plc电梯课程设计.docx
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plc电梯课程设计
成绩_______
重庆邮电大学移通学院自动化系
可编程逻辑控制器
课程设计报告
题目:
四层电梯的PLC控制
系别自动化系
专业名称电气工程与自动化
班级
学号
姓名孙猜胜
指导教师张强
重庆邮电大学移通学院自动化系制
2015年6月
摘要
随着城市化进程地不断加快，高层建筑已经越来越多。
电梯作为垂直交通工具，发挥的作用也越来也大。
电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。
本文将可编程序控制器（PLC）应用于四层电梯控制系统，此种控制方式具有易编程、易维护、抗干扰性强、安全稳定性强等优点。
大大提高了电梯安全性、舒适感、灵活性与可维护性，缩短了电梯的开发周期，同时降低了电梯的损耗。
PLC控制系统作为电梯的控制方式能满足人们可靠性、安全性、舒适性等需求，已经成为当今电梯控制系统的一种发展潮流。
关键词：
电梯可编程控制
Abstract
Toacceleratingtheprocessofurbanization,moreandmorehigh-risebuildingshavebeenbuilt.Theelevatorisforhigh-risebuildingtransportationserviceequipment,
Ithasthetravellingspeedfast,safeandreliable,simpleandconvenientoperatingexcellence.
PLCelebatorcontrolismainlyfeflectedinitslogicswitchingandcontrolfunctions.ThePLChasalogicoperation,countingandtiming,aswellasdatainputandoutputfunctions.Inelevatorcontrolprocess,thevariouslogicalswitchcontrolagoodcombinationwiththePlC,whichachieveagoodcontrolofthrelevato.Thisdesignintheoriginalelevatorcontrolmode,perfectthecalls,referstothelayer,selectthelayer,chooseto,andotherfunctionsmthantheoriginalcontrolsystemcanbemoreeasytoachievemorecomplexcontroltasks.Thereby,itcanreducetheelevatorenergyconsumption,improvetheworkefficiencyoftheelevator,andfurtherenhancethemarketcompetitiveness.
Keywords：
elevatorprogrammablecontroller
一、《可编程逻辑控制器》课程设计任务书
1、设计课题:
四层电梯的PLC控制
1.设备概况
电梯是一种特殊的起重运输设备，由轿厢、拖动电动机及减速传动机械、井道及井道设备、召唤系统及安全装置构成。
轿厢是载人或装货的部位。
图-是电梯拖动系统示意图，图中可见电梯的轿厢及配重分别系在钢丝绳的两端，钢丝绳跨挂在曳引轮上，曳引轮经减速机构由电动机拖动，使得轿厢上下运动。
1-1电梯的运行示意图
电梯的主要电器设备
（1）曳引电动机-升降电动机
电梯的提升机构，主要由驱动电动机，电磁制动器（也称电磁抱闸），减速器及曳引轮组成。
（2）自动门机
用来完成电梯的开门与关门。
电梯的门有厅门（每层站有一个）和轿门（只有一个）。
只有当厅电梯停靠在某层站时，此层的厅门才允许开启（由门机拖动，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门、轿门全部关闭后才允许启动运行（检修状态时，可以在不关门状态下运行）。
（3）层楼指示
层楼指示也叫“层显”，可以由低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿厢的内轿门的上方；现在多由数码管或LED点阵显示器结构组成，与呼梯盒，运行的方向指示做成一体的结构。
（4）呼梯盒
呼梯盒也叫“召唤按钮箱”或“外呼盒”，用以在每层召唤电梯。
常安装在厅门外，离地面1米左右的墙壁上。
基站与顶站只有一个按钮，中间层站有上呼与下呼两个按钮组成。
按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已被接受并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层关门时，呼梯记忆灯熄灭。
（5）操纵箱
操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。
操纵箱上设有与电梯层站数相同的内选按钮（带指示灯），上、下行启动按钮（带上，下行指示记忆灯，检修时用），开关、门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行还是检修状态）以及风扇，照明等的控制开关。
（6）上/下强迫停止开关，极限开关。
2.控制要求
表1-1控制信号说明
输入
输出
文字符号
说明
文字符号
说明
SF0-1
极限开关
QA1
上行接触器
SF0-2
电梯运行状态选择钥匙开关
QA2
下行接触器
SF1
开门按钮
QA3
开门接触器
SF2
关门按钮
QA4
关门接触器
SF3
上行启动按钮
PG1-PG4
1-4层指示灯
SF4
下行启动按钮
PG5
上行指示灯
SF5-SF8
1-4层选层按钮
PG6
下行指示灯
SF9-SF11
1-3层上行按钮
LED
楼层指示数码管
SF12-SF14
2-4层下行按钮
SF15-SF16
风扇，照明控制开关
MA1
升降电动机7.5kW
BG1
上限限位开关
MA2
门控电动机75W
BG2
下限限位开关
BG3
开门限位开关
BG4
关门限位开关
（1）曳引电动机-升降电动机
必须在门关闭的情况下才能动作。
（2）自动门机
