基于西门子PLCs的三层电梯专业课程设计方案报告.doc

目录
一、 引言………………………………………………………………………………………2
1、 设计目标…………………………………………………………………………………………2
2、 设计任务…………………………………………………………………………………………2
3、 设计内容…………………………………………………………………………………………2
4、 设计意义…………………………………………………………………………………………2
二、基础知识 ………………………………………………………………………………3
1、PLC工作原理…………………………………………………………………………………3
2、STEP7介绍……………………………………………………………………………………4
三、系统设计准备……………………………………………………………………6
1、电梯控制示意图…………………………………………………………………………………6
2、系统步骤图………………………………………………………………………………………6
四、系统硬件设计 …………………………………………………………………9
1、PLC硬件配置说明………………………………………………………………………………9
2、PLCI/O地址分配表…………………………………………………………………………9
3、交通灯控制系统I/O接线图…………………………………………………………………10
五、三层电梯控制系统软件设计…………………………………………11
1.楼层呼叫 …………………………………………………………………………………………11
2.轿厢停止控制 ……………………………………………………………………………………12
3.电梯上下行 ………………………………………………………………………………………12
4.轿厢开门关门 ……………………………………………………………………………………13
5.楼层显示 …………………………………………………………………………………………15
六、软件调试和仿真………………………………………………………………16
1.调试步骤 …………………………………………………………………………………………16
2.调试结果 …………………………………………………………………………………………16
七、总结………………………………………………………………………………………20
八、心得体会………………………………………………………………………………21
九、参考文件………………………………………………………………………………22

一、引言
1、设计目标
（1）熟练使用西门子企业S7-300系列产品各基础指令和部分应用指令，依据控制要求进行PLC梯形图编程 。
（2）深入熟悉PLCI/O连接。
（3）熟悉三层楼电梯采取轿厢内外按钮编程方法
2、设计任务
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作，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿厢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。
3、设计内容
电梯处于基站，关门等运行状态时，此时按基站外呼按钮，信号经按钮传输到PLC，经PLC判定为本层开门，再将信号传输到开关门电动机。输出开门信号，电梯开门。
人进入轿厢后，经延时，电梯自动关门。也可按关门按钮，使电梯提前关门。假如轿内指令选第几层按钮，则指令经串行传输到PLC上，显示器上对应层发光二极管闪亮，当手离开按钮后，信号被登记，电梯开始运行。PLC核实信号后，可将运行信号传输到各个工作部位并发出运行指令。电梯开始按给定曲线运行，其给定速度信号不停和速度反馈信号比较，不停校正，使电梯运行速度曲线尽可能符合理想运行曲线，使电梯运行平稳。
运行过程中，井道中轿厢位置传感继电器每过一个隔磁板即查对一次运行位置，并将信号输入PLC和其中记忆位置和旋转编码器发回脉冲数量查对，三个信号查对无误后电梯继续运行。电梯每到一个隔磁板，门区继电器即吸合一次，层楼指示便改变一次。
运行过程中PLC里“先行楼层”不停寻索楼层呼梯指令信号。当“先行楼层”导索到呼梯指令后，上到站钟GU或下到站钟GD发出到站钟声，经延时，电脑发出换速信号，电梯开始减速运行。当隔磁板插入平层感应器时，电梯深入减速进入爬行。当轿厢抵达平层位置后，接触器断电，电梯停止运行。制动系统工作，电梯停稳。
电梯停稳后，发出开门信号，电梯开门。经延时，关门时间到，发出关门信号，电梯又开始关门。电梯门关好后，其运行方向按轿内指令和厅外召唤和轿厢相对位置而定。如没有任何指令，电梯就地待命。
4、设计意义
伴随城市建设不停发展，高层建筑不停增多，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。
电梯就是用于高层建筑物中固定式升降运输设备，它有一个装载乘客轿厢，沿着垂直或倾斜角度小于15°导轨在各楼层间运行，是垂直运行电梯 、倾斜方向运行自动扶梯、倾斜或水平方向运行自感人行道总称。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。有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现代城市才得以长高。据估量，截至，全球在用电梯约635万台，其中垂直电梯约610万台，自动扶梯和自感人行道约25万台。电梯已成为人类现代生活中广泛使用人员运输工具。大家对电梯安全性、高效性、舒适性不停追求推进了电梯技术进步。现在，世界各国电梯企业还在不停地进行电梯新品研发、维修保养服务系统完善，努力争取满足大家对现代建筑交通日益增加需求。

