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1、本科生专题设计报告题 目 六层电梯PLC控制系统 专 业 学生姓名 年 级 指导教师 职称 摘要本设计通过讨论电梯控制系统的组成，阐述可编程控制器（PLC）在电梯控制中的应用，采用欧姆龙公司的PLC编程程序控制方式，提出了六层电梯的PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成， 列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图及指令表。并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案。采用本方案实现电梯控制，能够解决继电器接触器触点多，故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。使电梯运行更加安全、经
2、济、方便、舒适。关键词：电梯、PLC、梯形图目 录摘要2引言4任务书51 可编程控制器简介62.1 PLC的结构及各部分的作用62.2 PLC的工作原理82.3 PLC的编程语言92.4 梯形图设计规则93 六层电梯PLC控制系统设计103.1 实现目标103.2 控制思路103.3 需求分析123.4 硬件设计123.5 逻辑分析143.6 程序设计143.7 程序说明174实验结果及分析18参考文献20引 言随着城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向
3、的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。
4、但是相对于微机，利用PLC设计的电梯控制系统，有成本低、体积小等多个优点。所以，利用PLC设计电梯控制系统，必然是商家最喜欢的选择。任务书1、 实验目的用PLC构成电梯自控系统。2、 实验内容 （1）当轿厢停于1层或2层或3层或4层，或者5层时，按PB6按钮呼梯（6层呼），则轿厢上升至LS6（6层）停。 （2）当轿厢停于6层或5层或4层或3层，或者2层时，按PB1按钮呼梯（1层呼），则轿厢下降至LS1（1层）停。 （3）当轿厢停于1层，若按PB2按钮呼梯，则轿厢上升至LS2停，若按PB3按钮呼梯，则轿厢上升至LS3停。 （4）当轿厢停于6层，若按PB5按钮呼梯，则轿厢下降至LS5停，若按PB4
5、按钮呼梯，则轿厢下降至LS4停。 （5）当轿厢停于1层，而PB2、PB3、PB4、PB5、PB6按钮均有人呼梯时，轿厢上升至LS2暂停4s后继续上升至LS3，暂停4s后继续上升至LS4，暂停4s后继续上升至LS5，暂停4s后继续上升至LS6停止。（6）当轿厢停于6层，而PB5、PB4、PB3、PB2、PB1按钮均有人呼梯时，轿厢下降至LS5暂停4s后继续下降至LS4，暂停4s后继续下降至LS3，暂停4s后继续下降至LS2，暂停4s后继续下降至LS1停止。 （7）轿厢在楼层间运行时间超过12s，电梯停止运行。 （8）当轿厢在上升（下降）途中，任何反方向下降（上升）的按钮呼梯均无效，楼层指示灯亮表
6、征有该层的信号请求，灯灭表征该楼层请求信号消除。 指示灯“”亮表示电梯上升。指示灯“”亮表示电梯下降。1. 可编程控制器简介可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC的基本设计思想是反映计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围
7、电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产
8、。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。得到了广泛的应用。2.1 PLC的结构及各部分的作用可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输出输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。其结构图如图1：图1 PLC的结构图2.1.1 中央处理单元（CPU）CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。C
9、PU的功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。2.1.2 存储器（RAM、ROM）存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固
10、化系统管理程序和应用程序。2.1.3 输入输出单元（I/O单元）I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。2.1.4 电源PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。2.1.5 编程器编程器是PLC的最重要外围设备。利用编辑器将用户程序送入PLC的存储器，还可以有用编辑
11、器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。2.2 PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回到第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，
12、一直循环扫描工作。扫描图如图2：图22.3 PLC的编程语言2.3.1 梯形图梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电路控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。梯形图的设计应注意以下三点：（一）梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。（二）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。（三）输入继电器用于接收外部的输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只
13、出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时,就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。2.3.2 助记符指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。24 梯形图设计规则2.4.1 触点的安排梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。2.4.2 串、并联的处理在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。在有几个并联图回路相串联时，
14、应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。2.4.3 线圈的安排不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。2.4.4 不准双线圈输出如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。2.4.5 重新编排电路如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。2.4.6 编程顺序对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。3 六层电梯PLC控制系统设计3.1实现目标 根据对任务书的分析，控制要求共4个：（1）通过简单的呼叫和楼层检测信号，实现对电梯的控制；（2）电梯在运行过程中，反向的请求信号无效；（3）当电梯到达呼叫层时，呼叫请求信号取消。如果还有其他层的呼叫请求信号，电梯在该层停留4秒后，继续运行；（4）电梯在楼层间运行时间超过12秒时，电梯停止运行。32控制思路 电梯系统电气部分的
