1、 電氣與自動化工程學院 PLC控制技術課程自主研究型學習技術報告項目名稱： 學生姓名： 學號： 項目序號： 專業： 提交時間： 2016.5.9 指導老師： 單長考 PLC控制技術期中測驗研究型學習大作業任務書五層（或六層）電梯的PLC控制系統研究電梯是高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。隨著社會的發展，建筑物規模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調速精度、調速范圍等靜態和動態特性提出了更高的要求。目前電梯控制主要由PLC（可編程邏輯控制器）實現，現代的電梯控制除了需要滿足基本的載客運貨功能，還需要在保證安全的前提下，自動地、智能地制定最優的響應策略、運行

2、速度等。一、被控對象描述1. 對象模型對象模型分為電梯模型與用戶行為模型兩項。電梯三維模型主要包括：電梯整體（包括轎廂、電機、限位開關、急停按鈕、重啟按鈕等等）、各個樓層按鈕（上行按鈕、下行按鈕、指示燈等等）、電梯內部設備（轎廂開門按鈕、轎廂關門按鈕、指示燈等）等。電梯模型采用多層結構，其外形及示意圖如下所示： 電梯模型中各IO參數均可與PLC通過現場總線相連，實施自動控制。用戶行為模型指軟件系統將模擬各樓層出現的用戶數量（按一定概率模型）以及每位用戶對電梯的操作行為，如每一名用戶按下期望到達的目標樓層按鈕。用戶行為模型可以模擬現實情況下大量用戶使用電梯時的具體用例，從而觀察PLC所控制的電梯

3、的行為是否符合要求。2. 設計參數（以六層電梯為例）名稱設計參數名稱設計參數客梯數量1N個客梯層數6層載重1000kg定員13人3. 輸入輸出數據（1）發往控制器的數字量信號分類變量說明數量呼梯信號1-6層站轎內指令登記按鈕61-5層站上行呼叫按鈕52-6層站下行呼叫按鈕5控制信號轎廂內開門按鈕1轎廂內關門按鈕1開門到位1關門到位1紅外光幕信號1超重感應器1轎門鎖開關11-6層站門鎖開關6上平層傳感器1下平層傳感器1上端站強迫換速開關（第一限位）1下端站強迫換速開關1上端站越位控制開關（第二限位）1下端站越位控制開關1檢修開關1合計36（2）控制器輸出的數字量信號分類變量說明數量內選、外召喚指

4、示信號1-6層站轎內指令登記燈61-5層站上行呼叫按鈕登記燈52-6層站上行呼叫按鈕登記燈5層樓信號顯示七段數碼管輸出信號7上行指示信號1下行指示信號1控制信號曳引電機啟動信號1上行方向接觸器1下行方向接觸器1開門繼電器1關門繼電器1電梯高速運行1電梯低速運行1一級制動減速接觸器1二級制動減速接觸器1三級制動減速接觸器1故障指示燈1轎內照明1風扇1合計38二、控制任務1. 單部電梯基本功能根據不同樓層客戶需求，即時響應，實現自動平層、開關門、超重提示、實現上下限位，層門聯鎖保護等，并根據不同的需求實現合理的響應。具體地，應包含但不限于如下功能：1） 集選控制集選控制是指在信號控制的基礎上把召喚

5、信號集合起來進行有選擇的應答。電梯在運行過程中可以應答同一方向所有層站呼梯信號和操縱箱上的選層按鈕信號，并自動在這些信號指定的層站平層停靠。電梯運行響應完所有呼梯信號和指令信號后，停在最后一次運行的目標層待命。2） 開關門控制電梯未起動且門已關上或正在關閉時，如果本層召喚按鈕被按下，轎門自動打開。如果按住按鈕不放，門保持打開。自動狀態下，在保持開門的狀態時，可以按關門按鈕使門立即響應關門動作。電梯停在門區時，可以在轎廂中按開門按鈕使電梯已經關閉或尚未關閉的門重新打開。3） 錯誤指令消除當電梯到達最遠層站將要反向時，原來所有后方登記的指令全部消除。連按2次錯誤指令的按鈕，該等級的信號就被取消。4

