1、菏澤學院HezeUniversity課程設計題 目 兩層貨運電梯控制系統姓 名 袁碩 學號 2015174084院 系蔣震機電工程學院專 業 自動化（本）指導教師 楊慧剛 職稱 助教年月日菏澤學院教務處制精選文檔PLC 課程設計任務書及成績評定專業 自動化 設計題目 兩層貨運電梯控制系統學生姓名 袁碩 學 號 2015174084 指導教師 楊慧剛 指導教師職稱 助教1. 設計的主要內容（技術指標）與要求：本文主要介紹運用 PLC 所控制的兩層貨運電梯控制系統，以及相關程序和硬件的設計。 主要內容包括：1. 兩層貨運電梯控制系統的基本結構原理；2. 兩層貨運電梯控制系統的 PLC 機型選擇、

2、I/O 分配以及外部接線圖；3. 兩層貨運電梯控制系統的控制流程及相關程序的設計。2.進度安排：第一、二天：查閱相關文獻第三、四天：確立多個方案，選擇最優方案第五、六天：針對方案進行硬件電路設計并調試第七、八天：針對方案進行軟件設計并調試第九、十天：總結報告，寫論文成績評定設計成績指導老師： （簽字） 年 月 日目錄摘 要. 1關鍵詞 . 1Abstract . 1Key words . 11 緒論 21.1 概述 . 31.2 設計題目應用背景和意義 . 31.3 課程設計目的 . 31.4 電梯的工作原理 . 31.5 系統組成總體結構 . 42 硬件設計 . 52.1 PLC 的選定與基

3、本結構 52.1.1 CPU 的構成及功能 52.1.2 儲存器 . 52.1.3 I/O 點的統計與 CPU選型 52.1.4 PLC 的選取 52.1.5 PLC 基本結構 62.2 PLC 輸入/ 輸出接口分配 62.3 電機控制部分電路 . 72.3.1 曳引電機 . 72.3.2 門電機 . 73 軟件設計 93.1 程序過程分析 . 93.2 調試方法 . 93.3 程序流程圖 . 103.4 主程序設計梯形圖 . 114 課程設計總結 . 12參考文獻 . 13附錄 . 14致謝 . 19兩層貨運電梯控制系統專業學生袁碩指導教師楊慧剛摘 要：本文在闡述電梯的結構和可編程控制器的機

4、構和工作原理的基礎上，針對兩層電梯，采用西門子 S7-200（ CPU224）可編程控制器，提出了電梯的 PLC 控制系統的總體方案、設計過程、組成，包括 電梯的選層和定向模塊、電梯運行方向和停靠的層站的控制，自動運行和自動開關門等功能。通過對PLC 編寫相應的梯形圖程序， 達到電梯的不同情況的運行的控制。其結構簡單， 使用方便， 便于理解和 掌握。關鍵詞： PLC；電梯；邏輯控制Two layers of the elevator PLC control designStudent majoring in automation Yuan ShuoTutorYang hui GangAbstr

5、act： This article on the structure of the elevator and the institutions and working principle of programmable controller, on the basis of in view of the two layers of elevator, the Siemens S7-200 CPU224) programmable controller, the overall scheme of the elevator PLC control system was put forward,

6、the design process, composition, including the selected layer and orientation of the lift module, the control of elevator running direction and parked stop, automatic operation and automatic doors, and other functions. Write the corresponding based on PLC ladder diagram program, to the different sit

7、uation of elevator running control. Its structure is simple, easy to use, easy to understand and grasp.Key words: PLC; The elevator; Logic control1 緒論隨著城市建設的不斷發展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經濟和生活中有著廣泛 的應用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已于人們的日常生活密不可分。在許 多交通設備中，電梯時自動化程度最高的先進設備的一種。以前的電梯主要是采用單片機控制，其性能等各方面都不太完善，現在電梯控制系 統多采用 PLC，從電

8、梯的性能、器件的靈活性及安全保障等方面都有了很大的提高。實 際上電梯是根據外部呼叫通信以及自身控制規律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際 上是一個人機交互式的控制系統，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的， 因此，電梯控制系統采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一 是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集，運行狀態和功能的設定，實現電 梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則有變頻器來完成；第二種控制方式用可編程 控制器( PLC)取代微機實現信號集選控制。有 PLC 控制代替傳統繼電器控制已成為發 展定局。 PLC 是集計算機控制、自動控制技術、通信技術為一體

