基于西门子S7-200的PLC四层电梯电气控制设计.doc

I PLC 控制技术 创新设计实验报告 实验名称：实验名称：PLCPLC 电梯电气控制设计电梯电气控制设计 隶属课程：电气控制及隶属课程：电气控制及 PLCPLC 技术技术 专业班级：自动化专业班级：自动化 11051105 班班 学生学号：学生学号：2323 0303 1515 1616 实验地点：电气学院实验地点：电气学院 406406 PLCPLC 实验室实验室 2014 年年 06 月月 23 日日 II 目目 录录 目 录.II 1 概 述.1 1.1 PLC 在电梯上的应用.1 2 程控制器的机型选择.2 2.1 控制电磁阀等所需的 I/O 点数 .2 2.2 内存估计 .2 2.3 响应时间 .2 2.4 输入输出模块的选择 .2 3 硬件设计.3 3.1 硬件配置简介 .3 3.2 电梯控制系统 .3 3.3 电气控制系统框图 .4 3.4 输入输出的分配 .4 4 软件设计.6 4.1 程序流程图 .6 4.2 电梯定向逻辑 .8 4.3 电梯 PLC 控制系统设计 .9 4.4 四层电梯的梯形图设计 .12 5 系统调试.17 5.1 硬件部分调试 .17 5.2 软件部分调试 .17 总 结.18 1 1 概 述 1.11.1 PLCPLC 在电梯上的应用在电梯上的应用 随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以微处理器为核心组 成的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。很多工厂的生产流水线、加工 设备、船舶上货物的装卸装置、电梯的运行等都由 PLC 控制，只要把预定的控 制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据输入各种指令， 经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。 PLC 在电梯中的应用也已很成熟。PLC 作为主控制器，一方面要采集电梯的 各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门 区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面要把采 集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开 关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯的运行。 我们利用 PLC 内的条件跳转和主控指令，把对电梯的控制程序划分为几个 程序段：检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段。当给 电梯送电时，PLC 就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回 路是否接通、厅门轿门是否关闭、电梯处在何种状态。正常自动状态时，PLC 检测门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通 时，进入待机状态，此时一收到指令信号电梯即起动。当电梯到达减速楼层时, PLC 程序是仿照继电器控制理念进行编制。 2 2 程控制器的机型选择 2.12.1 控制电磁阀等所需的控制电磁阀等所需的 I/OI/O 点数点数 有电磁阀的动作原理可知，一个单线圈电磁阀用可编程控制器时需两个输 入及一个输出；一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出；一个比例式电磁阀 需三个输入及五个输出。一个按钮需一个输入；一个光电开关要占用一个或两 个输入点；一个信号占用一个输出点；而波段开关，有几个波段就占用几个输 入点；一般情况，各种位置开关都要占用两个输入点。根据上面所述原理分析， 本设计用到十个按钮，需要十个输入点。四个位置按钮，需要八个输入点。十 六个信号灯，需要十六个输出点。 2.22.2 内存估计内存估计 用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：内存利用率；开关量 输入输出点数；模拟量输入输出点数；用户的编程水平。 2.2.12.2.1 内存利用率内存利用率 我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内 存字数的比值称为利用率。 2.2.22.2.2 开关量输入输出的点数开关量输入输出的点数 一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为 6：4。这方面的经验公司是 根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。 所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数*10 2.2.32.2.3 模拟量输入输出的总点数模拟量输入输出的总点数 只有模拟量输入时： 内存字数=模拟量点数*100 模拟量输入输出同时存在：内存拟量字数*200 2.32.3 响应时间响应时间 系统响应时间=输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期。 