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三楼电梯PLC控制 课程设计总结报告 目录 1.引言    - 2 - 1.1 背景    - 2 - 1.2 电梯技术发展趋势    - 2 - 2 PLC控制电梯可行性    - 3 - 2.1 PLC的特点    - 3 - 2.2  PLC控制电梯的优点    - 3 - 3. 三层电梯PLC设计要求    - 3 - 3.1 设计目的    - 3 - 3.2 电梯控制设计要求    - 4 - 3.2.1 按钮设定    - 4 - 3.2.2 电梯控制规则    - 4 - 4. 三楼电梯PLC控制系统设计    - 5 - 4.1 PLC控制系统的硬件组成部分    - 5 - 4.1.1  I/O分配表    - 5 - 4.1.2 各按钮功能分析    - 5 - 4.1.3硬件设计、接线    - 6 - （1）油动机部分    - 6 - （2）楼层状态显示    - 7 - （3）按钮继电器逻辑    - 8 - （4）PLC硬件连接    - 11 - 4.2 控制系统的软件组成部分    - 13 - 4.2.1 PLC控制系统程序(梯形图)    - 13 - 4.2.2 PLC控制梯形图分析    - 13 - 4.3 最终设计总方案    - 18 - 5. 设计总结    - 19 - 6. 附录-元件清单    - 20 - 1.引言 1.1 背景 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。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，广泛的应用于高层住宅，大型公共建筑，工厂仓库等场所，节省了人力和时间，提高了工作效率。 电梯作为现代化的产物，早在上个世纪就进入了我们的生活之中。大规模的经济建设尤其是蓬勃发展的房地产业给国内电梯行业开拓了更为广阔的市场。随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。由此，一个更为庞大的电梯市场已经在国内轰然形成。我国以前主要都是依靠国外的进口技术，本国的电梯厂商主要都是依靠为进口电梯作销售代理或者售后维修进行经营。但是随着技术的革新和与国外的交流，当今经济建设需求的各类电梯，几乎全部都可以在中国生产。电梯生产作为一门国家的新兴产业，它这种能有减少人口膨胀对环境所造成的巨大压力的特性，注定了其在中国具有一片光明的前景。 影响电梯质量好坏的关键是它的控制系统。传统的电梯自动控制一是由继电器——接触器进行控制，其缺点是触点多，接线复杂，故障率高，可靠性差，维护工作量大，二是有微机控制，其缺点是系统抗干扰能力弱，而采用PLC组成的控制系统很好的解决了上述问题，它工作可靠性高，灵活性好，通用性高，编程简单，使用方便，而且它的抗干扰能力远远强于传统电梯的，它使电梯的运行更加安全，方便。已成为目前电梯系统中使用最多的控制方式。 1.2 电梯技术发展趋势 随着现代建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要标志，作为高层建筑的垂直运载工具—电梯得到了快速发展。 (1)结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。 (2)技术含量更高，性能更好 （3）安装更方便、更快捷高效、安全 （4）更加节能、绿色环保 2 PLC控制电梯可行性 2.1 PLC的特点 PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。 2.2 PLC控制电梯的优点 (1) 在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。 (2) 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。 (3) PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 (4) PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 (5) 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 (6) 更改控制方案时不需改动硬件接线。 3. 三层电梯PLC设计要求 3.1 设计目的 （1）通过对工程实例的模拟，熟练的掌握PLC的编程和程序调试方法。 （2）进一步熟悉PLC的I/O连接。 （3）熟悉三楼楼电梯采用轿厢内外按钮的编程方法。 3.2 电梯控制设计要求 3.2.1 按钮设定 电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操作，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿厢内设有楼层内选按钮SB1~SB3，用以选择需停靠的楼层。LS1~LS3为一到三楼的到位行程开关。KSB11为一楼呼叫按钮，KSB21为二楼下呼按钮，KSB23为二楼上呼按钮，KSB33三楼呼叫按钮。 图3-1 三楼电梯示意图 3.2.2 电梯控制规则 （1） 电梯停在一楼或二楼时，按KSB33则电梯上行至LS3停止； （2） 电梯停在二楼或三楼时，按KSB11则电梯下行至LS1停止； （3） 电梯停在一楼时，按KSB23则电梯上行至LS2停止； （4） 电梯停在三楼时，按KSB21则电梯下行至LS2停止； （5） 电梯停在一楼时，按SB2、SB3则电梯上行至LS2停止T秒；然后继续自动上行至3LS停止； （6） 电梯停在三楼时，按SB2、SB1则电梯下行至LS2停止T秒；然后继续自动下行至LS1停止； （7） 电梯自一楼上行三楼途中，按下二楼下呼按钮KSB21，电梯不会停止，当电梯上行到三楼以后，电梯停止T秒后会自动下行到二楼； （8） 电梯自三楼下行一楼途中，按下二楼上呼按钮KSB23，电梯不会停止，当电梯下行到一楼以后，电梯停止T秒后会自动上行到二楼； （9） 电梯轿箱位置要用数码管显示； （10） 电梯上、下行用上、下箭头指示显示。 4. 三楼电梯PLC控制系统设计 4.1 PLC控制系统的硬件组成部分 4.1.1  I/O分配表 表 4-1  3层电梯控制I/O分配表 输入部分   输出部分 输入端子 输入元件 作用 输出端子 输出元件 作用 X1 KSB1 一楼停止 Y0 OPEN 上行信号 KSB11 一楼上呼 X2 KSB2 二楼停止 Y1 CLOSE 下行信号 X21 KSB21 二楼下呼 Y10 S 下行显示 X23 KSB23 二楼上呼 X3 KSB3 三楼停止 Y11 L 上行显示 KSB33 三楼下呼 X11 LS11 一楼限位 D1 KD1 一楼数码显示 X12 LS11 二楼限位 D2 KD2 二楼数码显示 X13 LS11 三楼限位 D3 KD3 三楼数码显示               4.1.2 各按钮功能分析 对于一个三层电梯来讲，最简单的系统控制按钮包括七个，即电梯轿厢内的楼层内选按钮SB1~SB3，一楼呼叫按钮KSB11，二楼下呼按钮KSB21，二楼上呼按钮KSB23，三楼呼叫按钮KSB33。为了简化三层电梯PLC设计，分析各个功能按钮，可以得到： (1) 一楼呼叫按钮KSB11和电梯内部楼层选按钮SB1可实现相同的电梯功能操作，即当电梯在二楼或三楼时，当KSB11或SB1按下时电梯都会下降至一楼然后停止； (2) 三楼呼叫按钮KSB33和电梯内部楼层选按钮SB3也可实现相同的电梯功能操作，即当电梯在二楼或一楼时，当KSB33或SB3按下时电梯都会上升至三楼然后停止； 4.1.3硬件设计、接线 （1）油动机部分 图4-1 油动机替代电梯示意图 受仿真软件限制，设计中使用油动机替代电梯部分功能。 (1) 使用油动机的位移替代电梯的上行、下行。OPEN动作电梯上行，CLOSE动作电梯下行。 (2) 使用油动机上的触点接触接近传感器显示电梯达到不同楼层的状态信息。 （2）楼层状态显示 图4-2 数码管显示控制继电器逻辑 功能： 本设计中使用数码管实现电梯所处楼层层数显示，每当电梯达到某一楼层时，数码管显示该楼层层数，并且在电梯达到其他楼层之前一直显示该楼层层数。