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1、唐 山 学 院 PLC编程及应用 课 程 设 计 题 目 基于西门子PLC的电梯控制系统设计及调试 系 (部) 智能与信息工程学院 班 级 12电本 班 姓 名 学 号 xxx 指导教师 关榆君 田红霞 田丽欣 2016 年 1 月 4 日 至 1 月 15 日 共 2 周2016年 1 月 15 日课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（20分）设计成果（60分）总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定 指导教师签名： 年 月 日目录1 引言12 四层电梯的课设任务及要求22.1 设计任务22.2 课设设备23 设计方案33.1 P
2、LC特点及工作方式33.2 硬件设计33.2.1 电梯的运行过程33.2.2 电气控制系统图43.2.3 电梯输入/输出分配表43.2.4 PLC接线图54 软件设计74.1程序块设计74.1.1初始状态及复位74.1.2选模块84.1.3上下行指示中间继电器84.1.4外呼模块94.1.5平层感应94.1.6电梯高低速运行104.1.7停车模块104.1.8电梯上下行中间继电器114.1.9开关门模块124.1.10电梯上下行输出135 仿真155.1 仿真软件介绍155,2 仿真过程166 设计经验与体会187 参考文献19附录 程序201 引言可编程控制器的定义：可编程控制器是一种数字运
3、算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其.部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械和生产过程。可编程控制器及其有关设备都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC可实现逻辑控制、过程控制、运动控制和通信联网等4大功能。可编程控制器的基本结构：可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：电源、中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块。可编程控制器的发展前景：从技术上看，计算机技术的新成果
4、会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快，存储容量更大，智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面，完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程
5、控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。STEP7编程软件：STEP 7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WinAC的编程、监控和参数设置，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。STEP 7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。在STEP 7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。STEP 7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和Win
6、AC的数据。实现STEP 7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP 7中。2 四层电梯的课设任务及要求2.1 设计任务（1）电梯具有运行速度（高速）和平层速度（低速）两种运行速度并可实现高低速的平滑转换（2）电梯具有呼梯登记及登记显示功能（3）电梯具有轿选层及选层登记及显示功能（4）电梯具有自动停层功能（5）电梯具有顺向截停功能，若已经完成当前方向的最后一站请求，亦可实现逆向截停功能（6）电梯具有自动确定运行方向及运行方向保持功能（7）电梯具有厅门、轿门连锁保护功能（8）电梯具有自动平层功能（9）电梯具有超载、超速及端站限位保护功能（10）电梯具有运行方向及层楼指示功能（11）满
7、足了呼梯要求即应消除呼梯登记信号2.2 课设设备西门子PLC一台计算机一台电梯实验模型一部编程电缆一根西门子PLC编程软件3 设计方案3.1 PLC特点及工作方式PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、优越性和实用性的控制方式，它更适合用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术，所以本次课程设计采用可编程控制器(PLC)作为控制方式。PLC特点：（1）使用灵活、通用性强可靠性高。（2）抗干扰能力强。（3）接口简单、维护方便。（4）体积小、功耗小、性价比高。（5）编程简单、容易掌握。（6）设计、施工、调试周期短。PLC的工作方式：PLC虽然以微处理器为核心，具有微型
