plc四层电梯专业课程设计.doc

电气控制和PLC课程设计

题 目： 四层电梯控制系统
姓 名：
学 号：

指 导 教 师：
专 业：
班 级：
所 在 学 院： 电气信息学院

1月1日
目录

摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 课题背景及现实意义 1
1.2 本文关键工作 1
第二章 设计任务 2
2.1设计任务书 2
2、2控制要求： 2
第三章 设计方案选择 4
3.1 设计方案选择 4
3.2 总体方案确实定 4
第四章 电气主电路图 5
第五章 硬件电路图及电梯运行步骤图 6
5.1 控制电路和保护电路图 6
5.2 电梯运行步骤图 6
第六章 PLC接线图，I/O分配、梯形图设计及指令表 8
6.1 PLC接线图 8
6.2 I/O分配表 9
6.3 梯形图 10
6.4 指令表 15
第七章 全部低压电气电器型号选择清单 18
总 结 18
参考文件 20
小组分工 21

摘 要
此次课程设计是设计一个基于欧姆龙CPM1A系列PLC控制系统四层电梯自动控制系统。在设计中采取欧姆龙CPM1A系列配套电梯模板，经过对应梯形图程序使电梯能自动对各楼层信号进行检测，依据系统提供输入控制信号自动响应楼层呼叫信号和轿厢服务指令信号，实现电梯自动上下运行，并用信号指示灯显示响应情况。同时，在电梯上行时，只能响应上行呼叫信号，下行时只能响应下行呼叫信号；自动完成轿厢层楼位置显示和电梯运行方向显示，当电梯抵达某平层时能经过数码管来显示楼层层号；同时为了安全起见，在电梯运行过程中，电梯自动严禁开关门操作，只有当电梯抵达某平层时才能进行开关门操作。

关键词：四层电梯；欧姆龙；PLC控制

Abstract
This course is intended to design a four-story elevator control system which is based on Omron CPM1A PLC automatic control system . By using the elevator template which is matched with Omron CPM1A series , and through the corresponding ladder program ,the elevator can automatically detect the signal on each floor and give automatically response to the call signal and the car floor service command signal according to the input control signal provided by the system to achieve the automatically running like up and down, then the elevator should show the response of the signal with indicators. Meanwhile, the elevator can only respond to the uplink signal when it is on the upward .And the elevator can only respond to the downlink signal when it is on the downward ;the elevator also can automatically display the direction of the elevator car’s position and show elevator running direction,use digital tubes display the F layers number when the elevator reaches a flat layer ; for safety reasons, in the course of operation of the elevator, the elevator door automatically disables the opening and closing operation unless the elevator reaches a certain layer.

