四层电梯PLC课程设计

-1-南京工程学院自动化学院电气控制与PLC课程设计报告题目：四层电梯的PLC控制专业：自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：起迄日期：设计地点：-2-四层电梯的PLC控制一、引言课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。电梯是一种特殊的起重运输设备，由轿厢、拖动电动机及减速传动机械、井道及井道设备、召唤系统及安全装置构成。轿厢是载人或装货的部位。电梯的轿厢及配重分别系在钢丝绳的两端，钢丝绳跨挂在曳引轮上，曳引轮经减速机构由电动机拖动，使得轿厢上下运动。随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显，可编程序控制器(PLC)是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点。本设计考虑到载客电梯的实际操作功能，又兼顾载客电梯控制中具有递推功能，所设计的控制系统针对的是四层电梯。代替传统的继电控制系统，由变频器实现对电梯的拖动调速，使PLC与调速拖动装置相结合，构成PLC集选控制系统，实现了电梯的各种控制功能，提高额电梯运行的可靠性，降低了故障率。-3-二丶设计任务2.1控制要求表7-1控制信号说明输入输出文字符号说明文字符号说明SF0-1极限开关QA1上行接触器SF0-2电梯运行状态选择钥匙开关QA2下行接触器SF1开门按钮QA3开门接触器SF2关门按钮QA4关门接触器SF3上行启动按钮PG1-PG41-4层指示灯SF4下行启动按钮PG5上行指示灯SF5-SF81-4层选层按钮PG6下行指示灯SF9-SF111-3层上行按钮LED楼层指示数码管SF12-SF142-4层下行按钮SF15-SF16风扇，照明控制开关MA1升降电动机7.5kWBG1上限限位开关MA2门控电动机75WBG2下限限位开关BG3开门限位开关BG4关门限位开关（1）曳引电动机-升降电动机必须在门关闭的情况下才能动作。（2）自动门机电梯的门只有当厅电梯停靠在某层时，才允许开启；检修状态时，可以在不关门状态下运行。（3）层楼指示层楼指示也叫“层显”，可以由低压灯泡构成，安装在每层门的上方和轿厢的内轿门的上方；现在多由数码管或LED点阵显示器结构组成，与呼梯盒，运行的方向指示做成一体的结构。-4-（4）呼梯盒呼梯盒也叫“召唤按钮箱”或“外呼盒”，用以在每层站召唤电梯。常安装在厅门外，离地面1米左右的墙壁上。基站与顶站只有一个按钮，中间层站有上呼与下呼两个按钮组成。按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已被接受并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层关门时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上，常有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。（5）操纵箱操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。操纵箱设有与电梯层站数相同的内选按钮（带指示灯），上、下行启动按钮（带上，下行指示记忆灯，检修时用），开关、门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行还是检修状态）以及风扇，照明等的控制开关。（6）平层及开门装置该装置由磁铁板和上、下平层感应器组成。上行时上平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至下平层感应器插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，下平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号至上平层感应器插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号。（7）停层装置在电梯的井道内的每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应的层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电梯所处的位置和产生平层-5-信号。（8）安全窗及其开关，安全钳及其开关，限速器及其开关，上/下强迫停止开关，极限开关。2.2设计任务1)根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。2)根据控制要求，编制四层电梯PLC控制程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序，模拟运行。3)编写设计说明书，内容包括：①设计过程和有关说明。②基于PLC的四层电梯电气控制系统电路图。③PLC控制程序（梯形图和指令表）。④电器元器件的选择和有关计算。⑤电气设备明细表。⑥参考资料、参考书及参考手册。⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。三、设计方案选择及论证3.1设计方案选择目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统(早期安装的电梯多位继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统存在很大的弊端，它采用的是硬件逻辑，接线多-6-而复杂、体积大、故障率高，可靠性和可维护性差，执行速度也慢，所以在市场逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷，对维修人员技术要求较高。