PLC专业课程设计三层电梯.doc

课程设计汇报

题 目 三层电梯控制
课 程 名 称 PLC工业控制及应用
院 部 名 称 机电工程学院
专 业 电气工程及其自动化
班 级 10电气1班
学 生 姓 名 管志成
学 号
课程设计地点 C314
课程设计课时 20
指 导 教 师

金陵科技学院教务处制

摘 要
可编程控制器作为一个工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术发展结果，逐步形成了含有多个优点和微型，中型，大型，超大型等多种规格系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间很多控制领域。PLC总发展趋势是：高功效、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。
本课程设计基于西门子（SIEMENS）S7-200 PLC对三层电梯控制进行了模拟，形成了电梯升降系统PLC在电梯升降过程中，关键表现在逻辑开关功效。因为PLC含有逻辑运算、记数、定时和输出输入输出功效，在电梯升降过程中多种逻辑开关控制和PLC很好结合，对电梯实现了控制。

关键词 ：SIEMENS S7-200 PLC；电梯；升降

目 录
一、绪论
1.1 相关背景知识··············································3
1.2 课程设计目标············································3
1.3 课程设计要求············································3
1.4 课程设计任务············································4
二、电梯控制系统硬件设计
2.1 模拟装置介绍··············································5
2.2 选择机型··················································6
2.3 I/O分配表················································6
2.4 电气接线图和主电路图······································6
2.5电梯控制系统安全保护
2.5.1 短路保护··············································7
2.5.2 过载保护··············································7
2.5.3 失电压保护············································7
2.5.4 超程保护··············································7
三、电梯控制系统软件设计
3.1软件设计步骤图及描述·······································8
3.2 源代码设计
3.2.1 梯形图LAD············································9
3.2.2 语句表STL ···········································14
3.3 系统调试··················································16
四、课程设计体会················································16
五、参考文件····················································16

一、绪论
1.1 相关背景知识
伴随城市建设不停发展，高层建筑不停增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛应用。电梯作为高层建筑中垂直运行交通工具已和大家日常生活密不可分。在很多交通设备中，电梯是自动化程度最高优异设备一个。
以前电梯关键采取单片机控制，其性能等各方面全部不太完善，现在电梯控制系统多采取PLC，从电梯性能、器件灵活性及安全保障方面等全部有了很大提升。实际上电梯是依据外部呼叫信号和本身控制规律等运行，而呼叫是随机，电梯实际上是一个人机交互式控制系统，单纯用次序控制或逻辑控制是不能满足控制要求，所以，电梯控制系统采取随机逻辑方法控制。现在电梯控制普遍采取了两种方法，一是采取微机作为信号控制单元，完成电梯信号采集、运行状态和功效设定，实现电梯自动调度和集选运行功效，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方法用可编程控制器（PLC）替换微机实现信号集选控制。由PLC控制替换传统继电器控制已成为发展定局PLC是集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体新型自动控制装置。它编程软件采取易学易懂梯形图语言!控制灵方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，经过对电梯控制系统研究和设计，能够愈加深入了解和认识PLC技术关键和未来发展方向。
1.2 课程设计目标
（1）了解常见电气控制装置设计方法、步骤和设计标准。
（2）学以致用，巩固书本知识。经过训练，使学生初步设计含有电气控制装置能力，从而培养学生独立工作和发明能力。
（3）进行一次工程技术基础训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书能力，上网查询信息能力，利用计算机进行工程绘图能力，编制技术文件能力等，从而提升学生处理实际工程技术问题能力。
1.3 课程设计要求
（1）阅读本课程设计参考资料及相关图样，了解通常电气控制装置设计标准、方法和步骤。
（2）上网调研当今电气控制领域新技术、新产品、新动向，用于指导设计过程，使设计结果含有优异性和发明性。
（3）认真阅读本课程设计任务书，分析所选课题控制要求，并进行工艺步骤分析，画出工艺步骤图。
（4）确定控制方案，设计电气控制装置主电路。
（5）应用PLC设计电气控制装置控制程序。可分为5个步骤：
①选择PLC机型及I/O模块型号，进行系统配置并校验主机电源负载能力；
②依据工艺步骤图绘制次序功效图；
③列出PLCI/O分配表，画出PLCI/O接线图；
④设计梯形图并进行必需注释；
⑤输入程序并进行室内调试及模拟运行。
（6）设计电气控制装置照明、指示及报警等辅助电路。系统应含有必需安全保护方法，比如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。
（7）选择电气元件型号和规格，列出电气元件明细表。选择电气元件时，应优先选择优质新产品。
（8）绘制正式图样，要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用STEP 7-Micro/Win32编程软件编写梯形图。要求图幅选择合理，图、字体排列整齐，图样应按电气控制图国家标准相关要求绘制。
（9）编写设计说明书及使用说明书。内容包含说明设计任务及设计过程，附上设计过程中相关计算及说明，说明操作过程、使用方法及注意事项，附上全部图表、所用参考资料出处及对自己设计结果评价或改善意见等。要求文字通顺、简练，字迹端正、整齐。
1.4 课程设计任务
1.4.1控制要求
电梯由安装在各楼层厅门口上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿箱内设有楼层内选按钮S1～S3，用以选择需停靠楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示，SQ1～SQ3为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向呼叫均无效。比如，电梯停在一层，在二层轿箱外呼叫时，必需按二层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到二层），按二层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在三层，在二层轿箱外呼叫时，必需按二层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从三层运行到二层），按二层上升呼叫按钮无效。
1.4.2系统分析
为了实现上述要求，首先列出PLCI/O分配表，并画出PLCI/O接线图，然后选择PLC机型及I/O模块型号，进行系统配置并校验主机电源负载能力。
依据控制要求，编写梯形图及语句表，调试程序直到正确无误。
1.4.3硬件设计
（1）列出PLCI/O分配表，并画出PLCI/O接线图；
（2）选择PLC机型及I/O模块型号，进行系统配置并校验主机电源负载能力；
（3）设计必需安全保护方法，比如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。
1.4.4软件设计
（1）采取模块化程序结构设计软件，首先将整个软件分成若干功效模块；
（2）编写控制系统逻辑关系图；
（3）绘制多种电路图；
（4）编制PLC程序并进行模拟调试；
（5）现场调试；
（6）编写技术文件并现场试运行。

