基于西门子s7200的plc四层电梯电气控制设计.doc

PLC控制技术创新设计实验报告实验名称：PLC电梯电气控制设计隶属课程：电气控制及PLC技术专业班级：自动化1105班学生学号：23 03 15 16实验地点：电气学院 406 PLC实验室2014年 06 月 23 日19目录目录II1 概述11.1 PLC在电梯上的应用12 程控制器的机型选择22.1 控制电磁阀等所需的I/O点数22.2 内存估计22.3 响应时间22.4 输入输出模块的选择23 硬件设计33.1 硬件配置简介33.2 电梯控制系统33.3 电气控制系统框图43.4 输入输出的分配44 软件设计64.1 程序流程图64.2 电梯定向逻辑84.3 电梯PLC控制系统设计94.4 四层电梯的梯形图设计125 系统调试175.1 硬件部分调试175.2 软件部分调试17总结181概述1.1 PLC在电梯上的应用随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以微处理器为核心组成的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。很多工厂的生产流水线、加工设备、船舶上货物的装卸装置、电梯的运行等都由PLC控制，只要把预定的控制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据输入各种指令，经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。 PLC在电梯中的应用也已很成熟。PLC作为主控制器，一方面要采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面要把采集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯的运行。我们利用PLC内的条件跳转和主控指令，把对电梯的控制程序划分为几个程序段：检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段。当给电梯送电时，PLC就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是否接通、厅门轿门是否关闭、电梯处在何种状态。正常自动状态时，PLC检测门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时，进入待机状态，此时一收到指令信号电梯即起动。当电梯到达减速楼层时, PLC程序是仿照继电器控制理念进行编制。2 程控制器的机型选择2.1 控制电磁阀等所需的I/O点数有电磁阀的动作原理可知，一个单线圈电磁阀用可编程控制器时需两个输入及一个输出；一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出；一个比例式电磁阀需三个输入及五个输出。一个按钮需一个输入；一个光电开关要占用一个或两个输入点；一个信号占用一个输出点；而波段开关，有几个波段就占用几个输入点；一般情况，各种位置开关都要占用两个输入点。根据上面所述原理分析，本设计用到十个按钮，需要十个输入点。四个位置按钮，需要八个输入点。十六个信号灯，需要十六个输出点。2.2 内存估计用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数；用户的编程水平。2.2.1 内存利用率我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为利用率。2.2.2 开关量输入输出的点数一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为6：4。这方面的经验公司是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数*102.2.3 模拟量输入输出的总点数只有模拟量输入时： 内存字数=模拟量点数*100模拟量输入输出同时存在：内存拟量字数*2002.3 响应时间系统响应时间=输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期。2.4 输入输出模块的选择模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值。3 硬件设计3.1 硬件配置简介PLC产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领域的欢迎。特别是中小容量PLC成功取代了传统的继电控制系统，使得控制系统的可靠性大大提高。目前各国生产的PLC品种繁多，发展速度快。本文所用到的产品是S7-200系列的PLC作系列电梯的。在此简单的介绍该机型的一些技术指标。技术性能分为：一般性能，功能特性（基本单元），输入性能，输出性能和其它性能。3.2 电梯控制系统电梯模拟系统如下图所示： 图3.2.1 电梯系统控制模拟图3.3 电气控制系统框图 1112345输 出 PLC 西门子S7-200 输 入 9876 图3.3.1输入与输出：图3.3.1中输出为：1、电动机；2、上下行接触器；3、快慢速接触器；4、位置指示；5、门锁。