西门子PLC课程五层电梯模型PLC控制系统技术

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1、 前言 20 世纪 60 年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的可编程序控制器 PLC （Programmable logic Controller） ， 由于 PLC具有优良的技术性能， 因此它一问世就很快得到了推广应用。 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC 在工业控制领域内得到广泛的应用愈加明显。 PLC 是一种基于数字计算机技术，专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。具体来讲 PL

2、C 主要具有以下的特点： （1）可靠性高，抗干扰能力强； （2）编程方法简单、直观； （3）体积小、耗能低、重量轻； （4）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强； （5）系统的设计/安装、调试工作量少； （6）维修工作量小、维护方便； （7）接口模块功能强、品种多。 PLC 在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。 由于 PLC 具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与 PLC 很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。 本论文是以西门子广泛应用我例行，详细介绍其系统配置，兼顾介绍，指令系统， 编程方法和控制系统设计方法， 同时也介绍了模块式

3、PLC 的一些智能单元。本人毕业设计的电梯包括电梯自动运行、消防运行、PLC 综合控制三个系统。论文对 PLC 的结构、特点、性能以及与现场控制对象的连线进行了具体的研究，并通过 PLC 实现了电梯的自动控制以及消防运行。通过此次毕业设计,提高了我们运用理论知识，分析、处理和解决实际问题的综合能力。 2 目录 第一章 电梯的结构及工作原理. 5 1.1 电梯的结构. 5 1.1.1 曳引系统. 5 1.1.2 导向系统. 5 1.1.3 轿厢.5 1.1.4 门系统.5 1.1.5 重量平衡系统.5 1.1.6 电力拖动系统.5 1.17 电气控制系统.5 1.1.8 安全保护系统.6 1.2

4、 电梯的工作原理.6 第二章 电梯控制系统的硬件设计. 6 2.1 电梯控制的要求. 6 2.1.1 电梯轿箱的控制要求. 6 2.1.2 电梯门的控制要求. 7 2.2 电梯模型结构. 6 2.2.1 电梯层门. 6 2.2.2 电梯轿厢内控制屏. 8 2.3 主电路的设计. 8 2.3.1 拖动电机电路的设计. 8 2.3.2 门电机电路的设计. 10 第三章 电梯 PLC 控制系统的设计. 10 3.1 PLC 单台电梯控制系统的工作流程. 10 3.2 PLC I/O 地址分配. 11 3.3 PLC I/O 硬件连接图. 14 第四章 PLC 电梯控制系统基本功能梯形图分析 . 15

5、 4.1 楼层感应控制梯形图. 15 4.2 轿内指令控制梯形图. 16 4.3 门厅召唤控制梯形图. 17 4.4 选项控制梯形图. 18 3 4.5 换速梯形图. . 19 4.6 起动控制梯形图. 19 4.7 电梯平层控制梯形图. . 20 4.8 内部辅助继电器的确定. . 21 第五章 辩问题. . 22 结 论. 24 参考文献. 25 阅读相关论文. 26 相关论文简评. 30 4 第一章 电梯的结构 1.1 电梯的结构 1.1.1 曳引系统 曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。 曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。 1.1.2 导向系统 导向系统

6、的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度， 使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。 导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。 1.1.3 轿厢 轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。 轿厢由轿厢架和轿厢体组成。 1.1.4 门系统 门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。 门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。 1.1.5 重量平衡系统 系统的主要功能是相对平衡轿厢重量， 在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。 系统主要由对重和重量补偿装置组成。 1.1.6 电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。 电力拖动系统由曳引电

7、动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。 1.1.7 电气控制系统 电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。 电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。 5 1.1.8 安全保护系统 保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。 由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。 1.2 电梯的工作原理 曳引绳两端分别连着轿厢和对重， 缠绕在曳引轮和导向轮上， 曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动， 靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力， 实现轿厢和对重的升降运动， 达到运输目的。 固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的

8、固定导轨往复升降运动， 防止轿厢在运行中偏斜或摆动。 常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化， 使曳引电动机负载稳定， 轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。 第二章 电梯控制系统的硬件设计 2.1 电梯控制的要求 2.1.1 电梯轿箱的控制要求： (1)选向：根据电梯

