三层电梯控制PLC专业课程设计.doc

学号

《电气控制和PLC》
课 程 设 计

（ 级本科）

题 目： 三层电梯自动控制系统设计
系（部）院： 物理和机电工程学院
专 业： 电气工程及其自动化
作者姓名： 陈泽江
指导老师： 单乐 职称： 助教
完成日期： 年 7 月 4 日

三层电梯模拟控制
一、设计目标
1. 设计PLC控制三层电梯模拟控制系统；
2. 掌握PLC编程软件及相关指令使用方法；
3. 掌握PLC下位机和上位机通讯、软件调试方法；
4. 培养学生逻辑思维能力、分析问题和处理问题能力。
二、硬件系统设计
1. 硬件系统组成
硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-200PLC控制器(下位机、数字量输入/输出点为24入/16出)和三层电梯模拟被控对象等组成，编程计算机(RS232通讯口)和S7-200PLC控制器(RS485通讯口)之间通讯采取PPI通讯模块。三层电梯模拟被控对象结构示意图以下所表示。

启/停
2. 定义I/O口地址分配表
输 入 信 号
输 出 信 号
信号元件及作用
PLC输入口地址
信号元件及作用
PLC输出口地址
开启/停止带锁按钮

一层内选记忆灯L1

一层内选按钮K1

二层内选记忆灯L2

二层内选按钮K2

三层内选记忆灯L3

三层内选按钮K3

一层外呼向上灯UP1

一层平层检测KL1

二层外呼向上灯UP2

二层平层检测KL2

二层外呼向下灯DL2

三层平层检测KL3

三层外呼向下灯DL3

一层外选向上按钮U1

上行指示灯

二层外选向上按钮U2

下行指示灯

二层外选向下按钮D2

一层楼层指示灯SL1

三层外选向下按钮 D3

二层楼层指示灯SL2

三层楼层指示灯SL3

接0V DC
1M
接24V DC
1L、2L、3L
3. 设计出硬件系统接线图
三、控制内容及程序设计
(一) 次序呼叫控制内容
1. 设计要求
(1) 电梯初始位置在一层；
(2) 电梯抵达某一层，按下平层检测传感器，层显灯亮，同时层选灯灭；
(3) 电梯离开某一层，按下平层检测传感器，层显灯灭；
(4) 电梯运行方向用上、下行指示灯标识，电梯上行时，上行指示灯亮；电梯下
行时，下行指示灯亮。
2. 设计内容
(1) 按下开启按钮，电梯开始工作；
(2) 电梯初始位置在一层，每按外选上呼和下呼按钮，对应层选指示灯、方向
指示灯、层显和层检测传感器工作，实现其次序控制功效；
(3) 电梯在一层，内选全部有呼叫并运行，对应层选指示灯、方向指示灯、层显和
层检测传感器工作，实现其控制功效。
(二) 随机呼叫控制内容
1. 设计要求
(1) 电梯初始位置在一层；
(2) 电梯抵达某一层，按下平层检测传感器，层显灯亮，同时层选灯灭；
(3) 电梯离开某一层，按下平层检测传感器，层显灯灭；
(4) 电梯运行方向用上、下行指示灯标识，电梯上行时，上行指示灯亮；电梯下
行时，下行指示灯亮；
(5) 设计程序时应以该层为基准，来判定下一步怎样动作和控制；
(6) 电梯运行在层中间不能停止；
(7) 遵照“顺向优先，内选优先、最远距离优先响应”设计标准。
2. 设计内容
(1) 按下开启按钮，电梯开始工作；
(2) 电梯在一层，内、外层选按钮全部有呼叫，对应层指示灯亮；对应电梯运行
方向指示灯亮，实现其控制功效；
(3) 电梯在二层，内、外层选按钮全部有呼叫，对应层指示灯亮；对应电梯运行
方向指示灯亮，实现其控制功效；
(4) 电梯在三层，内、外层选按钮全部有呼叫，对应层指示灯亮；对应电梯运行
方向指示灯亮，实现其控制功效；
(5) 按下停止按钮，电梯停止工作。
四、预习汇报设计要求
1. 试验前，依据控制内容设计出系统接线图、程序步骤图、时序图；
2. 设计出控制程序，并创新出一个以上彩灯循环(1)控制功效。
五、系统调试及问题分析
1. 试验中，先把事先设计好控制程序输入编程计算机，编译无错误后(只说明编
程语法无错误)下载到PLCCPU中。
2. PLC控制器控制彩灯循环(1)运行，假如控制功效不满足要求，再进行控制程序
调试(可在监控状态下)，反复修改控制程序直到满足控制功效为止。
3. 在调试中所碰到问题，要利用所学理论知识或实践经验独立处理，逐步提
高分析问题及处理问题能力。
六、设计汇报要求
1. 试验结束后，要书写出设计汇报，汇报中要求有系统接线图、状态时序图、程
序步骤图、带有功效注释控制程序等；
2. 汇报中必需有调试过程中碰到问题及处理方法；收获、体会及提议。

