现代控制技术及PLC应用技术

目录
一引言 (2)
二系统总体方案设计 (3)
2.1 系统硬件配置及组成原理 (3)
2.2 系统变量定义及I/O分配表 (4)
2.3 系统接线图设计 (6)
三控制系统设计 (6)
3.1 电梯升降流程图 (6)
3.2 电梯程序设计思路 (7)
四结束语 (9)
五参考文献 (9)
附录 (10)
一引言
自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。

如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。

由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。

可编程控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。

因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。

伴随着工厂自动化程度的提高，PLC可编程控制器在工厂中的应用也越来越广泛，而且几乎涉及到工厂的各个方面，包括供电，生产，物料管理，运输等等。

我们通过四层电梯模型的PLC控制来体现PLC在自动控制系统中的应用。

采用PLC 来实现电梯的控制对于提高电梯运行的稳定性、降低电梯控制系统的成本以及缩短电梯系统的开发周期都具有实际意义。

并且通过此次课程设计提高自己的实践能力和增加自己解决实际问题的能力。

此次课程设计的目的：
1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握PLC的简单设计法、设计步骤，培养综合设计的能力。

2、了解实际生活中电梯的自动控制原理。

3、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

课程设计的内容：
1、电梯模型由“四层四站电梯对象、电机、正反向继电器、轿厢、内选召唤按钮、外选召唤按钮、外呼指示灯、内选指示灯、楼层显示、上下行显示、平层电磁传感器检测”等组成，采用S7-200PLC进行控制，实现对电机的驱动，上、下行的顺序控制，随即呼叫的优化控制，自动准确定位，上、下行及平层指示灯显示。

2、设计的主要内容包括：
（1）设计出硬件系统的结构图、接线图等;
（2）系统有启动、停止功能；
（3）轿厢开门、关门用指示灯显示；
（4）运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
（5）程序结构与控制功能自行创新设计；
（6）进行系统调试，实现四层电梯的控制要求。

3、课程设计目标
本次课程设计为五天分组进行设计，本组成员设计四层电梯模型的PLC控制，我们在五天内编写程序，硬件连接等一系列设计，完成课程设计的要求，并上交课程设计报告。

二系统总体方案设计
2.1 系统硬件配置及组成原理
2.1.1电梯的基本结构
（1）拽引系统
电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。

主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。

拽引机为电梯的运行提供动力（2）导向系统
导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。

它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。

（3）门系统
门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。

轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。

开门电机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。

（4）轿厢
轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。

它是有轿厢架和轿厢体组成的。

轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。

轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。

轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定
（5）重量平衡系统
重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。

对重由对重架和对重块组成。

对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。

重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。

（6）电气控制系统
电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。

其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。

操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。

平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。

所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。

位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指
示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。

2.1.2 电梯的PLC 控制系统的分析
电梯的自动控制主要有核心控制元件PLC 、动力元件电动机、按钮、指示灯、位置电磁感应开关、门电动机、门行程开关组成。

在某层按外召唤开关，轿厢自动到达并完成开门、关门动作，等待内选指示，选择内选后，轿厢运送到该选择楼层后自动开门，关门。

2.1.3系统组成图及主电路
图1系统组成图
图2 主电路图
2.2 系统变量定义及I/O 分配表
电梯系统电气部分的主要组成就是电机拖动，信号元件以及轿内和外部的控
制按扭。

如何合理的设置和使用这些资源，对于解决这类问题至关重要。

设计中
CPU224
按钮
电动机、指示灯
首先要了解控制对象的特点，从而确定有关的PLC 输入、输出点的选择。

对于一个四层电梯的控制，要解决的主要问题包括以下几个方面：
（1）电梯的启动和停止；
序号
名 称
输入点
序号 名 称
输出点
1 启动按钮I0.0 1 电机正转Q0.0
2 停止按钮I0.1 2 电机反转Q0.1
3 一层上呼I0.2 3 一层上呼指示灯Q0.2
4 二层上呼I0.3 4 二层上呼指示灯Q0.3
5 二层下呼I0.4 5 二层下呼指示灯Q0.4
6 三层上呼I0.5 6 三层上呼指示灯Q0.5
7 三层下呼I0.6 7 三层下呼指示灯Q0.6
8 四层下呼I0.7 8 四层下呼指示灯Q0.7
9 一层内选I1.0 9 内选一层指示灯Q1.0
10 二层内选I1.1 10 内选二层指示灯Q1.1
11 三层内选I1.2 11 内选三层指示灯Q1.2
12 四层内选I1.3 12 内选四层指示灯Q1.3
13 一层到位感应开关I1.4 13 轿厢上行指示灯Q1.4
14 二层到位感应开关I1.5 14 轿厢下行指示灯Q1.5
15 三层到位感应开关I1.6 15 门电机正转Q1.6
16 四层到位感应开关I1.7 16 门电机反转Q1.7
17 开门开关12.0
18 关门开关I2.1
19 开门到位I2.2
20 关门到位I2.3
表1 系统I/O点分配图
（2）轿厢内选按扭以及各层门厅外呼按扭的设置；
（3）电梯运行位置的监测；
（4）电梯开关门和状态的监测；
（5）电梯的各种指示灯；
（6）主电动机和门电动机的正反转输出。

