1、課程設計說明書唐 山 學 院 PLC 課 程 設 計 題 目 基于西門子PLC的電梯控制系統設計及調試 系 (部) 信息工程系 班 級 12電本1班 姓 名 學 號 指導教師 關榆君、田紅霞、田麗欣 2016 年 1 月 4 日 至 1 月 15 日 共 2 周2016年 1 月 15 日目 錄1 緒論11.1電梯的發展狀況11.2 PLC在電梯控制中的應用及發展前景11.3研究背景及設計意義22電梯控制系統設計32.1PLC控制系統設計的基本原則32.2 設計思想32.3 主電路的設計42.3.1 拖動電機電路的設計42.3.2 門電機電路的設計62.4I/O點數的分配62.5PLC外部接線

2、圖73電梯控制系統功能實現與仿真93.1各段程序塊功能93.1.1復位初始化模塊93.1.2內選模塊93.1.3上下行指示中間繼電器103.1.4外呼模塊113.1.5平層感應113.1.6電梯高低速運行113.1.7停車模塊123.1.8電梯上下行中間繼電器133.1.9開關門模塊143.1.10電梯上下行輸出143.2程序仿真154設計總結165 參考文獻17附錄1課程設計說明書1 緒論1.1電梯的發展狀況在經濟不斷發展，科學技術日新月異的今天，樓的高度已和經濟發展同樣的速度成長起來。作為建筑的中樞神經，電梯起著不可或缺的作用，電梯作為建筑物內的主要運輸工具，像其他的交通工具一樣，已經成為

3、我們日常生活的一個不可缺少的組成部分。據國外有關資料介紹，公元前2800年在古代埃及，為了建筑當時的金字塔，曾使用過由人力驅動的升降機械。公元1765年瓦特發明了蒸汽機后，1858年美國研制出以蒸汽為動力，并通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅動的電梯。1878年英國的阿姆斯特朗發明了水壓梯。但是，電梯得以興盛發展的根本原因在于采用了電力作為動力來源。18世紀末發明了電機，并隨著電機技術的發展，19世紀初開始使用交流異步單速和雙速電動機作動力的交流電梯，特別是交流雙速電動機的出現，顯著改善了電梯的工作性能。在20世紀初，美國奧的斯電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產出以槽輪式驅動的直流電梯，從而為后

4、來的高速度、高行程電梯的發展奠定了基礎。20世紀30年代美國紐約市的102層摩天大樓建成，美國奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了74臺速度為6.0m/s的電梯。從此以后，電梯這個產品，一直在日新月異地發展著。目前的電梯產品，不但規格品種多，自動化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。隨著電子工業的發展，可編程序控制器（PLC）和電子計算機成功地應用到電梯的電氣控制系統中去后，電梯產品的質量和運行效果顯著提高。1.2 PLC在電梯控制中的應用及發展前景目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、PLC控制和微型計算機控制三種。而PLC實際上是一種專用計算機，它采用巡回掃描的方式分時處理各項任務，而且

5、依靠程序運行，這就保證繼電器等實際上是PLC系統內存工作單元，因此，它比繼電器控制有著明顯的優越性，運行壽命更長，工作更加可靠安全，自動化水平更高。PLC控制是三控制方式中最具有可靠性、實用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術改造和控制系統的更新換代，是電梯控制系統中理想的控制新技術。隨著科技的進步，電梯也更加安全、舒適。然而，人們的追求并沒有就此停止下來，仍在不斷的進行研究改進。綠色是和平，綠色是天然，綠色是和諧。目前意義上的“綠色”，一般是強調“天然”的一面，強調與環境的協調與和諧。電梯屬于純粹的工業產品，其天然性應表現為對環境影響的盡可能小，與環境的協調與平衡，以及電梯本身的人

6、性化。這也應是綠色電梯的發展方向。(1) 智能化。我們這里所說的智能化電梯是傳統的人工智能是無法勝任的。真正的智能電梯應更具人性化特點，不僅具有傳統的人工智能的所有優點，而且還有傳統的人工智能無法比擬的東西，具有動念和隨機處理各種問題的能力。諸如能根據轎廂內的情況和各層的候梯信息，自動地制定每次最優的運動速度和停車政策；自動選擇運動方面；雙向語音交流；到達目的層的語音提示等，讓乘客有更多的主動性，使大樓交通運輸實現真正的人機對話。(2)安全性。運行安全是電梯的根本和關鍵。可以說，電梯的全部其他工作都是以此為中心展開的，使電梯安全運行更有保障。運行安全不僅要消除電梯啟動時較強的電磁輻射，使用安全