9、各层内选外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼曾位置决定电梯的运行方向。 (2)选层换速：指电梯能够根据轿内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。并且在每次平层的时候都能够换速。 (3)楼层位置的指示：选用七段LED数码管显示的方法。 2.1.2 电梯门的控制要求： 要求当电梯平层的时候， 电梯门自动打开， 经过 10 秒钟后电梯门自动关上。如果遇到有人在门中间的情况， 电梯会因为机械安全触板开关的作用而自动开门，也可以手动控制开门和关门。 2.2 电梯模型结构 2.2.1 电梯层门 电梯层门是为了确保乘客安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物

10、等出入的门。 图 1 为电梯层门示意图。 电梯层门旁装有消防按钮、 上行召唤按钮和下行召唤按钮（最底层只有上行召唤按钮、最高层只有下行召唤按钮）,并有召唤登记指示灯。层门上方装有 LED 数码管，用以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。 6 红色圆圈是消防按钮， 向下按导致 X10 接通。按下该按钮的同时向左转是消防关门开关，X14 触点闭合，电梯门关闭；向右转是消防开门开关，X11 触点闭合，电梯门打开。呼梯按钮按下时，相应的按钮变成青绿色，表示该呼梯按钮已按下。电梯楼层显示采用 7 段 LED 数码管显示，图中显示电梯目前处于三楼的位置。电梯运行方向用红色箭头表示，图中箭头

11、向上表示电梯正处于上行状态中。 图 1 电梯层门示意图 2.2.2 电梯轿厢内控制屏 7 图 2 轿厢内控制屏示意图 轿厢内控制屏示意图如图 2 所示。 其中包括上行、下行显示及 LED 层楼位置的显示。另外还有 1 楼5 楼的指令按钮及登记显示按钮。此外，还有手动开门和关门按钮，以满足乘客的需求。 2.3 主电路的设计 2.3.1 拖动电机电路的设计 本设计采用三相异步电机作为电梯的牵引电机，并且电机采用星-三角起动方式。 5 4 3 2 1 8 图 3 电梯拖动电机电路 异步电机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电机的启动过程。如果在额定电压下直接起动，由于最初起动瞬间主磁通约减小

12、到额定值的1/2，转子功率因数又很低， 造成了起动时堵转电流相当大而堵转转矩并不大 （不像直流电机那样，起动转矩与起动电流成正比）的结果，所以要采用星-三角降压起动方法。起动时，电机定子绕组接成星形联结，起动后改接成三角形联结，如图3所示。起动时，接触器KM3、KM5触点闭合，电机定子绕组接成星形联结，待转速升高到一定程度后，接触器KM5触点断开，接触器KM6触点闭合，定子绕组改成三角形联结，电机进入正常运行。 制动时采用能耗制动，接触器KM3触点断开、KM7闭合，电机在断开交流电源的同时，在定子两相上通入直流电流，直流电流通过定子绕组，便在电机内建立一个位置固定、大小不变的恒定磁场。电机转子

13、由于惯性继续旋转，转子导体切割恒定磁场而产生感应电动势和电流， 该电流和恒定磁场相互作用产生相互作用产生电磁转矩，转矩的方向与转子实际旋转方向相反，起到了制动的作用。在制M 3 L1 LL3 FU KM3 KM4 FR KM6 KM5 U1 V1 W1 U2 V2 W2 + KM7 RZ DC 9 动过程中，电机的转速不断下降，电机不断吸收系统存储的机械能，并把它转换成电能消耗在转子电路的电阻上。 图 4 电梯门拖动电机 2.3.2 门电机电路的设计 门电机的驱动也采用三相异步电机， 而起动时采用直接起动的方式，因为门电机的功率不大，直接起动对电源的影响不大，门电机电路如图4所示。接触器KM1

