专业课程设计报告三层楼电梯plc控制系统设计与仿真本科论文.docx
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专业课程设计报告三层楼电梯plc控制系统设计与仿真本科论文
专业课程设计报告
题目：
三层楼电梯PLC控制系统设计与仿真
所在学院电气工程学院
专业班级13电气7班
学生姓名
学生学号
同组队员
指导教师
提交日期2016年11月16日
电气工程学院专业课程设计评阅表
学生姓名学生学号
同组队员专业班级13电气7班
题目名称三层楼电梯PLC控制系统设计与仿真
一、学生自我总结
在这一系列的设计过程中，我运用大量的专业知识，如：
电子电路技术、PLC控制技术的运用、还有各种软件的运用等，这些大量的专业知识需要我们很好的掌握并加以运用才能组合在一起来完成这次的设计。
其次，我们还运用了非专业知识，如word文档的运用。
本次课程设计经历也让我明白，只要用心去学习、去探索，经历似懂非懂到大彻大悟的过程，才能给自己交出一份满意的答卷。
学生签名：
年月日
二、指导教师评定
评分项目
平时成绩
报告（答辩）
综合成绩
权重
50
50
单项成绩
教师评语：
教师签名：
年月日
目录
一、设计目的1
二、设计要求和设计指标1
2.1设计要求1
2.2设计指标1
三、设计内容2
3.1可编程序控制器（PLC）简介2
3.2电梯的基本结构3
3.3PLC控制电梯的优点6
3.4PLC型号选择6
3.5电梯PLCI/O配线表7
3.6三层楼电梯梯形图程序8
3.7三层楼电梯语句表程序9
四、本设计改进建议10
五、总结10
六、主要参考文献11
三层楼电梯PLC控制系统设计与仿真
一、设计目的
1、熟悉PLC编程与应用；
2、学习三菱PLC编程软件（GXDeveloper）的使用；
3、锻炼思维拓展及动手操作能力；
4、掌握PLC编程知识等；
5、实现简易电梯的理论控制。
二、设计要求和设计指标
2.1设计要求
设计三层简易电梯控制程序，该系统输入信号有：
一层呼叫按钮PB1、二层呼叫按钮PB2、三层呼叫按钮PB3，一层行程开关LS1、二层行程开关LS2、三层行程开关LS3；输出信号有：
电梯上升KM1、电梯下降KM2，控制要求如下：
1、不允许同时有两层楼要求停电梯；2、当二层不需要停时，能越过二层直接到达所需楼层。
2.2设计指标
所设计的电梯模型共三层，电梯每层的楼厅均设有按钮呼叫电梯。
工作中的电梯控制系统的主要任务是对各种呼梯信号和当前电梯运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，根据实际情况增添三个输出信号，分别是一楼指示灯L1，二楼指示灯L2，三楼指示灯L3。
具体设计思路为：
当电梯停于一楼或二楼时，按PB3，则电梯上升到LS3停止，L3亮;
当电梯停于三楼或二楼时，按PB1，则电梯下降到LS1停止，L1亮；
当电梯停于一楼，按PB2，则电梯上升到LS2停止，L2亮；
当电梯停于三楼，按PB2，则电梯下降到LS2停止，L2亮；
当电梯停于一楼，而二、三楼均有人呼叫时，电梯上升到LS2时L2亮，然后继续上升到LS3，L3亮；
当电梯停于三楼，而一、二楼均有人呼叫时，电梯下降到LS2时L2亮，然后继续下降到Ls1，L1亮；
当电梯上升途中，任何反方向的下降信号无效，当电梯下降途中，任何反方向的上升呼叫无效。
表2-1电梯动作要求
序号
输入
输出
原停层
呼叫层
运行方向
运行结果
1
1
1
停
呼入无效
2
1
2
升
上升到2楼停
3
1
3
升
上升到3楼停
4
1
2、3
升
先上升到2楼后L2亮，再上升到3楼停
5
2
1
降
下降到1楼停
6
2
2
停
呼入无效
7
2
3
升
上升到3楼停
8
2
1、3
降
下降到1楼停
9
2
3、1
升
上升到3楼停
10
3
1
降
下降到1楼停
11
3
2
降
下降到2楼停
12
3
2、1
降
先下降到2搂后L2亮，在下降到1楼停
13
3
3
停
呼入无效
三、设计内容
3.1可编程序控制器（PLC）简介
PLC--ProgrammableLogicController即可编程序控制器。
它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、定时、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按照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。
所以它是一台工业控制计算机，目前已被广泛的应用于各个领域。
PLC具有通用计算机所不及的各种显著的特点和功能。
它体积小，重量轻，能耗低；可靠性高，抗干扰能力强；控制功能完善，适应性强；安装接线简单，配套齐全，易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统设计周期短，维护方便，改造容易。
不过它也有缺陷，如：
PLC工作速度较计算机慢，输出对输入的响应有滞后现象；使用中、高档PLC，要求使用者具有相当的计算机知识。
由于PLC把自动化技术、计算机技术和通信技术融于一体，它能完成逻辑控制；定时控制；计数控制；步进控制；A/D、D/A变换；数据处理；通信联网和监控的功能。
正是因为PLC具有上述的许多优点和功能，所以在工业控制方面，目前PLC已广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、交通和运输等工业企业。
根据PLC控制类型的不同，PLC应用于以下几个方面：