二、电梯控制系统硬件设计
2.1 模拟装置介绍

图1 电梯控制面板图
S1、S2、S3分别为轿厢内一层、二层、三层电梯内选按钮；D2、D3分别为二层、三层电梯外下降呼叫按钮；U1、U2分别为一层、二层电梯外上升呼叫按钮；SQ1、SQ2、SQ3分别为一层、二层、三层行程开关，模拟实际电梯位置传感器作用。
L1、L2、L3分别为一层、二层、三层电梯位置指示灯；DOWN为电梯下降状态指示灯；UP为电梯上升状态指示灯；SL1、SL2、SL3分别为轿厢内一层、二层、三层电梯内选指示灯。
2.2 选择机型
依据控制系统设计要求，考虑到扩展和功效，选择一台晶体管输出结构CPU224小型PLC作为控制中心，CPU224I /O点数为24点（14入10出）。
2.3 I/O分配表
（1）输入
序号
名称
面板符号
程序符号
输入点
1
三层内选按钮
S1
S1
I0.0
2
二层内选按钮
S2
S2
I0.1
3
一层内选按钮
S3
S3
I0.2
4
三层下呼按钮
D3
D3
I0.3
5
二层下呼按钮
D2
D2
I0.4
6
二层上呼按钮
U2
U2
I0.5
7
一层上呼按钮
U1
U1
I0.6
8
三层行程开关
SQ2
SQ2
I0.7
9
二层行程开关
SQ3
SQ3
I1.0
10
一层行程开关
SQ4
SQ4
I1.1
（2）输出
序号
名 称
面板符号
程序符号
输出点
1
三层指示灯
L3
L3
Q0.0
2
二层指示灯
L2
L2
Q0.1
3
一层指示灯
L1
L1
Q0.2
4
上升指示灯
DOWN
DOWN
Q0.3
5
下降指示灯
UP
UP
Q0.4
7
内选指示灯
SL3
SL3
Q0.5
8
内选指示灯
SL2
SL2
Q0.6
9
内选指示灯
SL1
SL1
Q0.7
2.4 电气接线图和主电路图

