1、唐 山 學 院 PLC編程及應用 課 程 設 計 題 目 基于西門子PLC的電梯控制系統設計及調試 系 (部) 智能與信息工程學院 班 級 12電本 班 姓 名 學 號 4120208xxx 指導教師 關榆君 田紅霞 田麗欣 2016 年 1 月 4 日 至 1 月 15 日 共 2 周2016年 1 月 15 日課程設計成績評定表出勤情況出勤天數 缺勤天數成績評定出勤情況及設計過程表現（20分）課設答辯（20分）設計成果（60分）總成績（100分）提問（答辯）問題情況綜合評定 指導教師簽名： 年 月 日目錄1 引言12 四層電梯的課設任務及要求22.1 設計任務22.2 課設設備23 設計方

2、案33.1 PLC特點及工作方式33.2 硬件設計33.2.1 電梯的運行過程33.2.2 電氣控制系統圖43.2.3 電梯輸入/輸出分配表4 PLC接線圖54 軟件設計74.1程序塊設計7初始狀態及復位74.1.2內選模塊84.1.3上下行指示中間繼電器84.1.4外呼模塊94.1.5平層感應94.1.6電梯高低速運行104.1.7停車模塊104.1.8電梯上下行中間繼電器114.1.9開關門模塊124.1.10電梯上下行輸出135 仿真155.1 仿真軟件介紹155,2 仿真過程166 設計經驗與體會187 參考文獻19附錄 程序201 引言可編程控制器的定義：可編程控制器是一種數字運算操

3、作的電子系統，專為工業環境下應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內.部存儲執行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機械和生產過程。可編程控制器及其有關設備都應按易于使工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。PLC可實現邏輯控制、過程控制、運動控制和通信聯網等4大功能。可編程控制器的基本結構：可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：電源、中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊。可編程控制器的發展前景：從技術上看，計算機技術的新成果會

4、更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快，存儲容量更大，智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面，完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發展情況來看，可編程控制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程控制器技術的發展方向。目前的計算機集散控制系統DCS（Distributed Control Syste

5、m）中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網絡的發展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。STEP7編程軟件：STEP 7編程軟件用于西門子系列工控產品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC的編程、監控和參數設置，是SIMATIC工業軟件的重要組成部分。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數設置、通訊組態、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。在STEP 7中，用項目來管理一個自動化系統的硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它可以方便地瀏覽SIM

6、ATIC S7、M7、C7和WinAC的數據。實現STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。2 四層電梯的課設任務及要求2.1 設計任務（1）電梯具有運行速度（高速）和平層速度（低速）兩種運行速度并可實現高低速的平滑轉換（2）電梯具有呼梯登記及登記顯示功能（3）電梯具有轎內選層及選層登記及顯示功能（4）電梯具有自動停層功能（5）電梯具有順向截停功能，若已經完成當前方向的最后一站請求，亦可實現逆向截停功能（6）電梯具有自動確定運行方向及運行方向保持功能（7）電梯具有廳門、轎門連鎖保護功能（8）電梯具有自動平層功能（9）電梯具有超載、超速及端站限位保護功能（10）電梯

7、具有運行方向及層樓指示功能（11）滿足了呼梯要求即應消除呼梯登記信號2.2 課設設備西門子PLC一臺計算機一臺電梯實驗模型一部編程電纜一根西門子PLC編程軟件3 設計方案3.1 PLC特點及工作方式PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、優越性和實用性的控制方式，它更適合用在電梯的技術改造和控制系統的更新換代，是電梯控制系統中理想的控制新技術，所以本次課程設計采用可編程控制器(PLC)作為控制方式。PLC特點：（1）使用靈活、通用性強可靠性高。（2）抗干擾能力強。（3）接口簡單、維護方便。（4）體積小、功耗小、性價比高。（5）編程簡單、容易掌握。（6）設計、施工、調試周期短。PLC的工作方式：

