PLC五层电梯课程设计

1、成绩山东理工大学电气及电子工程学院课程设计说明书设计题目：五层电梯PLC控制设计课程名称： PLC原理及应用（A）专业班级： 学生姓名： 学 号：指导教师： 起止日期：课程设计任务书8 / 23五层电梯PLC控制设计主要设计要求：（1）电梯轿箱的控制要求：a.选层和选向：根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止 时轿箱所在的楼曾位置决定电梯的运行方向。运行时需满足同向 优先的原则。即在电梯上行时，如果按下更高以及更低楼层时， 电梯会继续上行至按下的最高层后再向下运行；下行时亦然。b.楼层位置的指示：使用在每层使用小灯来显示楼层位置, 电梯处于哪一层，相对应的小灯亮起即可（电梯箱内外都需要）。（2）

2、电梯门的控制要求：题目名称（包括主要 技术参数） 及要求a.要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开，经过5秒钟 后电梯门自动关上。b.如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为光电开关的 作用而自动开门并发出声音警告。（3）电梯电机的控制：根据需要实现可逆运行，运行的速度设计为恒定，不考虑变 速控制。完成资料：1、根据设计要求和内容，撰写设计说明书一份（约20页）；2、说明书内容：a.系统PLC选型及原由说明，b.传感器 的选择及其基本的说明，c. I/O地址分配表，d.顺序功能图（或 流程图或功能框图）及相关的文字说明，简单解释程序的结构， e.梯形图（带网络名称和注释）；设计内容及工作量1 .根

3、据实际生活中的电梯运行状况，设计需要的各种电器设备 和器件，并进行I/O点的选择和计算。包括PLC型号的选择说明， 各传感器的型号和选择说明，I/O模块的选择说明；2 .使用文字或框图说明系统的整体结构和各个环节，满足电梯 设计需要；3 .对选择的PLC系统进行配置，完成I/O地址分配表；4 .对PLC进行框架设计，使用顺序功能图或流程图或程序框图 等方法进行程序分析，并配以文字说明；5 .使用梯形图对六层电梯进行PLC控制编程和仿真。主要参考资料1、电气控制及PLC应用技术梅丽凤，机械工业出版社2、现代电气控制及及PLC应用技术王永华，北京航空航天大学出版社3、电气控制及PLC于桂音，中国电

4、力出版社4、电器及PLC控制技术陈志新，中国林业出版社5、电气可编程控制原理及应用王阿根，电子工业出版社6、电气控制及PLC应用陈建明，电子工业出版社7、电器控制及PLC控制技术许蓼，机械工业出版社五层电梯PLC控制设计一、前言摘要：本文介绍一种电梯PLC控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高 层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢, 在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。 而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、 快”的运行目的。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步 电动机、继电器、

5、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体 的控制系统。本机控制单元采用以德国西门子S7-200对机器进行全过程控制。 以五层电梯为设计对象，分别从电梯控制系统的构成及工作原理，系统PLC配 置方案，PLC软件设计，PLC软件的调试仿真和电梯硬件选取等方面，详细的阐 述了 PLC在电梯控制系统中的应用，形成了以PLC为控制系统的完整的电梯模 型，使电梯在更精确、更可靠、更快速的控制平台上运行。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；平层；起动、制动控制。 其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解及掌握。课题研究的背景电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、

6、人体工 程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久 性垂直交通工具。电梯作为一种较为复杂的机电一全化设备，它由多许机械构 件和电子、电气、大规模集成电路组成的微型计算系统及声、光控制部件所组 成。那么电梯到底有哪些功能呢？我们从按下电梯的按钮到完成电梯的运行并 走出电梯轿厢，实际上已包含了电梯的许多功能，如：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。还有检修功能、安 全保护功能、消防功能、楼层显示等。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。继电潜控制系统是80

7、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。隙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

8、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,PLC电梯控制系统比较适用于小高层的楼房.电梯控制系统研究的现状电梯的出现大大方便了人们的生活随着城市建设的不断发展，高层建筑 不断增多，电梯在国民经济和生活中有越来越广泛的应用，电梯作为高层建筑 中垂直运行的交通工具已及人们的口常生活密不可分。随着经济的高速发展， 微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，这使得交流变频 调速电梯控制系统己经进入