8、计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有按键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无按键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行对。当PLC运行时，CPU根据用具按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描，如此周而复始。3.2 硬件设计3.2.1 电梯的运行过程I1.1、I1.2、I1
9、.3、I1.4分别为轿厢一层、二层、三层、四层电梯选按钮；I2.1、I2.3、I2.5分别为二层、三层、四层电梯外下降呼叫按钮；I2.0、I2.2、I2.4分别为一层、二层、三层电梯外上升呼叫按钮；I0.1、I0.2、I0.3、I0.4分别为一层、二层、三层、四层限位开关，模拟实际电梯位置传感器的作用。Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4分别为一层、二层、三层、四层电梯位置指示灯；Q0.7为电梯下降状态指示灯；Q0.6为电梯上升状态指示灯；Q1.1、Q1.2、Q1.3、Q1.4分别为轿厢一层、二层、三层、四层电梯选指示灯。电梯由安装在各楼层门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵容为电梯
10、运行方向。电梯轿箱设有楼层选按钮I1.1I1.4，用以选择需停靠的楼层。Q0.1为一层指示、Q0.2为二层指示、Q0.3为三层指示、Q0.4为四层指示，I0.1、I0.2、I0.3、I0.4分别为一层、二层、三层、四层限位开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在由一层运行至三层的过程中，在二层轿箱外呼叫时，若按二层上升呼叫按钮，电梯响应呼叫；若按二层下降呼叫按钮，电梯运行至二层时将不响应呼叫运行至三层，然后再下降，响应二层下降呼叫按钮。3.2.2 电气控制系统图电动机控制电路图如下：图3-2 电动机控制电路图根据设计要求，本次设计的电气控
11、制系统主回路原理图如图所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。3.2.3 电梯输入/输出分配表具体的I/O分配表如下：表3-1 I/O分配表序号输入信号输出信号编号名称编号名称1I0.0开门Q0.0开门2I0.1一层限位Q0.1一层指示3I0.2二层限位Q0.2二层指示4I0.3三层限位Q0.3三层指示5I0.4四层限位Q0.4四层指示6I0.5关门Q0.5关门7I0.6开门到位Q0.6上行指示8I0.7
12、关门到位Q0.7下行指示9I1.0上平层感应器Q1.0高速10I1.1一层选Q1.1一层选指示11I1.2二层选Q1.2二层选指示12I1.3三层选Q1.3三层选指示13I1.4四层选Q1.4四层选指示14I1.5下平层感应器Q1.5低速15I1.6上限位Q1.6上行输出16I1.7下限位Q1.7下行输出17I2.0一楼上呼Q2.0一楼上行18I2.1二楼下呼Q2.1二楼下行19I2.2二楼上呼Q2.2二楼上行20I2.3三楼下呼Q2.3三楼下行21I2.4三楼上呼Q2.4三楼上行22I2.5四楼下呼Q2.5四楼下行23I2.6关门测试信号3.2.4 PLC接线图 四层电梯的硬件接线图如下：图
13、3-1 硬件接线图4 软件设计4.1程序块设计4.1.1初始状态及复位首先观察检测电梯是否处于关门状态，如果不是，就执行关门。当电梯门彻底闭合之后，将关门电机复位，停止关门。梯形图如下：图4-1 电梯开关门状态中间继电器M1.1的作用是记录轿厢是不是在楼层上，到达任一楼层后，复位M1.1表示已经到达正确楼层。梯形图如下：图4-2 电梯是否到达正确楼层4.1.2选模块举例说明，假设选一层，选一层时一层指示灯亮；到达一层并且执行开门时指示灯熄灭；电梯停在某一层时该层指示灯灭。梯形图如下：图4-3 一层指示灯电路4.1.3上下行指示中间继电器当电梯处于下行状态或者上行没有到3、4楼的任务时，M0.0
14、有效；当电梯处于上行状态或者下行没有到1楼的任务时，M0.1有效；当电梯处于下行状态或者上行没有到4楼的任务时，M0.2有效；当电梯处于上行状态或者下行没有到1、2楼的任务时，M0.3有效。梯形图如下：图4-4 上下行指示中间继电器4.1.4外呼模块举例说明，假设电梯到达二层，则电梯开门。电梯是上行方向或者下行但是没有往下的任务时取消呼梯信号。梯形图如下：图4-5 二楼外呼上行电路4.1.5平层感应有时电梯运行时由于某些影响，导致电梯不能准确的停留在欲停留的楼层，会与楼层出现错位，因此要加装平层感应装置。梯形图如下：图4-6 平层感应电路4.1.6电梯高低速运行电梯运行过程中有一个高低速转换状
15、态，电梯开始启动时先进入低速模式，一定时间后转为高速状态。梯形图如下： 图4-7 电梯高低速运行4.1.7停车模块电梯到达选及外呼所选楼层后，停止运行，进入停车状态，梯形图如下：图4-8 停车电路4.1.8电梯上下行中间继电器以下行中间继电器为例，M0.5为下行继电器，当电梯在三层，有三楼下呼、二楼上呼、二楼下呼、一楼上呼、轿厢选一层、轿厢选二层时；当电梯在二层，有一楼上呼、轿厢选一层时；当电梯有轿厢选四层时；下行继电器M0.5有效。平层到位继电器有效，当电梯在二层，二楼可上行继电器有效时；当电梯在三层，三层可上行继电器有效时；当电梯在一层时；则下行继电器复位。梯形图如下：图4-9 电梯上下行
