微机控制技术课程设计课题：五层电梯控制系统设计系别：电气及控制工程学院专业：姓名：学号：指导教师：河南城建学院2016年月日摘要电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制、PLC控制、微机控制，其中继电器控制系统故障率高，微机控制系统抗干扰能力弱，而PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，成为目前电梯系统中使用最多的控制方式，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。

本文采用了可编程逻辑控制器（PLC）代替传统的继电器控制设计了五层电梯的控制系统。

该设计以西门子PLC为主控器，采用交流异步电动机调速系统和集选控制。

并通过用博途V13软件采用模块化的编程思想、设计了楼层位置的产生消除及显示、电梯的开关门、内外呼信号的产生消除及指示、电梯的上行行运动方向指示。

以及为应对不同工作情况，可设定三种工作模式：有司机模式、无司机模式、消防模式。

通过软件调试和仿真，并组态WINCC画面监控，实现了电梯的基本功能。

关键字：西门子plc 五层电梯有司机模式无司机模式消防模式目录一设计目的及设计要求1111.1设计目的1111.2设计要求111二系统硬件设计1112.1电梯控制系统的组成2222.1.1 电梯的电力拖动部分2222.1.2 电梯的电气控制部分2222.2电梯模型结构3332.2.1 电梯层门3332.2.2 轿厢内控制屏4442.2.3 楼位置显示功能5552.3 设计参数5552.4 系统硬件电路图6662.4.1 主电路图6662.4.2 PLC外围接线图666三系统分析6663.1 I/O地址分配6663.2 PLC的选型9993.4 电梯控制系统三种工作方式介绍111111四系统软件设计1212124.1 系统功能分析1212124.2 控制程序设计思路1313134.3 各部分功能具体实现131313五系统调试及结果分析1616165.1 系统调试1616165.2 结果分析171717六设计心得171717附录一主电路图错误!未定义书签。

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附录二PLC外围接线图错误!未定义书签。

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参考文献181818一设计目的及设计要求1.1设计目的⏹通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解。

⏹掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，⏹提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析及创新性应用的能力。

⏹熟练掌握可编程逻辑控制器的的应用，如对三菱PLC，西门子PLC的应用；⏹巩固提高编程语言的编程和调试能力。

1.2设计要求（1）系统应具备：有司机，无司机，消防三种工作模式。

（2）系统应具备下列几项控制功能：➢自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）➢自动响应轿厢服务指令信号➢自动完成轿厢层楼位置显示（二进制方式）➢自动显示电梯运行方向➢具备电梯直达功能和单项最远停站功能二系统硬件设计2.1电梯控制系统的组成电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。

2.1.1 电梯的电力拖动部分轿厢升降运动的常见的电力拖动方式总体上可以划分为直流拖动和交流拖动。

而直流拖动发电机组供电的直流电动机由于能耗大、技术落后已不再生产，只有少量旧电梯还在运行。

本次方案选用的是交流双速异步电动机定子串电阻调速拖动方式，此方式不仅结构简单，而且使用方便，易于保养，价格低廉，在一般的电梯中得到了广泛的应用。

2.1.2 电梯的电气控制部分电气控制系统由控制柜、操纵箱、层楼指示、召唤箱及曳引电动机等几十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。

电气控制系统通过电路控制电力拖动系统工作程序，完成各种电气动作功能，保证电梯安全运行。

电梯一般是由电动机来拖动的，其运行过程大多包括启动、正（反）转、停止等，这整个过程是由电气控制系统来完成。

具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。

其操纵是实行各个控制环节的方式和手段。

电梯电气控制系统及电力拖动系统比较，变化范围比较大。

当一台电梯的类别、额定载重量和额定运行速度确定后，电力拖动系统各零部件就基本确定了，而电气控制系统则有比较大的选择范围，必须根据电梯安装使用地点、乘载对象进行认真选择，才能最大限度地发挥电梯的使用效益。

2.2电梯模型结构电梯主体包括升降电机、轿厢、滑轮、钢丝绳、行程开关等。

升降电机为交流可逆电动机，轿厢套在钢丝绳上，电机带动钢丝绳正转或反转时，轿厢对应上升或下降。

每层楼均安装行程开关，利用机械碰撞，给出各楼层的层信号。

轿厢关门到位轿厢门驱动电机轿厢关门到位图1 五层电梯的简化模型和控制柜示意图2.2.1 电梯层门电梯层门是为了确保安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门。

图2为电梯层门示意图。

电梯层门旁装有消防按钮、上召唤按钮和下召唤按钮（最底层只有上召唤按钮、最高层只有下召唤按钮）,并有召唤登记指示灯。

层门上方装有LED数码管，以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。

图2 电梯层门示意图2.2.2 轿厢内控制屏轿厢内控制屏示意图如图3所示。

其中包括上行、下行显示及LED 层楼位置的显示。

另外还有1楼－6楼的指令按钮及登记显示和有司机／无司机的选择按钮。

在有司机工作状态下还有指令专用开关，即只响应指令信号，不响应召唤信号。

此外，还有消防按钮，当发生火灾时，立即清除所有指令信号和召唤信号，电梯直达底楼后开门。

需要说明的是，本实验装置在无司机状态下，利用定时器控制开门、关门和上下客时间；有司机状态下，则直接由司机控制开门、关门和上下客时间。

图3 轿厢内控制屏示意图2.2.3 楼位置显示功能由于西门子1200 PLC 输入输出点数的限制，层楼位置显示采用二进制显示方法。

利用LED 七段显示器的A 、D 、G 三段发光二极管来显示一至五楼层楼位置，如图4所示。

a gdbfce图4七段数码管显示2.3 设计参数表1 电梯设计参数名称设计参数名称设计参数客梯数量1个客梯层数5层单部载重1000Kg单部定员13人2.4 系统硬件电路图2.4.1 主电路图详见附录一：主电路图。

