基于plc的电梯控制系统本科设计
本科毕业设计论文
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西北工业大学明德学院本科毕业设计论文
题 目 基于PLC的电梯控制系统
专业名称 测控技术与仪器
学生姓名 王骊
指导教师 黄英亮
毕业时间 2014年6月
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毕业 任务书
设计 论文 一、题目
基于PLC的电梯控制系统设计
二、指导思想和目的要求
通过毕业设计，使学生了解和掌握从事一般科研项目的工作过程，建立和培养独立解决问题的方法和能力、计算机应用、查阅资料和论文写作的能力，为进一步的学习打下更坚实的基础。
三、主要技术指标
PLC，电梯，变频，电气控制，紧急制动
四、进度和要求
第1周 参加动员会，与指导教师见面，确定题目，填写任务书 第2-4周 搜集相关资料。
第5-9周 硬件设计，程序流程图，论文相关编写。 第10-14周 绘制相关电路设计。 第15-16周 整理全部文件，准备答辩。
五、主要参考书及参考资料
[1]刘建华、张静之主编. 三菱FX2N系列PLC应用技术：机械工业出版社; 2010 [2]李正熙等.电力拖动自动控制系统.北京：冶金工业出版社，1997
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[3]孙亮等.自动控制原理.北京：北京工业大学出版社，2001 [4]吴浩烈.电机及电力拖动基础.重庆：重庆大学出版社，2005 [5]顾绳谷.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社，2000
[6]张进秋等.可编程控制器原理及应用实例. 北京：机械工业出版社，2004
学生 王骊 指导教师 黄英亮 系主任 史仪凯
摘 要
国民经济的飞速发展，现代化程度日益提高,高层建筑愈来愈多，电梯也随之增多，电梯产品在人们物质文化生活中的地位得到了提高，成为重要的运输设备之一。国内传统的电梯控制一是由继电器、接触器构成。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点，而且在层数增加时，配线变化给制造及安装带来诸多不变。若用PLC 控制就解决了以上的不足。
本设计就以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。先对四层电梯的硬件部分作分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。然后，画出它的控制面板图，再根据控制面板图估计一下I/O点数，这样可以确定所选机型，然后在软件设计，写出流程图，梯形图，写出语句。
关键词：PLC；控制系统；电梯；继电器；接触器
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ABSTRACT
The rapid development of the national economy, the increasing degree of modernization, more and more high-rise buildings, elevators also will be increased, the status of elevator products in people's material and cultural life has been improved, become one of the important transport equipment. Traditional domestic elevator control is composed of a relay, contactor. It is not only the existence of poor reliability, high cost, high failure rate and shortcomings, but also in layers increases, changes to the wiring and installation of manufacturing has brought many unchanged. If the control by PLC to address the above shortcomings.
The design of the PLC as a tool for various operations on the elevator control. The hardware part of four elevators for analysis, see the need to switch, what kind of motor, signal lamp. Then, draw it's control panel, then according to the control panel to estimate the I/O points, which can determine the chosen type, and then in the software design, write a flow diagram, ladder diagram, write a statement.
Keywords: PLC; control system; elevator; RELAYS; contactors
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第一章 绪论 ....................................................................................................................................... 1第二章 概述
............................................................................... 2
2.1电梯硬件的分析 ............................................................................................................. 2 2.1.1 电梯的组成 .................................................................................................... 2 2.1.2电梯的工作原理 ............................................................................................. 3 2. 2可编程控制器的介绍 .................................................................................................... 3 2.2.1可编程控制器的发展 ..................................................................................... 3 2.2.2 PLC的用途 .................................................................................................... 4 2.2.3可编程控制器(PLC)的特点 .......................................................................... 6 2.2.4 PLC的工作原理 ............................................................................................ 8 2.2.5 PLC的编程语言 ............................................................................................ 8第三章 变频器的原理与应用
.............................................................. 10
