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1、郑州工业应用技术学院课程设计任务书题目 基于PLC三层电梯控制系统设计 专业、班级14级电气自动化 学号 姓名 黄腾腾 关键内容：利用三菱FX系列PLC系统，进行三层电梯控制系统设计,编写PLC梯形图程序。在FX系列PLC综合试验面板上，进行试验电路熟悉和连接。应用组态设计软件进行三层电梯监控程序设计，要求和PLC程序实现同时。基础要求：电梯由安装在各楼层厅门口上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿箱内设有楼层内选按钮S1S3，用以选择需停靠楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示，SQ1SQ3为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降
2、呼叫，任何反方向呼叫均无效。比如，电梯停在一层，在二层轿箱外呼叫时，必需按二层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到二层），按二层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在三层，在二层轿箱外呼叫时，必需按二层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从三层运行到二层），按二层上升呼叫按钮无效。参考资料 1王玮.电气工程试验教程.北京：北京交通大学出版社， 2胡学林.可编程控制器教程.北京：电子工业出版社， 3刘美俊.电气控制和PLC工程应用.北京：机械工业出版社，完 成 期 限： 指导老师署名： 课程责任人署名： 11 月 28 日 郑州工业应用技术学院课程设计说明书题目：基于PLC三层电梯控制系统设计姓 名
3、： 黄腾腾 院 （系）： 机电工程学院 专业班级： 14级电气自动化 学 号： 指导老师： 赵娟萍 陈静 成 绩： 时间： 11月 28日至 年 12 月 9日目录第1章 绪论11.1研究背景11.2研究意义11.3电梯发展历史11.4电梯基础结构21.5电梯分类21.5.1 按用途分类21.5.2 按速度分类31.5.3 按控制方法分类3第2章 PLC可编程控制器42.1 可编程控制器介绍42.2 PLC结构及各部分作用42.3 PLC结构组成52.4 PLC工作原理62.5 PLC编程语言72.5.1 梯形图编辑语言72.5.2 语句表编程语言7第3章 设计内容83.1 基础要求83.2
4、输入/输出信号编址93.3 PLC外部接线93.4 程序设计10第4章 程序调试144.1 程序输入144.2 外部连线144.3 PLC通信及下载15第5章 调试结果及分析165.1 调试结果165.2 调试结果分析16总结19参考文件20附录21梯形图21语句表24第1章 绪论1.1研究背景伴随城市进步而不停发展，城市快速崛起，高层建筑不停增多，电梯成为高层建筑中垂直运行工具已和大家日常生活息息相关一部分。它是采取电力拖动，把载有物品和乘客轿厢，在刚性导轨之间垂直运行，运输乘客和货物升降设备。所以，电梯是作为高层运输服务设施。电梯含有安全可靠性高、运输速度快，操作简易优点。而传统电梯控制方
5、法关键采取继电器接触器进行控制，其缺点有触点多，故障高、可靠差、维修工作大等，不过采取 PLC控制电梯能够很好地处理哪些问题，使电梯运转愈加安全、方便、舒适。 眼下电梯控制方法通常采取这两种方法，一是利用微机看成信号控制系统单元，完成电梯信号采集工作、运转状态和性能设定，完成它自动调度和选择运行功效，电梯拖动控制是由变频器去完成；第二种方法则是用可编程控制器替换微机来实现控制。从控制方法和性能上比较，这两种方法并没有过大区分。PLC可靠性强，设计程序也比较方便简单。1.2研究意义经过可编程控制器能够实现由继电器实现逻辑控制功效，而且最关键是可编程控制器可编程功效使适当改变电梯控制功效时，只要更
6、改程序即可，而不需要想继电器控制系统那样改变硬件和接线。所以利用PLC进行控制大大提升了电梯系统安全性和可靠性同时也降低了成本。由可编控制器（PLC）和微机组成电梯运行逻辑控制系统，正以很快速度发展着。采取PLC控制电梯可靠性高维护方便、开发周期短，这种电梯运行愈加可靠，并含有很大灵活性，能够完成愈加复杂控制任务，已成为电梯控制发展方向，其很多功效是传统继电器控制系统无法实现。1.3电梯发展历史电梯在汉语词典中解释为：建筑物中用电作为动力升降机，替换步行上下楼梯。依据外国相关资料表示，在公元前 28，古代埃及，当初为了造那时金字塔，使用过是由人力来驱动升降装置机械。公元1765年，瓦特发明了出
