1、I学号 1350803203电气控制与 PLC课 程 设 计（ 2013 级本科）题 目： 三层电梯自动控制系统设计 系（部）院： 物理与机 电 工 程 学 院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 陈泽江 指导教师： 单乐 职称： 助教 完成日期： 2016 年 7 月 4 日II三层电梯模拟控制一、设计目的1. 设计 PLC 控制的三层电梯模拟控制系统；2. 掌握 PLC 的编程软件及有关指令的使用方法；3. 掌握 PLC 下位机与上位机通讯、软件调试的方法；4. 培养学生逻辑思维能力、分析问题与解决问题能力。二、硬件系统设计1. 硬件系统组成硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-20
2、0PLC 控制器(下位机、数字量输入/输出点为 24 入/16 出)和三层电梯模拟被控对象等组成，编程计算机(RS232 通讯口)和S7-200PLC 控制器(RS485 通讯口)之间通讯采用 PPI 通讯模块。三层电梯模拟被控对象结构示意图如下所示。2. 定义 I/O 口地址分配表输 入 信 号 输 出 信 号信号元件及作用 PLC 输入口地址 信号元件及作用 PLC 输出口地址启动/停止带锁按钮 一层内选记忆灯 L1一层内选按钮 K1 二层内选记忆灯 L2二层内选按钮 K2 三层内选记忆灯 L3三层内选按钮 K3 一层外呼向上灯 UP1一层平层检测 KL1 二层外呼向上灯 UP2启/停II
3、I二层平层检测 KL2 二层外呼向下灯 DL2三层平层检测 KL3 三层外呼向下灯 DL3一层外选向上按钮 U1 上行指示灯二层外选向上按钮 U2 下行指示灯二层外选向下按钮 D2 一层楼层指示灯 SL1三层外选向下按钮 D3 二层楼层指示灯 SL2三层楼层指示灯 SL3接 0V DC 1M 接 24V DC 1L、2L、3L3. 设计出硬件系统接线图三、控制内容及程序设计(一) 顺序呼叫控制内容1. 设计要求(1) 电梯初始位置在一层；(2) 电梯到达某一层，按下平层检测传感器，层显灯亮，同时层选灯灭；(3) 电梯离开某一层，按下平层检测传感器，层显灯灭；(4) 电梯运行方向用上、下行指示灯
4、标记，电梯上行时，上行指示灯亮；电梯下行时，下行指示灯亮。2. 设计内容(1) 按下启动按钮，电梯开始工作；(2) 电梯初始位置在一层，每按外选上呼和下呼按钮，对应层选指示灯、方向指示灯、层显与层检测传感器工作，实现其顺序控制功能；(3) 电梯在一层，内选都有呼叫并运行，对应层选指示灯、方向指示灯、层显与层检测传感器工作，实现其控制功能。(二) 随机呼叫控制内容1. 设计要求(1) 电梯初始位置在一层；(2) 电梯到达某一层，按下平层检测传感器，层显灯亮，同时层选灯灭；(3) 电梯离开某一层，按下平层检测传感器，层显灯灭；(4) 电梯运行方向用上、下行指示灯标记，电梯上行时，上行指示灯亮；电梯
5、下行时，下行指示灯亮；(5) 设计程序时应以该层为基准，来判断下一步如何动作与控制；(6) 电梯运行在层中间不能停止；(7) 遵循“顺向优先，内选优先、最远距离优先响应”的设计原则。IV2. 设计内容(1) 按下启动按钮，电梯开始工作；(2) 电梯在一层，内、外层选按钮都有呼叫，对应层指示灯亮；对应电梯运行方向指示灯亮，实现其控制功能；(3) 电梯在二层，内、外层选按钮都有呼叫，对应层指示灯亮；对应电梯运行方向指示灯亮，实现其控制功能；(4) 电梯在三层，内、外层选按钮都有呼叫，对应层指示灯亮；对应电梯运行方向指示灯亮，实现其控制功能；(5) 按下停止按钮，电梯停止工作。四、预习报告设计要求1
6、. 实验前，根据控制内容设计出系统的接线图、程序流程图、时序图；2. 设计出控制程序，并创新出一个以上的彩灯循环(1)控制功能。五、系统调试及问题分析1. 实验中，先把事先设计好的控制程序输入编程计算机，编译无错误后(只说明编程语法无错误)下载到 PLC 的 CPU 中。2. PLC 控制器控制彩灯循环(1)运行，如果控制功能不满足要求，再进行控制程序调试(可在监控状态下)，反复修改控制程序直到满足控制功能为止。3. 在调试中所遇到的问题，要运用所学的理论知识或实践经验独立解决，逐步提高分析问题及解决问题的能力。六、设计报告要求1. 实验结束后，要书写出设计报告，报告中要求有系统接线图、状态时
7、序图、程序流程图、带有功能注释的控制程序等；2. 报告中必须有调试过程中遇到的问题及解决方法；收获、体会及建议。V河 西 学 院 本 科 生 课 程 设 计 诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的课程设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：二 O 年 月 日VI摘 要现 如 今 ， 电 梯 已 经 是 城 市 的 一 个 标 志 性 建 设 ， 代 替 了
8、 以 前 的 楼 梯 。 本 设 计 三 层 电 梯 为对 象 ， 利 用 西 门 子 S7-200 PLC 作 为 控 制 器 ， 对 其 控 制 系 统 做 了 硬 件 设 计 和 软 件 设 计 。 硬 件部 分 设 计 了 控 制 面 板 、 控 制 系 统 、CPU 的 选 型 及 硬 件 接 线 图 ， 其 中 控 制 系 统 包 括 启 动 系 统 、判 断 系 统 、 选 择 系 统 ； 软 件 部 分 设 计 了 软 件 流 程 图 ， 编 写 了 梯 形 图 并 且 通 过STEP 7-MicroWIN编 程 软 件 及 S7-200 仿 真 软 件 对 其 进 行 了 仿