3.1 变频器 .......................................................................................................................... 10 3.1.1 变频器的基本结构 ...................................................................................... 10 3.1.2 变频器的原理 .............................................................................................. 10 3.1.3 变频器的选型 .............................................................................................. 12 3.2 变频调速技术 .............................................................................................................. 12 3.2.1 变频调速的定义 .......................................................................................... 12
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3.2.2 变频调速的节能原理 .................................................................................. 13 3.3 变频调速系统控制 ......................................................................................... 14 3.4 本章小结 ...................................................................................................................... 15第四章 硬件设计
.......................................................................... 16
4.1 PLC的选择 .................................................................................................................. 16 4.2 系统硬件的介绍及使用 .............................................................................................. 16 4.3 PLC的I/O资源配置 ................................................................................................... 17 4.4 PLC的硬件接线图和系统主电路原理图 .................................................................. 20 4.5 系统硬件的安全保护措施 .......................................................................................... 21第五章 软件设计
.......................................................................... 23
5.1 系统的工作原理介绍 .................................................................................................. 23 5.2 系统功能实现分析与介绍 .......................................................................................... 25 5.2.1 两台PLC进行通信 .................................................................................... 25 5.2.2全集选控制 ................................................................................................... 28 5.2.3 保持开门时间的自动控制 .......................................................................... 30 5.2.4 开门按钮和本层外呼叫开门 ...................................................................... 31 5.2.5 关门按钮关门 .............................................................................................. 32 5.2.6门缝防夹保护 ............................................................................................... 33 5.2.7 换站停靠和故障报警 .................................................................................. 34
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5.2.8错误指令取消 ............................................................................................... 36第六章 组态王的设计
..................................................................... 39
6.1 组态王概述 .................................................................................................................. 396.1.1 绪言 .............................................................................................................. 39 6.1.2 组态王的特点和功能 .................................................................................. 39 6.1.3 组态王界面介绍 .......................................................................................... 39 6.2 组态王与西门子PLC 200的通信 ................................................................ 40 6.3 组态王数据词典的建立 .............................................................................................. 42 6.4 系统组态画面设计 ...................................................................................................... 