plc课程设计四层电梯控制系统设计

1、 电气控制与可编程控制器技术课程设计说明书设计课题：四层电梯控制系统设计 专业班级：级自动化（）班 姓名学号：高 扬（080310186） 秦松亭（080310183） 宋龙文（080310152） 产江华（080310138） 指导教师：李彦梅 设计时间: 2012年12月 物理与电气工程学院 二一二年十二月摘 要电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的不断提高，电梯得到快速发展。其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。电梯采用了PLC控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。

2、控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。而电动机交流变频器调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量、改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频器调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因素和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而获国内外公认为最有发展前途的调速方式。因此，PLC控制技术加变频器调速技术已成为现代电梯行业的一个热点。本设计考虑到载客电梯的实际操作功能，又兼顾载电梯控制中具有递推功能，所设计的控制系统针对的是四层电梯。代替传统的继电控制系统，由变频器实现对电梯的拖动调速，使PLC与调

3、速拖动装置相结合，构成PLC集选控制系统，实现了电梯的各种控制功能，提高了电梯运行的可靠性，降低了故障率。关键字：可编程控制器PLC；四层电梯；变频器；电机；编程；控制目 录摘 要2一、课程设计的性质、目的与任务41课程设计的性质：52课程设计的目的和任务：5二、内容和要求51设计题目52设计内容53设计要求64. 组织要求6三、设计课题简介7四、设计方案的比较与选择7五、可编程控制器的简介与工作原理81.可编程控制器的定义82.可编程控制器的工作原理8六、可编程控制器的选择9七、硬件原理设计图91. 电气控制系统主回路原理图92. I/O(输入/输出)端口分配:103.根据I/O端口设计外部

4、接线图：10八、操作说明111. 电梯控制系统操作过程112. 电梯控制系统实现的功能113.按键操作说明和指示灯说明12九、调试及结果12十、所使用主要元器件清单13十一、设计总结13十二、参考文献14附录 四层电梯设计系统梯形图15一、课程设计的性质、目的与任务1课程设计的性质：电气控制与PLC课程设计是针对自动化专业的本科生开设的一门实用性较强的必修课程。2课程设计的目的和任务：电气控制与PLC课程设计是与专业课电气控制与PLC相配套的一门重要的实践课程，是理论与实践相结合的一个重要教学环节，是培养学生可编程控制器应用能力，同时通过课程设计加深对理论的理解和认识。其任务是通过设计方法的学

5、习和制作过程，掌握自动化设备的设计、制作所需的一些基本概念、方法和技能，培养学生在设计与制作的动手能力，让他们在踏上工作岗位后，能尽快进入角色，充分发挥其在这方面的作用。二、内容和要求1设计题目四层电梯控制系统设计2设计内容（1）自动控制系统的方案设计，内容包括：1）原理图的总体设计；2）布线图的设计；（2）元器件选型，内容包括：1）电源配电；2）接口电路；3）常用低压电器；4）PLC。（3）系统制作方法与技能，内容包括：1）根据自动控制系统要求及元器件的实际参数现状选择器件；2)制作前的准备；3）电路的布线；4）硬件安装技术；5）硬件与程序调试3设计要求（1）以电气控制与PLC的基本理论为指

6、导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指利用常用低压电器构建小型自动化控制系统的设计与调试，系统型指选用PLC与常用低压电器组建较高程度的自动化控制系统的设计与调试；（2）熟悉常用低压电器的原理与应用；（3）学习PLC上位机开发软件进行梯形图设计与仿真；（4）学习自动化控制系统电路的制作、接线与调试；4. 组织要求（1）选题。对于每个班，课程设计指导教师至少提供10个以上的题目供学生选择。（2）学生分组。由学生自由进行组合，3-4人组成一个设计组。每个设计组自由选择一个设计题目。每一个设计组内每个学生有各自的明确任务分工。（3）课程设计任务书。设计的具体内容及要求在指导教师编写的设计

7、指导书中规定。设计指导书要给出每个设计课题的题目、目的、要求、内容、步骤、方法、基础资料以及设计工作计划、组织措施等。（4）指导教师要对学生进行考勤，在课程设计的教学过程中，指导教师应分阶段对学生完成的工作进度进行检查，只有正确完成本阶段的工作方允许进行下阶段的工作。（5）学生要按照课程设计任务书的要求，按时按质按量地完成课程设计。在课程设计过程中，按照学校正常作息时间进行，每天设计时间不低于4小时。凡是累计旷课时间达到或超过课程设计全过程1/3者或和未完成课程设计任务书基本要求者，按不及格处理。（6）课程设计报告。学生要认真编写课程设计报告。课程设计报告内容应包括：封面（设计题目、指导教师姓

8、名、设计者专业班级、姓名、学号），课程设计任务书，摘要，目录，课题简介，设计方案，硬件原理设计图，操作说明，调试、实验方法及结果，设计总结，参考文献，附录等。（7）答辩。以课题组为单位进行答辩，首先简要陈述设计情况，然后回答问题。每个课题组由一个人主讲，其他同学补充。每个人单独回答问题。三、设计课题简介电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如

9、何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。本次设计由于条件和所掌握的知识相对有限，所以本次设计相对于实际应用中比较简单，主要是设计出四层电梯具有任意楼层外唤、超载等功能。 四、设计方案的比较与选择电梯控制方式主要分为三种，分别是继电器控制方式、微机控制方式和可编程控制器（PLC）控制方式，由于继电器控制存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿面短的缺陷现在已经逐渐被淘汰，微机控制可靠性差故也不多采用，而PLC控制采用一种巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作。又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等是它本身内存工作单元，即无线圈无

