四層電梯PLC控制系統(tǒng)設計

1、湖南理工學院課程設計論文學PLC課程設計題目：基于PLC的四層電梯模擬控制研究 作 者 彭翼 屆 別 2013屆 學 院 信息與通信工程學院 專 業(yè) 自 動 化 指導教師 萬軍華 職 稱 副教授 完成時間 2016年12月 目 錄引言第1章系統(tǒng)的總體設計41.1 電梯的控制系統(tǒng)簡介41.2 電梯控制系統(tǒng)的原理與要求51.2.1 電梯位置的確定（平層信號）51.2.2 轎廂內的運行命令及門廳的召喚信號51.2.3 電梯運行時的信號響應61.2.4 電梯的啟動61.2.5 電梯的平層與停車6第2章plc硬件設計72.1 可編程控制器機型的選擇72.1.1 輸入/輸出點的估

2、算：72.1.2 內存容量的估算72.2 輸入/輸出點分配72.3 PLC外部接線圖8第3章plc軟件設計103.1 STEP 7編程軟件的編程語言103.2四層電梯控制的梯形圖113.3四層電梯控制的語句表233.4四層電梯程序的調試29結 論30設計總結31謝 辭32參考文獻33引言1控制要求1）采用PLC構成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉為電梯上升，反轉為下降。一層有上升呼叫按鈕SB11和指示燈H11，二層有上升呼叫按鈕SB21和指示燈H21以及下降呼叫按鈕SB22和指示燈H22，三層有上升呼叫按鈕SB31和指示燈H31以及下降呼叫按鈕SB32和指示

3、燈H32，四層有下降呼叫按鈕SB41和指示燈H41。一至四層有到位行程開鈕SB5和SB6，電梯開門和關門分別通過電磁鐵YA1和YA2控制，關門到位由行程開關ST5檢測。此外還有電梯載重超限檢測壓力繼電器KP以及故障報警電鈴HA?？刂菩盘栒f明如表1-1所示。 表1-1 四層電梯控制信號說明 輸入 輸出 文字符號 說明 文字符號 說明 SB1電梯內一層按鈕H1電梯內一層按鈕指示燈SB2電梯內二層按鈕H2電梯內二層按鈕指示燈SB3電梯內三層按鈕H3電梯內三層按鈕指示燈SB4電梯內四層按鈕H4電梯內四層按鈕指示燈SB11一層上升呼叫按鈕H11一層上升呼叫按鈕指示燈SB21二層上升呼叫按鈕H21二層上升

4、呼叫按鈕指示燈SB22二層下降呼叫按鈕H22二層下降呼叫按鈕指示燈SB31三層上升呼叫按鈕H31三層上升呼叫按鈕指示燈SB32三層下降呼叫按鈕H32三層下降呼叫按鈕指示燈SB41四層下降呼叫按鈕H41四層下降呼叫按鈕指示燈SB5電梯開門按鈕KM1電動機正轉接觸器SB6電梯關門按鈕KM2電動機反轉接觸器SB7檢修開關YA1電梯開門電磁鐵ST1電梯一層到位限位開關YA2電梯關門電磁鐵ST2電梯二層到位限位開關HA電梯故障報警電鈴ST3電梯三層到位限位開關ST4電梯四層到位限位開關ST5電梯關門到位限位開關SP電梯載重超限檢測FR電動機過載保護熱繼電器2）樓層呼叫按鈕及電梯內按鈕按下，電梯未達到相應

5、樓層或未得到相應的響應時，相應指示燈一直接通指示。 3）電梯運行時，電梯開門與關門按鈕不起作用，電梯到達停在各樓層時，電梯開門與關門動作可由電梯開門與關門按鈕控制，也可延時控制，但檢測到電梯超重時，電梯門不能關閉，并由報警電鈴發(fā)出報警信號。 4）電梯最大運行區(qū)間為三層距離，若一次運行時間超過30s，則電動機停轉，并由 HA報警。 5）檢修開關SB7接通時，電梯下行停在一層位置，進行檢修，其他所有動作均不相應 6）電梯拖動電動機控制電路有各種常規(guī)電氣保護，如短路保護、過載保護、正反轉互鎖等。 7）相關參數： 拖動電動機M：5.5kW，AC380V，11.6A，1440r/min。 指示燈H：0.