44 6.4.1 系统工作原理 .............................................................................................. 44 6.4.2 主画面 .......................................................................................................... 45 6.4.3 监控画面 ...................................................................................................... 47 6.4.4 控制画面 ...................................................................................................... 50 6.5 本章小结 ...................................................................................................................... 50结论
....................................................................................... 51 .................................................................................. 52 .................................................................................. 53
参考文献致 谢
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第一章 绪论
自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（即可编程控制器）在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。
电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯......。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出-----人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批4~6台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。
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第二章 概述
2.1电梯硬件的分析
2.1.1 电梯的组成
(1)曳引系统
曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。 曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。 (2)导向系统
导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。
导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。 (3)轿厢
轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。 轿厢由轿厢架和轿厢体组成。 (4)门系统
门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。 门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。 (5)重量平衡系统
系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在
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限额之内，保证电梯的曳引传动正常。
系统主要由对重和重量补偿装置组成。 (6)电力拖动系统
电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。
电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。 (7)电气控制系统
电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。
电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。 (8)安全保护系统
保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。 由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。 2.1.2电梯的工作原理
曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。
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2. 2可编程控制器的介绍
2.2.1可编程控制器的发展
第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。
第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准—梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。
在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。
70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的PLC，我国在1974年也开始研制。
70年代由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。在功能上，PLC可以代替某些模拟控制装置和小型机DDC系统。
进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点(PLC实物图2-1)
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图2-1 三种常见的PLC
2.2.2 PLC的用途
PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC的应用通常可分为五种类型：
（1）顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。
（2）运动控制 PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，
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操作方便。
（3）闭环过程控制 PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。
（4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。
（5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。
2.2.3可编程控制器(PLC)的特点
PLC的性能特点 (1)硬件的可靠性
PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。
在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规
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模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。
由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。
(2) 编程简单，使用方便
用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。
PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。
这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。
(3) 接线简单，通用性好
PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“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。
用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。
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(4)可连接为控制网络系统
PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为00m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M—10Mbps，传输距离为000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。
(5) 易于安装，便于维护
PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。
在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。
从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。
PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。
2.2.4 PLC的工作原理
PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU
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从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。
所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”。
由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。
对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。
但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。 2.2.5 PLC的编程语言
PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。
PLC提供的编程语言通常由三种：梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。
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梯形图(Ladder Programming)是应用最广的，梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。
功能图编程（Function Chart Programming）是一种较新的编程方法。它的作用使用功能图来表达一个顺序控制过程。
布尔逻辑编程(Boolean Logic Programming)包括“与”（AND）、或(OR)、非(NOT)以及定时器、计数器、触发器等。
每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。
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第三章 变频器的原理与应用
变频调速技术近年来发展很快，变频器在节约电能的同时可以减少排放、降低能耗，理解并掌握变频器的控制具有十分重要的现实意义，而且现在越来越多的工业控制场合选用PLC和变频器用于电机的调速控制。
3.1 变频器
3.1.1 变频器的基本结构
变频器是把工频电源(50Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器的基本构成如图3-1所示，其主电路主要由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。
图3-1 变频器的基本结构框图
3.1.2 变频器的原理
变频器可分为间接变频器和直接变频器两大类。间接变频器先将工频交流电源整流成电压大小可控的直流，再经过逆变器变换成可变频率交流，由此也称交—直—交变频器；直接变频器则将工频交流一次性变换成可变频率交流，故可称交—交变频器。目前以间接变频器应用较为广泛。本文所述变频器也属于这一类。
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按照电压、频率的控制方式，交—直—交变频器有三种结构形式：
(1)可控整流器调压、逆变器调频方式。如图3-2(a)所示：其调压与调频功能分别在两个环节上实现，由控制电路协调配合，故结构简单、控制方便。由于装置输入环节采用可控整流，当低频低压运行时，移相触发角U很大，致使输入功率因数低下，此外逆变器多用晶闸管型，每周换流2次的逆变器，器件开关频率低输出谐波成分大，当然，可控器件如IGBT的出现使得PWM控制成为可能，可以大大的改善其工作性能，但成本较高。
(2)不控整流器整流、斩波器调压、逆变器调频方式。如图2-2(b)所示：由于采用二极管整流，使输入功率因数提高。由于输出逆变环节功率器件采用晶闸管，仍有输出谐波成分大的弊病。
(3)不控整流器整流、脉宽调制型(PWM)逆变器同时实现调压调频方式。如图3-2(c)所示。此时除装置输入功率因数高，又因采用高开关频率的逆变器，输出谐波很小，性能优良。
(a)
(b)
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(c) 图3-2 交-直-交变频器结构图
3.1.3 变频器的选型
在交流调速系统设计中，在保证系统指标的前提下，应以系统结构简单、成本低、技术成熟、维护工作量小为目标来选择最佳的系统配置，应克服追求高新技术的系统配置，减少造成投资高、维护工作量大、复杂的技术储备型设计。在工程扩建和技术改造
选用变频装置的原则是，根据负载及工艺条件确定变频装置的控制算法，在保证系统的技术指标前提下尽可能减少工程投资。根据实际运行经验可按照以下原则设计以保证高的性能价格比：
(1)按负载类型选择调速装置。
负载变化时通常希望速度变化越小，系统工作越稳定越好，所以大多数负载希望静态速度误差越小，机械特性越硬越好。但也存在某些负载要求较软的机械特性如电车、电梯等负载，当负载超重时为安全起见要求其速度自动地慢下来。
(2)考虑调速经济性，优先考虑设备投资，从两方面考虑。
一方面在符合系统调速要求条件下选择合适类型的调速装置，如风机、水泵等的一般性节能调速尚可考虑选用一般的V/F型SPMW(正弦脉宽调制)通用型变频器，毋需选择矢量控制或直接转矩控制变频器。在要求启动转矩大或调速特性要求高的场合，应选用矢量或直接
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转矩控制型变频器。在某些要求测量运转设备扭力矩的场合，选直接转矩控制的变频器就非常合适，因为该类型变频器可以直接测出其输出的转矩作为测量参数输出。另一方面应考虑设备性能价格比，在价格相近时应选择性能更优异的变频器。还应考虑调速系统的故障率，包括电动机本身、生产机械因调速系统故障而停工、修理，由此引起的损失往往超过调速装置本身价格的若干倍。在选择变频器型号时，应充分考虑变频器的性能和可靠性，单纯考虑变频器价格是片面的。
根据系统综合考虑因素和学校的实际因素，本课题选择西门子MM440型变频器。
3.2 变频调速技术
3.2.1 变频调速的定义
由于异步电动机的转速表达式为：
n=n0（1-s）=60f0(1-s)／p （3-1）
其中f0为定子电压频率，P为电动机极对数，s为转差率，n0为异步电动机的同步转速。根据上式，即异步电动机的转速n=60fl/p(1-s)，当极对数P不变时，电动机转子转速n与定子电源频率fl成正比，因此连续地改变供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电动机的转速，这种调速方法称为变频调速。它具有较好的调速性能，在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想的调速方法。 3.2.2 变频调速的节能原理
