西门子PLC课程五层电梯模型PLC控制系统技术

1、前言20 世纪 60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的可编程序控制器plc （programmable logic controller） ， 由于 plc具有优良的技术性能， 因此它一问世就很快得到了推广应用。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，plc 在工业控制领域内得到广泛的应用愈加明显。plc 是一种基于数字计算机技术，专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令， 通过数字或模拟的输入/ 输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。具体来讲plc主要具有

2、以下的特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）编程方法简单、直观；（3）体积小、耗能低、重量轻；（4）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；（5）系统的设计 / 安装、调试工作量少；（6）维修工作量小、维护方便；（7）接口模块功能强、品种多。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。本论文是以西门子广泛应用我例行，详细介绍其系统配置， 兼顾介绍， 指令系统， 编程方法和控制系统设计方法， 同时也介绍了模块式plc的一些智能单元。本人毕

3、业设计的电梯包括电梯自动运行、消防运行、plc综合控制三个系统。论文对 plc的结构、特点、性能以及与现场控制对象的连线进行了具体的研究，并通过 plc实现了电梯的自动控制以及消防运行。通过此次毕业设计, 提高了我们运用理论知识，分析、处理和解决实际问题的综合能力。2目录第一章 电梯的结构及工作原理 . 51.1 电梯的结构 . 5 1.1.1 曳引系统 . 5 1.1.2 导向系统 . 5 1.1.3 轿厢.5 1.1.4 门系统.5 1.1.5 重量平衡系统 .5 1.1.6 电力拖动系统 .5 1.17 电气控制系统 .5 1.1.8 安全保护系统 .6 1.2 电梯的工作原理 .6 第

4、二章 电梯控制系统的硬件设计 . 6 2.1 电梯控制的要求 . 6 2.1.1 电梯轿箱的控制要求 . 6 2.1.2 电梯门的控制要求 . 7 2.2 电梯模型结构 . 6 2.2.1 电梯层门 . 6 2.2.2 电梯轿厢内控制屏 . 8 2.3 主电路的设计 . . 8 2.3.1 拖动电机电路的设计 . 8 2.3.2 门电机电路的设计 . 10 第三章 电梯 plc控制系统的设计 . 10 3.1 plc单台电梯控制系统的工作流程. 10 3.2 plc i/o 地址分配 . 11 3.3 plc i/o硬件连接图 . 14 第四章 plc电梯控制系统基本功能梯形图分析.154.1

5、 楼层感应控制梯形图 . 15 4.2 轿内指令控制梯形图 . 16 4.3 门厅召唤控制梯形图 . 17 4.4 选项控制梯形图 . 18 34.5 换速梯形图 . . 19 4.6 起动控制梯形图 . 19 4.7 电梯平层控制梯形图 . 20 4.8 内部辅助继电器的确定 . 21 第五章辩问题 . . 22 结论. 24 参考文献 .25 阅读相关论文 .26 相关论文简评 .30 4第一章 电梯的结构1.1 电梯的结构1.1.1 曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。1.1.2 导向系统导向系统的主要功能是限制轿

6、厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。1.1.3 轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。1.1.4 门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。1.1.5 重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。1.1.6 电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机， 供电系统， 速度反馈装置， 电动机调速装

7、置等组成。1.1.7 电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏( 柜) ，平层装置，选层器等组成。51.1.8 安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。1.2 电梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上， 曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动， 达到运输目的。 固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。 常闭块式制

8、动器在电动机工作时松闸，使电梯运转， 在失电情况下制动， 使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。 轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件， 对重用来平衡轿厢载荷、 减少电动机功率。 补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化， 使曳引电动机负载稳定， 轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。第二章 电梯控制系统的硬件设计2.1 电梯控制的要求2.1.1 电梯轿箱的控制要求 ：(1) 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

9、的运行方向。(2) 选层换速：指电梯能够根据轿内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。并且在每次平层的时候都能够换速。(3) 楼层位置的指示：选用七段led 数码管显示的方法。2.1.2 电梯门的控制要求：要求当电梯平层的时候， 电梯门自动打开，经过 10 秒钟后电梯门自动关上。如果遇到有人在门中间的情况， 电梯会因为机械安全触板开关的作用而自动开门，也可以手动控制开门和关门。2.2 电梯模型结构2.2.1 电梯层门电梯层门是为了确保乘客安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门。图 1 为电梯层门示意图。 电梯层门旁装有消防按钮、

