plc课程设计四层电梯控制系统设计样本.doc

《电气控制与可编程控制器技术》
课程设计阐明书
设计课题：四层电梯控制系统设计　
专业班级：１０级自动化（３）班　
姓名学号：高 扬（） 　
秦松亭（） 　
　宋龙文（） 　
产江华（）
指引教师：李彦梅
设计时间： 12月 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
物理与电气工程学院
二〇一二年十二月

摘 要
电梯作为当代高层建筑垂直交通工具，与人们生活紧密有关，随着人们对电梯运营安全性、高效性、舒服性等规定不断提高，电梯得到迅速发展。其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替本来继电器控制。
电梯采用了PLC控制，用软件实现对电梯运营自动控制，可靠性大大提高。控制系统构造简朴，外部线路简化，可以便增长或变化控制功能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运营安全性，并便于检修。而电动机交流变频器调速技术是当今节电、改进工艺流程以提高产品质量、改进环境、推动技术进步一种重要手段。变频器调速以其优秀调速性能和起制动性能、高效率、高功率因素和节电效果，广泛合用范畴及其他许多长处而获国内外公以为最有发展前程调速方式。因而，PLC控制技术加变频器调速技术已成为当代电梯行业一种热点。
本设计考虑到载客电梯实际操作功能，又兼顾载电梯控制中具备递推功能，所设计控制系统针对是四层电梯。代替老式继电控制系统，由变频器实现对电梯拖动调速，使PLC与调速拖动装置相结合，构成PLC集选控制系统，实现了电梯各种控制功能，提高了电梯运营可靠性，减少了故障率。