在电动机调速时，一个重要的因素是希望保持每极磁通量φ为不变额定值。磁通太弱，没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；磁通太大，又会使铁芯饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。对于直流电阻，励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，保持中不变是容易做到的。对于交流异步电机，磁通是由定子和转子磁势合成产生的，怎样才能保证磁通恒定呢?我们知道，异步电动机定子绕组每相感应电势为：
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El=4.44flNkW1φ1 （3-2）
Ul=IlZl+El （3-3）
式中： El——气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为V； f1——定子电源的频率，单位为Hz； N——定子每相绕组的串联匝数； kW1——绕组因数；
φ1——每极气隙中的磁通量； U1——电机外加电压； I1——电机定子电流； Z1——电机定子阻抗。
如果略去定子阻抗电压降，则感应电动势近似等于定子外加电压为：
Ul≈El=4.44flNkWlφ1 （3-4） 从上式可以看出，若定子端电压Ul不变，则随着fl的升高，气隙磁通φ1将减小。电机转矩为：
T=Ctφ1I2COSψ2 （3-5）
式中： I2——转子电流； COSψ2—转子电路功率因数： Ct——转矩常数。
从电机转矩公式可看出φ1的减小势必会导致电机允许输出转矩下降，使电机的利用率降低，同时，电机的最大转矩也将降低，严重时会使电机堵转。
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若维持定子端电压Ul不变，而减小fl，则φ1增加，将造成磁路过饱和，励磁电流增加，铁心过热，这是不允许的。为此在调频的同时需改变定子电压Ul，以维持气隙磁通φ1不变。根据Ul和fl的不同比例关系，将有不同的变频调速方式。
3.3 变频调速系统控制
本课题采用的变频调速系统框图如图3-3所示。
传感器呼叫信位置信楼层显呼叫显号号示示曳引机PLC 门电机变频器电源 图3-3 本课题变频调速系统框图
3.4 本章小结
本章主要介绍了变频调速技术的相关知识，以及文中所需变频器的选择，还包括变频调速控制系统的总体结构，为下一步的设计打下了坚实的理论基础。
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第四章 硬件设计
4.1 PLC的选择
根据系统的控制要求及复杂程度，对所需要的I/O口要进行初步的估算。PLC的输入输出点数是有限的，在设计一个PLC控制系统时可能遇到其I/O口的点数问题，可以选择I/O点数较多的PLC或增加扩展单元。
根据控制系统的功能要求，从经济性、可靠性等方面考虑，选择两台西门子S7-200系列PLC作为此电梯群控系统的控制主机。此电梯群控系统主电梯总共有21个数字输入，19个数字量输出，1个模拟量输入，根据I/O点数和程序容量和控制的要求，又因为需要接的是交流负载，所以选用继电器输出型的PLC，再根据学校的实际情况，选择两台CPU 224XP继电器输出型的PLC作为该控制系统的主机，在这个控制系统中，从PLC主控制单元总共有22个数字输入，17个数字量输出，1个模拟量输入，从控制单元总共有16个数字输入，11个数字量输出，1个模拟量输入。根据I/O点数和数字输入/输出扩展模块选用两个EM223(16点输入16点输出分别接在主从PLC后面。
4.2 系统硬件的介绍及使用
系统硬件主要有：1 ）两台PLC控制器224XP以及两台扩展模块EM223；3）两根根通信电缆 2） 装有组态王6.53的电脑；3 ）西门子变频器MM440 2台；4） 两个个红外对射传感器、两个个压力传感器、八个限位传感器、两个防冲顶传感器、两个下限位传感器；5 ）两台YJ250A曳引机；下面简要介绍一下系统中的主要硬件：
1、数字量输入输出模块EM223 EM223扩展模块具有以下特性。
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具有漏极/源型16点I/O输入，固态16点I/O输出
（2）输入电压范围，最大连续电压30V DC，额定电压24V DC（4mA），逻辑1信号最小是15V DC（2.5mA），逻辑0最大是5V DC（1mA）。
（3）输入8点500V AC 光隔离。 （4）输入最大延迟时间4.5 ms。
（5）输入屏蔽电缆最大500米，非屏蔽电缆最大300米。 （6）输出电压允许范围20.4—28.8V DC，额定电压24V DC 。 （7）输出最大电流逻辑1信号 20V DC。 （8）输出屏蔽电缆500m，非皮比电缆150米。
（9）输出延迟off到on最大延迟50us，on到off最大延迟200us。 （10）输出采用500VAC光隔离。
EM223与PLC主机连接时，不需要进行特殊设置，只要将扩展模块的排线插入到主机的扩展槽上即可，需要注意的是扩展模块的位置顺序决定了I/O地址编号。
2、人际界面组态王
组态王具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
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3、西门子变频器MM440
MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo（内部功能互联）功能有无可比拟的灵活性。
4.3 PLC的I/O资源配置
1 主PLC的I/O分配 （1）数字量输入部分
在这个控制系统中，输入量共22个输入点，如表4-1所示。
表4-1 数字量输入地址分配表
序号 1 2 3
名 称 输入点 序号 名 称 输入点 一层平层 I0.0 12 三楼外呼上I1.3 行 二层平层 I0.1 13 三楼外呼下I1.4 行 三层平层 I0.2 14 四楼外呼下I1.5 19
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行 4 5 6 7 8 9 四层平层 I0.3 15 内呼一楼 I0.4 16 内呼二楼 I0.5 17 内呼三楼 I0.6 18 手动开门 手动关门 开门限位 关门限位 限位 一层外呼上行 10 二层外呼上行 11 二楼外呼下行
（2） 模拟量输入部分
由于需要输入一个压力传感器所采集的数据，具体分配如表4-2所示。
表4-2 模拟量输入地址分配表
I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 内呼四楼 I0.7 19 电梯上升极I2.4 I1.0 20 电梯下降极I2.5 限位 I1.1 21 火灾置位按I2.6 钮 I1.2 22 防夹开关 I2.7 20
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输入地址 AIW0
数字量输出部分
表4-3 数字量输出地址分配表
序号 1 2 3 4 5
输入设备 压力传感器 名 称 输出点 序号 名 称 输出点 电机上行 Q0.0 电机下行 Q0.1 内呼一楼Q0.指示 指示 4 内呼二楼Q0.5 内呼三楼Q0.10 11 12 13 14 21
三楼外呼上行指示 三楼外呼下行指示 四楼外呼下行指示 开门 关门 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7
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指示 6 7 8 9
指示 上行指示 上行指示 下行指示 6 15 16 17 照明 火灾应急指示灯 电梯超载 7 Q3.1 0 1 2
Q3.0
Q3.2
内呼四楼Q0.一层外呼Q2.二楼外呼Q2.二楼外呼Q2.该控制系统的输出共18个输出点，其分配情况如表4-3所示。
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2 从PLC的I/O分配 （1）数字量输入部分
在这个控制系统中，输入量共16个输入点，如表所示。
表4-4数字量输入地址分配表
序名 称 输入序名 称 输入号 点 号 点 1 一层平层 I0.0 9 手动开门 I2.0 2 二层平层 I0.1 10 手动关门 I2.1 3 三层平层 I0.2 11 开门限位 I2.2 4 四层平层 I0.3 12 关门限位 I2.3 5 内呼一楼 I0.4 13 电梯上升I2.4 极限位 6 内呼二楼 I0.5 14 电梯下降I2.5 极限位 7 内呼三楼 I0.6 15 火灾置位I2.6 按钮 8 内呼四楼 I0.7 16 防夹开关 I2.7