河西学院本科生课程设计诚信申明

本人郑重申明：所呈交课程设计，是本人在指导老师指导下，独立进行研究工作所取得结果，结果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过作品结果。对本文研究做出关键贡献个人和集体均已在文中以明确方法标明。本人完全意识到本申明法律结果由本人负担。

作者署名：
二O 年 月 日

摘 要
现现在，电梯已经是城市一个标志性建设，替换了以前楼梯。本设计三层电梯为对象，利用西门子S7-200 PLC作为控制器，对其控制系统做了硬件设计和软件设计。硬件部分设计了控制面板、控制系统、CPU 选型及硬件接线图，其中控制系统包含开启系统、判定系统、选择系统；软件部分设计了软件步骤图，编写了梯形图而且经过STEP 7-MicroWIN编程软件及S7-200仿真软件对其进行了仿真调试，程序运行正确，实现了电梯自动控制要求。

abstract 
Nowadays, the elevator is a landmark of the city construction, instead of the stairs before. This design three layers of elevator as an object, using the Siemens S7-200 PLC as the controller, the control system hardware design and software design. Hardware design of the control panel, control system, selection of CPU and hardware wiring diagram and control system including startup system, judgment system, select system; Software part design flow chart of the software, write the ladder diagram and programmed with STEP 7 - MicroWIN software and simulation software on the S7-200 simulation debugging, program runs correctly, realize the automatic control requirements of the lift.

目录
一、设计目标及意义 6
二、方案选择 7
2.1 电梯继电器控制系统特点 7
2.1.1电梯继电器控制系统优点 7
2.1.2电梯继电器控制系统缺点 7
2.2 PLC控制电梯特点 7
2.2.1 PLC控制电梯优点 7
三、PLC控制系统硬件设计 9
3.1三层电梯主电路 9
3.1.1三层电梯曳引电机及门电机电路图 9
3.2 I/o点数分配 9
3.2.1 I/O点数估算 9
3.2.2输入/输出分配以下 11
3.3系统结构框图 12
四、系统软件设计 13
4.1 三层电梯梯形图 13
4.1.1 电梯平层信号处理： 13
附录 22
总结 25
参考文件 26

一、设计目标及意义

在现代社会和经济活动中，电梯已经成为城市物质文明一个标志。尤其是在高层建筑中，电梯是不可缺乏垂直运输设备。伴随高层建筑飞速发展今天，电梯行业也随之进入了新发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC替换原来继电器控制，其很多功效是传统继电器控制系统无法实现。

二、方案选择
2.1 电梯继电器控制系统特点
2.1.1电梯继电器控制系统优点
(1) 全部控制功效及信号处理全部有硬件实现，线路直观，易于了解和掌握，适合于通常技术人员和技术工人所掌握。
(2) 系统保养、维修及故障检验无需较高技术和特殊工具、仪器。
(3) 大部分电器均为常见控制电器，更换方便，价格较廉价。
(4) 多年来中国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握人员较多。
2.1.2电梯继电器控制系统缺点
(1) 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点轻易烧坏磨损，造成接触不良，所以故障率较高。
(2) 一般控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂控制功效，使系统控制功效不易增加，技术水平难以提升。
(3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提升。
(4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
(5) 因为线路复杂，易出现故障，所以保养维修工作量大。费用高；而且检验故障困难，费时费工。
总而言之，电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯可靠性和安全性，常常造成停梯，给乘客人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不仅会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。所以现在电梯继电器控制已经极少使用了。
2.2 PLC控制电梯特点
2.2.1 PLC控制电梯优点
伴随社会不停发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房必需设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭贡献。
PLC在电梯控制上应用关键表现在它逻辑开关控制功效。因为PLC含有逻辑运算，计数和定时和数据输入输出功效。在电梯控制过程中，多种逻辑开关控制和PLC很好结合，很好实现了对电梯控制。
电梯电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统电气控制系统采取继电器逻辑控制因为触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐步被淘汰。现在电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功效改变灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后．控制系统进行下列运作：依据轿厢所处位置及乘员所处层数．判定轿厢运行方向，确保轿厢平层时减速。将轿厢停在选定楼层上；同时，依据楼层呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。
经过以上对比，最终选择利用西门子企业可编程控制器（PLC）对三层电梯进行控制，形成电梯控制系统。