10、上行召唤按钮和下行召唤按钮（最底层只有上行召唤按钮、最高层只有下行召唤按钮）, 并有召唤登记指示灯。层门上方装有 led数码管，用以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。6红色圆圈是消防按钮， 向下按导致 x10接通。按下该按钮的同时向左转是消防关门开关， x14触点闭合，电梯门关闭；向右转是消防开门开关，x11触点闭合，电梯门打开。呼梯按钮按下时，相应的按钮变成青绿色，表示该呼梯按钮已按下。电梯楼层显示采用7 段 led数码管显示，图中显示电梯目前处于三楼的位置。电梯运行方向用红色箭头表示，图中箭头向上表示电梯正处于上行状态中。图 1 电梯层门示意图2.2.2 电梯轿厢内控制屏

11、7图 2 轿厢内控制屏示意图轿厢内控制屏示意图如图2 所示。其中包括上行、 下行显示及 led层楼位置的显示。另外还有 1 楼5 楼的指令按钮及登记显示按钮。此外，还有手动开门和关门按钮，以满足乘客的需求。2.3 主电路的设计2.3.1 拖动电机电路的设计本设计采用三相异步电机作为电梯的牵引电机，并且电机采用星-三角起动方式。5 4 3 2 1 8图 3 电梯拖动电机电路异步电机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电机的启动过程。如果在额定电压下直接起动，由于最初起动瞬间主磁通约减小到额定值的1/2 ，转子功率因数又很低， 造成了起动时堵转电流相当大而堵转转矩并不大（不像直流电机那样，起

12、动转矩与起动电流成正比）的结果，所以要采用星- 三角降压起动方法。起动时，电机定子绕组接成星形联结，起动后改接成三角形联结，如图3所示。起动时，接触器 km3 、km5 触点闭合，电机定子绕组接成星形联结，待转速升高到一定程度后， 接触器 km5 触点断开， 接触器km6 触点闭合， 定子绕组改成三角形联结，电机进入正常运行。制动时采用能耗制动， 接触器 km3 触点断开、 km7 闭合，电机在断开交流电源的同时，在定子两相上通入直流电流，直流电流通过定子绕组， 便在电机内建立一个位置固定、 大小不变的恒定磁场。 电机转子由于惯性继续旋转，转子导体切割恒定磁场而产生感应电动势和电流，该电流和恒

13、定磁场相互作用产生相互作用产生电磁转矩， 转矩的方向与转子实际旋转方向相反，起到了制动的作用。 在制m 3l1 ll3 fu km3 km4 fr km6 km5 u1 v1 w1 u2 v2 w2 +km7 rz dc 9动过程中， 电机的转速不断下降， 电机不断吸收系统存储的机械能，并把它转换成电能消耗在转子电路的电阻上。图 4 电梯门拖动电机2.3.2 门电机电路的设计门电机的驱动也采用三相异步电机，而起动时采用直接起动的方式， 因为门电机的功率不大，直接起动对电源的影响不大，门电机电路如图4所示。接触器km1闭合，门电机正转，电梯门打开。接触器km2闭合，门电机反转，电梯门关闭。第三章

14、 电梯plc 控制系统的设计3.1 plc 单台电梯控制系统的工作流程图 5 为 plc单台电梯控制系统工作流程图， 从图中可知控制一台电梯正常工作，主要需要如下信号： 控制信号、层楼信号、指令信号、召唤信号和消防信号。m 3l1 l2 l3 fu km1 km2 fr 10图 5 plc 单台电梯控制系统工作流程图这些信号分别来自轿厢控制面板、井道行程开关、 层面控制铵钮和层面火警开关。来自井道行程开关的层楼信号进行层楼定位并参与自动定向，同时显示所在层楼位置。来自轿厢控制面板的指令信号和来自层面控制按钮的召唤信号分别进行指令登记和召唤登记， 同时进行信号登记显示。 这两种信号也参与自动定向

