四层电梯PLC欧姆龙、西门子课程设计报告(共31页)

1、课 程 设 计 题 目：PLC四层电梯课程设计姓名（学号）：姓名（学号）：指 导 教 师 ： 专 业：电气工程及其自动化班 级：所 在 学 院：电气信息学院 2014 年 1 月 摘要可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。关键词

2、：可编程序控制器、电梯、控制AbstractProgrammable logic controller, the computer technology and conventional control relay product of the combination is in the order of the controller and the computer controller developed on the basis of the new controller is a microprocessor core for dedicated digital control com

3、puter. Elevator as an important transport high-rise buildings with people living and working increasingly closely linked. PLC as a new generation of industrial controllers, with its high reliability and advanced technology, in the elevator control has been widely used, so that the elevator from the

4、traditional relay control the development of an important direction of computer control, elevator control and become transformation of the hot spots.Keywords：Programmable logic controller、elevator、control目 录摘要 -1目录 -21. 设计任务书-31.1 设计任务-3 1.2 控制要求-32. 方案的选择-42.1总体方案的确定-42.2设计方案-42.3 方案分配-4.欧姆龙设计方案-5

5、3.1电气主电路图-53.2 PLC接线图-53.3 I/O分配-63.4 梯形图-3.5设计总结-84.西门子设计方案 -94.1硬件配置简介-94.2电梯控制系统-94.3电气控制系统框图-114.4输入输出的分配及IO接线图- 114.5程序流程图-134.6电梯定向逻辑-154.7电梯PLC控制系统设计梯形图-164.8调试过程-214.9总结 -245.参考文献-256.附录 -251、设计任务书1.1设计任务：对于各层楼的按键和开关门，需要用欧姆龙CPM1A系列PLC进行控制，包括PLC对各楼层信号的检测，楼层呼叫信号检测、开关门控制、最终控制电梯正反转信号的输出等。电梯电机额定功

6、率为13kw，供电电电压为三相四线制AC380V。1.2控制要求：1）、能实现电梯楼层的位置的显示。在现实生活中，电梯的轿厢内和各个门厅内都会有楼层标志来显示电梯的所在位置。在PLC中，我们用限位开关来模拟感应器来显示楼层所在的位置。2）、轿厢内选信号与消除。在轿厢中乘客可以通过轿厢内操控盘上的选层按钮来选定电梯运行的目的楼层，称之为内选信号。当该目的的楼层按钮按下之后，该信号则被记忆。在PLC中用线圈来表示，在满足条件后则可以清除。3）、门厅的上呼信号与下呼信号。在门厅外的乘客可以通过外厅的上呼按钮和下呼按钮来确定是上行或下行，称之为外选信号。当按钮按下之后，则被记忆，用线圈来表示。在满足条

7、件后就可以清除。4）、确定电梯运行方向。根据电梯的内选及外呼信号决定电梯的运行方向及停靠点。在电梯运行中，要遵行顺向运行，逆向截止的原则安排乘客的次序，并且规定在运行方向确定之后，不响应中途的反向呼唤要求，直到到达最远目的地后在开始返程。5）、自动上行或下行运行电梯。电梯方向确定之后，并且处与关门状态时电梯自动上行及下行。并用线圈表示，在到达目的后自动消除。6）、实现自动开关门及手动开关门在到达楼层且满足相应条件后可自动开门，开门后定时5s后自动关门。还可以设置两个按钮可实现手动的开关门。2. 设计方案的选择2.1 总体方案的确定:电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要

8、由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。电梯PLC控制系统主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢内操纵盘、厢外呼叫盘与主拖动系统等。系统通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。电梯信号控制基本由PLC软件实现。输入到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制、轿内指令、厢外召唤、开关门及限位信号等。2.2 设计方案：（1）电梯的上升，下降由一台电动机控制：正转时电梯上升，反转时电梯下降。 （2）电梯的开门和关门由一台电动机控制：正转时电梯开门，反转时电梯关门。（3）各层两个呼叫开关（一个上升开关，一个下降开关），由于本设计是

