PLC课程设计三层电梯.doc

PLC课程设计三层电梯

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2020年4月19日
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课程设计报告

题 目 三层电梯控制
课 程 名 称 PLC工业控制及应用
院 部 名 称 机电工程学院
专 业 电气工程及其自动化
班 级 10电气1班
学 生 姓 名 管志成
学 号
课程设计地点 C314
课程设计学时 20
指 导 教 师

金陵科技学院教务处制

摘 要
可编程控制器作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单特别是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。PLC总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。
本课程设计基于西门子（SIEMENS）S7-200 PLC对三层电梯的控制进行了模拟，形成了电梯升降的系统PLC在电梯升降的过程中，主要体现在逻辑开关的功能。由于PLC具有逻辑运算、记数、定时以及输出输入输出的功能，在电梯升降的过程中各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，对电梯实现了控制。

关键词 ：SIEMENS S7-200 PLC；电梯；升降

目 录
一、绪论
1.1 相关背景知识··············································3
1.2 课程设计的目的············································3
1.3 课程设计的要求············································3
1.4 课程设计的任务············································4
二、电梯控制系统硬件设计
2.1 模拟装置介绍··············································5
2.2 选择机型··················································6
2.3 I/O分配表················································6
2.4 电气接线图与主电路图······································6
2.5电梯控制系统的安全保护
2.5.1 短路保护··············································7
2.5.2 过载保护··············································7
2.5.3 失电压保护············································7
2.5.4 超程保护··············································7
三、电梯控制系统软件设计
3.1软件设计流程图及描述·······································8
3.2 源代码设计
3.2.1 梯形图LAD············································9
3.2.2 语句表STL ···········································14
3.3 系统调试··················································16
四、课程设计体会················································16
五、参考文献····················································16

一、绪论
1.1 相关背景知识
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。在许多交通设备中，电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。
以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制系统多采用PLC，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。当前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。由PLC控制代替传统继电器控制已成为发展定局PLC是集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言!控制灵方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，经过对电梯控制系统的研究和设计，能够更加深入的了解和认识PLC技术的核心和未来发展的方向。
1.2 课程设计的目的
（1）了解常见电气控制装置的设计方法、步骤和设计原则。
（2）学以致用，巩固书本知识。经过训练，使学生初步设计具有电气控制装置的能力，从而培养学生独立工作和创造的能力。
（3）进行一次工程技术的基本训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力，上网查询信息的能力，运用计算机进行工程绘图的能力，编制技术文件的能力等，从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。
1.3 课程设计的要求
（1）阅读本课程设计参考资料及有关图样，了解一般电气控制装置的设计原则、方法和步骤。
（2）上网调研当今电气控制领域的新技术、新产品、新动向，用于指导设计过程，使设计成果具有先进性和创造性。
（3）认真阅读本课程设计任务书，分析所选课题的控制要求，并进行工艺流程分析，画出工艺流程图。
（4）确定控制方案，设计电气控制装置的主电路。
（5）应用PLC设计电气控制装置的控制程序。可分为5个步骤：
①选择PLC的机型及I/O模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力；
②根据工艺流程图绘制顺序功能图；
③列出PLC的I/O分配表，画出PLC的I/O接线图；
④设计梯形图并进行必要的注释；
⑤输入程序并进行室内调试及模拟运行。
（6）设计电气控制装置的照明、指示及报警等辅助电路。系统应具有必要的安全保护措施，例如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。
（7）选择电气元件的型号和规格，列出电气元件明细表。选择电气元件时，应优先选用优质新产品。
（8）绘制正式图样，要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用STEP 7-Micro/Win32编程软件编写梯形图。要求图幅选择合理，图、字体排列整齐，图样应按电气控制图国家标准有关规定绘制。
（9）编写设计说明书及使用说明书。内容包括阐明设计任务及设计过程，附上设计过程中有关计算及说明，说明操作过程、使用方法及注意事项，附上所有的图表、所用参考资料的出处及对自己设计成果的评价或改进意见等。要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。
1.4 课程设计的任务
1.4.1控制要求
电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿箱内设有楼层内选按钮S1～S3，用以选择需停靠的楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示，SQ1～SQ3为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在一层，在二层轿箱外呼叫时，必须按二层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到二层），按二层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在三层，在二层轿箱外呼叫时，必须按二层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从三层运行到二层），按二层上升呼叫按钮无效。
1.4.2系统分析
为了实现上述要求，首先列出PLC的I/O分配表，并画出PLC的I/O接线图，然后选择PLC的机型及I/O模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力。
根据控制要求，编写梯形图及语句表，调试程序直到准确无误。
1.4.3硬件设计
（1）列出PLC的I/O分配表，并画出PLC的I/O接线图；
（2）选择PLC的机型及I/O模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力；
（3）设计必要的安全保护措施，例如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。
1.4.4软件设计
（1）采用模块化程序结构设计软件，首先将整个软件分成若干功能模块；
（2）编写控制系统的逻辑关系图；
（3）绘制各种电路图；
（4）编制PLC程序并进行模拟调试；
（5）现场调试；
（6）编写技术文件并现场试运行。