1.开关逻辑控制（多机群控制，自动化流水线，电梯控制，高炉上料，注塑机，印刷机，组合机床，磨床，包装生产线，电镀流水线）
2.模拟量控制（温度，压力，流量，液位，速度）
3.运动控制：
驱动电机（机械，机床，机器人，电梯）
4.过程控制（冶金，化工，热处理，锅炉控制）
5.数据处理
6.通信及联网
7.闭环自动控制
8.机械加工的数字控制
3.2电梯的基本结构
电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它.
1.曳引系统
曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。
曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。
曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。
导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。
导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。
当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。
反绳轮的个数可以是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。
2.导向系统
导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。
它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。
导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。
导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。
3.门系统
门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。
轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。
层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。
开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。
4.轿厢
轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。
它是由轿厢架和轿厢体组成。
轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。
轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。
轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。
5.重量平衡系统
重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。
对重由对重架和对重块组成。
对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。
重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。
6.电力拖动系统
电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。
曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。
供电系统是为电机提供电源的装置。
速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。
一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联。
调速装置对曳引电机实行调速控制。
7.电气控制系统
电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。
操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。
控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。
位置显示是指轿内和层站的指层灯。
层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。
选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。
8.安全保护系统
安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。
机械方面的有：
限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源的极限保护等。
1-减速箱；2-曳引轮；
3-曳引机底座；4-导向轮；
5-限速器；6-机座；
7-导轨支架；8-曳引钢绳；
9-开关碰铁；10-紧急开关；
11-导靴；12-轿架；
13-轿门；14-安全钳；
15-导轨；16-绳头组合；
17-对重；18-补偿链；