电梯的门只有当厅电梯停靠在某层时，才允许开启；检修状态时，可以在不关门状态下运行。
（3）层楼指示
层楼指示也叫“层显”，可以由低压灯泡构成，安装在每层门的上方和轿厢的内轿门的上方；现在多由数码管或LED点阵显示器结构组成，与呼梯盒，运行的方向指示做成一体的结构。
（4）呼梯盒
呼梯盒也叫“召唤按钮箱”或“外呼盒”，用以在每层站召唤电梯。
常安装在厅门外，离地面1米左右的墙壁上。
基站与顶站只有一个按钮，中间层站有上呼与下呼两个按钮组成。
按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已被接受并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层关门时，呼梯记忆灯熄灭。
基站的呼梯盒上，常有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。
（5）操纵箱
操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。
操纵箱上设有与电梯层站数相同的内选按钮（带指示灯），上、下行启动按钮（带上，下行指示记忆灯，检修时用），开关、门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行还是检修状态）以及风扇，照明等的控制开关。
（6）平层及开门装置
该装置由磁铁板和上、下平层感应器组成。
上行时上平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至下平层感应器插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，下平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号至上平层感应器插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号。
（7）停层装置
在电梯的井道内的每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应的层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电梯所处的位置和产生平层信号。
（8）安全窗及其开关，安全钳及其开关，限速器及其开关，上/下强迫停止开关，极限开关。
3.设计任务
（1）根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
（2）根据控制要求，编制四层电梯PLC控制程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序，模拟运行。
（3）编写设计说明书，内容包括：
①设计过程和有关说明。
②基于PLC的四层电梯电气控制系统电路图。
③PLC控制程序（梯形图和指令表）。
④电器元器件的选择和有关计算。
⑤电气设备明细表。
⑥参考资料、参考书及参考手册。
⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
二、绪论
1.设计目的
（1）通过对工程实例的模拟，熟练地掌握PLC的编程和程序调试方法。
（2）进一步熟悉PLC的I/O连接。
（3）熟悉四层电梯的运行方式和编程方法。
2.设计内容
（1）曳引电动机-升降电动机
必须在门关闭的情况下才能动作。
（2）自动门机
电梯的门只有当厅电梯停靠在某层时，才允许开启；检修状态时，可以在不关门状态下运行。
（3）层楼指示
层楼指示也叫“层显”，可以由低压灯泡构成，安装在每层门的上方和轿厢的内轿门的上方；现在多由数码管或LED点阵显示器结构组成，与呼梯盒，运行的方向指示做成一体的结构。
（4）呼梯盒
呼梯盒也叫“召唤按钮箱”或“外呼盒”，用以在每层站召唤电梯。
常安装在厅门外，离地面1米左右的墙壁上。
基站与顶站只有一个按钮，中间层站有上呼与下呼两个按钮组成。
按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已被接受并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层关门时，呼梯记忆灯熄灭。
基站的呼梯盒上，常有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。
（5）操纵箱
操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。
操纵箱上设有与电梯层站数相同的内选按钮（带指示灯），上、下行启动按钮（带上，下行指示记忆灯，检修时用），开关、门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行还是检修状态）以及风扇，照明等的控制开关。
（6）平层及开门装置
该装置由磁铁板和上、下平层感应器组成。
上行时上平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至下平层感应器插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，下平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号至上平层感应器插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号。
（7）停层装置
在电梯的井道内的每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应的层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电梯所处的位置和产生平层信号。
（8）安全窗及其开关，安全钳及其开关，限速器及其开关，上/下强迫停止开关，极限开关
3.要实现的目标
（1）根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
（2）根据控制要求，编制四层电梯PLC控制程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序，模拟运行。
