四层电梯的设计.doc

学号2010210443电气控制与PLC课 程 设 计（ 2010级本科）题 目： 四层电梯自动控制系统设计 系（部）院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名 朱 泽 指导教师： 张 静 职称： 副教授 完成日期： 2013 年 06月 28 日课程设计任务书 年 春 季学期 学 生 姓 名朱泽学 号2010210443专 业 方 向电气工程班 级10班3班题 目 名 称四层电梯自动控制系统设计一、控制要求： 试利用S7-200PLC进行四层电梯的设计，其要求有以下： 通过一台电机的正反转实现电梯的上行、下行控制，能够实现电梯的内呼外乎信号的响应，而且具有反向截车的功能。但电梯到达某一层时通过编程实现轿厢门的延时开门、延时关门等功能，且电梯在运行过程中时刻能显示电梯轿厢所在的楼层数，及就是显示功能的实现。当电梯没有呼叫信号时，电梯不予动作，轿厢门在打开的状态下电梯不能进行呼叫信号的响应。而且电梯拖动电动机控制电路有各种常规电气保护，如短路保护、过载保护、正反转互锁等。二、设计主要内容： 根据设计要求和所学知识以及了解四层电梯的运行原理进行四层电梯的硬件设计，软件设计等，进一步对所学理论知识有所提高。其设计主要内容包括如下：1.电气元件的选择2.绘制电气原理图（I/O接线图）3.I/O分配表4.编制梯形图程序进行并进行调试三、设计进度 第一周： 星期一上午 讨论设计题目 星期一下午至星期二 查资料 星期三至星期五 完成对硬件电路的基本设计 第二周： 星期一至星期二 完成软件流程图及软件设计 星期三至星期四 软硬件系统调试，写说明书，画图 星期五 答辩 指导教师签字： 目录一、电梯的发展1二、设计总方案22.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题22.2PLC控制电梯的优点32.3 四层电梯的设计任务3三、PLC硬件系统的设计43.1.机型的选择43.2.电梯曳引电机及门电机电路图53.3.输入输出点数的确定53.4.输入输出点分配表73.5.PLC外部接线8四、软件设计94.1 系统结构框图94.1 四层电梯的梯形图104.2仿真机结果分析20五、课设小结24六、参考文献251一、 电梯的发展可编程序控制器（PLC）是近十几年发展起来的一种新型工业控制器，由于它把计算机的编程灵活，功能强大，应用面广等优点与继电器系统的控制简单，使用方便，抗干扰能力强,价格便宜,体积小等优点结合起来，在工业生产控制中广泛地应用。电梯是一种特殊的垂直运输工具，都市人们的日常生活已经越来越离不开它。现在随着我国经济的高速发展，高楼处处可见，而高楼的主要运输工具都是电梯，所以接触电梯的人也越来越多，且随时影响人们的工作、生活、学习。因此人们对电梯的安全性，稳定性也越来越高。从电梯控制统的实现方法分，电梯的控制系统经历了继电器控制、可编程序控制（PLC）、单片微机控制、多微机控制多种形式。继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式，有控制逻辑线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往接触不良，所以电梯故障高，众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制发生了限大的变化，因为微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器，整个系统更加可靠，灵活性更加提高，功能大增强了。但微机的集成度高，功能项目固化，一般维修人员及工程人员修改或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生厂家或用专用的工具。可编程序控制器取代继电器构成的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小最主要的是可编程序控制系统的可编程功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可。而PLC的编程语言需不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点一般维修及工程人员都能掌握,当然PLC电梯控制系统只适用于小高层的楼房。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。本设计在用可编程PLC控制，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。二、 设计总方案2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题2.1.1 电梯继电器控制系统的优点所有控制功能及信号处理均有硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。2.1.2 电梯继电器控制的缺点：(1) 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2) 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。(3) 电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。(5) 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大。费用高；而且检查故障困难，费时费工。2.2 PLC控制电梯的优点随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC 在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC 具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC 很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层。252.3 四层电梯的设计任务(1) 初始时没有呼叫信号时，电梯处于任意层，且在没有呼叫信号是电梯禁止不动。