PLC五层电梯控制

1、课程设计(论文)题 目 名 称 五层电梯的PLC控制 课 程 名 称 PLC原理及应用 学 生 姓 名 周红贵 学 号 0941201183 系 、专 业 电气工程、电气工程及其自动化 指 导 教 师 刘丽 2011年 12 月 9 日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业09电气工程及其自动化学生姓名周红贵学号0941201183题目名称五层电梯的PLC控制设计时间2011年12月5日12月16日课程名称PLC原理及应用课程编号121200107设计地点数字控制与PLC实验室（306） 一、 课程设计（论文）目的PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小

2、型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。二、 已知技术参数和条件在现代社会中，电梯的使用非常普遍。随者PLC控制技术的普及，大大提高了控制系统的可靠性，减少了控制装置的体积。控制任务和一般要求：1、当轿厢停在1F（1楼）或2F,3F,4F,如果5F有呼叫，则轿厢上升到5F。2、当轿厢停在2F（2楼）或3F,4F,5F,如果1F有呼叫，则轿厢下降到1F。3、当轿厢停在1F

3、（1楼），2F,3F,4F,5F均有人呼叫，则先到2F,停8s后继续上升，每层均停8s，直至5F。4、当轿厢停在5F（5楼），1F,2F,3F,4F均有人呼叫，则先到4F,停8s后继续下降，每层均停8s，直至1F。5、在轿厢运行途中，如果有多个呼叫，则优先响应与当前运行方向相同的就近楼层，对反方向的呼叫进行记忆，待轿厢返回时就近停车。6、在各个楼层之间的运行时间应少于10s，否则认为发生故障，应发出报警信号。7、电梯的运行方向指示。8、用数码管显示轿厢所在的楼层。9、在轿厢运行期间不能开门。10、轿厢不关门不允许运行。某五层电梯轿内控制面板如图1所示，电梯的示意图如图2所示。上行层感应器 下行

4、层感应器图2 电梯示意图54321上行、下行及楼层指示开门按钮关门按钮楼层按钮上行、下行按钮图1轿厢内控制面板三、 任务和要求1、设计系统的PLC外部接线图2、系统的操作面板3、设计好顺序功能图4、系统的T形图5、按照要求书写课程设计报告注： 1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）实验室有EL型PLC实验系统4套；FX2N系列实验装置8台，以及相关的软件； FX2N系列、S7系列产品说明书；FX2N系列实验装置实验指导书。五、进度安排2011年12月5日-6日：收集

5、和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2011年12月7日-8日：总体方案设计2011年12月9日-10日：外部接线图2011年12月11日-12日：T形图设计2011年12月13日-14日：系统调试改进2011年12月15日：整理书写设计说明书2011年12月16日：答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 周红贵 学 号 0940210183 系 电气工程 专业班级 电气工程及其自动化二班 题目名称 五层电梯的PLC控制 课程名称 PLC原理

6、及应用 一、学生自我总结通过此次课程设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。感谢我们的指导老师对我悉心的指导，感谢老师们给我的帮助。我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要

7、的影响。 学生签名： 年 月 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘 要我国的电梯生产技术随着科学技术的发展，得到了迅速提高一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，目前电

8、梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。而PLC控制系统（FX2N系列）由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，而对于基于PLC控制的电梯程序设计成为了近几年电梯领域发展的关键和重点。关键词：电梯控制，PLC，FX-2N 目录1PLC发展及原理.11.1 PLC的应用发展及结构.11.2 PLC工作原理及特点.21.3电梯的组成及工作原理.22 系统软件的设计.32.1控制系统的工作流程.3 2.2系统梯形图的设计.43 硬件的设计与选择.143.1 PLC外部接线及主电路设计.143.2电路电气原理图.15

9、4 总结.16参考文献.171PLC发展及原理1.1PLC的应用领域 在发达的工业国家，PLC已经广泛应用于所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围也不断扩大。PLC在未来将会有更大的发展。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.2PLC的结构工作原理及特点1.21PLC的结构图1-1 PLC的内部结构图1.1 PLC的结构PLC的工作原理图1.2 PLC的扫描过程PLC特点PLC有许多优点，其可概括为以下五点：(1)可靠性高，抗干扰能力强 (2)硬件配套齐全，功能完善，适用性强 (3)

