毕业设计(论文)题目

基于PLC的电梯控制系统设计与仿真

学生姓名

班级

电气2101班

学号

研究目的和意义：

目的：电梯是一个复杂的系统，目前，可编程序控制器(PLC)和部分重要的电器元件组成的电梯运行控制系统正在飞速的发展。由 PLC和电气元件组成的控制系统，它的优点在于可靠性高、维修方便、编程简单、可以完成较为特殊的控制任务，它正在成为控制电梯的重要研究方向。为了让乘客乘坐电梯更加舒适，研究PLC 对电梯的控制还是很有必要的。本次设计主要设计三层电梯的控制系统利用PLC 的逻辑开关功能，通过 PLC 来控制电梯的开关门、楼层显示、定向、超载报警起动加速和制动停车等模块。这些都要对电梯的性能进行分析研究，来确定输入输出口，从而选择PLC的具体型号，再分配I/O口，并编辑对应的程序和对电梯的控制，最后再检验程序并应用，从而实现PLC控制电梯的目的。

意义：基于PLC的电梯控制系统设计具有多方面重要意义。首先对于安全性而言，PLC能迅速处理电梯各类传感器信号，如电梯门的开关与电梯超载信号，遇到异常立即停止，保护乘客安全。其次PLC的可靠性高，硬件抗干扰强，软件可以设计复杂的控制逻辑，以便对于复杂环境可以稳定运行、降低故障发生，保障电梯正常运作。在运行效率方面，PLC 通过轿厢位置与乘客呼叫，优化运行路径，减等待时间，提升电梯使用率。最后在灵活性上，可以通过随时修改 PLC 程序，来轻松调整电梯功能，如增加楼层、变换电梯速度或修改逻辑，来适配各种建筑功能变动与特殊需求，极具实用价值。

相关国内外研究现状（文献综述）：

国内：国内基于PLC的电梯控制系统设计与仿真研究已取得了较为丰富的成果，以下是一些主要的研究现状：

（1）控制系统设计方面

硬件选型与电路设计：研究人员根据不同的电梯需求，对PLC型号进行了多样化的选择。如三菱FX2N、FX3U系列PLC以及西门子S7-200、S7-1200系列PLC等在电梯控制系统中都得到了广泛应用。

控制程序设计：普遍采用模块化编程思想，将电梯控制程序划分为开关门控制、楼层显示、内呼外呼信号处理、电梯运行方向控制、启动加速和稳定运行、制动减速等多个功能模块。

（2）系统仿真研究方面

组态软件应用：组态王、MCGS等组态软件被广泛用于开发电梯监控系统仿真界面，通过变量定义、动画连接以及命令语言编写，实现对电梯运行状态的实时监控和可视化展示。

仿真算法研究：在电梯运行调度算法方面，研究人员对分区控制算法、最短时间算法等进行了深入研究，并提出了一些改进和优化措施。

（3）系统功能扩展方面

智能化功能集成：一些研究将电梯控制系统与智能大厦的其他系统进行集成，实现了电梯与消防、保安、楼宇设备控制等系统的交互联系，提高了电梯的智能化水平和安全性。

群控系统研究：随着高层建筑中电梯数量的增加，群控电梯系统的设计与研究成为热点。通过对多部电梯的集中控制和合理调度，缩短了乘客的平均等待时间，提高了电梯的运行效率。

国外：在国外，基于PLC的电梯控制系统设计与仿真的研究则处于较为先进的水平。

（1）首先在控制系统设计方面，许多知名电梯厂商投入大量资源进行研发。例如，奥的斯（OTIS）、迅达（Schindler）等公司在其高端电梯产品中利用PLC实现复杂且精准的控制逻辑。这些公司会根据不同的建筑用途和客流量，定制基于PLC的高效控制方案。像在超高层建筑的电梯控制系统中，能够结合高速电梯的特点，运用PLC精确控制电梯的加速、匀速、减速阶段，确保乘坐的舒适性和安全性。

（2）其次在系统仿真上，国外研究侧重于使用高精度的仿真模型来模拟电梯的真实运行环境。利用先进的软件工具，如Simulink等多领域物理系统建模工具，对电梯机械系统和电气控制系统进行联合建模。这样可以对电梯的动力学特性、控制系统的响应特性进行深入分析，为优化电梯性能提供精确的数据支持。

（3）最后在智能控制和优化算法方面，国外研究也比较领先。对于电梯群控系统，采用人工智能算法和复杂的数学模型，如遗传算法、模糊控制算法等，来实现多部电梯的高效调度。例如，通过对不同时段客流量的统计分析，动态调整电梯的停靠策略，有效减少乘客等待时间，提高电梯的整体运输能力。同时，在电梯与建筑物内其他系统的集成方面，如与建筑自动化系统（BAS）的融合，能够更好地实现能源管理和安全控制，使电梯成为智能建筑的有机组成部分。

