PLC五层电梯课程设计Word文档下载推荐.doc
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主要参考资料
1、《电气控制与PLC应用技术》梅丽凤，机械工业出版社
2、《现代电气控制与及PLC应用技术》王永华，北京航空航天大学出版社
3、《电气控制与PLC》于桂音，中国电力出版社
4、《电器与PLC控制技术》陈志新，中国林业出版社
5、《电气可编程控制原理与应用》王阿根，电子工业出版社
6、《电气控制与PLC应用》陈建明，电子工业出版社
7、《电器控制与PLC控制技术》许翏，机械工业出版社
五层电梯PLC控制设计
一、前言
摘要：
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、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。
本机控制单元采用以德国西门子S7—200对机器进行全过程控制。
以五层电梯为设计对象，分别从电梯控制系统的构成及工作原理，系统PLC配置方案，PLC软件设计，PLC软件的调试仿真和电梯硬件选取等方面，详细的阐述了PLC在电梯控制系统中的应用，形成了以PLC为控制系统的完整的电梯模型，使电梯在更精确、更可靠、更快速的控制平台上运行。
整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；
平层；
起动、制动控制。
其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。
课题研究的背景
电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。
电梯作为一种较为复杂的机电一全化设备，它由多许机械构件和电子、电气、大规模集成电路组成的微型计算系统及声、光控制部件所组成。
那么电梯到底有哪些功能呢？
我们从按下电梯的按钮到完成电梯的运行并走出电梯轿厢，实际上已包含了电梯的许多功能，如：
电梯的定向选层、电梯的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车、开关门。
还有检修功能、安全保护功能、消防功能、楼层显示等。
从电梯控制统的实现方法分，电梯的控制系统经历了继电器控制、可编程序控制（PLC）、单片微机控制、多微机控制多种形式。
继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式，有控制逻辑线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往接触不良，所以电梯故障高，众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大。
随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制发生了限大的变化，因为微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器，整个系统更加可靠，灵活性更加提高，功能大增强了。
但微机的集成度高，功能项目固化，一般维修人员及工程人员修改或增加不了其功能。
如要修改或增加其功能要找回生厂家或用专用的工具。
可编程序控制器取代继电器构成的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小最主要的是可编程序控制系统的"
可编程"
功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可。
而PLC的编程语言需不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点一般维修及工程人员都能掌握,PLC电梯控制系统比较适用于小高层的楼房.
电梯控制系统研究的现状
电梯的出现大大方便了人们的生活。
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有越来越广泛的应用，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
随着经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，这使得交流变频调速电梯控制系统已经进入一个崭新的时代。
实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。
目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；
第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。
从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。
国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；
而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。
随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。
特别是随着技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。
在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。
电梯是一种较为复杂的机电一体化的设备，一台完整的电梯主要由成土建部分，机械部分和电气部分组成。
土建部分大致由机房，井道，底坑组成。
机械部分主要有曳引主机，导向轮，曳引钢丝绳-绳头，限速器-安全钳，导轨-导靴，电梯轿厢，开关门连杆装置，层门-门锁，缓冲器等部件。
电梯电气系统有两大系统组成：
电梯的拖动系统和控制系统组成。
特点
在电梯的控制中其控制量多、逻辑性强、随机性大是其主要特点，对于PLC控制设计来说，电梯控制系统具有很强的实用性和典型性，研究、分析电梯的逻辑关系，进而实现控制，对于理解和学习PLC都具有很好的意义。
控制电梯运行的PLC系统要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。
本机控制单元采用以西门子公司的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。
整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的开关门，升降，加、减速，平层，起动、制动控制。