9、 真 调 试 ， 程 序 运 行 正 确 ， 实 现 了 电 梯 的 自 动 控 制要 求 。VIIabstract Nowadays, the elevator is a landmark of the city construction, instead of the stairs before. This design three layers of elevator as an object, using the Siemens S7-200 PLC as the controller, the control system hardware design and software d
10、esign. Hardware design of the control panel, control system, selection of CPU and hardware wiring diagram and control system including startup system, judgment system, select system; Software part design flow chart of the software, write the ladder diagram and programmed with STEP 7 - MicroWIN softw
11、are and simulation software on the S7-200 simulation debugging, program runs correctly, realize the automatic control requirements of the lift.1目录一、设计的目的及意义 6二、方案选择 72.1 电梯继电器控制系统的特点 72.1.1 电梯继电器控制系统的优点 .72.1.2 电梯继电器控制系统的缺点 .72.2 PLC 控制电梯的特点 .72.2.1 PLC 控制电梯的优点 .7三、PLC 控制系统硬件设计 .93.1 三层电梯主电路 .93.1.1
12、 三层电梯曳引电机及门电机电路图 .93.2 I/o 点数的分配 .93.2.1 I/O 点数的估算 .93.2.2 输入/输出的分配如下 .113.3 系统结构框图 .12四、系统软件设计 134.1 三层电梯梯形图 134.1.1 电梯的平层信号处理： 13附录 22总结 25参考文献 262一、设计的目的及意义在现代社会和经济活动中，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制，其许多功能是传统的继电器控
13、制系统无法实现的。3二、方案选择2.1 电梯继电器控制系统的特点2.1.1 电梯继电器控制系统的优点(1) 所有控制功能及信号处理均有硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 (2) 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 (3) 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。 (4) 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。 2.1.2 电梯继电器控制系统的缺点(1) 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。 (2) 普通控制电器及硬件接线
14、方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。 (3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。 (4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 (5) 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大。费用高；而且检查故障困难，费时费工。 总之，电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘客人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。所以目前电梯的继电器控制已经很少使用了。2.2 PLC 控制电梯的特点2.2.1 PLC 控制电梯的优点随着社会的不断发展
15、，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC 在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于 PLC 具4有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与 PLC 很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗
16、干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。通过以上对比，最终选择利用西门子公司可编程控制器（PLC）对三层电梯进行控制，形成电梯控制系统。5三、PLC 控制系统硬件设计3.1 三层电梯主电路3.1.1 三层电梯曳引电机及门电机电路图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。图中M1，M2 为曳引电机和门电机，交流接触器 KM1KM4 通过