6、25W，DC24V。 電鈴HA：8W，AC220V。 電磁鐵YA：100mA，AC220V。2、設計內容及步驟 1）.總體方案的確定 根據控制要求，確定總體方案。 2）.正確選用電氣控制元件和PLC 根據選用的輸入輸出設備的數目和電氣特性，選擇合適的PLC，要求進行電氣元件的選用說明。 3）.分配I/O點，畫出I/O連線圖 根據選用的輸入輸出設備，確定I/O端口。依據輸入輸出設備和PLC的I/O端口分配關系，畫出I/O連線圖。 4）.程序設計說明及過程分析 要求繪制控制系統(tǒng)流程圖，詳細進行程序設計過程的分析說明，設計簡單、可靠的控制程序。 5）. 對系統(tǒng)工作原理進行分析，最后審查控制實現的可靠

7、性 檢查系統(tǒng)功能，完善控制程序。 6）.編寫設計說明書第1章系統(tǒng)的總體設計1.1 電梯的控制系統(tǒng)簡介通過對電梯工作原理分析得出流程圖1-1，主電路圖2-1電梯的控制系統(tǒng)大致有以下幾部分組成：（1）運行（2）停機、開門。為實現運行須有上升，下降信號，進而相匹配的上升下降信號的保持及消除須考慮。為實現停機開關門控制，須有平層信號，停車信號及停車后停車信號的消除。主要程序設計完后，需考慮手動自動開關門，過載保護，檢修信號，開門與運行互鎖等。因此本系統(tǒng)有開關門控制、轎內指令登記與消號、廳外召喚登記與消號、定向選層線路等模塊組成。這幾部分共同構成電梯的控制系統(tǒng)，實現電梯的登記、開關門、啟動、運行、平層等

8、各種功能。樓層位置檢測呼梯判斷升降關門啟動開門停機到指定樓層并平層圖1-1工作流程圖圖1-2主電路圖1.2 電梯控制系統(tǒng)的原理與要求1.2.1 電梯位置的確定（平層信號）電梯的運行需要準確的電梯位置信號，以滿足制動停車等控制的需要。傳統(tǒng)電梯的位置信號一般由設在井道中的位置開關，如限位開關，當轎廂上裝置碰到限位開關時，發(fā)出位置信號，指示電梯停于哪層。1.2.2 轎廂內的運行命令及門廳的召喚信號司機及乘客可按下轎廂內操作盤上的選層按鈕選定電梯運行的目的樓層，此為內選信號。按鈕按下后，該信號應被記憶并使相應的指示燈點亮。在門廳等候電梯的乘客可以按門廳的上行或下行召喚信號，此為外喚信號。該信號也需記憶

9、并點亮門廳的上行或下行指示燈，按電梯集選控制原則，電梯上行時，應響應層站的上呼叫信號，下行時，響應下呼叫信號。在上行時應保留層站的下呼信號，在下行時應保留層站的上呼信號這些保持信號在要求得到滿足時應能自動消號。例如電梯從三層執(zhí)行下行信號到一層，同時有二層上行的外喚信號，則電梯下行至二層時不停車即不響應該外喚信號，等到電梯上行時才響應，因此該外喚信號須保持，直到響應為止。1.2.3 電梯運行時的信號響應電梯自動運行時應根據內選及外喚信號，決定電梯運行的運行方向。在定向時，根據電梯轎廂內乘客欲往層樓的位置信號或各層樓大廳乘客的召喚信號位置與電梯所處層樓的位置信號進行比較，門廳信號和內選信號都做為輸

10、入信號與電梯位置信號進行比較，凡是在電梯位置信號上方向的轎內或層樓廳外召喚信號，則電梯屬上行狀態(tài)；凡在其下方向的，則定下行狀態(tài)。而且規(guī)定在運行方向確定之后只有同方向的才能截梯，反向不能截梯，不響應中途的方向呼喚要求，直到到達本反方向的最遠戰(zhàn)點才開始返程。要保持最遠層樓召喚信號所要求的電梯運行方向，而不能輕易地更改，這樣以保證最高層樓(或最低層樓)乘客的乘用電梯，而只有在電梯完成最遠層樓乘客的要求后，方能改變電梯運行方向。同時轎內指令信號優(yōu)先于各層樓廳外召喚信號而定向，即當空轎廂電梯被某層廳外乘客召喚到達該層后，某層的乘客即可進入電梯轎廂內而先按指令按鈕令電梯定上行方向(或下行方向)，如果召喚信

