西门子plc的电梯控制系统设计
摘 要随着城市化进程的不断深入发展，土地资源的日益紧张，使得高层建筑越来越多，大厦鳞次栉比，电梯作为其中主要的交通工具，也日益凸显重要，人们对电梯的要求也越来越严格。本文结合西门子PLC 的性能，在深入了解电梯基本结构的基础上，细致分析了电梯的工作原理，力图设计出一个简洁高效且易于修改变化的电梯控制系统，以适应复杂的应用环境。电梯是一种在特别建造的垂直井道中做上下运动的交通工具，其工作形式简单明了，只需通过轿厢将人或者货物运送至指定楼层。但是整个电梯运作系统却很复杂，其中包含了机械原理，电气技术，微处理器技术等等方面的知识。本文设计的五层电梯PLC控制系统是基于西门子PLC(S7-200)而设计并且结合组态王工业设计软件进行仿真演示。其基本功能包括电梯的定向选层、电梯的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车、开关门楼层显示等等。不仅清晰明了的展示了本系统控制下的电梯运行效果，达到了平稳，快速，高效的效果，而且使得设计思路通俗易懂，直观简洁，并提供了良好的改良平台。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 概述 1
1.1电梯的起源与发展 1
1.2 电梯的结构分析 2
1.2.1 电梯的分类 2
1.2.2 电梯的系统组成 2
1.2.3电梯的工作原理 3
1.2.4 电梯的发展趋势 4
第2章 系统设计的基本条件 6
2.1 PLC技术简介 6
2.1.1 PLC的功能特点 6
2.1.2 PLC的工作原理 7
2.1.3 PLC的编程环境 9
2.1.4 西门子STEP7200简介 10
2.2 组态王简介 11
2.2.1 组态王的发展 11
2.2.2 组态王的功能 12
第3章 系统设计 13
3.1 控制要求分析 13
3.1.1 PLC的设计方法 13
3.1.2 功能要求分析 13
3.2 硬件设计 15
3.2.1 PLC的I/O口分配 15
3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
.2.2 PLC的机型选择 17
3.3 仿真模块选择 18
第4章 软件设计 19
4.1 工程界面设计 19
4.1.1 组态王的设计方法 19
4.1.2 主界面设计 20
4.2 组态王程序编写 21
4.2.1 建立变量 21
4.2.2 动画连接 22
4.2.3 主界面动画显示 25
4.3 PLC梯形图设计 27
4.3.1 初始化系统 27
4.3.2 开闭轿厢门 28
4.3.3 自动选向 31
4.3.4 电梯内选与外选指示 33
第5章 总结和展望 35
5.1 总结 35
5.2 展望 35
致谢 37
参考文献 38
附录 41
第1章 概述
1.1电梯的起源与发展
凡事豫则立，不预则废，因此，想要设计出合格的电梯控制系统，就必须对电梯有一个细致的了解。正如日常所见到的那样，电梯是一种建造在建筑内给人们通行提供便利的交通设备，正常情况下一经建成就不再轻易变动。然而，追溯其起源，我们不难发现，任何广泛应用的机械设备，都不是一蹴而就的，必然有一个经历时间考验与锤炼的过程。
为人所熟知的电梯多是以电力为主要动力驱动的现代电梯，而在此之前，人类就有了运送货物或者人上下高层建筑的简易“电梯”装置。在古代中国，距今约3000年左右，一种通过卷筒的旋转运动实现升降的装置就被古人发明出来，名为“辘轳”，甚至沿用至今[1]。在古希腊，著名的阿基米德设计制造的卷筒式卷扬机，被公认为是现代电梯的鼻祖。当然，我们研究后不难发现，这两种典型的古代“电梯”其原理并不复杂，都是应用简单的物理学原理，利用支架，卷筒，绳索等构成主体，使用摇杆实现乘物装置的升降。其动力来源一般是以畜力或者人力为主，因此，其运行速度比较低。直到工业革命之后，随着蒸汽机，内燃机的发明，以及电力的使用，真正意义上的现代电梯雏形初现[2]。
