兩層貨運電梯控制系統(tǒng)PLC課程設計

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1、菏澤學院 Heze University 課程設計 題　 目 兩層貨運電梯控制系統(tǒng) 姓　 名 袁碩 學號 2015174084 院 系 蔣震機電工程學院 ?！　I(yè) 自動化（本） 指導教師 楊慧剛 職稱 助教

2、 年 月 日 菏澤學院教務處制  PLC課程設計任務書及成績評定 專業(yè) 自動化 設計題目 兩層貨運電梯控制系統(tǒng) 學生姓名 袁碩 學 號 2015174084 指導教師 楊慧剛 指導教師職稱 助教 1. 設計的主要內(nèi)容（技術(shù)指標）與要求： 本文主要介紹運用PLC所控制的兩層貨運電梯控制系統(tǒng)，以及相關(guān)程序

3、和硬件的設計。 主要內(nèi)容包括： 1. 兩層貨運電梯控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理； 2. 兩層貨運電梯控制系統(tǒng)的PLC機型選擇、I/O分配以及外部接線圖； 3. 兩層貨運電梯控制系統(tǒng)的控制流程及相關(guān)程序的設計。 2.進度安排： 第一、二天：查閱相關(guān)文獻 第三、四天： 確立多個方案，選擇最優(yōu)方案 第五、六天：針對方案進行硬件電路設計并調(diào)試 第七、八天：針對方案進行軟件設計并調(diào)試 第九、十天：總結(jié)報告，寫論文 成績評定 設計成績 ：

4、 指導老師： （簽字） 年 月 日  目 錄 摘 要 1 關(guān)鍵詞 1 Abstract 1 Key words 1 1緒論 2 1.1 概述 3 1.2 設計題目應用背景和意義 3 1.3 課程設計目的 3 1.4 電梯的工作原理 3 1.5 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 4 2 硬件設計 5 2.1 PLC的選定與基本結(jié)構(gòu) 5 2.1.1 CPU的構(gòu)成及功能 5 2.1.2 儲存器 5 2.1.3 I/O點的統(tǒng)計與CPU選型 5 2

5、.1.4 PLC的選取 5 2.1.5 PLC基本結(jié)構(gòu) 6 2.2 PLC輸入/輸出接口分配 6 2.3 電機控制部分電路 7 2.3.1 曳引電機 7 2.3.2 門電機 7 3軟件設計 9 3.1 程序過程分析 9 3.2 調(diào)試方法 9 3.3 程序流程圖 10 3.4 主程序設計梯形圖 11 4 課程設計總結(jié) 12 參考文獻 13 附錄 14 致謝 19 兩層貨運電梯控制系統(tǒng) 專業(yè)學生 袁碩 指導教師 楊慧剛 摘 要：本文在闡述電梯的結(jié)構(gòu)和可編程控制器的機構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，針對兩層電梯，采用西門子S7-200

6、（CPU224）可編程控制器，提出了電梯的PLC控制系統(tǒng)的總體方案、設計過程、組成，包括電梯的選層和定向模塊、電梯運行方向和停靠的層站的控制，自動運行和自動開關(guān)門等功能。通過對PLC編寫相應的梯形圖程序，達到電梯的不同情況的運行的控制。其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，便于理解和掌握。 關(guān)鍵詞：PLC；電梯；邏輯控制 Two layers of the elevator PLC control design Student majoring in automation Yuan Shuo Tutor Yang hui Gang Abstrac

7、t：This article on the structure of the elevator and the institutions and working principle of programmable controller, on the basis of in view of the two layers of elevator, the Siemens S7-200 CPU224) programmable controller, the overall scheme of the elevator PLC control system was put forward, the

8、 design process, composition, including the selected layer and orientation of the lift module, the control of elevator running direction and parked stop, automatic operation and automatic doors, and other functions. Write the corresponding based on PLC ladder diagram program, to the different situat

9、ion of elevator running control. Its structure is simple, easy to use, easy to understand and grasp. Key words: PLC; The elevator; Logic control 1緒論 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)濟和生活中有著廣泛的應用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已于人們的日常生活密不可分。在許多交通設備中，電梯時自動化程度最高的先進設備的一種。 以前的電梯主要是采用單片機控制，其性能等各方面都不太完善，現(xiàn)在電梯控制系統(tǒng)多