6、） 開門延時/關門保護無司機運行時，電梯到站自動開門后，延時若干時間自動關門。在關門過程中，當安裝在轎廂門口的光電信號或機械保護裝置探測到有人或物體在此區域時，立即重新開門。5） 待載休眠電梯無指令時或外登記超過一段時間后（此時間可通過參數調整），轎廂內照明、風扇自動斷電。但在接到指令或召喚信號后，又會自動重新上電投入使用。2. 單部電梯運行（異常）狀態監測在電梯整個運行過程中，監測狀態參數以及各種反饋信號等，確保電梯穩定運行。在故障情況下，制定相應的安全策略。具體地，應包含但不限于如下功能：1） 超載保護轎廂載荷超過設定值時，電梯不響應沿途的層站召喚，按登記的轎內指令行使。電梯超載時，轎內發

7、出音頻或視頻信號，并保持開門狀態，不允許起動。2） 終端越程保護電梯的上下終端都裝有終端減速開關、終端限位開關，以保證電梯不會越程。3） 開關門保護如果電梯持續關門一段時間（該時間可設定）后，尚未使門鎖閉合，電梯就會轉換成開門狀態。如果電梯在持續開門一段時間（時間可調整）后，尚未收到開門限位信號，電梯就會變成關門狀態，并在門關閉后，響應下一個召喚和指令。4） 運行保護為安全起見，在門區外，系統設定不能開門。在非檢修狀態，電梯運行過程中，如果連續運行了運行時間限制器規定的時間后，其中沒有平層開關動作過，系統就認為檢測到鋼絲繩打滑故障，所以就停止轎廂的一切運行，直到斷電復位或轉到檢修狀態時，才能恢

8、復正常運行。3. 集群電梯的群控實現（本次作業為選做）針對多部多層電梯實施聯合控制，滿足常見不同應用場合下集群電梯的控制策略切換。電梯具體的動作行為需參賽隊伍根據競賽時所提出的應用目標進行靈活調整。三、作業要求本次作業是來源于Siemenscup賽題，作業以一個虛擬的控制工程項目為背景展開。任課教師作為甲方發布控制工程招標需求，學生2人一個團隊隊伍以乙方身份，根據甲方提出的控制任務，進行工程技術方案設計，并以甲方工程承包商的身份進入現場實施控制工程項目。作業綜合訓練、考察學生團隊系統分析能力、系統設計能力以及系統實施能力。學生團隊在理解被控對象的基礎上，完成：1. 工程方案設計（作業重點要求）

9、工程方案設計主要內容包括：（1）系統分析，包括甲方需求分析、對象特性分析、安全分析等；（2）控制系統設計，包括控制邏輯、控制回路、控制算法等的選擇及理由（3）控制系統選型，包括PLC、IO卡件、通訊網絡的選擇，并表達出各單元之間的信號連接；（4）控制方案經濟效益分析。一、運輸帶控制系統的設計1.1整體方案1、進行PLC的I/O地址分配，并畫出運輸帶控制系統的PLC控制系統的接線圖。2、設計由PLC 控制的傳輸帶梯形圖程序。3、輸入自編程序，上機調試、運行直至符合動作要求。4、綜合輸入輸出點的計算以及要實現的電梯控制功能，使用西門子s7-300PLC，這樣就能完全能夠滿足設計要求。PLC S7-

10、300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求，有很高的的電磁兼容性和抗震動抗沖擊能力。高集成度的設計、低廉的成本使得s7-300成為各種小型控制任務理想的解決方案，適用于各行各業，各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。并且，西門子s7-200PLC具有：極高的可靠性、豐富的指令集、極快的浮點運算速度、豐富的擴展模塊、強大的內部集成功能等幾個方面的出色表現。5、根據控制要求得波形圖如下：1.2 I/0地址分配 1.3 I/O接線圖 1.4流程圖 1.5梯形圖程序1.6調試步驟與結果1、按動啟動按鈕SB1，M2轉動，過3秒后，M1轉動，過3秒后，M0轉動，再過2秒后，料門L打開，出料。料

