施耐德PLC课程设计报告--Twido-PLC四层电梯设计.doc

一．设计目的
1. 通过对工程实例的模拟，熟练地掌握PLC的编程和程序调试方法。
2. 进一步熟悉PLC的I/O连接。
3. 熟悉四层楼电梯内外按钮控制的编程方法。

二、控制要求
1. 开始时，电梯处于任意一层。
2. 当有外呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时3S后自动关门。
3. 当有内呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时3S后自动关门。
4. 在电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号，但不响应二层向下外呼梯信号。同时，如果电梯到达三层，如果四层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。
5. 电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如：电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。
6. 电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。

三．输入输出分配

序号
名 称
输入点
序号
名 称
输出点
0
一层内呼
I0
0
一层内呼指示
Q2
1
二层内呼
I1
1
二层内呼指示
Q3
2
三层内呼
I2
2
三层内呼指示
Q4
3
四层内呼
I3
3
四层内呼指示
Q5
4
一层外呼上
I4
4
一层外呼上指示
Q6
5
二层外呼下
I5
5
二层外呼下指示
Q7
6
二层外呼上
I6
6
二层外呼上指示
Q8
7
三层外呼下
I7
7
三层外呼下指示
Q9
8
三层外呼上
I8
8
三层外呼上指示
Q10
9
四层外呼下
I9
9
四层外听下指示
Q11
10
开门开关
I10
10
电梯上行
Q12
11
关门开关
I11
11
电梯下行
Q13
12
一层平层
I12
12
门电机开
Q14
13
二层平层
I13
13
门电机关
Q15
14
三层平层
I14

15
四层平层
I15

16
开门限位
I16

17
关门限位
I17

18
电梯上升极限位
I18

19
电梯下降极限位
I19

四．设备
1. THPLC-DT型四层电梯实验教学模型一台
2. 计算机一台
3. 编程电缆一根

4. PLC主机一台，应选用40点机型（输入口大于20点、输出口大于14点）。

五．系统设计
（一）电梯基础
1.电梯的定义
电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的倾角小于15度的钢性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。
2.电梯的结构
机房部分：包括电源开关、曳引机、控制柜（屏）、选层器、导向轮、减速器、限速器、极限开关、制动抱闸装置、机座等。
曳引机俗称减速器，它安装在机房内，一般在建筑物顶层之上，是电梯的曳引装置，它的转轮通过钢丝绳牵引轿厢及对重。曳引机是由电动机、制动器、蜗轮减速箱、曳引轮、导向轮、反绳轮、曳引绳、底座等组成。高速无齿轮直流电梯曳引机，由电梯直接带动绳轮，无减速箱装置，其余部件相同。
井道部分：包括导轨、导轨支架、对重装置、缓冲器、限速器张紧装置、补偿链、随行电缆、底坑及井道照明等。
层站部分：包括层门（厅门）、呼梯装置（召唤盒）、门锁装置、层站开关门装置、楼层显示装置等。
轿箱部分：包括轿箱、轿箱门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯、通讯及报警装置等。
3．电梯的分类
电梯按速度一般分为:低速电梯、快速电梯、高速电梯和超高速电梯。
低速电梯：额定速度在1m/s以下，目前大部分住宅客梯都选择速度为1m/s，本次设计也将电梯速度定为1m/s。
快速电梯：额定速度在1m/s～2m/s之间。
高速电梯：额定速度在2m/s～3m/s之间。
超高速电梯：额定速度为3m/s～10m/s,甚至更高，常用于楼层高于100m的建筑物。
4.主电路图
曳引电机控制电路：

门电机电路：

5.电机选型计算
曳引电动机额定功率的粗选
（一）卷绕式拖动系统电动机额定功率的粗选
卷绕式拖动系统是一种无对重系统，在起重机中普遍采用。当该系统以额定
速度提升额定重量的负载（假定该负载就是电梯的轿厢）时，电动机的功
率可以按下式粗选：

式中 K----------系数，K=1.1～1.6
---------电梯额定负载时全部负载质量（kg）；

----轿厢的质量（kg）；
----------钢丝绳的质量（kg）；
---------电梯额定负载质量（kg）；
g---------重力加速度，g=9.8(m/s)；
--------系统的效率；
---------额定梯速（m/s）；
---------额定重量（N）。
（二）有对重曳引系统电动机额定功率的粗选
曳引电动机额定功率

