PLC课程设计 四层电梯模型的PLC控制.docx

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PLC课程设计四层电梯模型的PLC控制

第1章控制工艺流程分析

1.1四层电梯模型的控制过程描述

电梯模型由“四层四站电梯对象、包括电机、正反向继电器、轿厢、内选召唤按钮、外选召唤按钮、外呼指示灯、内选指示灯、楼层显示、上下行显示、平层电磁传感器检测、接线盒”等组成，采用S7-200PLC进行控制，实现对电机驱动，上、下行的顺序控制，随机呼叫的优化控制，自动准确定位，上、下行及平层指示灯显示，上位监控系统等功能。

1.2四层电梯模型的控制工艺分析

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

第2章控制系统总体方案设计

2.1系统硬件组成

1、安装了V3.2STEP7编程软件的计算机一台。

2、THPLC-DT型四层电梯实验教学模型。

3、PLC主机一台（西门子自配），应选用40点机型（输入口大于20点，输出口大于14点）。

2.2控制方法分析

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。

目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。

而PLC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。

PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。

在工程中，对PLC应用程序的设计有多种方法，这些方法的使用，也因各个设计人员的技术水平和喜好有较大的差异。

现将常用的几种应用程序的设计方法简要介绍如下。

1.经验设计法

经验设计法也叫凑试法。

在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。

这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。

经验设计法的具体步骤如下：

（1）确定输入/输出电器；

（2）确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；

（3）做出系统动作工程流程图；

（4）选择PLC指令并编写程序；

（5）编写其它控制控制要求的程序；

（6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。

2.逻辑设计法

工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。

而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：

断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。

该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。

在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。

3.顺序控制法

对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。

顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。

在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。

功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。

功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：

步于步之间必须用转移隔开；

转移与转移之间必须用步隔开；

转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。

按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。

一个顺序功能图中至少有一个出初始步。

2.3I/O分配

序号

名称

输入点

序号

名称

输出点

0

一层平层

I0.0

0

电梯上行记忆

Q0.0

1

二层平层

I0.1

1

电梯下行记忆

Q0.1

2

三层平层

I0.2

2

电机正转

Q0.2

3

四层平层

I0.3

3

电机反转

Q0.3

4

内呼一楼

I0.4

4

内呼一楼指示

Q0.4

5

内呼二楼

I0.5

5

内呼二楼指示

Q0.5

6

内呼三楼

I0.6

6

内呼三楼指示

Q0.6

7

内呼四楼

I0.7

7

内呼四楼指示

Q0.7

8

一层外呼上行

I1.0

8

一层外呼上行指示

Q1.0

9

二层外呼上行

I1.1

9

二层外呼上行指示

Q1.1

10

三楼外呼上行

I1.2

10

三楼外呼上行指示

Q1.2

11

二楼外呼下行

I1.3

11

二楼外呼下行指示

Q1.3

12

三楼外呼下行

I1.4

12

三楼外呼下行指示

Q1.4

13

四楼外呼下行

I1.5

13

四楼外呼下行指示

Q1.5

14

手动开门

I2.0

14

门电机正转

Q1.6

15

手动关门

I2.1

15

门电机反转

Q1.7

16

开门限位

I2.2

17

关门限位

I2.3

18

电梯上升极限位

I2.4

19

电梯下降极限位

I2.5

表2-1I/O分配

2.4系统结线图设计

图2-1电梯上升下降流程图

图2-2电梯开关程序图

第3章控制系统梯形图程序设计

3.1控制程序流程图设计

图3-1控制程序流程图

图3-2电源电动机程序流程图

3.2控制程序设计思路

图3-3召唤信号登记及消除

图3-4指令信号登记及消除

第4章监控系统设计

4.1PLC与上位监控软件通讯

目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。

而PlC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。

PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。

PLC与上位计算机的通讯可以利用高级语言编程来实现，但是用户必须熟悉互连的PLC及PLC网络采用的通信协议，严格的按照通信协议规定为计算机编写通信程序，其对用户要求较高，而采用工控组态软件实现PLC与上位计算机之间的通讯，则相对简单，因为工控组态软件中一般都提供了相关设备的通讯驱动程序，西门子公司的S7系列PLC与工控组态软件WinCC、组态王之间可进行连接实现PLC与上位计算机之间的通讯。