9、四层电梯，因此，在四楼只需设一个呼叫开关，一楼只需设一个上升开关。各层设一个到位行程开关。（4）轿厢内设置一个开门按钮和一个关门按扭 。2.3方案分配小组采用两个方案，分别运用欧姆龙和西门子S7-200两种不同的PLC进行设计 3.欧姆龙设计方案3.1 电气主电路图下图为设计电路的主电路图，左边电机控制电梯上下运动，KM1为控制电梯上行的主触头，KM2为控制电梯下行的主触头；右边电机控制电梯门开关运动，KM3为控制电梯门开的主触头，KM4为控制电梯门关的主触头。3.2 PLC接线图3.3 I/O分配：输入点数分配输出点数分配地址输入器件功能作用0000SB11楼上行按钮0001SB22楼上行按

10、钮0002SB32楼下行按钮0003SB43楼上行按钮0004SB53楼下行按钮0005SB64楼上行按钮0006SB71楼内选按钮0007SB82楼内选按钮0008SB93楼内选按钮0009SB104楼内选按钮0010SB11轿内开门按钮0011SB12轿内关门按钮0100KA2安全运行继电器0101SB13自动运行按钮0102SQ1冲顶限位0103SQ2蹲底限位0104SQ31楼限位0105SQ42楼限位0106SQ53楼限位0107SQ64楼限位0108SQ7光幕保护0109SQ8开门限位0110SQ9关门限位0200KA1门锁保护继电器0201SQ10上平层限位0202SQ11下平层限

11、位地址执行对象功能作用10001HL1楼指示灯1001KM2下行输出1002KM3关门输出1003KM4开门输出1004KM1上行输出10052HL2楼指示灯10063HL3楼指示灯10074HL4楼指示灯3.4梯形图设计 1、电梯内选信号产生与消除环节程序 当乘客上电梯了之后，可以通过轿厢内的内选信号选择要去的楼层，这里用按钮式开关来代替轿厢内操控盘上的内选按钮。当按钮按下时，内选的指示灯亮，改内选被登记。用内选信号指示灯来自锁，当到达该楼层时，信号消除。2、电梯楼层位置的确定。用限位开关来确定电梯的楼层显然是不够准确的，并且用来断掉内选信号也是不够精确的，如果电梯遵循顺向运行，逆向截止，而

12、只是路过，并不是到达，会使信号消除。而不能满足乘客的需求，所以在这里。用楼层辅助继电器来确定电梯的楼层，并且导通的条件为限位开关和开门继电器。3、电梯的定向运动。首先要确定电梯的运行方向，才能使电梯运行。电梯的运行有两个方向，上行与下行。当电梯在接受到外呼与内选信号时，与现在的位置比较，来确定要上行还是下行。4、电梯开门与关门环节程序本文电梯的开门主要出现在电梯自动运行停层时、电梯在关门过程中重新开门、基站开门三种。为了安全考虑，在本环节中，我们还采用了在电梯运行时禁止开门的保护电路。在电梯关门环节，当开门条件满足动作后，延时时间一到就马上关门，直到碰到关门限位触点1.10停止关门，即门已关好

13、。其梯形图如图2-5所示。 将以上4大部分的梯形图拼在一起，就可以得到电梯PLC控制软件部分的梯形图总图。不过为了实际一些问题的考虑，我们还在其总图中多加了一些程序进去。例如楼层的平层等一些程序进去，有助于更完善电梯PLC控制软件部分的设计。总图详见附录C。3.5设计总结有人说：实践是检验真理的条件。那么我想，实践是检验理论知识的条件吧。为了总结自己大学两年来所学的知识，锻炼提高自己。我利用这最后的一星期做了这个电梯系统。我们这次的设计题目共有两个，电梯控制、传送带。在经过考虑之后，我决定做电梯控制的。电梯在我们的日常生活中随处可见。虽然我们经常用到，但是对其内部的构造，运行方式等等我们却并不

