PLC五層電梯課程設計

1、成績山東理工大學電氣及電子工程學院課程設計說明書設計題目：五層電梯PLC控制設計課程名稱： PLC原理及應用（A）專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號：指導教師： 起止日期：課程設計任務書8 / 23五層電梯PLC控制設計主要設計要求：（1）電梯轎箱的控制要求：a.選層和選向：根據(jù)電梯各層內(nèi)選外呼信號的先后和停止 時轎箱所在的樓曾位置決定電梯的運行方向。運行時需滿足同向 優(yōu)先的原則。即在電梯上行時，如果按下更高以及更低樓層時， 電梯會繼續(xù)上行至按下的最高層后再向下運行；下行時亦然。b.樓層位置的指示：使用在每層使用小燈來顯示樓層位置, 電梯處于哪一層，相對應的小燈亮起即可（電梯箱內(nèi)外都需要）。（2）

2、電梯門的控制要求：題目名稱（包括主要 技術參數(shù)） 及要求a.要求當電梯平層的時候，電梯門自動打開，經(jīng)過5秒鐘 后電梯門自動關上。b.如果遇到有人在門中間的情況，電梯會因為光電開關的 作用而自動開門并發(fā)出聲音警告。（3）電梯電機的控制：根據(jù)需要實現(xiàn)可逆運行，運行的速度設計為恒定，不考慮變 速控制。完成資料：1、根據(jù)設計要求和內(nèi)容，撰寫設計說明書一份（約20頁）；2、說明書內(nèi)容：a.系統(tǒng)PLC選型及原由說明，b.傳感器 的選擇及其基本的說明，c. I/O地址分配表，d.順序功能圖（或 流程圖或功能框圖）及相關的文字說明，簡單解釋程序的結構， e.梯形圖（帶網(wǎng)絡名稱和注釋）；設計內(nèi)容及工作量1 .根

3、據(jù)實際生活中的電梯運行狀況，設計需要的各種電器設備 和器件，并進行I/O點的選擇和計算。包括PLC型號的選擇說明， 各傳感器的型號和選擇說明，I/O模塊的選擇說明；2 .使用文字或框圖說明系統(tǒng)的整體結構和各個環(huán)節(jié)，滿足電梯 設計需要；3 .對選擇的PLC系統(tǒng)進行配置，完成I/O地址分配表；4 .對PLC進行框架設計，使用順序功能圖或流程圖或程序框圖 等方法進行程序分析，并配以文字說明；5 .使用梯形圖對六層電梯進行PLC控制編程和仿真。主要參考資料1、電氣控制及PLC應用技術梅麗鳳，機械工業(yè)出版社2、現(xiàn)代電氣控制及及PLC應用技術王永華，北京航空航天大學出版社3、電氣控制及PLC于桂音，中國電

4、力出版社4、電器及PLC控制技術陳志新，中國林業(yè)出版社5、電氣可編程控制原理及應用王阿根，電子工業(yè)出版社6、電氣控制及PLC應用陳建明，電子工業(yè)出版社7、電器控制及PLC控制技術許蓼，機械工業(yè)出版社五層電梯PLC控制設計一、前言摘要：本文介紹一種電梯PLC控制系統(tǒng)。電梯是垂直方向的運輸設備，是高 層建筑中不可缺少的交通運輸設備。它靠電力，拖動一個可以載人或物的轎廂, 在建筑的井道內(nèi)導軌上做垂直升降運動，在人們生活中起著舉足輕重的作用。 而控制電梯運行的PLC系統(tǒng)也要求越來越高，要求達到電梯運行的“穩(wěn)、準、 快”的運行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步 電動機、繼電器、

5、接觸器、行程開關、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體 的控制系統(tǒng)。本機控制單元采用以德國西門子S7-200對機器進行全過程控制。 以五層電梯為設計對象，分別從電梯控制系統(tǒng)的構成及工作原理，系統(tǒng)PLC配 置方案，PLC軟件設計，PLC軟件的調(diào)試仿真和電梯硬件選取等方面，詳細的闡 述了 PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應用，形成了以PLC為控制系統(tǒng)的完整的電梯模 型，使電梯在更精確、更可靠、更快速的控制平臺上運行。整個系統(tǒng)通過PLC、邏輯控制電路對電梯的升降；平層；起動、制動控制。 其結構簡單、運行效率高、平層精度高、易于理解及掌握。課題研究的背景電梯是將機械原理應用、電氣技術、微處理器技術、系統(tǒng)工程學、

