常州大学PLC课程设计.docx

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常州大学PLC课程设计

序号:

学号:

课程设计

设计课程名称：

四层电梯PLC控制系统设计

题目：

四层电梯PLC控制系统设计

学生姓名：

李琦

学院：

信息科学与工程学院专业班级：

电气101

指导教师：

王雪，荆胜南专业技术职务：

副教授

设计时间：

2012年12月31日2013年1月11日

一、前言

1、电梯发展趋势

在现代工业自动化领域中，电梯行业实现功能越来越多，已经采用各种尖端技术和嵌入式技术，因此使得控制对象（被控制设备）的设计越来越复杂。

单片机作为一种价格性能比良好的计算机，在当今各个领域得到广泛的应用。

电梯已成为现代化生活的必要设备，研究电梯模拟系统，能够使自己在综合应用所学知识的同时，可以将该模型应用于相关课程的实验教学，更可以作相应学校教学的科普仪器。

环保。

当今世界非常清晰地认识到生存与发展的关系：

不环保就无法生存，没有生存根本谈不上发展。

绿色理念在全球已经深入人心，绿色理念是电梯发展总趋势。

有专家预言"谁最先推出绿色产品并抢占市场，谁就掌握市场竞争主动权"。

发展趋势主要有如下：

不断改进产品的设计，生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。

电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等无润滑油污染曳引方式。

电梯装璜将采用无（少）环境污染材料。

电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。

安装电梯将无需安装手脚架。

电梯零件在生产和使用过程中对环境没有影响（如刹车皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。

就我国的电梯行业来说这几年已经有了翻天覆地的变化，不再跟着其他国家后面抄袭技术，我们的有些电梯企业已经掌握了国际尖端技术的产品。

我国电梯发展大概会走以下趋势：

首先，国家政策开始重视，从2004年重新开始已经停止了两年的电梯生产许可证验收颁发，结束了各种投资无法投资电梯行业的状况，而且对电梯生产企业的管理更上一个新的台阶；其次，电梯行业投资踊跃，在2004年新增电梯生产企业几十家，其他相关企业有几百家；电梯市场继续扩大、电梯技术发展迅速，目前电梯企业均向第四代无机房电梯技术靠近，而且最受关注的电梯新技术还有永磁同步技术、乘客识别系统、指纹识别系统等。

就在去年国际最新电梯八大应用技术有：

1全数字识别乘客技术（所有乘客进入电梯前进行识别，其中包括眼球识别、指纹识别）；

2数字智能型安全控制技术（通过乘客识别系统或者IC卡以及数码监控设备，拒绝外来人员进入）；

3第四代无机房电梯技术（主机必须与导轨和轿厢分离，完全没有共振共鸣，速度可以达到S以上，最高可以使用在30层以上）；

4双向安全保护技术（双向安全钳、双向限速器，在欧洲必须使用，中国正在被普遍使用）；

5快速安装技术（改变过去的电梯安装方法，能够快速组装）；

6节能技术（采用节能技术，使电梯更节约能源）；

7数字监控技术（完全采用计算机进行电梯监控和控制）；

8无线远程控制及报警装置（当电梯产生故障时，电梯可以通过无线装置给手机发送故障信息，并通过手机发送信号对电梯进行简单控制）

2、PLC控制技术

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、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。

PLC包括以下部分：

1、电源

2、中央处理单元（CPU）

3、存储器

4、输入输出接口电路

5、功能模块

6、通信模块

PLC工作原理：

1、输入采样阶段

2、用户程序执行阶段

3、输出刷新阶段

PLC特点：

1.使用方便，编程简单

2.功能强，性能价格比高

3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

4.可靠性高，抗干扰能力强

5.系统的设计、安装、调试工作量少

6.维修工作量小，维修方便

PLC选择规则：

一、输入输出（I/O）点数的估算

二、存储器容量的估算

三、控制功能的选择

1、运算功能

2、控制功能

3、通信功能

4、编程功能

5、诊断功能

6、处理速度

四、可编程逻辑控制器的类型

五PLC输入/输出类型

开关量

1、数字量

2、模拟量

二、任务书

题目：

四层电梯PLC控制系统设计

1、设计目的

本次设计的主要目的是结合实际控制装置，综合所掌握的理论知识，完成一套完整的PLC控制系统的设计任务，包括PLC模块的选用、I/O地址分配、程序编制及外围输入、输出电路的设计，以提高学生的综合设计能力。