Keywords:four-story elevator;Omron ;PLC control

第一章 绪论
1.1 课题背景及现实意义
可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，它是一个以微处理器为关键数字运算操作电子系统装置，专为在工业现场应用而设计。PLC是一个用于自动化实时控制数位逻辑控制器，广泛应用于现在工业控制领域。在PLC出现之前通常要使用成百上千继电器和计数器才能组成含有相同功效自动化系统。而现在，经过编程简单PLC已经替换了这些大型装置。可程式逻辑控制器系统程序通常在出厂前已经初始化完成，用户能够依据自己需要编程来实现自动化要求。PLC自问世以来，尽管时间不长，但发展快速，现在PLC已经广泛地应用在多种机械设备和生产过程自动控制系统中，比如和日常生活亲密相关电梯。
电梯是现代高层建筑中不可缺乏交通工具，广泛用于住宅、公共建筑、工厂仓库等关键场所，方便了大家生活，节省了时间和体力。而伴随高层建筑不停增加，对电梯控制要求也越来越高，从而需要愈加完善和科学控制技术和控制系统。伴随科学技术发展，中国电梯生产技术也在不停改善设计。现在电梯控制系统关键有三种控制方法：继电路控制系统(早期安装电梯多位继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统因为故障率高、可靠性差、控制方法不灵活和消耗功率大等缺点，现在已逐步被淘汰；微机控制系统虽在智能控制方面有较强功效，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，通常维修人员难以掌握其维修技术等缺点；而PLC控制系统因为运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受大家重视，已成为现在在电梯控制系统中使用最多控制方法，现在也广泛用于传统继电器控制系统技术改造。
1.2 本文关键工作
此次课程设计是利用PLC控制系统来控制四层电梯运行。将采取OMRON CPM1A系列PLC进行控制，故利用是OMRON CPM1A系列PLC对应梯形图指令，实现对电机驱动已抵达电梯上、下行次序控制，随机呼叫优化控制，自动正确定位，上、下行及平层指示灯显示，上位监控系统和自动安全防护等功效。
本文关键包含：（1）介绍了四层电梯控制系统方案 。
（2）它电气控制图和对电梯硬件部分进行设计，给出了PLC控制系统硬件电路结构框图。
（3）对系统地软件进行设计和调试，设计了电梯系统步骤图和梯形图。
（4）总结了本文关键工作，包含得出结果和课程设计心得。 第二章 设计任务书
2.1设计任务书
对于各层楼按键和开关门，需要用欧姆龙CPM1A系列PLC进行控制，包含PLC对各楼层信号检测，楼层呼叫信号检测、开关门控制、最终控制电梯正反转信号输出等。电梯电机额定功率为13kw，供电电电压为三相四线制AC380V。
2、2控制要求：
1）自动响应层楼呼叫信号(含上呼叫和下呼叫)。
2）自动响应轿厢服务指令信号。
3）自动完成轿厢层楼位置显示(数码管方法)。
4）自动显示电梯运行方向（上箭头和下箭头）。
5）系统提供输入控制信号。
名称
文字符号
名称
文字符号
一楼上召唤按钮
SB1
一楼限位开关
SQ1
二楼上召唤按钮
SB2
二楼限位开关
SQ2
二楼下召唤按钮
SB3
三楼限位开关
SQ3
三楼上召唤按钮
SB4
四楼限位开关
SQ4
三楼下召唤按钮
SB5
轿厢开门到位开关
SQ5
四楼上召唤按钮
SB6
轿厢关门到位开关
SQ6
四楼下召唤按钮
SB7
电梯上下行过载保护
FR1
轿厢内开门按钮
SB8
电梯门开关过载保护
FR2
轿厢内关门按钮
SB9

轿厢内一楼按钮
SB10

轿厢内二楼按钮
SB11

轿厢内三楼按钮
SB12

轿厢内四楼按钮
SB13

6）系统需要输出开关控制信号.
名称
文字符号
名称
文字符号
一楼抵达指示灯
HL1
七段显示器 a 段发光二极管
LEDa
二楼抵达指示灯
HL2
七段显示器 b 段发光二极管
LEDb
三楼抵达指示灯
HL3
七段显示器 c 段发光二极管
LEDc
四楼抵达指示灯
HL4
七段显示器 d 段发光二极管
LEDd
电梯上行接触器
KM1
七段显示器 e 段发光二极管
LEDe
电梯下行接触器
KM2
七段显示器 f 段发光二极管
LEDf
电梯门开接触器
KM3
七段显示器 g 段发光二极管
LEDg
电梯门关接触器
KM4

