)選信號(hào)，當(dāng)內(nèi)選信號(hào)請(qǐng)求時(shí)，該請(qǐng)求會(huì)被儲(chǔ)存并點(diǎn)亮該內(nèi)選按鈕所對(duì)應(yīng)的指示燈，當(dāng)?shù)竭_(dá)該樓層指示燈熄滅。外呼信號(hào)分為外呼上升信號(hào)和外呼下降信號(hào)，外呼下降呼叫時(shí)，電梯處于上升狀態(tài)時(shí)，保存但不響應(yīng)該信號(hào)，當(dāng)電梯處于下降狀態(tài)時(shí)響應(yīng)該信號(hào)。外呼上升信號(hào)呼叫時(shí)亦然。（2）轎廂位置的確定要在電梯內(nèi)和各樓層都要安裝顯示器來(lái)顯示轎廂所在的樓層，方便乘客乘坐。（3）上升和下降的呼叫請(qǐng)求電梯的上升和下降時(shí)根據(jù)乘客的呼叫請(qǐng)求而確定的，電梯在上升的過(guò)程中，電梯只響應(yīng)向上乘客的請(qǐng)求，對(duì)于下降乘客的請(qǐng)求只記憶不響應(yīng)。只有當(dāng)電梯響應(yīng)完最遠(yuǎn)樓層的乘客后，電梯才反向去響應(yīng)向下乘客的請(qǐng)求。同理，電梯在下降的過(guò)程中，電梯只響應(yīng)向下乘客的請(qǐng)求，對(duì)于向上乘客的請(qǐng)求只記憶不響應(yīng)。（4）電梯的開(kāi)關(guān)門(mén)控制只有當(dāng)電梯樓層限位信號(hào)發(fā)生時(shí)才能開(kāi)關(guān)門(mén)，在沒(méi)有到達(dá)各樓層限位時(shí)，手動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)按鈕不起作用。（5）安全保護(hù)功能電梯關(guān)乎乘客的生命安全，必須嚴(yán)格保護(hù)電梯和乘客的安全。因此在本次設(shè)計(jì)中增加了故障按鈕和警報(bào)按鈕。總而言之，電梯的控制系統(tǒng)是復(fù)雜的，傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)是由繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯判斷，隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步和科技的發(fā)展，繼電器電梯控制系統(tǒng)由于自身存在的各自問(wèn)題已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的日常需求，目前已經(jīng)采用可編程邏輯控制器來(lái)取代繼電器電梯控制，使用可編程邏輯控制器電梯控制系統(tǒng)可以使得電梯運(yùn)行更加舒適、效率更高。為了提高電梯運(yùn)行效率和方便乘客乘坐，電梯內(nèi)外都安裝數(shù)字顯示器來(lái)顯示電梯所在樓層。在電梯外的乘客可以按外呼上升按鈕或外呼下降按鈕來(lái)呼叫電梯。然后電梯對(duì)一系列的呼叫請(qǐng)求進(jìn)行邏輯判斷來(lái)確定電梯所要到達(dá)的樓層以及判斷電梯是先響應(yīng)上升請(qǐng)求還是下降請(qǐng)求。因此，如果電梯運(yùn)行的方向和電梯外乘客選擇的方向相同時(shí)，電梯?？孔尦丝统俗?。到達(dá)指定樓層后會(huì)自動(dòng)熄滅指燈。假如電梯停在一樓，某樓層電梯外有乘客按下外呼上升呼叫請(qǐng)求或外呼下降呼叫請(qǐng)求時(shí)，電梯會(huì)立即響應(yīng)該呼叫信號(hào)，到達(dá)該樓層后，電梯會(huì)自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)。在電梯上升階段，只能響應(yīng)上升乘客的請(qǐng)求，對(duì)于下降乘客的請(qǐng)求只記憶不響應(yīng)。同理，在電梯下降階段，只能響應(yīng)下降乘客的請(qǐng)求，對(duì)于上升乘客的請(qǐng)求只記憶不響應(yīng)。但當(dāng)電梯上升或下降時(shí)，前方?jīng)]有了呼叫請(qǐng)求信號(hào)，電梯會(huì)反方向響應(yīng)其他乘客的呼叫請(qǐng)求。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1電梯控制系統(tǒng)主電路根據(jù)四層電梯控制系統(tǒng)的控制要求，本次設(shè)計(jì)主要由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)完成，一臺(tái)負(fù)責(zé)電梯升降的曳引電機(jī)，一臺(tái)負(fù)責(zé)電梯開(kāi)關(guān)門(mén)的門(mén)電機(jī)。