下面介绍组态王6.5与S7-200PLC之间通讯的实现步骤。

PPI协议是S7-200CPU默认的通信方式，它通过S7-200CPU自身的端口（Port0或Port1）即可完成。

第1设备连接

利用PLC与计算机专用的PC/PPI电缆，将PLC通过编程口与上位计算机串口（ＣＯＭ口）连接，进行串行通讯。

串行通讯方式使用＂组态王计算机＂的串口，I/O设备通过PC/PPI通讯电缆连接到＂组态王计算机＂的串口。

第2通讯设备参数设置

在组态王工程浏览器的工程目录显示区，点击＂设备＂大纲项下PLC与上位计算机所连串口（ＣＯＭ口），进行参数设置。

S7-200系列PLC编程口的通讯ＣＯＭ口参数设置：

在组态王浏览器目录内容显示区内双击所设ＣＯＭ口对应的＂新建＂图标，会弹出＂设备配置向导＂对话框。

在此对话框中完成与组态王通讯的设备的设置。

利用设备配置向导就可以完成串行通讯方式的I/O设备安装，安装过程简单、方便。

在配置过程中，用户需选择I/O设备的生产厂家、设备型号、连接方式，为设备指定一个逻辑设备名，设定设备地址。

第3构造数据库

数据库是＂组态王＂软件的核心部分，在工程管理器中，选择＂数据库\数据词典＂，双击＂新建图标＂，弹出＂变量属性＂对话框，创建仿真电梯各个变量数据，这些变量与PLC内部变量一一对应，PLC的输入输出完全由组态王内部变量代替。

这样，PLC的实际输入输出状态都反映在组态监控界面上，借助PLC的CPU通信功能，系统的运行就可以实现真正的仿真。

第4设计图形界面并建立动画连接

在组态王“画面”上创建四层教学仿真电梯系统的控制示意图，见图2，建立各个按钮及位图，并将各个控制按钮、指示灯及位图与所建立相应变量关联，对相关单元进行动画连接。

第5系统运行

启动组态王运行系统TOUCHVIEW，运行本四层教学仿真电梯系统。

将PLC开关指向“RUN”状态，按照电梯的控制要求，依次按下各楼层呼叫按钮，观察四层教学仿真电梯系统的运行结果。

实验结果表明，系统运行正常，动画效果良好。

4.2上位监控系统组态设计

建立新组态王工程的一般过程是：

1.设计图形界面（定义画面）

2.定义设备

3.构造数据库（定义变量）

4.建立动画连接

5.运行和调试

图4-1组态王设计图

第5章系统调试及结果分析

5.1系统调试及解决的问题

1．I/O点数输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标。

I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。

2．扫描速度扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。

一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/K字为单位。

PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。

3．内部元件的种类与数量在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。

这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。

4．指令的功能与数量指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。

编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。

5．特殊功能单元特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。

近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大。

6.可扩展能力PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。

在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。

7.PLC的可靠性.控制器的可靠主要体现在软件应急处理和硬件电路的抗干扰处理软件应急处理:

程序运行看门狗.语法检查.（能有效防止程序跑飞和死机的情况）.电源检查.（防止电源电压不稳使PLC无法工作或出错）硬件抗干扰:

设计合理的电路板和优良的电子元件对于稳定运行很关键,PLC被干扰（故障）很多是电源部分引起,PLC的芯片供电电压一般是经过稳压处理的5VDC，I/O口通常有光藕让外围电路（24VDC）和内部芯片I/O（5VDC）进行隔离.高精度的电子元件减少产品之间的误差，提高PLC使用寿命，形成质量稳定PLC产品。