三、电梯概述
1.电梯的发展
1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明---历史上第一部安全升降梯。
从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。
以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。
150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。
自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具―电梯，其需求量日益增长。
各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。
为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。
20世纪初，美国出现了曳引式电梯，其结构如图1-1所示，从图中可见，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力使轿厢与对重作一升一降的相反运动。
显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的长度和股数均不受限，当然轿厢的载重以及提升高度就得到了提高，从而满足了人们对电梯的使用需求。
因此，近一百年来，曳引式电梯一直受到重视，并发展沿用至今。
图1-1曳引式电梯示意图
在后来的几十年里，电梯的自动平层控制系统以及1—轿厢2—曳引轮3—对重通过变换电动机极数的调速方法来调整电梯的运行速度的技术相继研制成功，1933年世界上第一台运行速度为6m/s的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。
第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯、交流变频变压调速电梯。
随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。
同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显的改善。
进入20世纪80年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。
1993年，日本生产了12.5m/s的世界高速交流变压变频调速电梯，结束了直流电梯独占高速领域的历史。
电梯发展的今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到全面发展时期，随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应以人为本提高舒适度，特别从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式。
合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。
本文中着重研究电梯的升降控制逻辑，不着重主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施。
2.电梯的组成
图1-3电梯原理图
图1-2电梯实物图
2.1.机房
（1）拽引机
1）驱动电动机：
交流梯专用的双速电动机
制动器：
在电梯上通常采用双瓦块常闭式电磁制动器。
电梯停止或电源断电情况下制动抱闸，以保证电梯不致移动。
2）减速箱：
涡轮蜗杆减速箱。
3）拽引轮：
拽引机上的绳轮称为拽引轮。
两端借助拽引钢丝绳分别悬挂轿厢和对重，并依靠拽引钢丝绳与拽引轮绳槽间的静摩擦力来实现电梯轿厢的升降
4）导向轮或复绕轮（导向轮又称抗绳轮）：
因为电梯轿厢尺寸一般都比较大，所以轿厢悬挂中心和对重悬挂中心间的距离往往大于设计上所允许的拽引轮直径。
因此对一般电梯而言，通常要设置导向轮，以保证两股向下的拽引钢丝绳之间的距离等于或接近轿厢悬挂中心和对重悬挂中心间的距离。
对于复绕的无齿轮电梯而言，改变复绕轮的位置同样可以达到上述目的。
（2）限速器：
当轿厢运行速度达到限定值时，能发出电信号并产生机械动作的安全装置
（3）控制柜：
各种电子元器件和电气元器件安装在一个防护用的柜形结构内，按预定程序控制轿厢运行的电控设备。
（4）电源开关、照明开关
（5）选层器、极限开关。
机械楼层指示器、发电机组等部件
2.2.电梯井道里的主要部件
（1）轿厢：
轿厢是电梯的主要部件，是容纳乘客或货物的装置。
（2）导轨：
供轿厢和对重在升降运行中起导向作用的组件。
（3）对重装置：
设置在井道中，由拽引钢丝绳经拽引轮与轿厢连接，在运行过程中起平衡作用的装置。
（4）缓冲器：
当轿厢超过下线位置时，用来吸收轿厢或对重装置所产生动能的制停安全装置。
缓冲器一般设置在井道低坑上。
（5）限位开关：
该装置是可以装载轿厢上，也可以装在电梯井道上端站和下端站附近，当轿厢运行超过端站时，用于切断控制电源的安全装置。
（6）接线盒：
固定在井道壁上，包括井道中间接线盒及各层站接线盒。
（7）控制电缆：
电缆两端分别与井道中间接线盒和轿内操作箱连接。
（8）补偿链或补偿绳：
用于补偿电梯在升、降过程中由于拽引钢丝绳在拽引轮两边的重量变化。
（9）平层感应器或井道传感器：
在平层区内，使轿厢地坎与厅门地坎自动准确对准的装置。
2.3.轿厢上的主要部件
（1）操作箱：
装载轿厢内靠近轿厢门附近。
用指令开关、按钮或手柄等操作轿厢运行的电气装置。
（2）轿内指层灯：
设置于轿厢内，客梯一般装在轿门上方，货梯一般装在轿厢侧壁，用以显示电梯运行位置和运行方向的装置。
（3）自动门机：
装于轿厢顶的前部，以小型的交流、直流、变频电动机为动力的自动门开关轿门和厅门的装置。
（4）安全触板（光电装置）：
设置在层门轿门之间，在层门、轿门关闭过程中，当有乘客或障碍物触及时，门立刻停止并返回开启的安全装置。
（5）轿门：
设置在轿厢入口的门。
（6）称重装置：
能检测轿厢内的负载变化状态，并发出信号的装置，适用于乘客或货物电梯等。
（7）安全钳：
由于限速器作用而引起动作，迫使轿厢或对重装置制停在导轨上，同时切断控制回路的安全装置。
