四层电梯设计报告

工程实践培训实习
报告书
实习项目：基于罗克韦尔的四层电梯设计时间：2016.6.20——2016.7.1 姓名：
班级：
学号：
控制科学与电气工程学院
2016年6
工程项目的简介：
1、项目简介
本次实习项目为基于罗克韦尔的四层电梯设计，分组完成，我们组共6人，我是组长。

使用的是罗克韦尔的自动化HOTS实验平台，控制器为2080—LC50—48QWB，液晶屏为2711R—T7T，计算机与控制器以及液晶屏经过网线连接，使用以太网下载。

基于罗克韦尔的四层电梯设计即模拟现实中的电梯，实现上下行、信号多选、优先级以及指示灯等功能，并且包含一些容错处理。

2、工程创建
本次设计使用的是CCW6.0软件进行程序的设计，由于第一次使用此软件，所以新建一个工程项目也是在进行项目设计前必须学习的，一下就简单介绍新建项目的重要步骤以及注意事项。

如图1.1所示，打开CCW软件后，需要在设备工具箱中，选择所使用的硬件设备，包括控制器和用于界面显示的的液晶屏，选择后拖住设备放在项目管理器中。

(a) 选择控制器型号(b) 设置主版本
(c) 选择液晶屏型号(d) 选择屏幕方向
(e) 新建梯形图(f) 设置组态的控制器以及IP地址
(f) 项目结构
图1.1 新建工程项目的主要步骤
3、系统变量
本次四层电梯的设计应用的全局变量有20路数字输入信号、14路数字输出信号以及四个自定义的全局变量，如表1-1所示；还有16个自定义的局部变量，
如表1-2所示。

表1-1 全局变量列表
表1-2 局部变量列表
实现功能的介绍：
1、电梯停在某一层时，自动开关门，并可以响应的按钮以及产生的动作，如表
2-1所示。

表2-1 电梯停止时响应的按键
2、对于停在某一层时，通过按键触发的上下行信号，电机先执行与前一个状态
同向的信号，再执行与之相反的信号，并且在此前提下先执行就近的信号。

例如：电梯上行到2楼，2楼的乘客内呼了4楼和1楼，而三楼的乘客外呼了上，则电梯先上到3楼，再上到4楼，若此时4楼乘客内呼了2楼，则电梯先下到2楼，最后再去1楼接1楼的乘客。

3、电梯运行过程中不响应开关门信号，此处是出于安全考虑，以防乘客在电梯
运行过程中，误操作而导致危险事件的发生。

4、电梯在某一楼层时，当门已经关闭后，电机再进行上下行动作，此处也是出
于安全考虑。

项目工作流程图：
如图3.1所示，为工程项目的主流程图，图3.2所示为开关门信号的流程图。

图3.1 项目主流程图
图3.2 开关门流程图
实现功能的程序：
梯形图设计：
1、电梯运行到某一楼层时自动开门，电梯刚到某一楼层的条件是：平限信号出
现、电机无信号，而标志电梯刚停定状态则是电机运行情况的下降沿。

使用电梯运行状态的下降沿就可以区分电梯是刚到还是已经停在某层很久，避免电梯持续有开门的信号。

2、电梯停在某一楼层时，响应按键，实现开门的情况：对应楼层的外呼按钮有
信号，以及内呼开门按钮有信号。

他们的前提都是停在某楼层上，即平限信号存在，并且电机无动作。

如果去掉电机无动作这个条件就会出现电梯路过某楼层的时候出现开关门的情况，很危险。

由于指示灯的熄灭条件也是到相应楼层，所以在楼层信号后并联的两路，一路开门一路灭灯。

3、开门时间设定，当开门开到头，出现开门门限信号后，开始计时2s，2s到
达后，即TON_3.Q就会变成高电平，出现上升沿，捕捉上升沿，启动关门。

若使用的不是上升沿就会出现重复启动的作用，会和之后的操作引起冲突。

此外应注意的是在启动关门信号时一定要把开门信号关闭，否则会引起开关门信号同时存在，引起系统崩溃，同样，在启动开门信号时要关闭关门信号，而在自动开门是不需要是因为电机运行的前提条件就是门已经关闭，所以无需额外设定该条件。

4、此处为响应内部关门按钮，与开门按钮不不同之处是多了一个关门门限，因
为在门已经关闭后，若由于误操作按了内部关门的按钮不，就会出现门继续
关闭的状态，所以加了一个关门门限的常闭开关，在门已经关闭后，关门门限存在，此梯级就会断开，按下内部关门按钮后，就不会再出现关门信号。