10、采用PLC，從電梯的性能、器件的靈活性及安全保障等方面都有了很大的提高。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫通信以及自身控制規(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，拖動控制則有變頻器來完成；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。有PLC控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制已成為發(fā)展定局。PLC是集計算機控制、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)為一體的新型自

11、動控制裝置。它的編程軟件采用易學易懂的梯形圖語言，控制靈活方便，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，通過對電梯控制系統(tǒng)的研究和設計，可以更加深刻的了解和認識PLC技術(shù)的核心和未來發(fā)展的方向。 PLC（Programmable Logic Controller），可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算數(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破魇且晕⑻幚砥鳛楹诵?，結(jié)合計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。

12、目前可編程控制器成為工業(yè)領(lǐng)域中最重要應用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱的首位。其應用的深度和廣度成為衡量一個國家工業(yè)自動化程度高低的標志。  1.1 概述 本文提出了一種基于西門子S7-200系列PLC的兩層電梯控制系統(tǒng)方案。本方案以西門子PLC S7-200（CPU226）作為主控核心，與輔助電路相結(jié)合，組成兩層電梯系統(tǒng)。設計包括兩個方面，一是系統(tǒng)的硬件設計，包括PLC，曳引電機和門電路；二是系統(tǒng)的軟件設計，實現(xiàn)程序?qū)ο到y(tǒng)的實現(xiàn)。電梯由安裝在每個樓層的上升和下降呼叫按鈕進行呼叫操縱，其操縱內(nèi)容為電梯運行方向，SQ4，SQ5為到位行程開關(guān)。使電梯完成上行、下行功能，并有

13、故障提示。 1.2 設計題目應用背景和意義 課程設計的主要目的是通過某一生產(chǎn)設備的電氣控制裝置的設計實踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設計過程、設計要求、應完成的工作內(nèi)容和具體設計方法。通過設計也有助于復習、鞏固以往所學的知識，達到靈活應用的目的。電氣設計必須滿足生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設計之前必須了解設備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設計工作的整體觀念。課程設計應強調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設計任務的同時，還要注意其他幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(shù)問題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；

14、工程繪圖的能力；書寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。 1.3 課程設計目的 課程設計的主要目的是通過某一生產(chǎn)設備的PLC控制裝置的設計實踐，了解一般PLC控制系統(tǒng)設計過程、設計要求、應完成的工作內(nèi)容和具體設計方法。通過設計也有助于復習、鞏固以往所學的知識，達到靈活應用的目的。PLC設計必須滿足生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設計之前必須了解設備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設計工作的整體觀念。課程設計應強調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設計任務的同時，還要注意獨立工作能力與創(chuàng)造力等方面能力的培養(yǎng)與提高。 1.4 電梯的工作原理 兩頭分別連著轎廂和對重，環(huán)繞在曳引輪和導

15、向輪上靠曳引繩與通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力是實現(xiàn)轎廂起落運動和達到運輸目的主要動力，導靴固定在轎廂上，可以沿著安裝在墻體上的固定導軌做重復起落運動，預防轎廂在運動中偏斜或擺動，常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉(zhuǎn)，在失電情況下制動，使轎廂停止運動，并在指定層站上保持其靜止狀態(tài)，讓人員和貨物出入，運載乘客或其他載荷的箱體的部件是轎廂，用來補充曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機安全運行，轎廂得以安全停靠的裝置也很重要，電氣系統(tǒng)控制電梯選層、平層、測速和照明工作，并隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置，安全裝置保證電梯運行安全。 1.5 系統(tǒng)組成總體結(jié)

16、構(gòu) 通過利用PLC控制兩層電梯的設計方案總體框圖如圖1所示 門電機 樓層運行指示燈 報警指示燈 傳感器：行程開關(guān) PLC 西門子 S7-200 電梯指令按鈕 曳引電機 圖1 設計方案總體框圖 各部分功能： （1）以PLC為主控制器，接收電梯的樓層呼叫信號與霍爾元件產(chǎn)生的樓層感應信號（即行程開關(guān)），經(jīng)程序判斷使曳引電機和門電機啟動，并通過樓層指示燈和上下行指示燈顯示電梯的行程，如有故障則故障燈亮。 （2）樓層位置感應，用霍爾元件實現(xiàn)，用

