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學(xué)號1350803203電氣控制與PLC課 程 設(shè) 計( 2013級本科)題 目: 三層電梯自動控制系統(tǒng)設(shè)計 系(部)院: 物理與機電工程學(xué)院 專 業(yè): 電氣工程及其自動化 作者姓名: 陳澤江 指導(dǎo)教師: 單樂 職稱: 助教 完成日期: 2016 年 7 月 4 日三層電梯模擬控制一、設(shè)計目的1. 設(shè)計PLC控制的三層電梯模擬控制系統(tǒng);2. 掌握PLC的編程軟件及有關(guān)指令的使用方法;3. 掌握PLC下位機與上位機通訊、軟件調(diào)試的方法;4. 培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、分析問題與解決問題能力。二、硬件系統(tǒng)設(shè)計1. 硬件系統(tǒng)組成硬件系統(tǒng)由編程計算機(上位機)、S7-200PLC控制器(下位機、數(shù)字量輸入/輸出點為24入/16出)和三層電梯模擬被控對象等組成,編程計算機(RS232通訊口)和S7-200PLC控制器(RS485通訊口)之間通訊采用PPI通訊模塊。三層電梯模擬被控對象結(jié)構(gòu)示意圖如下所示。啟/停2. 定義I/O口地址分配表輸 入 信 號輸 出 信 號信號元件及作用PLC輸入口地址信號元件及作用PLC輸出口地址啟動/停止帶鎖按鈕一層內(nèi)選記憶燈L1一層內(nèi)選按鈕K1二層內(nèi)選記憶燈L2二層內(nèi)選按鈕K2三層內(nèi)選記憶燈L3三層內(nèi)選按鈕K3一層外呼向上燈UP1一層平層檢測KL1二層外呼向上燈UP2二層平層檢測KL2二層外呼向下燈DL2三層平層檢測KL3三層外呼向下燈DL3一層外選向上按鈕U1上行指示燈二層外選向上按鈕U2下行指示燈二層外選向下按鈕D2一層樓層指示燈SL1三層外選向下按鈕 D3二層樓層指示燈SL2三層樓層指示燈SL3接0V DC1M接24V DC1L、2L、3L3. 設(shè)計出硬件系統(tǒng)接線圖三、控制內(nèi)容及程序設(shè)計 (一) 順序呼叫控制內(nèi)容 1. 設(shè)計要求(1) 電梯初始位置在一層;(2) 電梯到達(dá)某一層,按下平層檢測傳感器,層顯燈亮,同時層選燈滅;(3) 電梯離開某一層,按下平層檢測傳感器,層顯燈滅;(4) 電梯運行方向用上、下行指示燈標(biāo)記,電梯上行時,上行指示燈亮;電梯下行時,下行指示燈亮。2. 設(shè)計內(nèi)容(1) 按下啟動按鈕,電梯開始工作;(2) 電梯初始位置在一層,每按外選上呼和下呼按鈕,對應(yīng)層選指示燈、方向 指示燈、層顯與層檢測傳感器工作,實現(xiàn)其順序控制功能;(3) 電梯在一層,內(nèi)選都有呼叫并運行,對應(yīng)層選指示燈、方向指示燈、層顯與層檢測傳感器工作,實現(xiàn)其控制功能。(二) 隨機呼叫控制內(nèi)容1. 設(shè)計要求(1) 電梯初始位置在一層;(2) 電梯到達(dá)某一層,按下平層檢測傳感器,層顯燈亮,同時層選燈滅;(3) 電梯離開某一層,按下平層檢測傳感器,層顯燈滅;(4) 電梯運行方向用上、下行指示燈標(biāo)記,電梯上行時,上行指示燈亮;電梯下行時,下行指示燈亮;(5) 設(shè)計程序時應(yīng)以該層為基準(zhǔn),來判斷下一步如何動作與控制;(6) 電梯運行在層中間不能停止;(7) 遵循“順向優(yōu)先,內(nèi)選優(yōu)先、最遠(yuǎn)距離優(yōu)先響應(yīng)”的設(shè)計原則。2. 設(shè)計內(nèi)容(1) 按下啟動按鈕,電梯開始工作;(2) 電梯在一層,內(nèi)、外層選按鈕都有呼叫,對應(yīng)層指示燈亮;對應(yīng)電梯運行方向指示燈亮,實現(xiàn)其控制功能;(3) 電梯在二層,內(nèi)、外層選按鈕都有呼叫,對應(yīng)層指示燈亮;對應(yīng)電梯運行方向指示燈亮,實現(xiàn)其控制功能;(4) 電梯在三層,內(nèi)、外層選按鈕都有呼叫,對應(yīng)層指示燈亮;對應(yīng)電梯運行方向指示燈亮,實現(xiàn)其控制功能;(5) 按下停止按鈕,電梯停止工作。四、預(yù)習(xí)報告設(shè)計要求1. 實驗前,根據(jù)控制內(nèi)容設(shè)計出系統(tǒng)的接線圖、程序流程圖、時序圖;2. 設(shè)計出控制程序,并創(chuàng)新出一個以上的彩燈循環(huán)(1)控制功能。五、系統(tǒng)調(diào)試及問題分析1. 實驗中,先把事先設(shè)計好的控制程序輸入編程計算機,編譯無錯誤后(只說明編程語法無錯誤)下載到PLC的CPU中。