11、號指令電梯的運行方向有別于已進入轎廂內的乘客要求指令電梯的運行方向，則電梯的運行方向應由已進入轎廂內的乘客要求而定向，而不是根據其他層樓廳外乘客的要求而定向。因此需要電梯的正反轉記憶信號，即記憶電梯是在上行方向還是下行方向，直到上行方向(或下行方向)信號執(zhí)行完之后才執(zhí)行下行方向(或正行方向)信號。1.2.4 電梯的啟動轎廂的運行方向確定，轎廂已關好門時才啟動運行。1.2.5 電梯的平層與停車停車需平層信號和停車信號同時有效才執(zhí)行。第2章plc硬件設計2.1 可編程控制器機型的選擇為了完成設定的控制任務,主要根據電梯控制方式與輸入/輸出點數和占用內存的多少來確定PLC的機型。本系統(tǒng)為四層樓的電梯

12、,采用集選控制方式。所需輸入/輸出點數與內存容量估算如下:2.1.1 輸入/輸出點的估算：采用PLC構成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉為電梯上升，反轉為下降。一層有上升呼叫按鈕SB11和指示燈H11，二層有上升呼叫按鈕SB21和指示燈H21以及下降呼叫按鈕SB22和指示燈H22，三層有上升呼叫按鈕SB31和指示燈H31以及下降呼叫按鈕SB32和指示燈H31，四層有下降呼叫按鈕SB41和指示燈H41。一至四層有到位行程開關SQ1SQ4。電梯內有一至四層呼叫按鈕SB1SB4和指示燈H1H4；電梯開門和關門按鈕SB5和SB6，電梯開門和關門分別通過電磁鐵YA1和

13、YA2控制，關門到位由行程開關SQ5檢測，開門到位由行程開關SQ6檢測。轎廂上行和下行由接觸器KM1和KM2控制，并有電動機過載保護熱繼電器FR，電梯載重超限檢測SP，檢修開關SB7，電梯故障報警電鈴HA。輸入點共有21個，輸出點共有15個,總共36個。2.1.2 內存容量的估算用戶控制程序所需內存容量與內存利用率、輸入/輸出點數、用戶的程序編寫水平等因素有關。因此,在用戶程序編寫前只能根據輸入/輸出點數、控制系統(tǒng)的復雜程度進行估算。本系統(tǒng)有開關量I/O總點數有36個，模擬量I/O數為0個。利用估算PLC內存總容量的計算公式: 存字數=開關量I/O總點數(1015)+模擬量I/O總點數(150

14、250)再按30%左右預留余量。估算本系統(tǒng)需要約1K字節(jié)的內存容量。綜合I/O點數以及內存容量，S7200的CPU226輸入，輸出點數為2416，足以滿足要求。2.2 輸入/輸出點分配該系統(tǒng)占用PLC的36個I/O口，21個輸入點，15個輸出點，具體的I/O分配如表2-1所示。表2-1 I/O分配表器件名稱說 明輸入點器件名稱說 明輸出點SQ1電梯一層到位限位開關I0.0YA1電梯開門Q0.0SQ2電梯二層到位限位開關I0.1YA2電梯關門Q0.1SQ3電梯三層到位限位開關I0.2KM1電機正轉Q0.2SQ4電梯四層到位限位開關I0.3KM2電機反轉Q0.3SB1電梯內一層按鈕I0.4H1電梯

15、內一層按鈕指示燈Q0.4SB2電梯內二層按鈕I0.5H2電梯內二層按鈕指示燈Q0.5SB3電梯內三層按鈕I0.6H3電梯內三層按鈕指示燈Q0.6SB4電梯內四層按鈕I0.7H4電梯內四層按鈕指示燈Q0.7SB11一層上升呼叫按鈕I1.0H11一層上升呼叫按鈕指示燈Q1.0SB21二層上升呼叫按鈕I1.1H21二層上升呼叫按鈕指示燈Q1.1SB31三層上升呼叫按鈕I1.2H31三層上升呼叫按鈕指示燈Q1.2SB22二層下降呼叫按鈕I1.3H22二層下降呼叫按鈕指示燈Q1.3SB32三層下降呼叫按鈕I1.4H32三層下降呼叫按鈕指示燈Q1.4SB41四層下降呼叫按鈕I1.5H41四層下降呼叫按鈕指