2、装置介绍

S1、S2、S3、S4分别为轿厢内一层、二层、三层、四层电梯内选按钮；D2、D3、D4分别为二层、三层、四层电梯外下降呼叫按钮；U1、U2、U3分别为一层、二层、三层电梯外上升呼叫按钮；SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别为一层、二层、三层、四层行程开关，模拟实际电梯位置传感器的作用。

L1、L2、L3、L4分别为一层、二层、三层、四层电梯位置指示灯；DOWN为电梯下行状态指示灯；UP为电梯上行状态指示灯；SL1、SL2、SL3、SL4分别为轿厢内一层、二层、三层、四层电梯内选指示灯；DN2、DN3、DN4分别为二层、三层、四层电梯外下降指示灯；UP1、UP2、UP3分别为一层、二层、三层电梯外上升指示灯。

3、控制要求

电梯由安装在各楼层门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。

电梯轿箱内设有楼层内选按钮S1～S4，用以选择需停靠的楼层。

L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示、L4为四层指示，SQ1～SQ4为到位行程开关。

电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。

例如，电梯停在由一层运行至四层的过程中，在三层轿箱外呼叫时，若按三层上升呼叫按钮，电梯响应呼叫（运行至三层时三层上升呼叫指示灯灭）；若按三层下降呼叫按钮，电梯运行至三层时将不响应呼叫运行至四层，然后再下行，响应三层下降呼叫按钮（运行至三层时三层下降呼叫指示灯灭），依此类推。

要求考虑实际电梯中设备保护和人身保护逻辑。

电梯运行前首先应注意电梯门的状态。

电梯位置由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4决定，电梯运行由手动依次拨动行程开关完成，其运行方向由上行、下行指示灯UP、DOWN决定。

例如闭合开关SQ1，电梯位置指示灯L1亮，表示电梯停在1层，这时按下四层下呼按钮，四层下呼指示灯DN4亮，同时上行指示灯UP亮，电梯处于上行状态。

断开SQ1、闭合SQ2，L1灭、L2亮，表示电梯运行至二层，上行指示灯UP仍亮；断开SQ2、闭合SQ3，电梯运行至三层；断开SQ3，闭合SQ4，电梯运行至四层，四层下呼指示灯DN4灭，同时上行指示灯UP灭，电梯结束上行状态。