核心字：可编程控制器PLC；四层电梯；变频器；电机；编程；控制

目 录
摘 要 2
一、课程设计性质、目与任务 4
1．课程设计性质： 5
2．课程设计目和任务： 5
二、内容和规定 5
1．设计题目 5
2．设计内容 5
3．设计规定 6
4. 组织规定 6
三、设计课题简介 7
四、设计方案比较与选取 7
五、可编程控制器简介与工作原理 8
1.可编程控制器定义 8
2.可编程控制器工作原理 8
六、可编程控制器选取 9
七、硬件原理设计图 9
1. 电气控制系统主回路原理图 9
2. I/O(输入/输出)端口分派: 10
3.依照I/O端口设计外部接线图： 10
八、操作阐明 11
1. 电梯控制系统操作过程 11
2. 电梯控制系统实现功能 11
3.按键操作阐明和批示灯阐明 12
九、调试及成果 12
十、所使用重要元器件清单 13
十一、设计总结 13
十二、参照文献 14
附录 四层电梯设计系统梯形图 15
一、课程设计性质、目与任务
1．课程设计性质：
《电气控制与PLC课程设计》是针对自动化专业本科生开设一门实用性较强必修课程。
2．课程设计目和任务：
《电气控制与PLC课程设计》是与专业课《电气控制与PLC》相配套一门重要实践课程，是理论与实践相结合一种重要教学环节，是培养学生可编程控制器应用能力，同步通过课程设计加深对理论理解和结识。其任务是通过设计办法学习和制作过程，掌握自动化设备设计、制作所需某些基本概念、办法和技能，培养学生在设计与制作动手能力，让她们在踏上工作岗位后，能尽快进入角色，充分发挥其在这方面作用。
二、内容和规定
1．设计题目
四层电梯控制系统设计
2．设计内容
（1）自动控制系统方案设计，内容涉及：1）原理图总体设计；2）布线图设计；
（2）元器件选型，内容涉及：1）电源配电；2）接口电路；3）惯用低压电器；4）PLC。
（3）系统制作办法与技能，内容涉及：1）依照自动控制系统规定及元器件实际参数现状选取器件；2)制作前准备；3）电路布线；4）硬件安装技术；5）硬件与程序调试
3．设计规定
（1）以电气控制与PLC基本理论为指引，将设计实验分为基本型和系统型两个层次，基本型指运用惯用低压电器构建小型自动化控制系统设计与调试，系统型指选用PLC与惯用低压电器组建较高限度自动化控制系统设计与调试；
（2）熟悉惯用低压电器原理与应用；
（3）学习PLC上位机开发软件进行梯形图设计与仿真；
（4）学习自动化控制系统电路制作、接线与调试；
4. 组织规定
（1）选题。对于每个班，课程设计指引教师至少提供10个以上题目供学生选取。
（2）学生分组。由学生自由进行组合，3-4人构成一种设计组。每个设计组自由选取一种设计题目。每一种设计组内每个学生有各自明确任务分工。
（3）课程设计任务书。设计详细内容及规定在指引教师编写设计指引书中规定。设计指引书要给出每个设计课题题目、目、规定、内容、环节、办法、基本资料以及设计工作筹划、组织办法等。
（4）指引教师要对学生进行考勤，在课程设计教学过程中，指引教师应分阶段对学生完毕工作进度进行检查，只有对的完毕本阶段工作方容许进行下阶段工作。
（5）学生要按照课程设计任务书规定，准时按质按量地完毕课程设计。在课程设计过程中，按照学校正常作息时间进行，每天设计时间不低于4小时。凡是合计旷学时间达到或超过课程设计全过程1/3者或和未完毕课程设计任务书基本规定者，按不及格解决。
（6）课程设计报告。学生要认真编写课程设计报告。课程设计报告内容应涉及：封面（设计题目、指引教师姓名、设计者专业班级、姓名、学号），课程设计任务书，摘要，目录，课题简介，设计方案，硬件原理设计图，操作阐明，调试、实验办法及成果，设计总结，参照文献，附录等。
（7）答辩。以课题组为单位进行答辩，一方面简要陈述设计状况，然后回答问题。每个课题组由一种人主讲，其她同窗补充。每个人单独回答问题。
三、设计课题简介
电梯是一种以电动机为动力垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货品。也有台阶式，踏步板装在履带上持续运营，俗称自动电梯。服务于规定楼层固定式升降设备。它具备一种轿厢，运营在至少两列垂直或倾斜角不大于15°刚性导轨之间。轿厢尺寸与构造形式便于乘客出入或装卸货品。习惯上无论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运送工具总称。
本次设计由于条件和所掌握知识相对有限，因此本次设计相对于实际应用中比较简朴，重要是设计出四层电梯具备任意楼层外唤、超载等功能。
四、设计方案比较与选取
电梯控制方式重要分为三种，分别是继电器控制方式、微机控制方式和可编程控制器（PLC）控制方式，由于继电器控制存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿面短缺陷当前已经逐渐被裁减，微机控制可靠性差故也不多采用，而PLC控制采用一种巡回扫描方式分时解决各项任务，并且依托程序运营，这就保证只有对的程序才干运营，否则电梯不会工作。又由于PLC中内部辅助继电器及保持继电器等是它自身内存工作单元，即无线圈无触电，使用次数不受限制。因而，它比继电器控制有明显优越性，比微机控制有明显可靠性，自动化水平更高。
综上所述PLC控制是三种控制方式中最具备可靠性、优越性和实用性控制方式，它更适合在电梯技术改造和控制系统更新换代，是电梯控制系统中抱负控制新技术，因此本次课程设计采用可编程控制器（PLC）作为控制方式。
五、可编程控制器简介与工作原理
1.可编程控制器定义
PLC英文全称Programmable logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义：一种数学运算操作电子系统，专为在工业环境中而设计。它采用一类可编程控制器，用于其内部存储程序执行逻辑运算，顺序控制，定期，技术与运算操作等面向顾客指令，并通过数字或模仿式输入/输出控制各类型机械或生产过程。
2.可编程控制器工作原理
PLC虽然以微解决器为核心，具备微型计算机许多特点，但它工作方式却与微型计算机有很大不同，微型计算机普通采用等待命令或中断工作方式，如常用键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有按键按下或I/O动作，则转入相应子程序或中断服务程序，无按键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环工作方式，即顺序扫描，不断循环这中工作方式是在系统软件控制下进行。当PLC运营时，CPU依照用用品按控制规定编写好并存于顾客存储器中程序，按序号作周期性程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行顾客程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，在开始下一次扫描，周而复始。事实上PLC扫描工作除了执行顾客程序外，还要完毕其她工作，整个工作过程分为自诊断，通讯服务、输入解决、输出解决、程序执行五个阶段。
六、可编程控制器选取
本次设计有三种可编程控制器可选取使用，分别是和利时、台达和三菱。由于平时课程所学是三菱PLC，再加上对三菱PLC理解相对较多，因此本次设计采用三菱FX系列FX1N作为本次课程设计可编程控制器。
七、硬件原理设计图
1. 电气控制系统主回路原理图