图2 主电路图

图3 I/O接线图
2.5 电梯控制系统安全保护
水塔水位控制系统安全保护关键包含四个方面：短路保护、过载保护、失电压保护和超程保护等。
2.5.1 短路保护
短路时熔断器FU熔体熔断而切断电路起保护作用。
2.5.2 过载保护
采取热继电器FR。因为热继电器热惯性较大，即使发烧元件流过几倍于额定值得电流，热继电器也不会立即动作。所以在电动机开启时间不太长情况下，热继电器不会动作，只有在电动机长久过载时，热继电器才会动作，用它常闭触头使控制电路断电。
2.5.3 失电压保护
经过接触器KM自锁步骤来实现。当电源电压因为某种原所以严重欠电压或失电压（如停电）时，接触器KM断电释放，电动机停止转动。当电源电压恢复正常时，接触器线圈不会自行通电，电动机也不会自行开启，只有在操作人员重新按下开启按钮后，电动机才能开启。
2.5.4超程保护
超程也叫超行程，术语多用于电力设备断路器。
超程是真空开关触头完全闭合后，动或静触头所能移动距离。
超程作用关键有以下几点：
a)确保触头在电磨损后仍能保持一定接触压力；
b)触头闭合时能利用触头弹簧力缓冲，减小弹跳；
c)在触头分闸时，使动触头取得一定初始动能，拉断熔焊点，提升初始分闸速度，减小燃弧时间，从而提升介质恢复速度。
假如超程太小，就不能确保触头在烧损后应有触头压力，同时，初始分闸速度变小，会影响真空开关开断关合和动热稳定性能，甚至产生重合闸弹振。若超程太大，会增加操作机构合闸功，使合闸变得极不可靠。真空开关超程取额定开距15%～40%左右，10 kV级真空开关超程通常取3～4 mm。
现在真空开关动静触头之间接触通常采取平板接触，要确保接触良好，就要确保相当接触压力，超程是指开关动静触头接触后，触头弹簧压缩行程，其目标是为了确保接触压力，从而确保开关接触良好。

三、电梯控制系统软件设计
3.1 软件设计步骤图及描述

图4 系统设计步骤图
电梯开启时，检测电梯是否停在二或三楼层且有呼叫信号，假如是就等候呼叫信号，假如不是时，电梯自动下降到一层等候呼叫信号。当检测到有呼叫信号时，比如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，接着抵达三层，电梯停止。当电梯停前检测到呼叫信号，比如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，准备抵达三层时检测到二层呼叫信号，电梯停在三层后继续下降到二层等候呼叫信号。
3.2源代码设计
3.2.1梯形图LAD

3.2.2指令表STL
TITLE=三层电梯自动控制
Network 1 // 一层内选呼叫
LD I0.2
AN I1.1
S Q0.7, 1
Network 2 // 二层内选呼叫
LD I0.1
AN I1.0
S Q0.6, 1
Network 3 // 三层内选呼叫
LD I0.0
AN Q0.7
S Q0.5, 1
Network 4 // 抵达1层，内选消除，楼层1指示灯亮
LD I1.1
R Q0.7, 1
= Q0.2
Network 5 // 抵达2层，内选消除，楼层2指示灯亮
LD I1.0
R Q0.6, 1
= Q0.1
Network 6 // 抵达3层，内选消除，楼层3指示灯亮
LD I0.7
R Q0.5, 1
= Q0.0
Network 7 // 电梯内选上升过程
LD I0.1
O I0.0
A I1.1
LD I0.0
A I1.0
OLD
AN Q0.3
S Q0.4, 1
Network 8 // 呼叫电梯上升过程
LD I0.3
O I0.4
O I0.5
A I1.1
LD I0.3
A I1.0
OLD
AN Q0.3
S Q0.4, 1

