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1、可编程控制器应用技术单部四层电梯控制系统的设计项目八单部四层电梯控制系统的设计项目导读电梯是宾馆、商店、住宅、多层厂房等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具，是PLC控制系统的典型应用之一。本项目将通过单部四层电梯控制系统的设计，介绍PLC控制系统的设计步骤和方法。单部四层电梯控制系统的设计知识目标技能目标素质目标 掌握PLC控制系统的设计原则和设计步骤。 掌握PLC控制系统的硬件设计方法。 掌握PLC控制系统的软件设计方法 能够根据控制要求选择合适的PLC。 能够设计简单的PLC控制系统 通过PLC软硬件系统的设计，理解分工与合作在团队中的重要性，发挥自己的优势，在团队中找准定位。 增强遵守
2、规则的意识，养成按规矩行事习惯项目八单部四层电梯控制系统的总体设计任务一单部四层电梯控制系统的硬件设计任务二单部四层电梯控制系统的软件设计任务三任务一：单部四层电梯控制系统的总体设计任务描述请完成单部四层电梯的总体方案设计并绘制系统框图。控制要求如下：电梯控制系统会根据不同楼层客户需求即时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、层门联锁保护等，并根据不同需求作出合理响应。任务一：单部四层电梯控制系统的总体设计任务分析1243按下电梯的总开关后，电梯开始工作。单部四层电梯控制系统的工作过程如下：在电梯上行期间，响应电梯所在楼层上层呼叫。例如，电梯在二层时，响应二层四层的外呼和内呼，若外呼中既有上行
3、呼叫又有下行呼叫，则优先响应上行呼叫后，电梯开始工作。同理，在电梯下行期间，响应电梯所在楼层下层呼叫。例如，电梯在二层时，响应一层和二层的外呼和内呼，若外呼中既有上行呼叫又有下行呼叫，则优先响应下行呼叫。某楼层有同向呼叫信号或内呼信号，则电梯运行到该楼层后启动开门信号。5开门到位后检测是否有人出入，无人状态持续一定时间后启动关门信号。6关门信号启动过程中检测是否有人出入，若有则立即停止关门，重新启动开门信号。任务一：单部四层电梯控制系统的总体设计任务分析7电梯门关闭（限位开关）时，称重传感器检测电梯是否超重，超重则启动报警信号并重新启动开门信号。8电梯运行期间，检测电梯是否越程，越程时停止电梯
4、运行并启动报警信号。图8-1单部四层电梯控制系统的主要功能因此，可将单部四层电梯控制系统功能主要功能分为控制功能和保护功能两类，如图8-1所示。根据以上分析，本任务的主要工作是了解PLC控制系统的设计步骤和原则，并根据单部四层电梯控制系统的主要功能要求，设计总体方案。任务一：单部四层电梯控制系统的总体设计一、PLC控制系统的设计步骤PLC控制系统的设计主要分为两大部分：硬件设计和软件设计。硬件设计是根据控制系统的控制要求、工艺要求和技术要求，选择合适的PLC和其他硬件设备，确定I/O模块，绘制硬件电路接线图，并进行硬件电路的连接及调试；软件设计是在硬件平台基础上，结合控制系统的工作过程进行PL
5、C程序设计和调试。设计的具体步骤如图8-2所示。 预备知识图8-2PLC控制系统的设计步骤任务一：单部四层电梯控制系统的总体设计二、PLC控制系统的设计原则充分发挥PLC功能，最大限度满足被控对象的控制要求。01在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维修方便。02保证控制系统安全可靠。03考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等内容时，应留有适当的余量04任务实施一、分析控制对象任务一：单部四层电梯控制系统的总体设计单部四层电梯控制系统的控制对象模型电梯模型主要包括轿厢、电机、限位开关、呼叫按钮、轿厢开关门按钮、轿厢选层按钮及指示灯等。电梯模
6、型中各元件与PLC相连，实施自动控制。用户行为模型是指软件系统将模拟各楼层用户对电梯的操作行为。可以模拟现实情况下用户使用电梯时的具体用例，从而观察PLC所控制的电梯行为是否符合要求。任务实施二、明确设计任务和要求任务一：单部四层电梯控制系统的总体设计初始化集选控制开关门控制运行状态显示电梯开始运行时，首先进行必要的初始化工作，并返回准备就绪信号。是指集合呼叫信号和选择应答信号控制。电梯运行响应完所有外呼信号和内呼信号后，停在最后一次运行的目标层待命电梯门根据当前电梯的状态、轿厢门的状态、呼梯信号、内呼信号及光幕信号状态等，做出合理的判断在运行过程中，需要始终显示当前运行方向和当前楼层（采用七