每到达一楼层若电梯门指示灯不闪烁则继续前进，否则执行电梯门开关动作。

当电梯在四层时（开关SQ4闭合），电梯位置指示灯L4亮。

按下轿厢1层内选开关，电梯进入下行状态。

在电梯从四层运行至一层的过程中，若按下二层上呼与下呼按钮，由于电梯处于下行状态中，电梯将只响应二层下呼，不响应二层上呼。

当电梯运行至二层时，二层下呼指示灯D2灭，上呼指示灯U2保持点亮。

当电梯运行至一层时，一层内选指示灯SL1灭，下行指示灯DOWN灭，上行指示灯UP亮，电梯转为上行状态，当电梯运行至二层时，对二层上呼响应，二层上呼指示灯U2灭。

4、输入/输出的分配

（1）输入

序号

名称

面板符号

程序符号

输入点

1

四层下呼按钮

D4

D4

2

三层上呼按钮

U3

U3

3

三层下呼按钮

D3

D3

4

二层上呼按钮

U2

U2

5

二层下呼按钮

D2

D2

6

一层上呼按钮

U1

U1

7

一层内选按钮

S1

S1

8

二层内选按钮

S2

S2

9

三层内选按钮

S3

S3

10

四层内选按钮

S4

S4

11

开门到位

OP

OP

12

关门到位

CL

CL

13

一层行程开关

SQ1

SQ1

14

二层行程开关

SQ2

SQ2

15

三层行程开关

SQ3

SQ3

16

四层行程开关

SQ4

SQ4

（2）输出

序号

名称

面板符号

程序符号

输出点

1

四层下呼指示

DN4

DN4

2

三层上呼指示

UP3

UP3

3

三层下呼指示

DN3

DN3

4

二层上呼指示

UP2

UP2

5

二层下呼指示

DN2

DN2

6

一层上呼指示

UP1

UP1

7

一层内选指示

SL1

SL1

8

二层内选指示

SL2

SL2

9

三层内选指示

SL3

SL3

10

四层内选指示

SL4

SL4

11

开门指示

LO

LO

12

关门指示

LC

LC

13

轿箱上升指示

UP

UP

14

轿箱下降指示

DOWN

DOWN

5、设计的主要内容

1、制定基于PLC控制系统的软件设计方案：

要求系统能完成基本功能要求，并在此基础上有创新。

2、根据节点选择PLC，绘制控制面板布置图。

3、根据I/O分配表，绘制PLC控制系统输入输出接线图。

4、绘制程序流程图，并编制PLC程序（要求梯形图+程序注释）。

5、调试程序。

6、整理文档，完成设计报告。

6、时间安排

日期

周一

周二

周三

周四

周五

17周

任务布置，分组。

查阅文献，方案设计

检查设计方案（包括流程图）

上机编程

编程，离线仿真、调试程序（上机）

编程，离线仿真、调试程序（上机）

18周

硬接线，调试程序

（实验室）

硬接线，调试程序

（实验室）

硬接线，调试程序（实验室）

答辩、检查实习报告（实验室）

答辩、检查实习报告（实验室）

三、任务分析

1、任务要求分析

电梯由安装在各楼层门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。

电梯轿箱内设有楼层内选按钮S1～S4，用以选择需停靠的楼层。

电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。

电梯运行前首先应注意电梯门的状态。

电梯位置由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4决定，电梯运行由手动依次拨动行程开关完成，其运行方向由上行、下行指示灯UP、DOWN决定。

每到达一楼层若电梯门指示灯不闪烁则继续前进，否则执行电梯门开关动作。

2、程序设计思路

1、根据设计要求，我们小组结合学习过程中学到的知识，对程序设计的思路经行分析，我们认为此次的程序设计应采用条件置位复位的方式。

起保停的设计则会有很多的条件限制。

2、我们分析了程序条件，主要分为以下几种情况:

（以下状态下都是在安全条件下经行）

安全条件：

电梯门不在运行状态下

无信号状态：

所有内选指示和外选指示都为低电平

3、程序设计过程中，若条件达成，则可以点亮相应的指示灯。

相关条件之间是并联关系，在成立条件达成且相反条件不足的情况下启动相应的状态。

4、程序在运行过程中逻辑上采取了上升状态响应上升呼叫，下降状态相应下降呼叫要求，同时兼顾最近路线原则和内旋优先原则，使我们的电梯更加智能化和人性化。

楼层

条件

说明

状态为1（并联）

状态为0（串联）

1L

上升条件

UP2,UP3,DN2,DN3,DN4,SL2,SL3,SL4

无

开门条件

SL1,UP1下降沿或上升沿

无

2L

上升条件

DN4,DN3,UP3,SL3,SL4

SL1

下降条件

UP1,SL1

SL3,SL4

上转下条件

DN2,SL1,UP1

SL3,SL4,UP3,DN3,DN4

下转上调价

UP2,UP3,DN3,DN4,SL3,SL4

UP1,SL1

开门条件

SL2,DN2,UP2下降沿或上升沿

无

3L

上升条件

SL4,DN4

SL1,SL2

下降条件

SL2,SL1,UP2,UP1,DN2

SL4

上转下条件

UP1,UP2,DN2,DN3,SL1,SL2

SL4,DN4

下转上调价

SL4,UP4,UP3

SL2,SL1,UP2,UP1,DN2

开门条件

SL3,UP3,DN3下降沿或上升沿

无

4L

下降条件

SL3,SL2,SL1,UP1,UP2,UP3,DN2,DN3

无

开门条件

SL4,DN4下降沿或上升沿

无

3、程序流程图

四、硬件系统设计和接线图示

1、PLC的选用

本次选用PLC为西门子公司的S7-200型号.

