PLC课程设计报告.docx

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PLC课程设计报告

前言

本文主要介绍了基于PLC可编程控制器的四层楼电梯控制系统的设计以及实现方法。

首先，本文开篇立意，介绍了本次课程设计的目的和要求，对设备进行了基本的概述以及总体的控制要求。

其次，本文对PLC的硬件接线图采用CAD绘制进行了基本的概述，初步讲解了控制设备的选型方式，并对I/O分配进行了详细说明。

最后，根据设计要求以及已经确定好的I/O分配表，讲述了总体的编程思路，以及各个环节的具体实现方式。

该四层楼电梯控制系统采用基本的PLC逻辑控制指令实现，深入浅出，环环相扣，便于理解。

由于作者水平有限，书中不妥或错误之处，敬请老师批评指正。

目录

1课程设计任务书3

1.1目的和要求3

1.2设备概况3

1.3控制要求4

2硬件系统设计5

2.1PLC及其控制设备选型5

2.2绘制电气图5

2.2.1主电路设计5

2.2.2输入电路6

2.2.3输出电路7

2.3I/O分配表9

3软件设计10

3.1程序流程图10

3.2程序设计10

3.3程序调试13

4小结15

参考文献16

1课程设计任务书

1.1目的和要求

1）用PLC实现对四层电梯的控制

2）掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法

3）学会使用传感器的检测信号构成主程序和故障信号报警程序的设计方法

4）熟悉四层楼电梯采用轿厢内、外按钮控制的编程方法

5）训练用PLC设计控制系统的编程思路和综合分析问题的能力

1.2设备概况

电梯为四层运行电梯，由三相绕线式异步电动机拖动，本设计中不考虑电动机的启动及调速控制，仅考虑正/反转控制；电动机正转则电梯上行，电动机反转则电梯下行。

电梯的上下行由安装在每层楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行轿厢外呼叫操纵，4个楼层共6个按钮，其操纵内容即为电梯运行方向，按钮U1～U3要求电梯向上运行，按钮D1～D3要求电梯向下运行。

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；设有开门、关门按钮用于控制电梯门开、关；设有楼层指示灯，L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示、L4为四层指示。

电梯轿箱外设有楼层到位检测开关，SQ1为一层到位行程开关、SQ2为二层到位行程开关、SQ3为三层到位行程开关、SQ4为四层到位行程开关。

电梯上升途中只响应上升呼叫，而下降呼叫信息则保留；下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。

例如，电梯一层上升运行时，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层）；若按三层下降呼叫按钮，电梯执行完上升操作后，再响应下降呼叫，依此类推。

图1.2电梯控制系统的模拟实验面板

1.3控制要求

（1）自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）

（2）自动响应轿厢服务指令信号

（3）自动完成轿厢层楼位置显示

（4）自动显示电梯运行方向

（5）具有电梯直达功能和反向最远停站功能

2硬件系统设计

2.1PLC及其控制设备选型

由于四层楼电梯控制的输出显示包括：

楼层显示，楼层呼叫显示，轿厢内部选择，以及上下运行等指示。

经分析得知，要实现完整的电梯正常运行模拟显示指示，需要用到输入I/O口21个以及输出I/O口18个，所以本次课程设计所选用的主要设备如下：

1）CPU-224的西门子PLC一台

2）电梯控制系统的模拟实验面板一个

3）传送带控制系统的模拟实验面板一个（主要借用模板上面的控制按钮）

4）AC-DC24V开关电源一个

2.2绘制电气图

为了进一步与国际标准接轨，本次课程设计中的电气图全部采用AutoCAD进行绘制，因此在本次课程设计过程中，要求我们不仅要进一步巩固PLC知识的基本运用，同时还必须掌握CAD软件的基本使用方法，并运用它绘制出本次课程设计中的基本硬件电路图。