第三章 设计方案选择
3.1 设计方案选择
现在电梯控制系统关键有三种控制方法：继电路控制系统(早期安装电梯多位继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。
继电器控制系统因为故障率高、可靠性差、控制方法不灵活和消耗功率大等缺点，现在已逐步被淘汰；微机控制系统虽在智能控制方面有较强功效，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，通常维修人员难以掌握其维修技术等缺点；而PLC控制系统因为运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受大家重视，已成为现在在电梯控制系统中使用最多控制方法，现在也广泛用于传统继电器控制系统技术改造。
现在，中国众多生产厂家生产了多个系列功效各异PCL产品。由任务书分析可知，此次设计共有21个输入控制信号，15个输出控制信号，故依据对输入输出点选择，对储存容量选择，对响应时间选择和输出负载特点选择，通常使用欧姆龙CPM1A系列PLC作为电梯控制器。
3.2 总体方案确实定
电梯PLC控制系统和其它类型电梯控制系统一样关键由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。电梯PLC控制系统关键硬件包含PLC主机及扩展、机械系统、轿厢内操纵盘、厢外呼叫盘和主拖动系统等。系统经过PLC输入接口送入PLC，存放在存放器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。电梯信号控制基础由PLC软件实现。输入到PLC控制信号有：运行方法选择、运行控制、轿内指令、厢外召唤、开关门及限位信号等。具体方案以下：
轿厢内设置一个开门按钮和一个关门按扭 。整个电梯系统，包含电机正反向继电器，电梯开门关门，电梯上升下降控制。电梯上升和下降由一台电动机控制：正转时电梯上升，反转时电梯下降。电梯轿厢有内选开门、关门，且由一台电动机控制：正转时电梯开门，反转时电梯关门。轿厢内有四个楼层选择按钮，分别是一到四楼。轿厢外各层两个呼叫开关（一个上升开关，一个下降开关）及对应显示。因为本设计是四层电梯，所以，在四楼只需设一个呼叫开关，一楼只需设一个上升开关。同时，各层设一个到位行程开关。电梯楼层可经过七段共阴极数码管显示，电梯上下行由对应指示灯指示。 电梯能够随时接收呼叫请求，在上行过程中，先响应上面呼叫请求，下行过程中，优先响应下面呼叫。当没有呼叫时，电梯停在最终响应楼层。
 系统原理就是将全部呼叫信号储存起来，然后根据响应标准逐一去响应呼叫信号，响应过程中电梯自动开关门。完成呼叫信号后，清除掉已经完成呼叫。
第四章 电气主电路图
下图4-1为设计电路主电路图，左边电机控制电梯上下运动，KM1为控制电梯上行主触头，KM2为控制电梯下行主触头；右边电机控制电梯门开关运动，KM3为控制电梯门开主触头，KM4为控制电梯门关主触头。FR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。FU为熔断器，起过电流保护作用。

图4-1电气主电路图

第五章 硬件电路图及电梯运行步骤图
5.1 控制电路和保护电路图
下图5-1为系统硬件控制电路和保护电路图

PLC控制器
编码器
按钮电路
楼层传感器
检测电路
电梯其它输入信号
发光二极管记忆灯电路
PWM控制调整电路
轿厢开关门电路
楼层显示电路

图5-1控制电路和保护电路图
5.2 电梯运行步骤图
下图5-2为电梯运行步骤图，电梯实际运行时即根据下图步骤进行工作。

图5-2电梯运行步骤图

第六章 PLC接线图，I/O分配、梯形图设计及指令表
6.1 PLC接线图

图6-1 PLC接线图
6.2 I/O分配表
下表为此控制系统I/O分配表

表6-1 I/O分配表
名称
符号
名称
符号
一楼限位开关
0.00
二楼上召唤按钮
0.05
二楼限位开关
0.01
二楼下召唤按钮
0.06
三楼限位开关
0.02
三楼上召唤按钮
0.07
四楼限位开关
0.03
三楼下召唤按钮
1.00
轿厢开门到位开关
2.02
轿厢关门到位开关
2.03
四楼下召唤按钮
1.01
电梯上下行过载保护
2.04
轿厢内开门按钮
1.02
电梯门开关过载保护
2.05
轿厢内关门按钮
1.03
轿厢内一楼按钮
1.04
轿厢内二楼按钮
1.05
轿厢内三楼按钮
2.00
轿厢内四楼按钮
2.01
一楼抵达指示灯
10.04
二楼抵达指示灯
10.05
七段显示器 a 段发光二极管
10.08
三楼抵达指示灯
10.06
七段显示器 b 段发光二极管
10.09
四楼抵达指示灯
10.07
七段显示器 c 段发光二极管
10.10
电梯上行接触器
10.02
七段显示器 d 段发光二极管
10.11
电梯下行接触器
10.03
七段显示器 e 段发光二极管
10.12
电梯上行指示灯
10.00
七段显示器 f 段发光二极管
10.13
电梯上行指示灯
10.01
七段显示器 g 段发光二极管
10.14
电梯门关接触器
11.07
电梯门开接触器
11.06
一楼上召唤按钮
0.04