17、霍爾元件輸出的開關(guān)量表示感應到的電梯當前位置，用三個開關(guān)量SQ4，SQ5表示。當SQ4接通時，表示電梯當前位置為一樓；當SQ5接通時，表示電梯當前位置為二樓。SQ4，SQ5即行程開關(guān)。 （3）電梯指令按鈕按下，表示要到達的樓層。 （4）門電機通過正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制電梯的開門關(guān)門。 （5）曳引電機控制電梯的上升與下降。 （6）樓層指示燈顯示樓層的位置，上下行指示燈顯示轎廂的運行方向，故障報警燈是當斷電時產(chǎn)生故障顯示的裝置。  2 硬件設計 2.1 PLC的選定與基本結(jié)構(gòu) 完成所設定的控制任務所需要的PLC規(guī)模主要取決于控制系統(tǒng)對輸入輸出點的需求量和控制過程的難易程度。 2.1.1

18、 CPU的構(gòu)成及功能 與一般計算機一樣，CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC有條不紊的工作。CPU芯片的性能關(guān)系到PLC處理控制信號的能力與速度，CPU位數(shù)越高，系統(tǒng)處理信息量越大，運算速度越快。隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC所用的CPU芯片也越來越高檔。CPU在PLC中主要的任務有五個：控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲；通過I/O接口接收現(xiàn)場信號狀態(tài)或數(shù)據(jù)，存在輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器里面；診斷內(nèi)部故障和語法錯誤；傳送數(shù)據(jù)、邏輯或算術(shù)運算等；更新結(jié)果，經(jīng)輸出部件輸出控制[1]。 2.1.2 儲存器 PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器用來

19、存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在RAM內(nèi)，用戶不能直接更改。用戶存儲器包括用戶程序存儲器和功能存儲器兩部分[3]。 2.1.3 I/O點的統(tǒng)計與CPU選型 輸入、輸出 接口是PLC與外界連接的接口。輸入接口用來采集和接受兩種類型的輸入信號：一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點、接近開關(guān)、光電開關(guān)數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號[2]；另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變換器傳來得各種模擬信號。輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。 系統(tǒng)的輸入點有：樓層感應2個，開關(guān)門感應3個，指令按鈕4個，共計輸入9個。輸出點有：電梯上行

20、下行指示燈2個，開關(guān)門運行指示燈2個，共計輸出4個。總計I/O點數(shù)為9/4。 綜上所述，根據(jù)具體情況，選擇西門子S7-200系列PLC，因為CPU224的輸入/輸出點數(shù)為14/10，所以所選CPU型號為224。 2.1.4 PLC的選取 內(nèi)存估計：用戶程序所需內(nèi)存容量要受到下面幾個因素的影響：內(nèi)存利用率；開關(guān)量輸入輸出點數(shù)；模擬量輸入輸出點數(shù)；用戶的編程水平[5]。 程序編寫質(zhì)量：用戶編寫的程序優(yōu)劣對程序長短和運行時間都有較大影響。對于同樣系統(tǒng)不同用戶編寫程序可能會使程序長度和執(zhí)行時間差距很大。一般來說對初編者應為內(nèi)存多留一些余量，而有經(jīng)驗的編程者可少留一些余量。 響應時間：

21、對過程控制，掃描周期和響應時間必須認真考慮。可編程控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠地接收持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號[4]。 2.1.5 PLC基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器實際上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般控制系統(tǒng)相似，可編程控制器主要有CPU（中央處理單元）、存儲器（RAM和EPROM）、輸入/輸出模塊）簡稱I/O模塊）、編程器和電源五大部分組成[6]。 PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示 編程器 輸出電路 電源 輸入電路 用戶程序儲存區(qū) 系統(tǒng)程序儲存區(qū) 中央處理單元 （CPU） 圖2

