plc课程设计五层电梯设计.docx
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plc课程设计五层电梯设计
PLC课程设计
题目五层电梯设计
姓名：
某某某
所在学院：
自动化工程学院
所学专业：
自动化
班级：
09级本一
学号：
000000000000
指导教师：
完成时间：
2010年12月8日
摘要
在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增加，PLC则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。
20世纪60年代末，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。
现在PLC不但被用于工业生产，在生活中我们也能常常见到它的身影。
例如电梯，随着城市化水平的提高，城市中的高层建筑也越来越多，电梯的应用也越来越广。
而电梯的开关门、呼叫、显示等问题也就用到了PLC，利用PLC控制的电梯更加智能化、运行的可靠性更高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，所以PLC备受人们重视，成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。
本次课程设计完成了对五层电梯模型的控制，包括PLC的型号选择，外部接线以及程序的设计与调试等工作。
本设计采用分段处理的方式，将电梯工作的各类情况分类考虑，一步步实现了程序的设计。
这种方式的优点是分别分析，各个击破不致因整体复杂而无法着手工作，但同时也带来了缺点，就是没有考虑整体放在一起对彼此工作的影响。
目录
摘要2
目录3
第一章系统控制方案的确定4
1.1电梯的概述及发展4
1.1.1电梯的定义4
1.1.2电梯的分类4
1.1.3电梯的发展6
1.2PLC的概述6
1.2.1PLC的组成及工作原理6
1.2.2PLC的功能及特点9
1．3总体设计方案10
第二章课程设计的分析12
2.1地址分配12
2.2梯形图分析14
心得体会24
参考文献25
第一章系统控制方案的确定
1.1电梯的概述及发展
随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，伴随建筑业的发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。
电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。
为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、管理电梯、维护好电梯。
1.1.1电梯的定义
电梯是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倾角小于15度的钢性导轨之间。
轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。
它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。
1.1.2电梯的分类
1、按用途分类
（1）客梯代号K为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置.
（2）货梯代号H为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装置.
（3）客货梯代号L主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同.
（4）病床电梯代号B为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点.
（5）住宅电梯代号Z供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢内部装饰较简单.
（6）杂物电梯代号W供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置.
（7）船舶电梯代号C用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作.
（8）观光电梯代号G轿厢壁透明供乘客观光之用.
2、按驱动系统分类
（1）交流电梯曳引电动机是交流电机.
当电机是单速时,称为交流单速电梯
当电机是双速时,称为交流双速电梯
当电机具有调压调速装置时,称为交流调速电梯.
当电机具有调压调频调速装置时,称为变频调速电梯.
（2）直流电梯曳引电动机是直流电机
分为直流有齿和直流无齿电梯.
（3）液压电梯靠液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置式.