图1 电气控制系统主回路原理图

2. I/O(输入/输出)端口分派:
输入端口
输出端口
过载
X000
电梯上行
Y０００
一层外上呼
X001
电梯下行
Y００7
二层外下呼
X002
一层显示
Y００1
二层外上呼
X003
二层显示
Y００2
三层外下呼
X004
三层显示
Y００3
三层外上呼
X005
四层显示
Y００4
四层外下呼
X006

表1 I/O(输入/输出)端口分派
3.依照I/O端口设计外部接线图：

图2 PLCI/O端口设计外部接线图
八、操作阐明
1. 电梯控制系统操作过程
（1）按动召唤按钮，电梯牵引机启动到达召唤层停止、电梯门和轿厢门同步打开。
（2）人进入轿厢，超重保护没有报警。
（3）电梯门开同步计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭（本次设计省略）
（4）按动选层键，电梯牵引机启动到达选取层停止、电梯门和轿厢门同步打开。
（5）电梯门打开同步计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。（本次设计省略）
2. 电梯控制系统实现功能
（1）电梯内外当前楼层显示；
（2）各层厅外召唤按钮；
（3）一台交流电动机拽引轿厢上升和下降；
（4）待客召唤自动开门，当电梯在某层时，按下召唤信号自动开门；
（5）到站有自动响铃提示并自动开门经5秒自动关门；
（6）自动换向功能，当电梯运营到顶层或最底层时，能自动换向运营；
（7）自动停留功能，当电梯完毕指令后自动停在原位等待。
3.按键操作阐明和批示灯阐明
（1）SB0相应模仿电梯人员超载，SB1相应一楼上呼按钮，SB2相应二楼下呼按钮，SB3相应二楼上呼按钮，SB4相应三楼下呼按钮，BS4相应三楼上呼按钮，SB5相应三楼上呼按钮，SB6相应四楼下呼按钮。HL1相应一楼批示灯，HL2相应二楼批示灯，HL3相应三楼批示灯，HL4相应四楼批示灯。
（2）一楼外有呼喊电梯按下SB1电梯自动从楼上下来，到达一楼时电机停转LH1亮，LH2、LH3、LH4灭；二楼外有呼喊电梯时，按下SB2或者SB3电梯自动从楼下上来或者从楼上下来，到达二楼时电机停转LH2亮，LH1、LH3、LH4灭；三楼外有呼喊电梯时，按下SB4或者SB5电梯自动从楼下上来或者从楼上下来，到达三楼时电机停转LH3亮，LH1、LH2、LH4灭；四楼外有呼喊电梯按下SB4电梯自动从楼下上来，到达四楼时电机停转LH4亮，LH1、LH2、LH3灭；当超载时，电梯停止运营，直到解除超载，电梯再次开始运营。
九、调试及成果
将已经编写好程序通过配套三菱PLC软件烧写到PLC中，运营监控观测各I/O口批示灯变化，批示灯亮阐明已经接通。调试、观测与否与预期成果一至，如果相似则调试成功继续下步工作。否则返回继续检查修改。
十、所使用重要元器件清单
分类
器件名称
数量
核心设备
三菱FX系列PLC
1

