基于西門子PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試

1、唐山學(xué)院PLC編程及應(yīng)用課程設(shè)計題 目 基于西門子PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試系（部）智能與信息工程學(xué)院班 級 12 電本 班姓 名 學(xué) 號 4120208xxx指導(dǎo)教師 關(guān)榆君 田紅霞 田麗欣2016 年口 月4 日至1月15 日共立一周2016年1月15日課程設(shè)計成績評定表出勤 情況出勤天數(shù)缺勤天數(shù)成績評定出勤情況及設(shè)計過程表現(xiàn)（20分）課設(shè)答辯（20分）設(shè)計成果（60分）總成績（100分）提問 （答辯） 問題 情況綜合評定指導(dǎo)教師簽名：年 月日目錄1 引言 02 四層電梯的課設(shè)任務(wù)及要求 1設(shè)計任務(wù) 1課設(shè)設(shè)備 13 設(shè)計方案 2PLC特點及工作方式 2硬件設(shè)計 2電梯的運行過程 2電

2、氣控制系統(tǒng)圖 3電梯輸入 / 輸出分配表 3PLC 接線圖 44 軟件設(shè)計 5程序塊設(shè)計 5初始狀態(tài)及復(fù)位 5內(nèi)選模塊 5上下行指示中間繼電器 5外呼模塊 6平層感應(yīng) 6電梯高低速運行 6停車模塊 6電梯上下行中間繼電器 6開關(guān)門模塊 7電梯上下行輸出 75 仿真 8仿真軟件介紹 85,2仿真過程 96 設(shè)計經(jīng)驗與體會 107 參考文獻 11附錄 程序 121引言可編程控制器的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi).部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬 式的輸入和輸出，控制各種機

3、械和生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備都應(yīng)按 易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。PLC可實現(xiàn)邏輯控制、過程控制、運動控制和通信聯(lián)網(wǎng)等 4大功能?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)：可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的 計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：電源、中央處理單 元(CPU)、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊。可編程控制器的發(fā)展前景：從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用 于可編程控制器的設(shè)計和制造上， 會有運算速度更快，存儲容量更大，智能更強 的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展； 從產(chǎn)品的 配套性上看，產(chǎn)品

4、的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面，完備的通信 設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的 局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言； 從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其 它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng) DCS(Distributed?Control?System )中已有大量的可 編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò) 和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大 的作用。ST

5、EP7編程軟件：STEP 7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括 SIMATIC?S7 MZ C7和基于PC的WinAC的編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，是 SIMATIC 工業(yè)軟件的重要組成部分。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊 組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。在 STEP7中， 用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它可以方便地瀏覽 SIMATIC S7、MZ C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實現(xiàn) STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在 STEP 7中。2 四層電梯的課設(shè)任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)（

6、1）電梯具有運行速度（高速）和平層速度（低速）兩種運行速度并可實現(xiàn)高低速的平滑轉(zhuǎn)換（ 2）電梯具有呼梯登記及登記顯示功能（ 3）電梯具有轎內(nèi)選層及選層登記及顯示功能（ 4）電梯具有自動停層功能（ 5）電梯具有順向截停功能，若已經(jīng)完成當(dāng)前方向的最后一站請求，亦可實現(xiàn)逆向截停功能（ 6）電梯具有自動確定運行方向及運行方向保持功能（ 7）電梯具有廳門、轎門連鎖保護功能（ 8）電梯具有自動平層功能（ 9）電梯具有超載、超速及端站限位保護功能（ 10）電梯具有運行方向及層樓指示功能（ 11）滿足了呼梯要求即應(yīng)消除呼梯登記信號課設(shè)設(shè)備西門子PLC一臺計算機一臺電梯實驗?zāi)Ｐ鸵徊烤幊屉娎|一根西門子PLC編程軟

7、件3 設(shè)計方案PLC特點及工作方式PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、優(yōu)越性和實用性的控制方式，它更適合用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)，所以本次課程設(shè)計采用可編程控制器 （PLC）作為控制方式。PLC寺點：（1）使用靈活、通用性強可靠性高。（2）抗干擾能力強。（3）接口簡單、維護方便。（ 4）體積小、功耗小、性價比高。（ 5）編程簡單、容易掌握。（ 6）設(shè)計、施工、調(diào)試周期短。PLC的工作方式：PLC雖然以微處理器為核心，具有微型計算機的許多特點，但它的工作方式卻與微型計算機有很大的不同，微型計算機一般采用等待命令或中斷的工作方式，如常見的鍵盤掃描