7、材料和運行穩定，而且要有一種良好的視覺效果，讓每一位乘客在寬敞、明亮轎廂內有安全、舒適的好心情。(3) 與環境的協調和平衡，包括以下幾個方面：視覺協調。有人曾經做過環境色彩是否對人有影響的研究。色彩宜人，格調高雅，制作精良的電梯，乘客自然會有一種安全的感覺，有一種視覺上的舒適。消除電磁輻射。由于電梯是大樓里頻繁起制動的大容量電器是電磁干擾的元兇，所以綠色電梯必須是一個達到自身對大樓電磁干擾最小，而又不被其他電磁干擾影響的建筑機電設備。舒適感。通過采用高載頻波矢量靜音變頻器，可降低噪聲變換頻率及電壓。以CPU控制電壓及頻率的連續變換方式，按人體生理適應要求，利用計算機優化設計而成的理想運行曲線，

8、實現更穩定、更舒適的運行。1.3研究背景及設計意義電梯是集機、電一體的復雜系統，不僅涉及機械傳動、電氣控制和土建等工程領域，還要考慮可靠性、舒適感和美學等問題。而對現代電梯而言，應具有高度的安全性。在設計電梯的時候，對機械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數和保險系數。然而，只有電梯的制造，安裝調試、售后服務和維修保養都達到高質量，才能全面保證電梯的最終高質量。采用PLC控制的電梯可靠性高、維護方便、開發周期短，這種電梯運行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，己成為電梯控制的發展方向。可編程序控制器，是微機技術與繼電器常規控制技術相結合的產物，是在順序控制器和微機控制器

9、的基礎上發展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數字控制的專用計算機PLC以其可靠性、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯網功能，易與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速記數與位控等高性能模塊等優異性能，同益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、記數繼電器等組成的傳統的繼電一接觸控制系統，在機械、化工、石油、冶會、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業德到廣泛應用。PLC的應用深度和廣度已經成為一個國家工業先進水平的重要標志之一。2電梯控制系統設計2.1PLC控制系統設計的基本原則任何一種控制系統都是為了實現被控對象的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC

10、控制系統時，應遵循以下基本原則:(1) 最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計PLC控制系統的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現場進行調查研究，收集控制現場的資料，收集相關先進的國內、國外資料。(2) 保證PLC控制系統安全可靠保證PLC控制系統能夠長期安全、可靠、穩定運行，是設計控制系統的重要原則。這就要求設計者在系統設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統安全可靠。例如:應該保證PLC程序不僅在正常條件下運行，而在非正常情況下(如突然掉電再上電、按鈕按錯等)也能正常工作。(3) 力

11、求簡單、經濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量，帶來巨大的經濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統簡單、經濟，而要使控制系統的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。(4) 適應發展的需要由于技術的不斷發展，控制系統的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統發展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/0點數和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發展和

12、工藝的改進。2.2 設計思想電梯信號控制基本由PLC軟件實現。電梯信號控制系統如圖2-3所示，輸入到PLC的控制信號有:運行方式選擇、運行控制、轎內指令、層站召喚、安全保護信息、旋轉編碼器光電脈沖、開關門及限位信號、門區和平層信號等。各種數字信號通過輸入接口輸入PLC內部再由PLC通過輸出接口控制各種功能的實現。圖2-1 電梯PLC信號控制系統框圖2.3 主電路的設計2.3.1 拖動電機電路的設計本設計采用三相異步電機作為電梯的牽引電機，并且電機采用星-三角起動方式。M3L1L2L3FUKM3KM4FRKM6KM5U1V1W1U2V2W2+ KM7RZDC圖2-2電梯拖動電機電路異步電機從靜止

13、狀態過渡到穩定運行狀態的過程稱為異步電機的啟動過程。如果在額定電壓下直接起動，由于最初起動瞬間主磁通約減小到額定值的1/2，轉子功率因數又很低，造成了起動時堵轉電流相當大而堵轉轉矩并不大（不像直流電機那樣，起動轉矩與起動電流成正比）的結果，所以要采用星-三角降壓起動方法。起動時，電機定子繞組接成星形聯結，起動后改接成三角形聯結，如圖3所示。起動時，接觸器KM3、KM5觸點閉合，電機定子繞組接成星形聯結，待轉速升高到一定程度后，接觸器KM5觸點斷開，接觸器KM6觸點閉合，定子繞組改成三角形聯結，電機進入正常運行。制動時采用能耗制動，接觸器KM3觸點斷開、KM7閉合，電機在斷開交流電源的同時，在定