6、人體工 程學及空氣動力學等多學科和技術集于一體的機電設備，它是建筑物中的永久 性垂直交通工具。電梯作為一種較為復雜的機電一全化設備，它由多許機械構 件和電子、電氣、大規(guī)模集成電路組成的微型計算系統(tǒng)及聲、光控制部件所組 成。那么電梯到底有哪些功能呢？我們從按下電梯的按鈕到完成電梯的運行并 走出電梯轎廂，實際上已包含了電梯的許多功能，如：電梯的定向選層、電梯 的起動、加速、穩(wěn)速運行、到站減速、平層停車、開關門。還有檢修功能、安 全保護功能、消防功能、樓層顯示等。從電梯控制統(tǒng)的實現(xiàn)方法分，電梯的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器控制、可編程 序控制（PLC）、單片微機控制、多微機控制多種形式。繼電潛控制系統(tǒng)是80

7、年 代最廣泛的一種電梯控制方式，有控制邏輯線路簡單、直接、易于理解和掌握 的優(yōu)點，但由于該類系統(tǒng)是由眾多繼電器、接觸器構成，使用一段時間后其接 觸點往往接觸不良，所以電梯故障高，眾多的繼電器、接觸器動作噪聲較大， 整個控制柜體積大。隙著多微機系統(tǒng)在電梯控制系統(tǒng)中的應用，電梯控制發(fā)生 了限大的變化，因為微機在電梯中的應用不僅取代了大部分繼電器和選層器， 整個系統(tǒng)更加可靠，靈活性更加提高，功能大增強了。但微機的集成度高，功 能項目固化，一般維修人員及工程人員修改或增加不了其功能。如要修改或增 加其功能要找回生廠家或用專用的工具?？删幊绦蚩刂破魅〈^電器構成的電 梯控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)由繼電器實現(xiàn)的邏

8、輯控制功能，而且觸點少、可靠高、 故障率低、維修方便、噪聲小最主要的是可編程序控制系統(tǒng)的可編程功能， 使得當改變電梯的控制功能時，只要更改程序即可。而PLC的編程語言需不盡 相同，但都有通俗易懂，便于自學的優(yōu)點一般維修及工程人員都能掌握,PLC電梯控制系統(tǒng)比較適用于小高層的樓房.電梯控制系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀電梯的出現(xiàn)大大方便了人們的生活隨著城市建設的不斷發(fā)展，高層建筑 不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟和生活中有越來越廣泛的應用，電梯作為高層建筑 中垂直運行的交通工具已及人們的口常生活密不可分。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展， 微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發(fā)展，這使得交流變頻 調(diào)速電梯控制系統(tǒng)己經(jīng)進入

9、一個嶄新的時代。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號 以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式 的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯 控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是 采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定， 實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控 制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能 上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原 因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，H己設計和制造微機控制裝置成本較高；而P

10、LC可靠性 高，程序設計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特點，所以現(xiàn)在的電 梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。隨著人們生活水平的不斷提高,對電 梯的要求的也相應提高，為滿足和提高人們的生活質(zhì)量，電梯的智能化、自動 化技術迅速發(fā)展。特別是隨著技術、微電子和電力電子技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代 電梯的技術含量口益提高。在改善電梯性能的同時，對電梯的設計、管理和維 護人員提出了更高的要求。電梯是一種較為復雜的機電一體化的設備，一臺完整的電梯主要由成土建 部分，機械部分和電氣部分組成。土建部分大致由機房，井道，底坑組成。機械部分主要有曳引主機，導向輪，曳引鋼絲繩-繩頭，限速器-安全鉗，導 軌-導靴，

