学位论文四层电梯plc控制设计.docx
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学位论文四层电梯plc控制设计
机电一体化专业方向综合课程
设计说明书
四层电梯plc控制设计
专业：
机电一体化
班级：
一班
学生姓名：
学生学号：
2015年6月30日
设计分析
本文介绍一种电梯PLC控制系统。
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。
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，满足设计所需要的要求。
关键词：
PLC控制;四层电梯;CPU226
引言
1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SB11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1-1所示。
表1-1四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
电梯故障报警电铃
ST3
电梯三层到位限位开关
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，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：
①拖动电动机M：
5.5kW，AC380V，11.6A，1440r/min。
②指示灯H：
0.25W，DC24V。
③电铃HA：
8W，AC220V。
④电磁铁YA：
100mA，AC220V。
2、设计内容及步骤
1）总体方案的确定
根据控制要求，确定总体方案。
2）正确选用电气控制元件和PLC
根据选用的输入输出设备的数目和电气特性，选择合适的PLC，要求进行电气元件的选用说明。
3）分配I/O点，画出I/O连线图
根据选用的输入输出设备，确定I/O端口。
依据输入输出设备和PLC的I/O端口分配关系，画出I/O连线图。
4）程序设计说明及过程分析
要求绘制控制系统流程图，详细进行程序设计过程的分析说明，设计简单、可靠的控制程序。
5）对系统工作原理进行分析，最后审查控制实现的可靠性
检查系统功能，完善控制程序。
6）编写设计说明书
第1章系统的总体设计
1.1电梯的控制系统简介
通过对电梯工作原理分析得出流程图1-1，主电路图2-1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。
图1-2主电路图
1.2电梯控制系统的原理与要求
1.2.1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。
1.2.2轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号
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。
1.2.3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。
1.2.4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。
1.2.5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。
第2章plc硬件设计
2.1可编程控制器机型的选择
为了完成设定的控制任务,主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定PLC的机型。
本系统为四层楼的电梯,采用集选控制方式。
所需输入/输出点数与内存容量估算如下:
2.1.1输入/输出点的估算：
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SB11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H31，四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。
一至四层有到位行程开关SQ1～SQ4。
电梯内有一至四层呼叫按钮SB1～SB4和指示灯H1～H4；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YA1和YA2控制，关门到位由行程开关SQ5检测，开门到位由行程开关SQ6检测。
轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有电动机过载保护热继电器FR，电梯载重超限检测SP，检修开关SB7，电梯故障报警电铃HA。
输入点共有21个，输出点共有15个,总共36个。
2.1.2内存容量的估算
用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。
因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度进行估算。
本系统有开关量I/O总点数有36个，模拟量I/O数为0个。
利用估算PLC内存总容量的计算公式:
存字数=开关量I/O总点数×（10～15）+模拟量I/O总点数×（150～250）再按30%左右预留余量。
估算本系统需要约1K字节的内存容量。