S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

S7-200系列出色表现在以下几个方面：

1）极高的可靠性。

2）极丰富的指令集。

3）易于掌握。

4）便捷的操作。

5）丰富的内置集成功能。

6）实时特性。

7）强劲的通讯能力。

8）丰富的扩展模块。

相较于其他型号的PLC，S7-200成本较低，性能可靠，完全可以胜任我们的电梯控制系统的要求，所以我们选用S7-200型号的PLC

2、I/O口的分配

序号

程序符号

选用的I/O口

1

D4

2

U3

3

D3

4

U2

5

D2

6

U1

7

S1

8

S2

9

S3

10

S4

11

OP

12

CL

13

SQ1

14

SQ2

15

SQ3

16

SQ4

17

DN4

18

UP3

19

DN3

20

UP2

21

DN2

22

UP1

23

SL1

24

SL2

25

SL3

26

SL4

27

LO

28

LC

29

UP

30

DOWN

3、接线图示

五、设计日志及阶段性小结

1、2013年1月4日

当日计划：

1、了解设计目的

2、做好设计计划

3、熟悉任务书和键位安排

4、列出设计步骤

当日情况简述：

今天下午我们到达文约楼2楼机房，开始了PLC程序设计的学习和实践当中。

由于机房条件有限，所以同学们自带电脑、书本等。

到机房后，我们小组成员进行了分工，两位同学开始分别看任务计划书和任务要求，另一个同学收集设计报告所需材料。

还有一位同学研究电梯的运行方式和特点，进行逻辑编辑。

一下午的时间，我们了解了设计任务书的安排，并且对电梯的简单运行有了初步的了解。

为此，我们小组成员亲身体验了电梯的运行过程，提出了一些思考的重点和难点，以期在下次的设计中力求完整。

计划情况：

完成

问题：

今天遇到的问题主要有以下几点：

1、MW程序无法安装。

解决：

在Windows7下安装演示版本，在WindowsXP下安装完全版本。

有些同学安装虚拟机以满足要求

2、键位不熟悉及接线位置的布置。

解决：

老师带领我们到PLC机房看了有关课程设计的面板，熟悉接线位置和功能安排。

3、部分电梯的运行方式没有理解，暂时无法解决

小结：

通过今天的上机，我们都和小组成员进行了熟悉和讨论的过程，不仅了解了任务书的目的与要求，也对下阶段程序设计的思路有了一定的想法。

只是现在处于考试周中，可能会有力不从心的情况。

2、2013年1月5日

今日计划：

1、给出程序设计思路

2、写出初步的代码

3、写出程序中的注释

当日情况简述：

今天我们小组到达机房后开始了为期一天的讨论和设计。

我们经过讨论，大家一致认为此次课程设计的难点不在于程序的录入，而是在于设计思想。

一个好的，完整的设计思想会使得程序很缜密，在运行过程中不出现问题。

而我们最初写出来的程序，应该是基础功能难以实现的。

现在大部分的情况是能实现大部分的运行，然而还是会在各种运行情况中出现小的错误。

今天的主要思想就是结合身边的电梯情况，想出一套较为完整的运行过程出来。

上午我们列举出来程序所要实现的功能，并且找到其中比较重要的部分优先实现，使得程序由简单像复杂递进。

在下午临走之前，我们得到了一套运行条件的说明，并开始了简单的程序录入。

完成情况：

除第三步之外都基本完成

问题：

1、程序运行过程中上下楼的判断问题。

设置运动状态灯来指示下一步的前进方向。

2、在没有信号时的处理及运动状态的恢复问题。

最初设计是无信号输入时是默认下降，最后一次下降到1楼为止

3、门内和门外的按键时间顺序及优先级问题。

并列进行，只要操作满足实际需求就好了

小结：

今天经过一天的讨论，我们想过了很多的方法，并且研究了一些算法，从基本算法到就近原则算法，并且分析了相关算法实现的方式，也进行了选择。

今天我们的思路是大家一起讨论出来的，是我们认为较为严谨的想法，就等待程序写好后的调试。

3、2013年1月8日

当日计划：

1、继续上次的安排，完善思路

2、写出最初程序

3、对程序进行优化和注释

当日情况简述：

我们组两位同学对我们的程序进行了编写，以求最后的结果的完善。

这次主要以条件执行加复位置位方式。

由于起保停方式比较繁琐，所以部分地方适当运用。

经过一个多小时的编写，逐渐出来一个程序，但是在这个程序中我们完全没有考虑到按键和复位，包括一些原来编写过程中的注意要点都没有注意。

所以编写的程序有很多的错误。

经过一天的编写，我们优化了的程序，并且写了注释。

完成情况：

完成

问题：

1、程序错误较多，主要是网络的安排不好。

调整程序顺序，力求没有错误。

2、运行后基本完成不了功能。

进行单步调试，排除逻辑错误