三、PLC控制系统硬件设计
3.1三层电梯主电路
3.1.1三层电梯曳引电机及门电机电路图
依据设计要求，此次设计电气控制系统主回路原理图图所表示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1~KM4经过控制两台电动机运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯控制。FR1，FR2为起过载保护作用热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。

3.2 I/o点数分配
3.2.1 I/O点数估算
采取PLC组成三层简易电梯电气控制系统。电梯上、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SB7和指示灯HL6，二层有上升呼叫按钮SB8和指示灯HL7和下降呼叫按钮SB9和指示灯HL8，三层下降呼叫按钮SB10和指示灯HL9，电梯内有一至三层呼叫按钮SB1～SB3和指示灯HL3～HL5；电梯开门和关门按钮SB11和SB12，电梯开门和关门分别经过电磁铁KM3和KM4控制，轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行记忆(HL1)和下行记忆(HL2)两路指示灯。
总而言之，输入点共有15个，输出点共有12个。
可编程控制器S7—200CPU226输入，输出点数为24／16。足以满足要求

PLC外部接线图
3.2.2输入/输出分配以下
该系统占用PLC27个I/O口，15个输入点，12个输出点，具体I/O分配以下图所表示：

3.3系统结构框图

电梯上升下降步骤图

四、系统软件设计
4.1 三层电梯梯形图
4.1.1 电梯平层信号处理：

4.1.2厅外召唤信号登记及消除：

4.1.3内信号召唤登记及消除，一楼为基站，两分钟内无操作，电梯自动返回一楼。

4.1.4选择楼层信号
①轿厢上行
②轿厢下行

4.1.5内指令外召唤信号保持，用于在有需要楼层停车，并自动或手动实施关门操作：

4.1.6各楼层停车信号

4.1.7手动及自动开关门

附录
注：响应次序为按钮按下前后
①电梯在一楼，三楼外呼上行可见三楼外呼下行Q0.3线圈带电，且电梯正转线圈Q0.2带电且线圈上行记忆线圈Q0.0带电：

②电梯抵达三楼，碰到三楼平层限位开关I0.2，延时两秒后，电梯自动开门，门电机正转线圈Q1.4带电。

③碰到开门限位开关后I2.2，T38开始计时，20秒后门电机反转，直到碰到限位开关I2.3，全部线圈全部失电，直到有其它操作，各楼层操作均一致，下面不再详述。

④在三楼轿厢内，内呼二楼I0.4，电机开始正转，Q0.3带电

⑤电梯在二楼内呼一楼，外呼三楼下行，电机Q0.3,带电，可见电梯先响应一楼信号，电梯抵达一楼，且开门再关门后，线圈Q0.2带电，电机正转，向三楼运行

总结
经过这次课程设计，我知道了PLC控制基础步骤和方法，明白了PLC对于控制系统关键性，正确控制设计对于工农业生产有着十分关键意义。这次课程设计短暂不过充实，在其中我发觉了自己不足，自己知识很多漏洞，和基础知识不扎实，课外知识知之甚少。也知道了自己以后学习方向和目标。这次课程设计对自己意义很大，自己从中取得很多东西。
对于PLC控制技术学习，我们先熟悉手中书本相关内容，因为教材里知识点是最基础，看完教材后有了更深地了解和知道了部分简单编程，接下来我再去图书馆借相关书籍进行借鉴和参考，当要用什么功效时，就在书上翻看对应部分内容。
对于电PLC控制相关知识，我重新翻看好几遍教材，尤其是第五.六章程序了解。每一次课程设计全部会学到不少东西，这次当然也不例外。不仅对PLC控制技术知识巩固了，也加强了编程和仿真软件使用和学习，这次课程设计最终顺利完成了，在设计中碰到了很多编程问题，最终在自己和同学相互帮助下，最终迎刃而解了。

参考文件
[1] 张晓峰，张静.电气和PLC控制技术及应用.高等教育出版社.
[2]王海李洪奎刘晓PLC多轴控制研究[J]. 机械工程学报, 6(4): 470-472.
[3]王海涌张为玮,王卫. 多轴运动控制器在转台控制系统中应用[J].电用, , (3): 97-99. 
[4]杨东, 黄永红, 张新华, 吉敬华. 用PLC基础指令实现自动运动定位控制 研究[J]. 微计算机信息, , 26(2-1): 62-64.

电气控制和PLC课程设计评定表
姓 名
陈泽江
学 号

专业班级
电气工程132班
课程设计题目：三层电梯自动控制系统设计
课程设计答辩或质疑统计：

成绩评定依据：
评 定 项 目
评 分 成 绩
1.设计方案可行性及其选优（20分）

2.设计过程及结果（40分）

3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）

5.设计汇报规范性、参考文件充足（不少于5篇）（10分）

6.答辩（20分）

总 分

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导老师签字：

年 月 日