8、PLC雖然以微處理器為核心，具有微型計算機的許多特點，但它的工作方式卻與微型計算機有很大的不同，微型計算機一般采用等待命令或中斷的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，當有按鍵按下或I/O動作，則轉入相應的子程序或中斷服務程序，無按鍵按下，則繼續掃描等待。PLC采用循環掃描的工作方式，即順序掃描，不斷循環這種工作方式是在系統軟件控制下進行對。當PLC運行時，CPU根據用具按控制要求編寫好并存于用戶存儲器中的程序，按序號作周期性的程序循環掃描，程序從第一條指令開始，逐條順序執行用戶的程序直到程序結束。然后重新返回第一條指令，再開始下一次掃描，如此周而復始。3.2 硬件設計3.2.1 電

9、梯的運行過程I1.1、I1.2、I1.3、I1.4分別為轎廂內一層、二層、三層、四層電梯內選按鈕；I2.1、I2.3、I2.5分別為二層、三層、四層電梯外下降呼叫按鈕；I2.0、I2.2、I2.4分別為一層、二層、三層電梯外上升呼叫按鈕；I0.1、I0.2、I0.3、I0.4分別為一層、二層、三層、四層限位開關，模擬實際電梯位置傳感器的作用。 Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4分別為一層、二層、三層、四層電梯位置指示燈；Q0.7為電梯下降狀態指示燈；Q0.6為電梯上升狀態指示燈；Q1.1、Q1.2、Q1.3、Q1.4分別為轎廂內一層、二層、三層、四層電梯內選指示燈。電梯由安裝在各

10、樓層門口的上升和下降呼叫按鈕進行呼叫操縱，其操縱內容為電梯運行方向。電梯轎箱內設有樓層內選按鈕I1.1I1.4，用以選擇需停靠的樓層。Q0.1為一層指示、Q0.2為二層指示、Q0.3為三層指示、Q0.4為四層指示，I0.1、I0.2、I0.3、I0.4分別為一層、二層、三層、四層限位開關。電梯上升途中只響應上升呼叫，下降途中只響應下降呼叫，任何反方向的呼叫均無效。例如，電梯停在由一層運行至三層的過程中，在二層轎箱外呼叫時，若按二層上升呼叫按鈕，電梯響應呼叫；若按二層下降呼叫按鈕，電梯運行至二層時將不響應呼叫運行至三層，然后再下降，響應二層下降呼叫按鈕。 電氣控制系統圖電動機控制電路圖如下：圖3

11、-2 電動機控制電路圖根據設計要求，本次設計的電氣控制系統主回路原理圖如圖所示。圖中M1，M2為曳引電機和門電機，交流接觸器KM1KM4通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。FR1，FR2為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護作用。 電梯輸入/輸出分配表具體的I/O分配表如下：表3-1 I/O分配表序號輸入信號輸出信號編號名稱編號名稱1I0.0開門Q0.0開門2I0.1一層限位Q0.1一層指示3I0.2二層限位Q0.2二層指示4I0.3三層限位Q0.3三層指示5I0.4四層限位Q0.4四層指示6I0.5關門Q0.5關門7

12、I0.6開門到位Q0.6上行指示8I0.7關門到位Q0.7下行指示9I1.0上平層感應器Q1.0高速10I1.1一層內選Q1.1一層內選指示11I1.2二層內選Q1.2二層內選指示12I1.3三層內選Q1.3三層內選指示13I1.4四層內選Q1.4四層內選指示14I1.5下平層感應器Q1.5低速15I1.6上限位Q1.6上行輸出16I1.7下限位Q1.7下行輸出17I2.0一樓上呼Q2.0一樓上行18I2.1二樓下呼Q2.1二樓下行19I2.2二樓上呼Q2.2二樓上行20I2.3三樓下呼Q2.3三樓下行21I2.4三樓上呼Q2.4三樓上行22I2.5四樓下呼Q2.5四樓下行23I2.6關門測試

13、信號 PLC接線圖 四層電梯的硬件接線圖如下：圖3-1 硬件接線圖4 軟件設計4.1程序塊設計初始狀態及復位首先觀察檢測電梯是否處于關門狀態，如果不是，就執行關門。當電梯門徹底閉合之后，將關門電機復位，停止關門。梯形圖如下：圖4-1 電梯開關門狀態中間繼電器M1.1的作用是記錄轎廂是不是在樓層上，到達任一樓層后，復位M1.1表示已經到達正確樓層。梯形圖如下：圖4-2 電梯是否到達正確樓層4.1.2內選模塊舉例說明，假設內選一層，內選一層時一層指示燈亮；到達一層并且執行開門時指示燈熄滅；電梯停在某一層時該層指示燈滅。梯形圖如下：圖4-3 一層指示燈電路4.1.3上下行指示中間繼電器當電梯處于下行

