《可编程控制器》课程设计-八层电梯楼层定位及显示的梯形图控制程序设计与调试.doc

设 计 任 务 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目：八层电梯楼层定位及显示的梯形图 控制程序设计与调试 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 电气工程及其自动化2014级 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017年 2 月 20日可编程控制器课程设计任务书（一） 设计题目八层电梯楼层定位及显示的梯形图控制程序设计与调试 （二） 情况简介随着城市化进程的加速，高楼林立，电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具，其运行的可靠性也成为人们关注的焦点，所以开发和研制电梯监控系统具有十分重要的现实意义。电梯监控的目的在于以最少的人员配备来加强对电梯的管理，提供较为直观、清晰、准确的电梯运行状态，进而为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。为了进一步对电梯工作状态的了解，本文利用PLC技术，模拟的实现对电梯运行过程的监视，对电梯的实时控制和不同楼层跳转，来实现直观、准确地反映电梯实际运行状态。（三） 设计要求1.根据各楼层行程开关的状态，确定轿厢所在楼层，用九段LED数码管作十进制层楼位置显示 。2.设计任务1）根据题意设计显示电路图，并按图连接。2）画出PLC I/O端口接线图，并按图接线。3）编制控制程序，并画出梯形逻辑图。4）完成系统调试，实现控制要求。（四） 设计步骤1.查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。2.确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。3.绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。4.编程。5.调试。6.编写设计说明书。（五） 设计说明书要求1.完整的设计任务书。2.确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。3.正确合理地进行编程元件的地址分配。4.画出输入/输出接线图及相关电气原理图。5.设计梯形图控制程序。6.编制系统的操作说明。7.编制系统的调试说明及注意事项。8.设计体会（可选）.9.参考文献.（六） 列出设计参考资料目录设计时间 2017 年 2 月 20 日至 2017 年 3 月 1 日（2周）指导教师 设 计 说 明 书可编程控制器课程设计设 计 题 目：八层电梯楼层定位及显示的梯形图 控制程序设计与调试 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 电气工程及其自动化2014级 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院学院电气工程系2017年 3月 1日目录1、引言21.1背景21.2设计内容及目的22、系统总体方案设计32.1 系统硬件配置及组成原理32.1.1系统硬件配置32.1.2 PLC系统的结构组成32.1.3组成原理42.2 系统变量定义及分配表42.3 系统接线图设计53、控制系统程序设计63.1 控制程序流程图设计63.2 控制系统的设计思路及设计程序73.3 创新设计内容94、控制系统的上位机设计104.1 人机界面选择104.2 人机界面设计104.2.1通讯连接104.2.2变量设置104.2.3画面组态115、系统调试及结果分析115.1 PLC程序调试及解决的问题115.2 PLC与上位机联调125.3 结果分析13结束语13参考文献14附录：程序梯形图151 引言1.1背景随着城市化进程的加速，高楼林立，电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具，其运行的可靠性也成为人们关注的焦点，所以开发和研制电梯监控系统具有十分重要的现实意义。电梯监控的目的在于以最少的人员配备来加强对电梯的管理，提供较为直观、清晰、准确的电梯运行状态，进而为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。为了进一步对电梯工作状态的了解，本文利用PLC技术，模拟的实现对电梯运行过程的监视，对电梯的实时控制和不同楼层跳转，来实现直观、准确地反映电梯实际运行状态。1.2设计内容及目的 1.2.1设计内容1. 根据各楼层行程开关的状态，确定轿厢所在楼层2. 用九段LED数码管作十进制层楼位置显示，如下图所示：3.九段码编码示意图、真值表、I/O编址4.编程并调试5.I/O端子接线图1.2.2设计目的按下启动按钮，启动PLC系统。当感应器动作时，九段数码管显将随各层行程开关的状态来显示轿厢所在的楼层数。当一楼的行程开关闭合置1时，数码管h、i亮，在数码管上显示出1，表示轿厢在一层；当电梯上升，数码管自锁仍显示1，当轿厢上到二楼，二楼行程开关置1，同时，一楼的灯因与二楼的行程开关互锁，此时数码管h、i复位，数码管a、b、d、e、g亮，显示数字2，表示轿厢在二楼；同理，依次往下表示各楼层。按下停止按钮，系统停止工作。数码管显示消失。