基于plc的三层电梯模型设计

1、目 录1 课程设计目的意义 11.1 电梯控制设计目的意义11.2 电梯的分类11.3 电梯的基本结构32 课程设计题目描述和要求52.1 系统总体描述52.2 系统总体要求63 课程设计报告内容73.1 系统基本原理73.2 系统硬件设计73.2.1 PLC机型及扩展模块选择73.2.2 可编程控制器的基本原理83.2.3 主电路设计93.2.4 变频器93.2.5 控制电路设计103.2.6 门电路设计113.2.7 辅助电源选型113.3 系统软件设计123.3.1 I/O地址分配123.3.2 门控程序设计123.3.3 系统调试134 总结155 致谢166 参考文献177 附录18

2、1 课程设计目的意义1.1 电梯控制设计目的意义用PLC构成电梯控制器主要目的是培养学生综合应用所学课程的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。培养侧重从生产第一线获得生产实际知识和技能的能力。通过课程设计获得工程技术应用性岗位工作的基本训练，树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。（1）使学生进一步巩固和加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。（2）培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识技能，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识

3、和技能。（3）培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。（4）培养学生学会调查研究的方法、熟悉有关政策，提高运用国家标准、手册等工具书的能力，尤其注重培养学生独立获取新知识、新技术和新信息的能力。（5）使学生初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法和手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。（6）培养学生撰写符合规范要求的设计说明书和编写相关技术文件的能力。1.2 电梯的分类1. 按用途分类乘客电梯，为运送乘客设计的电梯，要求有完善

4、的安全设施以及一定的轿内装饰。载货电梯，主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯，为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。杂物电梯，供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。观光电梯，轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯，用作装运车辆的电梯。船舶电梯，船舶上使用的电梯。建筑施工电梯，建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。2. 按驱动方式分类交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频

5、调速等。直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。液压电梯，一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。齿轮齿条电梯，将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。螺杆式电梯，将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。直线电机驱动的电梯，其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。3.按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。低速梯，常指低于1

6、.00m/s速度的电梯。中速梯，常指速度在1.002.00m/s的电梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。超高速梯，速度超过5.00m/s的电梯。随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。3. 按电梯有无司机分类有司机电梯，电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。无司机电梯，乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。有/无司机电梯，这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。4. 按操纵控制方式分类手柄开关操纵，电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯

7、的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。信号控制电梯，这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。集选控制电梯，是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。并联控制电梯，23台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。群控电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。

8、5. 其它分类方式按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。此外，还有双层轿厢电梯等。6. 特殊电梯斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。立体停车场用电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。建筑施工电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它

9、还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。1.3 电梯的基本结构电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它. 1. 曳引系统 曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行. 曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成. 2. 导向系统 导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动. 导

10、向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成. 3. 轿厢 轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分. 轿厢由轿厢架和轿厢体组成. 4. 门系统 门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口. 门系统由轿厢门,层门,开门机,门锁装置组成. 5. 重量平衡系统 系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常. 系统主要由对重和重量补偿装置组成. 6. 电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制. 电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成. 7. 电气控制系统 电气控制系统的主要功能是对电梯的运

11、行实行操纵和控制. 电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏(柜),平层装置,选层器等组成. 8. 安全保护系统 保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生. 由限速器,安全钳,缓冲器,端站保护装置组成2 课程设计题目描述和要求2.1 系统总体描述根据设计要求，一个三层电梯控制系统的控制要求如下：电梯停在一层（1） 当按SB2时，电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止。（2） 当按SB3或者按SB7时，电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升。按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。（3） 当SB2和SB3同时按下或者按SB6或者SB2与SB7同时按下或者SB6与SB7同

12、时按下，电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮。电梯停5秒后，继续上升，按SQ3，E2灭，E1亮，电梯停止。（4） 当按SB5或者SB5与SB2同时按下，电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停5秒后下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。（5） 当按SB5和SB7或者SB2与SB5与SB7同时按下或者SB2与SB6与SB7同时按下，电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停5秒继续上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停5秒下降：若按SB2，则按下SQ2时，E3灭，E2亮，电梯停5秒继续下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止；若按SB1，则按下SQ2，E3灭，E2亮，电梯继续下降，按下SQ1