通过上述问题的分析，可以完成对所需PLC的控制点数的选择，同样作为一
个逻辑控制为主的系统，需要将被控电机作为唯一的控制目标，所有的逻辑实现都是针对这一目标进行的，而对此目标的控制又分成了正向/反向。

当电梯轿内或门厅呼叫按钮按下时，根据监测到的上行或下行指令给出相应的信号，从而控制电梯的驱动电机进行相应的动作。

当有多个呼叫信号到达时，执行方式为优先响应电梯运行方向上的信号，再响应另一方向信号。

系统的I/0分配如表1所示。

2.3 PLC接线图设计
图3 PLC接线图
三控制系统设计
3.1 电梯升降流程图
图3 轿厢升降流程图
3.2 电梯程序设计思路
3.2.1电梯控制要求
上行要求：
1.当电梯停于1层或2层、或3层时，按S4按钮呼梯则电梯上升至4层停。

2.当电梯停于1层，若按S2按钮呼梯，则电梯上升LS2停，若按S3按钮呼梯，则电梯轿箱上升至3层停。

3.当电梯停于2层，若按S3按钮呼梯，则电梯上升到3层停，
4.当电梯停于1层而S2、S3按钮均有人呼梯时，电梯上升到2层暂停6秒后继续上升到3层停。

5.当电梯停于2层，而S3、S4按钮均有人呼梯时，电梯上升到3层暂停6秒后继续上升到4层暂停。

6.当电梯、停于1层，而S2、S4按钮均有人呼梯时，电梯上升到2层暂停6秒后，继续上升到4层停。

7.当电梯停于1层，而S3、S4按钮均有人呼梯时，电梯上升到3层暂停6秒后继续上升到4层停。

8.当电梯停于1层，而S2、S3、S4按钮均有人呼梯时，电梯上升到2层暂停6秒后继续上升到3层暂停6秒后继续上升到4层停。

下行要求：
9.当电梯在4层或3层或2层时，按S1呼梯，则电梯下降到1层停。

10.当电梯停于4层，若按S3呼梯，则电梯下降到3层停，若按S2呼梯，则电梯下降到2层停。

11.当电梯停于3层，若按S2按钮呼梯，则电梯下降到2层停止。

12.当电梯停于4层，而S2、S3按钮均有人呼梯时，电梯下降到3层暂停6秒后继续下降至2层停。

13.当电梯停于4层，而S3、S1均有人呼梯时，电梯下降到3层暂停6秒，继续下降到1层停止。

14.当电梯停于4层，而S3、S2、S1按钮均有人呼梯，则电梯下降到3层暂停6秒继续下降到2层暂停6秒后，继续下降到1层停止。

15.当电梯停于3层，而S2、S1按钮均有人呼梯，则电梯下降到2层暂停6秒后继续下降到1层停止。

16.当电梯停于2层，而S1、S3、S4按钮均有人呼梯，则电梯先下降至1层暂停6秒后，再上升。

17.当电梯停于3层，而S1、S2、S4按钮均有人呼梯，则电梯先下降至2层暂停6秒后，继续下降到1层暂停6秒，再上升至4层停止。

注：选择方向与运行方向不一致时，呼叫无效，内选同上。

S1、S2、S3、S4为1至四层的外呼按钮。

3.2.2 程序设计
梯形图程序分为七大模块：
（1）平层信号模块；
（2）外呼指示灯模块；
（3）内选指示灯模块；
（4）上行信号模块；
（5）下行信号模块；
（6）停车信号模块；
（7）开门模块。

具体梯形图程序见附录。

四结束语
通过我们的努力，我们终于利用PLC设计出了一种信号集选控制的电梯模型。

该系统控制采用随机逻辑控制，即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。

另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。

同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。

电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示。

该系统的PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制，根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。

我们为了电梯的运行安全，还设置可靠的故障保护和相应的显示。

本次课程设计我们的选题较难，但是经过五天的设计，我们经过分工合作，集中商量解决难点，查阅资料等努力，终于按照预定目标完成了本次设计。

顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。

在本次设计中我也表现的有些不足，专业知识掌握的不够牢固，在以后的学习和实践中努力加强学习，丰富自己的专业知识，为以后的就业打下坚实的基础。

五参考文献
[1]刘美俊.西门子PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2011.7
[2]孙德胜，李伟.PLC操作实训（西门子）[M].北京：机械工业出版社，2007.8
[3]张万忠.可编程控制器入门与应用实例[M].北京：中国电力出版社，2004
[4]常辉.PLC技术实训指导教程[M].合肥：安徽大学出版社，2008.7
附录四层电梯PLC控制梯形图
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