十层电梯PLC设计报告

1、东南大学自动化学院实 验 报 告课程名称： PLC原理及课程设计 实验名称： 可编程控制器（PLC）控制十层电梯系统综合实验 院 （系）： 专 业： 姓 名： 学 号： 实 验 室： 动力楼实验室 同组人员： 实验时间： 评定成绩： 审阅教师：目录一、实验目的2二、实验要求2三、实验内容2四、实验报告内容2五、电梯的基本工作原理和结构2六、I/O点数分配9七、PLC控制十层电梯程序设计121.初始化程序设计132.楼层选择程序设计143.运行控制程序设计144.楼层检测程序设计145.开关门控制程序设计156.楼层显示程序设计157.电梯运行方向显示程序设计158.呼叫记忆灯显示程序设计15八

2、、简单程序设计实例.15九、总结与思考18附录十层电梯梯形图19一、 实验目的1 理论结合实际。运用已经学过的可编程控制器等课程知识分析、研究和调试PLC电梯控制系统。2 提高编程技能和实验、动手能力。通过设计实验，培养独立思考、分析和解决问题的能力。二、 实验要求1 掌握电梯系统各主要组成部分的PLC梯形图及其程序设计。2 学会各种程序的调试方法。3 要求电梯启动平稳、运行快速和读层、平层准确等。三、 实验内容1 对照实际电梯系统，熟悉它的结构、了解它的组成。2 楼层感应梯形图及其程序设计。3 门厅召唤梯形图及其程序设计。4 电梯运行控制梯形图及其程序设计。5 轿厢开关门梯形图及其程序设计。

3、6 电梯呼叫呼叫记忆灯、上下行记忆灯和楼层显示梯形图及其程序设计。7 综合以上几个部分的梯形图及其程序设计。四、 实验报告内容1 系统工作原理及其组成框图。2 上述九个电梯的主要组成部分的PLC梯形图及程序。3 调试（内容、方法、遇到什么问题及其如何解决）。4 讨论（收获、体会、实验系统存在问题和改进意见等）。五、 电梯的基本工作原理和结构电梯主要有机房、井道、厅门、轿厢及操纵等主要部分组成，其结构如图1所示。1612345678910111213141518171拖动电动机2齿轮3链条4导轨5对重6指层灯7上下行指示灯8呼叫按钮9呼叫记忆灯10轿门11轿门限位开关12轿厢13底座14下行限位

4、开关15光电检测器16楼层挡光板17门18上行限位开关图1电梯结构示意图电梯在启动过程中，为了限制启动电流，减少启动时的加速度，改善乘客乘坐的舒适感，一般在电机电枢电路中串入电阻，低速起动，到达指定位置后，将电阻切除，电梯高速运行；同样，减速时将电阻接入电机电枢回路，从而实现双速控制。如图2所示。图2 轿厢升降电机电气图8765 43+12VQ3Q2Q1RM12M工作原理：启动时继电器Q2的3和5触点、Q3的6和8触点接通，Q1的1和2触点不接通，电阻R串入，电机降压起动，经过一段延时后，Q1的1和2触点接通，电阻R被切除，电机进入快速运转，若此时将电阻R重新接入电机电路中，电梯将转慢速运行。

5、Q2与Q3触点开关同时打到上面或同时打到下面时，电机将停止运转。控制继电器Q2和Q3，实现电机正反转。Q1，Q2，Q3是三个继电器，可以通过PLC控制它们的开合。其电路如图3所示。Q0.0，Q0.1和Q0.2是PLC输出触点。K1和K2是电梯的上限位和下限位开关，当电梯触动它们后，关断继电器J1和J2，强制切断电机，在硬件上实现保护。电梯轿厢的开关门也由电机拖动，同轿厢升降电机原理类似，通过PLC控制继电器的开合，控制电机运转，如图4和图5所示。图4中的K3和K4是轿厢开门限位开关和关门限位开关，当轿门撞到它们后，关断继电器J1和J2，硬件上强制切断电机，实现开门到位和关门到位。图5 轿厢门开