13、，E2灭，E1亮，电梯停止。SB5与SB6同时按下时，电梯上升，按下SQ2，E1灭，E2亮，电梯停5秒继续上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停5秒下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯继续下降，按下SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。电梯停在二层（1） 按SB4或者按SB1或者SB4与SB1同时按下时，电梯下降，按下SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止（2） 按SB7或者按SB3或者SB7与SB3同时按下时，电梯上升，按下SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。（3） SB4与SB7同时按下或者SB4与SB7与SB1同时按下或者SB4与SB7与SB3同时按下时，电梯上升，按下SQ3，E2灭，E3亮，电梯停

14、5秒下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯继续下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。电梯停在三层（1） 当按SB2时，电梯下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。（2） 按SB1或者按SB4，电梯下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯仍下降。按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。（3） 按SB1和SB2同时按下或者按SB5或者SB5与SB2同时按下或者SB5与SB4同时按下时，电梯下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停5秒后继续下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停。（4） 按SB6或者SB6与SB7同时按下时，电梯下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停5秒后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电

15、梯停止。（5） 按SB6和SB4同时按下时，电梯下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停5秒继续下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停5秒后上升：若按SB2，则按下SQ2时，E1灭，E2亮，电梯停5秒继续上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止；若按下SB3，则按下SB2时，E1灭，E2亮，电梯继续上升，按下SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。（6） SB5与SB6同时按下，电梯下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停5秒后继续下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停5秒后上升，按下SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按下SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。2.2 系统总体要求系统应具备下列几项控制功能

16、:（1）自动响应层楼召唤信号(含上召唤和下召唤)；（2）自动响应轿厢服务指令信号。（3）自动完成轿厢层楼位置显示自动显示电梯运行方向。（4）开门显示、 关门显示；（5）轿箱上下行控制（电动机正反转控制）（6）开关门控制。图2.2 电梯控制按键图3 课程设计报告内容3.1 系统基本原理图3.1 系统原理图 乘客按下轿厢内操控盘上的选层按钮，选定电梯运行的目的楼层，此为内选信号，在门厅等候电梯的乘客，按门厅的上行或下行按钮，此为外唤信号。CPU224响应信号，控制变频器启停变频进而控制曳引机运转，使电梯自动运行。一般情况下，电梯按先上后下的原则，安排运送乘客的次序，而且规定在运行方向确定之后，不响

17、应中途的反向呼唤要求，直到到达本方向的最远站点才开始返回。3.2 系统硬件设计3.2.1 PLC机型及扩展模块选择PLC机型选择 此系统为多点输入，控制多点输出，不用考虑温度控制，PID控制等智能控制，所以选择西门子公司的小型PLC系列S7-200，CPU选择224系列。SIEMENS S7-200 CPU单元CPU-224本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。16K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有

18、PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。表3.2.1 CPU技术规范扩展模块选择EM223输入输出扩展模块，4点输入，24VDC 4点输出，继电器输出功耗-2W。EM235模拟量输入/输出扩展模块只有一种4路AI/1路AO的产品。3.2.2 可编程控制器的基本原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1） 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状

19、态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2） 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状

20、态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。（3） 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经

21、输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。3.2.3 主电路设计图3.2.3 电梯系统主电路图当KM1闭合时，电机正转，电梯向上运行；当KM2闭合时，电机反转，电梯向下运行；当KM1、KM2都断开时，电机停转，电梯停止运行。3.2.4 变频器变频器选型系统的要求是能驱动普通三相异步电动机精确地完成电梯平层，快速，慢速和加速运行，而且在电梯换速时，乘客没有不舒服的感觉。依照以上的要求我们选用MM440智能变频器。这种变频器视为电梯的灵活调速，控制高精度平层等要求而专门设计的，可配通用普通三相异步电动机。与其他变频器相比，340变频器具有智能化软件接口，菜单提示输入电梯曲线关键参数，调试

22、跟方便快捷，并且能实现单双层功能，具有自动化优化减速曲线的功能，爬行时间短，平层距离短。MICROMASTER 440 通用型变频器MICROMASTER 440 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。本系列有多种型号，额定功率范围从120W 到200kW（恒定转矩（CT）控制方式），或者可达250kW（可变转矩（VT）本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。主要特性 易

23、于安装，参数设置和调试 易于调试 牢固的EMC 设计 可由IT（中性点不接地）电源供电 对控制信号的响应是快速和可重复的 参数设置的范围很广，确保它可对广泛的应用对象进行配置 电缆连接简便 具有多个继电器输出 具有多个模拟量输出（0 - 20mA） 6 个带隔离的数字输入，并可切换为NPN/PNP 接线 2 个模拟输入： AIN1：0 - 10 V，0 - 20mA 和-10 至 +10 V AIN2：0 - 10 V，0 - 20mA 2 个模拟输入可以作为第7 和第8 个数字输入 BiCo（二进制互联连接）技术 模块化设计，配置非常灵活 脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪音低 详细的变频