16、示燈Q1.5SB11檢修開關I1.6HA電梯故障報警電鈴Q1.6FR電動機過載保護熱繼電器I1.7SB5電梯開門按鈕I2.0SB6電梯開門按鈕I2.1SQ5開門限位開關I2.2SQ6關門限位開關I2.3SP電梯載重超限檢測I2.42.3 PLC外部接線圖本設計的PLC外部接線圖如圖3-1所示.CPU226的傳感器電源24V(DC)可以輸出600mA電流，CPU226的輸出繼電器觸點容量為2A，通過核算在本設計中PLC容量完全滿足要求。圖3-1PLC I/O接線圖第3章plc軟件設計3.1 STEP 7編程軟件的編程語言標準的STEP 7軟件包配3種基本編程語言，即梯形圖（LAD）、功能塊圖（F

17、BD）、語言表（STL）和順序功能圖編程語言，它們在STEP 7中可以相互轉換。本實驗采用梯形圖這種編程語言。梯形圖結構形式類似地傳統(tǒng)的繼電器控制電路，它是由圖形符號連接而成，這些符號分別代表常開觸點、常閉觸點、并聯(lián)接線、串聯(lián)接線及繼電器線圈等，每個觸點和線圈都有一個編碼。梯形圖具有如下特點：（1） 梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列，也是程序的執(zhí)行順序。通常每個繼電器線圈為一邏輯行，即一層階梯。每一邏輯起始于母線，然后是觸點的各種連接，最后經過繼電器線圈終止于母線，整個梯形圖呈現梯形。（2）梯形圖中的繼電器不同于傳統(tǒng)繼電器控制線路中的物理繼電器，它實質上是內部存儲中的位觸發(fā)器，因此稱為“軟

18、繼電器”或“軟元件”。這些軟元件輸出繼電器，輔助繼電器，定時器，計數器及狀態(tài)器等，它們均有無限常開觸點和常閉觸點。在PLC內部可以自由選取使用。如果某個位觸發(fā)為“1”，表示對應的繼電器線圈接通，相應的常開觸點都閉合，而常閉觸點都斷開。（3） 梯形圖是一種形象化的編程語言，其兩端的母線是沒有電源連接。因此核彈頭形圖中不存真實的物理電流，而具有“概念”電流，是用戶程序運算過程中滿足輸出執(zhí)行條件的形象化表示方式?！案拍睢彪娏髦荒軓淖蟮接伊鲃樱瑢哟蔚母淖兪菑纳系较?。（4）輸入繼電器只能從外部輸入信號驅動，而不能由內部其他觸點驅動。因此在梯形圖中只能出現輸入繼電器的觸點而不出現線圈，輸入繼電器的觸點狀態(tài)

19、即表示相對應的輸入信號的變化。（5）輸出繼電器用于PLC的輸出控制，它是通過外輸出觸點驅動外部執(zhí)行器。因此，在梯形圖中的某個輸出繼電器的線圈接能時，表示在對應的輸出端子上有輸出信號。（6）PLC內部其他軟元件的觸點不能驅動外部執(zhí)行器，它們只供PLC內部使用。 （7）當PLC處于運行狀態(tài)時，CPU接梯形圖中元件排列順序從上而下處理。3.2四層電梯控制的梯形圖外呼信號與內呼信號不同在于外呼信號的取消得考慮呼叫信號與運行方向是否一致，不一致時到相應層后不能取消，因為呼叫未得到滿足。電機正轉檢修四樓平層根據設計要求，可繪出梯形圖控制程序。程序如下：一樓限位開關三樓限位開關一樓平層信號，即電梯到達一樓，