曳引電機(jī)和門(mén)電機(jī)的主電路圖如圖3.1所示。在本次設(shè)計(jì)中，用接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)曳引電機(jī)和門(mén)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止控制。圖中的FU為熔斷器，在電路中起著短路保護(hù)的作用。FR為熱繼電器，在系統(tǒng)中起著過(guò)載保護(hù)的作用。圖3.1四層電梯的主電路3.2I/O點(diǎn)估算在本次四層電梯控制系統(tǒng)中使用曳引電機(jī)和門(mén)電機(jī)分別來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯的升降和電梯開(kāi)關(guān)門(mén)。在一樓電梯外安裝外呼上升按鈕以及它所對(duì)應(yīng)的指示燈，在二樓和三樓的電梯外安裝外呼上升護(hù)叫按鈕和外呼下降呼叫按鈕以及它們各自對(duì)應(yīng)的指示燈。在四樓電梯外安裝外呼下降按鈕以及它所對(duì)應(yīng)的指示燈。并且在一樓到四樓電梯外安裝數(shù)字顯示器來(lái)顯示電梯所在樓層。在一樓到四樓還安裝著平層開(kāi)關(guān)和電梯的門(mén)限開(kāi)關(guān)。在電梯內(nèi)設(shè)有到達(dá)每一層的內(nèi)呼按鈕以及它們各自的指示燈。在電梯內(nèi)設(shè)有手動(dòng)開(kāi)門(mén)按鈕和關(guān)門(mén)按鈕以及它們各自的指示燈。在電梯門(mén)上設(shè)有紅外傳感器來(lái)保護(hù)乘客安全。電梯內(nèi)還設(shè)有超重檢測(cè)設(shè)備和報(bào)警按鈕來(lái)保證電梯安全。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)輸入點(diǎn)有21個(gè)，輸出點(diǎn)有14個(gè)，I/O點(diǎn)共設(shè)置36個(gè)。因此，本此設(shè)計(jì)采用的主控制器CPU1214CDC/DC/DC以及擴(kuò)展模塊SM1223滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3.3輸入輸出點(diǎn)分配表3.1I/O分配表儀器名稱(chēng)說(shuō)明輸入點(diǎn)儀器名稱(chēng)說(shuō)明輸出點(diǎn)SQ1一層限位開(kāi)關(guān)I0.0KM1電梯上升Q0.0SQ2二層限位開(kāi)關(guān)I0.1KM2電梯下降Q0.1SQ3三層限位開(kāi)關(guān)I0.2KM3電梯開(kāi)門(mén)Q0.2SQ4四層限位開(kāi)關(guān)I0.3KM4電梯關(guān)門(mén)Q0.3SB1一層按鈕I0.4HL1一層內(nèi)按鈕指示燈Q0.4SB2二層按鈕I0.5HL2二層內(nèi)按鈕指示燈Q0.5SB3三層按鈕I0.6HL3三層內(nèi)按鈕指示燈Q0.6SB4四層按鈕I0.7HL4四層內(nèi)按鈕指示燈Q0.7SB11一層外上升按鈕I1.0H11一層上升指示燈Q1.0SB21二層外上升按鈕I1.1H21二層上升指示燈Q1.1SB31三層外上升按鈕I1.2H31三層上升指示燈Q2.0SB22二層外下降按鈕I1.3H22二層下降指示燈Q2.1SB32三層外下降按鈕I1.4H32三層下降指示燈Q2.2SB42四層外下降按鈕I1.5H42四層下降指示燈Q2.3SB5開(kāi)門(mén)按鈕I2.0BJ電梯故障報(bào)警Q2.4SB6關(guān)門(mén)按鈕I2.1CZ超重警告Q2.5SB7檢修開(kāi)關(guān)I2.2SQ5開(kāi)門(mén)門(mén)限I2.3SQ6關(guān)門(mén)門(mén)限I2.4BJ報(bào)警I2.5SA紅外傳感器I2.63.4PLC的外部接線圖根據(jù)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目以及電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)選擇的硬件是主控制器CPU1214CDC/DC/DC以及擴(kuò)展模塊SM1223，本次設(shè)計(jì)的四層電梯控制系統(tǒng)的外部接線圖如圖3.2所示。圖3.2四層電梯的主電路第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選用的是西門(mén)子S7-1200PLC，這是一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易學(xué)易用且功能強(qiáng)大的模塊化PLC。