三层电梯控制PLC专业课程设计.doc

学号电气控制和PLC课 程 设 计（ 级本科）题 目： 三层电梯自动控制系统设计 系（部）院： 物理和机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 陈泽江 指导老师： 单乐 职称： 助教 完成日期： 年 7 月 4 日三层电梯模拟控制一、设计目标1. 设计PLC控制三层电梯模拟控制系统；2. 掌握PLC编程软件及相关指令使用方法；3. 掌握PLC下位机和上位机通讯、软件调试方法；4. 培养学生逻辑思维能力、分析问题和处理问题能力。二、硬件系统设计1. 硬件系统组成硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-200PLC控制器(下位机、数字量输入/输出点为24入/16出)和三层电梯模拟被控对象等组成，编程计算机(RS232通讯口)和S7-200PLC控制器(RS485通讯口)之间通讯采取PPI通讯模块。三层电梯模拟被控对象结构示意图以下所表示。启/停2. 定义I/O口地址分配表输 入 信 号输 出 信 号信号元件及作用PLC输入口地址信号元件及作用PLC输出口地址开启/停止带锁按钮一层内选记忆灯L1一层内选按钮K1二层内选记忆灯L2二层内选按钮K2三层内选记忆灯L3三层内选按钮K3一层外呼向上灯UP1一层平层检测KL1二层外呼向上灯UP2二层平层检测KL2二层外呼向下灯DL2三层平层检测KL3三层外呼向下灯DL3一层外选向上按钮U1上行指示灯二层外选向上按钮U2下行指示灯二层外选向下按钮D2一层楼层指示灯SL1三层外选向下按钮 D3二层楼层指示灯SL2三层楼层指示灯SL3接0V DC1M接24V DC1L、2L、3L3. 设计出硬件系统接线图三、控制内容及程序设计 (一) 次序呼叫控制内容 1. 设计要求(1) 电梯初始位置在一层；(2) 电梯抵达某一层，按下平层检测传感器，层显灯亮，同时层选灯灭；(3) 电梯离开某一层，按下平层检测传感器，层显灯灭；(4) 电梯运行方向用上、下行指示灯标识，电梯上行时，上行指示灯亮；电梯下行时，下行指示灯亮。2. 设计内容(1) 按下开启按钮，电梯开始工作；(2) 电梯初始位置在一层，每按外选上呼和下呼按钮，对应层选指示灯、方向 指示灯、层显和层检测传感器工作，实现其次序控制功效；(3) 电梯在一层，内选全部有呼叫并运行，对应层选指示灯、方向指示灯、层显和层检测传感器工作，实现其控制功效。(二) 随机呼叫控制内容1. 设计要求(1) 电梯初始位置在一层；(2) 电梯抵达某一层，按下平层检测传感器，层显灯亮，同时层选灯灭；(3) 电梯离开某一层，按下平层检测传感器，层显灯灭；(4) 电梯运行方向用上、下行指示灯标识，电梯上行时，上行指示灯亮；电梯下行时，下行指示灯亮；(5) 设计程序时应以该层为基准，来判定下一步怎样动作和控制；(6) 电梯运行在层中间不能停止；(7) 遵照“顺向优先，内选优先、最远距离优先响应”设计标准。2. 设计内容(1) 按下开启按钮，电梯开始工作；(2) 电梯在一层，内、外层选按钮全部有呼叫，对应层指示灯亮；对应电梯运行方向指示灯亮，实现其控制功效；(3) 电梯在二层，内、外层选按钮全部有呼叫，对应层指示灯亮；对应电梯运行方向指示灯亮，实现其控制功效；(4) 电梯在三层，内、外层选按钮全部有呼叫，对应层指示灯亮；对应电梯运行方向指示灯亮，实现其控制功效；(5) 按下停止按钮，电梯停止工作。四、预习汇报设计要求1. 试验前，依据控制内容设计出系统接线图、程序步骤图、时序图；2. 设计出控制程序，并创新出一个以上彩灯循环(1)控制功效。五、系统调试及问题分析1. 试验中，先把事先设计好控制程序输入编程计算机，编译无错误后(只说明编程语法无错误)下载到PLCCPU中。2. PLC控制器控制彩灯循环(1)运行，假如控制功效不满足要求，再进行控制程序调试(可在监控状态下)，反复修改控制程序直到满足控制功效为止。3. 在调试中所碰到问题，要利用所学理论知识或实践经验独立处理，逐步提高分析问题及处理问题能力。六、设计汇报要求1. 试验结束后，要书写出设计汇报，汇报中要求有系统接线图、状态时序图、程序步骤图、带有功效注释控制程序等；2. 汇报中必需有调试过程中碰到问题及处理方法；收获、体会及提议。河西学院本科生课程设计诚信申明本人郑重申明：所呈交课程设计，是本人在指导老师指导下，独立进行研究工作所取得结果，结果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过作品结果。对本文研究做出关键贡献个人和集体均已在文中以明确方法标明。本人完全意识到本申明法律结果由本人负担。 作者署名： 二O 年 月 日摘 要现现在，电梯已经是城市一个标志性建设，替换了以前楼梯。本设计三层电梯为对象，利用西门子S7-200 PLC作为控制器，对其控制系统做了硬件设计和软件设计。硬件部分设计了控制面板、控制系统、CPU 选型及硬件接线图，其中控制系统包含开启系统、判定系统、选择系统；软件部分设计了软件步骤图，编写了梯形图而且经过STEP 7-MicroWIN编程软件及S7-200仿真软件对其进行了仿真调试，程序运行正确，实现了电梯自动控制要求。