14、闭合，门电机正转，电梯门打开。接触器KM2闭合，门电机反转，电梯门关闭。 第三章 电梯PLC控制系统的设计 3.1 PLC 单台电梯控制系统的工作流程 图 5 为 PLC 单台电梯控制系统工作流程图， 从图中可知控制一台电梯正常工作， 主要需要如下信号： 控制信号、 层楼信号、 指令信号、 召唤信号和消防信号。 M 3 L1 L2 L3 FU KM1 KM2 FR 10 图 5 PLC 单台电梯控制系统工作流程图 这些信号分别来自轿厢控制面板、井道行程开关、层面控制铵钮和层面火警开关。来自井道行程开关的层楼信号进行层楼定位并参与自动定向，同时显示所在层楼位置。 来自轿厢控制面板的指令信号和来自

15、层面控制按钮的召唤信号分别进行指令登记和召唤登记， 同时进行信号登记显示。 这两种信号也参与自动定向，和层楼信号一同对电梯进行运行控制，包括开关门、上下行和停站。当来自层面的火警开关发出消防控制信号时，立即消除指令登记和召唤登记，直接控制电梯下行至底楼并开门。 运行控制电梯的同时进行运行显示和驱动电动机正转或反转，即电梯上行或下行。 3.2 PLC I/O 地址分配： 序号 输入 名称 序号 输出 名称 1 I3.5-I4.0 AYS 向上行驶按钮 1 Q0.0 KM 开门显示 2 I4.1-I4.7 AYX 向下行驶按钮 2 Q0.1 GM 关门显示 3 I0.3 YSJ 有/无司机选择开关

16、 3 Q0.2 MGB 门关闭显示 4 I0.4 1YC 一楼行程开关 4 Q0.3 DCS 上行显示 来自轿厢 控制面板 来自井道 行程开关 来自轿厢 控制面板 来自层面 控制按钮 来自层面 火警开关 控制信号 层楼信号 指令信号 召唤信号 层楼定位 指令登记 召唤登记 显 示 显 示 显 示 自动定向 运行控制（开/关门、上/下行、停站） 运行显示 电动机驱动控制 消防控制 置位 置位 清除 清除 11 5 I0.5 2YC 二楼行程开关 5 Q0.4 DCX 下行显示 6 I0.6 3YC 三楼行程开关 6 Q0.5 B LED 七段显示器 b 段发光二极管 7 I0.7 4YC 四楼行

17、程开关 7 Q0.6 C LED 七段显示器 c 段发光二极管 8 I1.0 5YC 五楼行程开关 8 Q0.7 D LED 七段显示器 d 段发光二极管 9 I1.1 A1J 一楼指令按钮 9 Q1.0 E LED 七段显示器 e 段发光二极管 10 I1.2 A2J 二楼指令按钮 10 Q1.1 F LED 七段显示器 f 段发光二极管 11 I1.3 A3J 三楼指令按钮 11 Q1.2 G LED 七段显示器 g 段发光二极管 12 I1.4 A4J 四楼指令按钮 12 Q1.3 1DJA 一楼指令信号登记显示 13 I1.5 A5J 五楼指令按钮 13 Q1.4 2DJA 二楼指令信

18、号登记显示 14 I1.6 AJ 指令专用开关(直驶) 14 Q1.5 3DJA 三楼指令信号登记显示 15 I1.7 ZXF 置消防开关 15 Q1.6 4DJA 四楼指令信号登记显示 16 I2.0 A1S 一楼上召唤按钮 16 Q1.7 5DJA 五楼指令信号登记显示 17 I2.1 A2S 二楼上召唤按钮 17 Q2.0 1DAS 一楼上召唤信号登记显示 18 I2.2 A2X 二楼下召唤按钮 18 Q2.1 2DAS 二楼上召唤信号登记显示 12 19 I2.3 A3S 三楼上召唤按钮 19 Q2.2 2DAX 二楼下召唤信号登记显示 20 I2.4 A3X 三楼下召唤按钮 20 Q

19、2.3 3DAS 三楼上召唤信号登记显示 21 I2.5 A4S 四楼上召唤按钮 21 Q2.4 3DAX 三楼下召唤信号登记显示 22 I2.6 A4X 四楼下召唤按钮 22 Q2.5 4DAS 四楼上召唤信号登记显示 23 I2.7 A5X 五楼下召唤按钮 23 Q2.6 4DAX 四楼下召唤信号登记显示 24 I3.0 24 Q2.7 5DAX 五楼下召唤信号登记显示 25 I3.1 司机上行选择按钮 25 Q3.0 S 上行继电器(控制电动机正转) 26 I3.2 司机下行选择按钮 26 Q3.1 X 下行继电器(控制电动机反转) 27 I3.3 上强迫换速开关 27 Q3.2 YX

