四层电梯plc控制系统设计综合设计报告本科学位论文.doc

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1、江 南 大 学物联网工程学院电气工程及其自动化专业电气控制及PLC综合设计报告设计题目: 四层电梯PLC控制系统设计 班 级： 电气1301 姓 名： 向成 学 号： 1070113132 同组成员： 许志立、陈强 指导教师： 颜 文 旭 二0一六 年 六 月 十八 日目 录1.设计目的 32.控制要求 33.设计内容 53.1 控制任务的分析与输入输出点分配 6 3.1.1 电梯位置的确定（平层信号）6 3.1.2 轿厢内的运行命令及门厅的呼叫信号6 3.1.3 电梯运行时的信号响应 7 3.1.4 电梯的启动 8 3.1.5 电梯的平层与停车8 3.1.6 输入输出点分配 83.2 控制原

2、理图 103.3 S7-300硬件组态及程序 11 3.3.1 S7-300硬件组态 12 3.3.2 梯形图 123.4 操作说明及注意事项 234. 总结及体会 24参考文献 25241.设计目的 电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。2控制要求1）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SB1

3、1和指示灯H11，二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21以及下降呼叫按钮SB22和指示灯H22，三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31以及下降呼叫按钮SB32和指示灯H32，四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。一至四层有到位行程开钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁YA1和YA2控制，关门到位由行程开关ST5检测。此外还有电梯载重超限检测压力继电器KP以及故障报警电铃HA。控制信号说明如表1所示。 表1 四层电梯控制信号说明输入输出文字符号 说明文字符号 说明 SB1电梯内一层按钮 H1电梯内一层按钮指示灯 SB2电梯内二层按钮 H2电梯内二层按钮指示灯 SB3电梯内三层按

4、钮 H3电梯内三层按钮指示灯 SB4电梯内四层按钮 H4电梯内四层按钮指示灯SB11一层上升呼叫按钮 H11一层上升呼叫按钮指示灯SB21二层上升呼叫按钮 H21二层上升呼叫按钮指示灯SB22二层下降呼叫按钮 H22二层下降呼叫按钮指示灯SB31三层上升呼叫按钮 H31三层上升呼叫按钮指示灯SB32三层下降呼叫按钮 H32三层下降呼叫按钮指示灯SB41四层下降呼叫按钮 H41四层下降呼叫按钮指示灯SB5电梯开门按钮KM1电动机正转接触器SB6电梯关门按钮KM2电动机反转接触器 SB7检修开关YA1电梯开门电磁铁 ST1电梯一层到位限位开关YA2电梯关门电磁铁 ST2电梯二层到位限位开关HA电梯

5、故障报警电铃 ST3电梯三层到位限位开关ST6电梯开门到位限位开关 ST4电梯四层到位限位开关 ST5电梯关门到位限位开关 SP电梯载重超限检测 FR电动机过载保护热继电器2）楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未达到相应楼层或未得到相应的响应时，相应指示灯一直接通指示。 3）电梯运行时，电梯开门与关门按钮不起作用，电梯到达停在各楼层时，电梯开门与关门动作可由电梯开门与关门按钮控制，也可延时控制，但检测到电梯超重时，电梯门不能关闭，并由报警电铃发出报警信号。 4）电梯最大运行区间为三层距离，若一次运行时间超过30s，则电动机停转，并由 HA报警。 5）检修开关SB7接通时，电梯下行停在一层位置，

6、进行检修，其他所有动作均不相应 6）电梯拖动电动机控制电路有各种常规电气保护，如短路保护、过载保护、正反转互锁等。 7) . 相关参数： 拖动电动机M：5.5kW，AC380V，11.6A，1440r/min。 指示灯H：0.25W，DC24V。 电铃HA：8W，AC220V。 电磁铁YA：100mA，AC220V。3.四层电梯PLC控制系统设计内容本次课程设计选用了西门子S7-300PLC,选用CPU为315-2 PN/DP，选用电源PS-307 5A,模块：A1 8*12BIT 331-7KF02-0AB0,A0 2*12BIT 332-5HB01-0AB0,D1 16*DC24V 321

7、-1BH02-0AA0,D0 16*DC24V/0.5A 322-1BH01-0AA0，实验台为HKPLC-3型网络交互式PLC实验台。333.1任务分析与输入输出点分配 该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器组成为一体的控制系统。本机控制系统通过PLC对电梯的升降，平层，起动、制动，开关门控制。要求其达到结构简单、运行效率高、平层精度高、使其能够易于理解与掌握。最后再通过西门子PLC调试软件进行调 试，使其满足设计要求。3.1.1 电梯位置的确定（平层信号）电梯的运行需要准确的电梯位置信号，以满足制动停车等控制的需要。传统电梯

