四层电梯(PLC).doc

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1、泉州黎明职业大学毕业设计（论文）目录前言3第1章 绪论31.1 PLC简介及其特点31.2 PLC控制电梯的优点4第2章 设计任务及要求42.1 设计任务42.2 设计要求42.3 设计总思路5第3章PLC控制系统硬件设计53.1 四层电梯主电路53.1.1 四层电梯曳引电机及门电机电路53.1.2 plc外部接线图63.2 I/O点数的分配及机型的选择73.2.1 I/O点数的估算及机型选择7第4章 系统软件硬件设计调试74.1 WinCC flexible/ STEP 7-Micro/WIN 32概述74.1.1 WinCC flexible概述84.1.2 STEP 7-Micro/WI

2、N 32概述:84.1.3程序设计常用方法84.2.1 梯形图与组态的解析94.2.2部分梯形图13第5章 安装与调试195.1 安装与调试过程195.2 故障分析及解决方法19结论19设备清单19收获、体会和建议19参考文献20前言电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里

3、，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与PLC相比较，存在质的差别。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。第1章 绪论1.1 PLC简介及其特点 PLC即可编程控制器（Programmable logic Co

4、ntroller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装

5、置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按,易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 1.2 PLC控制电梯的优点 随着社会的不断发展，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

6、开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。 本文主要讨论研究利用西门子公司可编程控制器对四层电梯的控制，形成电梯控制系统。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，

7、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。第2章 设计任务及要求2.1 设计任务利用PLC编程实现四层电梯运行的自动控制,并实现组态仿真2.2 设计要求1) 当电梯停于某一层时，有一高层呼叫时，电梯上升到呼叫层停止； 2) 当电梯停于某一层时，有一低层呼叫时，电梯下降到呼叫层停止；3) 当电梯停于某一层时，有多高层呼叫，电梯先上升到较低的呼叫层4) 当电梯停于某一层时，有多低层呼叫，电梯先下降到较高的呼叫层5) 当电梯停于某一层,同时有高层与低层呼叫,先响应先呼叫的一层6) 当电梯在上升（或下降）途中，任何反方向按钮呼叫均无效，即在上升（或下降）途中，只响应大于

8、（或小于）当前所在楼层信号，并记忆其他楼层呼叫信号；7) 楼层显示灯亮表示有该楼层信号请求，灯灭则表示该楼层请求信号消除; 上升指示灯亮 表示电梯上升，下降指示灯亮 表示电梯下降；8) 电梯到位后自动开门,5秒后自动关门,关门到位后可以手动开关门,关门到位后10秒内将不响应手动开关门。9) 行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。2.3 设计总思路1) 启动与停止2) 内部呼叫保持3) 外部呼叫保持4) 判断电梯层数5) 呼叫信号判断电梯上行下行6) 到位解除内部与外部呼叫保持信号7) 开门与关门第3章PLC控制系统硬件设计3.1 四层电梯主电路3.1.1 四层电梯曳引电机及门电机电路

9、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1)所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1KM4通过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。 图 13.1.2 plc外部接线图本设计的PLC外部接线图(如图2)所示: 图 2 3.2 I/O点数的分配及机型的选择3.2.1 I/O点数的估算及机型选择采用PLC构成四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K1和指示灯H1，二层有上

10、升呼叫按钮K2和指示灯H2以及下降呼叫按钮K4和指示灯H4，三层有上升呼叫按钮K3和指示灯H3以及下降呼叫按钮K5和指示灯H5，四层有下降呼叫按钮K6和指示灯H6。一至四层有到位行程开关SQ1SQ4。电梯内有一至四层呼叫按钮K10K7和指示灯H10H7；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制，关门到位由行程开关ST1检测，开门到位由行程开关ST2检测。轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。综上所述，输入点共有14个，输出点共有16个。可编程控制器S7200的CPU226输入，输出点数为2416。足以满足要求。由于受