15、，和层楼信号一同对电梯进行运行控制，包括开关门、 上下行和停站。 当来自层面的火警开关发出消防控制信号时，立即消除指令登记和召唤登记， 直接控制电梯下行至底楼并开门。 运行控制电梯的同时进行运行显示和驱动电动机正转或反转，即电梯上行或下行。3.2 plc i/o地址分配：序号输入名称序号输出名称1 i3.5-i4.0 ays向上行驶按钮1 q0.0 km开门显示2 i4.1-i4.7 ayx向下行驶按钮2 q0.1 gm 关门显示3 i0.3 ysj有/ 无司机选择开关3 q0.2 mgb 门关闭显示4 i0.4 1yc一楼行程开关4 q0.3 dcs 上行显示来自轿厢控制面板来自井道行程开关

16、来自轿厢控制面板来自层面控制按钮来自层面火警开关控制信号层楼信号指令信号召唤信号层楼定位指令登记召唤登记显示显示显示自动定向运行控制（开 / 关门、上/ 下行、停站）运行显示电动机驱动控制消防控制置位置位清除清除115 i0.5 2yc二楼行程开关5 q0.4 dcx 下行显示6 i0.6 3yc三楼行程开关6 q0.5 b led 七段显示器b 段发光二极管7 i0.7 4yc四楼行程开关7 q0.6 c led 七段显示器c 段发光二极管8 i1.0 5yc五楼行程开关8 q0.7 d led 七段显示器d 段发光二极管9 i1.1 a1j一楼指令按钮9 q1.0 e led 七段显示器e

17、 段发光二极管10 i1.2 a2j二楼指令按钮10 q1.1 f led 七段显示器f 段发光二极管11 i1.3 a3j三楼指令按钮11 q1.2 g led 七段显示器g 段发光二极管12 i1.4 a4j四楼指令按钮12 q1.3 1dja 一楼指令信号登记显示13 i1.5 a5j五楼指令按钮13 q1.4 2dja 二楼指令信号登记显示14 i1.6 aj 指令专用开关 (直驶)14 q1.5 3dja 三楼指令信号登记显示15 i1.7 zxf置消防开关15 q1.6 4dja 四楼指令信号登记显示16 i2.0 a1s一楼上召唤按钮16 q1.7 5dja 五楼指令信号登记显示

18、17 i2.1 a2s二楼上召唤按钮17 q2.0 1das 一楼上召唤信号登记显示18 i2.2 a2x二楼下召唤按钮18 q2.1 2das 二楼上召唤信号登记显示1219 i2.3 a3s三楼上召唤按钮19 q2.2 2dax 二楼下召唤信号登记显示20 i2.4 a3x三楼下召唤按钮20 q2.3 3das 三楼上召唤信号登记显示21 i2.5 a4s四楼上召唤按钮21 q2.4 3dax 三楼下召唤信号登记显示22 i2.6 a4x四楼下召唤按钮22 q2.5 4das 四楼上召唤信号登记显示23 i2.7 a5x五楼下召唤按钮23 q2.6 4dax 四楼下召唤信号登记显示24 i

19、3.0 24 q2.7 5dax 五楼下召唤信号登记显示25 i3.1 司机上行选择按钮25 q3.0 s 上行继电器 (控制电动机正转 ) 26 i3.2 司机下行选择按钮26 q3.1 x 下行继电器 (控制电动机反转 )27 i3.3 上强迫换速开关27 q3.2 yx 运行显示28 i3.4 下强迫换速开关28 q3.3 a led 七段显示器a 段发光二极管29 i3.5 下平层感应器触点29 q3.4 kf快速接触器30 i3.6 上平层感应器触点30 q3.5 ks慢速接触器13l n y00 y01 y02 y03 y04 y05 y06 y07 com y10 y11 y12

20、 y13 y14 y15 y16 y17 com y20 y21 y22 y23 y24 y25 y26 y27 com y30 y31 y32 y33 y34 y35 y36 y37 com y40 y46 y47 fx2n128mr+24v com com x00 x01 x02 x03 x04 x05 x06 x07 x10 x11 x12 x13 x14 x15 x16 x17 x20 x21 x22 x23 x24 x25 x26 x27 x30 x31 x32 x33 x34 x35 x36 x37 x40 x41 x42 x43 x44 x45 1sb 上2sb 上2sb 下3s