11、經輸送帶M0,M1，M2送到卸料處。2、按下停止按鈕SB2，料門L1關閉，停止送料，過3秒后，輸送帶M0停止轉動，再過3秒后，輸送帶M1停止轉動，再過3秒后，輸送帶M2停止轉動。3、如果在啟動過程中按動停止按鈕SB2，若僅M2啟動，則M2停止；若M2、M1啟動，則先停M1，后停M2；若M2、M1、M0啟動，則先停M1，再停M0，最后停M2。二、基礎實訓項目二：模擬量采集與數據處理的綜合應用2.1整體方案1、在OB35中編寫定時器中斷服務程序，在定時器中斷中采集電位器上的電壓（05V）,采集的地址為IW272。2、計算出溫度，根據計算公式 T=100N/27648完成D/A轉換程序，將采集到數據

12、量轉換成實際的溫度值（即溫度值），把采集到的數據量放到共享數據塊DB2中。3、計算開度，根據計算公式K=13824N/100完成A/D轉換程序，將電壓值轉換成開度值，并存到DB2中，輸出地址為QW272。4、編寫程序將轉換成的實際電壓值變成數據量5、PLC處理模擬量的一般方法 在PLC組成的自動控制系統中,對物理量(如溫度、壓力、速度、振動等)的采集是利用傳感器(或變送器)，將過程控制中的物理信號轉換成模擬信號后,通過PLC提供的專用模塊,將模擬信號再轉換成PLC可以接受的數字信號,然后輸入到PLC中。由于PLC保存數據時多采用BCD碼的形式,所以經過A/D專用模塊的轉換后,輸入到PLC的數據

13、存儲單元的數據應該是一個BCD碼。6、編程方法：語句表7、WINCC與PLC的連接時通過（TCP/IP協議），定義溫度值，通過TCP/IP讀取DB2中的數據。定義開度K，由WINCC輸入，放入DB2.DBW4中。電位器電壓先通過A/D轉換成數字量N，在通過N來得到T，如圖3.1所示。 2.2 I/O接線圖2.6 調試步驟調試WINCC前先要建立以太網的連接，定義數據類型，并使輸入輸出對應相應的變量。下載程序后進入周期為1s的定時器中斷，電位器輸入電壓時，開始采集PIW288輸入的數字量，存放到共享數據塊DB2中，通過語句表計算后在WINCC上顯示模擬量。在WINCC上輸入開度，也是存放在DB塊

14、中，通過模數轉換從PQW288輸出。2.7調試結果輸 入輸 出電壓PIW 288溫度值執行器開度PQW 288電壓V0V000002V563220.3703720%28161.035V1408050.46350%70402.5210V100%140805三綜合型自主實訓項目：五層電梯控制系統的設計3.1控制要求電梯由安裝在各樓層廳門口的呼叫按鈕進行操縱，其操縱內容為呼叫電梯、運行方向和停靠樓層。電梯上、下由一臺三相異步電動機驅動，電動機正反轉由變頻器控制；電動機正轉，驅動電梯上升；電動機反轉，驅動電梯下降。整個控制由選層按鈕，層樓指示數碼管、層樓行程開關、召喚按鈕等構成。控制要求如下：電梯啟動