5、关门门限出现后，停止关门，并置位局部变量flag。

flag置位标志着一个楼
层所有动作的完成，电机可以进行下一个动作了，用于电机上行下行梯级中控制优先级。

6、以下是电梯停在某一楼层时，响应按钮产生电梯上下行信号的各梯级。

此处
要注意的是由于用的是直接接触开关，所以要加自锁程序否则上下行信号就会瞬间消失。

另外对应上下行信号消失的条件是：到达指定楼层，所以使用的是对应楼层平限信号的常闭开关。

各层的上下行信号以及条件如表4-1所示。

表4-1 电梯上下行信号生成表
电梯上下行信号
现停楼层按键信号备注
1楼2楼外呼上/下、内呼2楼first_up2到2楼时消失
7、电机下行梯级。

任意有效的下行信号都可以从此处触发电机下行在每路下行
信号后串联了flag是确保上一个楼层的任务均执行完毕并且与电机上下行靠近的上下行信号已经消失。

串联电机上一次是下行的量down是为了完成优先级设定，即只有响应信号与电梯前一个运行状态相同时，或者所有同向信号均执行完毕后，就会执行与电机前一状态反向的信号。

同时在电机动作之前要确保电梯的门是已经关闭的，所以此处串联了一个关门的门限，在门未完成关闭前，电机是不会动作的。

同样，电机的上行与下行机理相同。

8、无论电梯在哪个楼层，只要电机停止运行，就可以响应按钮使其对应的灯亮，
注意此处必须加上电机上下行信号的常闭开关，标志电梯停止动作，否则会出现，电梯在运行过程中按下按钮灯会点亮，但是没有信号产生。

导致灯灭不受控制。

9、标志位flag的复位梯级。

在上行和下行信号消失的瞬间复位flag，是因为
在上下行信号消失后，在电机上下行梯级中对应的常闭开关就会接通，如果flag不复位，就会引起多路信号同时控制电机，从而电机只会响应距离远的楼层上下行信号，失去优先级的控制功能。

若给flag复位，在上下行信号消失后，电机上下行梯级中就会立即断开，致使距离远的楼层上下行信号断开等待当前楼层门关闭后才能控制电机。

10、电梯上下行信号的下降沿触发局部变量，用来标识电机的上一个运行状态。

11、电梯在路过某楼层时，触发对应的标志位，对应楼层的标志位清零，其他
楼层的标志位置位，这些标志位都是全局变量，是在组态设计时使用的。

表4-2所示为各全局变量对应的含义。

表4-2 各全局变量的含义
名称含义
f11电梯在1楼
f22电梯在2楼
f33电梯在3楼
f44电梯在4楼
组态设计：
如表4-3所示，双击标签，添加与全局变量对应的标签，即用到表4-2中列出来的自定义的全局变量，这些变量主要是用来控制电梯门的。

电梯门存在的条件是，有关门门限信号，另外电梯不出现的条件是电梯在此楼层并且此楼层没有门限信号，所以在设计组态时，使用了两个长方形作为门，每一层的门都由两块长方形组成，并且这两个长方形是重叠在一起的，其中一个的可见性标签是关门门限，另一个的可见性标签为该楼层的标志位，如图4.1所示，如果只有一个门限信号对应的长方形，则每次开门的时候所有楼层的门都是开的，这样就无法真实显示电梯门运行的状态。

此处不使用楼层的平限信号而使用全局变量是因为，当在某一楼层时，电梯门应该是有不出现的情况，若使用电梯的平限信号，则电梯一直在某一楼层时，门就会始终存在，而不能演示开门的状态。

电梯的运行状态是通过平限信号控制实现的，在每一层都放了一个蓝色的长方形，当电梯不在此楼层时不显示，在此楼层时显示。

指示灯是用两个椭圆重叠做成的，蓝色的椭圆是普通的图形，未设置可见性标签，而红色的椭圆设置了可见性标签对应相关指示灯的信号，并且把红色椭圆放在最前面，当指示灯有信号时，对应的红色椭圆就会覆盖蓝色椭圆，呈现灯亮的效果。

图4.1中除了以上所说的图形外，其他都是用来装饰的，没有实际应用效果。

表4-3 标签列表
３外呼下灯Boolean_IO_EM_DO_12PLC-1４外呼下灯Boolean_IO_EM_DO_13PLC-1
内呼１灯Boolean_IO_EM_DO_04PLC-1
内呼２灯Boolean_IO_EM_DO_05PLC-1
内呼３灯Boolean_IO_EM_DO_06PLC-1
内呼４灯Boolean_IO_EM_DO_07PLC-1
图4.1 电梯主体组态设计
图4.2所示为电梯内部按钮面板的设计，其指示灯的设计和以上指示灯的设计相同，其中数字是使用的文本，设置成透明的形式放在椭圆上面的且要置于最顶层，否则会覆盖掉。

开门关门按钮由于没有对应的按钮图形，此处是自己画的图形放在上面的，也只是装饰作用。

图4.3为整体的组态界面。

图4.2 电梯内部按钮面板
图4.3 整体组态界面
工程项目总结：
刚开始选课题时，因为我对电梯比较感兴趣，所以经过和组员们讨论，最后决定选择了基于罗克韦尔的电梯设计，因为下学期有机会学习1200，所以趁这个机会接触一下罗克韦尔。