21、b 上3sb 下4sb 上4sb 下5sb 上sb 消防sb 消防开门sb 门机械触板sb 手动开门sb 消防关门sb 手动关门sb 开门极限sb 关门极限1sb 楼层触点2sb 楼层触点3sb 楼层触点4sb 楼层触点5sb 楼层触点1sb 箱内停层选择2sb 箱内停层选择3sb 箱内停层选择4sb 箱内停层选择5sb 箱内停层选择1sb 减速触点2sb 减速触点3sb 减速触点4sb 减速触点sb 门闭合触点l n 1 上显示2 上显示2 下显示3 上显示3 下显示4 上显示4 下显示5 下显示开门输出关门输出1 楼层显示2 楼层显示3 楼层显示4 楼层显示5 楼层显示停层 1 显示停层

22、2 显示停层 3 显示停层 4 显示停层 5 显示上行指示下行指示电机星形联结电机三角联结减速输出正转输出反转输出km1 km2 km5 km6 km3 km4 km7 14第四章 plc电梯控制系统基本功能梯形图分析4.1 楼层感应控制梯形图：154.2 轿内指令控制梯形图：164.3 门厅召唤控制梯形图：174.4选项控制梯形图：184.5换速梯形图：4.6起动控制梯形图：194.7 电梯平层控制梯形图：20表 7 七段 led字型码楼层a段b段c段d段e段f段g段字型码一楼0 1 1 0 0 0 0 06h 二楼1 0 1 1 0 1 1 5bh 三楼1 1 1 1 0 0 1 4fh

23、四楼0 1 1 0 0 1 1 66h 五楼1 0 1 1 0 1 1 6dh 在本设计中没有使用plc输出字型码，字型码是靠外部电路提供，plc只是将外部电路与 led显示器连接起来，从而使字型码输入到led显示器中显示出来21第五章辩问题1阐明程序设计思想及工作流程。答：通过控制各路开关来控制电梯的停留和上下，还有通过报警程序的控制来及时提醒报警， 还有通过相关程序来完成有无司机及出现消防问题的时候的工作状态， 通过换速控制系统和起动控制系统来进行对电动机的速度及起动的控制2当层楼数增加，开关量输入和输出的点数将作如何变化 ? 答：输入和输出开关量的点数将会增加，而且输入的开关量高于输出的

24、点数，3若需要电梯只服务于奇数楼层，梯形图将作如何变换 ? 答：通过控制开关的和限制开关的使用要控制电梯服务楼层的控制，是要服务奇数可以i0.3i0.5i0.7i1.0i1.2i1.4i1.7i2.3i2.6i2.2开22通，相应其他的电梯按钮的接触器取消来达到控制奇功能4若需要电梯只服务于偶数层楼，梯形图将作如何变换 ? 答：控制开关的和限制开关的使用要控制电梯服务楼层的控制，是要服务偶数 i0.3i0.5i0.7i1.0i1.2i1.4i1.7i2.3i2.6i2.2功能取消，想对应的其他电梯按钮的功能开通，其他主程序不变就可完成相关的要求的控制。5若需要电梯只服务于四层及以上楼层，梯形图

25、将作如何变换 ? 答：再设置相关的程序，一至三楼相关的行程开关，指令按钮，召唤按钮功能取消，四楼及五楼想过的接触器功能启动。6若正常运行方式作为方式 a ，上述 3 、4、5 题运行方式作为方式 b 、方式 c 、方式 d , 如何采用两个输入开关来任选其中一个作为当前运行方式 ? 答：将上述的三种方式的程序编好后，然后与输入开关相连接，连接的目标为，到与其中一个输入开关连接是，相关的输出自锁，从而达到控制其目的， 同理又可以对另一方式进行控制，再就是通过两个同时闭合的时候又对其他两个方式形成互锁，这样就可以达到要求的任23选其中一个为当前运行方式6电梯控制中清除召唤登记的条件是什么 ? 在前

26、召唤登记的程序还为执行时，即没有得到输出值时， 后者再出现一个或者多个召唤登记条件， 此召唤条件将会被消除， 只有当前一召唤登记条件完成才行，及程序的反应时间。7电梯控制中清除指令登记的条件是什么 ? 答：指令登记条件不同于召唤登记条件，因为在其内部有寄存器及相关的存储功能， 所以具有一定的记忆性， 只有登记得条件超过的寄存器的存储容量之后它才会消除其登记条件，并且从新记录， 且每次指令登记的条件完成后又会再刷新一次。结 论通过本次课程设计， 了解了电梯的组成与其工作原理，深刻理解了 plc的结构、特点及其工作原理，掌握plc在控制系统中的应用。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。24既让我们懂得了怎样把理论