6、关电机电器图654321+12VQ5Q4MM楼层检测是电梯系统很重要的部分，检测楼层有几种不同的方法，用码盘检测是目前流行的方法。增量式码盘实际上是一个光电脉冲发生器和一个可逆记数器。在光电脉冲发生器圆盘上刻有节距相等的窄缝，另外还有a，b两组检测窄缝群，节距同前，但两组检测窄缝与圆盘上窄缝的对应位置错开1/4节距，其目的是使a，b两个光电转换器的输出信号窄相位上相差90o。圆盘与被测轴相连接，而两组检测窄缝是静止不动的。当被测轴转动时，两个光电转换器就输出相位相差90o的两个近似正弦波。再经过简单的电路处理，可得到响应的脉冲信号。当圆盘正转时，信号b超前信号a90o，逻辑电路输出正脉冲信号；

7、圆盘反转时，信号a超前信号b90o，逻辑电路输出反脉冲信号,如图6所示。若将这些脉冲信号送给可逆记数器进行累计，就可测出轴的旋转角度。光电码盘的分辨率为360/N，对增量式码盘N是一周的计数总和。粗精结合的码盘分辨率己能做到1/220,如果码盘制造非常精确，则编码精度可达到量化误差。可见光电编码器用作位置检测可以大大提高测量精度。图6 电机正反转脉冲图电梯的指层灯用来显示轿厢所在的楼层，电梯有10层，需要2个LED数码小灯，一个做个位，一个做十位，个位显示0-9，十位只显示1。本电梯模型使用的LED数码小灯是共阴极的，其电路如图7所示。脉冲计数的实现1）概述增量式码盘与电机同轴安装，电梯上下运

8、行时，码盘以与电机同样的角速度转动，产生脉冲。所采用的码盘一圈1200个脉冲，电梯全程的每一个位置对应一个脉冲计数值，这样通过对脉冲的值进行计数就能判断电梯运行到哪一个位置。设定在顶层（十层）对计数值清0，电梯下行时对脉冲进行加计数，因此在底层（一层）时计数值加到最大，大约为20700个脉冲；电梯上行时，对脉冲进行减计数，每一个位置对应固定的脉冲计数值，如十层对应0，一层对应20700。采用集成电路对脉冲计数，用一块数字量扩展模块（1769-IQ16）读入计数值。所设计的硬件电路可分为三部分：（1） 将A,B两相信号隔离后送入D触发器处理，从而可以判向（2） 将四片74HC193级联，对脉冲进

9、行计数（3） 74HC193和PLC间传送的信号的电平转换光电编码器接线色标对照黑绿蓝白灰黄橙红ShieldComAA非BB非ZZ非+5VNC2）具体电路介绍（1）判向信号的获取码盘总共有10根信号，其中两根电源线接5V电源，A,B两根信号线的相位差为90o,通过其超前滞后关系判断电机转向，A,B与A,B反相，可实现差分输入，提高电路的抗干扰能力。电路如图8所示：图 8 判向电路光耦输出相位差仍为90o的两个信号（频率不变）接D触发器的D端和CLK端，这样电机向某一方向转动时，Q为高，向另一方向转动时Q为低，将Q和Q分别与脉冲作与非运算并接入计数器74HC193就能实现双向计数了。（2）计数器

10、估算电梯全程的脉冲数大约20000，所以必须有四片74193级联才能满足应用要求，74193有加计数脉冲输入端，减计数脉冲输入端，借位端和进位端，用这些端子就能实现级联计数。如图9所示：图 9 计数器(3)电平转换1769-IQ16模块不能接收TTL电平的输入，所以用光耦将其转为24V电平，转换电路如图10（a）所示，图中以74193的QA输出端为例。每当电梯运行到十层时对四片74193的计数值复位，这能起到校准作用，复位信号由PLC输出，同样对其进行电平转换输出到74193的复位端，电路如图10（b）所示。六、 I/O点数分配此电梯模型共有24个输入点，其分配如表1所示。表1 输入分配表输入