7、段数码管显示）通过分析其工作过程，可将单部四层电梯控制系统的设计任务划分为四个子任务任务实施二、明确设计任务和要求任务一：单部四层电梯控制系统的总体设计在电梯整个运行过程中，还需要设置一些保护措施。当出现异常状态时，提醒用户发生故障。（1）超载保护。电梯超载时，故障指示灯闪烁，并保持开门状态，电梯不允许启动。（2）终端越程保护。电梯的上、下端都装有终端减速开关和终端限位开关，以保证电梯不会越程。（3）开关门保护。如果电梯持续关门一段时间后，尚未关闭到位（门未完全闭合），电梯就会转换成开门状态，故障指示灯常亮。如果电梯在持续开门一段时间后，尚未收到开门到位信号，电梯就会转成关门动作，并在门关闭到
8、位后，响应下一个信号。（4）运行保护。为安全起见，在门区外（两个楼层之间）或电梯运行中，设定电梯不能开门。任务一：单部四层电梯控制系统的总体设计任务实施三、绘制系统框图图8-3单部四层电梯控制系统的系统框图包括楼层号（14）、手动开门按钮、手动关门按钮和紧急呼叫按钮包括各楼层上行呼叫按钮和下行呼叫按钮包括电梯门限位开关和越程限位开关。电梯门限位开关主要用来检测开关门是否到位；越程限位开关主要用来完成越程控制用来检测电梯是否运行到位用来检测轿厢门是否有阻挡用来检测轿厢是否超重用来实现电梯的稳定启停和加速减速功能用来监控电梯的运行状态并及时接收报警信号显示电梯所在楼层和运行方向项目八单部四层电梯控
9、制系统的总体设计任务一单部四层电梯控制系统的硬件设计任务二单部四层电梯控制系统的软件设计任务三任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计任务描述请根据系统控制要求和总体设计方案，完成单部四层电梯控制系统的硬件设计任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计任务分析根据PLC控制系统的设计步骤，单部四层电梯控制系统的硬件设计主要工作如下：（1）选择合适的PLC和其他硬件设备。（2）确定I/O模块。（3）根据单部四层电梯控制系统的工作过程和I/O分配表，绘制硬件电路接线图，并根据接线图完成接线。一、选择PLC任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计PLC的结构整体式PLC的价格相对便宜、功能简，而一些较复杂、
10、要求较高的系统一般采用模块式PLC单；模块式PLC功能灵活、扩展方便，但价格较高。中小型控制系统一般使用整体式PLCCPU的功能根据用户需求从逻辑功能、数据传送功能、运算功能、高速计数功能、模拟量处理功能等几方面考虑I/O点数根据对被控对象的分析，列出要与PLC相连的全部输入、输出装置及类型，确定出全部实际I/O点数，再加上10%20%的裕量，最终确定PLC控制系统所需的I/O点数。在满足控制要求的前提下力争使I/O点最少，但必须留有一定的裕量用户存储容量通常由用户程序的长短决定，通常系统功能越复杂，程序越长，I/O点数越多，所需的存储容量就会越大。可按公式（存储容量数字量I/O点数10模拟量
11、通道数100）粗略计算实际需要量，再按实际需要留适当的裕量（一般为20%30%）。对于初学者来说，选择容量时要留有更大裕量，一般为50%100%表8-1PLC的选型选择PLC是控制系统硬件设计中非常重要的环节，选择时应从PLC的结构、CPU的功能、I/O点数、用户存储容量等方面综合考虑，如表8-1所示。预备知识二、选择I/O模块任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计I/O模块包括普通I/O模块和智能I/O模块与普通I/O模块相比，智能I/O模块自带微处理芯片、系统程序和存储器等，常通过串口与PLC的CPU相连，并在CPU的协调管理下独立工作。为减轻CPU的负担，保证系统的稳定，在单部四层电梯控