由于对于我们绝大部分同学来说，本次是第一次接触AutoCAD绘图软件，所以统一从经典模式入手，并将鼠标右键设置成为了单击确定模式。

2.2.1主电路设计

该四层楼电梯控制系统中，主要是对两个电机进行正反转操作，控制电机一的正反转实现电梯的上下行运动，控制电机二的正反转实现电梯到位的开关门动作。

同时主电路中还得引出为辅助控制电路和PLC供电的电源线接头。

图2.2.1主电路图

2.2.2输入电路

根据CAD电气绘图要求，同时更好更客观的反应PLCI/O口分配，所以每一张图纸上只画8个I/O输入口。

在画图过程中，主要遵循的原则是将同类型的按钮开关集中在一起，方便检查和排错。

图2.2.2输入电路一

图2.2.3输入电路二

图2.2.4输入电路三

2.2.3输出电路

同输入电路一样，输出电路也采用的是同类型I/O口集中绘制的原则，便于编程和连线调试。

输出I/O口主要用于控制电梯电机的正反转以实现上下行，电梯轿厢的开门关门以及各个对应动作的电灯指示（开门指示，楼层指示，呼叫指示等等）。

图2.2.5输出电路一

图2.2.6输出电路二

图2.2.7输出电路三

图2.2.7输出电路四

2.3I/O分配表

四层电梯控制系统输入/输出编址表

输入编址（学生自行确定编址）

输出编址（学生自行确定编址）

一层上呼按钮U1

I0.0

轿箱上升KM1

Q0.0

二层上呼按钮U2

I0.1

轿箱下降KM2

Q0.1

三层上呼按钮U3

I0.2

一层上呼指示灯

Q0.4

二层下呼按钮D2

I0.3

二层上呼指示灯

Q0.5

三层下呼按钮D3

I0.4

三层上呼指示灯

Q0.6

四层下呼按钮D4

I0.5

二层下呼指示灯

Q0.7

一层内选按钮S1

I0.6

三层下呼指示灯

Q01.0

二层内选按钮S2

I0.7

四层下呼指示灯

Q1.1

三层内选按钮S3

I1.0

四层内选指示灯

Q2.3

四层内选按钮S4

I1.1

三层内选指示灯

Q2.2

开门按钮

I1.2

二层内选指示灯

Q2.1

关门按钮

I1.3

一层内选指示灯

Q2.0

一层行程开关SQ1

I1.4

四层指示L4

Q2.7

二层行程开关SQ2

I1.5

三层指示L3

Q2.6

三层行程开关SQ3

I2.0

二层指示L2

Q2.5

四层行程开关SQ4

I2.1

一层指示L1

Q2.4

超重检测

I2.2

上升中间继电器

M0.5

夹人检测

I2.5

下降中间继电器

M0.6

电动机过载保护（FR）

I2.6

3软件设计

3.1程序流程图

本程序的特点是单向响应，即在响应上升呼叫的时候，不响应下降呼叫，在响应下降呼叫的时候不响应上升呼叫，其主要实现方式是采用上升中间继电器M0.5和下降中间继电器M0.6的互锁来实现。

3.2程序设计

本次程序设计主要采用模块化思想，即采用子程序调用方式，将楼层指示，楼层上下行呼叫，电梯选向控制，开关门控制进行独立分块编写。

使各个模块之间相互独立，又相互联系和制约。

主要思路如图3.1所示。

在主程序中，主要完成七个子程序的调用工作，在这里，采用的是SM0.0以及过载保护按钮I2.6与各子程序调用模块相连接。

在一到四层电梯的呼叫控制子程序中，每个子程序中所完成的工作就是处理电梯的上下呼叫控制以及电梯内选操作。

在电梯选向控制子程序中，主要完成判断电梯的上下呼叫控制的先后顺序，实现响应上升呼叫时不响应下降呼叫、响应下降呼叫时不响应上升呼叫的互锁功能。

其关键在于通过I/O输出口的状态来控制上升中间继电器M0.5和下降中间继电器M0.6的动作。

开关门控制子程序中，主要处理轿厢到达呼叫楼层后的手动开关门动作以及延时自动开关门动作。

1、电梯上行设计要求

1）当电梯停于1楼或2楼，3楼呼叫时，则上行，当3楼的行程开关控制停止，同时轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。

2）当电梯停于1楼，2楼呼叫，则上行，到2楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。

3）当电梯停于1楼，2楼、3楼同时呼叫，电梯上行到2楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到3楼行程开关控制停止。

4）当电梯停于1楼，3楼、4楼同时呼叫时，电梯上行到3楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到4楼行程控制停止。