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调试软件进行调速，满足设计所需要的要求。
二、系统PLC选型
PLCCPU选择：
S7-200系列的CPU224（14输入,10输出）
德国进口西门子PLC，S7-200系列的CPU224,CPU226是世界上最好的小型PLC之一，属于经典之作
----S7-200系列出色表现在以下几个方面：
--------*极高的可靠性
--------*极丰富的指令集
--------*易于掌握
--------*便捷的操作
--------*丰富的内置集成功能
--------*实时特性
--------*强劲的通讯能力
--------*丰富的扩展模块
S7-200系列中的CPU224主要技术性能
。
1．一般性能
电源电压
DC24V，AC100~230V
电源电压波动
DC20.4-28.8V，AC84-264V（47-63Hz）
环境温度、湿度
水平安装0~550C，垂直安装0~450C，5~95%
大气压
860~1080hPa
保护等级
IP20到IEC529
输出给传感器的电压
DC24V（20.4-28.8V）
输出给传感器的电流
280mA，电子式短路保护（600mA）
为扩展模块提供的输出电流
660mA
程序存储器
8K字节/典型值为2.6K条指令
数据存储器
2.5K字
存储器子模块
1个可插入的存储器子模块
数据后备
整个BD1在EEPROM中无需维护
在RAM中当前的DB1标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持，后备时间190h（400C时120h），插入电池后备200天
编程语言
LAD，FBD，STL
程序结构
一个主程序块（可以包括子程序）
程序执行
自由循环。
中断控制，定时控制（1~255ms）
子程序级
8级
用户程序保护
3级口令保护
指令集
逻辑运算、应用功能
位操作执行时间
0.37μs
扫描时间监控
300ms（可重启动）
内部标志位
256，可保持：
EEPROM中0~112
计数器
0~256，可保持：
256，6个高速计数器
定时器
可保持：
256，
4个定时器，1ms~30s
16个定时器，10ms~5min
236个定时器，100ms~54min
接口
一个RS485通信接口
可连接的编程器/PC
PG740P=2\*ROMANII，PG760P=2\*ROMANII，PC（AT）
本机I/O
数字量输入：
14，其中4个可用作硬件中断，14个用于高速功能
数字量输出：
10，其中2个可用作本机功能，
模拟电位器：
2个
可连接的I/O
数字量输入/输出：
最多94/74
模拟量输入/输出：
最多28/7（或14）
AS接口输入/输出：
496
最多可接扩展模块
7个
2．输入特性
类型
源型或汇型
输入电压
DC24V，“1信号”：
14-35A，“0信号”：
0-5A，
隔离
光耦隔离，6点和8点
输入电流
“1信号”：
最大4mA
输入延迟（额定输入电压）
所有标准输入：
全部0.2-12.8ms（可调节）
中断输入：
（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可调节）
高速计数器：
（I0.0-0.5）最大30kHz
3．输出特性
晶体管输出型
继电器输出型
额定负载电压
DC24V（20.4-28.8V）
DC24V（4-30V）
AC24-230V（20-250V）
输出电压
最小DC20V
L+/L-
光耦隔离，5点
继电器隔离，3点和4点
最大输出电流
0.75A
2A
最小输出电流
“0信号”：
10μsA
0mA
输出开关容量
阻性负载：
灯负载：
5W
DC30W，AC200W
三、PLC的扩展
ＰＬＣ扩展用ＥＭ ２２３
ＥＭ ２２３ ＣＮ的输入／输出模块：
4点输入，24VDC4点输出，24VDC
4点输入，24VDC4点输出，继电器
8点输入，24VDC8点输出，24VDC
8点输入，24VDC8点输出，继电器
16点输入，24VDC16点输出，24VDC
16点输入，24VDC16点输出，继电器
传感器选择：
有楼层传感器、编码器、平层感应器，主要是测距和平层用。
行程开关（位置传感器），保证门的正确开关
红外传感器，防止夹人
光电传感器：
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。
光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。
它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；
也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。
光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。
工作原理
由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件（光学测控系统）输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法可分为透射（吸收）式,漫反射式,遮光式（光束阻档）三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;
所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;
所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射到光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：
发送器、接收器和检测电路。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。
光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。
接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。
在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。
在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。
四、Ｉ／Ｏ地址分配表
共有输入点23个，输出点20个
输入点名称
输出点名称
一层内呼
I0.0
一层内呼指示
Q0.0
二层内呼