2.42.4 输入输出模块的选择输入输出模块的选择 模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。输出 模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值。 3 3 硬件设计 3.13.1 硬件配置简介硬件配置简介 PLC 产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领 域的欢迎。特别是中小容量 PLC 成功取代了传统的继电控制系统，使得控制系 统的可靠性大大提高。目前各国生产的 PLC 品种繁多，发展速度快。本文所用 到的产品是 S7-200 系列的 PLC 作系列电梯的。在此简单的介绍该机型的一些技 术指标。 技术性能分为：一般性能，功能特性（基本单元） ，输入性能，输出性能和 其它性能。 3.23.2 电梯控制系统电梯控制系统 电梯模拟系统如下图所示： 4 电梯控制系统的模拟 二 层 底层 轿厢 三 层 四 层 输入输出配置 图 3.2.1 电梯系统控制模拟图 3.33.3 电气控制系统框图电气控制系统框图 1 11 2 345 6789 输 出 PLC 西门子 S7-200 输 入 5 图 3.3.1 输入与输出： 图 3.3.1 中输出为：1、电动机；2、上下行接触器；3、快慢速接触器；4、 位置指示；5、门锁。输入为：6、轿内指令；7、厅外指令；8、门区感应；9、 手动开关门；10、楼层感应。PLC 系统部分完成所设定的控制任务所需要的 PLC 规模主要取决于控制系统对输入，输出点的需求量和控制过程的难易程度 3.43.4 输入输出的分配输入输出的分配 输入点： 序号 名称 输入点 0 一层行程开关 I0.0 1 二层行程开关 I0.1 2 三层行程开关 I0.2 3 四层行程开关 I0.3 4 四层呼叫按钮 I0.4 5 三层呼叫按钮 I0.5 6 二层呼叫按钮 I0.6 7 一层呼叫按钮 I0.7 8 手动开关按钮 I1.6 9 手动关门按钮 I1.7 10 红外传感器 I2.2 11 红外传感器 I2.3 输出点： 序号 名称 输出点 0 一层指示灯 Q0.1 1 二层指示灯 Q0.2 2 三层指示灯 Q0.3 3 四层指示灯 Q0.4 4 电动机正转指示灯亮 Q0.5 5 电动机反转指示灯亮 Q0.6 6 6 开门电机正转 Q0.7 7 开门电梯反转 Q1.0 图 3.4.1 I/O 接线图 7 4 软件设计 4.14.1 程序流程图程序流程图 得电 电梯上升 得电 电梯上升 得电 电梯下降 （接下页） 停止 得电 电梯下降 得电 电梯上升 得电 电梯下降 电梯在二楼 电梯在一楼 电梯在四楼 电梯在三楼 2，3，4楼 有信号吗？ 1楼有信号吗？ 4楼有信号 1，2，3楼 有信号吗？ 1，2楼 有信号 停止 3，4楼 有信号 停止 行程开关 有信号吗？ 停止 图 4.1 8 电梯上升 楼向下呼叫 或选层 楼向下呼叫 或选层 楼向下呼叫 或选层 执行上升流程 与下降相反 楼停 楼停 楼行程 开关信号有？ 楼行程 开关信号有？ 复位 等待 楼行程 开关到 楼停 接上页） 图 4.2 9 4.24.2 电梯定向逻辑电梯定向逻辑 电梯的定向是根据电梯的上行请求信号、下行请求信号、电梯轿箱内请求信 号、电梯当前所处位置等信号来确定电梯继续运行的方向。电梯的定向是电梯 控制中的重要逻辑。在以往电梯的定向逻辑中，一般都是将电梯各个层的上、 下行请求信号、电梯轿箱内楼层请求信号、电梯当前楼层信号等综合到一条或 几条语句中进行判断。这样一来，当楼层数目比较大时，每条语句的编程元件 很多，不可避免的带来程序复杂，容易出错，调试麻烦，运行速度慢等问题。 以下提出的用逻辑运算指令来进行电梯定向的方法可以比较好的问题。 状态转换方式：电梯的方向只有上升、下降 2 个方向，但电梯也可能由于没 有任何的上升或者下降请求信号而处于停止状态。在电梯的方向处理过程中， 电梯只能在上升状态和停止状态或者下降状态与停止之间转换，例如当电梯由 上升状态转为下降状态时必须先由上升状态转换为停止状态以后再由停止状态 转为下降状态。这样的处理方式对电梯的运行是很有意义的，以往的电梯控制 系统中，当电梯响应完某个方向上的所有信号后，若所有剩余的信号都是反方 向的，电梯立刻改变方向，此时，在原方向前方若出现新的呼叫信号，电梯将 不会立刻应答，只是记忆该呼叫信号，而去响应换向后的方向上的呼叫信号， 这样既不符合电梯选层的优先原则，又不能有效的节约能源。采用图 4.2 所示 的状态转换方式，电梯在响应完某个方向上的所有信号后并不是立刻反向，而 是保持该状态等待一段时间后进入停止状态，然后再反向响应相反方向的呼叫 信号。对保持时间进行合理的选择，完全可以做到既不会使得电梯的换向过程 显得迟钝，又能有效的响应同方向的 由于电梯的上升与下降状态之间需要通过“停止状态”该中间状态来转换， 故在电梯的方向判断逻辑中需要考虑以下几种情况: (1)电梯处于上升状态 在该状态下，当前楼层的上面有上升请求，当前楼层的上面有下降请求或者 电梯轿箱内请求在当前楼层的上面，3 个条件有 1 个和多个成立时，电梯继续 处于上升状态;当以上 3 种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止 状态。 