9、的新型自動控制裝置。 它的編程軟件采用易學易懂的梯形圖語言，控制靈活方便，抗干擾能力強，運行穩定可 靠，通過對電梯控制系統的研究和設計， 可以更加深刻的了解和認識 PLC 技術的核心和 未來發展的方向。PLC(Programmable Logic Controlle)r ，可編程邏輯控制器，是一種數字運算操作的 電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存 儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算數操作等面向用戶的指令，并通過 數字或模擬式輸入 / 輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器是以微處理器 為核心，結合計算機技術，自動控制技術和通信技術發

10、展起來的一種新型工業控制裝置。 目前可編程控制器成為工業領域中最重要應用最多的控制裝置， 居工業生產自動化三大 支柱的首位。其應用的深度和廣度成為衡量一個國家工業自動化程度高低的標志。1.1 概述 本文提出了一種基于西門子 S7-200系列 PLC 的兩層電梯控制系統方案。本方案以 西門子 PLC S7-200（CPU226）作為主控核心，與輔助電路相結合，組成兩層電梯系統。 設計包括兩個方面，一是系統的硬件設計，包括 PLC，曳引電機和門電路；二是系統的 軟件設計，實現程序對系統的實現。電梯由安裝在每個樓層的上升和下降呼叫按鈕進行 呼叫操縱，其操縱內容為電梯運行方向， SQ4，SQ5為到位行

11、程開關。使電梯完成上行、 下行功能，并有故障提示。1.2 設計題目應用背景和意義 課程設計的主要目的是通過某一生產設備的電氣控制裝置的設計實踐， 了解一般電 氣控制系統設計過程、設計要求、應完成的工作內容和具體設計方法。通過設計也有助 于復習、鞏固以往所學的知識，達到靈活應用的目的。電氣設計必須滿足生產設備和生 產工藝的要求，因此，設計之前必須了解設備的用途、結構、操作要求和工藝過程，在 此過程中培養從事設計工作的整體觀念。課程設計應強調能力培養為主，在獨立完成設 計任務的同時，還要注意其他幾方面能力的培養與提高，如獨立工作能力與創造力；綜 合運用專業及基礎知識的能力，解決實際工程技術問題的能

12、力；查閱圖書資料、產品手 冊和各種工具書的能力；工程繪圖的能力；書寫技術報告和編制技術資料的能力。1.3 課程設計目的 課程設計的主要目的是通過某一生產設備的 PLC 控制裝置的設計實踐，了解一般PLC控制系統設計過程、設計要求、應完成的工作內容和具體設計方法。通過設計也有 助于復習、鞏固以往所學的知識，達到靈活應用的目的。 PLC 設計必須滿足生產設備和 生產工藝的要求，因此，設計之前必須了解設備的用途、結構、操作要求和工藝過程， 在此過程中培養從事設計工作的整體觀念。課程設計應強調能力培養為主，在獨立完成 設計任務的同時，還要注意獨立工作能力與創造力等方面能力的培養與提高。1.4 電梯的工

13、作原理 兩頭分別連著轎廂和對重， 環繞在曳引輪和導向輪上靠曳引繩與通過減速器變速后 帶動曳引輪轉動曳引輪摩擦產生的牽引力是實現轎廂起落運動和達到運輸目的主要動 力，導靴固定在轎廂上，可以沿著安裝在墻體上的固定導軌做重復起落運動，預防轎廂 在運動中偏斜或擺動，常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉，在失電情況 下制動，使轎廂停止運動，并在指定層站上保持其靜止狀態，讓人員和貨物出入，運載 乘客或其他載荷的箱體的部件是轎廂，用來補充曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳 引電動機安全運行， 轎廂得以安全停靠的裝置也很重要， 電氣系統控制電梯選層、 平層、 測速和照明工作，并隨時顯示轎廂的運動方向和

14、所在樓層位置，安全裝置保證電梯運行 安全。1.5 系統組成總體結構通過利用 PLC控制兩層電梯的設計方案總體框圖如圖 1 所示門電機傳感器： 行程 開關電梯指令按 鈕圖1 設計方案總體框圖各部分功能： （1）以 PLC 為主控制器，接收電梯的樓層呼叫信號與霍爾元件產生的樓層感應信號 行程開關），經程序判斷使曳引電機和門電機啟動，并通過樓層指示燈和上下行指示燈 顯示電梯的行程，如有故障則故障燈亮。（2）樓層位置感應，用霍爾元件實現，用霍爾元件輸出的開關量表示感應到的電梯當 前位置，用三個開關量 SQ4，SQ5 表示。當 SQ4接通時，表示電梯當前位置為一樓； SQ5 接通時，表示電梯當前位置為二