二、基础知识
1、PLC结构
PLC 实质是一个专用于工业控制计算机其硬件结构基础上和微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包含CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸整体。模块式PLC包含CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块能够根据一定规则组合配置。
图2.1

2、PLC工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程通常分为三个阶段，即输入采样、用户程序实施和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLCCPU以一定扫描速度反复实施上述三个阶段。
1．输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方法依次地读入全部输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中对应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序实施和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生改变，I/O映象区中对应单元状态和数据也不会改变。所以，假如输入是脉冲信号，则该脉冲信号宽度必需大于一个扫描周期，才能确保在任何情况下，该输入均能被读入。
2．用户程序实施阶段
在用户程序实施阶段，PLC总是按由上而下次序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边由各触点组成控制线路，并按先左后右、先上后下次序对由触点组成控制线路进行逻辑运算，然后依据逻辑运算结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存放区中对应位状态；或刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位状态；或确定是否要实施该梯形图所要求特殊功效指令。
3．输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU根据I/O映象区内对应状态和数据刷新全部输出锁存电路，再经输出电路驱动对应外设。
PLC扫描工作过程图2-2、图2-3所表示 ：
图2.2 PLC扫描工作过程图

图2.3 PLC扫描周期

3、STEP7介绍
STEP7 编程软件是一个用于SIMATIC 可编程逻辑控制器组态和编程标准软件包。STEP7 标准软件包中提供一系列应用工具，如：SIMATIC 管理器、符号编辑器、硬件诊疗、编程语言、硬件组态、网络组态等。STEP7 编程软件能够对硬件和网络实现组态，含有简单、直观、便于修改等特点。该软件提供了在线和离线编程功效，能够对PLC 在线上载或下载。利用STEP7 能够方便地创
建一个自动化处理方案。图2.4为创建一个自动化项目标基础步骤
图2.4 创建一个自动化项目

项目可用来存放为自动化任务处理方案而生成数据和程序。这些数据包含：硬件结构组态数据及模板参数；网络通讯组态数据和为可编程模板编制程序。它们全部被搜集在一个项目下。在生成一个项目后，先插入站，然后能够组态硬件。在组态硬件时，能够借助于模板样本对可编程控制器中CPU 及各模板进行定义，经过双击站来开启硬件组态应用程序。一旦存放并退出硬件组态，对于在组态中生成每一个可编程模板，全部会自动生成S7/M7 程序及空连接表。连接表可用来定义网络中可编程模板之间通讯连接。硬件组态完成后就可为编程模板生成软件。为可编程模板编制软件存放在对象文件夹中。对该对象文件夹称作“S7-Program”。在子菜单中，能够选择想要生成块类型(如：数据块，用户定义数据类型，功效，功效块，组织块或变量表)。打开一个空块，然后用语句表，梯形图或功效图输入程序。在完成组态，参数赋值，程序创建和建立在线连接后，能够下载整个用户程序或部分块到一个可编程序控制器。在下载完整或部分用户程序到CPU 之前，把工作方法从RUN 模式置到STOP 模式。能够经过在线连接下载各个块或整个用户程序到RAM。当电源关断后和CPU 复位时，保留在她们上面数据将被保留。另外，能够从可编程控制器中上载一个工作站，或从一个S7 CPU 中上载块到PG/PC。这么，当出现故障而不能访问到程序文档符号或注释时，就能够在PG/PC 中编辑它。用于S7-300 编程语言有：梯形图(LAD)，语句表(STL)和功效块图(FBD)。LAD 是STEP7 编程语言图形表示方法。它指令语法和一个继电器梯形逻辑图相同：当电信号经过各个触点复合元件和输出线圈时，梯形图能够让你追踪电信号在电源示意线之间流动。STL 是STEP7 编程语言文本表示方法，和机器码相同，CPU 实施程序时按每一条指令一步一步地实施。FBD 是STEP7 编程语言图形表示方法，使用和布尔代数相类似逻辑框来表示逻辑。STEP7 编程软件许可结构化用户程序，能够将程序分解为单个自成体系程序部分。从而使大规模程序更轻易了解，能够对单个程序部分进行标准化。程序组织简化，修改更轻易。系统调试也轻易了很多。在S7 用户程序中能够使用以下多个不一样类型块：组织块(OB)是操作系统和用户程序接口。它们由操作系统调用，并控制循环和中止驱动程序实施，和可编程控制器怎样开启。它们还处理对错误响应。组织块决定各个程序部分实施次序。用于循环程序处理组织块OB1 优先级最高。操作系统循环调用OB1 并用这个调用开启用户程序循环实施。功效(FC)属于用户自己编程块。功效是“无存放区”逻辑块。FC 临时变量存放在局域数据堆栈中，当FC 实施结束后，这些数据就丢失了。功效块(FB)属于用户自己编程块。功效块是含有“存放功效”块。用数据块作为功效块存放器(背景数据块)。传输给FB 参数和静态变量存在背景数据块中。背景数据块(背景DB)在每次功效块调用时全部要分配一块给这次调用，用于传输参数。
系统功效块(SFB)和系统功效(SFC)是STEP7为用户提供己编程好程序块，经过测试集成在CPU 中功效程序库。SFB 作为操作系统一部分并不占用程序空间，是含有存放能力块，它需要一个背景数据块，并须将此块作为程序一部分安装到CPU 中。STEP7 调用结构以下图2.5所表示：
图2.5 STEP7调用结构
三、系统设计准备
1、电梯控制示意图
图3.1 电梯控制示意图