10、触电，使用次数不受限制。因此，它比继电器控制有明显的优越性，比微机控制有明显的可靠性，自动化水平更高。 综上所述PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、优越性和实用性的控制方式，它更适合在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术，所以本次课程设计采用可编程控制器（PLC）作为控制方式。五、可编程控制器的简介与工作原理 1.可编程控制器的定义 PLC英文全称Programmable logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义：一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境中而设计的。它采用一类可编程的控制器，用于其内部存储程序执行逻辑运算，顺序控制

11、，定时，技术与运算操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各类型的机械或生产过程。 2.可编程控制器的工作原理 PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有按键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无按键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环的工作方式，即顺序扫描，不断循环这中工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC运行时，CPU根据用用具按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始

12、，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，在开始下一次扫描，周而复始。实际上PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断，通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。六、可编程控制器的选择 本次设计有三种可编程控制器可选择使用，分别是和利时、台达和三菱。由于平时课程所学的是三菱的PLC，再加上对三菱PLC的了解相对较多，所以本次设计采用三菱FX系列FX1N作为本次课程设计的可编程控制器。七、硬件原理设计图 1. 电气控制系统主回路原理图 图1 电气控制系统主回路原理图2. I/O(输入/输出)端口分配:输入端口输出端口过载X000电梯上行Y

13、一层外上呼X001电梯下行Y7二层外下呼X002一层显示Y1二层外上呼X003二层显示Y2三层外下呼X004三层显示Y3三层外上呼X005四层显示Y4四层外下呼X006表1 I/O(输入/输出)端口分配3.根据I/O端口设计外部接线图：图2 PLCI/O端口设计外部接线图八、操作说明1. 电梯控制系统操作过程（1）按动召唤按钮，电梯牵引机启动到达召唤层停止、电梯门和轿厢门同时打开。（2）人进入轿厢，超重保护没有报警。（3）电梯门开的同时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭（本次设计省略）（4）按动选层键，电梯牵引机启动到达选择层停止、电梯门和轿厢门同时打开。（5）电梯门打开的同

14、时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。（本次设计省略）2. 电梯控制系统实现的功能（1）电梯内外当前楼层显示；（2）各层厅外召唤按钮；（3）一台交流电动机拽引轿厢上升和下降；（4）待客召唤自动开门，当电梯在某层时，按下召唤信号自动开门；（5）到站有自动响铃提示并自动开门经5秒自动关门；（6）自动换向功能，当电梯运行到顶层或最底层时，能自动换向运行；（7）自动停留功能，当电梯完成指令后自动停在原位等待。3.按键操作说明和指示灯说明（1）SB0对应模拟电梯人员超载，SB1对应一楼上呼按钮，SB2对应二楼下呼按钮，SB3对应二楼上呼按钮，SB4对应三楼下呼按钮，BS4对应三楼上呼按

15、钮，SB5对应三楼上呼按钮，SB6对应四楼下呼按钮。HL1对应一楼指示灯，HL2对应二楼指示灯，HL3对应三楼指示灯，HL4对应四楼指示灯。（2）一楼外有呼叫电梯按下SB1电梯自动从楼上下来，到达一楼时电机停转LH1亮，LH2、LH3、LH4灭；二楼外有呼叫电梯时，按下SB2或者SB3电梯自动从楼下上来或者从楼上下来，到达二楼时电机停转LH2亮，LH1、LH3、LH4灭；三楼外有呼叫电梯时，按下SB4或者SB5电梯自动从楼下上来或者从楼上下来，到达三楼时电机停转LH3亮，LH1、LH2、LH4灭；四楼外有呼叫电梯按下SB4电梯自动从楼下上来，到达四楼时电机停转LH4亮，LH1、LH2、LH3灭

16、；当超载时，电梯停止运行，直到解除超载，电梯再次开始运行。九、调试及结果 将已经编写好的程序通过配套的三菱PLC软件烧写到PLC中，运行监控观察各I/O口指示灯的变化，指示灯亮说明已经接通。调试、观察是否与预期的结果一至，如果相同则调试成功继续下步工作。否则返回继续检查修改。十、所使用主要元器件清单分类器件名称数量核心设备三菱FX系列PLC1高压设备三相异步电机1过载保护器1接触器2低压设备按钮7指示灯624V继电器2表2 主要元器件清单十一、设计总结 本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了利用可编程控制器控制电梯的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当电梯的功

17、能增加时，硬件接线上只需增加行程开关输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。并且，更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。这次设计，使我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了很多宝贵的东西。十二、参考文献1 史国生、王念春、赵阳. 电气控制与可编程控制器技术M.北京：化学工业大学出版社.2010.5 2 秦健. 可编程控制器和变频器载改造在用电梯自动控制系统中的

18、应用M. 应用技术出版社.20063 唐勇奇. 电梯变频器调速PLC控制的设计与实现M. 电机电器技术出版社.20004 孙忠献. 电机技术与应用M. 福建：福建科学技术出版社.2004.35 李景学、金广业. 可编程控制器应用系统设计方法M. 北京：电子工业出版社.19956 徐惠钢、郭文华. 基于PLC的电梯高精度位置控制的实现J. 微计算机信息.2007,23(5):61-63附录 四层电梯设计系统梯形图电梯第一次使用时，停在一楼，一楼指示灯LH1亮一层外呼，当按下SB1时，电梯从楼上下来。电梯轿厢原来停在二楼时到达一楼要3S，原来停在三楼到一楼需要6S，原来停在4楼到一楼需要9S。二楼外呼，当按下SB3时，向上呼叫电梯，电梯应从