15、后，首先在一層，有呼叫則電梯上升，上升過程只響應大于等于當前樓層的選層信號和召喚信號，且記憶其他信號，并到達所選樓層或上升到召喚樓層后停止，且消除該樓層的層選信號或召喚信號。此后若無其他樓層層選或召喚信號（含記憶信號），則停于此樓層，若有則繼續運行。到達五樓后，有其他樓層的層選或召喚信號則電梯下降，下降過程只響應小于等于當前樓層的選層信號和召喚信號，且記憶其他信號，并到達所選樓層或下降到召喚樓層后停止，且消除該樓層的層選信號或召喚信號。此后若無其他樓層的層選或召喚信號（含記憶信號），則停于此樓層，若有則繼續運行。到達一樓后又重新開始上述循環。每到一層，電梯停留3S。3.2總體設計方案1）設計方

16、案的比較.用單片機實現該方案時有以下缺點和不足： 單片機實現該方案所需要的外圍電路多，工作量相當于PLC較大； 它的可靠性以及抗干擾性也顯然不如PLC； 它的中斷優先級不明確，相對于PLC而言用起來較復雜； 它的配套設施和功能沒有可編程控制器PLC完善。 .用可編程控制器PLC優勢是很明顯的 n 可靠性高，抗干擾能力強 ； n 配套齊全，功能完善，適用性強 ； n 系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 ； n 體積小，重量輕，能耗低 。 綜上所述，我選擇用PLC控制器設計五層電梯。2）PLC設備的選型及依據選擇的是西門子的S7-300/400系列的PLC，對S7-300/400做出簡要

17、的說明：SIMATIC S7-300/400系列PLC是基于模塊化設計的中型和大型PLC，具有各種性能的PLC、信號模塊、功能模塊和通信模塊，適用于中高等性能要求的控制人物。本設計有24個輸入和24個輸出，S7-300/400正好滿足此要求。3） 設計思路整個電梯的設計分為呼叫信號記憶、樓層顯示、轎箱開關門、加減速停靠、呼叫方向判斷幾個部分。呼叫信號記憶采用自鎖的方式實現，并在其中串入各樓層停靠完成信號的常閉，在到達各層時將對應呼叫信號解除。樓層顯示采用數碼管，利用I_BCD將各樓層號轉換為BCD碼，當每層定位傳感器有效時對該層樓層號進行轉換后輸出，在到達下層前保持當前顯示。轎箱開關門是在對應

18、呼叫樓層停靠完成后，電梯開門等待人員進入在延時幾秒后或者箱內按下關門按鈕后電梯關門，當門完全關閉后接著響應下一個呼叫。加減速停靠是在當有呼叫信號電梯高速運行，當感測到被呼叫的樓層定位傳感器第一次時電梯切換到低速，第二次信號到來時停靠。呼叫方向判斷是用5個寄存器表示各層到位狀態信號，然后統計在各個樓層時電梯上升的所有呼叫條件并配合各層到位狀態信號得到各樓層上升方向信號，依次列出電梯在1到4層時電梯上升方向信號最終輸出總的上升方向狀態，下降方向判斷方向相同。然后將上升與下降方向信號分別互鎖。3.3.硬件電路設計1）I/O分配表名稱輸入/輸出I/O地址TO傳感器 繼電器 電磁閥含義五層電梯實訓裝置輸

19、入I0.0B1一層定位傳感器I0.1B2二層定位傳感器I0.2B3三層定位傳感器I0.3B4四層定位傳感器I0.4B5五層定位傳感器I0.5S1一層上呼按鈕I0.6S2二層上呼按鈕I0.7S3二層下呼按鈕I1.0S4三層上呼按鈕I1.1S5三層下呼按鈕I1.2S6四層上呼按鈕I1.3S7四層下呼按鈕I1.4S8五層下呼按鈕I1.5S9轎箱開門按鈕I1.6S10轎箱關門按鈕I2.0S12轎箱呼叫一層按鈕I2.1S13轎箱呼叫二層按鈕I2.2S14轎箱呼叫三層按鈕I2.3S15轎箱呼叫四層按鈕I2.4S16轎箱呼叫五層按鈕I2.5S17開始按鈕I2.6S18復位按鈕I2.7S19檢修按鈕輸出Q0.