2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 系统硬件配置根据设计要求可知，该系统硬件需要配置10个输入端口、19个输出端口。若使用上位机，则不需要考虑I/O端口问题。若不使用上位机，则该系统硬件配置可选用CPU224XP做为主机，再扩展一个EM222 DO4DC24V输出模块和一个EM222 DO8DC24V输出模块，即可满足10个输入端口和19个输出端口的要求。配置如下图所示：模块12EM222DO824V模块1EM222DO424V主机CPU224XP2.1.2PLC系统的结构组成2.1.3组成原理本次设计基本原理是：使用PLC判断电梯所处的楼层，并由数码管各段分别监控，以显示相应楼层数字。2.2 系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。在我的设计方案中，I/O分配如下表所示。 九段数码管示意图：真值表：abcdefghi显示数字I0.20000000111I0.31101101002I0.41111001003I0.50000011114I0.61011011005I0.71011111006I1.01110000007I1.11111111008I/O编址输入I输出Q启动按钮I0.0a段ledQ0.0停止按钮I0.1b段ledQ0.1一楼感应器I0.2c段ledQ0.2二楼传感器I0.3d段ledQ0.3三楼传感器I0.4e段ledQ0.4四楼传感器I0.5f段ledQ0.5五楼传感器I0.6g段ledQ0.6六楼传感器I0.7h段ledQ0.7七楼传感器I1.0i段ledQ1.0八楼传感器I1.1触摸屏启动按钮M0.0触摸屏停止按钮M0.1触摸屏一楼感应器M0.2触摸屏二楼传感器M0.3触摸屏三楼传感器M0.4触摸屏四楼传感器M0.5触摸屏五楼传感器M0.6触摸屏六楼传感器M0.7触摸屏七楼传感器M1.0触摸屏八楼传感器M1.12.3 系统接线图设计根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的10个输入继电器和19个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7200(CPU224XP)，这种机型的I/O点数分别为14/10；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。此八层电梯楼层定位及显示的梯形图控制程序的接线图可如下图所示。3.控制程序设计3.1 控制程序流程图设计我设计的八层电梯定位显示控制系统分为两个主要部分：判断和显示，具体的程序流程图如下图所示3.2 控制系统的设计思路及设计程序设计思路：我将八层电梯定位显示系统的功能分为两个部分判断和显示，设置互锁保证显示不会出错。设置九段码分别监控各个楼层，根据结果定位显示电梯所在楼层。具体程序如下：设置启动开关：判断具体楼层：根据九段码显示相应楼层： 3.3创新设计内容：在我的程序中，主要创新点是，不直接设计每个楼层的对应的数码管，而是采用九个数码管组成一个数字，由各个数码管监控楼层，并显示最后结果。相对于正向思路，本思路清晰简单。同时设置互锁，避免误点。4、控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择对于人机界面，我选择用组态王653软件来制作。4.2人机界面设计4.2.1通讯连接在系统的设备栏里，点击COM1，接着点击出现的新建设备，西门子S7-200系列PPI，然后选择串口号、设置地址指南等，如下图所示。4.2.2变量设置上位机输入、输出变量如下表：输入信号名称地址编码输出信号名称地址编码触摸屏启动M0.0a段LEDQ0.0触摸屏停止M0.1b段LEDQ0.1触摸屏一楼M0.2c段LEDQ0.2触摸屏二楼M0.3d段LEDQ0.3触摸屏三楼M0.4e段LEDQ0.4触摸屏四楼M0.5f段LEDQ0.5触摸屏五楼M0.6g段LEDQ0.6触摸屏六楼M0.7h段LEDQ0.7触摸屏七楼M1.0i段LEDQ1.0触摸屏八楼M1.14.2.3画面组态5、系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为224XP，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。利用S7-200仿真软件八层电梯定位显示如下图。5.2PLC与上位机联调上位机我是采用组态王6.53来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开组态王软件，选择自己的工程，点击VIEW，运行自己创建的人机界面。联调时，点击相应按钮，观察是否符合设计要求。调试结果如下图：5.3 结果分析经过PLC与上位机的联调，调试结果基本与题目要求相符合，课程设计基本顺利。但是人机交互界面并不十分美观便捷，在人性化的设计上还有待提高。结束语两周的课程设计，在老师的指导以及同学们的帮助下很快就顺利完成了。通过本次课程设计，让我更加熟悉PLC的相关知识，深刻认识到PLC在日常生活中不可或缺的地位。在这次课程设计过程中，让我更加清楚学习不只是纸上谈兵，而更注重于实践，只有付诸实践才会发现自己想法的缺漏与不足，才能更好的去完善自己。本次课设也第一次让我接触到人机交互界面的设计，让我更清楚地认识到机器是为人服务的，设计机器需要考虑人的日常生活习惯，才能让机器更加人性化。本次课程设计也给我提供了一个很好的理论结合实际的机会，同时也让我