1、 电气与自动化工程学院PLC 控制技术 课程自主研究型学习技术报告项目名称： 学生姓名： 学号： 项目序号： 专业： 提交时间： 2016.5.9 指导老师： 单长考 PLC 控制技术期中测验研究型学习大作业任务书五层（或六层）电梯的 PLC 控制系统研究电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。目前电梯控制主要由 PLC（可编程逻辑控制器）实现，现代的电梯控制除了需要满足基本的载客运货功能，还需要在保证安全的前提下，自动地、智能地制定最优的响应
2、策略、运行速度等。一、被控对象描述1. 对象模型对象模型分为电梯模型与用户行为模型两项。电梯三维模型主要包括：电梯整体（包括轿厢、电机、限位开关、急停按钮、重启按钮等等） 、各个楼层按钮（上行按钮、下行按钮、指示灯等等） 、电梯内部设备（轿厢开门按钮、轿厢关门按钮、指示灯等）等。电梯模型采用多层结构，其外形及示意图如下所示：654321轿 厢轿 厢引 导 轮曳 引 电 动 机轿 厢 关 门 到 位轿 厢 门 驱 动 电 机轿 厢 开 门 到 位上 端 站 第 二 限 位上 端 站 第 一 限 位下 端 站 第 一 限 位下 端 站 第 二 限 位上 平 层 传 感 器下 平 层 传 感 器电梯
3、模型中各 IO 参数均可与 PLC 通过现场总线相连，实施自动控制。用户行为模型指软件系统将模拟各楼层出现的用户数量（按一定概率模型）以及每位用户对电梯的操作行为，如每一名用户按下期望到达的目标楼层按钮。用户行为模型可以模拟现实情况下大量用户使用电梯时的具体用例，从而观察PLC 所控制的电梯的行为是否符合要求。2. 设计参数（以六层电梯为例）名称 设计参数 名称 设计参数客梯数量 1N 个 客梯层数 6 层载重 1000kg 定员 13 人3. 输入输出数据（1）发往控制器的数字量信号分类 变量说明数量1-6 层站轿内指令登记按钮 61-5 层站上行呼叫按钮 5呼梯信号2-6 层站下行呼叫按钮
4、 5轿厢内开门按钮 1轿厢内关门按钮 1开门到位 1关门到位 1红外光幕信号 1超重感应器 1轿门锁开关 11-6 层站门锁开关 6上平层传感器 1下平层传感器 1上端站强迫换速开关（第一限位）1下端站强迫换速开关 1上端站越位控制开关（第二限位）1下端站越位控制开关 1控制信号检修开关 1合计36（2）控制器输出的数字量信号分类 变量说明数量1-6 层站轿内指令登记灯 61-5 层站上行呼叫按钮登记灯5内选、外召唤指示信号2-6 层站上行呼叫按钮登记灯5七段数码管输出信号 7上行指示信号 1层楼信号显示下行指示信号 1曳引电机启动信号 1上行方向接触器 1下行方向接触器 1开门继电器 1关门
5、继电器 1电梯高速运行 1电梯低速运行 1一级制动减速接触器 1二级制动减速接触器 1三级制动减速接触器 1故障指示灯 1轿内照明 1控制信号风扇 1合计38二、控制任务1. 单部电梯基本功能根据不同楼层客户需求，即时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位，层门联锁保护等，并根据不同的需求实现合理的响应。具体地，应包含但不限于如下功能：1） 集选控制集选控制是指在信号控制的基础上把召唤信号集合起来进行有选择的应答。电梯在运行过程中可以应答同一方向所有层站呼梯信号和操纵箱上的选层按钮信号，并自动在这些信号指定的层站平层停靠。电梯运行响应完所有呼梯信号和指令信号后，停在最后一次运行的目
6、标层待命。2） 开关门控制电梯未起动且门已关上或正在关闭时，如果本层召唤按钮被按下，轿门自动打开。如果按住按钮不放，门保持打开。自动状态下，在保持开门的状态时，可以按关门按钮使门立即响应关门动作。电梯停在门区时，可以在轿厢中按开门按钮使电梯已经关闭或尚未关闭的门重新打开。3） 错误指令消除当电梯到达最远层站将要反向时，原来所有后方登记的指令全部消除。连按 2 次错误指令的按钮，该等级的信号就被取消。4） 开门延时/关门保护无司机运行时，电梯到站自动开门后，延时若干时间自动关门。在关门过程中，当安装在轿厢门口的光电信号或机械保护装置探测到有人或物体在此区域时，立即重新开门。5） 待载休眠电梯无指