2.4.2 PLC外围接线图详见附录二：PLC外围接线图。

三系统分析3.1 I/O地址分配根据电梯操作的工艺过程及对控制系统的要求，归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的输入点和输出点进行I/O 地址分配，详细I/O分配见表二。

表2 I/O分配注意：由于PLC的输入需要外部给定，无法通过软件修改。

故本次设计仿真中，用变量M2.0～M5.7代替变量I0.0～I3.1，以完成仿真。

3.2 PLC的选型本次设计的项目为五层电梯控制系统，采用了26个数字量输入和26个数字量输出，综合考虑选用西门子S7-1200：CPU 1214C DC/DC/DC ，订货号：6ES7-214-1AG40-0XB0。

S7-1200 可编程逻辑控制器(PLC, Programmable Logic Controller) 提供了控制各种设备以满足您自动化需要的灵活性和强大功能。

S7-1200 设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。

其他模块详细选型表3。

表3 PLC及模块选型序号名称品牌订货号参数数量1控制器SIEMENS6ES7214-1AG40-0XB100 KB 工作存储器；24VDC 电源，板载DI14 x 24VDC 漏型/源型，DQ10 x 24VDC和AI2；板载6 个高速计数器和4 路脉冲输出；信号板扩展板载I/O；多达3 个可进行串行通信的通信模块；多达8 个可用于I/O 扩展的信号模块；0.04ms/1000 条指令；PROFINET 接口用于编程、HMI 以及PLC间通信12数字量输入模SIEMENS6ES7221-1数字量输入模块DI16 x 24 VDC 漏型/源型；可组态输入延时；插入式端子排2块BH30-0XB3数字量输出模块SIEMENS6ES7222-1BH30-0XB数字量输出模块DQ16 x 24 VDC；插入式端子排23.3 硬件组态控制系统在TIA Portal V13 工程平台中的硬件系统配置图如下：图5 PLC 硬件系统配置图图6 PC station 硬件系统配置图3.4 电梯控制系统三种工作方式介绍电梯主要有三种工作方式：①有司机方式、②无司机方式、③消防方式。

❖有司机方式是指由专职司机操纵电梯运行。

具有以下特点：➢电梯上行／下行启动由司机决定➢电梯开门、关门时间由司机控制➢电梯不再响应内外召唤❖无司机方式是指由乘客自己操纵电梯，这种电梯具有集选控制功能。

具有以下特点：➢电梯开门／关门／上、下客时间均由定时器定时➢只要电梯门关闭后自动定向❖消防方式是指大楼发生火灾时，电梯运行控制的一种特殊工作方式。

具有以下特点：①正在运行的电梯控制系统一旦收到消防信号：➢处于上行时立即返回底楼停站开门➢处于下行时立即直驶底楼停站开门➢处于底楼以外停站开门的电梯立即关门返回底楼停站开门②电梯返回底楼并在底楼开门后，电梯处于消防工作状态。

此时，电梯不再响应外召唤信号，电梯的关门起动运行和准备前往层站由消防员控制操作。

四系统软件设计4.1 系统功能分析根据设计要求，画出相应的整体控制系统流程图，见图7。

图7 整体控制流程图4.2 控制程序设计思路首先将程序分为六个部分进行分别编写，主程序（main)、轿厢数码管显示环节(FC1)、定向环节(FC2)、内外呼环节(FC4)、开关门控制(FC5)。

如图5所示图8 程序块◆主程序：主要用于调用响应的FC子程序，把握系统的整体运行。

◆轿厢数码管显示环节：根据轿厢所在当前位置通过七段数码管显示出来。

◆定向环节：比较呼叫信号及轿厢当前位置，实现定向控制。

◆内外呼环节：用于内外呼信号的登记及消除。

◆开关门控制：对轿厢门进行手动和自动控制。

4.3 各部分功能具体实现图9 主程序图10 轿厢数码管显示环节图11 定向环节图12 内外呼环节图13 开关门控制五系统调试及结果分析5.1 系统调试图15监控界面通过WINCC画面对PLC各输出点的状态进行监控，如图10上位机监控界面。

5.2 结果分析基本完成了设计要求，实现了五层电梯控制系统设计的控制要求。

通过系统分析，系统设计设计，编写程序，硬件组态，以及组态画面，能够用WINCC上位机仿真并监控电梯各运行状态。

六设计心得通过两周的微机控制技术课程设计我学到了很多的知识，特别是一些在课程之外的一些知识。