14、子兩相上通入直流電流，直流電流通過定子繞組，便在電機內建立一個位置固定、大小不變的恒定磁場。電機轉子由于慣性繼續旋轉，轉子導體切割恒定磁場而產生感應電動勢和電流，該電流和恒定磁場相互作用產生相互作用產生電磁轉矩，轉矩的方向與轉子實際旋轉方向相反，起到了制動的作用。在制動過程中，電機的轉速不斷下降，電機不斷吸收系統存儲的機械能，并把它轉換成電能消耗在轉子電路的電阻上。M3L1L2L3FUKM1KM2FR圖2-3電梯門拖動電機2.3.2 門電機電路的設計門電機的驅動也采用三相異步電機，而起動時采用直接起動的方式，因為門電機的功率不大，直接起動對電源的影響不大，門電機電路如圖4所示。接觸器KM1閉合

15、，門電機正轉，電梯門打開。接觸器KM2閉合，門電機反轉，電梯門關閉。2.4I/O點數的分配根據電梯控制的要求，電梯應具有內呼和外呼按鈕、行程開關、開關門按鈕，以及相應的指示燈，估算所需I/O口的數量，并繪制I/O口分配表，見下表。表2-1 I/O地址分配表序號輸入信號輸出信號編號名稱編號名稱1I0.0開門Q0.0開門2I0.1一層限位Q0.1一層指示3I0.2二層限位Q0.2二層指示4I0.3三層限位Q0.3三層指示5I0.4四層限位Q0.4四層指示6I0.5關門Q0.5關門7I0.6開門到位Q0.6上行指示8I0.7關門到位Q0.7下行指示9I1.0上平層感應器Q1.0高速10I1.1一層內

16、選Q1.1一層內選指示11I1.2二層內選Q1.2二層內選指示12I1.3三層內選Q1.3三層內選指示13I1.4四層內選Q1.4四層內選指示14I1.5下平層感應器Q1.5低速15I1.6上限位Q1.6上行輸出16I1.7下限位Q1.7下行輸出17I2.0一樓上呼Q2.0一樓上行18I2.1二樓下呼Q2.1二樓下行19I2.2二樓上呼Q2.2二樓上行20I2.3三樓下呼Q2.3三樓下行21I2.4三樓上呼Q2.4三樓上行22I2.5四樓下呼Q2.5四樓下行23I2.6關門測試信號2.5PLC外部接線圖根據I/O點數分配表及電梯實現的功能畫出PLC外部接線圖如下圖所示： 圖2-4 PLC外部接

17、線圖3電梯控制系統功能實現與仿真3.1各段程序塊功能3.1.1復位初始化模塊首先觀察檢測電梯是否處于關門狀態，如果不是，就執行關門。當電梯門徹底閉合之后，將關門電機復位，停止關門。梯形圖如下：圖3-1 電梯開關門狀態中間繼電器M1.1的作用是記錄轎廂是不是在樓層上，到達任一樓層后，復位M1.1表示已經到達正確樓層。梯形圖如下：圖3-2 電梯是否到達正確樓層3.1.2內選模塊舉例說明，假設內選一層，內選一層時一層指示燈亮；到達一層并且執行開門時指示燈熄滅；電梯停在某一層時該層指示燈滅。梯形圖如下：圖3-3 一層指示燈電路3.1.3上下行指示中間繼電器當電梯處于下行狀態或者上行沒有到3、4樓的任務

18、時，M0.0有效；當電梯處于上行狀態或者下行沒有到1樓的任務時，M0.1有效；當電梯處于下行狀態或者上行沒有到4樓的任務時，M0.2有效；當電梯處于上行狀態或者下行沒有到1、2樓的任務時，M0.3有效。梯形圖如下：圖3-4 上下行指示中間繼電器3.1.4外呼模塊舉例說明，假設電梯到達二層，則電梯開門。電梯是上行方向或者下行但是沒有往下的任務時取消呼梯信號。梯形圖如下：圖3-5 二樓外呼上行電路3.1.5平層感應有時電梯運行時由于某些影響，導致電梯不能準確的停留在欲停留的樓層，會與樓層出現錯位，因此要加裝平層感應裝置。梯形圖如下：圖3-6 平層感應電路3.1.6電梯高低速運行電梯運行過程中有一個