10、易学易用，深受工程技术人员欢迎 (4)系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 (5)体积小，重量轻，能耗低 1.3 电梯的组成及工作原理图1.3 电梯的结构2系统软件的设计2.1 控制系统的工作流程 根据电梯的工作流程可以将电梯的工作过程画成如下的流程图（如图2.1）。图中展示了电梯运行时的三种状态，即初始状态、运行中状态和运行后状态。直观的展示了电梯的工作流程。图2.1 电梯运行的流程图根据电梯运行流程图，大致可将软件的设计分为以下几个大部分：开关门环节、楼层显示环节（七段码显示）、轿内呼叫信号的登记与消除环节、厅外呼叫信号的登记与消除环节、定向环节、启动环节、制动环节。2.2

11、系统梯形图的设计根据电梯运行流程，把电梯控制系统分为如下九块：开门环节、关门环节、楼层显示环节、内呼信号登记与消除环节、外呼信号登记与消除环节、定向环节、启动环节、制动环节和抱闸环节。分块设计如下。开门环节开门环节应该满足如下几点要求：(1)按下轿厢内的手动开门按钮，开门输出；(2)电梯到所选楼层（外呼和内呼），平层抱闸后自动开门；(3)电梯在某层停用，本层外呼，开门输出。开门环节的梯形图如图2.2所示。图2.2 开门环节梯形图为满足以上要求，设计中添加了中间继电器M37（开门辅助继电器1）和M39（开门辅助继电器2），此中间继电器的另外一个功能是避免了双线圈。其中平层抱闸开门输出的启动条件是

12、抱闸至电机停转，所以加了计时器T53，令抱闸后1s开门，此处的时间设为1s并无确实依据，显示中，要根据实际情况设置此时间。开门输出断开的条件是开门到位，当门完全打开，开门到位触点接通，利用开门到位信号，把开门输出断开，开关门直流电机停转。关门环节 关门环节应该满足的要求：(1)轿厢内按下手动关门按钮，关门输出；(2)开门到位15s后自动关门。此环节的梯形图如图2.3所示。图2.3 关门环节梯形图同开门环节，为满足上述条件，设置了中间继电器M40（辅助继电器1）和M41（关门辅助继电器2），同时避免了双线圈的出现。其中T51是开门到位计时器，当开门到位15s后，自动输出关门。关门输出的关断条件是

13、关门到位，即关门输出时开关门直流电机运转，当关门到位，关门到位触点接通，关门输出被关断，开关门直流电机停转。楼层显示环节楼层显示环节应该满足的条件是：(1)轿厢不运行时，七段码要显示所在楼层；(2)轿厢运行时，电梯在两层之间运行时要正确显示所在楼层，如从一楼上行，首先要碰到一楼下平层感应触点，虽然此触点被接通，但电梯仍在一楼，所以显示楼层要显示一楼；直至二楼上平层感应触点接通，显示变为二楼。其余楼层以此类推。楼层的登记与消除部分和楼层显示部分组成了完整的楼层显示环节。楼层显示用七段码显示，七段码显示图解如图2.4，各段标号依此图为准。其中一、二、三、四、五楼显示分别是：bc段、abdeg段、a

14、bcdg段、bcfg段和acdfg段。楼层确定由M1、M2、M3、M4和M5登记和保持。其中七段码的输出分别为：Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16和Y17。+代表或的关系，通过元件的并联实现；·代表与的关系，通过元件的串联实现。图2.4 七段码显示楼层的登记与消除部分的梯形图如2.5所示。图2.5 楼层的登记与消除部分梯形图 楼层显示环节的梯形图如图2.6所示。图2.6 楼层显示部分梯形图内呼信号的登记与消除环节内呼信号由轿厢内的选层按钮产生，内呼信号被登记后，要由程序完成保持，直至电梯到达内选确定的楼层后信号才被消除。内呼信号被保持的阶段，内呼信号输出要一直导通，即内呼

15、显示灯要一直亮。内呼信号的登记与消除环节梯形图如图2.7所示。图2.7 内呼信号的登记与消除环节梯形图内呼信号的消除条件是：电梯到达所选楼层，且电梯牵引电机抱闸停转。由此条件可知，若乘客进入轿厢内呼当前楼层，内呼信号是不会被登记的。外呼信号的登记与消除环节外呼信号的登记与消除环节类似于内呼，都经过登记-保持-消除三个步骤。虽然电梯运行过程中要碰到很多的情况，比如，电梯在三楼正上行，此时二楼和五楼同时外呼，虽然外呼信号都要被登记和保持，但是并不影响电梯的正常运行，因为定向环节会确定电梯的运行方向，如此一来，虽然外呼信号都被登记，但有一些不会对电梯的运转产生影响。外呼信号的消除条件亦是：电梯到达所