8、方式或I/O 掃描方式，當(dāng)有按鍵按下或I/O動作， 則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序或中斷服務(wù)程序，無按鍵按下，則繼續(xù)掃描等待。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，即順序掃描，不斷循環(huán)這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下進行對。當(dāng)PLC運行時，CPU艮據(jù)用具按控制要求編寫好并存于用戶存儲器中的程序，按序號作周期性的程序循環(huán)掃描，程序從第一條指令開始，逐條順序執(zhí)行用戶的程序直到程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，再開始下一次掃描，如此周而復(fù)始。硬件設(shè)計電梯的運行過程、分別為轎廂內(nèi)一層、二層、三層、四層電梯內(nèi)選按鈕；、分別為二層、三層、四層電梯外下降呼叫按鈕；、分別為一層、二層、三層電梯外上升呼叫按鈕；、分別為一層、二層、三

9、層、四層限位開關(guān)，模擬實際電梯位置傳感器的作用。?、分別為一層、二層、三層、四層電梯位置指示燈；為電梯下降狀態(tài)指示燈；為電梯上升狀態(tài)指示燈；、分別為轎廂內(nèi)一層、二層、三層、四層電梯內(nèi)選指示燈。電梯由安裝在各樓層門口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。電梯轎箱內(nèi)設(shè)有樓層內(nèi)選按鈕，用以選擇需?？康臉菍?。為一層指示、為二層指示、為三層指示、為四層指示，、分別為一層、二層、三層、四層限位開關(guān)。電梯上升途中只響應(yīng)上升呼叫，下降途中只響應(yīng)下降呼叫， 任何反方向的呼叫均無效。例如，電梯停在由一層運行至三層的過程中，在二層 轎箱外呼叫時，若按二層上升呼叫按鈕，電梯響應(yīng)呼叫；若按二層下

10、降呼叫按鈕， 電梯運行至二層時將不響應(yīng)呼叫運行至三層，然后再下降，響應(yīng)二層下降呼叫按 鈕。電氣控制系統(tǒng)圖電動機控制電路圖如下：圖3-2電動機控制電路圖根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖所示。圖中M1,M2為曳引電機和門電機，交流接觸器 KM1KM通過控制兩臺電動機的運行來控 制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。FR1, FR2為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護作用。電梯輸入/輸出分配表具體的I/O分配表如下：表3-1 I/O 分配表輸入信號輸出信號廳b編號名稱編號名稱1開門開門2一層限位一層指示3二層限位二層指示4三層限位三

11、層指示5四層限位四層指示6關(guān)門關(guān)門7開門到位上行指示8關(guān)門到位下行指示9上平層感應(yīng)器高速10一層內(nèi)選層內(nèi)選指小11二層內(nèi)選二層內(nèi)選指示12三層內(nèi)選三層內(nèi)選指示13四層內(nèi)選四層內(nèi)選指示14卜平層感應(yīng)器低速15上限位上行輸出16下限位下行輸出17一樓上呼一樓上行18二樓下呼二樓下行19二樓上呼二樓上行20三樓下呼三樓下行21三樓上呼三樓上行22四樓下呼四樓下行23關(guān)門測試信號PLC接線圖四層電梯的硬件接線圖如下:圖3-1硬件接線圖4 軟件設(shè)計程序塊設(shè)計初始狀態(tài)及復(fù)位首先觀察檢測電梯是否處于關(guān)門狀態(tài)，如果不是，就執(zhí)行關(guān)門。當(dāng)電梯門徹底閉合之后，將關(guān)門電機復(fù)位，停止關(guān)門。梯形圖如下：4-1 電梯開關(guān)門

12、狀態(tài)中間繼電器的作用是記錄轎廂是不是在樓層上，到達任一樓層后，復(fù)位表示已經(jīng)到達正確樓層。梯形圖如下：4-2 電梯是否到達正確樓層內(nèi)選模塊舉例說明，假設(shè)內(nèi)選一層，內(nèi)選一層時一層指示燈亮；到達一層并且執(zhí)行開門時指示燈熄滅；電梯停在某一層時該層指示燈滅。梯形圖如下：4-3 一層指示燈電路上下行指示中間繼電器當(dāng)電梯處于下行狀態(tài)或者上行沒有到3、 4 樓的任務(wù)時，有效；當(dāng)電梯處于上行狀態(tài)或者下行沒有到1 樓的任務(wù)時，有效； 當(dāng)電梯處于下行狀態(tài)或者上行沒有到 4 樓的任務(wù)時，有效；當(dāng)電梯處于上行狀態(tài)或者下行沒有到1、 2 樓的任務(wù)時，有效。梯形圖如下：4-4 上下行指示中間繼電器外呼模塊舉例說明，假設(shè)電梯