上式中平衡系数（或称对重系数）

式中 ------电梯平衡体（对重）的重量、质量；
------电梯轿厢的重量、质量；
------电梯额定负载的重量、质量。

电梯传动系统的效率与矫厢的悬吊方式及曳引类型的关系
轿厢悬吊方式
曳引类型

1:1绕法
2:1绕法
有齿曳引机
=0.5~0.6
=0.45~0.55
无齿曳引机
=0.85
=0.8

本次设计所给参数为载重=1t,轿箱重=1.5t，额定梯速=1m/s，现按卷绕式拖动系
统进行电机功率计算：
选取K=1.2，η=0.8（无齿曳引机、2：1绕法）

=
≈36.76kw
（二）设计思路
1.设计概述
电梯控制系统是模拟现实生活中的电梯，根据其工作原理制作而成。该电梯共有四层，有电梯上下行轿箱，上下行指示灯，电梯所在楼层数码显示和开关门功能。一楼有一个上行外叫按钮，四楼有一个下行外叫按钮二楼和三楼均有上行和下行两个外叫按钮，轿箱内有一楼至四楼四个内叫按钮和开关门两个按钮。按钮全部为非自锁式，按下按钮，接通一个指示灯，按钮自动弹起。当电梯响应该请求信号运行到该层时，该指示灯熄灭。优先级上：在电梯上行过程中，上行请求优先，上行请求执行完毕后，响应下行请求；同理在电梯下行过程中，下行请求优先，下行请求执行完毕后，响应上行请求。开关门动作在电梯停在该层，该层限位开关接通时才会发生。
2.输入、输出信号
输入：电梯内、外呼叫信号，平层信号
输出：电梯正反转信号，开关门信号
3.流程图及过程分析
流程图：

过程分析：
思路一
（1）电梯上行设计
①当电梯停于1楼（1F）或2F、3F时，4楼呼叫，则上行到4楼碰行程开关后停止；
②电梯停于1 F或2F，3F呼叫时，则上行，到3F行程开关控制停止；
③电梯停于1F，2F呼叫，则上行，到2F行程开关控制停止；
④电梯停于1F，2F、3F同时呼叫，电梯上行到2F，停3秒，继续上行到3F停止；
⑤电梯停于1F，3F、4F同时呼叫，电梯上行到3F，停3秒，继续上行到4F停止；
⑥电梯停于1F，2F、4F同时呼叫，电梯上行到2F，停3秒，继续上行到4F停止；
⑦电梯停于1F，2F、3F、4F同时呼叫，电梯上行到2F，停3秒，继续上行到3F，停3秒，继续上行到4F停止；
⑧电梯停于2F，3F、4F同时呼叫，电梯上行到3F停3秒，继续上行到4停止。
（2）电梯下行设计
①电梯停于4F或3F或2F，1F呼叫，电梯下行到1F停止；
②电梯停于4F或3F，2F呼叫，电梯下行到2F停止；
③电梯停于4F，3F呼叫，电梯下行到3F停止；
④电梯停于4F，3F、2F同时呼叫，电梯下行到3F，停3秒，继续下行到2F停止；
⑤电梯停于4F，3F、1F同时呼叫，电梯下行到3F，停3秒，继续下行到1F停止；
⑥电梯停于4F，2F、1F同时呼叫，电梯下行到2F，停3秒，继续下行到1F停止；
⑦电梯停于4F，3F、2F、1F同时呼叫，电梯下行到3F，停3秒，继续下午到2F，停3秒，
继续下行到1F停止；
（3）电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数；
（4）电梯上、下行时，相应的标志灯亮。
说明：以上设计思路仅考虑了上行过程仅有上行外呼信号和下行过程仅有下呼外呼信号的过程，思考不够全面，应再进行细化。