16、选楼层，且电梯牵引电机抱闸停转。同样电梯在某层停转，乘客外呼本层，外呼信号不会被登记。但是若电梯在某层停用，即不运转，也没有内外呼，此时虽然外呼信号不能被登记，但是轿厢的门会自动打开，这是由开门环节决定的。外呼信号的登记与消除环节的梯形图如图2.8所示。图2.8 外呼信号的登记与消除环节梯形图定向环节定向环节分为两个部分，即定上行和定下行。由于定上行和定下行的情况基本类似，故只以定上行为例介绍定向环节的原理。上行要满足的条件：(1)电梯在一楼，楼上只要有外呼，或有内呼，电梯就上行；(2)轿厢在二楼及以上楼层时，上级楼层有外呼，且外呼满足此时运行方向条件，则上行。(3)定向时，内呼信号的优先级要

17、高于外呼信号。定上行部分的梯形图如图2.9所示。图2.9 定上行部分梯形图为了确定内呼信号的优先级高于外呼信号，设置了中间继电器M25，通过对M25的置位和复位以确保内呼信号的高优先级。上下行显示由轿厢内和门厅外的上下行显示灯显示。同定上行一样，定下行部分的梯形图如图2.10所示。图2.10 定下行部分梯形图当上行和下行条件同时满足时，定向环节会由惯性原则确定方向，即当同时满足上行和下行条件时，由此时电梯的运行状况决定；若此时电机上行，则定向为上行；若此时为下行，则定向为下行；若此时电机停转，则由定向信号被登记的时间先后决定。电梯在运行过程中，定向程序的执行只是在电梯停层阶段，也就是说，电梯只

18、要在楼层停层都会定向一次，当电梯运行中间，定向程序是不会被执行的。电梯的定向输出控制轿厢牵引电机的正反转来实现上下行，即上行时牵引电机正转，下行时牵引电机反转。定向输出信号的消除条件是：电梯到达某个楼层停层后关门输出。比如电梯在二楼登记上行信号，要求在三楼停层，此时电梯上行，在二楼登记的上行信号保持到电梯在三楼停层再关门。此时在二楼登记的上行信号被消除，定向程序重新执行，重新判断电梯的运行方向。启动环节本程序设计的启动环节其实包括低速启动和高速平稳运行两个部分。电梯的启动条件是：轿厢门关好，定向完成以及牵引电机停转。启动条件满足，牵引电机开始低速启动，低速启动后1s电梯进入高速平稳运行阶段。启

19、动环节的梯形图如图2.11所示。图2.11 启动环节梯形图低速启动信号由高速信号断开，高速运行信号由制动信号断开。电机的高低速运行的实现，在程序控制的基础上，由外部电机的接线完成（电机外部接线详见第五章）。电梯启动平稳运行后进入制动环节。制动环节制动环节程序设计时也分上行制动和下行制动两块来分析和设计，最后把两块整合，即为完整的制动环节程序。以上行制动为例，阐述制动环节的设计思路。上行制动有如下几种情况：(1)电梯正上行，内选m楼（上级楼层），m层上平层触点接通，牵引电机开始制动；(2)电梯在m层定上行，n层有外上呼（n>m），n层上平层触点接通，牵引电机开始制动；(3)电梯上行，目标层

20、为m层，此时m以上楼层均无内外呼信号，m层有外下呼信号，当m层上平层触点接通，牵引电机开始制动；(4)电梯行上至五楼必制动。下行制动类似，特殊情况：下行至一楼必制动。制动信号由平层感应触点触发，上行由上平层感应触点触发，轿厢碰到上平层感应触点到电梯停层位置还有一段距离，此程序中设置了制动后1s抱闸，此处时间的设置，并无确实依据，现实中要根据实际情况设置，使其制动时间结束，抱闸开始，轿厢正好达到停层位置。制动信号由抱闸输出信号断开，即抱闸信号产生的同时，制动信号被断开。其间制动信号一直保持，电机一直在制动状态。在程序控制的基础上，牵引电机的制动由外部电机的接线完成，其详细见第五章。制动环节的梯形图如图2.12所示。图2.12 制动环节梯形图3 PLC外部接线及主电路设计根据上述硬件的选择，将各硬件按照控制系统的电气主接线图与PLC外部接线图相互连接就可以得到整个控制系统的硬件部分。3.1PLC的外部接线图3.1为PLC的外部接线图：图3.1 PLC的外部接线图3.2主电路电气原理图图3.2为系统的电气主接线图：图5-11 电气主接线图电气主接线图中有两个电机，一个为曳引机的牵引电机，为交流异步电机；另一个为开关门电机，为直流电机。KM1与KM2的切换，可以实现异步电机的正反转，即控制电梯的上下行。当K