8、的位置信号一般由设在井道中的位置开关，如限位开关，当轿厢上装置碰到限位开关时，发出位置信号，指示电梯停于哪层。3.1.2 轿厢内的运行命令及门厅的呼叫信号司机及乘客可按下轿厢内操作盘上的选层按钮选定电梯运行的目的楼层，此为内选信号。按钮按下后，该信号应被记忆并使相应的指示灯点亮。在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。该信号也需记忆并点亮门厅的上行或下行指示灯，按电梯集选控制原则，电梯上行时，应响应层站的上呼叫信号，下行时，响应下呼叫信号。在上行时应保留层站的下呼信号，在下行时应保留层站的上呼信号这些保持信号在要求得到满足时应能自动消号。例如电梯从三层执行下行信号到一

9、层，同时有二层上行的外唤信号，则电梯下行至二层时不停车即不响应该外唤信号，等到电梯上行时才响应，因此该外唤信号须保持，直到响应为止。3.1.3 电梯运行时的信号响应电梯自动运行时应根据内选及外唤信号，决定电梯运行的运行方向。在定向时，根据电梯轿厢内乘客欲往层楼的位置信号或各层楼大厅乘客的召唤信号位置与电梯所处层楼的位置信号进行比较，门厅信号和内选信号都做为输入信号与电梯位置信号进行比较，凡是在电梯位置信号上方向的轿内或层楼厅外召唤信号，则电梯属上行状态；凡在其下方向的，则定下行状态。而且规定在运行方向确定之后只有同方向的才能截梯，反向不能截梯，不响应中途的方向呼唤要求，直到到达本反方向的最远战

10、点才开始返程。要保持最远层楼召唤信号所要求的电梯运行方向，而不能轻易地更改，这样以保证最高层楼(或最低层楼)乘客的乘用电梯，而只有在电梯完成最远层楼乘客的要求后，方能改变电梯运行方向。同时轿内指令信号优先于各层楼厅外召唤信号而定向，即当空轿厢电梯被某层厅外乘客召唤到达该层后，某层的乘客即可进入电梯轿厢内而先按指令按钮令电梯定上行方向(或下行方向)，如果召唤信号指令电梯的运行方向有别于已进入轿厢内的乘客要求指令电梯的运行方向，则电梯的运行方向应由已进入轿厢内的乘客要求而定向，而不是根据其他层楼厅外乘客的要求而定向。因此需要电梯的正反转记忆信号，即记忆电梯是在上行方向还是下行方向，直到上行方向(或

11、下行方向)信号执行完之后才执行下行方向(或正行方向)信号。3.1.4 电梯的启动 轿厢的运行方向确定，轿厢已关好门时才启动运行。3.1.5 电梯的平层与停车 停车需平层信号和停车信号同时有效才执行。3.1.6 输入输出点分配 该系统占用PLC的36个I/O口，21个输入点，15个输出点，具体的I/O分配如表3-1所示。表3-1 I/O分配表器件名称说 明输入点器件名称说 明输出点SQ1电梯一层到位限位开关I0.0YA1电梯开门Q0.0SQ2电梯二层到位限位开关I0.1YA2电梯关门Q0.1SQ3电梯三层到位限位开关I0.2KM1电机正转Q0.2SQ4电梯四层到位限位开关I0.3KM2电机反转Q

12、0.3SB1电梯内一层按钮I0.4H1电梯内一层按钮指示灯Q0.4SB2电梯内二层按钮I0.5H2电梯内二层按钮指示灯Q0.5SB3电梯内三层按钮I0.6H3电梯内三层按钮指示灯Q0.6SB4电梯内四层按钮I0.7H4电梯内四层按钮指示灯Q0.7SB11一层上升呼叫按钮I1.0H11一层上升呼叫按钮指示灯Q1.0SB21二层上升呼叫按钮I1.1H21二层上升呼叫按钮指示灯Q1.1SB31三层上升呼叫按钮I1.2H31三层上升呼叫按钮指示灯Q1.2SB22二层下降呼叫按钮I1.3H22二层下降呼叫按钮指示灯Q1.3SB32三层下降呼叫按钮I1.4H32三层下降呼叫按钮指示灯Q1.4SB41四层下

13、降呼叫按钮I1.5H41四层下降呼叫按钮指示灯Q1.5SB11检修开关I1.6HA电梯故障报警电铃Q1.6FR电动机过载保护热继电器I1.7SB5电梯开门按钮I2.0SB6电梯关门按钮I2.1SQ5开门限位开关I2.2SQ6关门限位开关I2.3SP电梯载重超限检测I2.43.2控制原理图通过对电梯工作原理分析得出流程图3-2，主电路图3-3电梯的控制系统大致有以下几部分组成：（1）运行（2）停机、开门。为实现运行须有上升，下降信号，进而相匹配的上升下降信号的保持及消除须考虑。为实现停机开关门控制，须有平层信号，停车信号及停车后停车信号的消除。主要程序设计完后，需考虑手动自动开关门，过载保护，检