7、来蒸气机后，1858年美国研究以蒸汽作动力，而且经过履带传动和部分减速配置来驱动电梯，1878年阿姆斯特，发明了水压梯，以后水压梯深入发展逐步替换蒸汽梯，接下来又出现了由液压泵和直接柱塞式和侧柱塞式结构液压梯，这种至今仍被大家采取。因为18世纪后期发明了电机，尤其是交流双速电动机发明，显著改善了电梯部分不足。然而真正能够称为电梯产品应该是在20世纪早期才出现，美国OTIS电梯企业第一个用直流电动机当为动力，发明以槽轮式驱动直流电梯。在此以后，电梯这种产品，伴随时间发展一直在跟新换代。现在电梯，不仅规格多，自动化水平高，而且安全性能高，乘坐舒适性也高。1.4电梯基础结构电梯通常由五部分组成：井道
8、和机房、传动部分、升降部分、安全装置、控制部分。1.5电梯分类1.5.1 按用途分类（1）客梯 代号K 为运行乘客而设计电梯,有完善安全装置。（2）货梯 代号H 为运输货物而设计电梯,通常有些人操作,有必备安全装置。（3）客货梯 代号L 关键用作运输乘客,但也可运输货物,它和客梯区分在于轿厢内部装饰结构不一样。（4）病床电梯 代号B 为运输病床而设计电梯,含有轿厢长而窄特点。（5）住宅电梯 代号Z 住宅楼使用电梯,通常采取下集选控制方法,轿厢内部装饰较简单。（6）杂物电梯 代号W 供图书馆,办公楼,饭店运输图书,文件,食品等。不许可人员进入电梯,结构简单,无乘人必备安全装置。（7）船舶电梯 代
9、号C 用于船舶上电梯,能在船舶摇摆中正常工作。（8）观光电梯 代号G 轿厢壁透明供乘客观光之用。（9）还有部分专用电梯。1.5.2 按速度分类（1）低速电梯 速度小于1米/秒电梯（2）快速电梯 速度大于1米/秒,低于2米/秒电梯（3）高速电梯 速度在2米/秒以上电梯1.5.3 按控制方法分类（1）手柄操纵控制电梯 由司机操纵轿厢内手柄开关，实施轿厢运行控制电梯。 （2）按钮控制电梯 含有简单自动控制方法电梯，含有自动平层功效。（3）信号控制电梯 自动控制程度较高有司机电梯.基友自动平层，自动开门。（4）集选控制电梯 高度自动控制电梯，可无司机驾驶，初信号控制电梯功效外，还含有自动掌握停站时间，
10、自动应召服务，自动换向应答反向厅外召唤等功效。（5）下集选控制电梯 只有在电梯下行时才能被截停集选控制电梯。（6）并联控制电梯 几台电梯被连在一起控制，共用厅门外召唤信号电梯，含有集选功效。（7）梯群程序控制电梯 多台集中排列，共用厅外召唤按钮，按要求程序集中调度和控制电梯。（8）梯群智能控制电梯 由电脑依据客流情况，自动选择最好运行方法集群控制电梯。第2章 PLC可编程控制器2.1 可编程控制器介绍可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当初叫可编程控制器PLC，为了用来替换继电器，来实施判定、计数、等次序功效控制。PLC基础设计思想是反应计算机功效灵活、完善、通用等优点和继电器控制系统操作
11、方便、简单易懂、价格廉价等优点统一结合起来，控制器那些硬件是通用、标准。依据实际对象，将控制内容写成软件输入到控制器程序存放器中。被控对象和控制器连接方便。伴随技术发展，尤其是微型计算机和微处理器发展，到70年代以后，PLC已普遍地使用微处理器看成中央处理器。输入输出模块和外接电路全部全部利用了大、中规模乃至于超大规模集成电路，现在PLC已经不再是只含有判定功效，它还同时有PID调整、数据处理、和数据通信等功效。可编程控制它是一个用数字运算来操作电子系统，专门为在工业条件下应用而去设计，它克服了继电器接触控制系统中机械触点接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差缺点，充足利用微处理器优点。
12、可编程控制器对用户来说，是一个无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，所以可在初步设计阶段选择可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。其次，从制造生产可编程控制器厂商角度看，在制造阶段不需要依据用户订货要求专门设计控制器，适合批量生产。因为这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界欢迎，并得到快速发展。现在，可编程控制器已成为工厂自动化强有力工具，得到了广泛应用。2.2 PLC结构及各部分作用能够编程控制器结构各式各样，不过它们所组成原理通常基础相同，全部是用微处理器作为关键结构。通常是由中央处理单元（CPU）、存放器（ROM、 RAM）、输入输出单元（I/O）、编程器和电源等多个部分所组
13、成。PLC结构图2.2-1所表示。图2.2-1 PLC结构图2.3 PLC结构组成（1）中央处理单元（CPU）CPU作为整个PLC关键，充当总指挥作用。CPU由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常全部被封装在一个集成电路芯片上。CPU经过地址总线、数据总线、控制总线和存放单元、输入输出接口电路连接。CPU功效有以下部分：从存放器中读取指令，实施指令，取下一条指令，处理中止。（2）存放器（ROM、RAM）存放器通常见于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件存放器叫做系统程序存放器；存放应用软件存放器叫做用户程序存放器；存放工作数据存放器叫做数据存放器。常见存放器有RAM、EPROM