11、条件所限,只能选用S7-200 CPU224,其输入/输出点数为14/10。触摸屏选用Siemens (TP 177B COLOR PN/DP)。3.2.2输入/输出的分配I/O分配表:序号名称输入点名称输出点1一层限位开关I0.0电梯上行Q0.02二层限位开关I0.1电梯下行Q0.13三层限位开关I0.2电梯门开Q0.24四层限位开关I0.3电梯门关Q0.35内部呼叫到四层I0.4一层上呼Q0.46内部呼叫到三层I0.5二层上呼Q0.57内部呼叫到二层I0.6二层下呼Q0.68内部呼叫到一层I0.7三层上呼Q0.79一层上呼I1.0三层下呼Q1.010二层上呼I1.1四层下呼Q1.111三层

12、上呼I1.212二层下呼I1.313三层下呼I1.414四层下呼I1.5第4章 系统软件硬件设计调试4.1 WinCC flexible/ STEP 7-Micro/WIN 32概述4.1.1 WinCC flexible概述WinCC flexible，德国西门子（SIEMENS）公司工业全集成自动化（TIA）的子产品，是一款面向机器的自动化概念的HMI 软件。WinCC flexible 用于组态用户界面以操作和监视机器与设备，提供了对面向解决方案概念的组态任务的支持。WinCC flexible 与 WinCC十分类似，都是组态软件，而前者基于触摸屏，后者基于工控机。 4.1.2 STE

13、P 7-Micro/WIN 32概述:STEP 7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是SIMATIC工业软件的组成部分。有下列版本的STEP 7标准软件包： 用于SIMATIC S7-200上简单单站应用的STEP 7 Micro/DOS和STEP 7 Micro/WIN。 用于使用带有各种功能的SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATIC M7-300/M7-400和SIMATIC C 7的STEP 7：- 可通过选择SIMATIC工业软件中的软件产品进行扩展- 为功能模板和通讯处理器赋值参数- 强制和多处理器模式- 全局数据通讯- 使用通讯功能块的

14、事件驱动数据传送- 组态连接4.1.3程序设计常用方法PLC的编程语言PLC的编程语言一般有五种：顺序功能图(Sequential Function Chart)、梯形图(Ladder Diagram)、功能块图(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)和结构文本(Structured Text)。其中，顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能块图(FBD)是图形编程语言，指令表(IL)和结构文本(ST)是文字语言。梯形图(LD)是目前使用最广泛的PLC图形编程语言，梯形图与继电器控制系统的电路图相似，比较易于掌握、程序表达清楚。本系统PLC

15、程序的编制采用梯形图语言，编程软件为STEP 7。该软件能够完成制作程序、对可编程控制器CPU的写入/读出、监控程序运行、调试程序、PLC错误诊断等一系列功能在工程中，对PLC应用程序的设计有多种方法，这些方法的使用，也因各个设计人员的技术水平和喜好有较大的差异。现将常用的几种应用程序的设计方法简要介绍如下。1. 经验设计法2. 逻辑设计法3. 顺序控制法4.2 四层电梯梯形图与组态4.2.1 梯形图与组态的解析按下启动按钮，电源通电，电梯开始下行，当碰到一层限位开关后，进入呼叫等待状态(如图 3):图 3 此时的电梯状态在Wincc组态软件中的画面(如图 4)：图 4在呼叫等待下，按下内部呼

16、叫按钮，信号保持至楼层限位开关接通或给出停止信号后才解除呼叫信号(如图 5)： 图 5组态界面中显示的电梯选层状态(如图 6)： 图 6在呼叫等待状态下，按下楼层外呼按钮，呼叫信号保持(如图 7)： 图 7外部选层状态保持在组态界面中的画面(如图 8)： 图 8在呼叫状态下，一层限位接通，二层限位和停止不通时，电梯在一层信号得电并保持，电梯楼层指示灯亮(如图 9)： 图 9电梯在一层，指示灯亮(如图 10)： 图 10在呼叫等待状态下，内部已经呼叫到四层，给电机上行信号(如图 11)： 图 11内部呼叫到四层，上行指示灯亮(如图 12)： 图 124.2.2部分梯形图在呼叫等待状态下，电梯在三