2、 系统程序步骤图
图3.2 楼层显示

图3.3 楼层呼叫
图3.4 轿厢停止控制

图3.5轿厢上下行

图3.6轿厢开关门

四、三层电梯控制系统硬件设计

1.PLC机型选择
为了完成设定控制要求，关键依据电梯控制方法和输入输出点数和占用内存多少来确定PLC机型。本系统为三层电梯，采取了级选控制方法。
依据电梯控制特点，输入信号应该包含以下多个部分：轿厢内楼层选择按钮SB1,SB2，SB3，开门按钮SB4和关门按钮SB5，和安装于各楼层电梯停靠位置三个传感器SQ1，SQ2，SQ3，平时它们为常开，当电梯运行到平层时关闭。所以输入信号共有八个。
输出信号应该包含：轿厢内呼叫指示信号三个，分别表示一层到三层呼叫被接收，并在呼叫指令完成后，信号消失；电梯上、下行指示信号有两个，门电动机开、关指示信号两个。共需要输出信号7个。
综合输入/输出点计算及要实现电梯功效，使用西门子s7-300系列CPU-315-2DP，有16个开关量输入，16点开关量输出，这么就足以满足设计要求。

2.输入输出点分配
该系统占用PLC15个I/O口，8个输入点，7个输出点，具体I/O分配表以下表所表示
表4.1 I/O分配表

3.系统组态
图1 系统组态图

3、 三层电梯控制系统I/O接线图

五、三层电梯控制系统软件设计
控制系统梯形图 用“新建项目”向导生成一个名为“三层电梯控制软件”项目，采取线性化编程，控制软件用梯形图编写，OB1中程序以下：
一、 楼层呼叫

二、 轿厢停止控制

三、 电梯上下行

四、轿厢开门关门

五、楼层显示

六、软件调试和仿真
1、调试步骤
软件调试是在仿真软件中实现，我们采取S7-PLCSM仿真软件，仿真步骤以下：
1、打开S7-PLCSM仿真软件，窗口自动出现CPU试图对象。在CPU视图对象中点击STOP小框，灵仿真PLC处于STOP模式，在选择菜单命令“PLC”/“Download”，将要下载程序下载到仿真PLC中。
2、实施菜单命令“Insert”/“Input Variable”，创建IB字节视图对象，用类似方法生成输出字节QB、定时器视图对象。点击CPU视图对象中RUN小框，将仿真PLC至于运行状态。
3、测试软件是否运行正常。
2、调试结果：
（1）调试界面以下图

（2） 运行时，电梯先开门6S后关门

（3） 电梯原来在一楼，三楼呼叫

（4） 电梯到大三楼后，先延时3s然后开门6s然后关门

（5） 当电梯在三楼时，一楼有呼叫，电梯先向下运行到一楼，停3s后开门6s，然后关门

七、总结
在这次软件设计中碰到了很多实际性问题，在实际设计中才发觉，只有理论和实际相结合，才能愈加深入了解问题。只有了解了实际和理论知识并把它们相结合，才能处理问题。一切问题必需靠自己一点一滴处理，而且要不停更正以前错误。设计是比较简单，关键是处理程序设计中问题，而程序设计是一个很灵活东西，它反应了你处理问题逻辑思维和创新能力，它才是一个设计灵魂所在。所以大部分时间是用在程序设计上面。
在设计过程中，总是碰到这么或那样问题。有时发觉一个问题时候，需要做大量工作，找很多资料，花大量时间才能处理。但当处理了一个问题时那种成就感是用言语无法形容。
经过这次对停车场车位控制PLC控制，让我了解了PLC梯形图、指令表、外部接线图有了愈加好了解，也让我了解了相关PLC设计原理。同时对所学知识得到很大提升和巩固。经过数次反复试验和分析,能够对电路原理及功效愈加熟悉,同时提升了设计能力和及对电路分析能力. 而且在软件编程方面得到更到提升,对编程能力得到加强。我想经过参与这次课程设计，也会对自己以后学习和工作全部有很大帮助。

