三层电梯的plc控制

1、 辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 PLCPLC技术及应用技术及应用课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 三层电梯的三层电梯的PLC控制控制 院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 起止时间：起止时间： 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号学生姓名专业班级 课程设计 （论文） 题目 三层电梯的PLC控制 课程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数课题完成的功能、设计任务及要求、技

2、术参数 实现功能实现功能 1、电梯上行要求：当电梯停于 1F，2F、3F 呼叫，则上行到 2F，停 5s 后， 继续道 3F 碰行程开关后停止；当电梯与 1F 或 2F，3F 呼叫时，则上行到 3F 碰 行程开关停止。 2、电梯上行要求：当电梯停于 1F，2F、3F 呼叫，则上行到 2F，停 5s 后， 继续到 3F 碰行程开关后停止；当电梯与 1F 或 2F，3F 呼叫时，则上行到 3F 碰 行程开关停止。 3、当电梯停于 2F，3F 下呼、1F 上呼，按 顺序执行。 4、各楼层运行时间应在 15s 内，否则认为故障，置故障灯，无呼叫时电梯 停在 1F。 设计任务及要求设计任务及要求 1、根

3、据系统功能，确定总体控制方案（包括设计系统组成框图，缝隙各部分的 作用） 2、分析系统的功能与任务，确定输入输出信号和类型，选择 PLCA 型号和扩展 模块。 3、建立 I/O 分配表，完成 PLC 与输入/输出信号的外部接线及电机控制接线； 4、按系统的控制要求，用梯形图设计程序； 5、上机调试、完善程序； 6、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在 4000 字以上。 技术参数：技术参数：电机额定电压 380V，额定电流 33.5A，额定功率 14.8kW。 进度计划 1、布置任务，查阅资料，确定系统电路的组成（2 天） 2、建立 I/O 分配，完成外部接线设计（1 天）

4、 3、按系统的控制要求，完成梯形图设计（2 天） 4、上机调试、修改程序（1 天） 5、撰写、打印设计说明书（2 天） 6、答辩（1 天） 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 摘 要 电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程 学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂 直交通工具。随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电 梯的技术含量日益提高。 本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的机构和工作原理的基础上，针对 3 层电梯，采用西门子 S7-200（CPU224）可编程控制器

5、，提出了电梯的 PLC 控制 系统的总体方案、设计过程、组成，包括电梯的选层和定向模块、电梯运行方向 和停靠的层站的控制，自动运行和自动开关门等功能。通过对 PLC 编写相应的梯 形图程序，达到电梯的不同情况的运行的控制。其结构简单，使用方便，便于理 解和掌握。 关键词：PLC；电梯；逻辑控制 目 录 第 1 章 绪论.1 第 2 章 课程设计的方案.2 2.1 概述 .2 2.2 系统组成总体结构 .2 第 3 章 硬件设计.4 3.1 PLC 的选定与基本结构 .4 3.1.1 I/O 点的统计与 CPU 选型 .4 3.1.2 PLC 基本结构 .4 3.2 PLC 输入/输出接口分配

6、.5 3.3 电机控制部分电路 .7 3.3.1 曳引电机 .7 3.3.2 门电机 .8 3.4 楼层感应器 .8 3.5 PLC 输入输出接线图 .10 第 4 章 软件设计.11 4.1 程序过程分析 .11 4.2 程序流程图 .13 4.3 主程序设计梯形图 .14 第 5 章 课程设计总结.18 参考文献.19 第 1 章 绪论 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有 着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已于人们的日常生活密 不可分。在许多交通设备中，电梯时自动化程度最高的先进设备的一种。 以前的电梯主要是采用单片机控制，其性能等各方面都不

7、太完善，现在电梯 控制系统多采用 PLC，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障等方面都有了很 大的提高。实际上电梯是根据外部呼叫信以及自身控制规律等运行的，而呼叫时 随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制 是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯 的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的 采集，运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制 则有变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号 集选控制。有 PLC 控制代替传统继电器控制已成为发展定局。PLC 是集

8、计算机控 制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。它的编程软件采用易 学易懂的梯形图语言，控制灵活方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，通过对电 梯控制系统的研究和设计，可以更加深的了解和认识 PLC 技术的核心和未来发展 的方向。 PLC（Programmable Logic Controller） ，可编程逻辑控制器，一种数字运算操 作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用 于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算数操作等面向用 户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编 程控制器是以微处理器为核心，结合计

9、算机技术，自动控制技术和通信技术发展 起来的一种新型工业控制装置。目前可编程控制器成为工业这 idonghua 领域中最 重要应用组多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱的首位。其应用的深度和 广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。PLC 是指是一种专用于工业 控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。PLC 能广泛应用于各行各 业，也正是由于它的自身优越性决定：1.实现成本低 2.范围广 3.高速率 4.便于维 修。 第 2 章 课程设计的方案 2.1 概述 本文提出了一种基于西门子 S7-200 系列 PLC 的三层电梯控制系统方案。本 方案以西门子 PLC S7-200（C