数码管逻辑状态使用输入端连接的常开继电器触点控制。 1 电梯在一楼，KD1闭合逻辑状态0001，数码管显示1，如图4-3中a图所示； 2 电梯在二楼，KD2闭合逻辑状态0010，数码管显示2，如图4-3中b图所示； 3 电梯在三楼，KD3闭合逻辑状态0011，数码管显示3，如图4-3中c图所示。 a. 一楼KD1闭合          b. 二楼KD2闭合        c. 三楼KD3闭合 图4-3 数码管各楼层显示 （3）按钮继电器逻辑 图4-2 按钮继电器逻辑图 功能： 为了简化梯形图设计，功能按钮部分使用继电器逻辑实现相关功能。七个功能按钮接通后上电的线圈与PLC输入端子的继电器常开触点关联，实现了将按钮状态转换为PLC的输入指令。按钮继电器逻辑包含如下功能： 1 自锁：每个按钮都并联一个与其串联的线圈所关联的常开触点，一旦按钮按下，线圈上电，常开触点闭合，实现自锁，即能够在电梯未达到相应位置之前记忆按钮状态。如：SB1按钮按下，线圈KSB1上电，常开触点KSB1闭合，SB1实现自锁，如图4-3。 图4-3 SB1按钮按下自锁 2 状态清除：每个按钮都串联一个常闭的接近传感器触点，每当电梯达到相应的楼层时，接触接近传感器，常闭的接近传感器触点断开，线圈断电，自锁状态接触，PLC输入端相应的触点断开，按钮状态清除。如：电梯从三楼或二楼下行，SB1呈自锁状态，当电梯达到一楼时，接近传感器LS1接触，常闭的接近传感器触点LS1断开，线圈KSB1失电，常开触点KSB1断开，SB1自锁状态清除。 3 二楼下呼状态记忆：除了串联常闭的二楼接近传感器触点LS2，二楼下呼按钮还串联了一个常闭触点close，当电梯自一楼上行三楼途中，按下二楼下呼按钮KSB21，电梯不会停止，同时当电梯经过二楼时，与KSB21串联的常闭的接近传感器触点LS2断开，但由于KSB21还串联了常闭触点close（电梯在上行状态close闭合），所以线圈KSB21不会失电，按钮KSB21的下行呼叫持续有效，当电梯上行到三楼以后，电梯停止T秒后会继续按照二楼下呼指令自动下行到二楼，因此实现了二楼下呼状态记忆，如图4-4。 图4-4电梯自一楼上行三楼经过二楼时，二楼下呼按钮状态记忆未被清除 4 二楼上呼状态记忆：除了串联常闭的二楼接近传感器触点LS2，二楼上呼按钮还串联了一个常闭触点open，当电梯自三楼下行一楼途中，按下二楼上呼按钮KSB23，电梯不会停止，同时当电梯经过二楼时，与KSB23串联的常闭的接近传感器触点LS2断开，但由于KSB23还串联了常闭触点open（电梯在下行状态open闭合），所以线圈KSB23不会失电，按钮KSB23的上行呼叫持续有效，当电梯下行到一楼以后，电梯停止T秒后会继续按照二楼上呼指令自动上行到二楼，因此实现了二楼上呼状态记忆，如图4-5。 图4-5电梯自三楼下行一楼经过二楼时，二楼上呼按钮状态记忆未被清除 （4）PLC硬件连接 图4-6 PLC硬件接线图 功能： 1 输入端子中： a) X0-X3，以及X21、X23输入电梯控制系统的操作指令。为了简化梯形图设计，功能按钮部分使用继电器逻辑实现相关功能，输入端口接常开触点与功能按钮关联。 b) X11-X13连接常开接近传感器触点LS1-LS3，输入电梯所在楼层信号。 2 输出端子中： a) 互锁保护：Y0接线圈open和电磁阀OPEN，控制电梯上行；Y1接线圈close和电磁阀CLOSE，控制电梯下行。电磁阀OPEN串联线圈close的常闭触点，电磁阀CLOSE串联按线圈open的常闭触点，两者实现互锁保护，即电梯在上行的过程中下行电磁阀不动作，下行过程中上行电磁阀不动作。 b) 电梯运行方向显示：电梯上行，Y10端口输出上行信号，LED灯S亮，如图4-7所示；电梯下行，Y11端口输出下行信号，LED灯X亮，如图4-8所示。由于软件限制，没有找到上下方向的箭头指示灯，这里分别使用三个LED灯排列显示电梯运行方向。 c) D1-D3端口输出楼层层数显示控制信号，电梯在一楼D1通，数码管显示1；在二楼D2通，数码管显示2；在三楼D3通，数码管显示3。 