13、到達二層，則電梯開門。電梯是上行方向或者下行但是沒有往下的任務(wù)時取消呼梯信號。梯形圖如下：4-5 二樓外呼上行電路平層感應(yīng)有時電梯運行時由于某些影響，導(dǎo)致電梯不能準(zhǔn)確的停留在欲停留的樓層， 會與樓層出現(xiàn)錯位，因此要加裝平層感應(yīng)裝置。梯形圖如下：4-6 平層感應(yīng)電路電梯高低速運行電梯運行過程中有一個高低速轉(zhuǎn)換狀態(tài)，電梯開始啟動時先進入低速模式， 一定時間后轉(zhuǎn)為高速狀態(tài)。梯形圖如下：4-7 電梯高低速運行停車模塊電梯到達內(nèi)選及外呼所選樓層后，停止運行，進入停車狀態(tài)，梯形圖如下:4-8 停車電路電梯上下行中間繼電器以下行中間繼電器為例，為下行繼電器，當(dāng)電梯在三層，有三樓下呼、二樓上呼、二樓下呼、一樓

14、上呼、轎廂內(nèi)選一層、轎廂內(nèi)選二層時；當(dāng)電梯在二層，有一樓上呼、轎廂內(nèi)選一層時；當(dāng)電梯有轎廂內(nèi)選四層時；下行繼電器有效。平層到位繼電器有效，當(dāng)電梯在二層，二樓可上行繼電器有效時；當(dāng)電梯在三層,三層可上行繼電器有效時；當(dāng)電梯在一層時；則下行繼電器復(fù)位。梯形圖如下:開關(guān)門模塊以開門狀態(tài)舉例，在滿足各樓層的開門條件，并且前提是關(guān)門狀態(tài)時，執(zhí)行 開門，在按下關(guān)門電機或者關(guān)門到位的時候關(guān)閉開門電機，開門到位后延時一段時間，電梯自動關(guān)門。梯形圖如下：圖4-10開門電路電梯上下行輸出當(dāng)電梯處于上下行狀態(tài)的時候，會有該狀態(tài)的狀態(tài)顯示。梯形圖如下：圖4-7圖4-9 J悄褊繼電器圖4-11上下行輸出電路5 仿真仿真

15、軟件介紹S7-200?PLC防真軟件（），原版為西班牙語。該仿真軟件可以仿真大量的S7-200 指令（支持常用的位觸點指令、定時器指令、計數(shù)器指令、比較指令、邏輯運算指令和大部分的數(shù)學(xué)運算指令等，但部分指令如順序控制指令、循環(huán)指令、 高速計數(shù)器指令和通訊指令等尚無法支持。仿真程序提供了數(shù)字信號輸入開關(guān)、兩個模擬電位器和LED輸出顯示，仿真程序同時還支持對 TD-200文本顯示器的仿真，在實驗條件尚不具備的情況下，完全可以作為學(xué)習(xí)S7-200 的一個輔助工具。S7-200?PLC防真軟件使用步驟：（1）仿真前先用STEP?7?-?MicroWIN編寫程序，編寫完成后在菜單欄“文件”里點擊“導(dǎo)出”

16、，彈出一個“導(dǎo)出程序塊”的對話框，選擇存儲路徑，填寫文件名，保存類型的擴展名為 awl,之后點保存。（ 2）執(zhí)行仿真軟件, 此軟件不需安裝。（3）配置CPU選定所需CPU勺型號。（ 4）載入導(dǎo)出的程序。（5）點擊工具欄中的“ RUN”從停止切換到運行模式，即可進行仿真。仿真軟件界面如下圖：5-1 S7-200 仿真圖圖中綠色按鍵為輸入，指示燈位于 PLC下方，PLC上方為輸出5,2 仿真過程初始狀態(tài)為關(guān)門狀態(tài)，關(guān)門指示燈亮，仿真圖如下：圖 5-2 初始狀態(tài)仿真圖 按下關(guān)門到位，關(guān)門指示燈滅，按下一層限位，上下平層感應(yīng)器，使電梯位于一層，一層指示燈亮，仿真圖如下：圖 5-3 電梯處于一層仿真圖