19、高低速轉換狀態，電梯開始啟動時先進入低速模式，一定時間后轉為高速狀態。當預停車繼電器M2.0有效時，當電梯有上行輸出且上平層感應器接觸時；或者電梯有下行輸出且下平層感應器接觸時；電梯則由高速運行轉為低速運行。當有電梯上行輸出且下平層感應器接觸斷開時；或者電梯有下行輸出且上平層感應器斷開時；電梯由低速運行轉為高速運行。梯形圖如下：圖3-7 電梯高低速運行3.1.7停車模塊M2.0為預停車繼電器，當在一層，有一層內選或上呼時；當在二層，有二層內選或上、下呼時；當在三層，有三層內選或上、下呼時；當在四層，有四層內選或下呼時；則M2.0有效。當平層到位時，M2.0復位。梯形圖如下：圖4-7 電梯高低速

20、運行圖3-8 停車電路3.1.8電梯上下行中間繼電器以下行中間繼電器為例，M0.5為下行繼電器，當電梯在三層，有三樓下呼、二樓上呼、二樓下呼、一樓上呼、轎廂內選一層、轎廂內選二層時；當電梯在二層，有一樓上呼、轎廂內選一層時；當電梯有轎廂內選四層時；下行繼電器M0.5有效。平層到位繼電器有效，當電梯在二層，二樓可上行繼電器有效時；當電梯在三層，三層可上行繼電器有效時；當電梯在一層時；則下行繼電器復位。梯形圖如下：圖3-9 電梯上下行中間繼電器圖4-7 電梯下行中間繼電器3.1.9開關門模塊以開門狀態舉例，在滿足各樓層的開門條件，并且前提是關門狀態時，執行開門，在按下關門電機或者關門到位的時候關閉

21、開門電機，開門到位后延時一段時間，電梯自動關門。梯形圖如下：圖3-10 開門電路3.1.10電梯上下行輸出以上行輸出為例，當上行指示燈亮，關門到位信號有效，電梯既沒有執行開門動作也沒有下行輸出，則電梯上行輸出燈亮。當電梯上限位有效或執行開門動作時，電梯執行上行輸出復位。梯形圖如下：圖3-11 上下行輸出電路3.2程序仿真圖3-12 程序仿真圖4設計總結本設計基本上達到了設計目的,利用PLC實現了對電梯的控制，通過合理的軟件設計，提高了電梯運行的可靠性，改善了電梯運行的舒適感，并節約了電能。利用可編程控制器（PLC）控制技術改造舊電梯，充分利用了現代電力電子技術、計算機原理和檢測技術，達到了對電

22、梯的可靠控制。通過合理的設備選型、參數設置和軟件設計，提高了電梯的運行可靠性。采用PLC改造后的電梯結構緊湊、維修簡單、故障率低。如果PLC與交流變頻調速（VVVF）控制技術結合將提升電梯的的效率和舒適感，有利于電梯的節能。具有一定的經濟效益和社會效益。當然，本次設計還存在一些不足之處，例如:本設計的外圍電路設計過于簡單。但由于時間有限，本人沒有考慮周詳。另外，由于實際條件的限制，本設計是模擬設計不能采集到現場數據，這也是不足之處。當然，設計中肯定還有其他不足和紕漏之處，請各位老師指正。5 參考文獻1 儲云峰.施耐德電氣可編程控制器原理及應用.北京:機械工業出版社.2006.8

23、60;2 宋伯生.PLC 編程原理、算法及技巧M.北京:機械工業出版社.2006 3 劉裁文.電梯控制系統.北京：電子工業出版社.1996 4 陳家盛.電梯結構原理及安裝維修，機械工業出版社.2003 5 陳在平.可編程控制器技術與應用系統設計，機械工業出版社.20056陳建民.電氣控制與PLC應用M. 北京：電子工業出版社.2011. 7 鄧星鐘. 機電傳動控制. 武漢：華中科技大學出版社.2001. 8 靜  康.

24、0;實用電工典型線路圖例. 北京：中國水利水電出版社.1998. 9 朱英韜. 工廠電氣控制技術. 北京：工業大學出版社.1991. 10 楊長能,張興毅. 可編程程序控制器基礎及應用.重慶:重慶大學出版社.2001.18附錄Network 1/ 關門指示LD SM0.1AN I0.6AN I0.7S Q0.5, 1Network 2 / 關門到位1LD I0.7R Q0.5, 1Network 3 / 初始下行復位LD SM0.1AN I0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4AN I1.6S M1.1,