22、 PLC基本結(jié)構(gòu)框圖 2.2 PLC輸入/輸出接口分配 設計的要求，輸入信號有：樓層感應2個，開關(guān)門感應3個，指令按鈕4個，共計輸入9個。輸出點有：電梯上行下行指示燈2個，開關(guān)門運行指示燈2個，共計輸出4個。總計I/O點數(shù)為9/4。 表1 控制信號 輸入 輸出 文字符號 說明 文字符號 說明 SB5 開門 H1 電梯內(nèi)一層按鈕指示燈 SB6 關(guān)門 H2 電梯內(nèi)二層按鈕指示燈 SB1 電梯內(nèi)一層按鈕 H11 一層上升呼叫按鈕指示燈 SB2 電梯內(nèi)二層按鈕 H22 二層下降呼叫按鈕指示燈 SB11 一層上升呼叫按鈕 K

23、M1 電動機正轉(zhuǎn) SB22 二層下降呼叫按鈕 KM2 電動機反轉(zhuǎn) SB7 檢修開關(guān) YA1 電梯開門 ST1 電梯一層到位限位 YA2 電梯關(guān)門 ST2 電梯二層到位限位 HA 電梯故障警報 ST5 電梯關(guān)門到位限位 SP 電梯載重超限檢測 FR 電動機過載保護電熱器 表2 輸入輸出分配表 輸入 輸出 輸入點編號 說明 輸出點編號 說明 I1.2. 開門 Q0.0 電梯內(nèi)一層按鈕指示燈 I1.3 關(guān)門 Q0.1 電梯內(nèi)二層按鈕指示燈 I0.0 電梯內(nèi)一層按鈕 Q0.2 一層上

24、升呼叫按鈕指示燈 I0.1 電梯內(nèi)二層按鈕 Q0.3 二層下降呼叫按鈕指示燈 I0.2 一層上升呼叫按鈕 Q0.4 電動機正轉(zhuǎn) I0.3 二層上升呼叫按鈕 Q0.5 電動機反轉(zhuǎn) I0.4 檢修開關(guān) Q0.6 電梯開門 I0.5 電梯一層到位限位 Q0.7 電梯關(guān)門 I0.6 電梯二層到位限位 Q1.0 電梯故障報警 I0.7 電梯關(guān)門到位限位 I1.0 電梯載重超限檢測 I1.1 電動機過載保護電熱器 2.3 電機控制部分電路 2.3.1 曳引電機 電梯的種類多種多樣，按拖動系統(tǒng)來分有交流單速/交流

25、雙速拖動電梯、交流調(diào)壓調(diào)速電梯等等。在此次設計中，將采用交流單速電機作為曳引電機，它的優(yōu)點是簡單，經(jīng)濟，舒適感好。 曳引電機主電路的控制過程：曳引電機正轉(zhuǎn)時，KM1閉合，電梯向上運動；曳引電機反轉(zhuǎn)時，KM2閉合，電梯向下運動。 2.3.2 門電機 門電機主電路的控制過程：當KM3觸點閉合，電機正轉(zhuǎn)，轎廂門打開；當KM4閉合，電機反轉(zhuǎn)，轎廂門關(guān)閉。 圖3 主電路 3軟件設計 軟件系統(tǒng)的整體思路為：對電梯的運行狀態(tài)控制進行分類：上行，下行，停車以及各個指示燈的控制。文中采用模塊化控制，將啟動/停止，上行，下 行，停車，指示燈，定時器以及臨時變量的存儲，分別做成對應的梯形圖網(wǎng)絡，這

26、樣做的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)清晰，可維護性強，調(diào)試簡單易行。 3.1 程序過程分析 打開電鎖，運行過程分析分為以下5種情況： （1）1樓電梯外呼叫（SB1） 按下SB1，中間繼電器KA1自鎖，此時，電梯如果在1樓，SQ4被觸碰，開門-延時-關(guān)門；電梯如果在2樓，KM2得電自鎖，直到SQ4被觸碰KM2斷電，開門-延時-關(guān)門。當進入電梯內(nèi)時，電梯自動上行，如果此時按SB3，電梯不會上行，而是等到電梯開關(guān)門好后才會運行。 （2）2樓電梯外呼叫（SB2） 按下SB2，中間繼電器KA2自鎖，此時，電梯如果在2樓，SQ5被觸碰，開門-延時-關(guān)門；電梯如果在1樓，KM1得電自鎖，直到SQ5被觸碰KM1斷