abstractNowadays,theelevatorisalandmarkofthecityconstruction,insteadofthestairsbefore.Thisdesignthreelayersofelevatorasanobject,usingtheSiemensS7-200PLCasthecontroller,thecontrolsystemhardwaredesignandsoftwaredesign.Hardwaredesignofthecontrolpanel,controlsystem,selectionofCPUandhardwarewiringdiagramandcontrolsystemincludingstartupsystem,judgmentsystem,selectsystem;Softwarepartdesignflowchartofthesoftware,writetheladderdiagramandprogrammedwithSTEP7-MicroWINsoftwareandsimulationsoftwareontheS7-200simulationdebugging,programrunscorrectly,realizetheautomaticcontrolrequirementsofthelift.目录一、设计目标及意义6二、方案选择72.1 电梯继电器控制系统特点72.1.1电梯继电器控制系统优点72.1.2电梯继电器控制系统缺点72.2 PLC控制电梯特点72.2.1 PLC控制电梯优点7三、PLC控制系统硬件设计93.1三层电梯主电路93.1.1三层电梯曳引电机及门电机电路图93.2 I/o点数分配93.2.1 I/O点数估算93.2.2输入/输出分配以下113.3系统结构框图12四、系统软件设计134.1 三层电梯梯形图134.1.1 电梯平层信号处理：13附录22总结25参考文件26一、设计目标及意义 在现代社会和经济活动中，电梯已经成为城市物质文明一个标志。尤其是在高层建筑中，电梯是不可缺乏垂直运输设备。伴随高层建筑飞速发展今天，电梯行业也随之进入了新发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC替换原来继电器控制，其很多功效是传统继电器控制系统无法实现。二、方案选择2.1 电梯继电器控制系统特点 2.1.1电梯继电器控制系统优点(1) 全部控制功效及信号处理全部有硬件实现，线路直观，易于了解和掌握，适合于通常技术人员和技术工人所掌握。 (2) 系统保养、维修及故障检验无需较高技术和特殊工具、仪器。 (3) 大部分电器均为常见控制电器，更换方便，价格较廉价。 (4) 多年来中国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握人员较多。 2.1.2电梯继电器控制系统缺点(1) 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点轻易烧坏磨损，造成接触不良，所以故障率较高。 (2) 一般控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂控制功效，使系统控制功效不易增加，技术水平难以提升。 (3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提升。 (4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 (5) 因为线路复杂，易出现故障，所以保养维修工作量大。费用高；而且检验故障困难，费时费工。 总而言之，电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯可靠性和安全性，常常造成停梯，给乘客人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不仅会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。所以现在电梯继电器控制已经极少使用了。2.2 PLC控制电梯特点 2.2.1 PLC控制电梯优点伴随社会不停发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房必需设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭贡献。 PLC在电梯控制上应用关键表现在它逻辑开关控制功效。因为PLC含有逻辑运算，计数和定时和数据输入输出功效。在电梯控制过程中，多种逻辑开关控制和PLC很好结合，很好实现了对电梯控制。 电梯电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统电气控制系统采取继电器逻辑控制因为触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐步被淘汰。现在电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功效改变灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后控制系统进行下列运作：依据轿厢所处位置及乘员所处层数判定轿厢运行方向，确保轿厢平层时减速。