15、樓。 SQ4，SQ5即行程開關。（3）電梯指令按鈕按下，表示要到達的樓層。（4）門電機通過正轉反轉控制電梯的開門關門。（5）曳引電機控制電梯的上升與下降。（6）樓層指示燈顯示樓層的位置，上下行指示燈顯示轎廂的運行方向，故障報警燈是 當斷電時產生故障顯示的裝置。2 硬件設計2.1 PLC 的選定與基本結構完成所設定的控制任務所需要的 PLC 規模主要取決于控制系統對輸入輸出點的需 求量和控制過程的難易程度。2.1.1 CPU的構成及功能與一般計算機一樣， CPU是 PLC的核心，它按 PLC中系統程序賦予的功能指揮 PLC 有條不紊的工作。 CPU芯片的性能關系到 PLC 處理控制信號的能力與速

16、度， CPU位數 越高，系統處理信息量越大，運算速度越快。隨著芯片技術的不斷發展， PLC 所用的 CPU 芯片也越來越高檔。 CPU 在 PLC 中主要的任務有五個：控制用戶程序和數據的接 收與存儲； 通過 I/O 接口接收現場信號狀態或數據， 存在輸入映像寄存器或數據存儲器 里面；診斷內部故障和語法錯誤；傳送數據、邏輯或算術運算等；更新結果，經輸出部 件輸出控制 1。2.1.2 儲存器PLC 的存儲器包括系統存儲器和用戶存儲器兩部分。系統存儲器用來存放由 PLC 生產廠家編寫的系統程序，并固化在 RAM 內，用戶不能直接更改。用戶存儲器包括用 戶程序存儲器和功能存儲器兩部分 3。2.1.3

17、 I/O 點的統計與 CPU 選型輸入、輸出 接口是 PLC 與外界連接的接口。輸入接口用來采集和接受兩種類型的 輸入信號：一類是由按鈕、選擇開關、行程開關、繼電器觸點、接近開關、光電開關數 字撥碼開關等的開關量輸入信號 2；另一類是由電位器、測速發電機和各種變換器傳來 得各種模擬信號。輸出接口用來連接被控對象中各種執行元件，如接觸器、電磁閥、指 示燈、調節閥、調速裝置等。系統的輸入點有： 樓層感應 2個，開關門感應 3個，指令按鈕 4 個，共計輸入 9個。 輸出點有：電梯上行下行指示燈 2個，開關門運行指示燈 2個，共計輸出 4個。總計 I/O 點數為 9/4 。綜上所述，根據具體情況，選擇

18、西門子 S7-200系列 PLC，因為 CPU224的輸入/ 輸 出點數為 14/10，所以所選 CPU 型號為 224。2.1.4 PLC的選取內存估計：用戶程序所需內存容量要受到下面幾個因素的影響：內存利用率；開關 量輸入輸出點數；模擬量輸入輸出點數；用戶的編程水平 5。程序編寫質量：用戶編寫的程序優劣對程序長短和運行時間都有較大影響。對于同般來說對初編者應樣系統不同用戶編寫程序可能會使程序長度和執行時間差距很大 為內存多留一些余量，而有經驗的編程者可少留一些余量。響應時間：對過程控制，掃描周期和響應時間必須認真考慮。可編程控制器順序掃 描的工作方式使它不能可靠地接收持續時間小于掃描周期的

19、輸入信號4。2.1.5 PLC基本結構 可編程控制器實際上是一種工業控制計算機，它的硬件結構與一般控制系統相似， 可編程控制器主要有 CPU（中央處理單元）、存儲器（ RAM 和 EPROM）、輸入 / 輸出模 塊）簡稱 I/O 模塊）、編程器和電源五大部分組成 6。PLC 的基本結構如圖 2 所示編程器中央處理單元（CPU）輸出電路系統程序儲存區用戶程序儲存區圖 2 PLC基本結構框圖2.2 PLC 輸入/ 輸出接口分配 設計的要求，輸入信號有：樓層感應 2 個，開關門感應 3個，指令按鈕 4 個，共計 輸入 9個。輸出點有：電梯上行下行指示燈 2 個，開關門運行指示燈 2個，共計輸出 4