10、PU226）作为主控核心，与辅助电路相结合，组成 三层电梯系统。设计包括两个方面，一是系统的硬件设计，包括 PLC，曳引电机 和门电路；二是系统的软件设计，实现程序对系统的实现。电梯由安装在个楼层 的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向， SQ1，SQ2，SQ3 为到位行程开关。使电梯完成上行、下行功能，并有故障提示。 2.2 系统组成总体结构 通过利用 PLC 控制三层电梯的设计方案总体框图如图 2.1 所示 图 2.1 系统总体结构框图 各部分功能： PLC 西门子 S7-200 故障报警灯 楼层指示灯及运 行方向指示灯 楼层传感器检测 （霍尔元件） 电梯指令按钮 曳引

11、电机 门电机 （1）以 PLC 为主控制器，接收电梯的楼层呼叫信号与霍尔元件产生的楼层 感应信号（即行程开关） ，经程序判断使曳引电机和门电机启动，并通过楼层指 示灯和上下行指示灯显示电梯的行程，如有故障则故障灯亮。 （2）楼层位置感应，用霍尔元件实现，用霍尔元件输出的开关量表示感应 到的电梯当前位置，用三个开关量 SQ1，SQ1，SQ3 表示。当 SQ1 接通时，表示 电梯当前位置为一楼；当 SQ2 接通时，表示电梯当前位置为二楼；当 SQ3 接通 时，表示楼层当前位置为三楼。SQ1，SQ2，SQ3 即行程开关。 （3）电梯指令按钮按下，表示要到达的楼层。 （4）门电机通过正转反转控制电梯的

12、开门关门。 （5）曳引电机控制电梯的上升与下降。 （6）楼层指示灯显示楼层的位置，上下行指示灯显示轿厢的运行方向，故 障报警灯是当运行时间超过 15S 时产生故障显示的装置。 第 3 章 硬件设计 3.1 PLC 的选定与基本结构 完成所设定的控制任务所需要的 PLC 规模主要取决于控制系统对输入输出点 的需求量和控制过程的难易程度。 3.1.1 I/O 点的统计与 CPU 选型 系统的输入点有：楼层感应 3 个点，指令按钮 3 个点，共计输入 6 点。输出 点有：开关门接触器 2 点，楼层呼叫灯 3 点，故障报警灯 1 点，电梯上行下行指 示灯 2 点，电梯运行继电器共 5 点，共计输出 1

13、3 点。总计 I/O 点数为 6/13。 综上所述，根据具体情况，选择西门子 S7-200 系列 PLC，因为 CPU226 的输 入/输出点数为 24/16，所以所选 CPU 型号为 226。 3.1.2 PLC 基本结构 可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般控制系统 相似，可编程控制器主要有 CPU（中央处理单元） 、存储器（RAM 和 EPROM） 、 输入/输出模块）简称 I/O 模块） 、编程器和电源五大部分组成。 PLC 的基本结构如图 3.1 所示： 图 3.1 PLC 硬件基本结构框图 电源 输入电路 输出电路 中央处理单元 （CPU） 系统程序存储区用户

14、程序存储区 编程器 3.2 PLC 输入/输出接口分配 根据本次设计的要求，输入信号有：楼层感应开关 3 个，楼层呼叫按钮 3 个， 共计 6 个输入信号；输出信号有：上升指示灯 1 个，下降指示灯 1 个，楼层呼叫 指示灯 3 个，故障警报灯 1 个，开关门继电器 2 个，电梯运行继电器 5 个，共计 13 个输出信号。 在 S7-200 型 PLC 中，输入信号： I0.0 为电梯轿厢 1 楼感应开关的地址输入继电器，用 SQ1 表示； I0.1 为电梯轿厢 2 楼感应开关的地址输入继电器，用 SQ2 表示； I0.2 为电梯轿厢 3 楼感应开关的地址输入继电器，用 SQ3 表示； I0.