25、 1Network 4 / 復位LD I0.1O I0.2O I0.3O I0.4O I1.7R M1.1, 1Network 5 / 一層內呼LDN I0.1A I1.1LDN I0.1ON Q0.0A Q1.1OLD= Q1.1Network 6 / 二層內呼LDN I0.2A I1.2LDN I0.2ON Q0.0A Q1.2OLD= Q1.2Network 7 / 三層內呼LDN I0.3A I1.3LDN I0.3ON Q0.0A Q1.3OLD= Q1.3Network 8 / 四層內呼LDN I0.4A I1.4LDN I0.4ON Q0.0A Q1.4OLD= Q1.4Netw

26、ork 9 / 二層外呼下響應LD M0.4AN Q1.3AN Q1.4AN Q2.2AN Q2.3AN Q2.4AN Q2.5O M0.5= M0.0Network 10 / 二層外呼上響應LD M0.5AN Q2.0AN Q2.1AN Q1.1O M0.4= M0.1Network 11 / 三層外呼下響應LD M0.4AN Q1.4AN Q2.4AN Q2.5O M0.5= M0.2Network 12 / 三層外呼上響應LD M0.5AN Q1.1AN Q1.2AN Q2.1AN Q2.3AN Q2.0O M0.4= M0.3Network 13 / 一層外呼上燈LD I2.0LDN

27、I0.1ON Q0.0A Q2.0OLD= Q2.0Network 14 / 四層外呼下燈LD I2.5LDN I0.4ON Q0.0A Q2.5OLD= Q2.5Network 15 / 二層外呼下燈LD I2.1LDN M0.0ON Q0.0ON I0.2A Q2.1OLD= Q2.1Network 16 / 二層外呼上燈LD I2.2LDN M0.1ON Q0.0ON I0.2A Q2.2OLD= Q2.2Network 17 / 三層外呼下燈LD I2.3LDN I0.3ON M0.2ON Q0.0A Q2.3OLD= Q2.3Network 18 / 三層外呼上燈LD I2.4LDN

28、 I0.3ON M0.3ON Q0.0A Q2.4OLD= Q2.4Network 19 / 開門LD Q1.1O Q2.0A I0.1LD M0.0A Q2.1LD M0.1A Q2.2OLDO Q1.2A I0.2OLDLD M0.2A Q2.3LD M0.3A Q2.4OLDO Q1.3A I0.3OLDLD Q1.4O Q2.5A I0.4OLDLD I0.0AN Q0.0AN Q0.5OLDAN Q0.5LD Q0.7AN Q0.6EUO I0.6NOTLPSA Q0.0= Q0.0LPPALDO Q0.0= Q0.0Network 20 / 開門后延時3秒LD I0.6TON T3

29、3, 300Network 21 / 關門LD I0.5EUO T33AN Q0.0LD I0.0AN I0.5EUO I0.7NOTLPSA Q0.5= Q0.5LPPALDO Q0.5= Q0.5Network 22 / 上行指令中間繼電器LD Q2.2O Q1.3O Q1.4O Q2.3O Q2.4O Q2.5A I0.2O I0.1LD Q2.4O Q1.4O Q2.5A I0.3OLDAN M0.5LD I0.2A M0.0LD I0.3A M0.2OLDO I0.4O I1.7NOTLPSA M0.4= M0.4LPPALDO M0.4= M0.4Network 23 / 關斷是否

30、下行LD Q2.1O Q1.1O Q2.0A I0.2LD Q2.3O Q1.1O Q1.2O Q2.1O Q2.2O Q2.0A I0.3OLDO I0.4AN M0.4LD I0.2A M0.1LD I0.3A M0.3OLDO I0.1NOTLPSA M0.5= M0.5LPPALDO M0.5= M0.5Network 24 / 上行指示LD Q1.2O Q1.3O Q1.4O Q2.1O Q2.3O Q2.2O Q2.4O Q2.5A I0.1LD Q1.3O Q2.3O Q1.4O Q2.4O Q2.5A I0.2OLDLD Q1.4O Q2.5A I0.3OLDAN Q0.0A

31、I0.7AN Q0.7A M0.4LD I0.4EUO Q0.5O Q0.0O Q0.7NOTLPSA Q0.6= Q0.6LPPALDO Q0.6= Q0.6Network 25 / 下行中間繼電器LD Q1.1O Q1.2O Q1.3O Q2.0O Q2.1O Q2.2O Q2.3O Q2.4A I0.4LD Q1.1O Q1.2O Q2.0O Q2.1O Q2.2A I0.3OLDLD Q1.1O Q2.0A I0.2OLDLDN Q0.0A I0.7AN Q0.6A M0.5LDN I0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4OLDALDLD I0.1O I1.7EULD Q0.5O Q0.0O Q0.6OLDNOTLPSA M1.0= M1.0LPPALDO M1.0=