14、狀態或者上行沒有到3、4樓的任務時，M0.0有效；當電梯處于上行狀態或者下行沒有到1樓的任務時，M0.1有效；當電梯處于下行狀態或者上行沒有到4樓的任務時，M0.2有效；當電梯處于上行狀態或者下行沒有到1、2樓的任務時，M0.3有效。梯形圖如下：圖4-4 上下行指示中間繼電器4.1.4外呼模塊舉例說明，假設電梯到達二層，則電梯開門。電梯是上行方向或者下行但是沒有往下的任務時取消呼梯信號。梯形圖如下：圖4-5 二樓外呼上行電路4.1.5平層感應有時電梯運行時由于某些影響，導致電梯不能準確的停留在欲停留的樓層，會與樓層出現錯位，因此要加裝平層感應裝置。梯形圖如下：圖4-6 平層感應電路4.1.6電

15、梯高低速運行電梯運行過程中有一個高低速轉換狀態，電梯開始啟動時先進入低速模式，一定時間后轉為高速狀態。梯形圖如下： 圖4-7 電梯高低速運行4.1.7停車模塊電梯到達內選及外呼所選樓層后，停止運行，進入停車狀態，梯形圖如下：圖4-8 停車電路4.1.8電梯上下行中間繼電器以下行中間繼電器為例，M0.5為下行繼電器，當電梯在三層，有三樓下呼、二樓上呼、二樓下呼、一樓上呼、轎廂內選一層、轎廂內選二層時；當電梯在二層，有一樓上呼、轎廂內選一層時；當電梯有轎廂內選四層時；下行繼電器M0.5有效。平層到位繼電器有效，當電梯在二層，二樓可上行繼電器有效時；當電梯在三層，三層可上行繼電器有效時；當電梯在一層

16、時；則下行繼電器復位。梯形圖如下：圖4-9 電梯上下行中間繼電器圖4-7 電梯下行中間繼電器4.1.9開關門模塊以開門狀態舉例，在滿足各樓層的開門條件，并且前提是關門狀態時，執行開門，在按下關門電機或者關門到位的時候關閉開門電機，開門到位后延時一段時間，電梯自動關門。梯形圖如下：圖4-10 開門電路4.1.10電梯上下行輸出當電梯處于上下行狀態的時候，會有該狀態的狀態顯示。梯形圖如下：圖4-11 上下行輸出電路5 仿真5.1 仿真軟件介紹S7-200 PLC 仿真軟件（V2.0），原版為西班牙語。 該仿真軟件可以仿真大量的S7-200指令（支持常用的位觸點指令、定時器指令、

17、計數器指令、比較指令、邏輯運算指令和大部分的數學運算指令等，但部分指令如順序控制指令、循環指令、高速計數器指令和通訊指令等尚無法支持。仿真程序提供了數字信號輸入開關、兩個模擬電位器和LED輸出顯示，仿真程序同時還支持對TD-200文本顯示器的仿真，在實驗條件尚不具備的情況下，完全可以作為學習S7-200的一個輔助工具。S7-200 PLC 仿真軟件使用步驟：（1） 仿真前先用STEP 7 - MicroWIN編寫程序，編寫完成后在菜單欄“文件”里點擊“導出”，彈出一個“導出程序塊”的對話框，選擇存儲路徑，填寫文件名，保存類型的擴展名為awl，之

18、后點保存。（2） 執行仿真軟件s7-200.EXE,此軟件不需安裝。 （3） 配置CPU,選定所需CPU的型號。 （4） 載入導出的程序。 （5） 點擊工具欄中的“RUN",從停止切換到運行模式，即可進行仿真。仿真軟件界面如下圖：圖5-1 S7-200仿真圖圖中綠色按鍵為輸入，指示燈位于PLC下方，PLC上方為輸出。5,2 仿真過程初始狀態為關門狀態，關門指示燈亮，仿真圖如下：圖5-2 初始狀態仿真圖按下關門到位，關門指示燈滅，按下一層限位，上下平層感應器，使電梯位于一層，一層指示燈亮，仿真圖如下：圖5-3 電梯處于一層仿真圖外選四樓下呼，電梯上行輸出指示燈亮，電梯先低速運行，再高速