15、3 表示 1 楼电梯轿厢呼叫开关，用 SB1 表示； I0.4 表示 2 楼电梯轿厢呼叫开关，用 SB2 表示； I0.5 表示 3 楼电梯轿厢呼叫开关，用 SB3 表示； I0.0-I0.5 在 PLC 中起感应电梯位置和响应楼层呼叫的作用。 输出信号： Q0.0 为 1 楼呼叫指示灯的地址输入继电器； Q0.1 为 2 楼呼叫指示灯的地址输入继电器； Q0.2 为 3 楼呼叫指示灯的地址输入继电器； Q0.3 为电梯开门继电器，用 KM1 表示； Q0.4 为电梯关门继电器，用 KM2 表示； Q0.5 为上行输出继电器，用 KM3 表示； Q0.6 为下行输出继电器，用 KM4 表示；

16、Q0.7 为电梯快速输出继电器，用 KM5 表示； Q1.0 为电梯慢速输出继电器，用 KM6 表示； Q1.1 为电梯加速输出继电器，用 KM7 表示； Q1.2 为报警指示灯地址输出继电器； Q1.3 为上行指示灯地址输出继电器； Q1.4 为下行指示灯地址输出继电器； Q0.0- Q1.4 起控制电梯开关门与上下行，显示电梯位置、呼叫楼层、警报的 作用。 由此得出 PLC 的 I/O 分配表如表 3-1 所示 表 3-1 I/O 分配表 I0.01 楼行程开关 SQ1 I0.12 楼行程开关 SQ2 I0.23 楼行程开关 SQ3 I0.31 楼呼叫按钮 SB1 I0.42 楼呼叫按钮

17、SB2 输 入 信 号 I0.53 楼呼叫按钮 SB3 Q0.01 楼呼叫指示灯 Q0.12 楼呼叫指示灯 Q0.23 楼呼叫指示灯 Q0.3轿厢开门继电器 KM1 Q0.4轿厢关门继电器 KM2 Q0.5上行继电器 KM3 Q0.6下行继电器 KM4 Q0.7快速继电器 KM5 Q1.0慢速继电器 KM6 Q1.1加速继电器 KM7 Q1.2报警显示灯 Q1.3上行指示灯 输 出 信 号 Q1.4下行指示灯 3.3 电机控制部分电路 3.3.1 曳引电机 电梯的种类多种多样，按拖动系统来分有交流单速/交流双速拖动电梯、交流 调压调速电梯等等。在此次设计中，将采用交流双速电机作为曳引电机，它的

18、优 点是简单，经济，舒适感好。 曳引电机型号：YDDL160L-6/8，额定功率：11KW，额定电压：380V，额定 电流：23A，功率因数：0.83 曳引电机正转时，KM3 闭合，当 KM7，KM5 触点闭合，电机加速运行，此 时串联电阻和电抗的支路电流逐渐增大，当速度达到要求后，KM7 触点断开，电 梯快速运行；当电梯压下层接近开关时 KM6 触点闭合，电路电流突然增大，根 据电抗的反抗特性，电路电流反相流通，电机反制，速度降低，降到一定时由速 度继电器起作用，电机停转，达到电梯停车的要求。 曳引电机主电路图如图 3.2 所示 图 3.2 曳引电机主电路图 3.3.2 门电机 只要满足功率

19、要求，门电机选用一般三相异步电动机即可。如图 3.3 中所示 电动机的正反转来实现门的开关。 门机型号：Y100L-2，额定功率：3KW，额定电压：380V，额定电流：7A， 功率因数：0.87。 门电机主电路的控制过程： 当 KM1 触点闭合，电机正转，轿厢门打开；当 KM2 闭合，电机反转，轿厢 门关闭。 图 3.3 门电路主控电路图 3.4 楼层感应器 楼层感应信号需提供开关信号，由于霍尔元件具有结构牢固、体积小、重量 轻、安装方便、功率小、耐震动、不怕灰尘等优点，选择了轿厢下安装磁铁，通 过非接触的霍尔元件产生开关信号的方法。 由于霍尔元件输出的是开关量，所以直接接在 PLC 的 I

20、口。 图 3.4 电梯霍尔开关示意图 3.5 PLC 输入输出接线图 PLC 输入输出接线图 3.所示： 图 3.4 PLC 输入输出接线图 第 4 章 软件设计 PLC 控制系统系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成后，还需要 编写程序控制电梯。软件编程是三层电梯控制系统中的一个重要的组成部分。 4.1 程序过程分析 一电梯上行时： 1.电梯停在 1F，2F、3F 呼叫：接通 I0.0 即接通 SQ1，表示电梯原停在 1F， 同时按 SD2、SD3 即 I0.4、I0.5 同时接通，表示 2F、3F 层同时呼叫，则 Q0.6、Q0.7 都接通，2F、3F 呼叫指示灯亮，Q0.4 接通，

21、表示电梯上升。过 5S 后， Q0.0 接通，底层指示灯亮，3 秒后 Q0.0 断开，则底层指示灯灭。断开 I0.2 即断 开 SQ1，3 秒后接通 I0.1 即接通 SQ2，5 秒后，Q0.1 接通，二层指示灯亮，又过 2 秒后 Q0.1 断开，二层指示灯灭。断开 I0.1 即断开 SQ2，3 秒后 Q0.0 接通三层 指示灯亮，再过 2 秒后，Q0.4 断开，上升指示灯灭。 2.电梯停在 1F 时，3F 呼叫：接通 I0.2 即接通 SQ1，表示轿厢原停楼层 1,按 SB3，即 I0.3 接通一下，表示呼叫楼层 3，则接通 Q0.5，三层呼叫指示灯亮， Q0.4 接通，表示电梯上升。过 5