2. PLC控制器控制彩燈循環(huán)(1)運行,如果控制功能不滿足要求,再進(jìn)行控制程序調(diào)試(可在監(jiān)控狀態(tài)下),反復(fù)修改控制程序直到滿足控制功能為止。3. 在調(diào)試中所遇到的問題,要運用所學(xué)的理論知識或?qū)嵺`經(jīng)驗獨立解決,逐步提高分析問題及解決問題的能力。六、設(shè)計報告要求1. 實驗結(jié)束后,要書寫出設(shè)計報告,報告中要求有系統(tǒng)接線圖、狀態(tài)時序圖、程序流程圖、帶有功能注釋的控制程序等;2. 報告中必須有調(diào)試過程中遇到的問題及解決方法;收獲、體會及建議。河西學(xué)院本科生課程設(shè)計誠信聲明本人鄭重聲明:所呈交的課程設(shè)計,是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下,獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果,成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議,除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 作者簽名: 二O 年 月 日摘 要現(xiàn)如今,電梯已經(jīng)是城市的一個標(biāo)志性建設(shè),代替了以前的樓梯。本設(shè)計三層電梯為對象,利用西門子S7-200 PLC作為控制器,對其控制系統(tǒng)做了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件部分設(shè)計了控制面板、控制系統(tǒng)、CPU 的選型及硬件接線圖,其中控制系統(tǒng)包括啟動系統(tǒng)、判斷系統(tǒng)、選擇系統(tǒng);軟件部分設(shè)計了軟件流程圖,編寫了梯形圖并且通過STEP 7-MicroWIN編程軟件及S7-200仿真軟件對其進(jìn)行了仿真調(diào)試,程序運行正確,實現(xiàn)了電梯的自動控制要求。abstractNowadays,theelevatorisalandmarkofthecityconstruction,insteadofthestairsbefore.Thisdesignthreelayersofelevatorasanobject,usingtheSiemensS7-200PLCasthecontroller,thecontrolsystemhardwaredesignandsoftwaredesign.Hardwaredesignofthecontrolpanel,controlsystem,selectionofCPUandhardwarewiringdiagramandcontrolsystemincludingstartupsystem,judgmentsystem,selectsystem;Softwarepartdesignflowchartofthesoftware,writetheladderdiagramandprogrammedwithSTEP7-MicroWINsoftwareandsimulationsoftwareontheS7-200simulationdebugging,programrunscorrectly,realizetheautomaticcontrolrequirementsofthelift. . 目錄一、設(shè)計的目的及意義6二、方案選擇72.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點72.1.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點72.1.2電梯繼電器控制系統(tǒng)的缺點72.2 PLC控制電梯的特點72.2.1 PLC控制電梯的優(yōu)點7三、PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計93.1三層電梯主電路93.1.1三層電梯曳引電機及門電機電路圖93.2 I/o點數(shù)的分配93.2.1 I/O點數(shù)的估算93.2.2輸入/輸出的分配如下113.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖12四、系統(tǒng)軟件設(shè)計134.1 三層電梯梯形圖134.1.1 電梯的平層信號處理:13附錄22總結(jié)25參考文獻(xiàn)26一、設(shè)計的目的及意義 在現(xiàn)代社會和經(jīng)濟活動中,電梯已經(jīng)成為城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。