14、是那么了解，所以我决定做电梯控制。利用这次机会来加强我们理论知道的运用。由于对电梯的构造不够了解，所以在确定题目之后，我也不能很准确的列出这次设计的初略方案。不过在指导老师的细心讲解下，我大体明白了电梯的运行模式，控制要求等。为了进一步加深对电梯的了解，我开始到图书馆、互联网上查阅一些有关电梯知识的文献。经过大量查阅有关电梯的文献之后，我列出了设计题目的设计要求，并针对这些要求一个个查阅资料。良好的开端，成功的一半。在了解这些设计要求之后，我就开始了外部电路的设计。由于材料上面的限制。所以在设计外部电路部分，我只用了较为简单的三相交流电动机正反转电路来控制电梯轿厢的上行、下行、开门跟关门。一些

15、要求精确的元件，我们只能假设理想状态下用其他元件来代替模拟这个信号。软件部分的编程，应该是本次设计教为重要的部分。在编程的过程中，考虑到程序庞大，所以我们采用了分块式的方法来进行编程。就是将电梯的控制分成几步控制来编写。在编程过程中，电梯运行方向判断（定向环节）较为麻烦，还好在指导老师的帮助下我们顺利完成了这部分的编程。外部硬件与软件部分设计之中，我们在提高理论知识的同时，更加锻炼了自己的动手能力。使得我们更加清楚、明白课本上所学的理论知道与实际运用中的衔接。使得我们在论文的写作上面有了更加切身体会的文字。虽然在设计的过程中，有困难，也有疑惑。但是在解决这些问题的过程中，我们又提高了很多。这次

16、的设计真的是对我们大学两年来所学的知识的一次总结。4. 西门子设计方案4.1硬件配置简介PLC产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领域的欢迎。特别是中小容量PLC成功取代了传统的继电控制系统，使得控制系统的可靠性大大提高。目前各国生产的PLC品种繁多，发展速度快。本文所用到的产品是S7-200系列的PLC作系列电梯的。在此简单的介绍该机型的一些技术指标。技术性能分为：一般性能，功能特性（基本单元），输入性能，输出性能和其它性能。4.2 电梯控制系统电梯模拟系统如下图所示： 图4.2.1 电梯系统控制模拟图4.3电气控制系统框图 1112345输 出 PLC 西门子S7-2

17、00 输 入 9876 图4.3.1输入与输出：图4.3.1中输出为：1、电动机；2、上下行接触器；3、快慢速接触器；4、位置指示；5、门锁。输入为：6、轿内指令；7、厅外指令；8、门区感应；9、手动开关门；10、楼层感应。4.4 输入输出的分配及IO接线图序号名称输入点0一层行程开关I0.01二层行程开关I0.12三层行程开关I0.23四层行程开关I0.34四层呼叫按钮I0.45三层呼叫按钮I0.56二层呼叫按钮I0.67一层呼叫按钮I0.78手动开关按钮I1.69手动关门按钮I1.710红外传感器I2.211红外传感器I2.3 输出分配表序号名称输出点0一层指示灯Q0.11二层指示灯Q0.

18、22三层指示灯Q0.33四层指示灯Q0.44电动机正转指示灯亮Q0.55电动机反转指示灯亮Q0.66开门电机正转Q0.77开门电梯反转Q1.0图4.4.1 I/O接线图 4.5程序流程图图4.5.1 图4.5.24.6电梯定向逻辑电梯的定向是根据电梯的上行请求信号、下行请求信号、电梯轿箱内请求信号、电梯当前所处位置等信号来确定电梯继续运行的方向。电梯的定向是电梯控制中的重要逻辑。在以往电梯的定向逻辑中，一般都是将电梯各个层的上、下行请求信号、电梯轿箱内楼层请求信号、电梯当前楼层信号等综合到一条或几条语句中进行判断。这样一来，当楼层数目比较大时，每条语句的编程元件很多，不可避免的带来程序复杂，容

19、易出错，调试麻烦，运行速度慢等问题。以下提出的用逻辑运算指令来进行电梯定向的方法可以比较好的问题。状态转换方式：电梯的方向只有上升、下降2个方向，但电梯也可能由于没有任何的上升或者下降请求信号而处于停止状态。在电梯的方向处理过程中，电梯只能在上升状态和停止状态或者下降状态与停止之间转换，例如当电梯由上升状态转为下降状态时必须先由上升状态转换为停止状态以后再由停止状态转为下降状态。这样的处理方式对电梯的运行是很有意义的，以往的电梯控制系统中，当电梯响应完某个方向上的所有信号后，若所有剩余的信号都是反方向的，电梯立刻改变方向，此时，在原方向前方若出现新的呼叫信号，电梯将不会立刻应答，只是记忆该呼叫