16、中间继电器图4-7 电梯下行中间继电器4.1.9开关门模块以开门状态举例，在满足各楼层的开门条件，并且前提是关门状态时，执行开门，在按下关门电机或者关门到位的时候关闭开门电机，开门到位后延时一段时间，电梯自动关门。梯形图如下：图4-10 开门电路4.1.10电梯上下行输出当电梯处于上下行状态的时候，会有该状态的状态显示。梯形图如下：图4-11 上下行输出电路5 仿真5.1 仿真软件介绍S7-200PLC仿真软件（V2.0），原版为西班牙语。 该仿真软件可以仿真大量的S7-200指令（支持常用的位触点指令、定时器指令、计数器指令、比较指令、逻辑运算指令和大部分的数学运算指令等，但部分指令如顺序控
17、制指令、循环指令、高速计数器指令和通讯指令等尚无法支持。仿真程序提供了数字信号输入开关、两个模拟电位器和LED输出显示，仿真程序同时还支持对TD-200文本显示器的仿真，在实验条件尚不具备的情况下，完全可以作为学习S7-200的一个辅助工具。S7-200PLC仿真软件使用步骤：（1） 仿真前先用STEP7-MicroWIN编写程序，编写完成后在菜单栏“文件”里点击“导出”，弹出一个“导出程序块”的对话框，选择存储路径，填写文件名，保存类型的扩展名为awl，之后点保存。（2） 执行仿真软件s7-200.EXE,此软件不需安装。 （3） 配置CPU,选定所需CPU的型号。 （4） 载入导出的程序。
18、 （5） 点击工具栏中的“RUN,从停止切换到运行模式，即可进行仿真。仿真软件界面如下图：图5-1 S7-200仿真图图中绿色按键为输入，指示灯位于PLC下方，PLC上方为输出。5,2 仿真过程初始状态为关门状态，关门指示灯亮，仿真图如下：图5-2 初始状态仿真图按下关门到位，关门指示灯灭，按下一层限位，上下平层感应器，使电梯位于一层，一层指示灯亮，仿真图如下：图5-3 电梯处于一层仿真图外选四楼下呼，电梯上行输出指示灯亮，电梯先低速运行，再高速运行。关闭一层限位，再依次关闭上下平层，按下二层限位，电梯到达二楼，无反应，按下三层限位，电梯到达三楼，无反应，按下四层限位，电梯高速变低速，电梯到达
19、四楼，下行输出指示灯亮。仿真图如下：图5-4 电梯高速变低速仿真图依次按下上平层，下平层，高速指示灯灭，电梯上行输出下行输出灯灭，上行指示下行指示灭，电梯开门，仿真图如下：图5-5 电梯到达后开门仿真图6 设计经验与体会这次课程设计收获非常大，在PLC的专业知识方面有了很多的了解，自身的编程能力提高了很多，全体成员也共同努力，集思广益。PLC编程与我们以往接触到的单片机的编程思路和方法有很大的区别，虽然是简单的上下楼，其中所涉及到的各种情况的分析刚开始让我们觉得很复杂，经过两个星期的学习，现在再回头看一看觉得思路很清晰，在plc的学习上又进一步。这次课设中对于团队合作也有所体会，集体讨论固然重
20、要，但是在集体讨论完之后的自我反思、完善，并且将队友的方法加到自己的设计中是非常重要的，这也是自我能力提高所必需进行的。电梯的设计，把以前学到的知识都实践了一遍，锻炼了我们的动手能力。利用可编程控制器以及电动机控制技术，充分利用了数字化电子控制技术，通过合理的设别选型、软件设计，提高了电梯运行的可靠性和运行效率，使电梯结构紧凑、噪音降低、维修简单、故障率低，改善了电梯运行的舒适感，并节约了了电能。具有一定的经济效益和社会效益。通过这次plc实践，提高了我们的动手能力，为今后的工作，生产奠定了基础，也通过了这次试验知道了我们自身的不足，同时对尚有欠缺的部分要加强实践，学习。7 参考文献1濮良贵，
21、机械设计M，20062冯清秀，机电传动控制M，20113周亚军，电气控制与PLC原理及应用M，20084廖常初，PLC编程及应用M，20055郁汉琪，电气控制与可编程序控制器M，20036易传禄，可编程序控制器应用指南M，20047宋丽君，基于S7-226型PLC的四层电梯控制系统的设计J，科技信息，2009，3-58英辉，基于PLC的四层电梯控制J，职业技术学院学报，2013，1-29静康.，实用电工典型线路图例J，中国水利水电出版社，1998，2-410裁文，电梯控制系统J，电子工业出版社，1996，6-711在平，可编程控制器技术与应用系统设计J，机械工业出版社，2005，4-6附录 程
22、序Network 1/ 关门指示LD SM0.1AN I0.6AN I0.7S Q0.5, 1Network 2 / 关门到位1LD I0.7R Q0.5, 1Network 3 / 初始下行复位LD SM0.1AN I0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4AN I1.6S M1.1, 1Network 4 / 复位LD I0.1O I0.2O I0.3O I0.4O I1.7R M1.1, 1Network 5 / 一层呼LDN I0.1A I1.1LDN I0.1ON Q0.0A Q1.1OLD= Q1.1Network 6 / 二层呼LDN I0.2A I1.2LDN I0.2
23、ON Q0.0A Q1.2OLD= Q1.2Network 7 / 三层呼LDN I0.3A I1.3LDN I0.3ON Q0.0A Q1.3OLD= Q1.3Network 8 / 四层呼LDN I0.4A I1.4LDN I0.4ON Q0.0A Q1.4OLD= Q1.4Network 9 / 二层外呼下响应LD M0.4AN Q1.3AN Q1.4AN Q2.2AN Q2.3AN Q2.4AN Q2.5O M0.5= M0.0Network 10 / 二层外呼上响应LD M0.5AN Q2.0AN Q2.1AN Q1.1O M0.4= M0.1Network 11 / 三层外呼下响应
