基于西门子s7200的plc四层电梯电气控制设计本科论文.docx

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基于西门子s7200的plc四层电梯电气控制设计本科论文

PLC控制技术

创新设计实验报告

实验名称：

PLC电梯电气控制设计

隶属课程：

电气控制及PLC技术

专业班级：

自动化1105班

学生学号：

23031516

实验地点：

电气学院406PLC实验室

2014年06月23日

目　　录

目　　录II

1概　　述1

1.1PLC在电梯上的应用1

2程控制器的机型选择2

2.1控制电磁阀等所需的I/O点数2

2.2内存估计2

2.3响应时间2

2.4输入输出模块的选择2

3硬件设计3

3.1硬件配置简介3

3.2电梯控制系统3

3.3电气控制系统框图4

3.4输入输出的分配4

4软件设计6

4.1程序流程图6

4.2电梯定向逻辑8

4.3电梯PLC控制系统设计9

4.4四层电梯的梯形图设计12

5系统调试17

5.1硬件部分调试17

5.2软件部分调试17

总　　结18

1概　　述

1.1PLC在电梯上的应用

随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以微处理器为核心组成的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。

很多工厂的生产流水线、加工设备、船舶上货物的装卸装置、电梯的运行等都由PLC控制，只要把预定的控制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据输入各种指令，经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。

PLC在电梯中的应用也已很成熟。

PLC作为主控制器，一方面要采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。

另一方面要把采集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯的运行。

我们利用PLC内的条件跳转和主控指令，把对电梯的控制程序划分为几个程序段：

检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段。

当给电梯送电时，PLC就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是否接通、厅门轿门是否关闭、电梯处在何种状态。

正常自动状态时，PLC检测门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时，进入待机状态，此时一收到指令信号电梯即起动。

当电梯到达减速楼层时,PLC程序是仿照继电器控制理念进行编制。

2程控制器的机型选择

2.1控制电磁阀等所需的I/O点数

有电磁阀的动作原理可知，一个单线圈电磁阀用可编程控制器时需两个输入及一个输出；一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出；一个比例式电磁阀需三个输入及五个输出。

一个按钮需一个输入；一个光电开关要占用一个或两个输入点；一个信号占用一个输出点；而波段开关，有几个波段就占用几个输入点；一般情况，各种位置开关都要占用两个输入点。