（8）其他部件：
轿顶安全窗、光电保护、超载装置、邻梯指示等部件，要视电梯规格、型号、种类及客户要求而设置。
2.4.电梯层门口的主要部件
（1）层门：
设置在层站入口的封闭门。
（2）层门门锁：
设置在层门内侧，门关闭后，将门锁紧，同时接通控制回路，轿厢可运行的机电联锁安全装置。
（3）楼层指示灯；设置在层站层门上方或一侧，用以显示轿厢运行层站位置和方向的装置。
（4）层门方向指示灯：
设置在层站层门上方或一侧，用以显示轿厢欲运行方向并装有到站音响机构的装置。
（5）呼梯盒：
设置在层站门侧，当乘客按下需要的召唤按钮时，在轿厢内即可显示或登记，令电梯运行停靠在召唤层站的装置。
（6）电梯门侧壁上装有压力传感器，当电梯关门时施加压力，梯门从新打开。
四、系统分析及硬件设计
1.系统工作说明
1.1.电梯的工作原理
曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。
固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。
常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。
轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。
补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。
电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。
指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。
安全装置保证电梯运行安全。
1.2.交流双速电梯的主电路
图4-1是交流双速电梯的主电路图。
图中M1为电梯专用型双速笼型异步电动机；KM1、KM2为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或者低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗和电阻，当KM1或者KM2与KM3通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电机转为低速接法，接入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6-KM8依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接触全部断电释放，抱闸抱死，电梯停止运行。
图4-2双速直流电动机主电路
2.系统I/O分配
表4-1:
序号
名称
输入点
序号
名称
输入点
0
四层内选按钮S4
I0.0
0
四层指示L4
Q0.0
1
三层内选按钮S3
I0.1
1
三层指示L3
Q0.1
2
二层内选按钮S2
I0.2
2
二层指示L2
Q0.2
3
一层内选按钮S1
I0.3
3
一层指示L1
Q0.3
4
四层下呼按钮D4
I0.4
4
轿厢下降指示DOWN
Q0.4
5
三层下呼按钮D3
I0.5
10
一层上呼指示
Q1.2
6
二层下呼按钮D2
I0.6
11
二层上呼指示
Q1.3
7
一层上呼按钮U1
I0.7
12
三层上呼指示
Q1.4
8
二层上呼按钮U2
I1.0
5
轿厢上升指示UP
Q0.5
9
三层上呼按钮U3
I1.1
6
四层内选指示SEL4
Q0.6
10
一层行程开关SQ1
I1.2
7
三层内选指示SEL3
Q0.7
11
二层行程开关SQ2
I1.3
8
二层内选指示SEL2
Q1.0
12
三层行程开关SQ3
I1.4
9
一层内选指示SEL1
Q1.1
13
四层行程开关SQ4
I1.5
13
二层下呼指示DN2
Q1.5
14
三层下呼指示DN3
Q1.6
15
四层下呼指示DN4
Q1.7
3.PLC外围接线
3.1.I/O口与开关的对应
图4-3引脚接线和实物图
3.2调试接线图：
图4-4调试外围接线图
五、系统软件设计
1.电梯流程图
图5-1电梯流程图
2.梯形图
针对四层电梯梯形图有114网络，这里直接将梯形图转成为PDF格式文件再截取部分的图，完整的程序见附录语句表。
Network2：
Network9：
Network15：
Network32：
Network85：
Network95：
Network102：
Network103：
Network112：
Network114：
六、仿真效果图
1.电梯上行效果图
1.1.电梯初始是在第一层（限位开关SQ1打到ON）
图6-1
1.2.电梯位置在一层，一二三层上呼指令，四层下呼指令仿真效果图
图6-2
1.3.电梯从一楼到二楼效果图
图6-3
1.4.电梯从二楼到三楼效果图
图6-4
1.5.电梯从三楼到四楼效果图
图6-5
1.6.电梯在四楼开门时的状态
图6-6
2.电梯下行效果图
2.1.电梯在四楼到三楼效果图
图6-7
2.2.电梯已经到一楼效果图
图6-8
七、心得
本次PLC课程设计我们选择了《四层电梯的PLC控制》，通过该课程设计，深入思考了电梯的运行方式以及通过PLC控制方案。
之所以选择该课题，是考虑到我们这次参加了西门子电梯比赛，为后面比赛作下铺垫。
选题之后，我们仔细分析了电梯设计要求，并结合实际中电梯的运行方式和情况进行分析，经过小组成员的讨论总结了电梯的所有可能的运行情况，然后根据这些情况来探讨解决方案，最初的构想是采用一些数据寄存器来记录电梯内外选择按钮的状态，并根据预设的优先级来进行分析判断电梯应该上行还是下行，应该在那个地方停止。
后来感觉这种方式比较复杂而且不知道具体编程应该如何进行，所以大家决定回去查看资料，各自把自己的想法和问题记录下来，然后再一起讨论。
通过参考以往的资料发现他们的程序基本上都是用起保停电路实现的，所以我们开始重新思考我们的设计方案。
电梯基本功能实现后，我们便开始着手思考故障报警处理以及电梯内部呼救等附加功能，这些与电梯基本功能程序相比还是比较容易实现的。
本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现
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