PLC是通過(guò)用戶(hù)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)電梯控制系統(tǒng)的控制，PLC常見(jiàn)的程序匯編語(yǔ)言主要有五種，而其中最為常用的匯編語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言。本次設(shè)計(jì)采用的就是梯形圖語(yǔ)言，梯形圖語(yǔ)言邏輯簡(jiǎn)單、清晰直觀，讓人更加容易學(xué)習(xí)和掌握，還能夠讓人清晰的看到PLC程序的執(zhí)行過(guò)程和執(zhí)行結(jié)果。而且梯形圖是圖形化語(yǔ)言，與C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言相比，梯形圖的指令能夠讓人更加容易理解和運(yùn)用。S7-1200PLC控制程序用博圖匯編軟件開(kāi)發(fā)。博圖是西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的面向工廠自動(dòng)化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的一款集成工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目環(huán)境開(kāi)發(fā)而一體的自動(dòng)化軟件。它具有簡(jiǎn)單快捷的操作界面，以及簡(jiǎn)單實(shí)用、直觀明了的程序編程和調(diào)試功能。使用博圖梯形圖的編程可以簡(jiǎn)單快捷的實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化任務(wù)的監(jiān)視和控制。4.1系統(tǒng)流程圖如圖4.1為流PLC電梯控制系統(tǒng)的工作程圖，從圖中可知在電梯通電后，先進(jìn)行初始化，使PLC程序變量里的數(shù)據(jù)變?yōu)槌跏紨?shù)據(jù)。然后等待呼叫請(qǐng)求，當(dāng)電梯內(nèi)呼或電梯外呼時(shí)，判斷呼叫請(qǐng)求的樓層是否為當(dāng)前樓層，如果請(qǐng)求信號(hào)的樓層為當(dāng)前樓層，電梯發(fā)出開(kāi)門(mén)命令實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)，延時(shí)3秒后關(guān)門(mén)。如果請(qǐng)求信號(hào)的樓層不是當(dāng)前層，判斷請(qǐng)求信號(hào)的樓層是大于當(dāng)前樓層還是小于當(dāng)前樓層，如果大于當(dāng)前樓層，電梯上升。如果小于當(dāng)前樓層，電梯下降。當(dāng)電梯檢測(cè)到指定樓層限位信號(hào)時(shí)，電梯發(fā)出停止命令。電梯發(fā)出開(kāi)門(mén)命令實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)，延時(shí)3s后關(guān)門(mén)。在電梯的平層限位信號(hào)作用時(shí)，開(kāi)關(guān)門(mén)按鈕可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯開(kāi)關(guān)門(mén)的控制。以上為電梯的運(yùn)行形況，除了上述的電梯運(yùn)行情況還有各種指示燈來(lái)顯示電梯的運(yùn)行情況。當(dāng)呼叫按鈕請(qǐng)求時(shí)，該呼叫按鈕指示燈亮，當(dāng)電梯執(zhí)行完該請(qǐng)求時(shí)，指示燈熄滅。在各樓層和電梯內(nèi)還有數(shù)字顯示器來(lái)顯示當(dāng)前電梯所在樓層，并且隨著電梯的樓層變化而變化。圖4.1系統(tǒng)流程圖4.2梯形圖設(shè)計(jì)1、開(kāi)關(guān)門(mén)環(huán)節(jié)電梯的開(kāi)關(guān)門(mén)存在以下幾種情況：（1）呼梯開(kāi)門(mén)。當(dāng)電梯?？吭谀骋粯菍訒r(shí)，當(dāng)有乘客按下該樓層的外呼按鈕時(shí)，電梯應(yīng)發(fā)出開(kāi)門(mén)命令實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)讓乘客進(jìn)入。當(dāng)有其他樓層的乘客按下外呼按鈕時(shí)，電梯首先應(yīng)該進(jìn)行邏輯判斷確定電梯的運(yùn)行方向，然后電梯按邏輯順序運(yùn)行，當(dāng)電梯運(yùn)行到指定樓層時(shí)，電梯應(yīng)自動(dòng)開(kāi)門(mén)讓乘客進(jìn)入。