22、 秒后，Q0.2 接通，底层指示灯亮，3 秒后，Q0.2 断开则底层指示灯灭。I0.2 断开即 SQ1 断开，3 秒后 Q0.1 接通，二层指示灯亮， 过 2 秒后 Q0.1 断开，二层指示灯灭。又过 3 秒，到达三层，Q0.0 接通，三层指 示灯亮，再过 2 秒，Q0.4 断开，上升指示灯灭。 3.电梯停在 2F 时，3F 呼叫：接通 I0.1 即接通 SQ2，表示轿厢原停楼层为 2，按 SB3，即 I0.3 接通一下，表示呼叫楼层 3，则 Q0.5 接通，三层呼叫指示灯 亮，Q0.4 接通，表示电梯上升。过 5 秒后，Q0.1 接通，二层指示灯亮，3 秒后， Q0.1 断开，则二层指示灯灭

23、。断开 I0.1 即断开 SQ2，3 秒后 Q0.0 接通，三层指 示灯亮，再过 2 秒后，Q0.4 断开，上升指示灯灭。 二电梯下行时： 1.电梯停在 2F，1F 呼叫：接通 I0.1 即接通 SQ2，表示轿厢原停楼层为 2，按 SB1，即 I0.5 接通一下，表示呼叫楼层 1，则 Q0.7 接通，一层呼叫指示灯亮，Q0.3 接通，表示电梯下降。过 5 秒后，Q0.1 接通，二层指示灯亮，3 秒后，Q0.1 断开， 则二层指示灯灭。断开 I0.1 即断开 SQ2，3 秒后 Q0.2 接通 底层指示灯亮，再过 2 秒后，Q0.3 断开，下降指示灯灭. 2.电梯原停在 3F，1F 呼叫：接通 I

24、0.0 即接通 SQ3，表示轿厢原停楼层 3，按 SB1，即 I0.5 接通一下，表示呼叫楼层 1，则 Q0.7 接通，一层呼叫指示灯亮，Q0.3 接通，表示电梯下降。过 5 秒后，Q0.0 接通，三层指示灯亮，3 秒后，Q0.0 断开， 则三层指示灯灭。断开 I0.0 即断开 SQ3，3 秒后 Q0.1 接通 ，二层指示灯亮，过 2 秒后 Q0.1 断开，二层指示灯灭。又过 3 秒，到达底层，Q0.2 接通，底层指示 灯亮，再过 2 秒，Q0.3 断开，下降指示灯灭。 3.电梯停在 3F，1F、2F 呼叫：接通 I0.0 即接通 SQ3，表示轿厢原停楼层 3， 同时按 SB1、SB2 即 I

25、0.5、I0.4 同时接通一下，表示 1、2 楼层同时呼叫，则 Q0.7、Q0.6 都接通，一、二层呼叫指示灯亮，Q0.3 接通，表示电梯下降。过 5 秒 后，Q0.0 接通，三层指示灯亮，3 秒后 Q0.0 断开，则三层指示灯灭。断开 I0.0 即断开 SQ3，3 秒后接通 I0.1 即接通 SQ2，1 秒后，Q0.1 接通，二层指示灯亮， 又过 2 秒后 Q0.1 断开，二层指示灯灭。断开 I0.1 即断开 SQ2，3 秒后 Q0.2 接通， 底层指示灯亮，再过 2 秒后，Q0.3 断开，下降指示灯灭。 三其他情况： 1.电梯原停在 3F，2F 呼叫：接通 I0.0 即接通 SQ3，表示轿

26、厢原停楼层为 3， 按 SB2，即 I0.4 接通一下，表示呼叫楼层 2，则 Q0.6 接通，二层呼叫指示灯亮， Q0.3 接通，表示电梯下降。过 5 秒后，Q0.0 接通，三层指示灯亮，3 秒后，Q0.0 断开，则三层指示灯灭。断开 I0.0 即断开 SQ3，3 秒后 Q0.1 接通 ，二层指示灯 亮，再过 2 秒后，Q0.3 断开，下降指示灯灭。 2.当各楼层运行时间超过 15S，电梯故障灯亮。 4.2 程序流程图 三层电梯的 PLC 控制程序流程图如下： 图 4.1 三层电梯 PLC 控制流程图 4.3 主程序设计梯形图 电梯启动 是否停在二或三 楼且有呼叫信号 等待呼叫信号 下降到一楼 检测到呼叫信号 电梯上升或下降 Yes No 电梯停前检测