（4）齿轮齿条式电梯（一般为工程电梯）
3、按操作控制方式分类
（1）门外按钮控制小型杂物电梯
（2）内外按钮控制自动门电梯
该电梯是一种乘客自己操作的电梯，电梯在各层站分别设有一个召唤按钮。
轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，某一层等待电梯的乘客按下召唤按钮，就能使不被占用的轿厢到来，电梯停靠时立即自动开门，乘客进入轿厢后，按下他要去的楼层的指令按钮，电梯就自动关门，自动行驶到该站。
每次停靠时，电梯自动进行减速、平层、开门。
（3）集选控制电梯
该电梯是一种乘客自己操作或有时也可以有专职司机操作的自动电梯。
电梯在底层和顶层分别设有一个向上或向下的，而在其它层站设有向上、下两个召唤按钮。
集选控制轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，当进入轿厢的乘客按下指令按钮，指令信号就被登记。
电梯在向上过程中按登记的指令信号和向上召唤信号逐一停靠，直到有这些信号登记的最高层站和有向下召唤登记的最底层为止，然后又反向向下安置指令及向下召唤信号逐一停靠。
每次停靠时电梯自动进行减速、平层、开门。
1.1.3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。
生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。
电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新－手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。
一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺。
1.2PLC的概述
1.2.1PLC的组成及工作原理
1.2.1.1CPU
运算和控制中心起“心脏”作用。
纵：
当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。
横：
输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。
然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。
把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。
组成：
CPU由控制器、运算器和寄存器组成。
这些电路集成在一个芯片上。
CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
1.2.1.2存储器
具有记忆功能的半导体电路。
分为系统程序存储器和用户存储器。
系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。
由只读存储器、ROM组成。
厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。
用户存储器：
分为用户程序存储区和工作数据存储区。
由随机存取存储器（RAM）组成。
用户使用的。
断电内容消失。
常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。
1.2.1.3输入/输出接口
（1）输入接口：
光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。
发光二级管：
在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。
光电三级管：
在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。
在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。
输入接口电路工作过程：
当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。
当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。
向内部电路输入信号。
也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
（2）输出接口
PLC的继电器输出接口电路
工作过程：
当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。
当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。
也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。
三种类型：
继电器输出：
有触点、寿命短、频率低、交直流负载
晶体管输出：
无触点、寿命长、直流负载
晶闸管输出：
无触点、寿命长、交流负载
1.2.1.4编程器
编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。
我们实验室使用的就是手持编程器。
二种是通过PLC的RS232口。
与计算机相连。
然后敲击键盘。
通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。
1.2.1.5PLC的基本工作原理
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
（1）每次扫描过程。
集中对输入信号进行采样。
集中对输出信号进行刷新。
（2）输入刷新过程。
当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。
只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
（3）一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
（4）元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
（5）扫描周期的长短由三条决定。
（1）CPU执行指令的速度
（2）指令本身占有的时间（3）指令条数
（6）由于采用集中采样。
集中输出的方式。
存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
