基于PLC控制的四层电梯课程设计

基于PLC控制的四层电梯课程设计

唐山学院PLC课程设计引言本课程设计基于西门子PLC的电梯控制系统设计及调试系(部)信息工程系。旨在通过实际操作，使学生掌握PLC的工作特点和工作方式，以及硬件电路设计和描述。本文将详细介绍课程设计的任务、要求和总体设计方案。任务及要求本课程设计的任务是设计一个电梯控制系统，要求实现电梯的上行和下行控制、门的开关控制、超载保护等功能。同时，还需要进行调试和测试，确保系统的稳定性和可靠性。设计要求在设计电梯控制系统时，需要考虑以下要求：1.系统的稳定性和可靠性。2.系统的安全性，包括超载保护和门的安全控制。3.系统的实用性，能够满足电梯运行的基本需求。设计条件在设计电梯控制系统时，需要考虑以下条件：1.系统需要使用西门子PLC进行控制。2.系统需要使用适当的传感器和执行器进行控制。3.系统需要符合国家相关法规和标准。总体设计方案PLC的工作特点PLC是一种可编程逻辑控制器，具有以下特点：1.可编程性：PLC可以根据需要进行编程，实现不同的控制功能。2.可靠性：PLC具有高度的稳定性和可靠性，可以长期稳定地运行。3.灵活性：PLC可以根据需要进行修改和调整，适应不同的控制需求。PLC的工作方式PLC的工作方式包括扫描工作方式和程序执行过程。PLC的扫描工作方式PLC的扫描工作方式是指PLC周期性地扫描程序，并执行相应的控制操作。具体来说，PLC会按照程序的先后顺序执行各个指令，直到程序结束。PLC的程序执行过程PLC的程序执行过程包括输入、输出、中间处理和输出等四个步骤。具体来说，PLC会先读取输入信号，然后进行中间处理，最后输出相应的控制信号。硬件电路设计及描述电梯运行控制要求电梯运行控制要求包括上行和下行控制、门的开关控制、超载保护等功能。为了实现这些功能，需要使用适当的传感器和执行器进行控制。电气控制系统主回路电气原理图电气控制系统主回路电气原理图如下所示：（此处应该插入图片）单元电路设计单元电路设计包括输入单元、输出单元和中间处理单元。在设计单元电路时，需要考虑输入信号的稳定性和准确性，以及输出信号的可靠性和精度。同时，还需要进行适当的调试和测试，确保单元电路的正常运行。4.1各段程序块功能4.1.1复位初始化模块该模块用于电梯系统的初始化和复位操作。在系统启动时，该模块会对电梯进行初始化，并将所有状态恢复到初始状态。4.1.2内选模块内选模块用于处理电梯内部的操作请求。当乘客在电梯内按下楼层按钮时，该模块会将请求记录下来，并将电梯的运行方向设置为请求所在楼层的方向。4.1.3上下行指示中间继电器该模块用于控制电梯的运行方向。当电梯在某一楼层停靠时，该模块会根据内部请求和外部请求来确定电梯的运行方向。当电梯处于运行状态时，该模块会根据当前楼层和运行方向来控制电梯的运行。4.1.4外呼模块外呼模块用于处理电梯外部的操作请求。当乘客在某一楼层按下电梯呼叫按钮时，该模块会将请求记录下来，并根据请求所在楼层和电梯当前位置来确定电梯的运行方向。4.1.5平层感应平层感应模块用于检测电梯是否到达目标楼层，并控制电梯的停靠。当电梯到达目标楼层时，该模块会发送信号通知其他模块，同时控制电梯门的开关。4.1.6电梯高低速运行该模块用于控制电梯的运行速度。当电梯处于高速运行状态时，该模块会控制电梯的加速和减速，以确保电梯的安全性和舒适性。4.1.7停车模块停车模块用于控制电梯的停车。当电梯到达目标楼层时，该模块会控制电梯的停车位置，并发送信号通知其他模块。4.1.8电梯上下行中间继电器该模块用于控制电梯的上下行方向。当电梯处于运行状态时，该模块会根据内部请求和外部请求来确定电梯的运行方向。4.1.9开关门模块开关门模块用于控制电梯门的开关。当电梯到达目标楼层时，该模块会控制电梯门的开关，并发送信号通知其他模块。4.1.10电梯上下行输出该模块用于控制电梯的上下行方向和运行状态。当电梯处于运行状态时，该模块会根据当前楼层和运行方向来控制电梯的运行。5.1仿真软件的简介本系统使用的仿真软件为Proteus，它是一款功能强大的电路设计和仿真软件，可以模拟各种电路和系统的运行情况。5.2仿真界面仿真界面包括电梯的运行状态、楼层显示、按钮状态等。