11、地址板卡地址开关含义输入地址板卡地址开关含义I:2/0I5.0一楼下限行程开关I:1/6I2.6门厅五层向下呼叫按钮I:2/1I5.2开门到位行程开关I:1/7I2.7门厅六层向上呼叫按钮I:2/2I5.3十楼上限行程开关I:1/8I3.0门厅六层向下呼叫按钮I:2/3I5.1关门到位行程开关I:1/9I3.1门厅七层向上呼叫按钮I:2/8I1.6门厅一层向上呼叫按钮I:1/10I3.2门厅七层向下呼叫按钮I:2/9I1.7门厅二层向上呼叫按钮I:1/11I3.3门厅八层向上呼叫按钮I:1/0I2.0门厅二层向下呼叫按钮I:1/12I3.4门厅八层向下呼叫按钮I:1/1I2.1门厅三层向上呼叫

12、按钮I:1/13I3.5门厅九层向上呼叫按钮I:1/2I2.2门厅三层向下呼叫按钮I:1/14I3.6门厅九层向下呼叫按钮I:1/3I2.3门厅四层向上呼叫按钮I:1/15I3.7门厅十层向下呼叫按钮I:1/4I2.3门厅四层向上呼叫按钮I:0/0编码器A相I:1/5I2.5门厅五层向上呼叫按钮I:0/1编码器B相该电梯共使用33个输出点，其分配表如表2所示。PLC内部寄存器，整数文件和定时器的分配表及其功能如表3、表4和表5。表2 输出分配表输出地址板卡地址信号含义输出地址板卡地址信号含义O:3/0Q2.0一层向上呼叫指示灯O:0/10-十层向下呼叫指示灯O:3/1Q2.1二层向上呼叫指示灯

13、O:4/0Q0.0快慢速继电器O:3/2Q2.2二层向下呼叫指示灯O:4/1Q0.1上行继电器O:3/3Q2.3三层向下呼叫指示灯O:4/2Q0.2下行继电器O:3/4Q2.4三层向上呼叫指示灯O:4/3Q0.3关门继电器O:3/5Q2.5四层向下呼叫指示灯O:4/4Q0.4开门继电器O:3/6Q2.6四层向上呼叫指示灯O:4/5Q0.6上行指示灯O:3/7Q2.7五层向下呼叫指示灯O:4/6Q0.7下行指示灯O:3/8Q3.0五层向上呼叫指示灯O:4/7Q1.0个位数码管aO:3/9Q3.1六层向下呼叫指示灯O:4/8Q1.1个位数码管bO:3/10Q3.2六层向上呼叫指示灯O:4/9Q1.

14、2个位数码管cO:3/11Q3.3七层向下呼叫指示灯O:4/10Q1.3个位数码管dO:3/12Q3.4七层向上呼叫指示灯O:4/11Q1.4个位数码管eO:3/13Q3.5八层向下呼叫指示灯O:4/12Q1.5个位数码管fO:3/14Q3.6八层向上呼叫指示灯O:4/13Q1.6个位数码管gO:3/15Q3.7九层向上呼叫指示灯O:4/14Q1.7十位数码管b&cO:0/9-九层向下呼叫指示灯表3 PLC内部寄存器分配表内部寄存器信号含义内部寄存器信号含义B3:2/0门厅一层向上呼叫保持B3:3/0九层向上呼叫清除自锁B3:2/1门厅二层向上呼叫保持B3:3/1九层向下呼叫清除自锁B

15、3:2/2门厅二层向下呼叫保持B3:3/2八层向上呼叫清除自锁B3:2/3门厅三层向上呼叫保持B3:3/3八层向下呼叫清除自锁B3:2/4门厅三层向下呼叫保持B3:3/4七层向上呼叫清除自锁B3:2/5门厅四层向上呼叫保持B3:3/5七层向下呼叫清除自锁B3:2/6门厅四层向下呼叫保持B3:3/6六层向上呼叫清除自锁B3:2/7门厅五层向上呼叫保持B3:3/7六层向下呼叫清除自锁B3:2/8门厅五层向下呼叫保持B3:3/8五层向上呼叫清除自锁B3:2/9门厅六层向上呼叫保持B3:3/9五层向下呼叫清除自锁B3:2/10门厅六层向下呼叫保持B3:3/10四层向上呼叫清除自锁B3:2/11门厅七层