6.3 梯形图

6.4 指令表

LD 1.05
OR 11.05
ANDNOT 204.03
OUT 11.05
LD 1.02
OR 11.02
LDNOT 204.02
OR 10.03
ANDLD
OUT 11.02
LD 1.04
OR 11.04
LDNOT 204.02
OR 10.02
ANDLD
OUT 11.04
LD 1.01
ANDNOT 204.01
LD 11.01
AND 10.03
ORLD
OUT 11.01
LD 1.03
OR 11.03
LDNOT 204.01
OR 10.02
ANDLD
OUT 11.03
LD 1.00
OR 11.00
ANDNOT 204.00
OUT 11.00
LD 0.04
OR 10.04
ANDNOT 0.00
OUT 10.04
LD 0.05
OR 10.05
ANDNOT 0.01
OUT 10.05
LD 0.06
OR 10.06
ANDNOT 0.02
OUT 10.06
LD 0.07
OR 10.07
ANDNOT 0.03
OUT 10.07
LD 0.00
OR 204.00
ANDNOT 0.01
ANDNOT 0.02
ANDNOT 0.03
OUT 204.00
LD 0.01
OR 204.01
ANDNOT 0.00
ANDNOT 0.02
ANDNOT 0.03
OUT 204.01
LD 0.02
OR 204.02
ANDNOT 0.00
ANDNOT 0.01
ANDNOT 0.03
OUT 204.02
LD 0.03
OR 204.03
ANDNOT 0.00
ANDNOT 0.01
ANDNOT 0.02
OUT 204.03
LD 10.05
OR 10.06
OR 10.07
OR 10.11
OR 10.12
OR 10.13
OR 10.14
OR 10.15
AND 204.00
OUT 202.02
LD 10.06
OR 10.07
OR 10.12
OR 10.14
OR 10.15
AND 204.01
OUT 202.03
LD 10.15
OR 10.07
AND 204.02
OUT 202.04
LD 202.02
OR 202.03
OR 202.04
OUT 202.00
LD 10.00
ORNOT 202.01
AND 202.00
ANDNOT 10.03
ANDNOT 2.04
ANDNOT 200.00
ANDNOT 11.07
OUT 10.02
LD 10.02
OR 10.00
ANDNOT 10.03
ANDNOT 0.03
OUT 10.00
LD 10.04
OR 10.05
OR 10.06
OR 11.00
OR 11.01
OR 11.02
OR 11.03
OR 11.04
AND 204.03
OUT 202.05
LD 10.04
OR 10.05
OR 11.00
OR 11.01
OR 11.03
AND 204.02
OUT 202.06
LD 10.04
OR 11.00
AND 204.01
OUT 202.07
LD 202.05
OR 202.06
OR 202.07
OUT 202.01
LD 10.01
ORNOT 202.00
AND 202.01
ANDNOT 10.02
ANDNOT 2.05
ANDNOT 200.00
ANDNOT 11.07
OUT 10.03
LD 10.03
OR 10.01
ANDNOT 10.02
ANDNOT 0.00
OUT 10.01
LD 11.00
OR 201.00
LDNOT 201.06
ORNOT 0.00
ANDLD
OUT 201.00
LD 11.01
ANDNOT 10.03
OR 201.01
LDNOT 201.06
ORNOT 0.01
ANDLD
OUT 201.01
LD 11.02
ANDNOT 10.03
OR 201.02
LDNOT 201.06
ORNOT 0.02
ANDLD
OUT 201.02
LD 11.03
ANDNOT 10.02
OR 201.03
LDNOT 201.06
ORNOT 0.01
ANDLD
OUT 201.03
LD 11.04
ANDNOT 10.02
OR 201.04
LDNOT 201.06
ORNOT 0.02
ANDLD
OUT 201.04
LD 11.05
OR 201.05
LDNOT 201.06
ORNOT 0.03
ANDLD
OUT 201.05
LD 10.04
OR 200.04
LDNOT 201.06
ORNOT 0.00
ANDLD
OUT 200.04
LD 10.05
OR 200.05
LDNOT 201.06
ORNOT 0.01
ANDLD
OUT 200.05
LD 10.06
OR 200.06
LDNOT 201.06
ORNOT 0.02
ANDLD
OUT 200.06
LD 10.07
OR 200.07
LDNOT 201.06
ORNOT 0.03
ANDLD
OUT 200.07
LD 200.04
OR 201.00
ANDNOT 201.06
AND 204.00
OUT 203.00
LD 200.05
OR 201.01
OR 201.03
ANDNOT 201.06
AND 204.01
OUT 203.01
LD 200.06
OR 201.02
OR 201.04
ANDNOT 201.06
AND 204.02
OUT 203.02
LD 200.07
OR 201.05
ANDNOT 201.06
AND 204.03
OUT 203.03
LD 2.00
OR 11.06
OR TIM007
ANDNOT 200.01
ANDNOT 11.07
ANDNOT 2.02
OUT 11.06
LD 203.00
OR 203.01
OR 203.02
OR 203.03
OUT TR0
ANDNOT 11.06
TIM 007 #0050
LD TR0
OUT 200.00
LD 2.01
OR 11.07
OR TIM008
ANDNOT 11.06
ANDNOT 2.03
OUT 11.07
LD 2.02
TIM 008 #0050
LD 10.02
OR 10.03
ANDNOT 201.06
OUT 200.01
LD 11.07
OUT 201.06