用户可以通过仿真界面来查看电梯的运行情况和各个模块的工作状态。6设计经验与体会在本次课程设计中，我们深入学习了电梯控制系统的原理和设计方法，掌握了Proteus仿真软件的使用技巧。通过实践，我们不仅提高了自己的实际操作能力，还加深了对电梯控制系统的理解和认识。参考文献[1]电梯控制系统设计与实现，XXX，2018。[2]Proteus用户手册，XXX，2019。附录一I/O分配表附录二程序课程设计说明书1引言本次课程设计旨在设计一套电梯控制系统，实现电梯的自动控制和运行。本说明书将详细介绍电梯控制系统的各个模块和功能，以及仿真软件的使用方法和设计经验。，适用于工业环境。2.编程方便，操作简单，易于维护和升级。3.具有逻辑运算、计数和定时等功能，可实现复杂的控制任务。4.可与各种传感器、执行器和通讯设备配合使用，扩展性强。5.可实现远程监控和控制，提高了生产效率和安全性。3.2电梯控制系统设计方案本设计采用三菱PLC作为控制核心，通过各种传感器和执行器实现对电梯的控制。具体方案如下：1.电梯具有高速和低速两种运行速度，可通过PLC控制电机频率实现平滑转换。2.电梯具有呼梯登记和显示功能，通过按钮和指示灯实现。3.电梯具有轿内选层和选层登记及显示功能，通过数字面板和指示灯实现。4.电梯具有自动停层功能，通过限位开关和电磁铁实现。5.电梯具有顺向和逆向截停功能，通过PLC控制电机方向实现。6.电梯具有自动确定运行方向和保持功能，通过编码器和PLC程序实现。7.电梯具有厅门和轿门连锁保护功能，通过光电传感器和电磁铁实现。8.电梯具有自动平层功能，通过PLC程序和电机控制实现。9.电梯具有超载、超速和端站限位保护功能，通过各种传感器和PLC程序实现。10.电梯具有运行方向和层楼指示功能，通过数字面板和指示灯实现。11.满足呼梯要求后，自动消除呼梯登记信号，通过PLC程序实现。3.3PLC程序设计方案本设计采用三菱PLC编程软件编写梯形图程序，实现电梯控制系统的各种功能。具体方案如下：1.采用标准的梯形图程序设计方法，按照功能模块划分，逻辑清晰。2.采用模块化编程思想，将各个功能模块分别编写，便于维护和升级。3.采用定时器、计数器和比较器等指令，实现各种逻辑运算和计算功能。4.采用数据存储器和数据传输指令，实现数据的输入输出和传递。5.采用中断程序和异常处理程序，提高程序的稳定性和可靠性。4结论本设计采用三菱PLC作为控制核心，通过各种传感器和执行器实现对电梯的控制。采用梯形图程序设计方法，按照功能模块划分，逻辑清晰。通过定时器、计数器和比较器等指令，实现各种逻辑运算和计算功能。通过数据存储器和数据传输指令，实现数据的输入输出和传递。通过中断程序和异常处理程序，提高程序的稳定性和可靠性。本设计方案可满足电梯控制系统的各种要求，具有较高的安全性、可靠性和稳定性。PLC是一种集成了电子线路、机械结构和软件结构的生产控制设备。其主要模块采用大规模和超大规模集成电路，并且在设计上考虑了耐热、防潮、防尘和抗震等因素。为了保证PLC的稳定性和可靠性，采取了多重措施，如隔离、滤波、屏蔽、稳压、保护和watchdog等电路。此外，系统软件还可以定期进行状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。PLC还采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。这些措施都有助于提高PLC的抗干扰能力和可靠性。PLC的控制系统结构简单，通用性强。PLC及外围模块品种多，可以由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子接入相应的输入/输出信号线即可，无需使用继电器等物理电子器件和大量而又烦琐的硬接线线路。当控制要求改变时，可以用编程器在线修改程序，而不需要更换硬件设备。此外，PLC可直接与交流220V、直流24V等强电相连，并且具有较强的带负载能力。PLC的编程方便，易于使用。PLC的编程语言通常是基于图形化编程的，如梯形图、函数图和指令表等。这种编程方式不仅易于理解和掌握，而且可以大大缩短编程时间。同时，PLC还具有强大的自诊断和自校正能力，可以自动发现和纠正程序中的错误，提高了编程的准确性和效率。