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4-4
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（2） 模拟量输入部分
由于需要输入一个压力传感器所采集的数据，具体分配如表4-5所示。
表4-5 模拟量输入地址分配表
输入地址 AIW0
（3） 数字量输出部分
该控制系统的输出共11个输出点，其分配情况如表4-6所示。
表4-6 数字量输出地址分配表
序号
输入设备 压力传感器 名 称 输出点 序号 24
名 称 输出点
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1 2 3 4 5 6 电机上 电机下 内呼一楼指示 内呼二楼指示 内呼三楼指示 内呼四楼指示 Q0.0 Q0.1 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 7 8 9 开门 关门 照明 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q3.1 10 火灾应急指示灯 11 电梯超载 Q3.2
4.4 PLC的硬件接线图和系统主电路原理图
1、如图4-1所示为主PLC的硬件接线图, 所选元器件名称见表4-7。
表4-7 硬件元器件名称、数量表
序号 1
图号 SB1~13 名称 按钮 25
数量 13
9 8 7 6 5 4 3 2 F1 FJ1 YL1 L1~14 XW1~8 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文
限位开关 PLC主机 装有组态王的电对射式传感器开压力传感变送器 变频器MM440 26
脑 关 蜂鸣器 指示灯
1 2 1 1 1 1 8 14
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图4-1 PLC的硬件接线图
4.5 系统硬件的安全保护措施
1、在电梯群控主电路控制部分，采用了断路器，作为电路短路保护，在电路中还连接了空气开关和相序保护，空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除了能完成接通和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。相序保护用于在电路相序出现变化是断开电路，从而防止由于相序出现变化时导致的危险。
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第五章 软件设计
5.1 系统的工作原理介绍
电梯群控是建立在单台电梯控制系统基础之上的，所以在设计电梯群控算法时必须以单台电梯控制逻辑为基础。群控算法将充分考虑系统要求，对召唤进行合理的分配。电梯的群控运行不能与电梯单梯运行逻辑相冲突，结合电梯运行逻辑，我们为群
控算法设计了如下的运行规则：
（1）全集选控制：在自动状态或司机状态，电梯在运行过程中，在响应轿内指令信号的同时，自动响应上下召唤按钮信号，任何层楼的乘客，都可通过登记上下召唤信号召唤电梯。
（2）保持开门时间的自动控制：全自动运行时，电梯到站自动开门后，延时设定的时间自动关门。
（3）本层厅外开门：如本层召唤按钮被按下，轿门自动打开。
（4）全自动状态下，按下关门按钮后，可取消开门保持功能，门开到位后会立即关门。 （5）开门按钮开门：电梯停在门区时，可以在轿厢中按开门按钮使电梯已经关闭或尚未关闭的门重新打开。
（6） 换站停靠：如果电梯在持续开门超过设定时间后，开门限位尚未动作，电梯就会变成关门状态，并在门关闭后，自动运行到相邻楼层开门。
（7）错误指令取消：乘客按下指令按钮被响应后，发现与实际要求不符，可在指令登记后连按2次错误指令的按钮，该登记的信号就被取消，该功能可通过参数开通。
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（8）接停靠：电梯按照距离原则减速，平层时无任何爬行。
（9）待梯时轿内照明、风扇自动断电：在全自动状态，如电梯无指令和外召登记时轿厢内照明、风扇自动断电。但在接到指令或召唤信号开门后，又会自动重新上电投入使用。
（10）层楼显示字符设置：通过程序的改动可以设置每一层楼显示的字符，如设置地下一楼显示“B”等。
（11）显示器：系统厅外和轿内通过显示器，可以显示楼层位置、运行方向、电梯状态等信息。（12）火灾紧急返回运行：当遇到火灾时，将火灾返回开关置位后，电梯立即消除所有指令和召唤，以最快的方式运行到消防基站后，开门停梯。
（13）超载保护：当超载开关动作时，电梯不关门，且蜂鸣器鸣响。
（14）门缝防夹保护：当电梯门在决定后，红外对射感应器检测有人这时候进来则会放弃关门，再次开门。
（15）顺序截梯：当电梯在运行时检测到有呼叫和自己运行的方向相同则停止。 电梯群控系统的总体工作原理框图如图5-1所示。
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图5-1工作原理图
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5.2 系统功能实现分析与介绍
5.2.1 两台PLC进行通信
为了实现两台PLC之间能够通信，需要做以下几个步骤（以主PLC为例）： 1：用一根通信电缆将两台PLC连接起来。
2：点击编程软件STEP7里面的菜单栏里面的工具~指令向导，弹出对话框如图5-2所示。
图5-2指令向导
3：在5-2的对话框里面选择NETR/NETW配置多项读写指令操作，然后点击下一步，弹出对话框如图5-3。
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图5-3读写指令操作
4：在5-3的对话框选择希望配置2项网络读/写操作，点击下一步，弹出对话框如图5-4。
图5-4网络读写操作
5：在5-4的对话框里面设置希望通过PLC的0通信端口进行通信。点击下一步，弹出对话框5-5。
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图5-5设置通信端口
6：在5-5的对话框里面选择现在的操作是网络NETR读操作，具体的设置见图5-5。设置完参数后点击下一操作，选择NETW操作，具体参数设置如图5-6。设置完参数后一直点击下一步，知道完成即可。
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图5-6网络NETR读操作
7：在PLC程序里面需要在主程序里面写入如图5-7的程序。
图5-7主PLC与从PLC通信
8：在从PLC程序里面也要设置相应的设置，具体步骤参照步骤1~6。
5.2.2全集选控制
全集选控制是指：在自动状态或司机状态，电梯在运行过程中，在响应轿内指令信号的同时，自动响应上下召唤按钮信号，任何层楼的乘客，都可通过登记上下召唤信号召唤电梯。
为了实现全集选控制功能，需要在把所有呼叫的信息都登记下来。PLC程序控制是把所有的呼叫信息都存在内存里面，程序如下图5-8：
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图5-8存储呼叫信息
如图5-8网络3，当按钮I1.0一楼向上按下时，会产生一个上升沿，则V0.0被置位，并且对应与一楼向上的灯亮起，直到这个呼叫被响应，则复位，复位程序见图5-9：
图5-9呼叫复位
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如图5-9网络42，当是本层呼叫的时候直接复位一楼向上所对应的V0.0和对应的灯Q2.0。
5.2.3 保持开门时间的自动控制
保持开门时间的自动控制是指全自动运行时，电梯到站自动开门后，延时设定的时间自动关门。
为了实现保持开门时间的自动控制，需要在PLC控制程序里面在开门结束后进行计时，当计时达到后，则开始关门，PLC程序如下图5-11示：
图5-11保持开门时间的自动控制
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如图5-11网络56，当进入程序S0.1时，开始让T38开是计时5秒，当5秒到了后，则T38得电，则跳转到S0.2，S0.2内执行的指令是开始关门的指令。而程序中T38延时时间是可以改变的，所以这就实现了开门的时间的自由控制。 5.2.4 开门按钮和本层外呼叫开门
开门按钮开门是指电梯停在门区时，可以在轿厢中按开门按钮或者在敲响外按按钮使电梯已经关闭或尚未关闭的门重新打开。