5）当电梯停于1楼，2楼、4楼同时呼叫时，电梯上行到2楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到4楼行程控制停止。

6）当电梯停于1楼，2楼、3楼、4楼同时呼叫，电梯上行到2楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到3楼行程开关控制停止，同时，轿厢门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到4楼行程控制停止。

7）当电梯停于2楼，3楼和4楼同时呼叫，电梯上行到3楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。

8）当电梯停于1楼或2楼或3楼，4楼呼叫，电梯上行到4楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。

2、电梯下行设计要求

1）当电梯停于4楼，2楼呼叫时，则下行，到2楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭。

2）当电梯停于4楼，3楼呼叫时，则下行，到3楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭。

3）当电梯停于4楼，2楼、3楼同时呼叫时，则下行，到3楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭，继续下行到2楼行程开关控制停止。

4）当电梯停于4楼，1楼、3楼同时呼叫时，则下行，到3楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭，继续下行到1楼行程开关控制停止。

5）当电梯停于4楼，1楼、2楼同时呼叫时，则下行，到2楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭，继续下行到1楼行程开关控制停止。

6）当电梯停于4楼，1楼、2楼、3楼同时呼叫时，则下行，到3楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭，继续下行到2楼行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭，继续下行到1楼行程开关控制停止。

7）当电梯停于4楼或2楼或3楼，1楼呼叫时，则下行，到1楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭。

3、电梯呼叫、上行或下行均需信号指示。

4、在电梯运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼叫信号均不响应；如果某反向呼梯信号前方再无其它呼梯信号，则电梯响应该呼梯信号。

5、电梯具有最远反向呼梯响应功能。

主要程序请见附页。

3.3程序调试

四层楼电梯控制系统由于逻辑联系比较紧密，因此在调试过程中遇到不少问题，很多地方涉及到的问题解决方式就比较讲究技巧。

在楼层型号指示控制子程序中，在一开始的时候出现的问题是当电梯到达指定楼层后，前面一个到达的楼层指示灯不能够熄灭，经分析后发现是没有实现互锁而造成的，解决方式是四个楼层行程开关进行互锁。

在楼层上下行呼叫子程序中，由于一开始的时候考虑不够全面，在电梯到达相应呼叫楼层以后，呼叫指示灯不能够及时的熄灭，出现错误的指示现象，通过分析调试后发现是因为楼层呼叫指示灯在呼叫置位以后，在电梯到达指定楼层后没有进行复位处理，解决该问题以后，很多问题也就迎刃而解了。

轿厢内选按钮的思路与外呼一致。

为实现电梯单向相应的功能，程序中专门用了一个子程序来实现该功能，在电梯选向运行子程序中，主要采用楼层呼叫按钮来控制上升/下降中间继电器的导通来实现，当上升有效时，上升中间继电器M0.5接通，同时使用其常闭触头将下降中间继电器电路断开，当下降有效时，下降中间继电器M0.6接通，同时使用其常闭触头将上升中间继电器电路断开，达到互锁的目的，以保证电梯的安全性。

在电梯的开关门控制子程序中，主要采用上升/下降中间继电器、楼层呼叫指示输出I/O、轿厢内选指示输出I/O和楼层到位行程开关来对电梯门进行控制，通过定时器来实现对电梯开门后的延时自动关闭功能。

当出现超重，夹人等现象时，同样使关门动作停止并立刻转为开门并保持。

4小结

本设计主要以PLC为核心，利用PLC强大的控制功能，实现了利用可编程控制器控制电梯的功能。

梯形图程序在模拟调试时可以非常直观的展现出4层电梯的运行过程。

在调试过程中，本设计充分发挥了PLC接线简单、编程直观等台电。

当建筑物的楼层增加时，硬件接线上只需要增加行程开关输入信号。

原来的接线不需改变，软件上只需要增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也比较少。

调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。

通过这次的设计，我学到很多东西，在工作上也得到了提高。

并且，可编程对控制器有了进一步的了解。

我选择这个设计，对以前学习的PLC有了更加深刻的记忆。

很感谢对我这次设计有帮助的人。

参考文献

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电梯控制技术[M]。

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机械工业出版社，2008

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华南理工大学出版社，2001