图4-7 电梯上行显示 图4-8 电梯下行显示 4.2 控制系统的软件组成部分 4.2.1 PLC控制系统程序(梯形图) 图4-9 三层电梯PLC控制程序 4.2.2 PLC控制梯形图分析 （1）M1：当电梯停在一层或二层时，碰触常开触点X3代表电梯要上三楼，同时一层的限位开关X11触点也要闭合，代表在一层的限位开关要转变原来的状态了；而X13常闭触点是三层的限位开关，代表当电梯到达三层的时候会自动停下；常闭触点Y11则代表电梯在上行的过程中，下呼触点一直闭合，下呼是无效的。 图4-10  M1：电梯在一楼按下SB3或KSB33按钮电梯上行 （2）M2：当电梯停在二层或三层时，碰触常开触点X1代表电梯要下一楼，同时三层的限位开关X13触点也要闭合，代表在三层的限位开关要转变原来的状态了；而X11常闭触点是一层的限位开关，代表当电梯到达一层的时候会自动停下；常闭触点Y10则代表电梯在下行的过程中，上呼触点一直闭合，上呼是无效的。 图4-11 M2：电梯在三楼按下SB1或KSB11按钮电梯下行 （3）M3：常开触点X23是代表二层的上呼触点，代表当电梯在一层的时候要从二楼上三楼，碰触X23或X2，同时一层的限位开关触点X11也要转变原来的状态。而常闭触点X12是二层的限位开关，代表当电梯到达二层的时候会自动停下；常闭触点Y11则代表电梯在上行的过程中，下呼触点一直闭合，下呼是无效的。 图4-12  M3:电梯在一楼按下SB3和KSB23电梯上行并需要在二楼停止3s （4）M4：常开触点X21是代表二层的下呼触点，代表当电梯在三层的时候要从二楼下一楼，碰触X21或X2，同时三层的限位开关触点X13也要转变原来的状态，而常闭触点X12是二层的限位开关，代表当电梯到达二层的时候会自动停下；常闭触点Y10则代表电梯在下行的过程中，上呼触点一直闭合，上呼是无效的。 图4-13 M4：电梯在三楼按下SB1和KSB21电梯下行并需要在二楼停止3s （5）M5：代表当电梯在一楼时，同时碰触常开触点X2、X3时的情况，一层的限位开关X11也要转变原来的状态，而三层的限位开关常闭触点X13则代表电梯到达三楼时会自动停下，常闭触点Y11则代表电梯在上行的过程中，下呼触点一直闭合，下呼是无效的。 图4-14  M5：电梯在一楼按下SB2和SB3电梯上行并需要在二楼停止3s （6）M6：代表当电梯在三楼时，同时碰触常开触点X1、X0时的情况，三层的限位开关X13也要转变原来的状态，而一层的限位开关常闭触点X11则代表电梯到达一楼时会自动停下，常闭触点Y10则代表电梯在下行的过程中，上呼触点一直闭合，上呼是无效的。 图4-15  M6：电梯在三楼按下SB1和SB2电梯下行并需要在二楼停止3s （7）常开触点M5、M6代表上述(5)、（6）两种情况要发生时，二层的限位开关常开触点X12会限位定时，时间为3秒。 图4-16 M5发生需要在二楼停止，定时器启动延时3s （8）M1、M3、M5表示电梯上行，代表上述（1）、（3）、（5）提到的情况都是电梯要上行的，同时电梯也显示是上行显示；当碰触到常开触点M1时，（1）所提及的情而况就会发生，电梯就会发出上行信号；或碰触到常开触点M3时，（3）所提及的情况就会发生，常闭触点M0则说明二层的限位开关也开始计时，而常闭触点Y1则像上面说到的当电梯在上行的过程中，下呼是无效的；再有就是当碰触到常开触点M5和T0时，（5）所提及到的情况就会发生，同时二层的限位开关也开始计时。每次静止的电梯要上行前，启动定时器延时1s，模拟电梯关门所需的时间延迟。 图4-17 M1步发生定时器延时1s后电梯上升 （9）M2、M4、M6表示电梯上行，代表上述（2）、（4）、（6）提到的情况都是电梯要下行的，同时电梯也显示是下行显示；当碰触到常开触点M2时，（2）所提及的情而况就会发生，电梯就会发出下行信号；或碰触到常开触点M4时，（4）所提及的情况就会发生，常闭触点M0则说明二层的限位开关也开始计时，而常闭触点Y0则像上面所说到的当电梯在下行的过程中，上呼是无效的；再有就是当碰触到常开触点M6和T0时，（6）所提及到的情况就会发生，同时二层的限位开关也开始计时。每次静止的电梯要下行前，启动定时器延时1s，模拟电梯关门所需的时间延迟。 