LD I1.0
R Q0.6, 1
= Q0.1
Network 6 // 抵达3层，内选消除，楼层3指示灯亮
LD I0.7
R Q0.5, 1
= Q0.0
Network 7 // 电梯内选上升过程
LD I0.1
O I0.0
A I1.1
LD I0.0
A I1.0
OLD
AN Q0.3
S Q0.4, 1
Network 8 // 呼叫电梯上升过程
LD I0.3
O I0.4
O I0.5
A I1.1
LD I0.3
A I1.0
OLD
AN Q0.3
S Q0.4, 1
S M1.0, 1
Network 9 // 上升等候状态，指示灯闪烁，电梯门打开
LD I1.1
A I0.6
LD I1.0
A I0.5
OLD
S M0.5, 1
Network 10
LD M0.5
LPS
A T43
AN T45
= Q1.0
LPP
TON T45, 40
Network 11
LD T45
R M0.5, 1
Network 12 // 电梯内选下降过程
LD I0.1
O I0.2
A I0.7
LD I0.2
A I1.0
OLD

O I0.5
A I1.1
LD I0.3
A I1.0
OLD
AN Q0.3
S Q0.4, 1
S M1.0, 1
Network 9 // 上升等候状态，指示灯闪烁，电梯门打开
LD I1.1
A I0.6
LD I1.0
A I0.5
OLD
S M0.5, 1
Network 10
LD M0.5
LPS
A T43
AN T45
= Q1.0
LPP
TON T45, 40
Network 11
LD T45
R M0.5, 1
Network 12 // 电梯内选下降过程
LD I0.1
O I0.2
A I0.7
LD I0.2
A I1.0
OLD
AN Q0.4
S Q0.3, 1
Network 13 // 电梯呼叫下降过程
LD I0.4
O I0.5
O I0.6
A I0.7
LD I0.6
A I1.0

OLD
S M0.6, 1
Network 15
LD M0.6
LPS
A T43
AN T46
= Q1.1
LPP
TON T46, 40
Network 16
LD T46
R M0.6, 1
Network 17 // 闪烁电路
LD M0.5
O M0.6
AN T44
TON T43, 5
Network 18
LD T43
TON T44, 5
Network 19 // 电梯在2层，有些人呼叫
LD I0.3
O I0.4
O I0.5
O I0.6
A I1.0
S M0.0, 1
Network 20 // 停2层呼叫消除
LD I1.1
O I0.7
R M0.0, 1
Network 21 // 电梯在1、3层呼叫
LD I0.4
AN I1.1
LD I0.5
AN I0.7
OLD
LD I1.1
A I0.3
OLD
LD I0.7
A I0.6

OLD
S M0.1, 1
Network 22 // 电梯在1、3呼叫消除
LD I0.7
AN Q0.1
AN Q0.3
LD I1.1
AN Q0.5
AN Q0.4
OLD
R M0.1, 1
Network 23 // 电梯上升消除
LD I1.0
AN Q0.5
AN M0.0

AN M0.1
O I0.7
R Q0.4, 1
Network 24 // 电梯下降消除
LD I1.0
AN Q0.7
AN M0.0
AN M0.1
O I1.1
R Q0.3, 1
Network 25 // 电梯复位
LD I1.2
R I0.0, 10
R Q0.0, 10
R M0.0, 8

3.3系统调试
依据电气接线图安装接线，用编程工具将用户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、下载、调试、运行、直至运行成功。

四、课程设计体会
在这次PLC课程设计中，首先是我首次自己做一个大设计，也是第一次把自己所学东西应用到实际中去。让我感到不足地方是在开始动手设计程序前，没有系统和完整分析三层电梯控制系统，没有罗列出三层电梯控制系统全部情况，造成在设计程序时候总是因为出现功效缺点，最终还是要去一点一点修改程序以实现目标，以后慢慢学会了应该对电梯上升和下降系统综合考虑能够有效地避免所出现问题。
这次PLC课程设计，考验了我对理论知识利用能力，锻炼了对故障排除分析能力，值得感谢是当我们碰到困难时，老师耐心指导，帮我们一起分析故障，共同处理困难。另外，这课程设计也为了我们以后毕业设计提供了很好经验，建立基础，能够说是意义重大，影响深远。
对于此PLC课程设计，我学到了很多，相信在自己不懈努力下能够愈加好地利用PLC做出愈加好设计!

五、参考文件
[1]陈建民.电气控制和PLC应用[M]. 北京：电子工业出版社..
[2]林德杰编著.过程控制仪表及控制系统.机械工业出版社..05
[3]刘刚编著.Protel DXP SP2原理图和PCB设计.电子工业出版社..07