14、修信号，开门与运行互锁等。因此本系统有开关门控制、轿内指令登记与消号、厅外召唤登记与消号、定向选层线路等模块组成。这几部分共同构成电梯的控制系统，实现电梯的登记、开关门、启动、运行、平层等各种功能。楼层位置检测呼梯判断升降关门启动开门停机到指定楼层并平层图3-2工作流程图3.3 S7-300的硬件组态及程序 3.3.1 硬件组态 如图3-4：1PS 307 5A2CPU 315-2 PN/DP34A1 8*12BIT 331-7KF02-0AB05A0 2*12BIT 32-5HB01-0AB06D1 16*DC24V 321-1BH02-0AA07D0 16*DC24V/0.5A 322-1

15、BH01-0AA0图3-4 S7-300硬件组态图3.3.2四层电梯控制的梯形图 根据设计要求，绘出梯形图控制程序。程序如下：外呼信号与内呼信号不同在于外呼信号的取消得考虑呼叫信号与运行方向是否一致，不一致时到相应层后不能取消，因为呼叫未得到满足。电机正转四楼平层检修一楼限位开关三楼限位开关一楼平层信号，即电梯到达一楼，当层的平层信号用上层或下层的平层信号关断二楼限位开关假设原来无上行记忆即M8.0断，且下降常闭触电M2.1断，及时有上行信号M2.0得电，电机也不正转，即仍下行，实现反向不能截梯反转互锁报警关门热继电器各层停车M2.2 M2.3 M2.4形成总的上行信号M2.0M2.5 M2.

16、6 M2.7形成总的下行信号M2.1正转反转外呼信号截梯不成时得保持停车信号，因此设立M1.0M1.5外呼梯停车信号保持停车信号取消内呼梯停车保持信号不同于外呼梯信号，内呼梯不用考虑电机正反转，具有优先性停车保持信号和平层信号形成停车信号，实现停车过载超限关门关门限位开关开门后停止定时在各层停车状态关门互锁运行状态开门限位3.4操作说明及注意事项 本次课程设计选用了西门子S7-300PLC,选用CPU为315-2 PN/DP，选用电源PS-307 5A,模块：A1 8*12BIT 331-7KF02-0AB0, A0 2*12BIT 332-5HB01-0AB0, D1 16*DC24V 32

17、1-1BH02-0AA0, D0 16*DC24V/0.5A 322-1BH01-0AA0，实验台为HKPLC-3型网络交互式PLC实验台。然而该实验台只有14个输入点，与要求的输入点数量相比远远不够，为此要用中间变量M替换原程序中的输入点。在此14个输入按钮中，有2个具有互锁功能，因此将电梯的开门与关门按钮设置为这2个按钮。4.总结及体会通过这次设计实践，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，设计中遇到了不少困难，须查阅资料，找老师，一个困难

18、的解决，就是一次知识和经验积累的过程，让我明白了真正设计出成果的不易，更加认识到知识的力量，让我在以后的工作和学习过程中可以时刻提醒自己。并且通过完成此次课题，我对电梯和PLC及电梯有了一些新的看法。电梯作为当今高层建筑中的交通工具，为了更好地满足用户的要求，方便人们。利用可编程控制器技术，充分利用了数字化电子控制技术，通过合理的设别选型、软件设计，提高了电梯运行的可靠性和运行效率，使电梯结构紧凑、噪音降低、维修简单、故障率低，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能。具有一定的经济效益和社会效益。同时发现有需要改进的地方：（1）电梯关门时若有人正在进如何不夹住人，虽然本设计中只要关门限位开关未闭

19、合，人都可以进，但关门过程中关门电磁铁一直得电，一直工作，虽不会出故障但可能会夹住人，存在安全隐患，若增加两个关门感应器当感应到有人进时，关门电磁铁延时得电会使设计更人性化。（2）电梯在停车时电动机须有减速过程，这样停车更平稳，可以用变频器调节电动机转速。参考文献 1 程宪平.机电传动与控制 。华中科技大学出版社，2003. 2 吴中俊，黄永红.可编程控制器原理及应用。机械工业出版社，2003. 3 陈立定，吴玉香，苏开才.电气控制与可编程控制器。华南理工大学出版社.2001. 4 陈立定.电器控制与可编程控制器.广东：华南理工大学出版社，2001. 5 吴中俊、黄永红.可编程程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，2003.