著名的OTIS 公司相信很多人都不陌生，它在电梯制造业算得上是名副其实的“百年老字号”。1853年，其创始人伊莱沙格雷夫斯奥的斯先生首先使用蒸汽机作为电梯动力,设计制造出世界上第一台安全电 梯，至此才出现名副其实的电 梯,并使电 梯趋于实用化。1967年，采用晶 闸管制作的集成电路开始用于电梯驱 动的设计；1983年，出现了使用交流调压调速驱动控制的电梯；1996年，交流永磁同步电机开始应用于电梯，其中无齿轮曳引机相比有齿轮曳引机节能高达44%，使用率达60%左右，动力系统的革新又一次极大的推动了电梯的技术进步[3]。随着人们的需求不断增加，生产力不断提高，电梯行业也在与时俱进，不仅种类日益增多，使用范围越来越广，而且更加智能，环保，舒适，便捷。
1.2 电梯的结构分析
高层建筑内部安装的电梯一般在特定的井道内运动，其总体结构分为机械拖动部分和电气控制系统部分。机械部分包括整个电梯的实体部分，由轿厢，曳引电机，对重等等，电气部分控制电梯的自动运行，轿厢照明以及监控等等。
1.2.1 电梯的分类
宏观来看，目前电梯的主流应用有用于商场、地铁等场所的自动扶梯（自动人行道），沿倾斜方向运动，表现为阶梯式；用于在高层建筑内部上下楼层的电梯，沿垂直方向运动，有特定的井道，表现为轿厢式。不同的环境和领域下，电梯的分类情况有所不同。
按用途分，有各大景点的观光电梯，工厂写字楼等的货运电梯，医院的医用电梯，工地的建筑施工电梯，常见的乘客电梯等等应用在不同环境的种种电梯，不一而足。按驱动方式来分，有交流电梯，直流电梯（直流电动机拖动）以及液压电梯（电动泵驱动液体流动，泄流下降，柱塞顶升）三大类，其中交流电梯以交流感应电动机作为驱动，按其拖动方式又细分有交流双速电梯，交流变频调速电梯，交流调压调速电梯[4]。在现代电梯初具雏形的时候，蒸汽机、内燃机曾被作为曳引电机进行驱动，因其高耗能低效率而且稳定性差逐渐被淘汰。
综上，出于不同的需求，为适应不同的使用环境，电梯的种类也是丰富多彩，五花八门，然而，作为其核心的控制方式，如今的电梯制作公司基本采用PLC作为逻辑控制，配以电梯专用的调压调速器或者变频调速器构成控制系统[7]。
1.2.2 电梯的系统组成
曳引电动机：一般采用交流永磁无齿轮曳引机作为驱动电动机提供动力，配以控制速度的电磁制动器（电磁抱闸）、减速器及曳引轮组成的齿轮曳引系统作为电梯的提升机构。
层楼指示：顾名思义，显示当前楼层的装置，一般由数码管或者LED构成，安装在轿厢内门的上方以及每层楼的门廓上方，便于观察。通常，呼梯盒、运行方向指示，出于便捷考虑，会与之做成一个整体。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 概述 1
1.1电梯的起源与发展 1
1.2 电梯的结构分析 2
1.2.1 电梯的分类 2
1.2.2 电梯的系统组成 2
1.2.3电梯的工作原理 3
1.2.4 电梯的发展趋势 4
第2章 系统设计的基本条件 6
2.1 PLC技术简介 6
2.1.1 PLC的功能特点 6
2.1.2 PLC的工作原理 7
2.1.3 PLC的编程环境 9
2.1.4 西门子STEP7200简介 10
2.2 组态王简介 11
2.2.1 组态王的发展 11
2.2.2 组态王的功能 12
第3章 系统设计 13
3.1 控制要求分析 13
3.1.1 PLC的设计方法 13
3.1.2 功能要求分析 13
3.2 硬件设计 15
3.2.1 PLC的I/O口分配 15
3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
.2.2 PLC的机型选择 17
3.3 仿真模块选择 18
第4章 软件设计 19
4.1 工程界面设计 19
4.1.1 组态王的设计方法 19
4.1.2 主界面设计 20
4.2 组态王程序编写 21
4.2.1 建立变量 21
4.2.2 动画连接 22
4.2.3 主界面动画显示 25
4.3 PLC梯形图设计 27
4.3.1 初始化系统 27
4.3.2 开闭轿厢门 28