为了实现开门按钮和本层外呼叫开门的功能，需要在PLC控制程序中在关门开始时，程序中开始检测是否开门按钮和门外呼叫按钮按下，如果检测到按下，则停止关门，并且开始开门。PLC程序如下图5-12：
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图5-12开门按钮和本层外呼叫开门
如图5-12网络61，当程序指令运行到关门的时候开始进入S0.2，I0.2表示桥箱内开门按钮，当按钮按下的时候，则S0.0得电，这就表示开始执行S0.0内的程序，S0.0的程序是开门的命令。所以这就实现了当电梯们开始关门的时候，如果按下开门按钮则停止关门，开始开门。
在如图5-13网络57，当电梯在一楼，并且在执行关门的指令，则I0.0得电。如果这时候外面有人想要进入电梯，则会按下门外的呼叫按钮，则I1.0得电。这个时候I0.0和I1.0同时得电，则S0.0得电，则让程序跳转到S0.0，执行S0.0内的程序。所以这也同样实现了当电梯们开始关门的时候，如果按下开门按钮则停止关门，开始开门。 5.2.5 关门按钮关门
关门按钮关门是指：当电梯已经关好门，并且在延时等候门外等候的人进来的时候，如
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果箱内的人看到外面已经没有人了，则可按下桥箱内的关门按钮，这时候则会直接关门，而不会等到延时结束在关门。
为了实现关门按钮关门这个功能，需要在PLC程序中在开门结束后，检测桥箱内关门按钮有没有按下，如果按下则直接开始关门。PLC程序如下图5-13：
图5-13关门按钮关门
如图5-13网络57，当程序运行到S0.1的时候进入到开门延时，I2.1表示桥箱内关门按钮。当按钮按下的时候，则I2.1得电，并且如果在为超载的情况下即Q3.2不得电，则S0.2得电，则开始执行S0.2内的程序，S0.2的程序是关门的命令。所以这就实现了当电梯箱外的人已经全部进入电梯内部，则可以通过按桥箱内关门按钮提前关门。 5.2.6门缝防夹保护
门缝防夹保护是指当电梯门在开始关门后，并且没有完全关起来，如果这时候桥箱外有人想要进入电梯，可以直接把手放到电梯门缝中。这时候红外线对射传感器检测门缝当中有
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物体挡住，则放弃关门，直接开门。
为了实现门缝防夹保护，需要在PLC程序中在关门开始的时候就开始检测对射式传感器是否给的信号是否为高电平，如果为高电平停止关门的行动，转换为开门。PLC程序如下图5-14：
图5-14门缝防夹保护
如图5-14网络61，当运行到开始关门的时候，如果对射式传感器检测到有东西挡住时，则I2,7得电，则S0.0得电，则直接跳转到S0.0执行开门的命令，并且停止关门。所以这就实现了，当有人因为着急往电梯里面跑的时候，停止继续关门，开始开门的功能。 5.2.7 换站停靠和故障报警
换站停靠和故障报警是指如果电梯在持续开门超过设定时间后，开门限位尚未动作，电梯就会变成延迟等候状态，延时结束后开始门关闭，关门后自动运行到指令楼层开门。这个功能是为了如果电梯的开门限位出现故障时候能够继续的运行。并且向组态王发出报警信号。
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为了实现换站停靠的功能，需要在开门开始时就开始计时，这个计时时间是根据正常们关闭的时间来设定的。如过们正常开启的时间是1.5 S，则设定的时间则比1.5S稍微多点2 S即可。如果在开门时间达到设定的时间，门限位还没有得电则直接跳转到延时的程序中并且发出报警信号给组态王。PLC程序如下图5-15：
图5-15换站停靠和故障报警
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如图5-15网络50，当运行到开门的时候，T37开始得电，并且开始计时2 S （时间要根据实际情况调节）,当开门限位出现故障的时候，I2.2不能得电，则S0.1不能够得电。而当计时器T37计时到2S后，则T37得电，则S0.1得电，则停止开门的程序，直接跳转到S0.1时间延迟等候的程序当中。所以这就实现了换站停靠的功能。
如图5-15网络51，正常情况下，当进入开门程序时，应该是当开门限位i2.2得电后跳转到时间延迟S0.1，而如果当开门限位出现故障的时候则I2.2不能得电，则就停顿在开门程序这里，所以为了防止这个问题存在就加了一个定时功能，当i2.2不得电，而定时时间到了过后则M6.0得电，则S0.1得电，则跳转到延时等候的程序中，并且组态王中报警，所以这就实现了门限位故障报警的功能。 5.2.8错误指令取消
错误指令取消是指当乘客按下在按桥箱内指令按钮时可能出现错按的情况，当按下去过后，被响应后，可在指令登记后再按1次错误指令的按钮，该登记的信号就被取消。
为了实现错误指令取消的功能，需要在PLC程序中做一个按箱内指令按钮的计数的程序。PLC程序如下图5-16：
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图5-16错误指令取消
如图5-16网络25，SM0.1表示当系统上电的第一次扫描周期得电，对VB101、VB102、VB103、VB104进行初始化为零，防止程序出现紊乱。看图网络26，当电梯不在一楼时，即I0.0不得电，当按下桥箱内的一楼指令按钮，则I0.4得电，则VB101自动加1。看网络30，当VB101为1的时候，则Q0.4得电，则表示发出指令要到1楼。如果再按一次I0.4，则VB101又加1，看网络31则将VB101复位为0，或者当到一楼的时候将VB101复位为0。所以这就实现了错误指令取消的功能。
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第六章 组态王的设计
6.1 组态王概述
6.1.1 绪言
组态王是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用组态王还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC中实际用到的 I/O 点数，降低生产的成本同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。 6.1.2 组态王的特点和功能
它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。 6.1.3 组态王界面介绍
运行组态王 ,新建一个空工程，组态王的界面显示内容将如图6-1所示。
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图6-1 软件框架图
6.2 组态王与西门子PLC 200的通信
1：首先是通过点击西门子PLC 200的编程软件，在软件里面点击通信可以知道电脑和PLC连接的串口地址和设备指定地址。
2：点击组态王设备里面的COM1，然后在右边点击新建按钮，出现如图6-2所示的设备配置向导。依次点击PLC—西门子—S7—200系列—PPI。然后点击“下一步”按钮，出现6-3所示的设备配置向导—逻辑名称对话框，在输入框里面设置你想设置的逻辑名称。在点击下一步，出现6-4所示的设备配置向导—选择串口号，在下拉菜单中选择刚刚在编程软件里面得到的串口地址。然后点击下一步按钮，会出现6-5所示的设备配置向导—设备地址设置指南对话框，在输入框里面输入设备地址。然后一直点击下一步直到完成。
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图6-2所示的设备配置向导
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6-3所示的设备配置向导—逻辑名称
6-4所示的设备配置向导—选择串口号
6-5所示的设备配置向导—设备地址设置指南
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6.3 组态王数据词典的建立
点击图6-1当中的“数据词典”，在右边窗口点击“新建”，会出现如图6-6所示的定义变量对话框，以建立电梯一楼外呼上为例。
在变量名中输入你想设置的名称“外呼上1”，由于外呼上1是外部开关量所以在变
6-6定义变量对话框
量类型里面选择是I/O离散，在描述对话框里面可以输入你建立这个变量的含义。在连接设备里面，点击下拉菜单选择之前建好的设备名称“新I/O设备”，在寄存器后面的下拉菜单里面选择M，然后输入11.0（与程序里面用到的寄存器M要不宜样）。在数据类型下拉菜单里面选择Bit，在读写属性里面选择读写。这样对应与一楼向上的外呼开关变量就建好了。