19-补偿链导轮；20-张紧置；
21-缓冲器；22-底坑；
23-层门；24-呼梯盒；
25-层楼指示灯：
26-随行缆；
27-轿壁；28-轿内操纵箱；
29-开门机；30-井道传器；
31-电源开关；32-控制柜；
图3-1电梯结构图
3.3PLC控制电梯的优点
1．在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
2．去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
3．PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。
4．PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
5．用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
6．更改控制方案时不需改动硬件接线。
3.4PLC型号选择
PLC的种类非常繁多，不同种类之间的功能设置差异很大，这既给PLC机型的挑选提供了十分广阔的空间，同时也带来了一定的难度。
机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，力争最好的性价比，并有一定的升级空间。
考虑到本次设计的电梯系统只有3层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，但是在设计活动中，经常碰到一些估计的指标，在设计活动中需要进行局部调整，另外模块式PLC排除故障所需时间短；估算输入输出接口比较多；由于考虑到本次设计的电梯系统只有3层，考虑到工厂造价，采用离线编程的方式，以减小软硬件的开销。
统计输入、输出点数并选择PLC型号：
输入信号有7个，输出信号有5个，考虑到有备用点，因此可选用三菱公司FX2N-MR16类型可编程控制器，它有8个输入点，8个输出点，满足要求。
3.5电梯PLCI/O配线表
三层楼电梯输入输出端子分配表见表3-1
表3-1三层楼电梯输入信号的I/O地址分配
输入对应表
按键
输入
SB1
X0
SB2
X1
SB3
X2
LS1
X3
LS2
X4
LS3
X5
复位
X6
表3-2三层楼电梯输出信号的I/O地址分配
输出对应表
负载
输出
KM1
Y0
KM2
Y1
L1
Y2
L2
Y3
L3
Y4
表3-3三层楼电梯运动方向与按钮组合表
电梯运动方向与按钮组合表
电梯上
电梯下
电梯停
X0、X4
X2、X3
X0、X3
X0、X5
X2、X4
X1、X4
X1、X5
X1、X3
X2、X5
3.6三层楼电梯梯形图程序
3.7三层楼电梯语句表程序
四、本设计改进建议
本次课程设计是简易三层电梯的程序设计，老师给的设计内容比较简单但是不易执行，设计前期总遇到些逻辑上的问题，在查阅大量资料和文献后我认为可以给电梯加上指示灯等比较现实且实用的东西，最主要的是无法仿真和做出实物，只能实现理论上的设计。
五、总结
转眼之间，已经是大四上学期，而这近一个月的课程设计也马上就结束了，这将是我大学之中最重要的一个设计——毕业设计前的练手。
这次课程设计是考验我们将大学这四年来所学到的知识能够融会贯通、熟练应用，并要求我们能够理论联系实际，培养我们的综合运用能力以及解决实际问题的能力。
但由于能力和时间的关系，这次电梯设计总是觉得有很多不尽人意的地方，譬如功能不全、程序不健全、无法仿真、没有做出实物等。
但做一件事情，不必过于在乎最终的结果，可贵的是过程中的收获。
本次课程设计是我大学比较薄弱的课程——PLC编程及其应用，知识的不牢固和记忆的遗忘让我在设计期间必须重新学习本课程，在查阅大量文献和资料后我认识到PLC行业具有许多巨头如欧姆龙、西门子、三菱等，他们的编程软件不尽相同，程序语句也有所差别，之前学习过STEP7-Micro/WIN的基础使用，是西门子公司旗下对应S7-200系列单片机的编程软件。
而我误打误撞下载了三菱PLC编程软件，于是决定使用三菱的GXDeveloper进行设计，同时学习它的编程语句。
在这个过程中我充分认识到自身的许多不足：
基础知识学得不够扎实、缺乏综合运用及理论联系实际的能力等。
这些都需要我在今后的工作过程中继续学习，只有这样我才能真正的掌握这些知识，才能真正做到掌握理论联系实际，提高综合运用能力以及解决实际问题的能力。
理论知识是实践和探索的基础，庆幸自己离走出社会还有缓冲期，可以在这期间恶补理论知识，提高自己的学习能力。
本次课程设计经历也让我明白，独立面对一个熟悉而又陌生的领域时，只要用心去学习、去探索，经历似懂非懂到大彻大悟的过程，才能给自己交出一份满意的答卷。
希望这次设计能够勉励自己、提升自己。
六、主要参考文献
[1]梁延东.《电梯控制技术[M]》，北京，中国建筑出版社，1997，
[2]廖长初.《可编程控制器应用技术》，重庆，重庆大学出版社，1997；
[3]陈宇.《可编程控制器基础及编程技巧》，广州，华南理工大学出版社，1999；
[4]王兆义.《可编程控制器教程》，北京，机械工业出版社，2001；
[5]张进秋.《可编程控制器原理及应用实例》，天津，机械工业出版社，2003
[6]胡学林.《可编程控制器教程（实训篇）》，北京，电子工业出版社，2004
[7]常路德、张晓明.《常见电梯电路注解图集》，北京，人民邮电出版社，2004
[8]龚运新.《三菱PLC实用技术教程》，北京.北京师范大学出版社，2007
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