14、和EEPROM。RAM是一个可进行读写操作随机存放器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中用户程序可方便地修改。RAM存放器是一个高密度、低功耗、价格廉价半导体存放器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存放信息。EPROM、EEPROM全部是只读存放器。用这些类型存放器固化系统管理程序和应用程序。（3） 输入输出单元（I/O单元）I/O单元实际上是PLC和被控对象间传输输入输出信号接口部件。I/O单元有良好电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口输入器件是多种开关、按钮、传感器等。PLC各输出控制器往往是电磁阀、接触器、继电器。（4）电源电源是指为CPU、I/O存放器接口等内部电子电
15、路工作所配置直流开关稳压电源，通常也是输入设备提供直流电源。（5）编程器 编程器是PLC最关键外围设备。用编辑器把用户程序写入PLC存放器，还能够有用编辑器检验程序，修改程序，监视PLC运行状态。除此，在个人计算机上添加对应硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，能够直接编制并显示梯形图。2.4 PLC工作原理PLC采取循环扫描工作方法，在PLC中用户程序按前后次序存放，CPU从第一条指令开始实施程序，直到碰到结束符后又返回到第一条，如此周而复始不停循环。PLC扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序实施、程序输出多个阶段。全过程扫描一次所需时间称为扫描周
16、期。当PLC处于暂停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序实施、程序输出，一直循环扫描工作。（1）输入处理输入处理也叫输入采样。在此阶段，次序读入全部输入端子通断状态，并将读入信息存入内存中所对应映像寄存器和外界隔离，即使输入信号发生改变，其映像寄存器内容也不会发生改变，只有在下一个扫描周期输入处理阶段才能被读入信息。（2）程序实施依据PLC梯形图程序扫描标准，按先左后右先上后下步序，逐句扫描，实施程序。碰到程序跳转指令，依据跳转条件是否满足来决定程序跳转地址。从用户程序包含到输入输出状态时，PLC从输入映像寄存器中读出上一阶段
17、采入对应输入端子状态，从输出映像寄存器读出对应映像寄存器，依据用户程序进行逻辑运算，存入相关器件寄存器中。对于每个器件来说，器件映像寄存器中所寄存内容，会伴随程序实施过程而改变。（3）输出处理程序实施完成后，将输出映像寄存器，即器件映像寄存器中Y寄存器状态，在输出处理阶段转到输出锁存器，经过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。2.5 PLC编程语言PLC用户程序是设计人员依据控制系统工艺控制要求，经过PLC编程语言编制设计。2.5.1 梯形图编辑语言梯形图沿袭了继电器控制电路形式，它是在电路控制系统中常见继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来，形象、直
18、观、实用。梯形图设计应注意以下三点：（1）梯形图按从左到右、从上到下次序排列。每一逻辑行始于左母线，然后是触点串、并联连接，最终是线圈和右母线相连。（2）梯形图中每个梯级流过不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象描述用户程序实施中应满足线圈接通条件。（3）输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器触点来驱动。所以，梯形图中只能出现输入继电器触点，而不能出现其线圈。输出继电器输出程序实施结果给外部输出设备，当梯形图中输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要经过输出接口继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器