PLC专为工业控制应用而设计，抗干扰性很强，可靠性也高，使用存储器逻辑，控制系统结构简单，变成方便，易于掌握，成本低廉，但功能很强大，设计、调试、维修都相对简单。已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。目前，国内众多的生产厂家生产了多种系列功能各异的PCL产品。由任务书分析可知，本次设计共有14个输入控制信号，16个输出控制信号，故根据对输入输出点的选择，对储存容量的选择，选择CPU224系列。3.2系统总体方案设计PLC电梯控制系统和其他控制系统一样，分为两个部分，只要由信号控制系统和拖动系统。电梯内外按钮以及限位开关通过PLC输入接口输入PLC，然后存储在存储器中，由PLC执行程序响应输出相应指示灯信号，同时输出控制信号，使曳引电机和门控电机运转，带动电梯上升、下降以及开门、关门。在电梯内部有四个按钮，为内呼按钮，可以进行选层，电梯外部也会有相应的外呼按钮，四楼只有一个下行按钮，一楼只有一个上行按钮，二楼、三楼同时有上行和下行按钮。当电梯上行时，优先响应上行呼叫信号，同理，电梯下行时，优先响应下行呼叫信号。在此过程中系统最重要的是将所有的呼叫信号储存-7-起来，然后按照响应原则逐个去响应呼叫信号，响应过程中电梯自动开关门。完成呼叫信号后，清除掉已经完成的呼叫，也就是按钮相应的指示灯灭掉。四、总体电路设计本设计流程图主要分为电梯开关门以及上升下降的流程图，具体流程图如下。电梯开关门流程图电梯上升下降流程图-8-五、电气控制电路原理设计5.1主电路根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。图中MA1，MA2为曳引电机和门电机，交流接触器QA1~QA4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。BB1，BB2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。QA0是配电总空气开关，电路接好后，闭合QA0才可以依次闭合其他支路的空气开关QA5、QA6和QA7。220V交流电压相电压经开关电源转化为直流24V电压，为控制电路中的CPU提供电源。图一主电路图-9-5.2PLC的I/O口分配该系统占用PLC的30个I/O口，14个输入点，16个输出点，具体的I/O分配如下图所示：表1I/O口分配表输入说明输出说明I0.0选层1SF4Q0.0上行接触器QA1I0.1选层2SF3Q0.1下行接触器QA2I0.2选层3SF2Q0.2开门接触器QA3I0.3选层4SF1Q0.3关门接触器QA4I0.44层下行D4Q0.4上升指示I0.53层下行D3Q0.5下降指示I0.63层下行D2Q0.6选层1SL1I0.73层上行U3Q0.7选层2SL2I1.02层上行U2Q1.0选层3SL3I1.11层上行U1Q1.1选层4SL4I1.2停层4SQ4Q2.01层上行I1.3停层3SQ3Q2.12层上行I1.4停层2SQ2Q2.23层上行I1.5停层1SQ1Q2.34层下行I1.6Q2.43层下行I1.7Q2.52层下行5.3器件选型器件型号数量电机三相异步电机7.5KW1门控电机三相异步电机75KW1空气开关CZB1-10063/32热继电器正泰NR4-1802按钮PS-D1510交流接触器CJX1-170424V开关电源S-500-241限位开关XCE1024-10-5.4PLC接线图本实验中采用的是西门子S7-200PLC，CPU采用的是CPU224，输入输出电压可以是直流也可以是交流，在输入中我们采用的是24V直流电源供电，输入有内呼、外呼按钮以及限位开关；输出我们用的是交流220V电源，控制接触器，再控制门控电机和曳引电机。下图是我们组的PLC接线图，与实验台I/O口地址分配相一致。图2PLC接线图-11-六、程序设计本次设计是在window环境下STEP-7软件中完成的，采用的是梯形图设计，比较形象直观易于编程。-12--13--14--15--16--17--18--19-七、调试与总结7.1实物接线图-20-图三实物接线图7.2实物调试-21-图五实物调试图7.3实验体会一个星期的实习，虽然很短暂，但是却学到了很多东西，虽然刚经过PLC考试，但是说实话，很少去想过或者认真编过一次程序，对PLC的梯形图设计还存在很大的问题。本次实习，给了我们思考一个很实际的问题的机会，通过本次实习，我对书本上的PLC指令又有了一个新的理解。虽然本次设计电梯只是模拟，没有电机也没有接触器，但是我们初步实现了我们本次设计的要求。在此过程中我们一组遇到了很多问题，在这几天中，我们模拟调试了很多次，中间也发现了程序的一些漏洞，经过大家的一起努力，一次次的修改，让我们深刻认识到自身的不足，很多东西都欠考虑。设计程序固然是重要的一块，但是后期的调试与修改也是很重要的一块。-22-大家都付出了很多精力，流了不少汗水，但是在模拟成功的那一刻，我从大家的脸上看到了笑容。最后得感谢赵老师的耐心指导，在设计过程中遇到了很多问题，赵老师都耐心帮我们解答，有时还提出了一些建议。八、参考文献[1]方承远，张振国.工厂电气与PLC控制技术[M].北京：机械工业出版社，2011.[2]刘凤春，王林，周晓丹.可编程控制器原理与应用基础[M].北京：机械工业出版社，2009.[3]胡文金.《可编程序控制器实训教程》[M].重庆大学出版社，2007.[4]郭崇山.《国际大学生程序设计竞赛例题解（三）》[M].电子工业出版社，2007.[5]张浩风.《PLC梯形图设计方法与应用实例》[M].机械工业出版社，2008.[6]郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术.南京：东南大学出版社，2003.