20、個。總計 I/O 點數為 9/4 。表1 控制信號輸入輸出文字符號說明文字符號說明SB5開門H1電梯內一層按鈕指示燈SB6關門H2電梯內二層按鈕指示燈SB1電梯內一層按鈕H11一層上升呼叫按鈕指示燈SB2電梯內二層按鈕H22二層下降呼叫按鈕指示燈SB11一層上升呼叫按鈕KM1電動機正轉SB22二層下降呼叫按鈕KM2電動機反轉SB7檢修開關YA1電梯開門ST1電梯一層到位限位YA2電梯關門ST2電梯二層到位限位HA電梯故障警報ST5電梯關門到位限位SP電梯載重超限檢測FR電動機過載保護電熱器表2 輸入輸出分配表輸入輸出輸入點編號說明輸出點編號說明I1.2.開門Q0.0電梯內一層按鈕指示燈I1.3

21、關門Q0.1電梯內二層按鈕指示燈I0.0電梯內一層按鈕Q0.2一層上升呼叫按鈕指示燈I0.1電梯內二層按鈕Q0.3二層下降呼叫按鈕指示燈I0.2一層上升呼叫按鈕Q0.4電動機正轉I0.3二層上升呼叫按鈕Q0.5電動機反轉I0.4檢修開關Q0.6電梯開門I0.5電梯一層到位限位Q0.7電梯關門I0.6電梯二層到位限位Q1.0電梯故障報警I0.7電梯關門到位限位I1.0電梯載重超限檢測I1.1電動機過載保護電熱器2.3 電機控制部分電路2.3.1 曳引電機電梯的種類多種多樣，按拖動系統來分有交流單速 / 交流雙速拖動電梯、交流調壓 調速電梯等等。在此次設計中，將采用交流單速電機作為曳引電機，它的優

22、點是簡單， 經濟，舒適感好。曳引電機主電路的控制過程：曳引電機正轉時， KM1 閉合，電梯向上運動；曳引 電機反轉時， KM2 閉合，電梯向下運動。2.3.2 門電機門電機主電路的控制過程：當 KM3 觸點閉合，電機正轉，轎廂門打開；當 KM4 閉 合，電機反轉，轎廂門關閉。圖3 主電路3軟件設計軟件系統的整體思路為：對電梯的運行狀態控制進行分類：上行，下行，停車以及 各個指示燈的控制。文中采用模塊化控制，將啟動 / 停止，上行，下 行，停車，指示燈， 定時器以及臨時變量的存儲， 分別做成對應的梯形圖網絡， 這樣做的優點是： 結構清晰， 可維護性強，調試簡單易行。3.1 程序過程分析 打開電鎖

23、，運行過程分析分為以下 5 種情況：（1）1 樓電梯外呼叫（ SB1）按下 SB1，中間繼電器 KA1 自鎖，此時，電梯如果在 1 樓，SQ4 被觸碰，開門 -延 時-關門；電梯如果在 2 樓，KM2 得電自鎖，直到 SQ4被觸碰 KM2 斷電，開門 -延時- 關門。當進入電梯內時，電梯自動上行，如果此時按 SB3，電梯不會上行，而是等到電 梯開關門好后才會運行。（2）2 樓電梯外呼叫（ SB2）按下 SB2，中間繼電器 KA2 自鎖，此時，電梯如果在 2 樓，SQ5 被觸碰，開門 -延 時-關門；電梯如果在 1 樓，KM1 得電自鎖，直到 SQ5被觸碰 KM1 斷電，開門 -延時- 關門。當

24、進入電梯內時，電梯自動下行，如果此時按 SB3，電梯不會下行，而是等到電 梯開關門好后才會運行。（3）電梯內呼叫開門（ SB3） 按下 SB3后，開門 -延時-關門。（4）電梯內呼叫關門（ SB4） 按下 SB4后，電梯關門運行。（5）開門 -延時-關門KM3 得電自鎖直到 SQ2或極限 SQ3 被觸碰時斷開， SQ2或極限 SQ3被觸碰時時間 繼電器得電，延時閉合使 KM4 得電自鎖直到 SQ1 被觸碰時斷開。3.2 調試方法 首先是電梯的升降調試和開關門調試。 這主要是對程序中的升降問題設計和開關門 設計的檢驗。假設電梯在初始時是在一樓。現在我們按下二樓的內呼按鈕看電梯能否正 常上升并且到達二樓后自動停止。然后是開門驅動線圈的得電開門。當門觸及限位開關 時停止開門并延時四秒后關門線圈得電開始關門。 當門完全管好時觸及限位開關延時三 秒等待命令。在這一過程中我們還可以檢驗在這時有請求是電梯會不會相應而不顧及門 是否關好。3.3 程序流程圖兩層電梯的順序功能流程圖如下：