16、向上呼叫保持B3:3/11四层向下呼叫清除自锁B3:2/12门厅七层向下呼叫保持B3:3/12三层向上呼叫清除自锁B3:2/13门厅八层向上呼叫保持B3:3/13三层向下呼叫清除自锁B3:2/14门厅八层向下呼叫保持B3:3/14二层向上呼叫清除自锁B3:2/15门厅九层向上呼叫保持B3:3/15二层向下呼叫清除自锁B3:1/0门厅九层向下呼叫保持B3:4/0十层向下呼叫清除自锁B3:1/11门厅十层向下呼叫保持B3:4/2一层向上呼叫清除自锁B3:9/0初始化程序运行标志位B3:0/13ONS暂存S2:1/15上电状态位B3:0/14定时器自锁表4 PLC内部整数文件分配表整数文件符号含义整

17、数文件符号含义N7:2电梯当前所在楼层，含正负值（正值表示电梯上行，负值表示电梯下行）N7:6电梯当前所在楼层，只含正值N7:3所有楼层呼叫中最接近N7:2的呼叫，含正负值N7:7所有楼层呼叫中最接近N7:2的呼叫，只含正值N7:96楼层呼叫暂存，含正负值N7:97楼层呼叫暂存，只含正值N7:1赋值的中间变量N7:5当前计数值N7:0起点计数值N7:4终点计数值N7:8|N7:5-N7:0|N7:9|N7:4-N7:5|B3:9/0标志程序初始化状态。当B3:9/0为0时运行初始化模块，为1时运行正常电梯运行程序。上电时，先用上电状态位S3:1/15将B3:9/0清零，运行初始化模块。表4的P

18、LC内部整数文件在本系统中占有至关重要的作用，下面对表4作详细的说明。N7:2和N7:6标志电梯当前到达的楼层。其中， N7:2含有正负值，1，2，3，4，5，6，7，8，9表示电梯上行时到达对应楼层，2，3，4，5，6，7，8，9，10表示电梯下行时到达对应楼层。N7:6不含正负值，它是N7:2的绝对值，方便梯形图的编程。N7:3和N7:7标志电梯下一个要去的楼层。其中，N7:3含正负值，1，2，3，4，5，6，7，8，9，表示电梯上行时到达该楼层，2，3，4，5，6，7，8，9，10表示电梯下行时到达该楼层，特别地N7:3为0时，表示没有下一个楼层要去，电梯停在当前楼层。N7:7不含正负值

19、，它是N7:3地绝对值，方便梯形图地编程。N7:96和N7:97暂存楼层呼叫。楼层呼叫记忆存在PLC内部寄存器中，见表3，只含0和1两个值，当在楼层比较模块中，需要将楼层呼叫记忆转换成具体的楼层数值，存在N7:96和N7:97中。其中，N7:96含正负值，1，2，3，4，5，6，7，8，9，表示电梯上行时对应的楼层，2，3，4，5，6，7，8，9，10，表示电梯下行时对应的楼层。N7:97不含正负值，它是N7:96的绝对值，方便梯形图的编程。N7:5在楼层检测模块中使用。当电梯到达某一楼层，高速计数器有不同数值赋给N7:5。表5是程序的定时器分配表，由于电梯运行中，像关门不是立即完成，需要等待

20、一段时间，设置定时器正是出于这样的考虑。表5 定时器分配表定时器定时器含义T4:0延时关门定时器为了深入了解各输入和输出信号的含义，下面具体介绍平层装置、门厅呼唤按钮装置和轿厢操纵装置等输入信号，门厅呼唤记忆灯与指层灯、上下行电机运转装置和自动开关门运转装置等输出信号。1） 楼层检测编码器的A、B相经过光耦输入到PLC的高速计数器的输入口，电梯运行后高速计数器会自动计数，下行计数值增加，上行计数值减少，电梯运行到的不同位置都有相应的计数值所对应，从而就可以利用计数值来判断电梯的位置。2） 门厅呼唤线路门厅呼唤按钮设在电梯各层站的厅门旁，供等候电梯的乘客呼叫电梯用，当按下呼唤按钮时，首先按钮装置