由于没学过PLC，但是前面听过老师讲过PLC的相关内容，所以对PLC有一点点的了解，不过对程序的编写还是很迷茫。

刚开始，我们组员们都不知道该干什么，不知道从何处下手，第一天大家都聚集在实验室面对着面前的电梯模型，看着一个一个的按钮和连线，一头雾水。

幸好实验室有关于罗克韦尔的书以及CCW软件的使用说明，就这样，我们就开始了对PLC的自学模式。

第二天，由于前一天已经看过关于罗克韦尔PLC编程的基本组件，所以打算进一步了解它们的使用方法和它们对应的作用，所以我从最基本的按键控制灯亮灯灭，以及延时让灯亮灭开始，组件学会了程序的编写思想和方法。

第三天，我们就开始了电梯的程序的编写。

从两层电梯开始到三层电梯，最后到四层电梯，一天的时间，我们中午为了一个如何判别电梯停在某一个楼层而不是路过这一问题讨论了很长时，也特别苦恼，我们决定不想出来不吃饭，黄天不负有心人，最后还是想出来了，那时已经下午2点了，虽然肚子很饿但是大家
都很开心。

一天的时间我们做出来了简易的四层电梯，只能一个方向运行，而且一次只响应一个按钮，没有优先级，没有外呼的开关门，只是简单规矩的按流程操作，不过对于我们来说那是一个激动人心的晚上。

之后，我在回宿舍的路上突然想起了怎样进行多选，当时真的发现灵感真的只是一瞬间的事情，说不清由来，只是在百思不得其解的时候突然跳出来的想法，我兴奋地和我的组员们分享，他们也帮我分析，最后确定了这个方案的可行性。

第二天我们就进行了实验，在实验的过程中出现了很多问题：电机不停指挥的一直上升、电梯模型的突然地断电、门在一上电的时候就启动开门而不受控制以及多选时两个灯像电压不稳一样一直闪。

程序中一个小小的变动就会引来一连串的连锁反应，因为电梯程序逻辑关系联系的很机密而且复杂，所以在设计时，经常会出现电机上下行冲突、开关门冲突以及灯的亮灭冲突。

这些问题都是在平常改动的时候发现的，所以经常会把电梯弄得不听使唤，最后就会断电，电梯中的继电器就不工作了。

第一次出现这种情况的时候我和组员们都很害怕，想着电梯坏了，最后请来了学长帮忙，学长说说没事后，我们才放心，不过后来电梯再掉电的时候我们就都习以为常了，断电后用笔敲一敲继电器就好了，另外我们也找出了继电器损坏的原因，所以在检查程序时会格外关注。

经过这么多天的摸索，最后还是有些经验的。

首先要巧妙利用上升和下降沿，这样就不会出现一直有信号作用，导致冲突；另外上升沿可以用来获取下一个状态，下降沿可以用来获取上一个状态。

例如前面所提到的刚到某一楼层与在某一楼层的区别，就是用了电机运行状态的下降沿，另外在计时开门时间时也用到了
下降沿，这就会使只有计时器计时到达的瞬间才能出发关门，否则在定时器定时完成后就会持续出发关门，使复位关门信号与之冲突，引起点击运行不正常，损坏电机。

第二，善于利用常闭开关，这个开关可以用在两个支路上，当此开关对应的全局变量有信号时一路通一路段，就可以实现在两条之路上的切换。

例如在电机上下行控制时就用到了这个特点，高优先级的上行信号存在时，低优先级的上行信号是断开的。

第三，在不适用自锁控制，而使用置位时一定要在某处对其复位，并且要保证在复位时，置位的通路是断开的，不能有两路信号同时让一个信号复位和置位。

上升和下降沿就可以很好地解决这个问题。

第四，程序设计时一定要考虑很多种情况，要把最糟糕的状况考虑进程序，而不能一切进行理想化，即要有一定的容错和危机处理动作。

就像本程序所出现的，只有当门已经关闭后电机才能有动作，在门已经关闭之后，若有人误操作按了关门按钮，要保证门不会继续执行关门信号。

第四点，在程序出错时一定要知道怎么调试发现问题所在，知道在程序运行时，各种颜色代表真么意思，比如：蓝色代表逻辑0，红色代表逻辑1。

例如电梯一直上行，如果想知道为什么会一直上行，可以拔掉电梯模型中控制电梯上行的接线，避免电梯上行到顶层后线段，然后启动运行，查看程序中什么地方使电梯上行信号置位的，但是如果把电机上行的控制线拔掉之后电梯还是上行的话，基本上就是继电器的问题了，可以把模型断电之后用笔敲几下继电器就可以了，另外程序中肯定出现了自相矛盾的地方。

为期两个星期的项目实践终于完成了，虽然还有不足，但是对努力的自己还是很满意的，期待下学期对PLC的深入学习，并且有机会再来实验室做完还需完善的功能，做出一个完整的电梯。