（2）電梯自動(dòng)停靠時(shí)的開(kāi)門(mén)。電梯正處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，有乘客下電梯或上電梯時(shí)，電梯在呼叫請(qǐng)求信號(hào)和該層平層信號(hào)共同作用下停止運(yùn)行，電梯應(yīng)自動(dòng)開(kāi)門(mén)。（3）關(guān)門(mén)過(guò)程中重新開(kāi)門(mén)。在電梯關(guān)門(mén)過(guò)程中，當(dāng)有人想要進(jìn)入電梯，這時(shí)電梯內(nèi)的乘客按下開(kāi)門(mén)按鈕，電梯會(huì)發(fā)出開(kāi)門(mén)信號(hào)實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)。同時(shí)，在關(guān)門(mén)期間如果有物體擋在兩門(mén)中間，安裝在門(mén)上的紅外傳感器會(huì)發(fā)出信號(hào)，電梯會(huì)發(fā)出開(kāi)門(mén)命令實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)。（4）自動(dòng)關(guān)門(mén)。電梯在開(kāi)門(mén)后延時(shí)3秒，電梯執(zhí)行關(guān)門(mén)命令。（5）手動(dòng)關(guān)門(mén)。電梯在開(kāi)門(mén)過(guò)程中或者是在開(kāi)門(mén)后延時(shí)的3秒內(nèi)，如果有乘客按下關(guān)門(mén)按鈕，電梯立即執(zhí)行關(guān)門(mén)命令。圖4.2電梯開(kāi)關(guān)門(mén)程序2、內(nèi)呼請(qǐng)求信號(hào)的登記和消除環(huán)節(jié)當(dāng)電梯內(nèi)的乘客按下內(nèi)呼按鈕后，該按鈕指示燈變亮，電梯收到內(nèi)呼請(qǐng)求后，響應(yīng)該信號(hào)，當(dāng)電梯到達(dá)指定樓層后，電梯樓層限位信號(hào)作用，內(nèi)呼請(qǐng)求信號(hào)被清除，按鈕指示燈熄滅。圖4.3電梯內(nèi)呼程序3、外呼請(qǐng)求信號(hào)的登記和消除環(huán)節(jié)當(dāng)乘客在電梯外按下外呼上升按鈕或按外呼下降按鈕時(shí)，該按鈕指示燈亮，當(dāng)電梯到達(dá)該樓層時(shí)，外呼請(qǐng)求信號(hào)被消除，指示燈熄滅。圖4.4電梯外呼程序4、平層信號(hào)的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)當(dāng)電梯到達(dá)某一樓層時(shí)，該樓層的限位信號(hào)發(fā)出平層信號(hào)，同時(shí)該信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)字顯示器顯示轎廂所在位置。當(dāng)電梯到達(dá)其他樓層時(shí)，該信號(hào)會(huì)被該樓層的信號(hào)所覆蓋并驅(qū)動(dòng)數(shù)字顯示器顯示目前電梯轎廂所在位置。圖4.5電梯平層程序5、電梯的定向環(huán)節(jié)電梯有時(shí)會(huì)同時(shí)收到多個(gè)請(qǐng)求信號(hào)，在這種情況下，電梯應(yīng)該首先解決定向問(wèn)題以實(shí)現(xiàn)最大效率的完成乘客運(yùn)輸。當(dāng)電梯正處于上升狀態(tài)時(shí)，電梯會(huì)先將比當(dāng)前樓層更高的樓層的上升信號(hào)執(zhí)行完，才會(huì)執(zhí)行下降信號(hào)。同理，當(dāng)電梯正處于下降狀態(tài)時(shí)，電梯會(huì)先將比當(dāng)前樓層更低的樓層的下降信號(hào)執(zhí)行完，才會(huì)執(zhí)行上升信號(hào)。圖4.6電梯定向程序4.3程序的仿真和調(diào)試本次設(shè)計(jì)通過(guò)使用博途軟件實(shí)現(xiàn)程序編程和仿真，同時(shí)使用博圖軟件自帶的人機(jī)界面（HMI）進(jìn)行上位機(jī)顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的PLC梯形圖程序的控制、仿真和監(jiān)控。使用HMI的主要步驟：（1）打開(kāi)軟件TIAPortalV15軟件并創(chuàng)建新項(xiàng)目。（2）添加所要用PLC和HMI。（3）進(jìn)行HMI與PLC的連接。（4）用編程模塊進(jìn)行編寫(xiě)程序。