20、运行显示 28 I3.4 下强迫换速开关 28 Q3.3 A LED 七段显示器 a 段发光二极管 29 I3.5 下平层感应器触点 29 Q3.4 KF 快速接触器 30 I3.6 上平层感应器触点 30 Q3.5 KS 慢速接触器 13 L N Y00 Y01 Y02 Y03 Y04 Y05 Y06 Y07 COM Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 COM Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 Y25 Y26 Y27 COM Y30 Y31 Y32 Y33 Y34 Y35 Y36 Y37 COM Y40 Y46 Y47 FX2N 128MR +24V COM

21、 COM X00 X01 X02 X03 X04 X05 X06 X07 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 X27 X30 X31 X32 X33 X34 X35 X36 X37 X40 X41 X42 X43 X44 X45 1SB 上 2SB 上 2SB 下 3SB 上 3SB 下 4SB 上 4SB 下 5SB 上 SB 消防 SB 消防开门 SB 门机械触板 SB 手动开门 SB 消防关门 SB 手动关门 SB 开门极限 SB 关门极限 1SB 楼层触点 2SB 楼层触点 3SB 楼层触点 4SB 楼

22、层触点 5SB 楼层触点 1SB 箱内停层选择 2SB 箱内停层选择 3SB 箱内停层选择 4SB 箱内停层选择 5SB 箱内停层选择 1SB 减速触点 2SB 减速触点 3SB 减速触点 4SB 减速触点 SB 门闭合触点 L N 1 上显示 2 上显示 2 下显示 3 上显示 3 下显示 4 上显示 4 下显示 5 下显示 开门输出 关门输出 1 楼层显示 2 楼层显示 3 楼层显示 4 楼层显示 5 楼层显示 停层 1 显示 停层 2 显示 停层 3 显示 停层 4 显示 停层 5 显示 上行指示 下行指示 电机星形联结 电机三角联结 减速输出 正转输出 反转输出 KM1 KM2 KM5

23、 KM6 KM3 KM4 KM7 14 第四章 PLC 电梯控制系统基本功能梯形图分析 4.1 楼层感应控制梯形图： 15 4.2 轿内指令控制梯形图： 16 4.3 门厅召唤控制梯形图： 17 4.4选项控制梯形图： 18 4.5换速梯形图： 4.6起动控制梯形图： 19 4.7 电梯平层控制梯形图： 20 表 7 七段 LED 字型码 楼层 A段 B段 C段 D段 E段 F段 G段 字型码 一楼 0 1 1 0 0 0 0 06H 二楼 1 0 1 1 0 1 1 5BH 三楼 1 1 1 1 0 0 1 4FH 四楼 0 1 1 0 0 1 1 66H 五楼 1 0 1 1 0 1 1

24、6DH 在本设计中没有使用 PLC 输出字型码，字型码是靠外部电路提供，PLC 只是将外部电路与 LED 显示器连接起来，从而使字型码输入到 LED 显示器中显示出来 21 第五章 辩问题 1 阐明程序设计思想及工作流程。 答：通过控制各路开关来控制电梯的停留和上下，还有通过报警程序的控制来及时提醒报警， 还有通过相关程序来完成有无司机及出现消防问题的时候的工作状态， 通过换速控制系统和起动控制系统来进行对电动机的速度及起动的控制 2 当层楼数增加，开关量输入和输出的点数将作如何变化 ? 答：输入和输出开关量的点数将会增加，而且输入的开关量高于输出的点数， 3 若需要电梯只服务于奇数楼层，梯形

25、图将作如何变换 ? 答：通过控制开关的和限制开关的使用要控制电梯服务楼层的控制，是要服务奇数可以 I0.3I0.5I0.7I1.0I1.2I1.4I1.7I2.3I2.6I2.2 开 22 通，相应其他的电梯按钮的接触器取消来达到控制奇功能 4 若需要电梯只服务于偶数层楼，梯形图将作如何变换 ? 答：控制开关的和限制开关的使用要控制电梯服务楼层的控制，是要服务偶数 I0.3I0.5I0.7I1.0I1.2I1.4I1.7I2.3I2.6I2.2 功能取消，想对应的其他电梯按钮的功能开通， 其他主程序不变就可完成相关的要求的控制。 5 若需要电梯只服务于四层及以上楼层，梯形图将作如何变换 ? 答