19、運行。關閉一層限位，再依次關閉上下平層，按下二層限位，電梯到達二樓，無反應，按下三層限位，電梯到達三樓，無反應，按下四層限位，電梯高速變低速，電梯到達四樓，下行輸出指示燈亮。仿真圖如下：圖5-4 電梯高速變低速仿真圖依次按下上平層，下平層，高速指示燈滅，電梯上行輸出下行輸出燈滅，上行指示下行指示滅，電梯開門，仿真圖如下：圖5-5 電梯到達后開門仿真圖6 設計經驗與體會這次課程設計收獲非常大，在PLC的專業知識方面有了很多的了解，自身的編程能力提高了很多，全體成員也共同努力，集思廣益。PLC編程與我們以往接觸到的單片機的編程思路和方法有很大的區別，雖然是簡單的上下樓，其中所涉及到的各種情況的分析

20、剛開始讓我們覺得很復雜，經過兩個星期的學習，現在再回頭看一看覺得思路很清晰，在plc的學習上又進一步。這次課設中對于團隊合作也有所體會，集體討論固然重要，但是在集體討論完之后的自我反思、完善，并且將隊友的方法加到自己的設計中是非常重要的，這也是自我能力提高所必需進行的。電梯的設計，把以前學到的知識都實踐了一遍，鍛煉了我們的動手能力。利用可編程控制器以及電動機控制技術，充分利用了數字化電子控制技術，通過合理的設別選型、軟件設計，提高了電梯運行的可靠性和運行效率，使電梯結構緊湊、噪音降低、維修簡單、故障率低，改善了電梯運行的舒適感，并節約了了電能。具有一定的經濟效益和社會效益。通過這次plc實踐，

21、提高了我們的動手能力，為今后的工作，生產奠定了基礎，也通過了這次試驗知道了我們自身的不足，同時對尚有欠缺的部分要加強實踐，學習。7 參考文獻1濮良貴，機械設計M，2006 2馮清秀，機電傳動控制M，2011 3周亞軍，電氣控制與PLC原理及應用M，20084廖常初，PLC編程及應用M，2005 5郁漢琪，電氣控制與可編程序控制器M，20036易傳祿，可編程序控制器應用指南M，20047宋麗君，基于S7-226型PLC的四層電梯控制系統的設計J，科技信息，2009，3-58李英輝，基于PLC的四層電梯控制J，石家莊職業技術學院學報，2013，1-29靜康.，實用電工

22、典型線路圖例J，中國水利水電出版社，1998，2-410劉裁文，電梯控制系統J，電子工業出版社，1996 ，6-711陳在平，可編程控制器技術與應用系統設計J，機械工業出版社，2005，4-6附錄 程序Network 1/ 關門指示LD SM0.1AN I0.6AN I0.7S Q0.5, 1Network 2 / 關門到位1LD I0.7R Q0.5, 1Network 3 / 初始下行復位LD SM0.1AN I0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4AN I1.6S M1.1, 1Network 4 / 復位LD I0.1O I0.2O I0.3O I0.4O I1.7

23、R M1.1, 1Network 5 / 一層內呼LDN I0.1A I1.1LDN I0.1ON Q0.0A Q1.1OLD= Q1.1Network 6 / 二層內呼LDN I0.2A I1.2LDN I0.2ON Q0.0A Q1.2OLD= Q1.2Network 7 / 三層內呼LDN I0.3A I1.3LDN I0.3ON Q0.0A Q1.3OLD= Q1.3Network 8 / 四層內呼LDN I0.4A I1.4LDN I0.4ON Q0.0A Q1.4OLD= Q1.4Network 9 / 二層外呼下響應LD M0.4AN Q1.3AN Q1.4AN Q2.2AN Q