7、令时或外登记超过一段时间后（此时间可通过参数调整） ，轿厢内照明、风扇自动断电。但在接到指令或召唤信号后，又会自动重新上电投入使用。2. 单部电梯运行（异常）状态监测在电梯整个运行过程中，监测状态参数以及各种反馈信号等，确保电梯稳定运行。在故障情况下，制定相应的安全策略。具体地，应包含但不限于如下功能：1） 超载保护轿厢载荷超过设定值时，电梯不响应沿途的层站召唤，按登记的轿内指令行使。电梯超载时，轿内发出音频或视频信号，并保持开门状态，不允许起动。2） 终端越程保护电梯的上下终端都装有终端减速开关、终端限位开关，以保证电梯不会越程。3） 开关门保护如果电梯持续关门一段时间（该时间可设定）后，尚
8、未使门锁闭合，电梯就会转换成开门状态。如果电梯在持续开门一段时间（时间可调整）后，尚未收到开门限位信号，电梯就会变成关门状态，并在门关闭后，响应下一个召唤和指令。4） 运行保护为安全起见，在门区外，系统设定不能开门。在非检修状态，电梯运行过程中，如果连续运行了运行时间限制器规定的时间后，其中没有平层开关动作过，系统就认为检测到钢丝绳打滑故障，所以就停止轿厢的一切运行，直到断电复位或转到检修状态时，才能恢复正常运行。3. 集群电梯的群控实现（本次作业为选做）针对多部多层电梯实施联合控制，满足常见不同应用场合下集群电梯的控制策略切换。电梯具体的动作行为需参赛队伍根据竞赛时所提出的应用目标进行灵活调
9、整。三、作业要求本次作业是来源于 Siemenscup 赛题，作业以一个虚拟的控制工程项目为背景展开。任课教师作为甲方发布控制工程招标需求，学生 2 人一个团队队伍以乙方身份，根据甲方提出的控制任务，进行工程技术方案设计，并以甲方工程承包商的身份进入现场实施控制工程项目。作业综合训练、考察学生团队系统分析能力、系统设计能力以及系统实施能力。学生团队在理解被控对象的基础上，完成：1. 工程方案设计（作业重点要求）工程方案设计主要内容包括：（1）系统分析，包括甲方需求分析、对象特性分析、安全分析等；（2）控制系统设计，包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择及理由（3）控制系统选型，包括 PLC、
10、IO 卡件、通讯网络的选择，并表达出各单元之间的信号连接；（4）控制方案经济效益分析。一、运输带控制系统的设计1.1 整体方案1、进行 PLC 的 I/O 地址分配，并画出运输带控制系统的 PLC 控制系统的接线图。2、设计由 PLC 控制的传输带梯形图程序。3、输入自编程序，上机调试、运行直至符合动作要求。4、综合输入输出点的计算以及要实现的电梯控制功能，使用西门子 s7-300PLC，这样就能完全能够满足设计要求。PLC S7-300 是模块化的中小型 PLC，适用于中等性能的控制要求，有很高的的电磁兼容性和抗震动抗冲击能力。高集成度的设计、低廉的成本使得 s7-300 成为各种小型控制任
11、务理想的解决方案，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。并且，西门子 s7-200PLC 具有：极高的可靠性、丰富的指令集、极快的浮点运算速度、丰富的扩展模块、强大的内部集成功能等几个方面的出色表现。5、根据控制要求得波形图如下：1.2 I/0 地址分配1.3 I/O 接线图1.4 流程图M 0 . 0M 0 . 1I 0 . 0M 2M 0 . 2M 0 . 3M 0 . 4T 1T 2M 0 . 5M 0 . 6T 3I 0 . 2T 4T 6M 0 . 7T 5T 1 ( 3 s )M 2 T 2 ( 3 s )I 0 . 2M 1M 1 T 3 ( 2 s )M 0M
12、1 T 4 ( 3 s )M 0M 2 T 5 ( 3 s )M 1M 2 T 6 ( 3 s )M 2M 0 LM 1M 2M 2I 0 . 2I 0 . 21.5 梯形图程序1.6 调试步骤与结果1、按动启动按钮 SB1，M2 转动，过 3 秒后，M1 转动，过 3 秒后，M0 转动，再过 2秒后，料门 L 打开，出料。料经输送带 M0,M1，M2 送到卸料处。2、按下停止按钮 SB2，料门 L1 关闭，停止送料，过 3 秒后，输送带 M0 停止转动，再过 3 秒后，输送带 M1 停止转动，再过 3 秒后，输送带 M2 停止转动。3、如果在启动过程中按动停止按钮 SB2，若仅 M2 启动，
