基于西門子PLC的電梯控制系統(tǒng)設計及調試

唐山學院PLC編程及應用課程設計題目基于西門子PLC電梯控制系統(tǒng)設計及調試系(部)智能與信息工程學院班級12電本班姓名學號418xxx指導教師關榆君田紅霞田麗欣年1月4日至1月15日共2周1月15日課程設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計過程表現(xiàn)（20分）課設答辯（20分）設計結果（60分）總成績（100分）提問（答辯）問題情況綜合評定指導教師署名：年月日目錄TOC\o"1-3"\h\u279221引言 166732四層電梯課設任務及要求 2235862.1設計任務 2267382.2課設設備 27513設計方案 341923.1PLC特點及工作方式 3163213.2硬件設計 379843.2.1電梯運行過程 366923.2.2電氣控制系統(tǒng)圖 4306453.2.3電梯輸入/輸出分配表 4258973.2.4PLC接線圖 5302164軟件設計 7134824.1程序塊設計 7282094.1.1初始狀態(tài)及復位 7178574.1.2內選模塊 8177474.1.3上下行指示中間繼電器 8153064.1.4外呼模塊 984654.1.5平層感應 9242344.1.6電梯高低速運行 10182444.1.7停車模塊 10113224.1.8電梯上下行中間繼電器 11225874.1.9開關門模塊 12240614.1.10電梯上下行輸出 1382185仿真 15198495.1仿真軟件介紹 15245985,2仿真過程 16136516設計經(jīng)驗與體會 18139787參考文件 1930908附錄程序 201引言可編程控制器定義：可編程控制器是一個數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采取可編程序存放器，用來在其內.部存放執(zhí)行邏輯運算，次序控制，定時，計數(shù)和算術運算等操作指令，并經(jīng)過數(shù)字式、模擬式輸入和輸出，控制各種機械和生產(chǎn)過程。可編程控制器及其關于設備都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功效標準設計。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大功效?？删幊炭刂破骰窘Y構：可編程邏輯控制器實質是一個專用于工業(yè)控制計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本組成為：電源、中央處理單元(CPU)、存放器、輸入輸出接口電路、功效模塊、通信模塊?？删幊炭刂破靼l(fā)展前景：從技術上看，計算機技術新結果會更多地應用于可編程控制器設計和制造上，會有運算速度更加快，存放容量更大，智能更強品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會深入向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品配套性上看，產(chǎn)品品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美人機界面，完備通信設備會愈加好地適應各種工業(yè)控制場所需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品情況會伴隨國際競爭加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場局面，會出現(xiàn)國際通用編程語言；從網(wǎng)絡發(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)組成大型控制系統(tǒng)是可編程控制器技術發(fā)展方向?，F(xiàn)在計算機集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed

Control

System）中已經(jīng)有大量可編程控制器應用。伴伴隨計算機網(wǎng)絡發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡和國際通用網(wǎng)絡主要組成部分將在工業(yè)及工業(yè)以外眾多領域發(fā)揮越來越大作用。STEP7編程軟件：STEP7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包含SIMATIC