20、當層的平層信號用上層或下層的平層信號關斷二樓限位開關假設原來無上行記憶即M8.0斷，且下降常閉觸電M2.1斷，及時有上行信號M2.0得電，電機也不正轉，即仍下行，實現反向不能截梯反轉互鎖報警關門熱繼電器各層停車M2.2 M2.3 M2.4形成總的上行信號M2.0M2.5 M2.6 M2.7形成總的下行信號M2.1正轉反轉外呼信號截梯不成時得保持停車信號，因此設立M1.0M1.5外呼梯停車信號保持停車信號取消內呼梯停車保持信號不同于外呼梯信號，內呼梯不用考慮電機正反轉，具有優(yōu)先性停車保持信號和平層信號形成停車信號，實現停車過載超限關門關門限位開關開門后停止定時在各層停車狀態(tài)關門互鎖運行狀態(tài)開門限

21、位3.3四層電梯控制的語句表Network 1 / Network Title/ 外喚信號的登記與消除/ 四樓下呼LD I1.5O Q1.5AN M4.3AN I1.6= Q1.5Network 2 / 三樓上呼LD I1.2O Q1.2LDN M4.2O Q0.3ALDAN I1.6= Q1.2Network 3 / 三樓下呼LD I1.4O Q1.4LDN M4.2O Q0.2ALDAN I1.6= Q1.4Network 4 / 二樓上呼LD I1.1O Q0.1LDN M4.1O Q0.3ALDAN I1.6= Q0.1Network 5 / 二樓下呼LD I1.3O Q1.3LDN

22、M4.1O Q0.2ALDAN I1.6= Q1.3Network 6 / 一樓上呼LD I1.0O Q1.0AN M4.0AN I1.6= Q1.0Network 7 / 內指令的登記與消除/ 內呼一樓LD I0.4O Q0.4O I1.6AN M4.0= Q0.4Network 8 / 內呼二樓LD I0.5O Q0.5AN M4.1AN I1.6= Q0.5Network 9 / 內呼三樓LD I0.6O Q0.6AN M4.2AN I1.6= Q0.6Network 10 / 內呼四樓LD I0.7O Q0.7AN M4.3AN I1.6= Q0.7Network 11 / 平層信號一

23、樓LD I0.0O M4.0AN I0.1= M4.0Network 12 / 平層信號二樓LD I0.1O M4.1AN I0.0AN I0.2= M4.1Network 13 / 平層信號三樓LD I0.2O M4.2AN I0.1AN I0.3= M4.2Network 14 / 平層信號四樓LD I0.3O M4.3AN I0.2= M4.3Network 15 / 一樓上行信號LD Q0.5O Q0.6O Q0.7O Q1.1O Q1.2O Q1.3O Q1.4O Q1.5A M4.0= M2.2Network 16 / 二樓上行信號LD Q0.6O Q0.7O Q1.5O Q1.4

24、O Q1.2A M4.1= M2.3Network 17 / 三樓上行LD Q1.5O Q0.7A M4.2= M2.4Network 18 / 轎廂上行信號LD M2.2O M2.3O M2.4= M2.0Network 19 / 上行（正轉）LD M8.0ON M2.1A M2.0AN Q0.3AN Q1.6AN M0.0AN Q0.1AN I1.7= Q0.2TON T39, 300Network 20 / 上行記憶信號LD Q0.2O M8.0AN Q0.3AN I0.3= M8.0Network 21 / 四樓下行信號LD Q0.4O Q0.5O Q0.6O Q1.1O Q1.2O

25、Q1.3O Q1.4O Q1.0A M4.3= M2.5Network 22 / 三樓下行信號LD Q0.4O Q0.5O Q1.0O Q1.1O Q1.3A M4.2= M2.6Network 23 / 二樓下行信號LD Q0.4O Q1.0A M4.1= M2.7Network 24 / 轎廂下行信號LD M2.5O M2.6O M2.7= M2.1Network 25 / 下行（反轉）LD M8.1ON M2.0A M2.1AN Q0.2AN Q1.6AN M0.0AN Q0.1AN I1.7= Q0.3TON T40, 300Network 26 / 下行記憶信號LD Q0.3O M8