小结：

今天调试，程序还是没有出来，但是已经了解问题所在，便于以后的调试。

4、2013年1月10日

当日计划：

1、优化程序，进行条件优化和完善

2、调试问题，熟悉操作步骤

3、了解程序设计过程中经常出现的问题

当日情况简述：

今天，我们小组根据上次实验时写出的程序经行优化。

首先将它条件化和模块化，然后确定最初设计的全部的功能能够体现在程序当中。

即，所有的状态都有定义和置位。

之后，根据调试结果，在进行优化和添加。

我们的成员一部分人进行程序的编写，另一部分人进行程序的分析和调试过程的研究，以便能够快速准确的找到程序可能的问题。

然后相互补充，调试和解释，达到大家都能清楚程序实现的功能。

当日计划达成情况：

程序出现很多问题，导致老师的要求和实验任务书的要求不能完全达到。

为此，我们还需要在调试过程中找到程序不完善的地方，以便改进。

所以计划基本完成。

问题：

1、程序无法控制状态灯的亮和熄灭。

问题是没有写入有关于按键对于控制状态的灯得置位情况。

2、程序在上行过程中无法找到最优路径，即使没有上升的条件，依然上升。

主要是条件整合不合理。

3、当响应上升呼叫的过程中出现了低楼层的呼叫，此时会造成功能混乱，不能响应轿厢呼叫。

问题还在研究中。

4、我们的程序还无法实现自动开门和定时关门功能。

我们将在接下来的时间里为门的开关添加一些条件。

小结：

我们在调试的过程中，最初找到了很多的小问题，随着不断地实验不断地修改程序，我们逐渐的改正了程序中不合理的地方，在修改的过程中，不仅熟悉了程序和调试过程，也在不断地优化我们的程序。

使得它能够简单修改，易于扩展。

5、2013年1月11日

当日计划：

1、完善程序

当日情况简述：

我们就昨日的问题经行了讨论和分析，最后开始了程序的添加。

由于设计思路是条件运行，所以只要修改程序条件组成及条件的数量就可以做到相应的功能的实现和扩展。

我们首先实现了设计指导书上要求的功能，之后我们开始添加门的程序。

但是在添加过程中出现不少相互影响的变量，导致程序的调试一度的停滞。

后来在明白程序的漏洞后，我们从最初的条件开始修改，最终逐渐改进程序。

计划完成情况：

基本完成

问题：

1、最初开门程序添加过后会影响到其他状态的控制。

后来把相互影响的条件分开来添加，以防止相互影响。

2、后来由于有优先级的问题，所以电梯在行进过程中不能很好的响应要求或者尽可能少的走弯路。

重新设计路线条件，并且修改条件

小结：

经过数小时的努力和数十次的上级调试，我们终于完善程序，不仅能够达成设计指导书的要求，同时也能完成老师对于程序的一些优化要求，基本排除掉其他小组在调试过程中出现的一系列问题。

进过这些天的努力，我们小组成员都感觉收获很大，锻炼了动手能力。

六、程序说明及分析

1、相关要求实现说明

任务书要求

实现情况

外呼内选到楼层熄灭

实现

上升过程相应上升要求

实现

下降过程相应下降要求

实现

需要人员流动或者相应呼叫时自动开门

实现

自动延时关门程序

实现

安全运行条件设置

实现

老师要求

实现情况

能够响应临时请求

实现

能够完成特殊情况下的响应（如同楼层响应）

实现

能够分辨优先级

实现

能够在没有呼叫的时候实现最优路径

实现

2、创新点及特色

特点说明：

（1）、程序采用条件运行编写方式，只要修改条件和条件的组合就可以实现不同的功能，应付不同的场合。

（2）、采用中间寄存器，改变条件的同时不会改变电梯的状态。

（3）、程序有较强的修改性，扩展性，增加楼层方便，且不会对已有的功能进行变更。

（4）、考虑到安全运行条件，在条件未达成的情况下，状态改变不会响应。

（5）、电梯的运行不仅考虑到课程设计的要求，同时写出了最优路线的选择。

3、程序设计说明

（1）、程序注释

M31启动状态

D4四层下呼按钮

U3三层上呼按钮

D3三层下呼按钮

U2二层上呼按钮

D2二层下呼按钮

U1一层上呼按钮

S1一层内选按钮

S2二层内选按钮

S3三层内选按钮

S4四层内选按钮

OL开门到位

CL关门到位

L1一层行程开关

L2二层行程开关

L3三层行程开关

L4四层行程开关

M00关门状态显示

M01开门状态

M03外部呼叫复位条件（关门信号）

M04开门安全

M051楼上楼条件

M062楼上楼条件

M072楼下楼条件

M102楼上转下条件

M112层下转上条件

M123楼上楼条件

M133楼下楼条件

M143楼上转下条件

M153楼下转上条件

M164楼下楼条件

M171层开门条件

M20无信号处理

M212层开门条件

M223楼开门条件

M234楼开门条件

M24上升条件达成

M25下降条件达成

M26开门传感器

M27关门传感器

DN4四层下呼指示

UP3