输入为：6、轿内指令；7、厅外指令；8、门区感应；9、手动开关门；10、楼层感应。PLC系统部分完成所设定的控制任务所需要的PLC规模主要取决于控制系统对输入，输出点的需求量和控制过程的难易程度3.4 输入输出的分配输入点：序号 名称 输入点0 一层行程开关 I0.01 二层行程开关 I0.12 三层行程开关 I0.23 四层行程开关 I0.34 四层呼叫按钮 I0.45 三层呼叫按钮 I0.56 二层呼叫按钮 I0.67 一层呼叫按钮 I0.78 手动开关按钮 I1.69 手动关门按钮 I1.710 红外传感器 I2.211 红外传感器 I2.3输出点：序号 名称 输出点0 一层指示灯 Q0.11 二层指示灯 Q0.22 三层指示灯 Q0.33 四层指示灯 Q0.44 电动机正转指示灯亮 Q0.55 电动机反转指示灯亮 Q0.66 开门电机正转 Q0.77 开门电梯反转 Q1.0 图3.4.1 I/O接线图 4 软件设计4.1 程序流程图 图4.1 图4.24.2 电梯定向逻辑电梯的定向是根据电梯的上行请求信号、下行请求信号、电梯轿箱内请求信号、电梯当前所处位置等信号来确定电梯继续运行的方向。电梯的定向是电梯控制中的重要逻辑。在以往电梯的定向逻辑中，一般都是将电梯各个层的上、下行请求信号、电梯轿箱内楼层请求信号、电梯当前楼层信号等综合到一条或几条语句中进行判断。这样一来，当楼层数目比较大时，每条语句的编程元件很多，不可避免的带来程序复杂，容易出错，调试麻烦，运行速度慢等问题。以下提出的用逻辑运算指令来进行电梯定向的方法可以比较好的问题。状态转换方式：电梯的方向只有上升、下降2个方向，但电梯也可能由于没有任何的上升或者下降请求信号而处于停止状态。在电梯的方向处理过程中，电梯只能在上升状态和停止状态或者下降状态与停止之间转换，例如当电梯由上升状态转为下降状态时必须先由上升状态转换为停止状态以后再由停止状态转为下降状态。这样的处理方式对电梯的运行是很有意义的，以往的电梯控制系统中，当电梯响应完某个方向上的所有信号后，若所有剩余的信号都是反方向的，电梯立刻改变方向，此时，在原方向前方若出现新的呼叫信号，电梯将不会立刻应答，只是记忆该呼叫信号，而去响应换向后的方向上的呼叫信号，这样既不符合电梯选层的优先原则，又不能有效的节约能源。采用图4.2所示的状态转换方式，电梯在响应完某个方向上的所有信号后并不是立刻反向，而是保持该状态等待一段时间后进入停止状态，然后再反向响应相反方向的呼叫信号。对保持时间进行合理的选择，完全可以做到既不会使得电梯的换向过程显得迟钝，又能有效的响应同方向的由于电梯的上升与下降状态之间需要通过“停止状态”该中间状态来转换，故在电梯的方向判断逻辑中需要考虑以下几种情况:(1)电梯处于上升状态在该状态下，当前楼层的上面有上升请求，当前楼层的上面有下降请求或者电梯轿箱内请求在当前楼层的上面，3个条件有1个和多个成立时，电梯继续处于上升状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。(2)电梯处于下降状态在当前楼层的下面有下降请求，当前楼层的下面有上升请求或者电梯轿箱内的请求在当前楼层的下面时，电梯继续处于下降状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。(3)电梯处于停止状态在当前层之上有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的上面则置电梯为上升状态;相反，若在当前层之下有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的下面则置电梯为下降状4.3 电梯PLC控制系统设计4.3.1 楼层状态指示设计当电梯运行至某层有指令发出时，指示位置及指令。以二层为表4.3.1指示位置及指令表LDtwoselet二层内选择Stwoseatq,1二层内选择指示LDtwoup二层上呼Stwoupq，1二层上呼指示LDtwodown二层下呼S twodownq，1二层下呼指示LDtwoseat二层位置=twoseatq二层位置指示 4.3.2 电梯下行程序设计以电梯在三层下行情况为例。当电梯的一或二层有指令时，将三层下行位置1，同时无上行，驱动电梯下行。程序说明如下： 电梯在三层时下行表4.3.2.1LDoneseletq一层内选择0twoseletq或二层内选择0oneupq或一层上呼0twodownq或二层下呼0twoupq或二层上呼ANseatq在三层位置时SV0.1.1置三层下行位电梯三层时下行表4.3.2.2LDV0.0有四层下行位0V0.1或有三层下行位0V0.2或有二层下行位AN up同时无上行=down电梯下行.4.3.3 电梯上行程序设计以电梯在二层上行情况为例。