20、0BCD碼輸出1Q0.1BCD碼輸出2Q0.2BCD碼輸出4Q0.3L1一層上呼指示燈Q0.4L2二層上呼指示燈Q0.5L3二層下呼指示燈Q0.6L4三層上呼指示燈Q0.7L5三層下呼指示燈Q1.0L6四層上呼指示燈Q1.1L7四層下呼指示燈Q1.2L8五層下呼指示燈Q1.3L9轎箱一層呼叫指示燈Q1.4L10轎箱二層呼叫指示燈Q1.5L11轎箱三層呼叫指示燈Q1.6L12轎箱四層呼叫指示燈Q1.7L13轎箱五層呼叫指示燈Q2.0轎箱開門Q2.1轎箱關門Q2.4電梯正轉Q2.5電梯反轉Q2.6低速運行Q2.7 高速運行2）PLC硬件接線圖3）流程圖圖2：OB1程序流程圖圖3：FC1程序流程圖

21、圖4：FC2程序流程圖圖5：FC3程序流程圖圖6：FC4程序流程圖3.4程序1）OB1主程序：2） FC1呼叫信號記憶：FC2樓層顯示程序： FC3呼叫方向判斷程序： FC4加減速停靠程序：FC5轎廂開關門程序：3.5調試步驟和結果（1）檢查接線無誤后，上電；（2）下載硬件和軟件；（3）按下三層上呼按鈕，三層上呼指示燈亮電梯接通上行，電梯到達三層定位傳感器位置，此時，電梯上行切斷并且熄滅三樓上行指示燈，轎箱開門，轎箱開門后乘客可進出轎箱，從停層開始延時2秒后轎箱關門，也可以按關門按紐提前關門，并等待乘客輸入轎箱呼叫信號。在上述基礎上，先按下五層樓轎箱呼叫按鈕，再分別按下四層下呼按鈕和一層上呼按

22、鈕。此時，電梯先接通上行經過四樓時不停車。 到達五層定位器傳感器位置停車開門，同時熄滅五樓指示燈。從停層開始延時2秒后轎箱關門，之后再作電梯接通下行，經過四層定位傳感器位置時停車開門，并熄滅四樓指示燈。從停層開始延時2秒后轎箱關門后電梯再次接通下行，經過三樓不停車，到達一層定位傳感器位置時停車開門。 同時熄滅一樓指示燈，從停層開始延時2秒后轎箱關門，也可以按關門按鈕提前關門，并等待乘客輸入轎箱呼叫信號。接第2項中，若此時按下二層樓轎箱呼叫按鈕和一層上呼按鈕，電梯立即開門，并熄滅一樓指示燈，從停層開始延時2秒后轎箱關門。次后電梯接通上行，若此時再壓下一層上呼按鈕或開門按鈕，電梯都不會開門并繼續上

23、行。 電梯到達二層定位傳感器位置，同時切斷上行并熄滅二樓指示燈，延時后自動開門，從停層開始延時3秒后轎箱關門，也可以按關門按鈕提前關門，并等待乘客輸入轎箱呼梯信號。四收獲與體會這一次的PLC實訓，我學會了很多東西，PLC數字量模塊的運用又進行了加強，而且在此基礎上還學會了模擬量模塊的運用和編程，以及PLC與WINCC的通訊使用。我的綜合項目是做五層樓的電梯控制。電梯在我們日常生活中是隨處可見的，所以一開始我以為電梯的設計很簡單的，但是在分析設計的過程中才發現它的設計并不簡單，特別是要實現電梯的實際運行情況是非常復雜的。 我做的第一個項目是運輸帶，運輸帶值運用了數字量模塊，設計比較簡單，也很容易設計。但相對的第二個項目模擬量采集就比較有困難了，在課堂上老師雖然講過關于模擬量的知識，但真正的運用到實際中，還是不知道如何做，在老師的指導下，我們開始查相關的知識，終于了解如何去設計。第三個項