按照之前的实例，把所需要的变量都建好，方便在组态画面的时候直接用。如图6-7所示：
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图6-7：数据词典
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6.4 系统组态画面设计
6.4.1 系统工作原理
本系统设置了2个密码，分别是在主画面和监控画面上。主画面输入密码只能进入监控画面，需要在监控画面上输入密码才能进入电梯的控制的画面。在主画面输入用户名和密码后，除此之外还有一些进入监控画面，在监控画面中只可以对电梯系统的运行情况进行监控。如果你有权进入电梯的控制程序，可以在监控程序里面输入用户名和密码进入控制程序。在控制程序里面不仅仅可以监控电梯的运行情况，也可以控制电梯的运行状态，也可以在控制画面直接进入报警画面。报警画面里面记录了电梯的火灾报警、超载报警、开门限位报警。 6.4.2 主画面
图6-8主画面
主画面如图6-8主要是实现密码和用户名的输入，通过输入之前设定好的用户名和密码进入相应的画面。还有就是时间的显示和退出监控和控制程序。
为了实现上述密码和用户名的功能，步骤如下所示：
1：需要在当前画面里面中点击工具箱里面的文本按钮，然后在画面当中点击一下，然后输入如图所示的四个#。以同样的方法可输入字符串“用户名”和“密码”，然后调整一下
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位置。
2：双击“用户名”后面的输入框，会出现如图6-9所示的动画连接对话框，然后点击字符串输出，出现如图6-10所示的文本输出连接对话框。
3：点击表达式后面的“？”按钮，然后在变量表里面选择之前建好的变量“用户名”，然后点击确定。
4：在点击6-10当中的字符串输入，点击变量名输入框后面“？”，在变量里面选择变量“用户名”。
5：以相同的方法设置密码后面的输入框。
6：双击进入监控界面按钮，弹出动画连接对话框，点击弹起时，出现如图6-11的命令语言对话框，在里面输入如图所示的命令语言。这就实现了当用户名输入“123”和密码输入“123”时点击进入监控界面则可以进入监控界面。
图6-9 动画连接
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图6-10文本输出连接
图6-11命令语言对话框
7：同样的双击退出按钮，然后点击弹起时，在命令语言里面输入“ShowPicture(\"确定退出\");”。这就实现了点击退出按钮则会退出组态王对系统的监控程序。
8：点击图库菜单里面的图库，可以在里面选择一些个性的时钟，这样可以知道当下监控的时间。
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6.4.3 监控画面
监控画面如图6-12主要实现了对电梯的运行的状态进行监控，并且可以模拟电梯的运行状态桥箱上下移动和开关门。还实现了点击返回主菜单回到主画面，点击进入控制界面就可以输入用户名和密码进入控制界面。为了实现以上功能，步骤如下：
1：首先需要先模拟画出电梯的外表，如图6-12所示。
2：双击画面当中的模拟桥箱块，然后在动画连接里面点击垂直移动，最后在表达式里面选择变量“一号电梯的位置”。
3：双击模拟桥箱门，在动画连接里面点击缩放，在表达式里面选择变量“一号电梯缩放1”，并且选择变化方向。
图6-12监控画面
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图6-13命令语言
4：为了实现桥箱的上下和开关门还需要在监控画面右击鼠标选择画面属性，在点击命令语言，在存在时的对话框里面输入代码。如图6-13所示：
5：为了能够实现点击按钮进入控制界面，然后出现输入密码的界面，并且输入密码正确则进入控制界面的功能。需要对进入控制界面按钮做“按下时”“ShowPicture(\"输入密码\");”的动画连接。输入密码的界面如图6-14所示：
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图6-14 输入密码
6：按照主画面里面的用户名和密码6-14中的用户名和密码做动画连接，还需要对确定按钮做当用户名和密码都为“456”时点击确定按钮则进入控制界面，否则出现控制输入密码错误的界面。如图6-15：
图6-15 控制输入密码错误界面
7：对控制输入密码错误界面里面的返回按钮做当按下按钮时，则返回到监控界面的动画连接。
8：对监控界面里面的返回主界面按钮做当按下按钮时，则返回主画面的电话连接。
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6.4.4 控制画面
6-16控制界面
控制画面如图6-16主要实现了对电梯的远程控制和电梯运行状态的监控，还实现了电梯故障的报警和应急开关按下时直接运行到底楼开门。
按钮和电梯桥箱的动画连接和监控画面的设置一样，点击进入报警窗口可以进入报警窗口的监控画面，点击画面的返回到监控界面就可以返回到监控界面。
6.5 本章小结
本章主要对组态王部分进行了简单的概述。对组态王的背景及发展趋势进行了简单的介绍，并对系统中组态王部分的工作原理进行了详细的讲解，通过课题中的一些设计实例，详细介绍了组态王的使用方法以及本系统中上位机程序的一些重点设计思路。
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结论
本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对升降电梯的控制。利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。利用可编程控制器控制升降电梯，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当建筑物的层楼增加时，硬件接线上只需增加楼层相应的输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应楼层的功能，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。
通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。并且，更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。这次设计，使我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了很多宝贵的东西
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参考文献
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[17] PROGRAMMING MANUAL .MISUBISHI ELECTRIC，1999
[18] Programming Controller Melsec FX series Programming Manual.Misubishi
electric,1994
致 谢
本课题是在黄英亮老师悉心教导、严格要求和大力支持下完成的。从论文的选题、方案论证到论文的撰写和修改过程中，都倾注了黄英亮老师的大量心血。
在论文写作过程中，得到了黄英亮老师的亲切关怀和耐心的指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，黄英亮老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，黄英亮老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩黄英亮老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在论文即将完成之际，我要感谢许多让我分享他们宝贵经验和知识的同学们。通过一同的研究和探讨，他们为
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我论文的完成提出了许多宝贵建议，我从中得到了很多有益的启发。我还要衷心感谢父母多年来的抚养和教诲，正是他们的资助、鼓励和支持，我才能得以完成大学学业和本论文。
黄英亮老师渊博的学识，严谨的治学态度，创新的精神，诚恳和平易近人的品格让我受益匪浅，为我树立了终身学习的榜样。值此论文完稿之际，谨向辛勤培养和无私帮助自己的老师致以崇高的敬意和由衷的感谢！
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