9、一个崭新的时代。实际上电梯是根据外部呼叫信号 以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式 的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯 控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是 采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定， 实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控 制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能 上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原 因在于生产规模较小，H己设计和制造微机控制装置成本较高；而P

10、LC可靠性 高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电 梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。随着人们生活水平的不断提高,对电 梯的要求的也相应提高，为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动 化技术迅速发展。特别是随着技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代 电梯的技术含量口益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维 护人员提出了更高的要求。电梯是一种较为复杂的机电一体化的设备，一台完整的电梯主要由成土建 部分，机械部分和电气部分组成。土建部分大致由机房，井道，底坑组成。机械部分主要有曳引主机，导向轮，曳引钢丝绳-绳头，限速器-安全钳，导 轨-导靴，

11、电梯轿厢，开关门连杆装置，层门-门锁，缓冲器等部件。电梯电气系统有两大系统组成：电梯的拖动系统和控制系统组成。特点在电梯的控制中其控制量多、逻辑性强、随机性大是其主要特点，对于PLC 控制设计来说，电梯控制系统具有很强的实用性和典型性，研究、分析电梯的 逻辑关系，进而实现控制，对于理解和学习PLC都具有很好的意义。控制电梯运行的PLC系统要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。 该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、 接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机 控制单元采用以西门子公司的可编程控制器PLC对机潜进行全过程控制。整个

12、系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的开关门，升降，力、减速，平层，起动、 制动控制。要求其达到结构简单.、运行效率高、平层精度高、使其能够易于理 解及掌握。最后再通过西门子PLC调试软件进行调速，满足设计所需要的要求。二、系统PLC选型PLC CPU选择：S7-200系列的CPU224（14输入，10输出）德国进口西门子PLC, S7-200系列的CPU224, CPU226是世界上最好的小型PLC之一，属于经典之作 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S7-200系列中的CP

13、U 224主要技术性能。1. 一般性能电源电压DC 24V, AC 100230V电源电压波动DC 20.4-28. 8V, AC 84-264V (47-63Hz)环境温度、湿度水平安装055C,垂直安装045C, 595%大气压8601080hPa保护等级IP20 到 IEC529输出给传感器的电压DC 24V (20. 4-28. 8V)输出给传感器的电流280mA,电子式短路保护（600mA）为扩展模块提供的输出电流660mA程序存储器8K字节/典型值为2. 6K条指令数据存储器2.5K 字存储器子模块1个可插入的存储器子模块数据后备整个BD1在EEPR0M中无需维护在RAM中当前的D

14、B1标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持，后备时间190h（40时120h）,插入电池后备200天编程语言LAD, FBD, STL程序结构一个主程序块（可以包括子程序）程序执行自由循环。中断控制，定时控制（广255ms）子程序级8级用户程序保护3级口令保护指令集逻辑运算、应用功能位操作执行时间0. 37扫描时间监控300ms （可重启动）内部标志位256,可保持：EEPROM 中 0112计数器0256,可保持：256, 6个高速计数器定时器可保持：256,4个定时器，1ms30s16个定时器,10ms5nlin236 个定时器，100ms54min接口一个RS485通信接口可连接

15、的编程器/PCPG740P = 2 * ROMAN II, PG760P = 2 * ROMANII, PC (AT)本机I/O数字量输入：14,其中4个可用作硬件中断，14个用于高速功能数字量输出：10,其中2个可用作本机功能，模拟电位器：2个可连接的I/O数字量输入/输出：最多94/74模拟量输入/输出：最多28/7 （或14）AS接口输入/输出：496最多可接扩展模块7个2-输入特性类型源型或汇型输入电压DC 24V, “1 信号” ：14-35A, “0 信号”：0-5A,隔离光耦隔离，6点和8点输入电流“1信号：最大4mA输入延迟（额定输入电压）所有标准输入：全部0.2T2. 8ms