S7、M7、C7和基于PCWinAC編程、監(jiān)控和參數(shù)設置，是SIMATIC工業(yè)軟件主要組成部分。STEP7具備以下功效：硬件配置和參數(shù)設置、通訊組態(tài)、編程、測試、開啟和維護、文件建檔、運行和診療功效等。在STEP7中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)硬件和軟件。STEP7用SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它能夠方便地瀏覽SIMATICS7、M7、C7和WinAC數(shù)據(jù)。實現(xiàn)STEP7各種功效所需SIMATIC軟件工具都集成在STEP7中。2四層電梯課設任務及要求2.1設計任務（1）電梯具備運行速度（高速）和平層速度（低速）兩種運行速度并可實現(xiàn)高低速平滑轉換（2）電梯具備呼梯登記及登記顯示功效（3）電梯具備轎內選層及選層登記及顯示功效（4）電梯具備自動停層功效（5）電梯具備順向截停功效，若已經(jīng)完成當前方向最終一站請求，亦可實現(xiàn)逆向截停功效（6）電梯具備自動確定運行方向及運行方向保持功效（7）電梯具備廳門、轎門連鎖保護功效（8）電梯具備自動平層功效（9）電梯具備超載、超速及端站限位保護功效（10）電梯具備運行方向及層樓指示功效（11）滿足了呼梯要求即應消除呼梯登記信號2.2課設設備西門子PLC一臺計算機一臺電梯試驗模型一部編程電纜一根西門子PLC編程軟件3設計方案3.1PLC特點及工作方式PLC控制是三種控制方式中最具備可靠性、優(yōu)越性和實用性控制方式，它更適適用在電梯技術改造和控制系統(tǒng)更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想控制新技術，所以此次課程設計采取可編程控制器(PLC)作為控制方式。PLC特點：（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、輕易掌握。（6）設計、施工、調試周期短。PLC工作方式：PLC即使以微處理器為關鍵，具備微型計算機許多特點，但它工作方式卻與微型計算機有很大不一樣，微型計算機通常采取等候命令或中止工作方式，如常見鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，當有按鍵按下或I/O動作，則轉入對應子程序或中止服務程序，無按鍵按下，則繼續(xù)掃描等候。PLC采取循環(huán)掃描工作方式，即次序掃描，不停循環(huán)這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下進行對。當PLC運行時，CPU依照用具按控制要求編寫好并存于用戶存放器中程序，按序號作周期性程序循環(huán)掃描，程序從第一條指令開始，逐條次序執(zhí)行用戶程序直到程序結束。然后重新返回第一條指令，再開始下一次掃描，如此周而復始。3.2硬件設計3.2.1電梯運行過程I1.1、I1.2、I1.3、I1.4分別為轎廂內一層、二層、三層、四層電梯內選按鈕；I2.1、I2.3、I2.5分別為二層、三層、四層電梯外下降呼叫按鈕；I2.0、I2.2、I2.4分別為一層、二層、三層電梯外上升呼叫按鈕；I0.1、I0.2、I0.3、I0.4分別為一層、二層、三層、四層限位開關，模擬實際電梯位置傳感器作用。

Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4分別為一層、二層、三層、四層電梯位置指示燈；Q0.7為電梯下降狀態(tài)指示燈；Q0.6為電梯上升狀態(tài)指示燈；Q1.1、Q1.2、Q1.3、Q1.4分別為轎廂內一層、二層、三層、四層電梯內選指示燈。電梯由安裝在各樓層門口上升和下降呼叫按鈕進行呼叫操縱，其操縱內容為電梯運行方向。電梯轎箱內設有樓層內選按鈕I1.1～I1.4，用以選擇需?？繕菍?。Q0.1為一層指示、Q0.2為二層指示、Q0.3為三層指示、Q0.4為四層指示，I0.1、I0.2、I0.3、I0.4分別為一層、二層、三層、四層限位開關。電梯上升途中只響應上升呼叫，下降途中只響應下降呼叫，任何反方向呼叫均無效。比如，電梯停在由一層運行至三層過程中，在二層轎箱外呼叫時，若按二層上升呼叫按鈕，電梯響應呼叫；若按二層下降呼叫按鈕，電梯運行至二層時將不響應呼叫運行至三層，然后再下降，響應二層下降呼叫按鈕。3.2.2電氣控制系統(tǒng)圖電動機控制電路圖以下：圖3-2電動機控制電路圖依照設計要求，此次設計電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖所表示。圖中M1，M2為曳引電機和門電機，交流接觸器KM1~KM4經(jīng)過控制兩臺電動機運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯控制。FR1，F(xiàn)R2為起過載保護作用熱繼電器，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。3.2.3電梯輸入/輸出分配表詳細I/O分配表以下：表3-1I/O分配表序號輸入信號輸出信號編號名稱編號名稱1I0.0開門Q0.0開門2I0.1一層限位Q0.1一層指示3I0.2二層限位Q0.2二層指示4I0.3三層限位Q0.3三層指示5I0.4四層限位Q0.4四層指示6I0.5關門Q0.5關門7I0.6開門到位Q0.6上行指示8I0.7關門到位Q0.7下行指示9I1.0上平層感應器Q1.0高速10I1.1一層內選Q1.1一層內選指示11I1.2二層內選Q1.2二層內選指示12I1.3三層內選Q1.3三層內選指示13I1.4四層內選Q1.4四層內選指示14I1.5下平層感應器Q1.5低速15I1.6上限位Q1.6上行輸出16I1.7下限位Q1.7下行輸出17I2.0一樓上呼Q2.0一樓上行18I2.1二樓下呼Q2.1二樓下行19I2.2二樓上呼Q2.2二樓上行20I2.3三樓下呼Q2.3三樓下行21I2.4三樓上呼Q2.4三樓上行22I2.5四樓下呼Q2.5四樓下行23I2.6關門測試信號3.2.4PLC接線圖四層電梯硬件接線圖以下：圖3-1硬件接線圖4軟件設計4.1程序塊設計4.1.1初始狀態(tài)及復位首先觀察檢測電梯是否處于關門狀態(tài)，假如不是，就執(zhí)行關門。當電梯門徹底閉合之后，將關門電機復位，停頓關門。梯形圖以下：圖4-1電梯開關門狀態(tài)中間繼電器M1.1作用是統(tǒng)計轎廂是不是在樓層上，抵達任一樓層后，復位M1.1表示已經(jīng)抵達正確樓層。梯形圖以下：圖4-2電梯是否抵達正確樓層4.1.2內選模塊舉例說明，假設內選一層，內選一層時一層指示燈亮；抵達一層而且執(zhí)行開門時指示燈熄滅；電梯停在某一層時該層指示燈滅。梯形圖以下：圖4-3一層指示燈電路4.1.3上下行指示中間繼電器當電梯處于下行狀態(tài)或者上行沒有到3、4樓任務時，M0.0有效；當電梯處于上行狀態(tài)或者下行沒有到1樓任務時，M0.1有效；當電梯處于下行狀態(tài)或者上行沒有到4樓任務時，M0.2有效；當電梯處于上行狀態(tài)或者下行沒有到1、2樓任務時，M0.3有效。梯形圖以下：圖4-4上下行指示中間繼電器4.1.4外呼模塊舉例說明，假設電梯抵達二層，則電梯開門。電梯是上行方向或者下行不過沒有往下任務時取消呼梯信號。梯形圖以下：圖4-5二樓外呼上行電路4.1.5平層感應有時電梯運行時因為一些影響，造成電梯不能準確停留在欲停留樓層，會與樓層出現(xiàn)錯位，所以要加裝平層感應裝置。梯形圖以下：圖4-6平層感應電路4.1.6電梯高低速運行電梯運行過程中有一個高低速轉換狀態(tài)，電梯開始開啟時先進入低速模式，一定時間后轉為高速狀態(tài)。梯形圖以下：圖4-7電梯高低速運行4.1.7停車模塊電梯抵達內選及外呼所選樓層后，停頓運行，進入停車狀態(tài)，梯形圖以下：圖4-8停車電路4.1.8電梯上下行中間繼電器以下行中間繼電器為例，M0.5為下行繼電器，當電梯在三層，有三樓下呼、二樓上呼、二樓下呼、一樓上呼、轎廂內選一層、轎廂內選二層時；當電梯在二層，有一樓上呼、轎廂內選一層時；當電梯有轎廂內選四層時；下行繼電器M0.5有效。平層到位繼電器有效，當電梯在二層，二樓可上行繼電器有效時；當電梯在三層，三層可上行繼電器有效時；當電梯在一層時；則下行繼電器復位。梯形圖以下：圖4圖4-9電梯上下行中間繼電器圖圖4-7電梯下行中間繼電器4.1.9開關門模塊以開門狀態(tài)舉例，在滿足各樓層開門條件，而且前提是關門狀態(tài)時，執(zhí)行開門，在按下關門電機或者關門到位時候關閉開門電機，開門到位后延時一段時間，電梯自動關門。梯形圖以下：圖4-10開門電路4.1.10電梯上下行輸出當電梯處于上下行狀態(tài)時候，會有該狀態(tài)狀態(tài)顯示。梯形圖以下：圖4-11上下行輸出電路5仿真5.1仿真軟件介紹S7-200

PLC

仿真軟件（V2.0），原版為西班牙語。該仿真軟件能夠仿真大量S7-200指令（支持慣用位觸點指令、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數(shù)學運算指令等，但部分指令如次序控制指令、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、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文本顯示器仿真，在試驗條件尚不具備情況下，完全能夠作為學習S7-200一個輔助工具。S7-200