思路二（具体分析）
（1）电梯总开关打开，电梯预置在一楼；
（2）电梯停在一楼
①一楼外部按钮按下，电梯自动开门关门，在开门状态下，按内部关门按钮也可以实现关门操作；上升下降过程中开关门按钮无效；
②若按第二楼外部按钮PB2（I0.3_I0.4）按钮呼叫电梯，则上升指示灯亮，变频器正转，电梯上升至第二楼停止；若按外部按钮PB3（I0.1_I0.2）叫电梯，则上升指示灯亮，变频器正转，电梯上升到三楼停；若按外部按钮PB4（I0.0）呼叫电梯，则上升指示灯亮，变频器正转，电梯上升到四楼停止；而第二楼、第三楼、第四楼外部按钮均有呼叫时，上升指示灯亮，变频器正转，电梯上升到第二楼暂停2秒后继续上升到第三楼，暂停2秒后继续上升到第四楼停止；停止后暂停时间用于开关门；
③在内部选定第二楼、第三楼、第四楼，则变频器正转上升，上升指示灯亮，到达相应楼层
之后自动开关门，在开门状态下，按内部关门按钮也可以实现关门操作；
（3）电梯停在二楼
①二楼外部按钮按下，电梯自动开门关门，在开门状态下，按内部关门按钮也可以实现关门操作；上升下降过程中开关门按钮无效。
②若按外部按钮PB3（I0.1_I0.2）叫电梯，则上升指示灯亮，变频器正转，电梯上升到三楼停；若按外部按钮PB4呼叫电梯，则上升指示灯亮，变频器正转，电梯上升到四楼停止；而第三楼、第四楼外部按钮均有呼叫时，上升指示灯亮，变频器正转，电梯上升到第三楼暂停2秒后继续上升到第四楼，若按第一楼外部按钮PB1（I0.5）按钮呼叫电梯，若第二楼，第三楼无呼叫信号，则下降指示灯亮，变频器反转，电梯下降到第一楼停止；电梯停止后，都会有2秒用于自动开关门。
③在内部选定第三楼、第四楼，则变频器正转上升，上升指示灯亮，到达相应楼层之后自动开关门，内部选定第一楼则变频器反转下降，西江指示灯亮，到达相应楼层之后自动开关门，在开门状态下，按内部关门按钮也可以实现关门操作；在开门状态下，按内部关门按钮也可以实现关门操作。
（4）电梯停在三楼
①三楼外部按钮按下，电梯自动开门关门，在开门状态下，按内部关门按钮也可以实现关
操作；上升下降过程中开关门按钮无效。
②若按外部按钮PB4（I0.0）呼叫电梯，则上升指示灯亮，变频器正转，电梯上升到四楼停止；而第一楼、第二楼外部按钮均有呼叫时，若四楼没有呼叫，则下降指示灯亮变频器反转，电梯下降到第二楼暂停2秒后继续下降到第一楼停止，停止后暂停时间用于开关门。在内部选定第四楼，则变频器正转上升，上升指示灯亮，到达相应楼层之后自动开关门；内部选定第一楼、第二楼，则变频器反转下降，下降指示灯亮，到达相应楼层之后自动开关门；在开门状态下，按内部关门按钮也可以实现关门操作。
（5）电梯停在第四楼
①四楼外部按钮按下，电梯自动开门关门，在开门状态下，按内部关门按钮也可以实现关门操作；上升下降过程中开关门按钮无效。
②若按下外部按钮PB4（I0.0）呼叫电梯，则下降指示灯亮，变频器反转，电梯下降到一楼
停止；若按下第二楼外部按钮PB2（I0.3_I0.4）按钮呼叫电梯，则下降指示灯亮，变频器反
转，电梯下降到第二楼停止；若按下第三楼外部按钮PB3（I0.1_I0.2）叫电梯，则下降指示
灯亮，变频器反转，电梯下降到三楼停止；而第一楼、第二楼、第四楼外部按钮均有呼叫时，
下降指示灯亮，变频器反转，电梯下降到第三楼暂停2秒后继续下降到第二楼，暂停2秒后
继续下降到第一楼停止；停止后暂停时间用于开关门。
③在内部选定第一楼、第二楼、第三楼，则变频器反转，电梯下降指示灯亮，电梯下降到了
相应楼层之后自动开关门，在开门状态下，按内部关门按钮也可以实现关门操作。
（6）上升过程中
①电梯处于一楼之上二楼之下：电梯响应第二楼，第三楼，第四楼内部外部请求信号，并执行相应操作；不响应第一楼信号请求，记忆第一楼内部外部请求信号，当电梯完成第二楼、第三楼、第四楼操作之后响应记忆信号。
②电梯处于二楼之上三楼之下：电梯响应第三楼，第四楼内部外部请求信号，并执行相应操
作；不响应第一楼、第二楼信号请求，记忆第一楼、第二楼内部外部请求信号，当电梯完成
第三楼、第四楼操作之后响应记忆信号。
③电梯处于三楼之上四楼之下：电梯响应第四楼内部外部请求信号，并执行相应操作；不响
应第一楼、第二楼、第三楼信号请求，记忆第一楼内部外部请求信号，当电梯完成第四楼操
作之后响应记忆信号。
（7）下降过程
①电梯处于四楼之下三楼之上：电梯响应第三楼、第二楼、第一楼内部外部信号请求，不响应第四楼信号请求，记忆第四楼请求信号，当完成第三楼、第二楼、第一楼信号请求之后响应记忆信号；
②电梯处于三楼之下二楼之上：电梯响应、第二楼、第一楼内部外部信号请求，不响应第三
楼、第四楼信号请求，记忆第三楼、第四楼请求信号，当完成第二楼、第一楼信号请求之后
响应记忆信号；
③电梯处于二楼之下一楼之上：电梯响应第一楼内部外部信号请求，不响应第四楼、第三楼、
第二楼信号请求，记忆第四楼、第三楼、第二楼请求信号，当完成第一楼信号请求之后响应
记忆信号；