综合I/O点数以及内存容量，S7—200的CPU226输入，输出点数为24／16，足以满足要求。
2.2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2-1所示。
表2-1I/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
I0.0
YA1
电梯开门
Q0.0
SQ2
电梯二层到位限位开关
I0.1
YA2
电梯关门
Q0.1
SQ3
电梯三层到位限位开关
I0.2
KM1
电机正转
Q0.2
SQ4
电梯四层到位限位开关
I0.3
KM2
电机反转
Q0.3
SB1
电梯内一层按钮
I0.4
H1
电梯内一层按钮指示灯
Q0.4
SB2
电梯内二层按钮
I0.5
H2
电梯内二层按钮指示灯
Q0.5
SB3
电梯内三层按钮
I0.6
H3
电梯内三层按钮指示灯
Q0.6
SB4
电梯内四层按钮
I0.7
H4
电梯内四层按钮指示灯
Q0.7
SB11
一层上升呼叫按钮
I1.0
H11
一层上升呼叫按钮指示灯
Q1.0
SB21
二层上升呼叫按钮
I1.1
H21
二层上升呼叫按钮指示灯
Q1.1
SB31
三层上升呼叫按钮
I1.2
H31
三层上升呼叫按钮指示灯
Q1.2
SB22
二层下降呼叫按钮
I1.3
H22
二层下降呼叫按钮指示灯
Q1.3
SB32
三层下降呼叫按钮
I1.4
H32
三层下降呼叫按钮指示灯
Q1.4
SB41
四层下降呼叫按钮
I1.5
H41
四层下降呼叫按钮指示灯
Q1.5
SB11
检修开关
I1.6
HA
电梯故障报警电铃
Q1.6
FR
电动机过载保护热继电器
I1.7
SB5
电梯开门按钮
I2.0
SB6
电梯开门按钮
I2.1
SQ5
开门限位开关
I2.2
SQ6
关门限位开关
I2.3
SP
电梯载重超限检测
I2.4
2.3PLC外部接线图
本设计的PLC外部接线图如图3-1所示.CPU226的传感器电源24V（DC）可以输出600mA电流，CPU226的输出继电器触点容量为2A，通过核算在本设计中PLC容量完全满足要求。
图2-1PLCI/O接线图
第3章plc软件设计
3.1STEP7编程软件的编程语言
标准的STEP7软件包配3种基本编程语言，即梯形图（LAD）、功能块图（FBD）、语言表（STL）和顺序功能图编程语言，它们在STEP7中可以相互转换。
本实验采用梯形图这种编程语言。
梯形图结构形式类似地传统的继电器控制电路，它是由图形符号连接而成，这些符号分别代表常开触点、常闭触点、并联接线、串联接线及继电器线圈等，每个触点和线圈都有一个编码。
梯形图具有如下特点：
（1）梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列，也是程序的执行顺序。
通常每个继电器线圈为一逻辑行，即一层阶梯。
每一逻辑起始于母线，然后是触点的各种连接，最后经过继电器线圈终止于母线，整个梯形图呈现梯形。
（2）梯形图中的继电器不同于传统继电器控制线路中的物理继电器，它实质上是内部存储中的位触发器，因此称为“软继电器”或“软元件”。
这些软元件输出继电器，辅助继电器，定时器，计数器及状态器等，它们均有无限常开触点和常闭触点。
在PLC内部可以自由选取使用。
如果某个位触发为“1”，表示对应的继电器线圈接通，相应的常开触点都闭合，而常闭触点都断开。
（3）梯形图是一种形象化的编程语言，其两端的母线是没有电源连接。
因此核弹头形图中不存真实的物理电流，而具有“概念”电流，是用户程序运算过程中满足输出执行条件的形象化表示方式。
“概念”电流只能从左到右流动，层次的改变是从上到下。
（4）输入继电器只能从外部输入信号驱动，而不能由内部其他触点驱动。
因此在梯形图中只能出现输入继电器的触点而不出现线圈，输入继电器的触点状态即表示相对应的输入信号的变化。
（5）输出继电器用于PLC的输出控制，它是通过外输出触点驱动外部执行器。
因此，在梯形图中的某个输出继电器的线圈接能时，表示在对应的输出端子上有输出信号。
（6）PLC内部其他软元件的触点不能驱动外部执行器，它们只供PLC内部使用。
（7）当PLC处于运行状态时，CPU接梯形图中元件排列顺序从上而下处理。
3.2四层电梯控制的梯形图
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
检修
四楼平层
根据设计要求，可绘出梯形图控制程序。
程序如下：
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
M2.2M2.3M2.4形成总的上行信号M2.0
M2.5M2.6M2.7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M1.0—M1.5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
3.3四层电梯控制的语句表
Network1//NetworkTitle
//外唤信号的登记与消除
//四楼下呼
LDI1.5
OQ1.5
ANM4.3
ANI1.6
=Q1.5
Network2
//三楼上呼
LDI1.2
OQ1.2
LDNM4.2
OQ0.3
ALD
ANI1.6
=Q1.2
Network3
//三楼下呼
LDI1.4
OQ1.4
LDNM4.2
OQ0.2
ALD
ANI1.6
=Q1.4
Network4
//二楼上呼