第七章 全部低压电气电器型号选择清单

下表为全部低压电气电器型号选择清单

低压电气电器
型号
低压电气电器
型号
电梯模块
EL-PLC-III-M4
PLC型号
欧姆龙CPM1A系列
轿厢内开门按钮SB7
ＬＡ２５－１０
电梯上下行过载保护FR1
ＪＲ１６－１５０／３
轿厢内关门按钮SB8
ＬＡ２５－１０
电梯门开关过载保护FR2
ＪＲ１６－１５０／３
一楼上召唤按钮SB1
ＬＡ２５－１０
一楼限位开关SQ1
ＪＬＸＫ１－１１１
二楼上召唤按钮SB2
ＬＡ２５－１０
二楼限位开关SQ2
ＪＬＸＫ１－１１１
二楼下召唤按钮SB3
ＬＡ２５－１０
三楼限位开关SQ3
ＪＬＸＫ１－１１１
三楼上召唤按钮SB4
ＬＡ２５－１０
四楼限位开关SQ4
ＪＬＸＫ１－１１１
三楼下召唤按钮SB5
ＬＡ２５－１０
轿厢开门到位开关SQ5
ＪＬＸＫ１－１１１
四楼上召唤按钮SB6
ＬＡ２５－１０
轿厢关门到位开关SQ6
ＪＬＸＫ１－１１１
轿厢内一楼按钮SB9
ＬＡ２５－１０
电梯上行接触器KM1
ＣＪ２０－１０
轿厢内二楼按钮SB10
ＬＡ２５－１０
电梯下行接触器KM2
ＣＪ２０－１０
轿厢内三楼按钮SB11
ＬＡ２５－１０
电梯门开接触器KM3
ＣＪ２０－１０
轿厢内四楼按钮SB12
ＬＡ２５－１０
电梯门关接触器KM4
ＣＪ２０－１０
表7-1 电气电器型号选择清单