程序说明如下：电梯在二层上行 表4.3.3.1ADfourseletq四层选择0threeseletq或三层选择0fourdownq或四层下呼0threedownq或三层下呼0threeupq或三层上呼Atwoseatq在二层位置时SV0.4.1置二曾上行位 电梯上行 表4.3.3.2 LDV0.3有一层上行位0 V0.4或有二层上行位0V0.5或有三层上行位ANdown同时电梯无下行=up电梯上行4.3.4 电梯到达时程序设计电梯到达某层时，将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序说明如下：电梯到达三层表4.3.4.1LDthreeseatq电梯到达三层Rthreeseletq,1复位三层内选择RV0.0.1复位四层下行RV0.3.1复位一层上行RV0.4.1复位二层上行LDthreeseatq电梯到达三层ANdown同时无下行Rthreeupq,1复位三层上行LDthreeseatq电梯到达三层ANup同时无上行Rthreedownq，1复位三层下行 4.4 四层电梯的梯形图设计图4.4.1图4.4.2图4.4.3图4.4.4图4.4.4图4.4.65 系统调试完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。5.1 硬件部分调试根据电气接线图安装接线，PLC实际接线时，还应考虑到以下几个方面：(1) 应有电源输入线，通常为220V、50HZ交流电源，允许电源有一定的浮动范围。并且必须有保护装置，如熔断器等。若是干扰较强或对可靠性要求很高的场合，应在PLC的电源输入端加装带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。(2) 输入端子八个为一组，公用一个COM端。PLC应单独接地，不要和其他电器元件共用接地线，接地线面积应大于2mm,并尽可能靠近PLC。(3) PLC输出端接有线圈和电磁阀等感性元件时必须加保护电路，例如并接阻容吸收回路（对于交流电源）或续流二极管（对于支流电源）。5.2 软件部分调试用编程工具将用户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、下载、调试、运行，直至运行正确。5.2.1 编辑、编译打开梯形图编辑器将程序输入电脑。程序输入完成后，用CPU的下拉菜单或工具条中编译快捷按钮对程序进行编译，编译后在显示器下方的输入窗口显示编译结果，并能明确的指出错误的网络段，可以根据错误的提示对程序进行修改，然后再编译，一直到编译无误。5.2.2 程序下载程序编译成功后，单击标准工具条中下载快捷按钮打开文件菜单，选择下载项，弹出对话框，经选定程序块、数据块、系统块等下载内容后，按确认按钮将选中内容下载到PLC的存储器上。5.2.3 程序监视、运行调试当PLC工作方式开关在TERM位置时还可用STEPMICRO/WIN32的菜单命令或快捷按钮都可以对CPU工作方式进行软件设计。总结本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对升降电梯的控制。利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。利用可编程控制器控制升降电梯，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当建筑物的层楼增加时，硬件接线上只需增加楼层相应的输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应楼层的功能，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。另一方面，在这次的设计中，我们用到了大量的经验公式以及大量取范围值的数据，这让我们这些在精确公式及数值下学习成长的学生们顿时产生了无所适从的感觉，取值时往往犹豫不决，瞻前顾后，大大减慢了我们的设计速度。与此同时，我们也发觉到，对工具书使用的不重视是一个非常严重的问题。通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。并且，更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。这次设计，使我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了很多宝贵的东西。目 录第一章 总论51.1项目概要51.2可行性研究报告编制依据81.3综合评价8第二章 项目背景及必要性112.1项目建设背景112.2项目建设的必要性13第三章 建设条件163.1项目区概况163.2项目建设条件优劣势分析21第四章 市场分析与销售方案264.1市场分析264.2销售策略、营销方案和模式294.3风险分析30第五章 项目建设方案325.1建设任务和规模325.2建设规划和布局325.3工艺（技术）方案325.4建设内容355.5实施进度安排36第六章 环境影响评价386.1环境影响386.2环境保护与治理措施38第七章 项目组织与管理407.1组织机构与职能划分407.2劳动定员407.3经营管理模式417.4经营管理措施417.5技术培训427.6劳动保护、安全卫生与消防42第八章 投资概算与资金来源448.1投资概算依据448.2投资概算448.3资金来源46第九章 财务评价479.1财务评价依据479.2销售收入、销售税金和附加估算479.3总成本及经营成本估算489.4财务效益分析499.5不确定性分析509.6财务评价结论51第十章 社会效益评价5210.1社会评价基本结论5210.2农业产业化经营5210.3农民增收、农业增效评价5410.4其它社会影响55第十一章可行性研究结论与建议5611.1可行性研究结论5611.2问题与建议56