17、层或者在四层情况下，内部呼叫到二层时，给电梯下行信号(如图 13)： 图 13一层已经上呼叫后，给电梯下行信号(如图14)： 图 14电梯在一层时，二层无论上下呼都给电机上行信号，电梯在四层时都给下降信号(如图 15)： 图 15在电梯在不下降的情况下，四层下呼，二层上呼，三层上呼时，各层限位一接通，解除呼叫信号并且给开门信号，其他同理(如图 16)： 图 16电梯上升时，四层下呼，二层下呼，三层上呼，碰到各楼层限位开关时，给出停止信号。下降时同理(如图17)：图 17内部呼叫到各楼层，碰到限位后即给出停止信号(如图 18)： 图 18开门中继接通时，给出开门信号，并且延时，M14.4为屏手动

18、开门(如图 19)： 图 19停止时间到后关门，同时延时，M14.5为屏手动关门(如图 20)： 图 20关门后继续延时10秒，在这10秒内可以继续手动开门，10秒后电梯将继续响应呼叫(如图 21)： 图 21在开门信号时，电梯在几楼则几楼开门，主要是为了连接组态(如图 22)：图 22：组态其余截图编辑状态(如图 23)： 图 23：外部操作与指示状态 : 楼层限位与外呼状态: 开门状态(如图 24)： 图 24运行状态(如图 25)： 图 25 第5章 安装与调试5.1 安装与调试过程 将程序与组态程序下载都PLC与触摸屏，连接好PLC与触摸屏，开始调试，按下启动按钮后，电梯开始下行，按下

19、一层限位开关，电梯开始进入呼叫等待状态，首先测试内部4个选层按钮，然后检查外部6个 外呼按钮，最后分别按照正常的电梯逻辑，内呼与外呼同时作用，观察电梯的上行，下行，开门关门是否正常，符合逻辑。 5.2 故障分析及解决方法1、开始时由于plc选型错误，与所连接的plc型号不同，程序无法下载，改变plc型号使之与所使用的plc型号相同，下载成功。 2、将组态下载到触摸屏过程中，下载不成功，通过分析，发现是由于波特率不同所导致的，修改波特率使之相同后下载成功。结论四层教学电梯系统在各类院校的实践教学中得到广泛的利用，它可以作为电气及楼宇自动化等专业的PLC、变频器相关课程的实践教学平台。但是由于实际

20、硬件的教学电梯投入较大，对教学空间也比较苛刻，从而给各个院校的实践教学带来很大的困扰。利用工控组态软件实现PLC与上位计算机通信的方法简单易行，本四层教学仿真电梯系统利用工控组态软件组态王，配合简单的PLC主机，在PC机界面上实现了实践教学训练平台，投入较少，对教学空间要求不高，适合大批量学生的实践训练，符合大多数高等院校及培训机构的教学要求。所以利用PLC主机、PC机及工控组态软件设计实现的四层教学仿真电梯系统，在PLC、组态软件应用及电梯控制等课程教学中，具有突出的优点和很好的利用价值。设备清单电脑，西门子S7-200 CPU224一个，STEP 7-Micro/WIN 32编程软件，Wincc Flexible组态软件，触摸屏一个(TP 177B COLOR PN/DP)，导线若干收获、体会和建议通过为期数月的设计与调试,本设计基本达到了设计目的与要求。利用PLC实现了对四层电梯的控制。通过本次设计，是我们在PLC知识领域方面得到进一步扩展，专业技能也得到了进一步的提高。同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外，让我们认识到纯粹的理论知识不能解决问题只有理论和实践相结合才切合实际，才能完成任务。在此，非常感谢孙老师的指导和帮助。18