（三）梯形图及注解
1.部分功能实现
当各层有内呼信号输入时，相应输出指示灯亮（置“1”）；当有该层平层信号输入时，相应输出指示灯灭（置“0”）。以一层内呼为例，程序模块如下：

当各层有外呼信号输入时，相应的输出指示灯亮（置“1”）；当有该层平层信号输入时，相应输出指示灯灭（置“0”）。以三层外呼上为例，程序模块如下：

电梯下行过程中，有某层外呼下信号时，电梯响应该信号，停层动作；电梯停于某层且没有其它层外呼信号时，电梯能响应该层外呼上信号；有某层内呼信号时，同样能实现停层动作。电梯下行停层程序模块如下：

2.总程序

-

六．运行及结果
（一） 运行步骤
1、接通电梯模型及PLC主机的电源，观察电梯模型、PLC主机供电是否正常，然后关闭
电源开关。
2、将电梯模型中的：
① 电梯内按钮信号1、2、3、4、 、 、与PLC主机的I0、I1、I2、I3、I10、I11相连；
② 电梯外按钮信号1△、2▽、2△、3▽、3△、4▽与PLC主机的I4、I5、I6、I7、I8、I9相连；
③ 电梯平层，限位信号 、1、2、3、4、 与PLC主机的I19、I12、I13、I14、I15、I18相连；
④ 电梯门限信号 、 与PLC主机的I16、I17相连；
⑤ 公共端I与PLC主机COM0、COM1相连.
⑥ 电梯内部选择指示灯1、2、3、4与PLC主机的Q2、Q3、Q4、Q5相连；
⑦ 电梯外部呼叫指示灯1△、2▽、2△、3▽、3△、4▽与PLC的Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11相连；
⑧ 电梯行控上行、下行与PLC主机的Q12、Q13相连；
⑨ 电梯门控开关，关门与PLC主机的Q14、Q15相连；
⑩ 公共端II与PLC主机输出端的COM2、COM3、COM4、COM5、COM6相连.但不能与主机的供电相连既+24V相连.
⑪ 检查无误后，重新开启电源，模型、PLC处于待机状态。
3、 下载并运行程序，按动电梯模型中的内呼或外呼按钮，若PLC程序编制正确的话，电梯
模型将按内、外呼叫指示按控制要求正常运行。
（二）运行结果
电梯按设计思路运行，基本能正确响应各输入信号进行相应输出，实现要求的各项功能。

七．实习心得
这两周的实习从图书馆借阅了不少书籍，虽然最终仍未找到设计窍门，实现系统的全面设计，但仍收获不少。首先是对教材的重新翻阅，重温了基本梯形图指令；其次是翻阅编程方面的书籍，寻找编程方法、技巧；最后是翻阅电梯设计相关书籍，了解相关计算，并进行程序研究与设计。通过这两周所做的工作，所学的知识得到了一定的巩固和加深，希望通过后续的努力，能够更好掌握编程技术。

八．参考文献
1.李惠昇 电梯控制技术 机械工业出版社 2003.6
2.常国兰 电梯自动控制技术 机械工业出版社 2008.6
3.张浩风 PLC梯形图设计方法与应用实例 机械工业出版社 2008.7
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