基于PLC的六层电梯系统设计说明.doc

电气与自动化课程设计报告题 目： 基于PLC的六层电梯系统设计 课 程： PLC原理与应用 学生： 学生学号： 年 级： 14级 专 业： 自动化 班 级： 2班 指导教师： 机械与电气工程学院制2017年6月目录1课程设计的任务与要求11.1课程设计的任务11.2课程设计的要求12设计的容与主要功能12.1设计容12.2主要功能13 PLC概述23.1 PLC的定义23.2 PLC的根本结构23.3 PLC工作原理43.4 PLC编程语言44 电梯简介54.1 电梯结构54.2 电梯控制要求75 系统硬件选取85.1 PLC的选取85.2 系统I/O分配表96 系统软件设计与仿真116.1 初始化116.2 外呼信号的记忆与消除116.3 平层信号126.4 电梯上下行信号136.5 自动与手动开关门信号146.6 加减速信号156.7 程序仿真177设计总结20参考文献21 / 基于PLC的六层电梯系统设计机械与电气工程学院 自动化专业1课程设计的任务与要求1.1课程设计的任务使用西门子S7-200PLC编写程序实现六层电梯系统的设计并使用仿真软件进展其功能的实现。

1.2课程设计的要求〔1〕编程实现按下呼梯按钮时按钮指示灯亮；〔2〕编程实现电梯自动平层，加减速；〔3〕编程实现电梯到层后自动开门与自动关门；〔4〕运行过程中监控电梯所在楼层并显示在数码管上2设计的容与主要功能2.1设计容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，拖动控制那么由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号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PLC可靠性高，程序设计方便灵活本设计在用PLC控制电梯进展上下行，开关门等动作2.2主要功能〔1〕行车途中如遇呼梯信号时，顺向截车，反向不截车；〔2〕选信号、呼梯信号具有记忆功能，执行后解除；〔3〕选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均有信号灯指示；〔4〕停层时可延时3s自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门；〔5〕有选信号时延时自动关门，关门后延时自动行车；〔6〕停层进人超重时进展报警不关门，行车过程超重不响应外呼信号；〔7〕集选控制，将所有呼梯信号集中进展分析比拟选取最优路线行车3 PLC概述3.1 PLC的定义20世纪70年代末至80年代初期，微处理器日趋成熟，使PLC的处理速度大大提高，增加了许多功能。

在软件方面，除了保持原有的逻缉运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理、网络通信、自诊断等功能在硬件方面，除了保持原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块，并扩大了存储器的容量，而且还提供一定数量的数据存放器为此，美国电气制造协会将可编程序逻辑控制器，正式命名为编程序控制器〔Programmable Controller〕，简称PC但由于PC容易和个人计算机PC〔Personal Computer〕混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的简称[1]    由该定义可知：PLC是一种由“事先存贮的程序〞来确定控制功能的工控类计算机3.2 PLC的根本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构根本上与微型计算机一样，如图2.1所示：图3-1 PLC硬件结构1、中央处理单元〔CPU〕 中央处理单元〔CPU〕是PLC 的控制中枢它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O 以与警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据存放器。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出存放器的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行 为了进一步提高PLC 的可靠性，灵活性，近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行[2]2、存储器〔Memory〕 可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承当着将外部输入的信号的状态写入映像存放器区域，然后将结果送到输出映像存放器区域CPU常用的微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等小型PLC的CPU多采用单片机或专用的CPU大型PLC的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力 3、根本I/O接口电路 〔1〕输入接口单元PLC部输入电路作用是将PLC外部电路〔如行程开关、按钮、传感器等〕提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC部电路输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1~15ms之间多数PLC的输入接口单元都一样，通常有两种类型一种是直流输入，一种是交流输入 〔2〕输出接口单元PLC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载〔电磁铁、继电器、接触器线圈等〕。

PLC输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种 4、接口电路 PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两类 〔1〕I/O扩接口电路 I/O扩展接口电路用连接I/O扩展单元，可以用来扩大开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式 〔2〕外设通信接口电路 通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能[3] 3.3 PLC工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环〞的方式进展工作的即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号〔或地址号〕作周期性循环扫描，如无跳转指令，那么从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序完毕然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段[4]图3-2 PLC工作原理图3.4 PLC编程语言梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握[5]。

梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待[6]图3-3 西门子S7-200梯形图语言4 电梯简介4.1 电梯结构电梯是机、电一体化产品用电气其机械局部好比是人的躯体，电气局部相当于人的神经，控制局部相当于人的大脑各局部通过控制局部调度，密切协同，使电梯可靠运行尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构，其机械局部由曳引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以与机械安全保护装置组成而电气控制局部由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成电梯根本结构如图4-1所示〔1〕曳引系统 电梯曳引系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行主要由曳引机，曳引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成曳引机为电梯的运行提供动力，由电动机，曳引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成曳引钢丝的两端分别连着轿厢和对重，依靠钢丝绳和曳引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加曳引力图4-1 电梯结构2〕导向系统 导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。

它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动〔3〕门系统 门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源 〔4〕轿厢 轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件它是有轿厢架和轿厢体组成的轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以与照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢操纵按钮板等组成轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定 〔5〕重量平衡系统 重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成对重由对重架和对重块组成对重将平衡轿厢自重和局部额定载重重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置 〔6〕电力拖动系统 电力拖动系统由曳引电机，供电系统，速度反应装置，调速装置等组成，的作用是对电梯进展速度控制曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机供电系统是为电机提供电源的装置速度反应系统是为调速系统提供电梯运行速度信号一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连调速装置对曳引电机进展速度控制。

 〔7〕安全保护系统 安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置电气方面的安全保护在电梯各个运行环节中都有表达[7]4.2 电梯控制要求根据不同楼层客户需求与时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位，层门联锁保护等，并根据不同的需现合理的响应具体地，应具备如下功能：〔1〕电梯初始化比赛开始时，电梯模型会给出自动运行信号，示意比赛开始，控制程序需要在收到该信号后，进展必要的初始化工作，完成后使电梯位于基站〔即一层〕待命，并返回准备就绪信号以确认〔2〕集选控制集选控制是指在信号控制的根底上把召唤信号集合起来进展有选择的应答电梯在运行过程中可以应答同一方向所有层站呼梯信号和轿厢的选层指令信号，并自动在这些信号指定的层站平层停靠〔3〕开关门控制电梯门会根据当前电梯的状态、轿厢门的状态、呼梯信号、选层信号与光幕信号状态等，合理的进展相应的响应当门未全关时，如有光幕信号，须优先响应，保持电梯门打开；当电梯平层开门后，延时关闭，此时间可修改〔4〕启停控制根据电梯主电路，完成按时间原那么的启动、停止过程。

当电梯平层时，需要依时间原那么依次触发三级制动减速，待平层后，切断上行、下行接触器，抱闸停车〔5〕运行控制在运行过程中，需要始终对当前运行方向、当前楼层〔采用七段数码管显示〕进展实时监控与显示5 系统硬件选取5.1 PLC的选取根据电梯设计的输入输出接点要求，选取图5-1中的西门子S7-200 CPU226 PLC，同时为了扩大输入输出接口，还需要EM223扩展模块表5-2-1 S7-200系列选型表规格/描述CPUDC/DC/。