13、则 M2 停止；若 M2、M1 启动，则先停 M1，后停 M2；若 M2、M1、M0 启动，则先停 M1，再停 M0，最后停 M2。二、基础实训项目二：模拟量采集与数据处理的综合应用2.1 整体方案1、在 OB35 中编写定时器中断服务程序，在定时器中断中采集电位器上的电压（05V）,采集的地址为 IW272。2、计算出温度，根据计算公式 T=100N/27648 完成 D/A 转换程序，将采集到数据量转换成实际的温度值（即温度值） ，把采集到的数据量放到共享数据块 DB2 中。3、计算开度，根据计算公式 K=13824N/100 完成 A/D 转换程序，将电压值转换成开度值，并存到 DB2
14、中，输出地址为 QW272。4、编写程序将转换成的实际电压值变成数据量5、PLC 处理模拟量的一般方法在 PLC 组成的自动控制系统中, 对物理量(如温度、压力、速度、振动等)的采集是利用传感器( 或变送器)，将过程控制中的物理信号转换成模拟信号后 ,通过 PLC 提供的专用模块,将模拟信号再转换成 PLC 可以接受的数字信号, 然后输入到 PLC 中。由于 PLC 保存数据时多采用 BCD 码的形式, 所以经过 A/D 专用模块的转换后,输入到 PLC 的数据存储单元的数据应该是一个 BCD 码。6、编程方法：语句表7、WINCC 与 PLC 的连接时通过（TCP/IP 协议），定义温度值，
15、通过 TCP/IP 读取DB2 中的数据。定义开度 K，由 WINCC 输入，放入 DB2.DBW4 中。电位器电压先通过A/D 转换成数字量 N，在通过 N 来得到 T，如图 3.1 所示。温度 / 开度P L CT C P / I P2.2 I/O 接线图 AVAV3082130824130864230814308149L12L3NPELNPE1+2LNLN1L+2MM1L+21L+2L+2MMM12+-10k-CH0CH0AIAO2.3 流程图开始定时器中断采集电位器模拟电压存入模拟量地址P I W 2 7 2C U P 处理转化函数存放至 D B 2 . D B D 0W I N C
16、C 显示温度值W I N C C 输入开度百分比传递给 D B 2 . D B D 4C P U 处理转化函数存放至 P Q W 2 7 2数字电压表显示输出模拟量2.4 I/O 分配输 入 设 备 输 出 设 备序 号 名 称 代 号 地 址 序 号 名 称 代 号 地 址1 开关 S1 I0.0 1 电压表 M1 或 M2 QW2882 电位器 10K IW288 23 32.5 语句表2.6 调试步骤调试 WINCC 前先要建立以太网的连接，定义数据类型，并使输入输出对应相应的变量。下载程序后进入周期为 1s 的定时器中断，电位器输入电压时，开始采集 PIW288 输入的数字量，存放到共
17、享数据块 DB2 中，通过语句表计算后在 WINCC 上显示模拟量。在WINCC 上输入开度，也是存放在 DB 块中，通过模数转换从 PQW288 输出。2.7 调试结果输 入 输 出电压 PIW 288 温度值 执行器开度 PQW 288 电压V0V 0 0 0 0 02V 5632 20.37037 20% 2816 1.035V 14080 50.463 50% 7040 2.5210V 100% 14080 5三综合型自主实训项目：五层电梯控制系统的设计3.1 控制要求电梯由安装在各楼层厅门口的呼叫按钮进行操纵，其操纵内容为呼叫电梯、运行方向和停靠楼层。电梯上、下由一台三相异步电动机驱
18、动，电动机正反转由变频器控制；电动机正转，驱动电梯上升；电动机反转，驱动电梯下降。整个控制由选层按钮，层楼指示数码管、层楼行程开关、召唤按钮等构成。控制要求如下：电梯启动后，首先在一层，有呼叫则电梯上升，上升过程只响应大于等于当前楼层的选层信号和召唤信号，且记忆其他信号，并到达所选楼层或上升到召唤楼层后停止，且消除该楼层的层选信号或召唤信号。此后若无其他楼层层选或召唤信号（含记忆信号） ，则停于此楼层，若有则继续运行。到达五楼后，有其他楼层的层选或召唤信号则电梯下降，下降过程只响应小于等于当前楼层的选层信号和召唤信号，且记忆其他信号，并到达所选楼层或下降到召唤楼层后停止，且消除该楼层的层选信号