二、电梯控制系统硬件设计
2.1 模拟装置介绍

图1 电梯控制面板图
S1、S2、S3分别为轿厢内一层、二层、三层电梯内选按钮；D2、D3分别为二层、三层电梯外下降呼叫按钮；U1、U2分别为一层、二层电梯外上升呼叫按钮；SQ1、SQ2、SQ3分别为一层、二层、三层行程开关，模拟实际电梯位置传感器的作用。
L1、L2、L3分别为一层、二层、三层电梯位置指示灯；DOWN为电梯下降状态指示灯；UP为电梯上升状态指示灯；SL1、SL2、SL3分别为轿厢内一层、二层、三层电梯内选指示灯。
2.2 选择机型
根据控制系统的设计要求，考虑到扩展和功能，选用一台晶体管输出结构的CPU224小型PLC作为控制中心，CPU224的I /O点数为24点（14入10出）。
2.3 I/O分配表
（1）输入
序号
名称
面板符号
程序符号
输入点
1
三层内选按钮
S1
S1
I0.0
2
二层内选按钮
S2
S2
I0.1
3
一层内选按钮
S3
S3
I0.2
4
三层下呼按钮
D3
D3
I0.3
5
二层下呼按钮
D2
D2
I0.4
6
二层上呼按钮
U2
U2
I0.5
7
一层上呼按钮
U1
U1
I0.6
8
三层行程开关
SQ2
SQ2
I0.7
9
二层行程开关
SQ3
SQ3
I1.0
10
一层行程开关
SQ4
SQ4
I1.1
（2）输出
序号
名 称
面板符号
程序符号
输出点
1
三层指示灯
L3
L3
Q0.0
2
二层指示灯
L2
L2
Q0.1
3
一层指示灯
L1
L1
Q0.2
4
上升指示灯
DOWN
DOWN
Q0.3
5
下降指示灯
UP
UP
Q0.4
7
内选指示灯
SL3
SL3
Q0.5
8
内选指示灯
SL2
SL2
Q0.6
9
内选指示灯
SL1
SL1
Q0.7
2.4 电气接线图与主电路图