系统的可靠性是现今大家谈论得比较多的一个话题，它包含两种不同的，却又是相关的概念：

稳固性和可用性。

稳固性表示一个系统发生错误的机会大小，稳固性越高表示系统发生错误的机会越少。

一个操作系统应该稳固，对出错情况甚至是硬件故障有可预计的反应，能够相容地运行应用程序和服务而尽量少的发生错误。

可用性表示系统用于使用的时间多少，一个系统应该有多的用于使用的时间，因为日常维护和意外错误导致的宕机时间少。

稳固性可以通过减少潜在的系统失败的原因来提高，可用性则可以通过解决宕机的原因来提高。

总之，一个可靠的系统应该很少失败，很少离线，在死机后也很容易重新启动。

5.2结果分析

四层教学仿真电梯系统在各类院校的PLC实践教学中得到了广泛的利用，其基本控制要求如下：

当呼叫电梯的楼层大于电梯所停的楼层时，电梯上升到呼叫层，电梯停止运行；当呼叫电梯的楼层小于电梯所停的楼层时，电梯下降到呼叫层，电梯停止运行；当同时有多层呼梯信号时，电梯先按照同方向依次暂停。

结论与体会

在本次课程设计中，我通过查阅与课题有关的技术参考资料，了解与此有关的应用技术与发展现状，同时学习掌握西门子公司PLC的编程调试方法与技术，在此基础上设计并完成了用西门子PLC控制四层电梯系统的硬件和软件，给出系统硬件的整体设计的说明，以及软件的总体设计构思，并编写相应的梯形图软件。

课程设计是大学学习阶段的一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次独立地较为完整的设计出电梯PLC控制系统，我摆脱了单纯的理论学习状态。

通过实际的软、硬件设计与选择，锻炼了我综合运用所学专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及专业文献翻译等其他方面的能力水平。