(2) 根据电梯最早记忆信号，再判断是上行还是下行。即就是电梯的定向。电梯的定向根据初始信号的状态可分为两种。一种是指令定向，指令定向即是把电梯的指令与初始状态相比较再执行“上行”或“下行”。第二种是呼梯定向，呼梯定向是根据呼梯信号的来源位置与当前电梯位置比较，得出“上行”或“下行”结论。(3) 一个方向的任务执行完要换向时，依据最远站换向原则。例如，电梯在一楼根据二楼指令向上，此时三楼、四楼分别在呼梯向下信号。电梯到达二楼停站，下客后继续向上。如果到三楼停站换向，则四楼的要求不能兼顾，如果到四楼停站换向，则到三楼可顺向截车。(4) 电梯在运行过程中，轿厢在任何相反方向上升（或下降）的外乎信号都不响应。如果在相反方向没有外呼信号时，则电梯响应同方向外呼信号。(5) 电梯在关门之后电梯才可运行，且上行或下行指示灯显示。(6) 电梯不在平层或运行时，开门关门按钮开关不起作用。到达平层后，停止2s之后轿厢门自动打开，轿厢门打开后经6s后电梯门自动关闭，且如果有人进入时重新计时6s后再关闭。且开关门信号可手动控制。三、 PLC硬件系统的设计3.1. 机型的选择SIMATIC S7-200 系列PLC 及其编程软件STEP 7-Micro/WIN 32SIMATIC 小型S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块等。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。STEP 7-Micro/WIN 32是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学，可用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图三种编程语言编制程序，不同的编程语言编制的程序可以相互转换。STEP 7-Micro/WIN 32提供两套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和国际标准指令集（IEC1131-3方式）。程序编制完成之后，利用PLC与计算机专用的PC/PPI电缆传送程序至PLC。3.2. 电梯曳引电机及门电机电路图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1-KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。3.3. 输入输出点数的确定3.3.1 I/O点数的估算采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行分别由KM1和KM2两台电机通过正反转控制。KM1正转为上升，反转为电梯下降，KM2电机正转为开门，反转为关门。一四楼内选信号按钮SB1SB4控制，一楼上呼由按钮SB5控制，二楼上（下）呼分别由按钮SB6、SB7控制，三楼上（下）呼分别由按钮SB8、SB9控制，4楼下呼用按钮SB10控制。手动开门、手动关门分别由按钮SB11,SB12控制。一四楼平层由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4控制。上（下）限位信号分别由行程开关SQ5、SQ6控制。开（关）门限位信号分别由开关SQ7、SQ8控制。3路门口红外信号分别由SB13、SB14、SB15控制。综上所述输入点共23点。一层有上升呼叫指示灯HL1，二层有上升呼叫指示灯HL2以及下降呼叫指示灯HL3，三层有上升呼指示灯HL4以及下降指示灯HL5，四层有下降呼叫指示灯HL6。电梯内有一至四层内呼指示灯HL7HL10显示。电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制，轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制。则共有输出点14点。则有上分析，输入点共有23点，输出点共有20点。根据估计输入输出点数选择CPU226(输入点24点，输出点16点）和EM222 (输出8)满足要求。3.4. 输入输出点分配表输入点分配输出点分配功能代号输入点功能代号输出点1楼内选SB1I0.01楼向上外呼指示灯HL1Q0.02楼内选SB2I0.12楼向上外乎指示灯HL2Q0.13楼内选SB3I0.22楼向下外乎指示灯HL3Q0.24楼内选SB4I0.33楼向上外乎指示灯HL4Q0.31楼外呼上SB5I0.43楼向下外乎指示灯HL5Q0.42楼外呼上SB6I0.54楼向上外乎指示灯HL6Q0.52楼外乎下SB7I0.61楼内选指示灯HL7Q0.63楼外呼上SB8I0.72楼内选指示灯HL8Q0.73楼外呼下SB9I1.03楼内选指示灯HL9Q1.04楼外呼下SB10I1.14楼内选指示灯HL10Q1.1手动开门SB11I1.2轿厢上行控制KM1Q1.2手动关门SB12I1.3轿厢下行控制KM2Q1.31楼平层SQ1I1.4轿厢开门控制KM3Q1.42楼平层SQ2I1.5轿厢关门控制KM4Q1.53楼平层SQ3I1.6七段数码管显示HLQ2.0-Q2.64楼平层SQ4I1.7下限位信号SQ5I2.0上限位信号SQ6I2.1开门限位信号SQ7I2.2关门限位信号SQ8I2.3红外信号1SB13I2.4红外信号2SB14I2.5红外信号3SB15I2.6共23点共20点3.5. PLC外部接线四、 软件设计4.1 系统结构框图4.2 四层电梯的梯形图四层电梯plc编程的梯形图如下所示： 4.3仿真机结果分析一楼内呼到达1楼平层后延时2秒后自动开门，到达开门限位开门停止，延时6秒后自动关门。到达一楼平层I1.4闭合轿厢自动开门内呼楼到达楼后延时秒自动开门，并且显示楼。内呼楼电机上行，到4楼停止，轿厢们打开。楼外呼上并且到达楼后显示楼电机下行。到楼平层I1.5闭合轿厢开始开关门，并显示楼楼外呼上到达四楼显示四楼并延时开门，开门限位后延时秒自动关门，此时如果有人进入，重新延时秒关门。关门时遇到有人进入重新延时秒关门。五、 课设小结通过这学期课程的学习、研究且在张老师的指导下，完成了本次课程设计。设计主要研究的是四层电梯的设计，包扩电机外呼内呼信号的实现，电机的上行、下行，电梯的停止，开门关门延时的实现，以及显示所在楼层是几楼主要这几个方面。通过设计使得我对PLC的应用更加的熟练，同时掌握了四层