将轿厢停在选定楼层上；同时，依据楼层呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。经过以上对比，最终选择利用西门子企业可编程控制器（PLC）对三层电梯进行控制，形成电梯控制系统。三、PLC控制系统硬件设计3.1三层电梯主电路 3.1.1三层电梯曳引电机及门电机电路图依据设计要求，此次设计电气控制系统主回路原理图图所表示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1KM4经过控制两台电动机运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯控制。FR1，FR2为起过载保护作用热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。 3.2 I/o点数分配 3.2.1 I/O点数估算采取PLC组成三层简易电梯电气控制系统。电梯上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮SB7和指示灯HL6，二层有上升呼叫按钮SB8和指示灯HL7和下降呼叫按钮SB9和指示灯HL8，三层下降呼叫按钮SB10和指示灯HL9，电梯内有一至三层呼叫按钮SB1SB3和指示灯HL3HL5；电梯开门和关门按钮SB11和SB12，电梯开门和关门分别经过电磁铁KM3和KM4控制，轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行记忆(HL1)和下行记忆(HL2)两路指示灯。总而言之，输入点共有15个，输出点共有12个。可编程控制器S7200CPU226输入，输出点数为2416。足以满足要求PLC外部接线图 3.2.2输入/输出分配以下该系统占用PLC27个I/O口，15个输入点，12个输出点，具体I/O分配以下图所表示：3.3系统结构框图 电梯上升下降步骤图四、系统软件设计4.1 三层电梯梯形图 4.1.1 电梯平层信号处理：4.1.2厅外召唤信号登记及消除：4.1.3内信号召唤登记及消除，一楼为基站，两分钟内无操作，电梯自动返回一楼。4.1.4选择楼层信号轿厢上行轿厢下行4.1.5内指令外召唤信号保持，用于在有需要楼层停车，并自动或手动实施关门操作：4.1.6各楼层停车信号4.1.7手动及自动开关门附录注：响应次序为按钮按下前后电梯在一楼，三楼外呼上行可见三楼外呼下行Q0.3线圈带电，且电梯正转线圈Q0.2带电且线圈上行记忆线圈Q0.0带电：电梯抵达三楼，碰到三楼平层限位开关I0.2，延时两秒后，电梯自动开门，门电机正转线圈Q1.4带电。碰到开门限位开关后I2.2，T38开始计时，20秒后门电机反转，直到碰到限位开关I2.3，全部线圈全部失电，直到有其它操作，各楼层操作均一致，下面不再详述。在三楼轿厢内，内呼二楼I0.4，电机开始正转，Q0.3带电电梯在二楼内呼一楼，外呼三楼下行，电机Q0.3,带电，可见电梯先响应一楼信号，电梯抵达一楼，且开门再关门后，线圈Q0.2带电，电机正转，向三楼运行总结经过这次课程设计，我知道了PLC控制基础步骤和方法，明白了PLC对于控制系统关键性，正确控制设计对于工农业生产有着十分关键意义。这次课程设计短暂不过充实，在其中我发觉了自己不足，自己知识很多漏洞，和基础知识不扎实，课外知识知之甚少。也知道了自己以后学习方向和目标。这次课程设计对自己意义很大，自己从中取得很多东西。对于PLC控制技术学习，我们先熟悉手中书本相关内容，因为教材里知识点是最基础，看完教材后有了更深地了解和知道了部分简单编程，接下来我再去图书馆借相关书籍进行借鉴和参考，当要用什么功效时，就在书上翻看对应部分内容。 对于电PLC控制相关知识，我重新翻看好几遍教材，尤其是第五.六章程序了解。每一次课程设计全部会学到不少东西，这次当然也不例外。不仅对PLC控制技术知识巩固了，也加强了编程和仿真软件使用和学习，这次课程设计最终顺利完成了，在设计中碰到了很多编程问题，最终在自己和同学相互帮助下，最终迎刃而解了。参考文件1 张晓峰，张静.电气和PLC控制技术及应用.高等教育出版社.2王海李洪奎刘晓PLC多轴控制研究J.机械工程学报,6(4):470-472.3王海涌张为玮,王卫.多轴运动控制器在转台控制系统中应用J.电用,(3):97-99. 4杨东,黄永红,张新华,吉敬华.用PLC基础指令实现自动运动定位控制 研究J.微计算机信息,26(2-1):62-64. 电气控制和PLC课程设计评定表姓 名陈泽江学 号专业班级电气工程132班课程设计题目：三层电梯自动控制系统设计 课程设计答辩或质疑统计：成绩评定依据：评 定 项 目评 分 成 绩1.设计方案可行性及其选优（20分）2.设计过程及结果（40分）3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）5.设计汇报规范性、参考文件充足（不少于5篇）（10分）6.答辩（20分）总 分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导老师签字： 年 月 日