根据上面所述原理分析，本设计用到十个按钮，需要十个输入点。

四个位置按钮，需要八个输入点。

十六个信号灯，需要十六个输出点。

2.2内存估计

用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：

内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数；用户的编程水平。

2.2.1内存利用率

我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为利用率。

2.2.2开关量输入输出的点数

一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为6：

4。

这方面的经验公司是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。

所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数*10

2.2.3模拟量输入输出的总点数

只有模拟量输入时：

内存字数=模拟量点数*100

模拟量输入输出同时存在：

内存拟量字数*200

2.3响应时间

系统响应时间=输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期。

2.4输入输出模块的选择

模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。

输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值。

3硬件设计

3.1硬件配置简介

PLC产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领域的欢迎。

特别是中小容量PLC成功取代了传统的继电控制系统，使得控制系统的可靠性大大提高。

目前各国生产的PLC品种繁多，发展速度快。

本文所用到的产品是S7-200系列的PLC作系列电梯的。

在此简单的介绍该机型的一些技术指标。

技术性能分为：

一般性能，功能特性（基本单元），输入性能，输出性能和其它性能。

3.2电梯控制系统

电梯模拟系统如下图所示：

图3.2.1电梯系统控制模拟图

3.3电气控制系统框图

图3.3.1输入与输出：

图3.3.1中输出为：

1、电动机；2、上下行接触器；3、快慢速接触器；4、位置指示；5、门锁。

输入为：

6、轿内指令；7、厅外指令；8、门区感应；9、手动开关门；10、楼层感应。

PLC系统部分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

3.4输入输出的分配

输入点：

序号名称输入点

0一层行程开关I0.0

1二层行程开关I0.1

2三层行程开关I0.2

3四层行程开关I0.3

4四层呼叫按钮I0.4

5三层呼叫按钮I0.5

6二层呼叫按钮I0.6

7一层呼叫按钮I0.7

8手动开关按钮I1.6

9手动关门按钮I1.7

10红外传感器I2.2

11红外传感器I2.3

输出点：

序号名称输出点

0一层指示灯Q0.1

1二层指示灯Q0.2

2三层指示灯Q0.3

3四层指示灯Q0.4

4电动机正转指示灯亮Q0.5

5电动机反转指示灯亮Q0.6

6开门电机正转Q0.7

7开门电梯反转Q1.0

图3.4.1I/O接线图

4软件设计

4.1程序流程图

图4.1

图4.2

4.2电梯定向逻辑

电梯的定向是根据电梯的上行请求信号、下行请求信号、电梯轿箱内请求信号、电梯当前所处位置等信号来确定电梯继续运行的方向。

电梯的定向是电梯控制中的重要逻辑。

在以往电梯的定向逻辑中，一般都是将电梯各个层的上、下行请求信号、电梯轿箱内楼层请求信号、电梯当前楼层信号等综合到一条或几条语句中进行判断。

这样一来，当楼层数目比较大时，每条语句的编程元件很多，不可避免的带来程序复杂，容易出错，调试麻烦，运行速度慢等问题。

以下提出的用逻辑运算指令来进行电梯定向的方法可以比较好的问题。

状态转换方式：

电梯的方向只有上升、下降2个方向，但电梯也可能由于没有任何的上升或者下降请求信号而处于停止状态。

在电梯的方向处理过程中，电梯只能在上升状态和停止状态或者下降状态与停止之间转换，例如当电梯由上升状态转为下降状态时必须先由上升状态转换为停止状态以后再由停止状态转为下降状态。

这样的处理方式对电梯的运行是很有意义的，以往的电梯控制系统中，当电梯响应完某个方向上的所有信号后，若所有剩余的信号都是反方向的，电梯立刻改变方向，此时，在原方向前方若出现新的呼叫信号，电梯将不会立刻应答，只是记忆该呼叫信号，而去响应换向后的方向上的呼叫信号，这样既不符合电梯选层的优先原则，又不能有效的节约能源。

采用图4.2所示的状态转换方式，电梯在响应完某个方向上的所有信号后并不是立刻反向，而是保持该状态等待一段时间后进入停止状态，然后再反向响应相反方向的呼叫信号。

对保持时间进行合理的选择，完全可以做到既不会使得电梯的换向过程显得迟钝，又能有效的响应同方向的

由于电梯的上升与下降状态之间需要通过“停止状态”该中间状态来转换，故在电梯的方向判断逻辑中需要考虑以下几种情况:

（1）电梯处于上升状态

在该状态下，当前楼层的上面有上升请求，当前楼层的上面有下降请求或者电梯轿箱内请求在当前楼层的上面，3个条件有1个和多个成立时，电梯继续处于上升状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。

（2）电梯处于下降状态

在当前楼层的下面有下降请求，当前楼层的下面有上升请求或者电梯轿箱内的请求在当前楼层的下面时，电梯继续处于下降状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。

（3）电梯处于停止状态

在当前层之上有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的上面则置电梯为上升状态;相反，若在当前层之下有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的下面则置电梯为下降状

4.3电梯PLC控制系统设计

4.3.1楼层状态指示设计

当电梯运行至某层有指令发出时，指示位置及指令。

以二层为

表4.3.1指示位置及指令表

LDtwoselet

二层内选择

Stwoseatq,1

二层内选择指示

LDtwoup

二层上呼

Stwoupq，1

二层上呼指示

LDtwodown

二层下呼

Stwodownq，1

二层下呼指示

LDtwoseat

二层位置

=twoseatq

二层位置指示

4.3.2电梯下行程序设计

以电梯在三层下行情况为例。

当电梯的一或二层有指令时，将三层下行位置1，同时无上行，驱动电梯下行。

程序说明如下：

电梯在三层时下行

表4.3.2.1

LDoneseletq

一层内选择

0twoseletq

或二层内选择

0oneupq

或一层上呼

0twodownq

或二层下呼

0twoupq

或二层上呼

ANseatq

在三层位置时

SV0.1.1

置三层下行位

电梯三层时下行

表4.3.2.2

LDV0.0

有四层下行位

0V0.1

或有三层下行位

0V0.2

或有二层下行位

ANup

同时无上行

=down

电梯下行.