27、電，開門-延時-關(guān)門。當進入電梯內(nèi)時，電梯自動下行，如果此時按SB3，電梯不會下行，而是等到電梯開關(guān)門好后才會運行。 （3）電梯內(nèi)呼叫開門（SB3） 按下SB3后，開門-延時-關(guān)門。 （4）電梯內(nèi)呼叫關(guān)門（SB4） 按下SB4后，電梯關(guān)門運行。 （5）開門-延時-關(guān)門 KM3得電自鎖直到SQ2或極限SQ3被觸碰時斷開，SQ2或極限SQ3被觸碰時時間繼電器得電，延時閉合使KM4得電自鎖直到SQ1被觸碰時斷開。 3.2 調(diào)試方法 首先是電梯的升降調(diào)試和開關(guān)門調(diào)試。這主要是對程序中的升降問題設計和開關(guān)門設計的檢驗。假設電梯在初始時是在一樓?，F(xiàn)在我們按下二樓的內(nèi)呼按鈕看電梯

28、能否正常上升并且到達二樓后自動停止。然后是開門驅(qū)動線圈的得電開門。當門觸及限位開關(guān)時停止開門并延時四秒后關(guān)門線圈得電開始關(guān)門。當門完全管好時觸及限位開關(guān)延時三秒等待命令。在這一過程中我們還可以檢驗在這時有請求是電梯會不會相應而不顧及門是否關(guān)好。  3.3 程序流程圖 兩層電梯的順序功能流程圖如下： SM0.1 M0.0 I0.0 I0.1 Q0.0 M1.3 Q0.1 M0.1 I0.7 I1.0

29、 I0.7 I1.0 I0.7 I1.0 Q0.2 Q0.2 M1.4 M0.2 I0.5/I0.6 I0.5/I0.6 T39 T37 M1.5 M0.3 T37

30、 T39 M1.6 Q0.3 Q0.3 M0.4 I0.4 I0.4 M1.7 M0.5 I0.2 I0.2 M1.0 M2.2 T38 M2.0 Q0.0 Q0.2 M2.1 Q0.2 M0.7 Q0.1 M0.6 T40 I0.2的非 I0.2的非

31、 I0.7 I1.0 3.4 主程序設計梯形圖 見附錄頁 I0.5/I0.6 I0.5/I0.6 M1.1 Q0.3 T38 T40 I0.4 I0.4 Q0.3 M2.3  4課程設計總結(jié) 經(jīng)過幾天的努力，完成了PLC的兩層電梯設計。過程雖是辛苦的，但從中我卻學到了很多東西。這次課程設計使我意識到理論與實際相結(jié)合的重要，只有理論知識是遠遠不夠

32、的，只有把所學的理論知識與實踐結(jié)合起來，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考能力。同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握的不夠牢固。通過本次課程設計鞏固了課上學習的理論知識，對于PLC編程的系統(tǒng)化整體化有了更深的認識。整個設計過程最大的收獲就是意識到理論知識扎實的重要性，實踐是建立在理論之上的，只有平時掌握知識扎實，才能在實踐時熟練運用，課程設計把平時所學的知識靈活運用結(jié)合起來，鍛煉我們的思維和動手能力。  參考文獻 [1] 陳建明.電氣控制與PLC[M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2008: 70-85. [2] 許謬、王淑英.

33、電氣控制與PLC[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006：65-70. [3] 廖常初.PLC編程及應用[M].3版.北京: 機械工業(yè)出版社，2008: 56-62. [4] 葉俊杰.電梯PLC控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2017,（03）：143-144. [5] 黃麗晶.基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設計分析[J]. 電氣技術(shù)，2016,（11）：125-132. [6] 魏國軍.基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設計與仿真[J]. 科技資訊，2016,（08）：58-60. 附錄 主程序梯形圖：  致謝 非常感謝楊慧剛老師在課程設計階段給自己的指導，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到課程設計論文定稿，他給了我耐心的指導和無私的幫助。為了指導我的課程設計，他放棄了自己的休息時間，他的這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他表示我誠摯的謝意。