PLC

仿真軟件使用步驟：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“導出”，彈出一個“導出程序塊”對話框，選擇存放路徑，填寫文件名，保留類型擴展名為awl，之后點保留。執(zhí)行仿真軟件s7-200.EXE,此軟件不需安裝。配置CPU,選定所需CPU型號。載入導出程序。點擊工具欄中“RUN",從停頓切換到運行模式，即可進行仿真。仿真軟件界面以下列圖：圖5-1S7-200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)為關門狀態(tài)，關門指示燈亮，仿真圖以下：圖5-2初始狀態(tài)仿真圖按下關門到位，關門指示燈滅，按下一層限位，上下平層感應器，使電梯位于一層，一層指示燈亮，仿真圖以下：圖5-3電梯處于一層仿真圖外選四樓下呼，電梯上行輸出指示燈亮，電梯先低速運行，再高速運行。關閉一層限位，再依次關閉上下平層，按下二層限位，電梯抵達二樓，無反應，按下三層限位，電梯抵達三樓，無反應，按下四層限位，電梯高速變低速，電梯抵達四樓，下行輸出指示燈亮。仿真圖以下：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，仿真圖以下：圖5-5電梯抵達后開門仿真圖6設計經(jīng)驗與體會這次課程設計收獲非常大，在PLC專業(yè)知識方面有了很多了解，本身編程能力提升了很多，全體組員也共同努力，集思廣益。PLC編程與我們以往接觸到單片機編程思緒和方法有很大區(qū)分，即使是簡單上下樓，其中所包括到各種情況分析剛開始讓我們以為很復雜，經(jīng)過兩個星期學習，現(xiàn)在再回頭看一看以為思緒很清楚，在plc學習上又深入。這次課設中對于團體合作也有所體會，集體討論當然主要，不過在集體討論完之后自我反思、完善，而且將隊友方法加到自己設計中是非常主要，這也是自我能力提升所必需進行。電梯設計，把以前學到知識都實踐了一遍，鍛煉了我們動手能力。利用可編程控制器以及電動機控制技術，充分利用了數(shù)字化電子控制技術，經(jīng)過合理設別選型、軟件設計，提升了電梯運行可靠性和運行效率，使電梯結構緊湊、噪音降低、維修簡單、故障率低，改進了電梯運行舒適感，并節(jié)約了了電能。具備一定經(jīng)濟效益和社會效益。經(jīng)過這次plc實踐，提升了我們動手能力，為今后工作，生產(chǎn)奠定了基礎，也經(jīng)過了這次試驗知道了我們本身不足，同時對還有欠缺部分要加強實踐，學習。7參考文件[1]濮良貴，機械設計[M]，

[2]馮清秀，機電傳動控制[M]，

[3]周亞軍，電氣控制與PLC原理及應用[M]，[4]廖常初，PLC編程及應用[M]，

[5]郁漢琪，電氣控制與可編程序控制器[M]，[6]易傳祿，可編程序控制器應用指南[M]，[7]宋麗君，基于S7-226型PLC四層電梯控制系統(tǒng)設計[J]，科技信息，，3-5[8]李英輝，基于PLC四層電梯控制[J]，石家莊職業(yè)技術學院學報，，1-2[9]靜康.，實用電工經(jīng)典線路圖例[J]，中國水利水電出版社，1998，2-4[10]劉裁文，電梯控制系統(tǒng)[J]，電子工業(yè)出版社，1996