4.3.3电梯上行程序设计

以电梯在二层上行情况为例。

程序说明如下：

电梯在二层上行

表4.3.3.1

ADfourseletq

四层选择

0threeseletq

或三层选择

0fourdownq

或四层下呼

0threedownq

或三层下呼

0threeupq

或三层上呼

Atwoseatq

在二层位置时

SV0.4.1

置二曾上行位

电梯上行

表4.3.3.2

LDV0.3

有一层上行位

0V0.4

或有二层上行位

0V0.5

或有三层上行位

ANdown

同时电梯无下行

=up

电梯上行

4.3.4电梯到达时程序设计

电梯到达某层时，将已完成的指令信号复位。

以电梯到达三层为例。

程序说明如下：

电梯到达三层

表4.3.4.1

LDthreeseatq

电梯到达三层

Rthreeseletq,1

复位三层内选择

RV0.0.1

复位四层下行

RV0.3.1

复位一层上行

RV0.4.1

复位二层上行

LDthreeseatq

电梯到达三层

ANdown

同时无下行

Rthreeupq,1

复位三层上行

LDthreeseatq

电梯到达三层

ANup

同时无上行

Rthreedownq，1

复位三层下行

4.4四层电梯的梯形图设计

图4.4.1

图4.4.2

图4.4.3

图4.4.4

图4.4.4

图4.4.6

5系统调试

完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系统调试。

系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。

5.1硬件部分调试

根据电气接线图安装接线，PLC实际接线时，还应考虑到以下几个方面：

（1）应有电源输入线，通常为220V、50HZ交流电源，允许电源有一定的浮动范围。

并且必须有保护装置，如熔断器等。

若是干扰较强或对可靠性要求很高的场合，应在PLC的电源输入端加装带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。

（2）输入端子八个为一组，公用一个COM端。

PLC应单独接地，不要和其他电器元件共用接地线，接地线面积应大于2mm²,并尽可能靠近PLC。

（3）PLC输出端接有线圈和电磁阀等感性元件时必须加保护电路，例如并接阻容吸收回路（对于交流电源）或续流二极管（对于支流电源）。

5.2软件部分调试

用编程工具将用户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、下载、调试、运行，直至运行正确。

5.2.1编辑、编译

打开梯形图编辑器将程序输入电脑。

程序输入完成后，用CPU的下拉菜单或工具条中编译快捷按钮对程序进行编译，编译后在显示器下方的输入窗口显示编译结果，并能明确的指出错误的网络段，可以根据错误的提示对程序进行修改，然后再编译，一直到编译无误。

5.2.2程序下载

程序编译成功后，单击标准工具条中下载快捷按钮打开文件菜单，选择下载项，弹出对话框，经选定程序块、数据块、系统块等下载内容后，按确认按钮将选中内容下载到PLC的存储器上。

5.2.3程序监视、运行调试

当PLC工作方式开关在TERM位置时还可用STEP—MICRO/WIN32的菜单命令或快捷按钮都可以对CPU工作方式进行软件设计。

总　　结

本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对升降电梯的控制。

利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。

利用可编程控制器控制升降电梯，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。

当建筑物的层楼增加时，硬件接线上只需增加楼层相应的输入信号。

原来的接线不需改变，软件上只需增加相应楼层的功能，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。

另一方面，在这次的设计中，我们用到了大量的经验公式以及大量取范围值的数据，这让我们这些在精确公式及数值下学习成长的学生们顿时产生了无所适从的感觉，取值时往往犹豫不决，瞻前顾后，大大减慢了我们的设计速度。

与此同时，我们也发觉到，对工具书使用的不重视是一个非常严重的问题。

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。