图4-17 M1步发生定时器延时1s后电梯上升 （11） 当电梯在一楼，碰触到常开触点X11时，D1端子通，KD1线圈上电， 触点KD1通，自锁状态，直到电梯上行到二楼之前，数码管一直显示1。 图4-18 电梯在一楼D1通，状态自锁 （12） 当电梯在二楼，碰触到常开触点X12时，D2端子通，KD2线圈上电，触 点KD2通，自锁状态，直到电梯下行到一楼或上行到三楼之前，数码管一直显示2。 图4-19电梯在二楼D2通，状态自锁 （13） 当电梯在三楼，碰触到常开触点X13时，D3端子通，KD3线圈上电， 触点KD3通，自锁状态，直到电梯下行到二楼之前，数码管一直显示3。 图4-20 电梯在三楼D3通，状态自锁 4.3 最终设计总方案 5. 设计总结 5.1 问题及解决方案 1．使用油动机代替电梯，在一开始设计时，发现每次经过二楼之后油动机都要再继续前进一定距离，使接触点远离接近传感器，导致程序无法继续运行。后来在同学的帮助下，将油动机的前行速度由10改为20后很好地解决了这个问题。 2. 最初设计二楼下呼、二楼上呼按钮功能时，尽管满足上行过程中下呼无效，下行过程中上呼无效，但是每当电梯经过二楼是就会清除已有的上呼或下呼状态，为了实现这两个状态的的记忆，花费了很多时间来思考设计，最后多次试验分别将按钮串联上行、下行触点并修改部分梯形图，终于解决了这一难题，。 3．设计之初，每当有按钮动作电梯都马上动作，导致一些逻辑运行错误，电梯无法正常运作。后来设计中使每次电梯由静止准备动作前都启动定时器延时1s，克服了一些逻辑错误，同时也模拟了电梯动作前的关门时间消耗。 5.2 心得体会 至此，三层电梯的PLC控制的设计过程将全部结束。通过相关的理论知识和之前的几个简单PLC设计，使我在短短的一周时间里完成了此次的三层电梯PLC控制系统设计。在此次设计的过程中，使我从理论到实践得到了一个系统的学习。 1．通过这次PLC设计，我学会了独立思考、逻辑思维、提出问题、分析问题、解决问题的方法，在设计过程中严格遵循设计步骤，完成实验任务要求。 2．在设计过程中，理论联系了实际。逐渐了解及掌握了电梯的机械设备的结构，控制运动的组成及工作原理。 3．通过这次设计加深了我们对PLC的学习，掌握了PLC控制在实际场合上的应用，为以后的学习和工作奠定了基础。 设计的三层PLC控制电梯与实际电梯相存在很大的差别，还有很多功能由于时间和软件限制无法完成，比较遗憾。 6. 附录-元件清单 （1）油动机部分 元件 数量 Double-Acting Cylinder 1 Fixed Displacement Pump 1 Flowmeter 1 Filter 1 Atmospheric Reservoir 1 Pressure Relief Valve 1 4/3-Way NC - Double Internal Hydraulic Pilot 1 Proximity Sensor 3     （2）按钮逻辑与数码管部分 元件 数量 Power Supply 24 Volts 2 Common (0 Volts) 2 Coil 7 Pushbutton Normally Open 7 Proximity Switch Normally Close 7 Contact Normally Close 2 Contact Normally Open 11 Led Display 1     （3）PLC部分 元件 数量 Power Supply 24 Volts 2 Common (0 Volts) 1 Coil 5 Solenoid 2 Proximity Switch Normally Close 3 Contact Normally Close 2 Contact Normally Open 7 Indicator Light 6 PLC Input Card 1 PLC Output Card 1     （4）梯形图部分 元件 数量 Rung 1 Normally Open Contact (NO) 43 Normally Closed Contact (NC) 24 Coil (CO) 15 ON Delay Timer (S_ODT) 3