特別是在高層建筑中,電梯是不可缺少的垂直運輸設(shè)備。隨著高層建筑飛速發(fā)展的今天,電梯行業(yè)也隨之進(jìn)入了新的發(fā)展時期,電梯控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速,其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制,其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的。二、方案選擇2.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點 2.1.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(1) 所有控制功能及信號處理均有硬件實現(xiàn),線路直觀,易于理解和掌握,適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。 (2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。 (3) 大部分電器均為常用控制電器,更換方便,價格較便宜。 (4) 多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯,技術(shù)成熟,已經(jīng)形成系列化產(chǎn)品,技術(shù)資料圖紙齊全,熟悉、掌握的人員較多。 2.1.2電梯繼電器控制系統(tǒng)的缺點(1) 系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復(fù)雜,且觸點容易燒壞磨損,造成接觸不良,因而故障率較高。 (2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能,使系統(tǒng)的控制功能不易增加,技術(shù)水平難以提高。 (3)電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢,機械和電磁慣性大,系統(tǒng)控制精度難以提高。 (4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大,能耗較高,機械動作噪音大。 (5) 由于線路復(fù)雜,易出現(xiàn)故障,因而保養(yǎng)維修工作量大。費用高;而且檢查故障困難,費時費工。 總之,電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高,大大降低了電梯的可靠性和安全性,經(jīng)常造成停梯,給乘客人員帶來不便和驚擾。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底,不但會造成電梯機械部件損壞,還可能出現(xiàn)人身事故。所以目前電梯的繼電器控制已經(jīng)很少使用了。2.2 PLC控制電梯的特點 2.2.1 PLC控制電梯的優(yōu)點隨著社會的不斷發(fā)展,樓房越來越高,而電梯成為了高層樓房的必須設(shè)備。電梯從手柄開關(guān)操縱電梯、按鈕控制電梯發(fā)展到了現(xiàn)在的群控電梯,為高層運輸做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。 PLC在電梯控制上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關(guān)控制功能。由于PLC具有邏輯運算,計數(shù)和定時以及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能。在電梯控制過程中,各種邏輯開關(guān)控制與PLC很好的結(jié)合,很好的實現(xiàn)了對電梯的控制。 電梯的電氣系統(tǒng)由拖動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)采用的繼電器邏輯控制由于觸點多、故障率高、可靠性差、體積大等缺點,正逐漸被淘汰。目前電梯設(shè)計使用可編程控制器(PLC),要求功能變化靈活,編程簡單,故障少,噪音低。維修保養(yǎng)方便,節(jié)能省工,抗干擾能力強,控制箱占地面積少。當(dāng)乘員進(jìn)入電梯,按下樓層按鈕,電梯門自動關(guān)閉后控制系統(tǒng)進(jìn)行下列運作:根據(jù)轎廂所處位置及乘員所處層數(shù)判定轎廂運行方向,保證轎廂平層時減速。