八、心得体会

赵路：经过为期不长软件设计课程，我学到了很多。刚开始做时候，感觉好难，无从入手，自己无法将课堂上学习到知识利用到实践。所以就先从选题开始，纠结了好长时间，最终在老师帮助下，确定了初步题目和设计软件。紧接着我就开始从网上下载STEP7编程软件，下载很简单，不过安装可把我难为住啦。弄了好几天晚上才安装好，即使花费了好长时间，不过我也收获可很多。紧接着，我去图书馆借了很多相关书籍，开始学习S-300指令系统，用了几天晚上设计编写程序，检验程序。中间也碰到过好多问题，不过全部在队友帮助下处理了。当程序完成后，我又学习了仿真软件，把程序进行了仿真，但看到程序在仿真软件上完整实施成功，心情万分激动。这是我第一次自己去主动学习软件，利用软件，编写程序。我也从中间明白了：做事一定要相信自己，努力去做，你一定会成功。而且，做事一定要认真细心，我在写程序时，犯了很多低级错误。也造成了很多无须要麻烦。所以，一定要仔细。

吴那：经过半个多月艰苦奋斗，设计结果最终出来了，我才松了一口气，我经过采集资料、进行实际考察后，做出以上设计方法。查找资料也是一件繁琐事情，虽说网上有资料但要找到部分真正有用资料也不是一件轻易事，需要耐心查找。比如，我在查找STEP7软件时，好数次全部因为没有注意，而下载错误，不适合自己电脑系统，浪费了很多时间。在这次设计中我学会判定、取舍相关知识，对于提升查阅资料能力也得到了很好锻炼。

汪倩文：经过这次设计，我对PLC设计控制有了更深入了解，对以前学仅限于书本上PLC知识又有了一定新认识，温习了以前学知识，同时也学习新知识，而且在设计过程中，我们碰到了很多问题，经过上网采集资料、作出修改，一步步完成设计，一次又一次学习，我们慢慢地在体会、感悟，最终领会到结果出现时那一份喜悦，从撰写汇报，查找资料，程序设计，到整理每一个次调试，我们学会了细心和耐心，很数次成功和失败愈加使我们有决心做好这次设计。这次设计不仅加深我对plc认识，而且我相信这会对以后学习工作生活有着积级影响。而且大大提升了我动手能力，使我充足体会到了在发明过程中艰苦和成功喜悦。即使这个设计还不是很完善、很简单，不过我在这次设计过程中所学到东西是这次课程设计最大收获，是在书本上、题目中永远也不能体会和明白。

任帅：这次软件设计，我关键负责审核队员整理结果，帮助软件设计和调试。整个过程中，我学习到了很多。跟三个女同学一组，我学习到了女生那种细腻，她们会注意到很多我没有注意到，对我们这次设计提供了很大作用。当然在审核中我也发觉了很多错误，在我们共同努力下改了过来。最终，我还负责了设计汇报总体布局设计，认真安排设计汇报排版，在排版过程中，也纠结了很久，不过，最终在同学帮助下，较完整完成了任务。从这次设计中，我知道了一个团体关键性：既然我们是一个团体，那么我们就应该共同努力，共同奋斗。

九、参考文件
[1].赵岩著. S7-300/400系列PLC入门及应用实例.北京：电子工业出版社.4月
[2].李明河著.可编程控制原理和应用.第一版.合肥工业大学出版社.1月
[3].常斗南主编 可编程序控制器原理*应用*试验.北京:机械工业出版社,
[4].张万忠《可编程控制器入门和应用实例》北京：中国电力出版社
[5].廖常初等.PLC次序控制编程方法.工业自动化.1997
[6]赵景波等西门子S-300/400PLC快速入门手册.化学工业出版社..5
[7]刘华波等西门子S-7300/400PLC编程和应用.