26、.1AN Q0.2AN I0.0= M8.1Network 27 / 轎梯外呼梯停車信號保持/ 一層上升呼梯LD Q1.0O M1.0AN M1.6= M1.0Network 28 / 二層上升呼梯LD Q1.1O M1.1AN Q0.3AN M1.6= M1.1Network 29 / 三層上升呼梯LD Q1.2O M1.2AN Q0.3AN M1.6= M1.2Network 30 / 二層下降呼梯LD Q1.3O M1.3AN Q0.2AN M1.6= M1.3Network 31 / 三層下降呼梯LD Q1.4O M1.4AN Q0.2AN M1.6= M1.4Network 32 /

27、 四層下降呼梯LD Q1.5O M1.5AN M1.6= M1.5Network 33 / 轎梯內呼梯停車信號保持/ 一層呼梯LD Q0.4O M0.4AN M1.6= M0.4Network 34 / 二層呼梯LD Q0.5O M0.5AN M1.6= M0.5Network 35 / 三層呼梯LD Q0.6O M0.6AN M1.6= M0.6Network 36 / 四層呼梯LD Q0.7O M0.7AN M1.6= M0.7Network 37 / 各層停車信號（一層）LD M0.4O M1.0AN M1.6A M4.0= M3.4Network 38 / 二層停車信號LD M0.5O

28、 M1.1O M1.3AN M1.6A M4.1= M3.5Network 39 / 三層停車信號LD M0.6O M1.2O M1.4AN M1.6A M4.2= M3.6Network 40 / 四層停車信號LD M0.7O M1.5AN M1.6A M4.3= M3.7Network 41 / 手動及自動開門(手動)LD I2.0O Q0.0O T37AN M0.1AN Q0.1AN I2.2= Q0.0Network 42 / 自動開門LD M3.4O M3.5O M3.6O M3.7LPSAN Q0.0TON T37, 20LPP= M0.0Network 43 / 手動及自動關門L

29、D I2.2TON T38, 50Network 44 LD I2.1O Q0.1O T38AN Q0.0AN I2.3AN I2.4= Q0.1Network 45 / 處于運行狀態(tài)的標示LD Q0.2O Q0.3AN M1.6= M0.1Network 46 / 為取消停車信號而設置的中間繼電器LD Q0.1= M1.6Network 47 / 過載保護LD I2.4O M9.0= Q1.6Network 48 / 運行超30秒保護LD T39O T40O M9.0= M9.0Network 49 3.4四層電梯程序的調試本次設計采用軟件進行模擬控制。首先在WINDOWS環(huán)境下打開軟件，向

30、軟件中載入程序，運行軟件實現對過程的監(jiān)控功能。根據實驗要求，動作相應開關，模擬電梯控制系統(tǒng)的工作過程。在實驗過程中要注意觀察程序運行的變化過程。調試圖像如下以二樓內呼為例說明調試過程，初始I0.0得電即電梯停在一層（同時M4.0一樓平層得電），后I0.5得電（二樓內呼信號）Q0.5亮，M4.0得電同時M2.2(一樓上行信號)得電，產生上升信號M2.0，M0.2得電（電機正轉）電梯上升，隨后I0.1（二樓限位開關）得電表明電梯到達二樓M4.1得電（二樓平層信號）產生M3.5（二樓停車）信號，M0.0得電（電機停），T37開始定時2秒后開門，后I2.2得電（開門到位調試時保持得電5秒以上再斷）T3

31、8定時5秒后Q0.1(關門)得電，開始關門，后I2.3（開門到位）得電，后Q0.1斷開（關門動作完成），正反轉互鎖解除，可響應下一呼叫。經測試符合要求。結 論在進行程序設計時，首先應明確對象的具體控制要求。此設計主要以PLC為核心，利用PLC的強大的控制功能，實現了對四層升降電梯的控制。利用梯形圖可以很直觀的看出電梯運行過程。利用可編程控制器控制升降電梯，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。當建筑物的層樓增加時，硬件接線上只需增加樓層相應的輸入信號。原來的接線不需改變，軟件上只需增加相應樓層的功能，要改動的地方也較少。調試結果表明，在適應性、精確性和可靠性方面，到達到了設計的要求，表明該設計方案是可行的。本次設計達到了預定的設計目的。利用可編程控制器技術，充分利用了數字化電子控制技術，通過合理的設別選型、軟件設計，提