通过与指导老师的沟通与交流，我了解到许多PLC的实际运用知识，硬件设备的选用方法等，让我的综合能力得到了提高。

这一次的毕业设计使我得到了宝贵的实际设计经验，使我能够更好的把理论与实践结合起来，再未来的工作中表现出更好的自主学习能力和灵活应变能力。

参考文献

[1]肖清、王中锋.西门子PLC课程设计指导书.2009

[2]李正熙等.电力拖动自动控制系统.北京：

冶金工业出版社，1997

[3]康华光.电子技术基础.高等教育出版社.2005

OQ0.4

OT40

ANM4.0

=Q0.4

Network8//电梯内呼二楼

LDI0.5

OQ0.5

ANM4.1

=Q0.5

Network9//电梯内呼三楼

LDI0.6

OQ0.6

ANM4.2

=Q0.6

Network10//电梯内呼四楼

LDI0.7

OQ0.7

ANM4.3

=Q0.7

Network11//二分钟内无操作自动返回一楼

//NetworkComment

LDNQ0.2

ANQ0.3

ANM4.0

TONT40,1200

Network12//平层信号

LDI0.0

OM4.0

ANI0.1

ANI0.2

ANI0.3

=M4.0

Network13

LDI0.1

OM4.1

附录

TITLE=PROGRAMCOMMENTS

Network1//四楼下呼

LDI1.5

OQ1.5

ANM4.3

=Q1.5

Network2//三楼上呼

LDI1.2

OQ1.2

LDNM4.2

OQ0.3

ALD

=Q1.2

Network3//三楼下呼

LDI1.4

OQ1.4

LDNM4.2

OQ0.2

ALD

=Q1.4

Network4//二楼上呼

LDI1.1

OQ1.1

LDNM4.1

OQ0.3

ALD

=Q1.1

Network5//二楼下呼

LDI1.3

OQ1.3

LDNM4.1

OQ0.2

ALD

=Q1.3

Network6//一楼上呼

LDI1.0

ANI0.1

ANI0.3

=M4.2

Network15

LDI0.3

OM4.3

ANI0.0

ANI0.1

ANI0.2

=M4.3

Network16//轿厢在一楼时上行信号

LDQ0.5

OQ0.6

OQ0.7

OQ1.1

OQ1.2

OQ1.5

OQ1.4

OQ1.3

AM4.0

=M2.2

Network17//轿厢在二楼时上行信号

LDQ0.6

OQ0.7

OQ1.5

OQ1.4

OQ1.2

AM4.1

=M2.3

Network18//轿厢在三楼时上行信号

LDQ1.5

OQ0.7

AM4.2

=M2.4

Network19//轿厢上行信号

LDM2.2

OM2.3

OM2.4

=M2.0

Network20//轿厢上行

LDQ0.0

ONM2.1

AM2.0

ANQ0.3

OQ1.0

ANM4.0

=Q1.0

Network7//电梯内呼一楼

LDI0.4

OQ0.4

OT40

ANM4.0

=Q0.4

Network8//电梯内呼二楼

LDI0.5

OQ0.5

ANM4.1

=Q0.5

Network9//电梯内呼三楼

LDI0.6

OQ0.6

ANM4.2

=Q0.6

Network10//电梯内呼四楼

LDI0.7

OQ0.7

ANM4.3

=Q0.7

Network11//二分钟内无操作

自动返回一楼

//NetworkComment

LDNQ0.2

ANQ0.3

ANM4.0

TONT40,1200

Network12//平层信号

LDI0.0

OM4.0

ANI0.1

ANI0.2

ANI0.3

=M4.0

Network13

LDI0.1

ANI2.5

ANM0.0

ANQ1.7

=Q0.3

Network27//轿厢下行记忆信号

LDQ0.3

OQ0.1

ANQ0.2

ANI0.0

=Q0.1

Network28//轿厢外呼梯信号保持

LDQ1.0

OM1.0

ANM1.6

=M1.0

Network29

LDQ1.1

ANQ0.3

OM1.1

ANM1.6

=M1.1

Network30

LDQ1.2

ANQ0.3

OM1.2

ANM1.6

=M1.2

Network31

LDQ1.3

ANQ0.2

OM1.3

ANM1.6

=M1.3

Network32

OM4.1

ANI0.0

ANI0.2

ANI0.3

=M4.1

Network14

LDI0.2

OM4.2

ANI0.0

ANI2.4

ANM0.0

ANQ1.7

=Q0.2

Network21//轿厢上行记忆信号

LDQ0.2

OQ0.0

ANQ0.3

ANI0.3

=Q0.0

Network22//轿厢在四楼时下行信号

LDQ0.4

OQ0.5

OQ0.6

OQ1.0

OQ1.1

OQ1.2

OQ1.3

OQ1.4

AM4.3

=M2.5

Network23//轿厢在三楼时下行信号

LDQ0.4

OQ0.5

OQ1.0

OQ1.1

OQ1.3

AM4.3

=M2.7

Network42//手动及自动开门

LDI2.0

OQ1.6

OT37

OM4.4

ANM0.1

ANQ1.7

ANI2.2

=Q1.6

Network43

LDM2.4

OM2.5

OM2.6

OM2.7

LPS

ANQ1.6

TONT37,20

LPP

=M0.0

Network44//手动及自动关门

LDI2.1

OQ1.7

OT38

ANQ1.6

ANI2.3

=Q1.7

Network45

LDI2.2

TONT38,50

Network46

LDQ0.2

OQ0.3

ANM1.6

=M0.1

Network47//保持信号的取消

LDQ1.7

=M1.6

Network48//电梯外呼信号的开门信号

LDI1.0

AM4.0

LDI1.1

OI1.3

AM4.2

=M2.6

Network24//轿厢在二楼时下行信号

LDQ0.4

OQ1.0

AM4.1

=M2.7

Network25//轿厢下行信号

LDM2.5

OM2.6

OM2.7

=M2.1

Network26//轿厢下行

LDQ0.1

ONM2.0

AM2.1

ANQ0.2

Network34//轿厢内呼梯信号保持

LDQ0.4

OM0.4

ANM1.6

=M0.4

Network35

LDQ0.5

OM0.5

ANM1.6

=M0.5

Network36

LDQ0.6

OM0.6

ANM1.6

=M0.6

Network37

LDQ0.7

OM0.7

ANM1.6

=M0.7

Network38//各楼层停车信号

LDM0.4

OM1.0

ANM1.6

AM4.0

=M2.4

Network39

LDM0.5

OM1.1

OM1.3

ANM1.6

AM4.1

=M2.5

Network40

LDM0.6

OM1.2

OM1.4

ANM1.6

AM4.2

=M2.6

Network41

LDM0.7

OM1.5

ANM1.6

AM4.1

OLD

LDI1.2

OI1.4

AM4.2

OLD

LDI1.5

AM4.3

OLD

=M4.4