19、触点可供内部编程使用。2.5.2 语句表编程语言 指令语句表示一个和计算机汇编语言相类似助记符编程方法，但比汇编语言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。第3章 设计内容3.1 基础要求本设计所用控制面板图3.1-1所表示。电梯由安装在各楼层厅门口上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿箱内设有楼层内选按钮S1S3，用以选择需停靠楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示，SQ1SQ3为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向呼叫均无效。比如，电梯停在一层，在二层轿箱外呼叫时，必需按二层上升呼叫按钮
20、，电梯才响应呼叫（从一层运行到二层），按二层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在三层，在二层轿箱外呼叫时，必需按二层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从三层运行到二层），按二层上升呼叫按钮无效。图3.1-1 控制面板图3.2 输入/输出信号编址依据设计要求可知，该系统输入信号有10个：三个楼层靠近开关SQ1、SQ2、SQ3，三个电梯内部楼层选择按钮S1、S2、S3，四个外部上下召唤按钮D3、U2、D2、U1。系统共有8个输出信号：上行指示灯UP，下行指示灯DOWN，楼层显示指示灯L1、L2、L3，目标楼层显示灯SL1、SL2、SL3，其I/O地址分配表如表3.2-1所表示。表3.2-1 PLC三层电
21、梯控制系统I/O口分配表输入信号输出信号S3X001L3Y000S2X002L2Y001S1X003L1Y002D3X004DOWNY003D2X005UPY004U1X006SL3Y005U2X007SL2Y006SQ1X010SL1Y007SQ2X011SQ1X0123.3 PLC外部接线本设计使用控制器是三菱小型PLC，电梯模块是三层电梯模块。因为本设计使用输入输出较多，所以在连接外部接线时一定要有次序进行，以免连错线。三层电梯系统外部接线图图3.3-1所表示。图3.3-1 三层电梯系统外部接线图3.4 程序设计本设计关键思想是使用中间继电器作为状态存放器，把个输入输出和运行状态统计下来
22、。图3.4-1所表示，给电梯一个起始脉冲，使电梯停在初始位置一楼。图3.4-1 起始脉冲片段图3.4-2所表示，电梯在一楼时，从电梯内部呼叫和从电梯外部呼叫指令，电梯开始运行上楼。图3.4-2 一楼内呼外呼片段图3.4-3所表示，电梯运行上升时，由拨动开关对电梯进行位置限定，决定着电梯抵达二楼或三楼运行。图3.4-3 上升时位置限定片段图3.4-4所表示，电梯在二楼时，电梯向上运行或向下运行，其对应指示灯亮。图3.4-4 二楼内呼外呼片段图3.4-5所表示，电梯在三楼时，从电梯内部呼叫和从电梯外部呼叫指令，电梯开始运行下楼，对应指示灯亮。图3.4-5 三楼内呼外呼片段图3.4-6所表示，是电梯
23、运行下降时，由拨动开关对电梯进行位置限定，决定着电梯抵达二楼或一楼运行。图3.4-6 下降时位置限定片段图3.4-7所表示，电梯在二楼时，电梯向上运行或向下运行，其对应指示灯亮。图3.4-7 二楼内呼外呼片段第4章 程序调试4.1 程序输入因为本程序网络较多，故输入程序时要较细心耐心完成，在程序输入完成时一定要在次细致检验。最终程序梯形图及语句表如附录所表示。4.2 外部连线因为使用I/O较多所以连线较复杂，所以应有序连线，先接PLC电源线、模块电源线、I/O电源线，再其次是输入接口连线，然后就是输出口接线，最终还是要细致检验一遍。PLC接线图图4.2-1所表示，模块接线图图4.2-2所表示。
24、图4.2-1 PLC接线图图4.2-2 模块接线图4.3 PLC通信及下载用网线把PLC和电脑主机连接在一起，在软件上打开通信功效，找到添加CPU再把程序下载到PLC中。第5章 调试结果及分析5.1 调试结果本设计经过三层电梯模块系统模拟调试，调试结果良好能够实现电梯正确功效，比如电梯在一楼人在二楼时，按下二楼向下召唤按钮能够使二楼向下指示灯点亮，同时电梯上行指示灯点亮，表示电梯正在向上运行，然后拨动开关SQ2这时二楼指示灯L2亮，最终上行指示灯和二楼向下召唤指示灯熄灭，人成功登上电梯。5.2 调试结果分析内呼：首先打开PLC开关并拨动开关SQ1给系统一个起始脉冲，此时一楼电梯指示灯L1亮，说
25、明电梯在一楼，按下电梯内部S2按钮，对应指示SL2灯亮，关闭开关SQ1后拨动开关SQ2，灯L1和SL2熄灭，灯L2亮，电梯抵达二楼。此状态图5.2-1所表示。图5.2-1 调试状态结果1按下电梯内部S3按钮，对应指示灯SL3亮，关闭开关SQ2后拨动开关SQ3，灯L2和SL3熄灭，灯L3亮，电梯抵达三楼。此状态图5.2-2所表示。图5.2-1 调试状态结果2按下电梯内部S1按钮，对应指示灯SL1亮，关闭开关SQ3后拨动开关SQ1，灯L3和SL1熄灭，灯L1亮，电梯抵达一楼。此状态图5.2-3所表示。图5.2-3 调试状态结果3外呼：此时电梯处于一楼（初始状态处），灯L1亮，按下开关D3，关闭开关