17、控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2 为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1 为熔断器，起过电流保护作用。3.2 I/o 点数的分配3.2.1 I/O 点数的估算采用 PLC 构成三层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮 SB7 和指示灯 HL6，二层有上升呼叫按钮 SB8 和指示灯 HL7 以及下降呼叫按钮 SB9 和指示灯 HL8，三层下降呼叫按钮 SB10 和指示灯 HL9，电梯内有一至三层呼叫按钮SB1SB3 和指示灯 HL3HL5；电梯开门和关门按钮
18、SB11 和 SB12，电梯开门和6关门分别通过电磁铁 KM3 和 KM4 控制，轿厢上行和下行由接触器 KM1 和 KM2 控制，并有上行记忆(HL1)和下行记忆(HL2)两路指示灯。综上所述，输入点共有 15 个，输出点共有 12 个。可编程控制器 S7200 的 CPU226 输入，输出点数为 2416。足以满足要求F U2 2 0 vS B 1S B 2S B 3S B 4S B5S B 6S B 7S B 8S B 9S B 1 01 M1 L2 L3 L电 梯 内 一 层 按 钮电 梯 内 三 层 按 钮电 梯 内 二 层 按 钮一 楼 内 呼 按 钮三 楼 内 呼 按 钮二 楼
19、内 呼 按 钮一 楼 上 行手 动 关 门手 动 开 门三 楼 下 行二 楼 下 行二 楼 上 行2 4 vK M 1K M 2K M 3K M 4上 行 记 忆下 行 记 忆电 机 正 转电 机 反 转一 楼 内 呼 指 示三 楼 内 呼 指 示二 楼 内 呼 指 示二 楼 下 行 指 示二 楼 上 行 指 示一 楼 上 行 指 示电 梯 关 门 电 磁 铁电 梯 开 门 电 磁 铁三 楼 下 行 指 示S B1 1S B1 26H L7H L8H L9H L3H L4H L5H L1H L2H L2 MI 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I
20、1 . 0I 1 . 1I 1 . 2I 1 . 3I 2 . 0I 2 . 1Q 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 6Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2Q 1 . 3Q 1 . 4Q 1 . 5S7-200CPU2267PLC 外部接线图3.2.2 输入/输出的分配如下该系统占用 PLC 的 27 个 I/O 口，15 个输入点，12 个输出点，具体的 I/O分配如下图所示：83.3 系统结构框图电梯在一楼电梯在二楼电梯在三楼2 . 3 楼有信号停止电梯上升一楼有信号 电梯下降三楼有信号 电梯上升停止1 . 2 楼有信号 电梯
21、下降停止Y E SY E S Y E SN ON OY E S Y E SN OY E SN ON OY E S电梯上升下降流程图9四、系统软件设计4.1 三层电梯梯形图4.1.1 电梯的平层信号处理：104.1.2 厅外召唤信号登记及消除：114.1.3 内信号召唤登记及消除，一楼为基站，两分钟内无操作，电梯自动返回一楼。124.1.4 选择楼层信号轿厢上行13轿厢下行144.1.5 内指令外召唤信号的保持，用于在有需要的楼层停车，并自动或手动的执行关门操作：15164.1.6 各楼层停车信号4.1.7 手动及自动开关门171819附录注：响应顺序为按钮按下的先后电梯在一楼，三楼外呼上行可见
22、三楼外呼下行 Q0.3 线圈带电，且电梯正转线圈 Q0.2 带电且线圈上行记忆线圈 Q0.0 带电：电梯到达三楼，碰到三楼平层限位开关 I0.2，延时两秒后，电梯自动开门，门电机正转线圈 Q1.4 带电。20碰到开门限位开关后 I2.2，T38 开始计时，20 秒后门电机反转，直到碰到限位开关 I2.3，所有线圈都失电，直到有其他操作，各楼层操作均一致，下面不再详述。在三楼轿厢内，内呼二楼 I0.4，电机开始正转，Q0.3 带电21电梯在二楼内呼一楼，外呼三楼下行，电机 Q0.3,带电，可见电梯先响应一楼信号，电梯到达一楼，且开门再关门后，线圈 Q0.2 带电，电机正转，向三楼运行22总结通过
23、这次的课程设计，我知道了 PLC 控制的基本步骤和方法，明白了PLC 对于控制系统的重要性，准确的控制设计对于工农业的生产有着十分重要的意义。这次课程设计短暂但是充实，在其中我发现了自己的不足，自己知识的很多漏洞，和基础知识不扎实，课外知识知之甚少。也知道了自己以后学习的方向和目的。这次课程设计对自己意义很大，自己从中获得很多东西。对于 PLC 控制技术的学习，我们先熟悉手中课本相关的内容，因为教材里的知识点是最基础的，看完教材后有了更深地了解和懂得了一些简单编程，接下来我再去图书馆借相关的书籍进行借鉴和参考，当要用什么功能时，就在书上翻看相应部分的内容。 对于电 PLC 控制的相关知识，我重
24、新翻看好几遍教材，特别是第五.六章程序的了解。每一次课程设计都会学到不少东西，这次当然也不例外。不但对 PLC 控制技术的知识巩固了，也加强了编程和仿真软件的使用和学习，这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在自己和同学相互协助下，终于迎刃而解了。23参考文献1 张晓峰，张静.电气与 PLC 控制技术及应用.高等教育出版社.2王海李洪奎刘晓 PLC 的多轴控制研究J. 机械工程学报 2008, 6(4):470-472.3王海涌张为玮,王卫. 多轴运动控制器在转台控制系统中的应用J.电用,2010, (3): 97-99. 4杨东, 黄永红, 张新华, 吉敬华. 用 PLC 基本指令实现自动运动定位控制的 研究J. 微计算机信息, 2010, 26(2-1): 62-64.