图2 主电路图

图3 I/O接线图
2.5 电梯控制系统的安全保护
水塔水位控制系统的安全保护主要包括四个方面：短路保护、过载保护、失电压保护和超程保护等。
2.5.1 短路保护
短路时熔断器FU的熔体熔断而切断电路起保护作用。
2.5.2 过载保护
采用热继电器FR。由于热继电器的热惯性较大，即使发热元件流过几倍于额定值得电流，热继电器也不会立即动作。因此在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器不会动作，只有在电动机长期过载时，热继电器才会动作，用它的常闭触头使控制电路断电。
2.5.3 失电压保护
经过接触器KM的自锁环节来实现。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失电压（如停电）时，接触器KM断电释放，电动机停止转动。当电源电压恢复正常时，接触器线圈不会自行通电，电动机也不会自行启动，只有在操作人员重新按下启动按钮后，电动机才能启动。
2.5.4超程保护
超程也叫超行程，术语多用于电力设备断路器。
超程是真空开关触头完全闭合后，动或静触头所能移动的距离。
超程的作用主要有以下几点：
a)保证触头在电磨损后仍能保持一定的接触压力；
b)触头闭合时能利用触头弹簧力缓冲，减小弹跳；
c)在触头分闸时，使动触头获得一定的初始的动能，拉断熔焊点，提高初始分闸速度，减小燃弧时间，从而提高介质恢复的速度。
如果超程太小，就不能保证触头在烧损后应有的触头压力，同时，初始分闸速度变小，会影响真空开关的开断关合和动热稳定性能，甚至产生重合闸弹振。若超程太大，会增加操作机构的合闸功，使合闸变得极不可靠。真空开关的超程取额定开距的15%～40%左右，10 kV级真空开关的超程一般取3～4 mm。
现在的真空开关动静触头之间的接触一般采用平板接触，要保证接触良好，就要保证相当的接触压力，超程是指开关动静触头接触后，触头弹簧的压缩行程，其目的是为了保证接触压力，从而保证开关接触良好。

三、电梯控制系统软件设计
3.1 软件设计流程图及描述

图4 系统设计流程图
电梯启动时，检测电梯是否停在二或三楼层且有呼叫信号，如果是就等待呼叫信号，如果不是时，电梯自动下降到一层等待呼叫信号。当检测到有呼叫信号时，例如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，接着到达三层，电梯停止。当电梯停前检测到呼叫信号，例如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，准备到达三层时检测到二层呼叫信号，电梯停在三层后继续下降到二层等待呼叫信号。
3.2源代码设计
3.2.1梯形图LAD

3.2.2指令表STL
TITLE=三层电梯自动控制
Network 1 // 一层内选呼叫
LD I0.2
AN I1.1
S Q0.7, 1
Network 2 // 二层内选呼叫
LD I0.1
AN I1.0
S Q0.6, 1
Network 3 // 三层内选呼叫
LD I0.0
AN Q0.7
S Q0.5, 1
Network 4 // 到达1层，内选消除，楼层1指示灯亮
LD I1.1
R Q0.7, 1
= Q0.2
Network 5 // 到达2层，内选消除，楼层2指示灯亮
LD I1.0
R Q0.6, 1
= Q0.1
Network 6 // 到达3层，内选消除，楼层3指示灯亮
LD I0.7
R Q0.5, 1
= Q0.0
Network 7 // 电梯内选上升过程
LD I0.1
O I0.0
A I1.1
LD I0.0
A I1.0
OLD
AN Q0.3
S Q0.4, 1
Network 8 // 呼叫电梯上升过程
LD I0.3
O I0.4
O I0.5
A I1.1
LD I0.3
A I1.0
OLD
AN Q0.3
S Q0.4, 1

LD I1.0
R Q0.6, 1
= Q0.1
Network 6 // 到达3层，内选消除，楼层3指示灯亮
LD I0.7
R Q0.5, 1
= Q0.0
Network 7 // 电梯内选上升过程
LD I0.1
O I0.0
A I1.1
LD I0.0
A I1.0
OLD
AN Q0.3
S Q0.4, 1
Network 8 // 呼叫电梯上升过程
LD I0.3
O I0.4
O I0.5
A I1.1
LD I0.3
A I1.0
OLD
AN Q0.3
S Q0.4, 1
S M1.0, 1
Network 9 // 上升等待状态，指示灯闪烁，电梯门打开
LD I1.1
A I0.6
LD I1.0
A I0.5
OLD
S M0.5, 1
Network 10
LD M0.5
LPS
A T43
AN T45
= Q1.0
LPP
TON T45, 40
Network 11
LD T45
R M0.5, 1
Network 12 // 电梯内选下降过程
LD I0.1
O I0.2
A I0.7
LD I0.2
A I1.0
OLD