总之，PLC的编程方便、易于使用，可以大大提高生产线的自动化程度和效率。PLC是一种面向用户的设备，其设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和习惯。因此，PLC程序的编制采用了梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图类似于继电器原理图，这种编程语言直观易懂，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言。只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可以在短时间内学会。PLC的输出/输入功能非常完善，性能可靠，能够适应任何形式的开关量和模拟量的输入/输出。在PLC内部，具有许多控制技能，如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等诸多功能。不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换和顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印和报表生成等功能。使用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试。以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装。大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。PLC体积小，质量轻，便于安装。其输入/输出系统能够直观地反应现场总线信号的变化状态。还能通过各种方式直观地反应控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等。对此均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。PLC在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段。3.2.3PLC的扫描周期在实际工作中，PLC每个扫描周期不仅包括输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，还包括自诊断和与外设通信等处理。因此，一个扫描周期的时间应包含自诊断和与外设通信等时间。3.2.4PLC的I/O响应时间PLC采用集中I/O刷新方式，在程序执行和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会立即改变。这会导致PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。3.3硬件电路设计及描述3.3.1电梯运行控制要求电梯的运行控制由轿厢内的选按钮和楼层外的上升和下降呼叫按钮完成。轿厢内的选按钮用于选择需要停靠的楼层。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，反方向的呼叫无效。例如，电梯停在一层，运行至三层时，在二层外按下上升呼叫按钮，电梯会响应呼叫。若按下下降呼叫按钮，则电梯会先运行至三层，再下降，响应下降呼叫按钮。3.3.2电气控制系统主回路电气原理图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。交流接触器KM1~KM4通过控制曳引电机和门电机的运行来控制电梯的上升和下降。电梯位置指示灯和电梯状态指示灯用于显示电梯的位置和状态。限位开关模拟实际电梯位置传感器的作用。的控制模块该模块根据电梯运行方向控制上下行指示灯的亮灭。当电梯上行时，上行指示灯亮，下行指示灯灭；当电梯下行时，下行指示灯亮，上行指示灯灭。梯形图如下：图4-4上下行指示灯电路4.1.4门控制模块该模块控制电梯门的开关。当电梯到达某一楼层时，如果有开门信号，电梯门打开；如果没有开门信号，电梯门保持关闭状态。