24、2.3AN Q2.4AN Q2.5O M0.5= M0.0Network 10 / 二層外呼上響應LD M0.5AN Q2.0AN Q2.1AN Q1.1O M0.4= M0.1Network 11 / 三層外呼下響應LD M0.4AN Q1.4AN Q2.4AN Q2.5O M0.5= M0.2Network 12 / 三層外呼上響應LD M0.5AN Q1.1AN Q1.2AN Q2.1AN Q2.3AN Q2.0O M0.4= M0.3Network 13 / 一層外呼上燈LD I2.0LDN I0.1ON Q0.0A Q2.0OLD= Q2.0Network 14 / 四層外呼下燈LD

25、 I2.5LDN I0.4ON Q0.0A Q2.5OLD= Q2.5Network 15 / 二層外呼下燈LD I2.1LDN M0.0ON Q0.0ON I0.2A Q2.1OLD= Q2.1Network 16 / 二層外呼上燈LD I2.2LDN M0.1ON Q0.0ON I0.2A Q2.2OLD= Q2.2Network 17 / 三層外呼下燈LD I2.3LDN I0.3ON M0.2ON Q0.0A Q2.3OLD= Q2.3Network 18 / 三層外呼上燈LD I2.4LDN I0.3ON M0.3ON Q0.0A Q2.4OLD= Q2.4Network 19 /

26、開門LD Q1.1O Q2.0A I0.1LD M0.0A Q2.1LD M0.1A Q2.2OLDO Q1.2A I0.2OLDLD M0.2A Q2.3LD M0.3A Q2.4OLDO Q1.3A I0.3OLDLD Q1.4O Q2.5A I0.4OLDLD I0.0AN Q0.0AN Q0.5OLDAN Q0.5LD Q0.7AN Q0.6EUO I0.6NOTLPSA Q0.0= Q0.0LPPALDO Q0.0= Q0.0Network 20 / 開門后延時3秒LD I0.6TON T33, 300Network 21 / 關門LD I0.5EUO T33AN Q0.0LD I0

27、.0AN I0.5EUO I0.7NOTLPSA Q0.5= Q0.5LPPALDO Q0.5= Q0.5Network 22 / 上行指令中間繼電器LD Q2.2O Q1.3O Q1.4O Q2.3O Q2.4O Q2.5A I0.2O I0.1LD Q2.4O Q1.4O Q2.5A I0.3OLDAN M0.5LD I0.2A M0.0LD I0.3A M0.2OLDO I0.4O I1.7NOTLPSA M0.4= M0.4LPPALDO M0.4= M0.4Network 23 / 關斷是否下行LD Q2.1O Q1.1O Q2.0A I0.2LD Q2.3O Q1.1O Q1.2O

28、 Q2.1O Q2.2O Q2.0A I0.3OLDO I0.4AN M0.4LD I0.2A M0.1LD I0.3A M0.3OLDO I0.1NOTLPSA M0.5= M0.5LPPALDO M0.5= M0.5Network 24 / 上行指示LD Q1.2O Q1.3O Q1.4O Q2.1O Q2.3O Q2.2O Q2.4O Q2.5A I0.1LD Q1.3O Q2.3O Q1.4O Q2.4O Q2.5A I0.2OLDLD Q1.4O Q2.5A I0.3OLDAN Q0.0A I0.7AN Q0.7A M0.4LD I0.4EUO Q0.5O Q0.0O Q0.7NOT

29、LPSA Q0.6= Q0.6LPPALDO Q0.6= Q0.6Network 25 / 下行中間繼電器LD Q1.1O Q1.2O Q1.3O Q2.0O Q2.1O Q2.2O Q2.3O Q2.4A I0.4LD Q1.1O Q1.2O Q2.0O Q2.1O Q2.2A I0.3OLDLD Q1.1O Q2.0A I0.2OLDLDN Q0.0A I0.7AN Q0.6A M0.5LDN I0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4OLDALDLD I0.1O I1.7EULD Q0.5O Q0.0O Q0.6OLDNOTLPSA M1.0= M1.0LPPALDO M1.0= M1.0Network 26 / 下行指示LD M1.1O M1.0= Q0.7Network 27 / 樓層指示1LD I0.1