將轎廂停在選定的樓層上;同時,根據(jù)樓層的呼叫,順路停車,自動開關(guān)門。另外在轎廂內(nèi)外均要有信號燈顯示電梯運行方向及樓層數(shù)。通過以上對比,最終選擇利用西門子公司可編程控制器(PLC)對三層電梯進(jìn)行控制,形成電梯控制系統(tǒng)。三、PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1三層電梯主電路 3.1.1三層電梯曳引電機及門電機電路圖根據(jù)設(shè)計要求,本次設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)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(jìn)行對電梯的控制。FR1,F(xiàn)R2為起過載保護(hù)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(hù)作用。 3.2 I/o點數(shù)的分配 3.2.1 I/O點數(shù)的估算采用PLC構(gòu)成三層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動,電動機正轉(zhuǎn)為電梯上升,反轉(zhuǎn)為下降。一層有上升呼叫按鈕SB7和指示燈HL6,二層有上升呼叫按鈕SB8和指示燈HL7以及下降呼叫按鈕SB9和指示燈HL8,三層下降呼叫按鈕SB10和指示燈HL9,電梯內(nèi)有一至三層呼叫按鈕SB1SB3和指示燈HL3HL5;電梯開門和關(guān)門按鈕SB11和SB12,電梯開門和關(guān)門分別通過電磁鐵KM3和KM4控制,轎廂上行和下行由接觸器KM1和KM2控制,并有上行記憶(HL1)和下行記憶(HL2)兩路指示燈。綜上所述,輸入點共有15個,輸出點共有12個??删幊炭刂破鱏7200的CPU226輸入,輸出點數(shù)為2416。足以滿足要求PLC外部接線圖 3.2.2輸入/輸出的分配如下該系統(tǒng)占用PLC的27個I/O口,15個輸入點,12個輸出點,具體的I/O分配如下圖所示:3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 電梯上升下降流程圖四、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 三層電梯梯形圖 4.1.1 電梯的平層信號處理:4.1.2廳外召喚信號登記及消除:4.1.3內(nèi)信號召喚登記及消除,一樓為基站,兩分鐘內(nèi)無操作,電梯自動返回一樓。4.1.4選擇樓層信號轎廂上行轎廂下行4.1.5內(nèi)指令外召喚信號的保持,用于在有需要的樓層停車,并自動或手動的執(zhí)行關(guān)門操作:4.1.6各樓層停車信號4.1.7手動及自動開關(guān)門附錄注:響應(yīng)順序為按鈕按下的先后電梯在一樓,三樓外呼上行可見三樓外呼下行Q0.3線圈帶電,且電梯正轉(zhuǎn)線圈Q0.2帶電且線圈上行記憶線圈Q0.0帶電:電梯到達(dá)三樓,碰到三樓平層限位開關(guān)I0.2,延時兩秒后,電梯自動開門,門電機正轉(zhuǎn)線圈Q1.4帶電。碰到開門限位開關(guān)后I2.2,T38開始計時,20秒后門電機反轉(zhuǎn),直到碰到限位開關(guān)I2.3,所有線圈都失電,直到有其他操作,各樓層操作均一致,下面不再詳述。在三樓轎廂內(nèi),內(nèi)呼二樓I0.4,電機開始正轉(zhuǎn),Q0.3帶電電梯在二樓內(nèi)呼一樓,外呼三樓下行,電機Q0.3,帶電,可見電梯先響應(yīng)一樓信號,電梯到達(dá)一樓,且開門再關(guān)門后,線圈Q0.2帶電,電機正轉(zhuǎn),向三樓運行總結(jié)通過這次的課程設(shè)計,我知道了PLC控制的基本步驟和方法,明白了PLC對于控制系統(tǒng)的重要性,準(zhǔn)確的控制設(shè)計對于工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)有著十分重要的意義。這次課程設(shè)計短暫但是充實,在其中我發(fā)現(xiàn)了自己的不足,自己知識的很多漏洞,和基礎(chǔ)知識不扎實,課外知識知之甚少。也知道了自己以后學(xué)習(xí)的方向和目的。這次課程設(shè)計對自己意義很大,自己從中獲得很多東西。對于PLC控制技術(shù)的學(xué)習(xí),我們先熟悉手中課本相關(guān)的內(nèi)容,因為教材里的知識點是最基礎(chǔ)的,看完教材后有了更深地了解和懂得了一些簡單編程,接下來我
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