高压设备
三相异步电机
1
过载保护器
1
接触器
2

低压设备
按钮
7
批示灯
6
24V继电器
2
表2 重要元器件清单
十一、设计总结
本系统重要以PLC为核心，运用PLC强大控制功能，实现了运用可编程控制器控制电梯功能，具备接线简朴、编程直观、扩展容易等特点。当电梯功能增长时，硬件接线上只需增长行程开关输入信号。本来接线不需变化，软件上只需增长相应程序以及输出功能，要改动地方也较少。调试成果表白，在适应性、精准性和可靠性方面，到达到了设计规定，表白该设计方案是可行。
通过本设计，我学习到了诸多东西，在工作细心上也得到了提高。并且，更理解了关于可编程控制器功能。我选取这个设计，也是为了弥补此前学习上局限性。这次设计，使我理解到教师专心良苦，并且从教师那学到了诸多宝贵东西。
十二、参照文献
[1] 史国生、王念春、赵阳. 电气控制与可编程控制器技术[M].北京：化学工业大学出版社..5
[2] 秦健. 可编程控制器和变频器载改造在用电梯自动控制系统中应用[M]. 应用技术出版社.
[3] 唐勇奇. 电梯变频器调速PLC控制设计与实现[M]. 电机电器技术出版社.
[4] 孙忠献. 电机技术与应用[M]. 福建：福建科学技术出版社..3
[5] 李景学、金广业. 可编程控制器应用系统设计办法[M]. 北京：电子工业出版社.1995
[6] 徐惠钢、郭文华. 基于PLC电梯高精度位置控制实现[J]. 微计算机信息.,23(5):61-63

附录 四层电梯设计系统梯形图

电梯第一次使用时，停在一楼，一楼批示灯LH1亮

一层外呼，当按下SB1时，电梯从楼上下来。电梯轿厢本来停在二楼时到达一楼要3S，本来停在三楼到一楼需要6S，本来停在4楼到一楼需要9S。

二楼外呼，当按下SB3时，向上呼喊电梯，电梯应从上下来，不能从下上来。电梯轿厢本来停在三楼到二楼要3S，本来在四楼到二楼要6S。

二楼外呼，当按下SB2时，向下呼喊电梯，电梯应从下上来，不能从上下来。电梯轿厢本来停在一楼到二楼要3S。

三楼外呼，当按下SB5时，向上呼喊电梯，电梯应从上下来，不能从下上来。电梯轿厢本来停在四楼到三楼要3S。

三楼外呼，当按下SB4时，向下呼喊电梯，电梯应从下上来，不能从上下来。电梯轿厢本来停在二楼到三楼要3S，本来在一楼到三楼要6S。

四楼外呼，当按下SB6时，向下呼喊电梯，电梯应从下上来，不能从上下来。电梯轿厢本来停在三楼到四楼要3S，本来在三楼到四楼要6S，本来在一楼到四楼要9S。

电梯轿厢停在一层是LH1亮，电机停止转动

电梯轿厢停在二层是LH2亮，电机停止转动

电梯轿厢停在三层是LH3亮，电机停止转动

电梯轿厢停在四层是LH4亮，电机停止转动

电梯轿厢停在一层时，LH1亮，Y001接通，M10接通，下次有外呼时电梯自动从一楼启动。

电梯轿厢停在二层时，LH2亮，Y002接通，M20接通，下次有外呼时电梯自动从二楼启动。

电梯轿厢停在三层时，LH3亮，Y003接通，M30接通，下次有外呼时电梯自动从三楼启动。
电梯轿厢停在四层时，LH4亮，Y004接通，M40接通，下次有外呼时电梯自动从四楼启动。

电梯下降时，电机反转。

电梯上升时，电机正转。

当电梯超载时，X000接通，M0接通，使主电路断开，电机停止转动，直到超载解除。