20、信号，而去响应换向后的方向上的呼叫信号，这样既不符合电梯选层的优先原则，又不能有效的节约能源。采用图4.2所示的状态转换方式，电梯在响应完某个方向上的所有信号后并不是立刻反向，而是保持该状态等待一段时间后进入停止状态，然后再反向响应相反方向的呼叫信号。对保持时间进行合理的选择，完全可以做到既不会使得电梯的换向过程显得迟钝，又能有效的响应同方向的由于电梯的上升与下降状态之间需要通过“停止状态”该中间状态来转换，故在电梯的方向判断逻辑中需要考虑以下几种情况:(1)电梯处于上升状态在该状态下，当前楼层的上面有上升请求，当前楼层的上面有下降请求或者电梯轿箱内请求在当前楼层的上面，3个条件有1个和多个成

21、立时，电梯继续处于上升状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。(2)电梯处于下降状态在当前楼层的下面有下降请求，当前楼层的下面有上升请求或者电梯轿箱内的请求在当前楼层的下面时，电梯继续处于下降状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。(3)电梯处于停止状态在当前层之上有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的上面则置电梯为上升状态;相反，若在当前层之下有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的下面则置电梯为下降状4.7电梯PLC控制系统设计梯形图4.8调试过程（1）打开仿真模拟软件，导入程序，选择PLC型号为

22、西门子S7200，CPU型号为226（2）点击运行按键，使PLC运行程序。PLC上“RUN”指示灯亮，程序开始运行。假设电梯停在四楼，则四楼行程开关I0.3闭合。PLC上输出端Q0.7亮，说明电梯停止且电梯门打开。（3）假设在一楼呼叫，则按下一楼呼叫开关I0.7。PLC上输出端Q0.1和Q0.6亮，说明一楼指示灯亮且电机翻转电梯下行。（4）电梯到达一楼，四楼行程开关I0.3断开，一楼行程开关I0.0闭合，PLC上输出端Q0.1和Q0.6熄灭，3秒后Q0.7亮。说明到达一楼瞬间，一楼指示灯得到响应熄灭，电梯停止，三秒（保护时间）后电梯门打开，乘客进电梯。一次模拟结束。(5)进行第二次模拟。电梯停

23、在一楼，一楼行程开关I0.0闭合，PLC输出端Q0.7亮。说明电梯停止在一楼且电梯门打开，乘客进电梯。（6）乘客在三楼呼叫电梯，按下三楼呼叫按钮I0.5，PLC输出端Q0.7熄灭，Q0.3和Q0.5亮。说明电梯关门，电机正转电梯上行且三楼指示灯Q0.3亮。（7）电梯上行到达三楼时，一楼行程开关I0.0恢复断开状态，三楼行程开关I0.2闭合，PLC输出端Q0.3和Q0.5熄灭，3秒后Q0.7亮。说明到达三楼瞬间，三楼指示灯响应后熄灭，电梯停止，三秒后电梯门打开，乘客可上电梯。经过两次调试说明PLC运行情况与设计要求一致，说明程序设计正确，调试结束。详细调试过程见附件中视频。（将视频声音调大一点）4.9总结这次课程设计我是在家里做的，由于家里电脑只安装了西门子的编程和模拟软件，而且我在网上没有找到欧姆龙的相关软件，所以我选择用西门子的PLC来完成这次设计。在用西门子的编程过程中我发现了它与欧姆龙的区别。两款软件的编程方法，指令代码以及梯形图符号都有所不同。但是总的编程思路还是一样的，所以我按照课本上所讲和上课所学的内容，先画流程图，确定输入输出地址，再画梯形图，并且在调试过程中逐渐完善梯形图。调试是设计过程中最枯燥最艰难的步骤。这次调试我花了将近3个小时，由于家里条件限制没有电梯功能模块，所以只能凭借PLC上的信号灯来判断