4.3.3 自动选向 31
4.3.4 电梯内选与外选指示 33
第5章 总结和展望 35
5.1 总结 35
5.2 展望 35
致谢 37
参考文献 38
附录 41
第1章 概述
1.1电梯的起源与发展
凡事豫则立，不预则废，因此，想要设计出合格的电梯控制系统，就必须对电梯有一个细致的了解。正如日常所见到的那样，电梯是一种建造在建筑内给人们通行提供便利的交通设备，正常情况下一经建成就不再轻易变动。然而，追溯其起源，我们不难发现，任何广泛应用的机械设备，都不是一蹴而就的，必然有一个经历时间考验与锤炼的过程。
为人所熟知的电梯多是以电力为主要动力驱动的现代电梯，而在此之前，人类就有了运送货物或者人上下高层建筑的简易“电梯”装置。在古代中国，距今约3000年左右，一种通过卷筒的旋转运动实现升降的装置就被古人发明出来，名为“辘轳”，甚至沿用至今[1]。在古希腊，著名的阿基米德设计制造的卷筒式卷扬机，被公认为是现代电梯的鼻祖。当然，我们研究后不难发现，这两种典型的古代“电梯”其原理并不复杂，都是应用简单的物理学原理，利用支架，卷筒，绳索等构成主体，使用摇杆实现乘物装置的升降。其动力来源一般是以畜力或者人力为主，因此，其运行速度比较低。直到工业革命之后，随着蒸汽机，内燃机的发明，以及电力的使用，真正意义上的现代电梯雏形初现[2]。
著名的OTIS 公司相信很多人都不陌生，它在电梯制造业算得上是名副其实的“百年老字号”。1853年，其创始人伊莱沙格雷夫斯奥的斯先生首先使用蒸汽机作为电梯动力,设计制造出世界上第一台安全电 梯，至此才出现名副其实的电 梯,并使电 梯趋于实用化。1967年，采用晶 闸管制作的集成电路开始用于电梯驱 动的设计；1983年，出现了使用交流调压调速驱动控制的电梯；1996年，交流永磁同步电机开始应用于电梯，其中无齿轮曳引机相比有齿轮曳引机节能高达44%，使用率达60%左右，动力系统的革新又一次极大的推动了电梯的技术进步[3]。随着人们的需求不断增加，生产力不断提高，电梯行业也在与时俱进，不仅种类日益增多，使用范围越来越广，而且更加智能，环保，舒适，便捷。
1.2 电梯的结构分析
高层建筑内部安装的电梯一般在特定的井道内运动，其总体结构分为机械拖动部分和电气控制系统部分。机械部分包括整个电梯的实体部分，由轿厢，曳引电机，对重等等，电气部分控制电梯的自动运行，轿厢照明以及监控等等。
1.2.1 电梯的分类
宏观来看，目前电梯的主流应用有用于商场、地铁等场所的自动扶梯（自动人行道），沿倾斜方向运动，表现为阶梯式；用于在高层建筑内部上下楼层的电梯，沿垂直方向运动，有特定的井道，表现为轿厢式。不同的环境和领域下，电梯的分类情况有所不同。
按用途分，有各大景点的观光电梯，工厂写字楼等的货运电梯，医院的医用电梯，工地的建筑施工电梯，常见的乘客电梯等等应用在不同环境的种种电梯，不一而足。按驱动方式来分，有交流电梯，直流电梯（直流电动机拖动）以及液压电梯（电动泵驱动液体流动，泄流下降，柱塞顶升）三大类，其中交流电梯以交流感应电动机作为驱动，按其拖动方式又细分有交流双速电梯，交流变频调速电梯，交流调压调速电梯[4]。在现代电梯初具雏形的时候，蒸汽机、内燃机曾被作为曳引电机进行驱动，因其高耗能低效率而且稳定性差逐渐被淘汰。
综上，出于不同的需求，为适应不同的使用环境，电梯的种类也是丰富多彩，五花八门，然而，作为其核心的控制方式，如今的电梯制作公司基本采用PLC作为逻辑控制，配以电梯专用的调压调速器或者变频调速器构成控制系统[7]。
1.2.2 电梯的系统组成
曳引电动机：一般采用交流永磁无齿轮曳引机作为驱动电动机提供动力，配以控制速度的电磁制动器（电磁抱闸）、减速器及曳引轮组成的齿轮曳引系统作为电梯的提升机构。
层楼指示：顾名思义，显示当前楼层的装置，一般由数码管或者LED构成，安装在轿厢内门的上方以及每层楼的门廓上方，便于观察。通常，呼梯盒、运行方向指示，出于便捷考虑，会与之做成一个整体。
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