LDI1.1
OQ0.1
LDNM4.1
OQ0.3
ALD
ANI1.6
=Q0.1
Network5
//二楼下呼
LDI1.3
OQ1.3
LDNM4.1
OQ0.2
ALD
ANI1.6
=Q1.3
Network6
//一楼上呼
LDI1.0
OQ1.0
ANM4.0
ANI1.6
=Q1.0
Network7
//内指令的登记与消除
//内呼一楼
LDI0.4
OQ0.4
OI1.6
ANM4.0
=Q0.4
Network8
//内呼二楼
LDI0.5
OQ0.5
ANM4.1
ANI1.6
=Q0.5
Network9
//内呼三楼
LDI0.6
OQ0.6
ANM4.2
ANI1.6
=Q0.6
Network10
//内呼四楼
LDI0.7
OQ0.7
ANM4.3
ANI1.6
=Q0.7
Network11
//平层信号[一楼]
LDI0.0
OM4.0
ANI0.1
=M4.0
Network12
//平层信号[二楼]
LDI0.1
OM4.1
ANI0.0
ANI0.2
=M4.1
Network13
//平层信号[三楼]
LDI0.2
OM4.2
ANI0.1
ANI0.3
=M4.2
Network14
//平层信号[四楼]
LDI0.3
OM4.3
ANI0.2
=M4.3
Network15
//一楼上行信号
LDQ0.5
OQ0.6
OQ0.7
OQ1.1
OQ1.2
OQ1.3
OQ1.4
OQ1.5
AM4.0
=M2.2
Network16
//二楼上行信号
LDQ0.6
OQ0.7
OQ1.5
OQ1.4
OQ1.2
AM4.1
=M2.3
Network17
//三楼上行
LDQ1.5
OQ0.7
AM4.2
=M2.4
Network18
//轿厢上行信号
LDM2.2
OM2.3
OM2.4
=M2.0
Network19
//上行（正转）
LDM8.0
ONM2.1
AM2.0
ANQ0.3
ANQ1.6
ANM0.0
ANQ0.1
ANI1.7
=Q0.2
TONT39,300
Network20
//上行记忆信号
LDQ0.2
OM8.0
ANQ0.3
ANI0.3
=M8.0
Network21
//四楼下行信号
LDQ0.4
OQ0.5
OQ0.6
OQ1.1
OQ1.2
OQ1.3
OQ1.4
OQ1.0
AM4.3
=M2.5
Network22
//三楼下行信号
LDQ0.4
OQ0.5
OQ1.0
OQ1.1
OQ1.3
AM4.2
=M2.6
Network23
//二楼下行信号
LDQ0.4
OQ1.0
AM4.1
=M2.7
Network24
//轿厢下行信号
LDM2.5
OM2.6
OM2.7
=M2.1
Network25
//下行（反转）
LDM8.1
ONM2.0
AM2.1
ANQ0.2
ANQ1.6
ANM0.0
ANQ0.1
ANI1.7
=Q0.3
TONT40,300
Network26
//下行记忆信号
LDQ0.3
OM8.1
ANQ0.2
ANI0.0
=M8.1
Network27
//轿梯外呼梯停车信号保持
//一层上升呼梯
LDQ1.0
OM1.0
ANM1.6
=M1.0
Network28
//二层上升呼梯
LDQ1.1
OM1.1
ANQ0.3
ANM1.6
=M1.1
Network29
//三层上升呼梯
LDQ1.2
OM1.2
ANQ0.3
ANM1.6
=M1.2
Network30
//二层下降呼梯
LDQ1.3
OM1.3
ANQ0.2
ANM1.6
=M1.3
Network31
//三层下降呼梯
LDQ1.4
OM1.4
ANQ0.2
ANM1.6
=M1.4
Network32
//四层下降呼梯
LDQ1.5
OM1.5
ANM1.6
=M1.5
Network33
//轿梯内呼梯停车信号保持
//一层呼梯
LDQ0.4
OM0.4
ANM1.6
=M0.4
Network34
//二层呼梯
LDQ0.5
OM0.5
ANM1.6
=M0.5
Network35
//三层呼梯
LDQ0.6
OM0.6
ANM1.6
=M0.6
Network36
//四层呼梯
LDQ0.7
OM0.7
ANM1.6
=M0.7
Network37
//各层停车信号（一层）
LDM0.4
OM1.0
ANM1.6
AM4.0
=M3.4
Network38
//二层停车信号
LDM0.5
OM1.1
OM1.3
ANM1.6
AM4.1
=M3.5
Network39
//三层停车信号
LDM0.6
OM1.2
OM1.4
ANM1.6
AM4.2
=M3.6
Network40
//四层停车信号
LDM0.7
OM1.5
ANM1.6
AM4.3
=M3.7
Network41
//手动及自动开门（手动）
LDI2.0
OQ0.0
OT37
ANM0.1
ANQ0.1
ANI2.2
=Q0.0
Network42
//自动开门
LDM3.4
OM3.5
OM3.6
OM3.7
LPS
ANQ0.0
TONT37,20
LPP
=M0.0
Network43
//手动及自动关门
LDI2.2
TONT38,50
Network44
LDI2.1
OQ0.1
OT38
ANQ0.0
ANI2.3
ANI2.4
=Q0.1
Network45
//处于运行状态的标示
LDQ0.2
OQ0.3
ANM1.6
=M0.1
Network46
//为取消停车信号而设置的中间继电器
LDQ0.1
升级会员 