21、对应的记忆灯亮，告知乘客呼叫已被记忆，当电梯到达该楼层并停车开门后，清除呼叫记忆，呼唤记忆灯熄灭。此电梯模型采用双按钮呼唤装置，除一层和十层外，其余各层均设有向上向下按钮。其各楼层按钮如图12所示。3） 门厅呼唤记忆灯与指层灯线路门厅呼唤记忆灯亮表明乘客所在楼层的呼叫已被PLC记忆；厅门旁边的上下行方向灯表明电梯的运行方向，厅门上方LED数码管指示轿厢运行到的楼层，如图12所示。4） 上下行电机运行装置由于此系统是电梯实验模型，拖动电动机使用小型直流电机就可以了，电机受PLC控制，其中O0:2/0控制电梯快慢速运行；O0:2/1、O0:2/2控制正反转运行，它们的逻辑关系如表6所示。表6 拖动

22、电机正反转逻辑关系O:4/1O:4/2电机状态10正转01反转00不动11不动5） 电梯自动门开关门装置通过控制安装在轿厢上的直流电动机的正反转，实现电机开门和关门，其电气线路PLC输出信号如图13所示。电机受PLC控制，由O0:2/3、O0:2/4控制开门和关门的逻辑关系，如表7所示。表7 电梯开门关门逻辑关系O:4/3O:4/4自动门状态10关门01开门00不动11不动6） 轿厢开关门到位开关和上下行程到位开关在轿厢上除了操纵箱、自动开门关门等线路外，还有开门和关门行程到位开关、保证电梯可靠开门关门。电梯最上方和最下方设有电梯上、下行程到位开关，如图13所示，电梯运行这两个行程到位开关时，

23、强制切断电机。七、PLC控制十层电梯程序设计电梯电气控制系统能将各个楼层厅外的向上和向下呼叫信号与电梯轿厢的指令选层信号综合在一起，进行集中自动控制，此控制称为集选控制。电梯运行控制总是遵循一定的规律，下面是电梯总体程序流程图，如图13所示。为了便于理解与调试，易于发现问题并及时纠正，将电梯整个运行过程分为个功能块讲解，并进行分块编程。图13 PLC程序设计流程图1. 初始化程序设计电梯上电后，开始初始化，不响应一切输入，对外无输出，轿厢上升到10楼，平层后停机，然后转入等待状态，若有呼叫信号，电梯立即转入运行程序中。其梯形图如附录所示。上电位S3:1/15置初始化程序运行标志位B3:9/0为

24、0，运行初始化程序，电梯保持上升，当楼层检测器检测到了十楼时，电梯停机。平层后初始化程序运行标志位B3:9/0为1。当B3:9/0为1时，退出初始化程序。2. 楼层选择程序设计楼层选择模块由门厅呼唤和楼层选择2个子模块组成，完成了呼叫输入、呼叫记忆、楼层选择等功能。1) 门厅呼唤选层门厅呼唤包括向上呼叫和向下呼叫两部分，当呼叫按钮按下时，该呼叫被记忆。18个呼叫按钮I1:1/0、I1:1/15、I1:3/0I1:3/15相对应的内部记忆寄存器为B3:2/0B3:2/15、B3:1/0、B3:1/11。梯形图如附录图3所示。2) 楼层选择这是楼层选择模块的核心部分。呼叫处理模块中，当电梯关门并且

25、运行后，调用楼层比较模块进行呼叫楼层的比较，进行电梯选层，电梯选层的梯形图如附录所示，比较所有记忆的呼叫，找出电梯要去的下一个楼层的值，存于N7:3和N7:7中，如果没有下一个楼层的呼叫，N7:3和N7:7置零，电梯停在本楼层。工作原理：当电梯停在某层，运行趋势向上（下），如果有本层向上（下）呼叫，电梯立即开门，并清除对应呼叫记忆；如果呼叫记忆中无本层对应呼叫，且下一楼层位N7:3为0时，把呼叫记忆对应的楼层值N7:96赋给N7:3；如果N7:3不为0，分为八种情况：N7:2>0，|N7:3|>N7:2， N7:3>0，N7:2<N7:96<N7:3；N7:2&g