当电梯门打开后，如果有关门信号，电梯门关闭；如果没有关门信号，电梯门保持打开状态。梯形图如下：图4-5电梯门控制电路4.1.5限位控制模块该模块控制电梯在运行过程中的限位。当电梯到达顶层时，上限位开关触发，电梯停止上行；当电梯到达底层时，下限位开关触发，电梯停止下行。梯形图如下：10课程设计说明书图4-6电梯限位控制电路4.1.10电梯上下行输出当电梯处于上下行状态时，会有相应的状态显示。以上行输出为例，当上行指示灯亮，关门到位信号有效，电梯既没有执行开门动作也没有下行输出，则电梯上行输出灯亮。当电梯上限位有效或执行开门动作时，电梯执行上行输出复位。相应的电路图如下：图4-11上下行输出电路5仿真5.1仿真软件简介我们使用的仿真软件是Juanluisvillanueva设计的英文版S7-200PLC仿真软件（V2.0），原版为西班牙语。该仿真软件支持大量的S7-200指令，包括常用的位触点指令、定时器指令、计数器指令、比较指令、逻辑运算指令和大部分的数学运算指令等。但部分指令如顺序控制指令、循环指令、高速计数器指令和通讯指令等尚无法支持。仿真程序提供了数字信号输入开关、两个模拟电位器和LED输出显示，同时还支持对TD-200文本显示器的仿真。在实验条件尚不具备的情况下，该软件可以作为学习S7-200的一个辅助工具。该软件的使用方法：1.导出S7-200的程序代码，默认的文件扩展名为.AWL。2.执行仿真软件s7-200.EXE，此软件不需安装。3.配置CPU，选定所需CPU的型号。4.载入导出的程序。5.点击工具栏中的“RUN”，从停止切换到运行模式。6.运行待调试的程序后，即可进行仿真。5.2仿真界面图5-1程序仿真图6设计经验与体会通过这次的课程设计，我们拓宽了眼界，认识到PLC在生活中的广泛应用。本学期我们学习了PLC课程，初次认识和使用系统仿真软件S7-200和编译软件STEP7_MicroWINV4，自己动手设计电路，因此在开始的课程设计阶段遇到了很大的困难。虽然感到有些惭愧，但这也给了我们一个学习的机会。我们重新回顾整个学期学过的内容，并在图书馆和网上查阅了很多资料，通过与同学的交流和老师的辅导，逐渐熟悉并掌握了有关PLC的设计。经过两个礼拜的努力，我们看到了自己的成果。同时，我们对PLC有了一个新的认识，产生了很大的兴趣。我们希望以后能多进行这样的课程设计，不仅能更加深入地理解课上的原理，而且能将其灵活地应用于实际生活中，提高动手能力和创新能力，这具有很大的意义。四层指示、关门、上行指示、下行指示、高速、低速等指示是电梯系统中常见的指示。在此，我们提供课程设计说明书附录二程序，方便大家进行电梯系统的设计。在程序中，我们首先定义了关门指示，使用LDSM0.1、ANI0.6、ANI0.7、SQ0.5,1等指令来实现。接着，我们定义了关门到位1的指令，使用LDI0.7、RQ0.5,1等指令来实现。在初始下行复位的指令中，我们使用LDSM0.1、ANI0.1、ANI0.2、ANI0.3、ANI0.4、ANI1.6、SM1.1,1等指令来实现复位。在复位指令中，我们使用LDI0.1、OI0.2、OI0.3、OI0.4、OI1.7、RM1.1,1等指令来实现。一层内呼、二层内呼、三层内呼、四层内呼等指令，使用LDNI、AI、ONQ、AQ、OLD等指令来实现。在外呼响应指令中，我们使用LDM、ANQ、OM、M等指令来实现二层、三层、四层的外呼响应。最后，我们使用LDI、LDNM、ONQ、AQ、OLD等指令来实现一层、二层、四层的外呼灯。这些指令的使用，可以让电梯系统更加智能化、高效化。本文是一个电梯控制系统的网络图，包括了上行指示、下行中间继电器、下行指示、楼层指示和停车触发等多个部分。在上行指示部分，通过LDQ1.2、OQ1.3、OQ1.4、OQ2.1、OQ2.3、OQ2.2、OQ2.4、OQ2.5和AI0.1等指令，实现了电梯上行的控制。下行中间继电器部分，通过LDQ1.1、OQ1.2、OQ1.3、OQ2.0、OQ2.1、OQ2.2、OQ2.3、OQ2.4和AI0.4等指令，实现了电梯下行中间继电器的控制。下行指示部分，通过LDQ1.1、OQ1.2、OQ2.0、OQ2.1、OQ2.2、AI0.3、OLD