12、制系统中，常选用智能I/O模块。PLC系统可供选择的智能I/O模块主要包括通信处理模块、A/D模块、D/A模块、PID模块、阀门控制模块和变频器控制模块等三、选择其他硬件设备任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计他硬件设备（非智能设备）主要包括按钮、开关、限位开关、传感器、继电器、接触器、电磁阀、电机、指示灯和蜂鸣器等。例如，在单部四层电梯控制系统中，包括按钮、电梯光幕、平层开关、限位开关、称重传感器、七段数码管、指示灯、电机等。任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计三、选择其他硬件设备按钮按照接触点的形式不同，按钮可分为启动按钮、停止按钮和复合按钮3类。启动按钮带有常开触点，按下时常开触点闭
13、合；停止按钮带有常闭触点，按下时常闭触点断开；复合按钮带有常开触点和常闭触点，按下时，常开触点闭合，常闭触点断开。在单部四层电梯控制系统中，轿厢内楼层选择按钮、手动开关门按钮、紧急呼叫按钮和轿厢外呼梯按钮均选用启动按钮（即常开触点）。任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计三、选择其他硬件设备电梯光幕在单部四层电梯控制系统中，选择使用电梯光幕来提供光幕信号。电梯光幕是由红外传感器组成的，即轿厢门的一边等间距安装多个红外发射管，另一边相应的安装相同数量相同排列的红外接收管。在有障碍物的情况下，红外发射管发出的调制信号（光幕信号）不能顺利到达红外接收管，相应的内部电路输出高电平信号，并将该信号送到P
14、LC，提示有障碍物任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计三、选择其他硬件设备平层开关在单部四层电梯控制系统中，平层感应器常被用来检测轿厢平层状态（是否开、关门到位），控制电梯平层停梯。单部四层电梯控制系统中选择的平层传感器是永磁感应器，它具有工作可靠、体积小、安装方便、对环境要求低等特点。任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计三、选择其他硬件设备限位开关在单部四层电梯控制系统中，用限位开关实现轿厢门控制和电梯的上下限（终端）越程控制。在轿厢门控制中，开门过程中碰触到开门限位开关时，开门限位开关向PLC发送一个高电平信号，然后PLC向驱动电机发送停止信号，开门过程结束；关门过程同开门过程类似。电
15、梯的上下限越程控制中有两个上限位开关和两个下限位开关，分别为上端站第一限位开关、上端站第二限位开关、下端站第一限位开关和下端站第二限位开关。电梯上行过程中，碰触到上端站第一限位开关时，限位开关向PLC发送一个高电平信号，然后PLC按照预先设定的算法控制曳引电机平稳减速；碰触到上端站第二限位开关时，曳引电机停止运行。电梯下行过程同电梯上行过程类似。任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计三、选择其他硬件设备称重传感器在单部四层电梯控制系统中，用称重传感器检测进入轿厢内人或物的重量，并与报警电路和开关门控制电路一起完成超载报警功能。当称重传感器检测到的重量超过设定值时，会输出高电平信号，轿厢门禁止关
16、闭并启动报警信号提示：单部四层电梯控制系统中的电机包括驱动电机和曳引电机两类任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计三、选择其他硬件设备七段数码管七段数码管利用不同发光段组合来显示不同的数字，发光段布置图如右图所示。据发光二极管接线方式的不同，七段数码管分为共阳极和共阴极两类。单部四层电梯控制系统使用共阴极七段数码管来显示楼层。楼层显示发光段abcdefg10110000211011013111100140110011表8-2单部四层电梯楼层显示与发光段的逻辑关系在共阴极七段数码管中，当发光段状态为“1”时，该发光段点亮。如表8-2所示为单部四层电梯楼层显示与发光段的逻辑关系。任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计任务实施一、选择合适的PLC 本任务选择S7-1200中的CPU1214C。由于CPU1214C的数字量接口不足且缺少模拟量接口，需要配备一定量的数字量接口模块和模拟量接口模块。任务二：单部四层电梯控制系统的硬件设计任务实施二、I/O地址分配根据工作过程分析，单部四层电梯控制系统的I/O地址分配表如表8-3所示。输入输出元件I/O地址备注元件I/O地址备注QS0I0.0电梯开关