26、t;0，|N7:3|>=N7:2，N7:3<0，N7:96>N7:2 or N7:96<N7:3；N7:2>0，|N7:3|<=N7:2，N7:3<0，N7:96>N7:2 or N7:96<N7:3；N7:2>0，|N7:3|<N7:2， N7:3>0，N7:96>N7:2 or N7:96<N7:3；N7:2<0，|N7:3|<|N7:2|， N7:3<0，N7:2<N7:96<N7:3；N7:2<0，|N7:3|<=|N7:2|，N7:3>0，N7:2<

27、;N7:96<N7:3；N7:2<0，|N7:3|>=|N7:2|，N7:3>0，N7:96>N7:2 or N7:96<N7:3；N7:2<0，|N7:3|>|N7:2|， N7:3<0，N7:96>N7:2 or N7:96<N7:3；这八种情况下，把呼叫记忆对应的楼层值N7:96赋给N7:3。经过一次循环以后，就可以得出下一个楼层的位置。3. 运行控制程序设计运行控制模块检测电梯的楼层信号、电梯的平层信号和电梯的起制动信号，控制电梯上下行、快慢速和停止。梯形图如附录所示。工作原理：电梯停在n层，运行趋势向上（下），关门，某

28、层（或某些层）有呼叫，通过楼层选择模块判断电梯下一个要去的楼层的位置。如果下一个要去的楼层是本层时，电梯开门，然后在关门，关门到位后继续通过楼层选择模块判断电梯下一个要去的位置；如果下一个要去的楼层不是本层，判断此楼层位于本楼层的上面还是下面，对应改变电梯的运行方向，调到慢速运行状态，延时1s后电梯运行，随后电梯遇到第一个楼层检测点，不进行楼层检测，电梯转快速。在快速以后电梯遇上楼层检测点，都要进行楼层检测，读入楼层数据，判断这是否是要去的下一个楼层，如果不是就继续快速运行，如果是的话，电梯快速转慢速，随后遇到平层点，停车平层，自动开门，清除本楼层呼叫位，然后关门，又通过楼层选择模块判断电梯下

29、一个要去的楼层的位置，周而复始，完成电梯的运行。4. 楼层检测程序设计编码器的A、B相经过光耦输入到PLC的高速计数器的输入口，电梯运行后高速计数器会自动计数，下行计数值增加，上行计数值减少，电梯运行到的不同位置都有相应的计数值所对应，从而就可以利用计数值来判断电梯的位置。计数值被赋给N7:5。5. 开关门控制程序设计电梯运行到指定楼层或电梯内按下开门标志，电梯将进行开门动作，电梯开门到位后，延时3s将自动关门。只有在电梯静止和关门限位开关合上时，才能进行开门。开门后，清除下一个楼层位N7:3和N7:7，调用清除呼叫子程序清除本层呼叫。6. 楼层显示程序设计楼层显示模块显示当前电梯所在的楼层。

30、梯形图如附录所示。通过N7:5，判断电梯当前所在楼层，然后向O:4/7O:4/14输出8位指定编码，点亮LED数码管来显示电梯当前楼层。1楼到10楼的编码分别是0000001100000000（768），（11648），（10112），（13056），（13952），（16000），0000001110000000（896），（16256），（14208），10111111（24448）。7. 电梯运行方向显示程序设计电梯运行方向显示子程序是用来显示电梯运行趋势的，其梯形图如附录所示。当电梯上行时，电梯显示上行，即O:4/5为1，O:4/6为0；当电梯下行时，电梯显示下行，即O:4/5为0，O:4/6为1。8. 呼叫记忆灯显示程序设计当某一楼层有人按下呼叫按钮后，该呼叫将被记忆，同时点亮呼叫记忆灯，当电梯到达指定楼层，呼叫记忆将被清除，呼叫记忆灯熄灭。其梯形图如附录图13所示。呼叫记忆PLC内部寄存器B3:2/0B3:2/15、B3:1/0、B3:1/11分别控制1楼到10楼的呼叫记忆灯的亮灭。八、简单程序设计实例1、按下各层呼叫按钮显示相应的层数，如按下一层的呼叫按钮，门厅指示灯显示“1”层。设计思路：当按下某一层按钮时，对应一个继电器开关闭合，电路