16、 （可调节）中断输入:（10. 0-0. 3） 0. 2-12. 8ms （可调节）高速计数器：（10. 0-0.5）最大30kHz3.输出特性类型晶体管输出型继电器输出型额定负载电压DC 24V (20. 4-28. 8V)DC 24V (4-30V)AC24-230V (20-250V)输出电压“1信号”：最小DC 20VL+/L-隔离光耦隔离，5点继电器隔离，3点和4点最大输出电流信号”：0. 75A“1信号”：2A最小输出电流“0 信号” ：10sA“0 信号” ：0mA输出开关容量阻性负载：0. 75A灯负载：5W阻性负载：2A灯负载：DC30W, AC200W三、PLC的扩展P L

17、 C扩展用EM 2 2 3EM 2 2 3 CN的输入/输出模块:4点输入，24V DC 4点输出，24V DC4点输入，24V DC 4点输出，继电器8点输入，24V DC 8点输出，24V DC8点输入，24V DC 8点输出，继电器16点输入，24V DC 16点输出，24V DC16点输入，24V DC 16点输出，继电潜传感器选择：有楼层传感器、编码器、平层感应器，主要是测距和平层用。行程开关（位置传感器），保证门的正确开关红外传感潜，防止夹人光电传感器：光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且 可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和 控制中

18、应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号 （红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引 起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用 来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位 移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感 潜具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中 获得广泛应用。工作原理由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按 光电元件（光学测控系统）输出量性

19、质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲（开 关）式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它 及被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法可分 为透射（吸收）式,漫反射式,遮光式（光束阻档）三大类.所谓透射式是指被测物 体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部份被吸收后,透射光投射到 光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体 表面反射后投射到光电元件上；所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物 光遮其中一部份，使投射到光电元件上的光通量改变,改变的程度及被测物体在 光路位置有关.光电传感器是通过把光强度的变化转换成电

20、信号的变化来实现控制的。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测 电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管 （LED）、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。 接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学 元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。四、I / 0地址分配表共有输入点23个，输出点20个输入点名称输出点名称一层内呼10.0一层内呼指示Q0. 0二层内呼10. 1二层内呼指示Q0. 1三层内呼1

21、0.2三层内呼指示Q0. 2四层内呼10.3四层内呼指示Q0. 3五层内呼10.4五层内呼指示Q0. 4一层外呼上10.5一层外呼上指示Q0. 5二层外呼下10.6二层外呼下指示Q0. 6二层外呼上10.7二层外呼上指示Q0. 7三层外呼下11.0三层外呼下指示Q1.0三层外呼上11. 1三层外呼上指示Q1. 1四层外呼下11.2四层外呼下指示Q1.2四层外呼上11.3四层外呼上指示Q1. 3五层外呼下11.4五层外呼下指示Q1.4开门按钮11.5电梯上行指示Q1.5关门按钮11.6电梯下行指示Q1. 6一层平层11.7门电机开门Q1. 7二层平层12.0门电机关门Q2. 0三层平层12. 1

22、电梯轿厢上行Q2. 1四层平层12.2电梯轿厢下行Q2. 2五层平层12.3报警Q2. 3开门限位12.4关门限位12.5红外传感器12. 6五、流程图上电I J MJ庶化电梯运行的流程图根据电梯运行流程图，大致可将软件的设计分为以下儿个大部分：开关门 环节、楼层显示环节、轿内呼叫信号的登记及消除环节、厅外呼叫信号的登记 及消除环节、定向环节、启动环节、制动环节。3.1开关轿厢门程序轿厢门开可分为以下儿种情况：（1）电梯在一层平层，有一层外呼上指示或一层内呼指示。（2）电梯在二层平层，有二层外呼下指示（电梯选项向下）, 示（电梯选项向上）或二层内呼指示。（3）电梯在三层平层，有三层外呼下指示（