1.2.1.6PLC与继电器控制系统、微机区别
（1）PLC与继电器控制系统区别
前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。
前者用“软件”，后者用“硬件”。
（2）PLC与微机区别
前者工作方式是“循环扫描”。
后者工作方式是“待命或中断”
PLC编程方式
PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。
用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。
PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。
尤其前两者为常用。
1.2.1.7梯形图语言特点：
（1）每个梯形图由多个梯级组成。
（2）梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。
当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。
（3）继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。
（4）每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。
（5）输入继电器受外部信号控制。
只出现触点，不出现线圈。
1.2.1.8主要技术性能
用户程序存储容量：
是衡量可存储用户应用程序多少的指标。
通常以字或K字为单位。
16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。
PLC以字为单位存储指令和数据。
一般的逻辑操作指令每条占1个字。
定时/计数，移位指令占2个字。
数据操作指令占2~4个字。
1.2.2PLC的功能及特点
1.2.2.1PLC的功能
PLC是工业上专门用来控制各种工艺操作的可编程逻辑控制设备，功能非常强大，可以执行逻辑运算，定时，顺序控制，计数与算术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。
它其实就是一台工控电脑，不过需要专业的编程人员对其编程才能实现相应的过程控制。
1.2.2.2PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1．3总体设计方案
电梯控制系统的构成：
电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，电梯控制系统结构图，用来完成对电梯曳引电机及开关门机的启动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿厢内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。
变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成。
三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端U、V、W接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。
旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。
变频器输入信号为：
上、下行方向指令，零速、爬行、速度等各种速度编码指令、复位和使能信号变频器输出信号为：
（1）变频器准备就绪信号，在变频器运转正常时，通知控制系统变频器可以正常运行；
（2）运行中信号，通知PLC变频器正在正常输出；（3）零速信号，当电梯运行速度为零时，此信号输出有效并通知PLC完成抱闸，停车等动作。
输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要由厅外呼叫、轿厢内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、门锁、安全保护继电器、消防、泊梯等单元构成。
输入单元为：
（1）厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除，而且兼有无司机状态的“本层厅外开门”功能，全集选方式的呼梯信号为2N-2个（N为层站数），下集选方式的呼梯信号为N个；
（2）轿厢内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示，呼梯信号数为电梯停站层数N；
（3）开关门按钮，输入PLC控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；
（4）上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准备平层，通常设置在轿顶，电梯轿箱上行接近预选层站时，上平层感应器限进入遮磁板，电梯仍继续慢速运行，当下平层感应器再进入遮磁板时，上行接触器线圈失电，制动器抱闸停车；
（5）门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；
（6）安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；输出单元：
楼层及方向指示单元包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站灯等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示放肆和点阵显示方式，本设计考虑情况用的是输出等和显示屏上的数字配合来报告到达的楼层；开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，有变频门机完成开关门动作。
PLC单元为电梯控制系统的核心部分，有PLC提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度曲线调节运行方向和速度。
通过PLC的合理编程，实现自动平层、自动开关门、自动掌握停站时间、内外呼信号的登记与消除，顺向载梯及自动换向等集选控制功能。
第二章课程设计的分析
2.1地址分配
根据输入输出分配的地址设计出梯形图
序号
输入
名称
序号
输出
名称
1
0.01
电梯外呼一层上选层控制
1
13.00
电梯上升位
2
0.02
电梯外呼二层上选层控制
2
13.01