11、電梯轎廂，開關門連桿裝置，層門-門鎖，緩沖器等部件。電梯電氣系統(tǒng)有兩大系統(tǒng)組成：電梯的拖動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。特點在電梯的控制中其控制量多、邏輯性強、隨機性大是其主要特點，對于PLC 控制設計來說，電梯控制系統(tǒng)具有很強的實用性和典型性，研究、分析電梯的 邏輯關系，進而實現(xiàn)控制，對于理解和學習PLC都具有很好的意義?？刂齐娞葸\行的PLC系統(tǒng)要求達到電梯運行的“穩(wěn)、準、快”的運行目的。 該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動機、繼電器、 接觸器、行程開關、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本機 控制單元采用以西門子公司的可編程控制器PLC對機潛進行全過程控制。整個

12、系統(tǒng)通過PLC、邏輯控制電路對電梯的開關門，升降，力、減速，平層，起動、 制動控制。要求其達到結構簡單.、運行效率高、平層精度高、使其能夠易于理 解及掌握。最后再通過西門子PLC調(diào)試軟件進行調(diào)速，滿足設計所需要的要求。二、系統(tǒng)PLC選型PLC CPU選擇：S7-200系列的CPU224（14輸入，10輸出）德國進口西門子PLC, S7-200系列的CPU224, CPU226是世界上最好的小型PLC之一，屬于經(jīng)典之作 S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：*極高的可靠性*極豐富的指令集*易于掌握*便捷的操作*豐富的內(nèi)置集成功能*實時特性*強勁的通訊能力*豐富的擴展模塊S7-200系列中的CP

13、U 224主要技術性能。1. 一般性能電源電壓DC 24V, AC 100230V電源電壓波動DC 20.4-28. 8V, AC 84-264V (47-63Hz)環(huán)境溫度、濕度水平安裝055C,垂直安裝045C, 595%大氣壓8601080hPa保護等級IP20 到 IEC529輸出給傳感器的電壓DC 24V (20. 4-28. 8V)輸出給傳感器的電流280mA,電子式短路保護（600mA）為擴展模塊提供的輸出電流660mA程序存儲器8K字節(jié)/典型值為2. 6K條指令數(shù)據(jù)存儲器2.5K 字存儲器子模塊1個可插入的存儲器子模塊數(shù)據(jù)后備整個BD1在EEPR0M中無需維護在RAM中當前的D

14、B1標志位、定時器、計數(shù)器等通過高能電容或電池維持，后備時間190h（40時120h）,插入電池后備200天編程語言LAD, FBD, STL程序結構一個主程序塊（可以包括子程序）程序執(zhí)行自由循環(huán)。中斷控制，定時控制（廣255ms）子程序級8級用戶程序保護3級口令保護指令集邏輯運算、應用功能位操作執(zhí)行時間0. 37掃描時間監(jiān)控300ms （可重啟動）內(nèi)部標志位256,可保持：EEPROM 中 0112計數(shù)器0256,可保持：256, 6個高速計數(shù)器定時器可保持：256,4個定時器，1ms30s16個定時器,10ms5nlin236 個定時器，100ms54min接口一個RS485通信接口可連接

15、的編程器/PCPG740P = 2 * ROMAN II, PG760P = 2 * ROMANII, PC (AT)本機I/O數(shù)字量輸入：14,其中4個可用作硬件中斷，14個用于高速功能數(shù)字量輸出：10,其中2個可用作本機功能，模擬電位器：2個可連接的I/O數(shù)字量輸入/輸出：最多94/74模擬量輸入/輸出：最多28/7 （或14）AS接口輸入/輸出：496最多可接擴展模塊7個2-輸入特性類型源型或匯型輸入電壓DC 24V, “1 信號” ：14-35A, “0 信號”：0-5A,隔離光耦隔離，6點和8點輸入電流“1信號：最大4mA輸入延遲（額定輸入電壓）所有標準輸入：全部0.2T2. 8ms

16、 （可調(diào)節(jié)）中斷輸入:（10. 0-0. 3） 0. 2-12. 8ms （可調(diào)節(jié)）高速計數(shù)器：（10. 0-0.5）最大30kHz3.輸出特性類型晶體管輸出型繼電器輸出型額定負載電壓DC 24V (20. 4-28. 8V)DC 24V (4-30V)AC24-230V (20-250V)輸出電壓“1信號”：最小DC 20VL+/L-隔離光耦隔離，5點繼電器隔離，3點和4點最大輸出電流信號”：0. 75A“1信號”：2A最小輸出電流“0 信號” ：10sA“0 信號” ：0mA輸出開關容量阻性負載：0. 75A燈負載：5W阻性負載：2A燈負載：DC30W, AC200W三、PLC的擴展P L