10 (2)电梯处于下降状态 在当前楼层的下面有下降请求，当前楼层的下面有上升请求或者电梯轿箱内 的请求在当前楼层的下面时，电梯继续处于下降状态;当以上 3 种条件都不满足 时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。 (3)电梯处于停止状态 在当前层之上有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前 层的上面则置电梯为上升状态;相反，若在当前层之下有下降、上升的请求信号 或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的下面则置电梯为下降状 4.34.3 电梯电梯 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 4.3.14.3.1 楼层状态指示设计楼层状态指示设计 当电梯运行至某层有指令发出时，指示位置及指令。以二层为 表 4.3.1 指示位置及指令表 LDtwoselet二层内选择 Stwoseatq,1二层内选择指示 LDtwoup二层上呼 Stwoupq，1二层上呼指示 LDtwodown二层下呼 S twodownq，1二层下呼指示 LDtwoseat二层位置 =twoseatq二层位置指示 4.3.24.3.2 电梯下行程序设计电梯下行程序设计 以电梯在三层下行情况为例。当电梯的一或二层有指令时，将三层下行位置 1，同时无上行，驱动电梯下行。程序说明如下： 11 电梯在三层时下行 表 4.3.2.1 LDoneseletq一层内选择 0twoseletq或二层内选择 0oneupq或一层上呼 0twodownq或二层下呼 0twoupq或二层上呼 ANseatq在三层位置时 SV0.1.1置三层下行位 电梯三层时下行 表 4.3.2.2 LDV0.0有四层下行位 0V0.1或有三层下行位 0V0.2或有二层下行位 AN up同时无上行 =down电梯下行. 4.3.34.3.3 电梯上行程序设计电梯上行程序设计 以电梯在二层上行情况为例。程序说明如下： 电梯在二层上行 表 4.3.3.1 ADfourseletq四层选择 0threeseletq或三层选择 0fourdownq或四层下呼 0threedownq或三层下呼 0threeupq或三层上呼 Atwoseatq在二层位置时 SV0.4.1 置二曾上行位 12 电梯上行 表 4.3.3.2 LDV0.3 有一层上行位 0 V0.4或有二层上行位 0V0.5或有三层上行位 ANdown 同时电梯无下行 =up电梯上行 4.3.44.3.4 电梯到达时程序设计电梯到达时程序设计 电梯到达某层时，将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序说 明如下： 电梯到达三层 表 4.3.4.1 LDthreeseatq电梯到达三层 Rthreeseletq,1复位三层内选择 RV0.0.1复位四层下行 RV0.3.1复位一层上行 RV0.4.1复位二层上行 LDthreeseatq电梯到达三层 ANdown同时无下行 Rthreeupq,1复位三层上行 LDthreeseatq电梯到达三层 ANup同时无上行 Rthreedownq，1复位三层下行 13 4.44.4 四层电梯的梯形图设计四层电梯的梯形图设计 图 4.4.1 14 图 4.4.2 15 图 4.4.3 16 图 4.4.4 17 图 4.4.4 图 4.4.6 18 5 系统调试 完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常 运行，必须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。 5.15.1 硬件部分调试硬件部分调试 根据电气接线图安装接线，PLC 实际接线时，还应考虑到以下几个方面： (1) 应有电源输入线，通常为 220V、50HZ 交流电源，允许电源有一定的浮动范 围。并且必须有保护装置，如熔断器等。若是干扰较强或对可靠性要求很高的 场合，应在 PLC 的电源输入端加装带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。 (2) 输入端子八个为一组，公用一个 COM 端。PLC 应单独接地，不要和其他电 器元件共用接地线，接地线面积应大于 2mm,并尽可能靠近 PLC。 (3) PLC 输出端接有线圈和电磁阀等感性元件时必须加保护电路，例如并接阻 容吸收回路（对于交流电源）或续流二极管（对于支流电源） 。 5.25.2 软件部分调试软件部分调试 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，直至运行正确。 5.2.15.2.1 编辑、编译编辑、编译 打开梯形图编辑器将程序输入电脑。程序输入完成后，用 CPU 的下拉菜单 或工具条中编译快捷按钮对程序进行编译，编译后在显示器下方的输入窗口显 示编译结果，并能明确的指出错误的网络段，可以根据错误的提示对程序进行 修改，然后再编译，一直到编译无误。 5.2.25.2.2 程序下载程序下载 程序编