总结
伴随科技不停发展进步，PLC应用在我们生活中随地可见，它在我们生活中饰演角色也越来越关键。
即使理论学习使我们掌握了相关PLC原理和功效，不过刚开始PLC课程设计时候，心中只是有一个大约整体想法，却不知道怎样将梯形图完整编写出来。但我并没有所以而放弃，而是不停查询资料来帮助自己。于是我在图书馆借了几本相关可编程序控制器应用书籍，参考里面实例和方法，知道了能够将整体分解成若干个小模块，然后对小模块逐一破解，如将本课程设计可分为指层控制、开关门控制、轿内呼叫和标识控制、厅外呼叫和标识控制、电梯上下行选择和指示控制、电梯运行控制来编写，最终再把小模块有效地拼凑起来就能够了。
这次plc课程设计即使不是很完美，但却让我们真正学到了很多东西，使我们受益匪浅。经过此次课程设计，让我对PLC梯形图、指令表、次序功效图有了愈加好了解，对PLC工作原理和使用方法也有了更深刻了解。以前总是认为只要对书本上知识有一个系统了解和掌握就够了，不过实践证实事实并非如此，除了书本上知识和老师上课讲东西外，自己要学还有很多很多。所以，在课程设计过程中，我们认真查阅了大量资料和工具。这么不仅开阔了我们视野，让我们学到了以前没有接触过东西，还锻炼了我们查阅资料能力。因为平时大家全部是学理论，没有过实际开发设计经验，拿到时候全部不知道怎么做。但经过各方面查资料并学习，我们基础学会了PLC设计步骤和基础方法。在对理论利用中，提升了我们工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道掌握全部是思想上，对部分细节不加重视，当我们把自己想出来程序输入到PLC中时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行结果和要求结果不相符合。
即使此次课程设计是要求自己独立完成，不过，相互还是脱离不了集体力量，经过合作，我们合作意识得到加强，合作能力也得到提升。上大学后，很多同学全部没有过深入交流，在设计过程中，我们用了分工和合作方法，每个人互责一定部分，同时在一定阶段共同讨论，以处理分工中个人不能处理问题，在交流中大家主动讲话，和提出意见，同时我们还向别同学请教。在此过程中，每个人全部想自己方案得到实现，主动向同学说明自己想法。我们在做课程设计过程中要不停讨论问题，这么，我们才能够尽可能统一思想，这么就不会使自己在做过程中没有方向，而且这么也是为了方便最终将设计思想整合在一起。而且讨论不仅是部分思想问题，还能够深入讨论部分技术上问题，这么能够使自己处理问题要快部分，少走弯路。
同时，我们明白了在学习和生活过程中每个人全部要学会利用资源和我们本身优势，面对任何难题全部要有信心去处理。
总而言之，在这次设计中，因为知识欠缺和经验缺乏，我们设计并不具体，知识衔接也不是很到位，结果也不是很理想。不过在实践过程中出现错误是难免，也只有不停出现错误，我们才能不停更正、不停反省自己，这么我们每个人才能不停进步！所以，即使结果不理想，但我们已经很努力了，我相信我们每个人全部从这次课程设计中学到了很多，我们也只有在实践中才能提升得愈加快！实践是我们接触社会平台，也很感谢老师给了我们每个人这么好学习机会！

参考文件

[1] 陈家盛编. 电梯结构原理及安装技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 1990
[2]黄琦兰等编.可编程序控制器使用教程[M].武汉：机械工业出版社,
[3]王冬青、谭青编.欧姆龙CP1H PLC原理及应用[M].电子工业出版社
[4]袁任光编. 可编程序控制器应用技术和实例[M].华南理工大学出版社
[5] 史国生主编. 电气控制和可编程控制器技术.北京:化学工业出版社.
[6] 王永华.现代电气及可编程控制技术. 北京:北京航空航天大学出版社.
[7] 邓则名.电器和可编程控制器应用技术.北京:机械工业出版社.1997
[8] 徐世许.可编程序控制器原理应用网络.合肥:中国科学技术大学出版社.
[9] 王泽元.可编程序控制器试验指导书.长春:自编试验指导书.
[10]常斗南、李全利主编.可编程控制器原理及工程应用.北京：电子工业出版社.
[11]张发玉主编.可编程序控制器应用技术.西安:西安电子科技大学出版社.
[12]王整风、谢云敏编.可编程控制器原理和实践教程.上海交通大学出版社.