I0.1
二层内呼指示
Q0.1
三层内呼
I0.2
三层内呼指示
Q0.2
四层内呼
I0.3
四层内呼指示
Q0.3
五层内呼
I0.4
五层内呼指示
Q0.4
一层外呼上
I0.5
一层外呼上指示
Q0.5
二层外呼下
I0.6
二层外呼下指示
Q0.6
二层外呼上
I0.7
二层外呼上指示
Q0.7
三层外呼下
I1.0
三层外呼下指示
Q1.0
三层外呼上
I1.1
三层外呼上指示
Q1.1
四层外呼下
I1.2
四层外呼下指示
Q1.2
四层外呼上
I1.3
四层外呼上指示
Q1.3
五层外呼下
I1.4
五层外呼下指示
Q1.4
开门按钮
I1.5
电梯上行指示
Q1.5
关门按钮
I1.6
电梯下行指示
Q1.6
一层平层
I1.7
门电机开门
Q1.7
二层平层
I2.0
门电机关门
Q2.0
三层平层
I2.1
电梯轿厢上行
Q2.1
四层平层
I2.2
电梯轿厢下行
Q2.2
五层平层
I2.3
报警
Q2.3
开门限位
I2.4
关门限位
I2.5
红外传感器
I2.6
五、流程图
电梯运行的流程图
根据电梯运行流程图，大致可将软件的设计分为以下几个大部分：
开关门环节、楼层显示环节、轿内呼叫信号的登记与消除环节、厅外呼叫信号的登记与消除环节、定向环节、启动环节、制动环节。
3.1开关轿厢门程序
轿厢门开可分为以下几种情况：
（1）电梯在一层平层，有一层外呼上指示或一层内呼指示。
（2）电梯在二层平层，有二层外呼下指示（电梯选项向下），二层外呼上指示（电梯选项向上）或二层内呼指示。
（3）电梯在三层平层，有三层外呼下指示（电梯选项向下），三层外呼上指示（电梯选项向上）或三层内呼指示。
（4）电梯在四层平层，有四层外呼下指示（电梯选项向下），四层外呼上指示（电梯选项向上）或四层内呼指示。
（5）电梯在五层平层，有五层外呼下指示或五层内呼指示。
（6）电梯在平层时按下开门按钮。
所绘制的梯形图如下：
图3.1轿箱门开
门电机开这个输出被置位后，当它符合一定条件时，就应取消它的置位，使其停止开门动作。
这些条件应为：
（1）按下关门按钮，并且同时开门按钮没有按下。
（2）输出信号门电机关置位，且开门按钮没有按下
（3）达到开门限位，自动停止开门动作。
所绘制的梯形图如下：
图3.2轿箱门开复位
开门动作结束后将是3秒钟的延时，然后电梯会自动关门，达到关门限位后，关门动作自动结束。
同样，按下关门按钮，电梯也将关门，开门按钮被按下，或有门电机开信号输出，则关门动作取消。
图3.3轿箱门关及其复位
3.2自动选向程序
本程序的自动选项功能主要由电梯的上行条件和下行条件两部分组成，
其中，电梯满足以下条件时上行：
（1）电梯在四层，且有四层外呼上指示，五层外呼下指示，五层内呼指示。
（2）电梯在三层，且有三层外呼上指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，五层外呼下指示，四层内呼指示，五层内呼指示。
（3）电梯在二层，且有二层外呼上指示，三层外呼下指示，三层外呼上指示，四层外呼下指示，四层外呼上指示，五层外呼下指示，三层内呼指示，四层内呼指示，五层内呼指示。
（4）电梯在一层时，无论什么情况均上行；
同理，电梯在第五层时无论什么情况均不上行。
满足以上条件同时不满足电梯下行条件时，电梯上行，绘制梯形图如下：
图3.4电梯轿箱上行
同样，当满足以下条件，且不满足电梯上行条件时，电梯下行：
（1）电梯在四层，且有四层外呼下指示，三层外呼上指示，三层外呼下指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，三层内呼指示，二层内呼指示，一层内呼指示。
（2）电梯在三层，且有三层外呼下指示，二层外呼上指示，二层外呼下指示，一层外呼上指示，二层内呼指示，一层内呼指示。
（3）电梯在二层，且有二层外呼下指示，一层外呼上指示，一层内呼指示。
（4）电梯在五层时，无论什么情况均满足下行条件，同理，电梯在一层时，无论如何均不会下行。
绘制梯形图如下所示：
图3.5电梯轿箱下行
3.3轿厢内呼和楼层外呼指示程序
轿厢内呼较为简单，当按下内呼按钮，内呼指示即置位，达到指定楼层后，电梯门打开，内呼指示取消置位。
以第一层为例，梯形图如下所示：
图3.6一层内呼指示置位与复位
楼层外呼指示程序则比较复杂，按下外呼按钮，则对应的外呼指示置位，在取消置位时，一层和五层因为只有一种运动方向，因此直接平层后门电机打开就能取消置位。
以一层为例，作梯形图如下所示：
图3.7一层外呼上指示置位与复位
而二、三、四层则不同，因为这三层均有两种运动方向，只有电梯运动方向与外呼运动方向相同时，才能取消置位。
以二层外呼为例，梯形图如下所示：
图3.8二层外呼指示置位与复位
其中“二层上”、“二层下”条件的梯形图如下所示：
图3.9二层上行、下行条件
结论
在本次毕业设计中，我通过查阅与课题有关的技术参考资料，了解与此有关的应用技术与发展现状，同时学习掌握西门子公司PLC的编程调试方法与技术，在此基础上设计并完成了用西门子PLC控制五层电梯系统的硬件和软件，给出系统硬件的整体设计的说明，以及软件的总体设计构思，并编写相应的梯形图软件。
毕业设计是大学学习阶段的一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次独立地较为完整的设计出电梯PLC控制系统，我摆脱了单纯的理论学习状态。
通过实际的软、硬件设计与选择，锻炼了我综合运用所学专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及专业文献翻译等其他方面的能力水平。
通过与王耿芳指导老师的沟通与交流，我了解到许多PLC的实际运用知识，硬件设备的选用方法等，让我的综合能力得到了提高。
这一次的毕业设计使我得到了宝贵的实际设计经验，使我能够更好的把理论与实践结合起来，再未来的工作中表现出更好的自主学习能力和灵活应变能力。
顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。
但在此次毕业设计中，我还有一些未能完成遗憾。
由于能力所限，我仅仅运用PLC实现了电梯最基本的运动控制功能，在实际运行中还存在一些不足，例如没有考虑到电梯的舒适性，电梯轿厢以及轿厢门、厅门的运行速度只有一个设定值，没有运用变频器对电机进行调速，造成在实际运用中乘坐人员舒适度的降低，这也是我进一步需要努力和加强的地方。
发现问题，面对问题，才有可能解决问题。
不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为社会做出应有的贡献，为祖国的四化服务。
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