23、电梯选项向下）, 示（电梯选项向上）或三层内呼指示。（4）电梯在四层平层，有四层外呼下指示（电梯选项向下）, 示（电梯选项向上）或四层内呼指示。（5）电梯在五层平层，有五层外呼下指示或五层内呼指示。二层外呼上指三层外呼上指四层外呼上指（6）电梯在平层时按下开门按钮。四层外呼下指示四层下五层外呼下指示五层平层开门按钮电梯济厢上行电梯排厢下行图3.1轿箱门开门电机开这个输出被置位后，当它符合一定条件时，就应取消它的置位, 使其停止开门动作。这些条件应为：（1）按下关门按钮，并且同时开门按钮没有按下。（2）输出信号门电机关置位，且开门按钮没有按下（3）达到开门限位，自动停止开门动作。门电机开门Y R

24、）1所绘制的梯形图如下： 关门按钮开门按钮I III / F门;机门开门限位图3. 2轿箱门开复位开门动作结束后将是3秒钟的延时，然后电梯会自动关门，达到关门限位 后，关门动作自动结束。同样，按下关门按钮，电梯也将关门，开门按钮被 按下，或有门电机开信号输出，则关门动作取消。所绘制的梯形图如下：开门限位T331 |pNTON300-1 PT10 msT33门电机关门I I1C ）关门按钮T门电机开门门电机关门I 11O）1开门按钮I I关门限位|I I1图3. 3轿箱门关及其复位3.2 自动选向程序本程序的自动选项功能主要由电梯的上行条件和下行条件两部分组成， 其中，电梯满足以下条件时上行：（

25、1）电梯在四层，且有四层外呼上指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。（2）电梯在三层，且有三层外呼上指示，四层外呼下指示，四层外呼上指 示，五层外呼下指示，四层内呼指示，五层内呼指示。（3）电梯在二层，且有二层外呼上指示，三层外呼下指示，三层外呼上指 示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，五层外呼下指示，三层内呼 指示，四层内呼指示，五层内呼指示。（4）电梯在一层时，无论什么情况均上行；同理，电梯在第五层时无论什 么情况均不上行。满足以上条件同时不满足电梯下行条件时，电梯上行，绘制梯形图如下：图3.4电梯轿箱上行电梯下行:同样，当满足以下条件，且不满足电梯上行条件时,（1）电梯在四层，且有四层外呼

26、下指示，三层外呼上指示，三层外呼下指 示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，三层内呼 指示，二层内呼指示，一层内呼指示。（2）电梯在三层，且有三层外呼下指示，二层外呼上指示，二层外呼下指 示，一层外呼上指示，二层内呼指示，一层内呼指示。（3）电梯在二层，且有二层外呼下指示，一层外呼上指示，一层内呼指示。（4）电梯在五层时，无论什么情况均满足下行条件，同理，电梯在一层时, 无论如何均不会下行。绘制梯形图如下所示：四层外呼下指示四层平层电货轿厢上行 电梯轿厢下行（）二届外际下幅系 二层平孱22 / 23图3. 5电梯轿箱下行3.3 轿厢内呼和楼层外呼指示程序轿厢内呼较为简单，当按下内

27、呼按钮，内呼指示即置位，达到指定楼层后, 电梯门打开，内呼指示取消置位。以第一层为例，梯形图如下所示：I 一层内呼一层内呼指示卜 I()一层平层门电机开门一层内呼指示I1 I(图3. 6 一层内呼指示置位及复位楼层外呼指示程序则比较复杂，按下外呼按钮，则对应的外呼指示置位， 在取消置位时，一层和五层因为只有一种运动方向，因此直接平层后门电机打 开就能取消置位。以一层为例，作梯形图如下所示：而二、三、四层则不同，因为这三层均有两种运动方向，只有电梯运动方向及外呼运动方向相同时，才能取消置位。以二层外呼为例，梯形图如下所示：二层外呼上二层外呼上指示I I()二层上二层平层门电机开门 二层外呼上指示I I1 I1 I(O1二层外呼下二层外呼下指示T IC )二层下二层平层门电机开门 二层外呼下指示I I1 I1 IO)fl1图3. 8二层外呼指示置位及复位其中“二层上”、“二层下”条件的梯形图如下所示：电梯新厢下行 一层内呼指示 一层外呼上指示 二层外呼下指示