24、器状态信息和全面的信息功能 有多种可选件供用户选用：用于与PC 通讯的通讯模块，基本操作面板（BOP），高级操作面板（AOP），用于进行现场总线通讯的PROFIBUS 通讯模块保护特性过电压/欠电压保护变频器过热保护接地故障保护短路保护电动机过热保护PTC/KTY 电动机保护3.2.5 控制电路设计图3.2.5 控制线路图3.2.6 门电路设计图3.2.6 门控电路图当KF1闭合时，直流电机正转，轿厢门打开；当KF2闭合时，直流电机反转，轿厢门关闭。3.2.7 辅助电源选型PS-24V 仪表电源PZ24-A型仪表电源系采用开关电源技术的盘装式新型仪表电源，是专门为DDZ-型电动单元组合仪表提供

25、24V工作电源的设备，亦可以为其它设备提供24V工作电源。该设备数字显示输出的电压值和电流值。该设备有过载保护，当输出电流超过额定值后电压自动下降，即使输出短路，输出电压也会降至零而不会损坏设备。由于该设备采用盘装形式，故可以直接安装在仪表盘上，给仪表盘的设计和安装带来极大的方便，而且使用人员在盘面上就可以观察到24V电源的工作情况，会感到比安装在仪表盘内部的电源箱方便的多。主要技术指标工作电压：AC220V10%输出电压：DC24V输出电压稳定度：1.0%输出电流：PZ24-3A2.5PZ24-5A5.0A外型尺寸：立式80160180（宽高长）mm横式16080180（宽高长）mm开孔尺寸

26、：立式80160（宽高）mm横式16080（宽高）mm规格型号PZ24-3A：额定输出电流 2.5APZ24-5A：额定输出电流 5.0 A3.3 系统软件设计3.3.1 I/O地址分配表3.3.1 I/O地址分配表输入输出内呼一层SB1I0.1一层指示灯E1Q0.1内呼二层SB2I0.2二层指示灯E2Q0.2内呼三层SB3I0.3三层指示灯E3Q0.3一层上呼SB4I0.4一层呼叫灯E4Q0.4二层下呼SB5I0.5二层向下呼叫灯E5Q0.5二层上呼SB6I0.6二层向上呼叫灯E6Q0.6三层下呼SB7I0.7三层呼叫灯E7Q0.7一层到位开关SQ1I1.0轿厢下降KM1Q1.0二层到位开关

27、SQ2I1.1轿厢上升KM2Q1.1三层到位开关SQ3I1.2开门按钮SB8I0.0开门灯显示E8Q0.0关门按钮SB9I2.0关门灯显示E9Q2.03.3.2 门控程序设计3.3.3 系统调试图3.3.3 电梯初始状态图当按SB2时，电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止。当按SB3或者按SB7时，电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升。按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。当SB2和SB3同时按下或者按SB6或者SB2与SB7同时按下或者SB6与SB7同时按下，电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮。电梯停5秒后，继续上升，按SQ3，E2灭，E1亮，电梯停止。当按SB5或者SB5与

28、SB2同时按下，电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停5秒后下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。当按SB5和SB7或者SB2与SB5与SB7同时按下或者SB2与SB6与SB7同时按下，电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停5秒继续上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停5秒下降：若按SB2，则按下SQ2时，E3灭，E2亮，电梯停5秒继续下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止；若按SB1，则按下SQ2，E3灭，E2亮，电梯继续下降，按下SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。SB5与SB6同时按下时，电梯上升，按下SQ2，E1灭，E2亮，电梯停5秒继续上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯

29、停5秒下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯继续下降，按下SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。4 总 结通过两个星期的努力，成功完成了三层电梯PLC系统设计，并达到非常理想的控制要求。整个设计过程不仅是学习理论的过程，更是进一步学习与探索的过程。整个过程，使我对可变程控制器有了更深的认识，对可编程控制器的工作原理有了初步的了解，提高了对控制系统的分析能力，更重要的是在学习与实践的过程中增长了知识，丰富的经验。最重要的是本设计是理论与实践相结合的过程，是对我们三年来所学东西的一次实战性的总结，也从中知道了控制系统的设计与开发是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统试验，系统运行与调试的过程来进行。系统分析与设计是一项辛苦的工作，也是一项充满乐趣的过程，在过程