17、 C擴展用EM 2 2 3EM 2 2 3 CN的輸入/輸出模塊:4點輸入，24V DC 4點輸出，24V DC4點輸入，24V DC 4點輸出，繼電器8點輸入，24V DC 8點輸出，24V DC8點輸入，24V DC 8點輸出，繼電器16點輸入，24V DC 16點輸出，24V DC16點輸入，24V DC 16點輸出，繼電潛傳感器選擇：有樓層傳感器、編碼器、平層感應器，主要是測距和平層用。行程開關（位置傳感器），保證門的正確開關紅外傳感潛，防止夾人光電傳感器：光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且 可測參數(shù)多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測和 控制中

18、應用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關鍵元件，它是把光信號 （紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引 起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用 來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位 移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感 潛具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中 獲得廣泛應用。工作原理由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣的，按 光電元件（光學測控系統(tǒng)）輸出量性

19、質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖（開 關）式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流,它 及被測量間呈單值關系.模擬式光電傳感器按被測量（檢測目標物體）方法可分 為透射（吸收）式,漫反射式,遮光式（光束阻檔）三大類.所謂透射式是指被測物 體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后,透射光投射到 光電元件上;所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體 表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物 光遮其中一部份，使投射到光電元件上的光通量改變,改變的程度及被測物體在 光路位置有關.光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電

20、信號的變化來實現(xiàn)控制的。 光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測 電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管 （LED）、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。 接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學 元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。 此外，光電開關的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維。四、I / 0地址分配表共有輸入點23個，輸出點20個輸入點名稱輸出點名稱一層內(nèi)呼10.0一層內(nèi)呼指示Q0. 0二層內(nèi)呼10. 1二層內(nèi)呼指示Q0. 1三層內(nèi)呼1

21、0.2三層內(nèi)呼指示Q0. 2四層內(nèi)呼10.3四層內(nèi)呼指示Q0. 3五層內(nèi)呼10.4五層內(nèi)呼指示Q0. 4一層外呼上10.5一層外呼上指示Q0. 5二層外呼下10.6二層外呼下指示Q0. 6二層外呼上10.7二層外呼上指示Q0. 7三層外呼下11.0三層外呼下指示Q1.0三層外呼上11. 1三層外呼上指示Q1. 1四層外呼下11.2四層外呼下指示Q1.2四層外呼上11.3四層外呼上指示Q1. 3五層外呼下11.4五層外呼下指示Q1.4開門按鈕11.5電梯上行指示Q1.5關門按鈕11.6電梯下行指示Q1. 6一層平層11.7門電機開門Q1. 7二層平層12.0門電機關門Q2. 0三層平層12. 1

22、電梯轎廂上行Q2. 1四層平層12.2電梯轎廂下行Q2. 2五層平層12.3報警Q2. 3開門限位12.4關門限位12.5紅外傳感器12. 6五、流程圖上電I J MJ庶化電梯運行的流程圖根據(jù)電梯運行流程圖，大致可將軟件的設計分為以下兒個大部分：開關門 環(huán)節(jié)、樓層顯示環(huán)節(jié)、轎內(nèi)呼叫信號的登記及消除環(huán)節(jié)、廳外呼叫信號的登記 及消除環(huán)節(jié)、定向環(huán)節(jié)、啟動環(huán)節(jié)、制動環(huán)節(jié)。3.1開關轎廂門程序轎廂門開可分為以下兒種情況：（1）電梯在一層平層，有一層外呼上指示或一層內(nèi)呼指示。（2）電梯在二層平層，有二層外呼下指示（電梯選項向下）, 示（電梯選項向上）或二層內(nèi)呼指示。（3）電梯在三層平層，有三層外呼下指示（