26、SQ1后拨动开关SQ3，此时灯L1灭，L3亮，电梯抵达三楼。按下开关U2、D2，关闭开关SQ3后拨动开关SQ2，此时灯L3灭，灯L2亮，电梯抵达二楼。按下开关U1，关闭开关SQ2后拨动开关SQ1，此时灯L2灭，灯L1亮，电梯抵达一楼。整个运行过程结束，整个调试过程指示灯状态正确无误，说明程序被完整实施，程序没有错误发生。总结此次课程设计是三层电梯控制系统设计，此次课程设计使我深刻了解了PLC内部运行机制，同时也是一次很好复习基础知识机会，填补了之前实际操作不足缺点。经过此次课程设计，我深刻地认识到要完成一项任务，首先必需要有一个具体计划，要有系统思维方法和方法，对待设计过程中每一个问题全部要有
27、耐心，能够利用自己所现有资源来处理；同时在实践过程中还要善于发觉和处理问题，要相信自己有处理问题能力和勇气。这次课程设计也让我明白了怎样去培养创新精神，就要不停地战胜自我，超越自我。我还认识到在电气行业，拥有稳固基础知识很关键，每一步操作全部需要有熟练地技能做基础，而这正是我所不足，在未来学习生活中，我会努力将自己短板补足了，做自己力所能及，厚积薄发，超越前人。在此，也感谢老师和同学们让我有一个难忘课程设计，收获颇多。参考文件1台方.可编程控制器应用教程M. 北京：中国水利水电出版社，.9.2余国亮.PLC技术和应用M清华大学出版社，.6. 3陈建明.电气控制和PLC应用M电子工业出版社，.8
28、.4李长久.PLC原理及应用M机械工业出版社，.9.5魏召刚.工业变频器原理及应用M电子工业出版社，.9.6余国亮.PLC原理和应用M清华大学出版社，.6.7张桂香.电气控制和PLCM机械工业出版社，.12.8魏召刚.工业变频器原理及应用M电子工业出版社，.9.9陈建明.电气控制和PLC应用M电子工业出版社，.8.附录梯形图语句表0 LD X006 31 OR M231 SET M1 32 ANB2 LD X007 33 SET M423 SET M2 34 RST M414 LD X003 35 LD M425 SET M11 36 MPS6 LD X002 37 AND X0117 SET
29、 M12 38 LD M128 LD X001 39 OR M29 SET M13 40 LD M2210 LD X005 41 ANI M1211 SET M22 42 ANI M2312 LD X004 43 ORB13 SET M23 44 ANB14 LD M8002 45 SET M4315 SET M40 46 RST M4216 LD M40 47 MPP17 AND X010 48 AND X01218 SET M41 49 SET M4519 RST M40 50 RST M4220 LD M4 51 LD M4221 RST M1 52 RST M222 RST M11 5
30、3 RST M1223 OUT T1 K10 54 OUT T226 AND T1 57 AND T227 LD M2 58 MPS28 OR M12 59 LD M1329 OR M13 60 OR M2330 OR M22 61 ANB62 SET M42 95 ORB63 RST M43 96 ANB64 MPP 97 SET M4765 ANI M13 98 RST M4666 ANI M23 99 MPP 67 LD M11 100 AND X01068 OR M1 101 SET M4169 ANB 102 RST M4670 SET M46 103 LD M4771 RST M4
31、3 104 RST M2272 LD M45 105 RST M1273 RST M23 106 OUT T4 K1074 RST M13 109 AND T475 OUT T3 K10 110 MPS78 AND T3 111 LD M179 LD M2 112 OR M1180 OR M12 113 ANB81 OR M11 114 SET M4682 OR M22 115 RST M4783 OR M1 116 MPP84 ANB 117 ANI M1185 SET M46 118 ANI M186 RST M45 119 LD M1387 LD M46 120 OR M2388 MPS
32、 121 ANB89 AND X011 122 SET M4290 LD M12 123 RST M4791 OR M22 124 LD M4192 LD M2 125 OUT Y00293 ANI M11 126 LD M4394 ANI M1 127 OR M47121 ANB122 SET M42123 RST M47124 LD M41125 OUT Y002126 LD M43127 OR M47128 OUT Y001129 LD M45130 OUT Y000131 LD M11132 OUT Y007133 LD M12134 OUT Y006135 LD M13136 OUT Y005137 LD M42138 OUT Y004139 LD M46140 OUT Y003141 END142