，6-7[11]陳在平，可編程控制器技術與應用系統(tǒng)設計[J]，機械工業(yè)出版社，，4-6附錄程序Network1//關門指示LDSM0.1ANI0.6ANI0.7SQ0.5,1Network2//關門到位1LDI0.7RQ0.5,1Network3//初始下行復位LDSM0.1ANI0.1ANI0.2ANI0.3ANI0.4ANI1.6SM1.1,1Network4//復位LDI0.1OI0.2OI0.3OI0.4OI1.7RM1.1,1Network5//一層內呼LDNI0.1AI1.1LDNI0.1ONQ0.0AQ1.1OLD=Q1.1Network6//二層內呼LDNI0.2AI1.2LDNI0.2ONQ0.0AQ1.2OLD=Q1.2Network7//三層內呼LDNI0.3AI1.3LDNI0.3ONQ0.0AQ1.3OLD=Q1.3Network8//四層內呼LDNI0.4AI1.4LDNI0.4ONQ0.0AQ1.4OLD=Q1.4Network9//二層外呼下響應LDM0.4ANQ1.3ANQ1.4ANQ2.2ANQ2.3ANQ2.4ANQ2.5OM0.5=M0.0Network10//二層外呼上響應LDM0.5ANQ2.0ANQ2.1ANQ1.1OM0.4=M0.1Network11//三層外呼下響應LDM0.4ANQ1.4ANQ2.4ANQ2.5OM0.5=M0.2Network12//三層外呼上響應LDM0.5ANQ1.1ANQ1.2ANQ2.1ANQ2.3ANQ2.0OM0.4=M0.3Network13//一層外呼上燈LDI2.0LDNI0.1ONQ0.0AQ2.0OLD=Q2.0Network14//四層外呼下燈LDI2.5LDNI0.4ONQ0.0AQ2.5OLD=Q2.5Network15//二層外呼下燈LDI2.1LDNM0.0ONQ0.0ONI0.2AQ2.1OLD=Q2.1Network16//二層外呼上燈LDI2.2LDNM0.1ONQ0.0ONI0.2AQ2.2OLD=Q2.2Network17//三層外呼下燈LDI2.3LDNI0.3ONM0.2ONQ0.0AQ2.3OLD=Q2.3Network18//三層外呼上燈LDI2.4LDNI0.3ONM0.3ONQ0.0AQ2.4OLD=Q2.4Network19//開門LDQ1.1OQ2.0AI0.1LDM0.0AQ2.1LDM0.1AQ2.2OLDOQ1.2AI0.2OLDLDM0.2AQ2.3LDM0.3AQ2.4OLDOQ1.3AI0.3OLDLDQ1.4OQ2.5AI0.4OLDLDI0.0ANQ0.0ANQ0.5OLDANQ0.5LDQ0.7ANQ0.6EUOI0.6NOTLPSAQ0.0=Q0.0LPPALDOQ0.0=Q0.0Network20//開門后延時3秒LDI0.6TONT33,300Network21//關門LDI0.5EUOT33ANQ0.0LDI0.0ANI0.5EUOI0.7NOTLPSAQ0.5=Q0.5LPPALDOQ0.5=Q0.5Network22//上行指令中間繼電器LDQ2.2OQ1.3OQ1.4OQ2.3OQ2.4OQ2.5AI0.2OI0.1LDQ2.4OQ1.4OQ2.5AI0.3OLDANM0.5LDI0.2AM0.0LDI0.3AM0.2OLDOI0.4OI1.7NOTLPSAM0.4=M0.4LPPALDOM0.4=M0.4Network23//關斷是否下行LDQ2.1OQ1.1OQ2.0AI0.2LDQ2.3OQ1.1OQ1.2OQ2.1OQ2.2OQ2.0AI0.3OLDOI0.4ANM0.4LDI0.2AM0.1LDI0.3AM0.3OLDOI0.1NOTLPSAM0.5=M0.5LPPALDOM0.5=M0.5Network24//上行指示LDQ1.2OQ1.3OQ1.4OQ2.1OQ2.3OQ2.2OQ2.4OQ2.5AI0.1LDQ1.3OQ2.3OQ1.4OQ2.4OQ2.5AI0.2OLDLDQ1.4OQ2.5AI0.3OLDANQ0.0AI0.7ANQ0.7AM0.4LDI0.4EUOQ0.5OQ0.0OQ0.7NOTLPSAQ0.6=Q0.6LPPALDOQ0.6=Q0.6Network25//下行中間繼電器LDQ1.1OQ1.2OQ1.3OQ2.0OQ2.1OQ2.2OQ2.3OQ2.4AI0.4LDQ1.1OQ1.2OQ2.0OQ2.1OQ2.2AI0.3OLDLDQ1.1OQ2.0AI0.2OLDLDNQ0.0AI0.7ANQ0.6AM0.5LDNI0.1ANI0.2ANI0.3ANI0.4OLDALDLDI0.1OI1.7EULDQ0.5OQ0.0OQ0.6OLDNOTLPSAM1.0=M1.0LPPALDOM1.0=M1.0Network26//下行指示LDM1.1OM1.0=Q0.7Network27//樓層指示1LDI0.1OQ0.1ANI0.2ANI0.3ANI0.4=Q0.1Network28//樓層指示2LDI0.2OQ0.2ANI0.1ANI0.3ANI0.4=Q0.2Network29//樓層指示3LDI0.3OQ0.3ANI0.2A