19、或召唤信号。此后若无其他楼层的层选或召唤信号（含记忆信号） ，则停于此楼层，若有则继续运行。到达一楼后又重新开始上述循环。每到一层，电梯停留 3S。3.2 总体设计方案1）设计方案的比较.用单片机实现该方案时有以下缺点和不足： 单片机实现该方案所需要的外围电路多，工作量相当于 PLC 较大； 它的可靠性以及抗干扰性也显然不如 PLC； 它的中断优先级不明确，相对于 PLC 而言用起来较复杂； 它的配套设施和功能没有可编程控制器 PLC 完善。 .用可编程控制器 PLC 优势是很明显的 可靠性高，抗干扰能力强 ； 配套齐全，功能完善，适用性强 ； 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 ；
20、 体积小，重量轻，能耗低 。 综上所述，我选择用 PLC 控制器设计五层电梯。2）PLC 设备的选型及依据选择的是西门子的 S7-300/400 系列的 PLC，对 S7-300/400 做出简要的说明：SIMATIC S7-300/400 系列 PLC 是基于模块化设计的中型和大型 PLC，具有各种性能的 PLC、信号模块、功能模块和通信模块，适用于中高等性能要求的控制人物。本设计有 24 个输入和 24 个输出，S7-300/400 正好满足此要求。3） 设计思路整个电梯的设计分为呼叫信号记忆、楼层显示、轿箱开关门、加减速停靠、呼叫方向判断几个部分。呼叫信号记忆采用自锁的方式实现，并在其中
21、串入各楼层停靠完成信号的常闭，在到达各层时将对应呼叫信号解除。楼层显示采用数码管，利用 I_BCD 将各楼层号转换为 BCD 码，当每层定位传感器有效时对该层楼层号进行转换后输出，在到达下层前保持当前显示。轿箱开关门是在对应呼叫楼层停靠完成后，电梯开门等待人员进入在延时几秒后或者箱内按下关门按钮后电梯关门，当门完全关闭后接着响应下一个呼叫。加减速停靠是在当有呼叫信号电梯高速运行，当感测到被呼叫的楼层定位传感器第一次时电梯切换到低速，第二次信号到来时停靠。呼叫方向判断是用 5 个寄存器表示各层到位状态信号，然后统计在各个楼层时电梯上升的所有呼叫条件并配合各层到位状态信号得到各楼层上升方向信号，依
22、次列出电梯在 1到 4 层时电梯上升方向信号最终输出总的上升方向状态，下降方向判断方向相同。然后将上升与下降方向信号分别互锁。3.3.硬件电路设计1）I/O 分配表名称输入/输出I/O地址TO传感器 继电器 电磁阀 含义I0.0 B1 一层定位传感器I0.1 B2 二层定位传感器I0.2 B3 三层定位传感器I0.3 B4 四层定位传感器I0.4 B5 五层定位传感器I0.5 S1 一层上呼按钮五层电梯实训装置输入I0.6S2 二层上呼按钮I0.7 S3 二层下呼按钮I1.0 S4 三层上呼按钮I1.1 S5 三层下呼按钮I1.2 S6 四层上呼按钮I1.3 S7 四层下呼按钮I1.4 S8
23、五层下呼按钮I1.5 S9 轿箱开门按钮I1.6 S10 轿箱关门按钮I2.0 S12 轿箱呼叫一层按钮I2.1 S13 轿箱呼叫二层按钮I2.2 S14 轿箱呼叫三层按钮I2.3 S15 轿箱呼叫四层按钮I2.4 S16 轿箱呼叫五层按钮I2.5 S17 开始按钮I2.6 S18 复位按钮I2.7 S19 检修按钮Q0.0 BCD 码输出 1Q0.1 BCD 码输出 2Q0.2 BCD 码输出 4Q0.3 L1 一层上呼指示灯Q0.4 L2 二层上呼指示灯Q0.5 L3 二层下呼指示灯Q0.6 L4 三层上呼指示灯Q0.7 L5 三层下呼指示灯Q1.0 L6 四层上呼指示灯Q1.1 L7 四
24、层下呼指示灯Q1.2 L8 五层下呼指示灯输出Q1.3L9轿箱一层呼叫指示灯Q1.4 L10轿箱二层呼叫指示灯Q1.5 L11轿箱三层呼叫指示灯Q1.6 L12轿箱四层呼叫指示灯Q1.7 L13轿箱五层呼叫指示灯Q2.0 轿箱开门Q2.1 轿箱关门Q2.4 电梯正转Q2.5 电梯反转Q2.6 低速运行Q2.7 高速运行2）PLC 硬件接线图3）流程图图 2：OB1 程序流程图图 3：FC1 程序流程图图 4：FC2 程序流程图开始一层呼叫一层指示灯亮是二层呼叫三层呼叫四层呼叫五层呼叫二层指示灯亮三层指示灯亮四层指示灯亮五层指示灯亮是是是是否否否否否图 5：FC3 程序流程图图 6：FC4 程序流程图3.4 程序1）OB1 主程序：2）FC1 呼叫信号记忆：