26、：再设置相关的程序，一至三楼相关的行程开关，指令按钮，召唤按钮功能取消，四楼及五楼想过的接触器功能启动。 6若正常运行方式作为方式 A ，上述 3、4、5 题运行方式作为 方式 B 、方式 C 、方式 D , 如何采用两个输入开关来任选其中一个作为当前运行方式? 答：将上述的三种方式的程序编好后，然后与输入开关相连接，连接的目标为，到与其中一个输入开关连接是，相关的输出自锁，从而达到控制其目的，同理又可以对另一方式进行控制，再就是通过两个同时闭合的时候又对其他两个方式形成互锁， 这样就可以达到要求的任 23 选其中一个为当前运行方式 6 电梯控制中清除召唤登记的条件是什么 ? 在前召唤登记的程

27、序还为执行时，即没有得到输出值时，后者再出现一个或者多个召唤登记条件，此召唤条件将会被消除，只有当前一召唤登记条件完成才行，及程序的反应时间。 7 电梯控制中清除指令登记的条件是什么 ? 答：指令登记条件不同于召唤登记条件，因为在其内部有寄存器及相关的存储功能，所以具有一定的记忆性，只有登记得条件超过的寄存器的存储容量之后它才会消除其登记条件，并且从新记录，且每次指令登记的条件完成后又会再刷新一次。 结 论 通过本次课程设计，了解了电梯的组成与其工作原理，深刻理解了 PLC 的结构、特点及其工作原理，掌握 PLC 在控制系统中的应用。 通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课

28、题相结合开发、设计产品的能力。 24 既让我们懂得了怎样把理论应用于实际， 又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。 在本次设计中，我们需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆、网络资料同学帮助成了必不可缺的。是我用心去认真设计的，翻阅了很多书籍，查阅了很多相关资料。 通过同学和朋友的帮助及自己的分析最后才能比较完全的完成这次设计，所以觉得此篇论文在我学习方面还是有比较重要的作用的。 参考文献 1 鲍风雨 典型自动化设备及生产线应用与维护 M 北京： 机械工业出版社，2004 2 周 忆,熊瑞平 ,于今 , 唐全波. 流体传动与控制 M . 北京:科学出版社 , 2008. 3 张

29、 光函 , 田淑君.流 体传动与控制 M .成 都:成都科技大学出版社, 1999. 4 朱文球高速公路收费软件的设计与实现J.计算机工程，2004. 5 PLC 应用开发实用子程序M人民邮电出版社，2006 6 电器与 PLC 控制技术M化学工业出版社，2008 25 基于 PLC 的学术论文的简评 关于湖北水利水电技术学院学报2006 年六月第二卷第二期的王君明及刘祖强（湖北水利水电技术学院机电系）使用完成 PLC 对于电梯模型控制系统的设计，首先其通过对 PLC 的发展及电梯的应用才阐明写关于这方面的论文的必要性，即论文的目的。本论文是使用日本三菱公司的 PLC 软件进行软件编程和 FX

30、-OS30MR 为硬件接线的，他充分运用了该软硬件的优点进行设计。 不过在设计思维的紧密性还是存在一定的缺陷的，即没有一些必要的应急措施及维护检修方面的考虑， 这会对以后的工作带来很大的不便的， 该论文只介绍了，楼层上下层限位，呼叫，开关门，运行，选灯，升降的控制，其实一篇关于 PLC 控制电梯的论文应该涉及到该方面的所有问题，应该还有电机的控制，因为电机是动力，只有对电机的运行控制好了，才能很好的进行平稳的运转。该程序中也不能体现出对数码管的控制，所以说该论文在反应 PLC 在电梯中的运用还是有一定得局限性的， 也就是只是考虑该方面的部位设计问题， 不是很全面，不过总体的设计思路还是很不错的。