基于PLC电梯控制系统设计的创新实验

基于PLC电梯控制系统设计的创新实验 许少衡 张廷锋 莫文贞 华南理工大学 广东广州 摘 要：针对高校非电专业电工学的PLC创新实验，探讨了基于西门子S7-200型的PLC三层电梯控制系统的设计，从电梯的 控制需求、P L C的选择、I/O口的分配、梯形图的设计和调试等方面，介绍了创新实验的设计步骤及方法，引导学生自己设 计控制程序，并在电梯模型上验证程序的正确性，对培养学生的工程意识和创新精神有一定的帮助。 关键词：可编程控制器；三层电梯；创新实验 收稿日期：2010-10-07 作者简介：许少衡，硕士，工程师。 传统的电工学实验，因学时较少，可编程控制 器的实验以验证性实验为主，学生很少能作综合性、 设计性的实验。本文以P L C控制电梯的工程背景设计 创新实验，让学生了解电梯的控制过程，引导学生自 己设计控制程序，在实验箱上完成三层电梯控制的模 拟，最后在电梯模型上验证控制程序的正确性，对可 编程控制器综合性、设计性实验的设计进行了有益的 尝试。 1 三层电梯控制系统的设计 1.1 电梯的控制需求(1)电梯无司机驾驶，自动响应各楼层的上呼、 下呼信号和轿厢内呼信号；(2)电梯按先入为主的原则，自动确定运行方 向，对反方向的呼叫先记忆，当电梯完成全部顺向指 令后，再响应反方向的呼叫；(3)电梯到达顶层或底层时，自动停止，延时后 可改变方向继续运行； (4)电梯到站后自动平层开门，延时关门；(5)手动开、关门控制。1.2 PLC的选择、I/O口的分配和接线 本实验需要P L C具有14个输入点，10个输出点， 因此可选用西门子S7-200系列CPU 224 CN可编程控制 器，I/O口分配及辅助点定义见表1，P L C的接线如图1 所示。1.3 电梯的控制过程 了解电梯的控制过程十分重要，它是梯形图设 计的基础，3层电梯的控制过程如图2所示，电梯到站 时，电梯门自动打开，打开到位后，延时3秒关门， 以便人员进出，然后继续运行或停梯。当电梯在1 层，若按2层上呼或2层内呼，同时按3层下呼或3层内 呼，则电梯将直接从1层上升至3层，所以上升时须增 加2层呼停程序，暂停时间为开门、关门时间加上延 时的3秒；同样下降时也需要2层呼停程序。 图2 三层电梯的控制过程 1.4 控制程序的设计 按电梯的控制原理进行设计，可参考以下步骤， PLC的部分控制程序如图3所示： (1)内呼控制程序。按内呼按钮，则相应的辅助 点通过自锁记忆，同时点亮内呼灯，按本层内呼按钮 无效。 (2)轿厢外呼控制程序。如2层下呼程序，当电梯 在1层，若2、3层同时按下呼，则电梯先上升到3楼， 然后再下降至2楼，因此要在2层的到位常闭触点M1.0 并联上升辅助点M3.1。 (3)轿厢到位控制程序。如轿厢接触到1层的到位 开关，表示轿厢到1层，1层指示灯点亮。(4)轿厢下降和上升程序。如电梯下降分在3层下 降和在2层下降进行设计，并在电梯上升程序中串联 轿厢下降辅助点的常闭触点，保证电梯优先响应与运 行方向相同的呼叫，在3层下降时要串联延时接通位 存储器M4.1。(5)电梯到站暂停程序。包括两种情况，一种是 电梯在1层、2层或3层到站后暂停，暂停结束后可改 变方向继续运行；另一种是电梯在上升或下降过程 中，因2层的呼叫必须在2层暂停，暂停结束后不改变 方向继续运行。 图3 三层电梯的部分PLC控制程序 (6)电梯到站后自动平层开门，当门碰到左门限 时，停止开门，延时3秒后关门。(7)手动开关门功能。用轿厢内的开、关门按钮 开、关门；或用轿厢的外呼按钮开门，如轿厢停在本 层，按轿厢外呼则开门，延时关门。1.5 程序运行和调试 控制程序编辑完成后，一般要经过编译、下载、 实验箱接线和调试阶段。调试的一般流程为：(1)单指令运行调试：检查执行最简单功能时是 否出错；(2)单层运行调试：检查电梯单独从一层运行到 另一层是否正确；(3)复杂运行调试：检查在各种呼梯时电梯的运 行状态。 在P L C与电脑联机并且程序已下载到P L C后，用 STEP 7-Micro/WIN软件的程序状态监控功能，可观察 程序的运行状态，以便修改程序；程序在实验箱模拟 运行通过后，还必须接在电梯模型上验证，确保控制 程序真正可行。 2 结束语 非电专业的P L C三层电梯控制设计，实现了一般 民用电梯的功能，按照电梯的控制需求，设计过程从 简单到复杂，循序渐进：首先设计电梯的基本控制功 能，实现自动响应轿厢内外的呼叫响应；然后增加电 梯到站暂停3秒；最后增加电梯的自动和手动开关门 功能,体现了从易到难,从基本到完善循序渐进的设计 理念。由于设计过程实现了从程序设计到程序下载、 实验箱的模拟运行和调试、实物电梯模型的运行和调 试等完整的工程设计环节，具有真实的工程背景， 激发了学生对P L C实验的兴趣，培养了学生的创新思 维能力，同时也促进了实验室的进一步开放。 参考文献 1陈利群.P L C实验教学法探索J.实验科学与技术， 2005，2：7475 2何兵.可编程控制器(P L C)电梯控制设计J.电梯工业， 2006，3：213西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西 门子S7-200 P L C(第二版)M.北京：北京航空航天大学出版社， 2005 4宋丽君，布挺.基于S7-226型P L C的四层电梯控制系统的 设计J.科技信息，2009，21：473 5杨后川，张学民，陈勇.SIMATIC S7-200可编程控制器原 理与应用M.北京：北京航空航天大学出版社，2008 6邓亚锋.电梯控制系统中的P L C应用与实践J.机电信 息，2009，30：204 7吴宏岐，冯元.改革P L C实验教学模式、提高学生工程实 践能力J.高校实验室工作研究，2009，1：1617 Innovative experiment based on design of PLC elevator control system Xu Shaoheng, Zhang Tingfeng, Mo Wenzhen South China university of technology, Guangzhou, , China Abstract: Specifically for the test based on innovation for PLC for the non-electric major electrotechnics, we discuss the design of the triple-deck elevator control system based on Siemens type S7-200. Areas such as controlled demand for the elevator, selection of PLC, allocation of I/O port, the design and adjustment of the ladder diagram are all extensively covered. It also introduce the design steps and method for the test based on innovation, let the students de