24、LD M0.4AN Q1.4AN Q2.4AN Q2.5O M0.5= M0.2Network 12 / 三层外呼上响应LD M0.5AN Q1.1AN Q1.2AN Q2.1AN Q2.3AN Q2.0O M0.4= M0.3Network 13 / 一层外呼上灯LD I2.0LDN I0.1ON Q0.0A Q2.0OLD= Q2.0Network 14 / 四层外呼下灯LD I2.5LDN I0.4ON Q0.0A Q2.5OLD= Q2.5Network 15 / 二层外呼下灯LD I2.1LDN M0.0ON Q0.0ON I0.2A Q2.1OLD= Q2.1Network 16
25、/ 二层外呼上灯LD I2.2LDN M0.1ON Q0.0ON I0.2A Q2.2OLD= Q2.2Network 17 / 三层外呼下灯LD I2.3LDN I0.3ON M0.2ON Q0.0A Q2.3OLD= Q2.3Network 18 / 三层外呼上灯LD I2.4LDN I0.3ON M0.3ON Q0.0A Q2.4OLD= Q2.4Network 19 / 开门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 I0.3OLD
26、LD 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 / 开门后延时3秒LD I0.6TON T33, 300Network 21 / 关门LD I0.5EUO T33AN Q0.0LD I0.0AN I0.5EUO I0.7NOTLPSA Q0.5= Q0.5LPPALDO Q0.5= Q0.5Network 22 / 上行指令中间继电器LD Q2.2O Q1.3O Q1.4O Q2.3O Q2.4O Q
27、2.5A 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 / 关断是否下行LD Q2.1O Q1.1O Q2.0A I0.2LD Q2.3O Q1.1O Q1.2O 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.
28、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 Q0.7NOTLPSA Q0.6= Q0.6LPPALDO Q0.6= Q0.6Network 25 / 下行中间继电器LD Q1.1O Q1.2O Q1.3O Q2.0O Q2.1O Q2.2O Q2.3O Q2.4A I0.4L
29、D 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 / 楼层指示1LD I0.1O Q0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4= Q0.1Network 28
30、 / 楼层指示2LD I0.2O Q0.2AN I0.1AN I0.3AN I0.4= Q0.2Network 29 / 楼层指示3LD I0.3O Q0.3AN I0.2AN I0.4AN I0.1= Q0.3Network 30 / 楼层指示4LD I0.4O Q0.4AN I0.2AN I0.3AN I0.1= Q0.4Network 31 / 停车触发LDN I0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4LDN M5.0A M3.0OLD= M3.0Network 32 / 停车LD I0.1O M2.2O M2.3O I0.4A M3.0LD M5.0AN I0.6OLD= M5
31、.0Network 33 / 二楼停车继电器LDN Q0.7AN Q2.2AN Q2.3AN Q2.4AN Q2.5AN Q1.3AN Q1.4ON Q0.6A Q2.1O Q1.2LDN Q0.6AN Q2.1AN Q2.0AN Q1.1ON Q0.7A Q2.2OLDA I0.2= M2.2Network 34 / 三楼停车继电器LDN Q0.6AN Q2.3AN Q2.1AN Q2.2AN Q2.0AN Q1.2AN Q1.1ON Q0.7A Q2.4O Q1.3LDN Q0.7AN Q2.4AN Q2.5AN Q1.4ON Q0.6A Q2.3OLDA I0.3= M2.3Networ
32、k 35 / 低速LD I1.0O I1.5AN M5.0= Q1.5Network 36 / 高速LDN I0.1AN I0.2AN I0.4AN I0.3O Q1.7O Q1.6AN Q1.5AN M5.0= Q1.0Network 37 / 上行输出LD Q0.6AN Q0.7O I1.6AN M5.0= Q1.6Network 38 / 下行输出LD Q0.7AN Q0.6O I1.7AN M5.0= Q1.7Network 39 / 关门测试LD Q1.1O Q1.2O Q1.3O Q1.4O Q2.0O Q2.1O Q2.2O Q2.3O Q2.4O Q2.5A I0.7A I2.6LD M5.0A I0.7OLDAN M5.0= M4.0