23、電梯選項向下）, 示（電梯選項向上）或三層內(nèi)呼指示。（4）電梯在四層平層，有四層外呼下指示（電梯選項向下）, 示（電梯選項向上）或四層內(nèi)呼指示。（5）電梯在五層平層，有五層外呼下指示或五層內(nèi)呼指示。二層外呼上指三層外呼上指四層外呼上指（6）電梯在平層時按下開門按鈕。四層外呼下指示四層下五層外呼下指示五層平層開門按鈕電梯濟廂上行電梯排廂下行圖3.1轎箱門開門電機開這個輸出被置位后，當它符合一定條件時，就應取消它的置位, 使其停止開門動作。這些條件應為：（1）按下關門按鈕，并且同時開門按鈕沒有按下。（2）輸出信號門電機關置位，且開門按鈕沒有按下（3）達到開門限位，自動停止開門動作。門電機開門Y R

24、）1所繪制的梯形圖如下： 關門按鈕開門按鈕I III / F門;機門開門限位圖3. 2轎箱門開復位開門動作結束后將是3秒鐘的延時，然后電梯會自動關門，達到關門限位 后，關門動作自動結束。同樣，按下關門按鈕，電梯也將關門，開門按鈕被 按下，或有門電機開信號輸出，則關門動作取消。所繪制的梯形圖如下：開門限位T331 |pNTON300-1 PT10 msT33門電機關門I I1C ）關門按鈕T門電機開門門電機關門I 11O）1開門按鈕I I關門限位|I I1圖3. 3轎箱門關及其復位3.2 自動選向程序本程序的自動選項功能主要由電梯的上行條件和下行條件兩部分組成， 其中，電梯滿足以下條件時上行：（

25、1）電梯在四層，且有四層外呼上指示，五層外呼下指示，五層內(nèi)呼指示。（2）電梯在三層，且有三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指 示，五層外呼下指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示。（3）電梯在二層，且有二層外呼上指示，三層外呼下指示，三層外呼上指 示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，三層內(nèi)呼 指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示。（4）電梯在一層時，無論什么情況均上行；同理，電梯在第五層時無論什 么情況均不上行。滿足以上條件同時不滿足電梯下行條件時，電梯上行，繪制梯形圖如下：圖3.4電梯轎箱上行電梯下行:同樣，當滿足以下條件，且不滿足電梯上行條件時,（1）電梯在四層，且有四層外呼

26、下指示，三層外呼上指示，三層外呼下指 示，二層外呼上指示，二層外呼下指示，一層外呼上指示，三層內(nèi)呼 指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示。（2）電梯在三層，且有三層外呼下指示，二層外呼上指示，二層外呼下指 示，一層外呼上指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示。（3）電梯在二層，且有二層外呼下指示，一層外呼上指示，一層內(nèi)呼指示。（4）電梯在五層時，無論什么情況均滿足下行條件，同理，電梯在一層時, 無論如何均不會下行。繪制梯形圖如下所示：四層外呼下指示四層平層電貨轎廂上行 電梯轎廂下行（）二屆外際下幅系 二層平孱22 / 23圖3. 5電梯轎箱下行3.3 轎廂內(nèi)呼和樓層外呼指示程序轎廂內(nèi)呼較為簡單，當按下內(nèi)

27、呼按鈕，內(nèi)呼指示即置位，達到指定樓層后, 電梯門打開，內(nèi)呼指示取消置位。以第一層為例，梯形圖如下所示：I 一層內(nèi)呼一層內(nèi)呼指示卜 I()一層平層門電機開門一層內(nèi)呼指示I1 I(圖3. 6 一層內(nèi)呼指示置位及復位樓層外呼指示程序則比較復雜，按下外呼按鈕，則對應的外呼指示置位， 在取消置位時，一層和五層因為只有一種運動方向，因此直接平層后門電機打 開就能取消置位。以一層為例，作梯形圖如下所示：而二、三、四層則不同，因為這三層均有兩種運動方向，只有電梯運動方向及外呼運動方向相同時，才能取消置位。以二層外呼為例，梯形圖如下所示：二層外呼上二層外呼上指示I I()二層上二層平層門電機開門 二層外呼上指示I I1 I1 I(O1二層外呼下二層外呼下指示T IC )二層下二層平層門電機開門 二層外呼下指示I I1 I1 IO)fl1圖3. 8二層外呼指示置位及復位其中“二層上”、“二層下”條件的梯形圖如下所示：電梯新廂下行 一層內(nèi)呼指示 一層外呼上指示 二層外呼下指示