（5）對(duì)HMI內(nèi)的畫(huà)面建立電梯系統(tǒng)仿真畫(huà)面。（6）在HMI變量表里新建需要的變量，建立變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型要與即將要連接的PLC變量數(shù)據(jù)類(lèi)型一致，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)。（7）通過(guò)選擇HMI變量表里的變量，找到與之對(duì)應(yīng)的PLC變量將其選中，建立起它們之間的連接。（8）將編寫(xiě)好的程序進(jìn)行編譯下載仿真。程序仿真與運(yùn)行結(jié)果如圖所示，表明本次設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。圖4.7電梯上升模擬圖圖4.8電梯下降模擬圖圖4.9電梯開(kāi)關(guān)門(mén)模擬圖第5章結(jié)論本次設(shè)計(jì)用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的運(yùn)行控制。本次設(shè)計(jì)的主要對(duì)象是PLC，利用PLC的輸入輸出和邏輯運(yùn)算等功能完成了對(duì)四層電梯的轎內(nèi)選層、轎外呼喚、樓層位置檢測(cè)、自動(dòng)關(guān)門(mén)控制等功能。根據(jù)自己所編寫(xiě)的梯形圖和電梯運(yùn)行模擬仿真畫(huà)面不僅能真實(shí)的表現(xiàn)實(shí)際電梯的運(yùn)行情況，還能驗(yàn)證自己所編寫(xiě)的梯形圖程序是正確的。通過(guò)對(duì)實(shí)際電梯運(yùn)行狀態(tài)的分析，合理的進(jìn)行了PLC硬件選型、參數(shù)設(shè)定以及正確高效的軟件編程，本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了四層電梯的基本功能，提高了電梯的舒適度和運(yùn)行效率，極大地節(jié)約了電梯耗能。另外，本設(shè)計(jì)還有一些缺陷和不足，由于自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)不足，本次設(shè)計(jì)只能通過(guò)PLC的HMI來(lái)模擬電梯運(yùn)行，這樣肯定會(huì)與實(shí)際電梯有一定的差距。本次設(shè)計(jì)最大的問(wèn)題是沒(méi)有考慮電梯運(yùn)行速度的問(wèn)題。另外，我相信本次設(shè)計(jì)還有一些我沒(méi)有找到的問(wèn)題，懇請(qǐng)各位老師指正。同時(shí)我相信隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，未來(lái)的電梯一定能夠更加舒適和高效，能夠?yàn)槿藗兊娜粘Ｉ詈凸ぷ鲙?lái)更大的便利。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我不僅對(duì)書(shū)本上的知識(shí)有了更深的理解，同時(shí)學(xué)會(huì)了通過(guò)各種途徑查課外資料，極大的地開(kāi)拓了自己的視野，認(rèn)識(shí)到自己掌握的知識(shí)還有很大的不足，希望以后自己能夠更加深入地了解本專(zhuān)業(yè)的各種課程。在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，極大地提高了自己的動(dòng)手能力，讓自己更加了解實(shí)際生產(chǎn)的需要，對(duì)自己未來(lái)工作有很大的幫助。參考文獻(xiàn)[1]廖常初.S7-1200PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.[2]徐世許.電氣控制技術(shù)與PLC[M].北京：人民宮淑貞郵電出版社，2013.[3]宮淑貞，王冬青，徐世許.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2002.[4]SiemensAG.S7-1200系統(tǒng)手冊(cè)，2016.[5]SiemensAG.S7-1200入門(mén)手冊(cè)，2015.[6]ChongYuan,YeLiu,TianzeLi,TaoGao.MatildaFloorElevatorPLCControlCircuitDesign[J].InternationalJournalofAdvancedPervasiveandUbiquitousComputing(IJAPUC),2017,9(1).[7]XuexiaZhang,ZhangXuexia,ShangYin