17、外選四樓下呼，電梯上行輸出指示燈亮，電梯先低速運行，再高速運行。關(guān)閉一層限位，再依次關(guān)閉上下平層，按下二層限位，電梯到達二樓，無反應(yīng)，按下三層限位，電梯到達三樓，無反應(yīng)，按下四層限位，電梯高速變低速，電梯到達四樓，下行輸出指示燈亮。仿真圖如下：圖 5-4 電梯高速變低速仿真圖依次按下上平層，下平層，高速指示燈滅，電梯上行輸出下行輸出燈滅，上行指示下行指示滅，電梯開門，仿真圖如下：5-5 電梯到達后開門仿真圖7 參考文獻這次課程設(shè)計收獲非常大，在PLC的專業(yè)知識方面有了很多的了解，自身的編程能力提高了很多，全體成員也共同努力，集思廣益。PLC®程與我們以往接觸到的單片機的編程思路和方法

18、有很大的區(qū)別，雖然是簡單的上下樓，其中所涉及到的各種情況的分析剛開始讓我們覺得很復(fù)雜，經(jīng)過兩個星期的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在再回頭看一看覺得思路很清晰，在 plc 的學(xué)習(xí)上又進一步。這次課設(shè)中對于團隊合作也有所體會，集體討論固然重要，但是在集體討論完之后的自我反思、完善， 并且將隊友的方法加到自己的設(shè)計中是非常重要的，這也是自我能力提高所必需進行的。 電梯的設(shè)計，把以前學(xué)到的知識都實踐了一遍，鍛煉了我們的動手能力。利用可編程控制器以及電動機控制技術(shù)，充分利用了數(shù)字化電子控制技術(shù)，通過合理的設(shè)別選型、軟件設(shè)計，提高了電梯運行的可靠性和運行效率，使電梯結(jié)構(gòu)緊湊、噪音降低、維修簡單、故障率低，改善了電梯運行的舒適

19、感，并節(jié)約了了 電能。具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益。通過這次plc 實踐， 提高了我們的動手能力，為今后的工作，生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)， 也通過了這次試驗知道了我們自身的不足，同時對尚有欠缺的部分要加強實踐，學(xué)習(xí)。1 濮良貴，機械設(shè)計M ， 2006?2 馮清秀，機電傳動控制M， 2011?3周亞軍，電氣控制與 PLC原理及應(yīng)用M , 20084廖常初，PLC編程及應(yīng)用M , 2005?5 郁漢琪，電氣控制與可編程序控制器M ， 20036 易傳祿，可編程序控制器應(yīng)用指南M ， 20047宋麗君，基于 S7-226型PLC的四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計J,科技信息，2009, 3-58李英輝，基于PLC的四

20、層電梯控制J,石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013, 1-29 靜康 . ，實用電工典型線路圖例J ，中國水利水電出版社，1998， 2-410 劉裁文，電梯控制系統(tǒng)J ，電子工業(yè)出版社，1996?， 6-711 陳在平，可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計J ，機械工業(yè)出版社，2005， 4-6Network 1/ 關(guān)門指示LDANANS , 1Network 2/ 關(guān)門到位1LDR , 1Network 3/ 初始下行復(fù)位LDANANANANANS , 1Network 4/ 復(fù)位LDOOOOR , 1Network 5/ 一層內(nèi)呼LDNALDN程序AOLDNetwork 6/ 二層內(nèi)呼LDNALD

21、NONAOLDNetwork 7/ 三層內(nèi)呼LDNALDNONAOLDNetwork 8/ 四層內(nèi)呼LDNALDNONAOLDNetwork 9/ 二層外呼下響應(yīng)LDONANANANANANANONetwork 10/ 二層外呼上響應(yīng)LDANANANONetwork 11/ 三層外呼下響應(yīng)LDANANANONetwork 12/ 三層外呼上響應(yīng)LDANANANANANONetwork 13/ 一層外呼上燈LDLDNONAOLDNetwork 14/ 四層外呼下燈LD LDN ON A OLDNetwork 15 / 二層外呼下燈LD LDN ON ON A OLDNetwork 16 / 二層

22、外呼上燈LD LDN ON ON A OLDNetwork 17 / 三層外呼下燈LD LDN ON ON A OLDNetwork 18 / 三層外呼上燈LD LDN ON ON A OLDNetwork 19 / 開門LDOA LD A LD A OLD OAOLDLDA LD A OLD OAOLDLDOAOLDLD AN AN OLD ANLD ANEU O NOT LPS ALPP ALD ONetwork 20/ 開門后延時3 秒LDNetwork 21 / 關(guān)門 LDEUO T33AN LD AN EUO NOT LPS ALPP ALD ONetwork 22 / 上行指令中間繼電器 LD O O O O OA O LD O O A OLDAN LDA LD A OLD O O