国内外研究参考文献：

[1] 西门子(中国)有限公司SIMATIC S-200 可编程序控制器系统西门子手册

[2] 刘璐 基于PLC的电梯控制系统的设计与仿真[J].数码世界2016-09-01

[3] 袁冲 孙亮波 智能电梯群控制系统的优化设计与仿真[J].工业控制计算机2023-06-25

[4] 吴淑娟 基于PLC与HMI的实验室仿真电梯控制系统设计[J].鄂州大学学报2021-07-15

[5] 杨昊航 基于PLC的智能电梯控制系统设计[J].吉林建筑大学2023-06-01

[6] 李金明 基于PLC的电梯管理控制系统设计与实现[D].吉林大学 2019-01-15

[7] 刘建洋 万梅芳 基于西门子S7-1200 PLC的电梯电气控制系统设计[J].自动化应用2024-08-25

[8] 王瀚泽 位长飞 张飞 基于PLC和MCGS的智能双开门电梯的控制系统设计[J].中国电梯 2022-08-15

[9] 李辉 基于PLC的电梯安全保护控制系统设计[J].机电工程技术 2021-11-20

[10] 梁宏 基于PLC的电梯控制系统的设计与研究[J].自动化应用 2019-05-25

[11] 解伟 陈雷 四层电梯模型PLC控制系统设计及分析[J].工业控制计算机 2019-03-25

[12] 姜东明 基于PLC的电梯控制系统设计与实现[J].电声技术2019-02-05

研究主要内容及方法：

研究内容：

PLC 硬件系统设计:

（1）PLC选型：根据电梯的功能需求（如楼层数、速度、载重量等）、控制精度要求以及其他方面，综合考虑选择合适型号的 PLC，采用西门子S7 - 1200系列或三菱 FX3U系列PLC较为适用；

（2）输入输出模块配置：确定 PLC 所需的输入输出点数，配置相应的输入输出模块。输入信号包括电梯内呼按钮、外呼按钮、楼层传感器、门传感器、超载传感器等；输出信号则用于控制电梯电机的启停与速度调节、轿厢门的开闭、楼层显示等。

（3）硬件电路设计：设计 PLC 与外部设备（如传感器、电机驱动器、接触器等）之间的硬件连接电路，包括电源电路、信号调理电路等，确保信号的稳定传输与正确处理。

电梯控制系统的设计，其主要包括：

（1）电梯钥匙功能：电梯钥匙是整个电梯工作的总开关；

（2）楼层呼梯与指示：三层电梯外部总共四种运行方式，分别是三层下行、二层上行、二层下行、一层上行。将他们向右拨动，开关为瞬动状态，开关打开时对应的指示灯对应点亮。直到电梯抵达相对楼层时，指示灯关闭；

（3）轿厢指令与指示：三层电梯内部总共三种运行方式，分别是轿厢1楼层按钮、轿厢2楼层按钮、轿厢3楼层按钮；

（4）关门指令：当瞬时触发执行关门指令，相应的指示灯亮，输入控制器结束开门操作传感器，门关闭的位置传感器表示门已经关闭，具有防夹手功能；

（5）开门指令当：瞬时触发执行开门指令，相应的指示灯亮，输入控制器结束关门操作传感器，开打开的位置传感器表示门已经打开。

研究方法：

（1）系统总体设计

基于 PLC 的电梯控制系统视为一个整体，对其进行全面的系统分析。从输入（如乘客呼叫信号、传感器检测信号）、处理（PLC 对信号的逻辑运算与控制）到输出（如电机动作、楼层显示）各个环节进行详细剖析，确定系统的边界和内部组成要素。分析各要素之间的相互关系和相互作用，如 PLC 与传感器之间的信号传递关系、控制程序中不同功能模块之间的协同工作关系等。通过系统分析，绘制系统的功能结构图、数据流程图等，从整体上把握电梯控制系统的运行机制和逻辑架构，有助于发现系统设计中的薄弱环节，为系统的优化和完善提供依据。

（2）系统电气接线原理图的设计

设计 PLC 与外部设备（如传感器、电动机、接触器等）之间的硬件连接电路，包括电源电路、信号调理电路等，确保信号的稳定传输与正确处理。

（3）查阅相关文献

全面查阅国内外相关的学术文献、技术报告、专利文档以及行业标准等资料。了解电梯控制系统的发展历程、研究现状以及 PLC 在其中的应用情况。以及西门子可编程控制器系统手册及其相关的PLC教材和资料，熟悉西门子编程软件。

（4）PLC控制软件设计

确定 PLC 所需的输入输出点数，配置相应的输入输出模块。输入信号包括电梯内呼按钮、外呼按钮、楼层传感器、门传感器、超载传感器；输出信号则用于控制电梯电机的启停与速度调节、轿厢门的开闭、楼层显示。最后设计出软件功能模块图，PLC输入输出(I/O)接线图，PLC的I/O 地址分配表，PLC顺序功能控制图以及PLC梯形图控制程序，最终进行仿真，发现系统中存在的问题并且进行完善。

指导教师意见：

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