O I0.5
A I1.1
LD I0.3
A I1.0
OLD
AN Q0.3
S Q0.4, 1
S M1.0, 1
Network 9 // 上升等待状态，指示灯闪烁，电梯门打开
LD I1.1
A I0.6
LD I1.0
A I0.5
OLD
S M0.5, 1
Network 10
LD M0.5
LPS
A T43
AN T45
= Q1.0
LPP
TON T45, 40
Network 11
LD T45
R M0.5, 1
Network 12 // 电梯内选下降过程
LD I0.1
O I0.2
A I0.7
LD I0.2
A I1.0
OLD
AN Q0.4
S Q0.3, 1
Network 13 // 电梯呼叫下降过程
LD I0.4
O I0.5
O I0.6
A I0.7
LD I0.6
A I1.0

OLD
S M0.6, 1
Network 15
LD M0.6
LPS
A T43
AN T46
= Q1.1
LPP
TON T46, 40
Network 16
LD T46
R M0.6, 1
Network 17 // 闪烁电路
LD M0.5
O M0.6
AN T44
TON T43, 5
Network 18
LD T43
TON T44, 5
Network 19 // 电梯在2层，有人呼叫
LD I0.3
O I0.4
O I0.5
O I0.6
A I1.0
S M0.0, 1
Network 20 // 停2层呼叫消除
LD I1.1
O I0.7
R M0.0, 1
Network 21 // 电梯在1、3层呼叫
LD I0.4
AN I1.1
LD I0.5
AN I0.7
OLD
LD I1.1
A I0.3
OLD
LD I0.7
A I0.6

OLD
S M0.1, 1
Network 22 // 电梯在1、3呼叫消除
LD I0.7
AN Q0.1
AN Q0.3
LD I1.1
AN Q0.5
AN Q0.4
OLD
R M0.1, 1
Network 23 // 电梯上升消除
LD I1.0
AN Q0.5
AN M0.0

AN M0.1
O I0.7
R Q0.4, 1
Network 24 // 电梯下降消除
LD I1.0
AN Q0.7
AN M0.0
AN M0.1
O I1.1
R Q0.3, 1
Network 25 // 电梯复位
LD I1.2
R I0.0, 10
R Q0.0, 10
R M0.0, 8

3.3系统调试
根据电气接线图安装接线，用编程工具将用户程序输入计算机，经过重复编辑、编译、下载、调试、运行、直至运行成功。

四、课程设计体会
在这次PLC课程设计中，首先是我首次自己做一个大的设计，也是第一次把自己所学的东西应用到实际中去。让我感到不足的地方是在开始动手设计程序前，没有系统和完整的分析三层电梯控制系统，没有罗列出三层电梯控制系统的所有情况，导致在设计程序的时候总是由于出现功能的缺陷，最后还是要去一点一点的修改程序以实现目标，后来慢慢的学会了应该对电梯上升和下降系统的综合考虑能够有效地避免所出现的问题。
这次PLC课程设计，考验了我对理论知识的运用能力，锻炼了对故障排除的分析能力，值得感谢的是当我们遇到困难时，老师耐心指导，帮我们一起分析故障，共同解决困难。另外，这课程设计也为了我们以后的毕业设计提供了很好的经验，建立基础，能够说是意义重大，影响深远。
对于此PLC课程设计，我学到了许多，相信在自己不懈的努力下能够更好地运用PLC做出更好设计!

五、参考文献
[1]陈建民.电气控制与PLC应用[M]. 北京：电子工业出版社. .
[2]林德杰编著.过程控制仪表及控制系统.机械工业出版社. .05
[3]刘刚编著.Protel DXP SP2原理图与PCB设计.电子工业出版社. .07