电梯下降位
3
0.03
电梯外呼二层下选层控制
3
10.02
电梯外呼一层上显示
4
0.04
电梯外呼三层上选层控制
4
10.03
电梯内呼二层上显示
5
0.05
电梯外呼三层下选层控制
5
10.04
电梯内呼二层下显示
6
0.06
电梯外呼四层上选层控制
6
10.05
电梯内呼三层上显示
7
0.07
电梯外呼四层下选层控制
7
10.06
电梯内呼三层下显示
8
0.08
电梯外呼五层下选层控制
8
10.07
电梯内呼四层上显示
9
0.09
电梯内呼一层选层控制
9
11.00
电梯内呼四层下显示
10
0.10
电梯内呼二层选层控制
10
11.01
电梯内呼五层下显示
11
0.11
电梯内呼三层选层控制
11
11.02
电梯内呼一层显示
12
1.00
电梯内呼四层选层控制
12
11.03
电梯内呼二层显示
13
1.01
电梯内呼五层选层控制
13
11.04
电梯内呼三层显示
14
1.02
一层限位开关
14
11.05
电梯内呼四层显示
15
1.03
二层限位开关
15
11.06
电梯内呼五层显示
16
1.04
三层限位开关
16
12.00
数码管a段显示
17
1.05
四层限位开关
17
12.01
数码管b段显示
18
1.06
五层限位开关
18
12.02
数码管c段显示
19
10.00
电梯开门
19
12.03
数码管d段显示
20
10.01
电梯关门
20
12.04
数码管e段显示
21
12.05
数码管f段显示
22
12.06
数码管g段显示
23
11.07
上行显示
24
13.02
下行显示
2.2梯形图分析
上面的图是外乎设置，当电梯外面有呼叫时相应的开关闭合，给上升沿微分位一个脉冲，并且相应的线圈通电并自锁。
上升沿微分位DIFU主要功能是检测上升变化。
呼叫显示功能回路通过自锁来实现。
例如：
当有四层上外呼的时候，0.06闭合，DIFU25.00得到一个脉冲，10.07通电，常开开关10.07自锁。
上面的图是内呼设置，当电梯里面有呼叫，时相应的开关闭合，给上升沿微分位一个脉冲，并且相应的线圈通电并自锁。
例如：
当有五层内呼的时候，1.01闭合，DIFU42.00得到一个脉冲，11.06通电，常开开关11.06自锁。
上图主要功能是当电梯到达指定楼层时，相应的限位开关闭合，并给上升沿微分位一个脉冲。
限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。
当运动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。
由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机。
例如：
当电梯到达三层时，限位开关1.04闭合，给DIFU32.00一个脉冲信号。
上面的图的主要功能是楼层的显示，当电梯到达某楼层时，相应的限位开关闭合，线圈通电，回路自锁，并把相应的数字移到DM0通道。
七段译码显示器SDEC则把DM0通道中的数字翻译出来，结果就显示出了相应的数字。
例如：
当电梯到达三层时，限位开关1.04闭合，线圈45.01通电，开关45.01自锁，并且把要翻译的数字3移到DM0通道，同时七段译码器SDEC工作，把3翻译并显示出来。
上面两图：
当图中其中一个上升沿开关闭合时，KEEP指令得电，保持上行或下行，当电梯在每个楼层都有呼叫时KEEP指令不能复位。
当无呼叫时，电梯到达某一楼层相应的限位开关闭合，KEEP指令复位，上升保持下降保持停止。
例如：
当电梯在一层，有三层上外呼时DIFU23.00有脉冲，KEEP35.00和KEEP36.00得电保持，如果三层以上没有呼叫的话，到达三层时触动限位开关，32.00就会得到脉冲，KEEP35.00复位。
上图：
主要功能是上行停止，当电梯在上行过程中有呼叫的话，那么相应的开关就会闭合，当到达相应楼层时，相应的限位开关也会闭合，那么这个回路中的线圈就会通电，常闭开关35.01断开，线圈11.07和13.00断电，上升和上升显示停止。
同时时间继电器开始计时，10秒之后时间继电器及时完毕，常闭开关TIM000断开线圈35.01断电。
电梯继续上升，有上行显示。
例如：
电梯从一层上升，有三层上外呼，那么常开开关35.00一直闭合，线圈11.07和13.00通电即电梯上升有上升显示，同时常开开关10.05闭合，当电梯到第三层时脉冲开关得电，线圈35.01通电，线圈11.07和13.00断电，并且在10秒后电梯继续上升。
上图：
主要功能是下行停止，当电梯在下行过程中有呼叫的话，那么相应的开关就会闭合，当到达相应楼层时，相应的限位开关也会闭合，那么这个回路中的线圈就会通电，常闭开关36.01断开，线圈12.00和13.01断电，下降和下降显示停止。
同时时间继电器开始计时，10秒之后时间继电器及时完毕，常闭开关TIM001断开线圈36.01断电。
电梯继续下降，有下降显示。
上面两张图：
当上行停止和下行停止时，开关35.01、36.01闭合，给DIFU46.00一个脉冲。
所以常开开关46.00通电，回路中的线圈46.01闭合，开关46.01自锁，TIM002计时。
4秒之后常开开关TIM002闭合，线圈46.02通电，开关46.02自锁，常开开关46.02闭合，KEEP47.00得电保持，常开开关47.00闭合，线圈10.00通电即电梯开门。
同时时间继电器TIM003开始计时，6秒后常闭开关TIM003断开，线圈46.02断开，常开开关TIM003闭合，线圈36.03通电，开关36.03自锁，TIM004开始计时。
4秒后，常闭开关TIM004断开回路断电，常开开关TIM004闭合，KEEP47.00复位，线圈10.00断电（开门停止）；KEEP47.01得电，常开开关47.01闭合，线圈10.01得电（关门运行）；线圈36.04通电，开关36.04自锁，时间继电器TIM005开始计时，6秒后常闭开关TIM005断开，线圈36.04断电，常开开关TIM005闭合，KEEP47.01复位，常开开关断开，线圈10.01断电（关门停止）。
心得体会
经过近二十多天的学习，通过在图书馆、互联网上查阅相关资料，了解了电梯的起源和发展过程，并且加深了对电梯运行过程、控制系统的认识，熟悉了可编程控制器和变频器在电梯控制系统中的运用。
并且，使我将原来所学的知识系统化、理论化、实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力
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