plc課程設計--三層電梯控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　PLC控制系統(tǒng)課程設計</p><p>　　題目： 三層電梯控制系統(tǒng)設計 </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　可編程控制器作為一種工業(yè)控制微型計算機，它以其編程方便、操作簡單尤其是它的高可控性等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用。它應用大規(guī)模集成電路，微型機技術和通訊技術的發(fā)展成果，逐步形

2、成了具有多種優(yōu)點和微型，中型，大型，超大型等各種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多控制領域。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備。電梯從手柄開關操縱電梯、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。PLC在電梯升降控制上的應用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關控制功能。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。在電梯升降過程中，各種邏輯開關控制與PLC很好

3、的結(jié)合，很好的實現(xiàn)了對電梯的控制。</p><p>　　在PLC課程設計中，我組設計了一個三層電梯控制系統(tǒng)，并且將西門子公司S7-200系列可編程控制器與其結(jié)合并應用起來，在學完《電氣控制與PLC應用》課程后，我們在設計過程中較為得心應手，不至于從頭開始。整個過程包括了方案討論，程序設計，程序修改，上機調(diào)試等，在程序設計方面花了比較多的時間，主要考慮到電梯分別停在一層、二層和三層時在其他樓層呼叫等各種情況。每當遇

4、到困難時，我組都積極與老師聯(lián)系討論，深入分析研究問題，在整個過程中，我與我的組員都相互配合，相互學習。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　引言.....................................</p><p>　　1.1課程設計目的...............................

5、.......</p><p>　　1.2設計技術指標與要求................................</p><p>　　二、總體方案設計.............................</p><p>　　2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理...........................</p><p>　

6、　2.2 PLC的基本組成...................................</p><p>　　2.3 CPU模塊的技術指標..............................</p><p>　　2.4 PLC工作原理....................................</p><p>　　2.5 系統(tǒng)變量定義及分

7、配表...........................</p><p>　　2.6 系統(tǒng)接線圖設計................................. </p><p>　　三、控制系統(tǒng)設計...........................</p><p>　　3.1 流程圖設計.......................

8、.............</p><p>　　3.2 設計思路......................................</p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析.....................</p><p>　　4.1 硬件調(diào)試.....................................</p><p

9、>　　4.2 軟件調(diào)試..................................... </p><p>　　4.3 結(jié)果分析.....................................</p><p>　　五、結(jié)束語................................</p><p>　　六、參考資料...........

10、...................</p><p>　　七、附錄..................................</p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　可編程邏輯控制器簡稱PLC,它早期時候用來代替繼電器控制系統(tǒng)的，因此功能較為簡單，只能進行開關量邏輯控制。而隨著微電子技術、計算機技術和通信技

11、術的發(fā)展最后被國際電工委員會定義為是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。當今，隨著PLC技術的發(fā)展及其應用的推進，PLC已成為系統(tǒng)自動化、信息化、遠程化及智能化的重要支柱。因而，學習PLC不僅是自動化系統(tǒng)集成的設計、使用與維修人員的迫切要求?？删幊绦蚩刂破魇俏⑿陀嬎銠C技術與繼電器常規(guī)控制技術結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制的基礎上發(fā)氈起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機。它是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組

12、成，具有可靠性高，抗干擾性能力強；編程簡單易學；功能完善，適應性強；使用簡單，調(diào)試維修方便；體積小、重量輕、功耗低等特點。目前它正朝著在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模上，向大、小兩個方面發(fā)展；開發(fā)各種智能模塊，不斷增強過程控制能力；向網(wǎng)絡化發(fā)展，通信聯(lián)網(wǎng)功能不斷增強；編程語言與編程工具向標準化和高級化發(fā)展；發(fā)展容錯技術等5方面的發(fā)展。自從誕生以來，獲得了極其廣泛的應用，對工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的提高起到非常巨大的作用。</p><p>

13、;　　1.1 課程設計目的</p><p>　　熟悉PLC軟件的應用、進一步熟練操作該軟件、便以后應用。</p><p>　　由簡單的程序設計到更復雜的程序設計、功能更齊全、深入了解PLC的</p><p><b>　　設計與技巧。</b></p><p>　　掌握PLC控制系統(tǒng)的設計方法、包括設計過程步驟、模塊選用等。

14、</p><p>　　1.2 設計技術指標與要求</p><p>　　分析系統(tǒng)輸入信號，包括保護、工作狀態(tài)選擇、開/關門控制、位置檢測、</p><p><b>　　呼梯、速度控制等。</b></p><p>　　分析系統(tǒng)輸出信號，包括開/關門、上行、下行、報警器、指示燈等。</p><p>　　

15、根據(jù)以上情況選擇S7-200PLC型號。</p><p>　　分配PLC輸入輸出點。</p><p><b>　　設計其接線示意圖。</b></p><p>　　按照實際要求和I/O分配編寫程序。</p><p><b>　　二、總體方案設計</b></p><p>　　2.

16、1系統(tǒng)硬件配置及組成原理</p><p>　　我組設計的三層電梯控制系統(tǒng)的主要功能有：①樓層指示燈亮時表示停在相應的樓層，②每當停在各樓層時其樓層指示燈閃爍1秒接著常亮，③有呼叫的樓層有響應，反之沒有，④電梯上升途中只響應上升呼叫，下降途中只響應下降呼叫，任何反方向的呼叫均無效。</p><p>　　在整個PLC課程設計過程中，我主要負責查找資料，程序設計和調(diào)試，在選擇方案時組織我組隊員參

17、與討論，在遇到困難時聯(lián)系老師解決問題，協(xié)助我組隊員完成PLC課題設計報告。</p><p>　　PLC課程設計要求具有較強的理論知識，結(jié)合實踐上機調(diào)試，分析理解能力和故障排除能力，是一個綜合性較強的課程設計，這也是本系開設此課程設計的目的和初衷。</p><p>　　2.2 PLC的基本組成</p><p>　　PLC的型號、規(guī)格繁多。它主要由中央處理單元CPU、存

18、儲器、I/O、編程器等組成。</p><p>　?。?）中央處理器（CPU）</p><p>　　PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。 用掃描方式接收現(xiàn)場裝置的狀態(tài)，并存入輸入映像寄存器。 診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。 PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器中逐條讀取永和程序，按指令規(guī)定的任務，產(chǎn)生相應的控制信號，曲啟閉有關控制電路。分

19、時分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存儲、傳送、組合、比較和變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運算或算術運算等任務。根據(jù)運算結(jié)果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，在有輸出映像寄存器的狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關內(nèi)容，實現(xiàn)輸出控制、制表、答應或數(shù)據(jù)通訊等。</p><p><b>　?。?）存儲器</b></p><p>　　系統(tǒng)程序存儲器 該存儲器存放系統(tǒng)程序(系統(tǒng)軟件)。

20、系統(tǒng)程序是PLC研制者所編的程序，它是決定PLC性能的關鍵。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序,解釋程序、故障自診斷程序、標準子程序庫及其他各種管理程序等。系統(tǒng)程序由制造廠家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用戶不能直接存取。系統(tǒng)程序用來管理、協(xié)調(diào)PLC各部分的工作，翻譯、解釋用戶程序，進行故障診斷等。 用戶程序存儲器 該存儲器存放用戶程序(應用軟件)。用戶程序是用戶為解決實際問題并根據(jù)PLC的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過編程器輸入，經(jīng)CP

21、U存放入用戶存儲器。為便于程序的調(diào)試、修改、擴充.、完善，該存儲器使用RAM。</p><p>　?。?）輸入輸出接口(簡稱I/O)</p><p>　　輸入輸出接口是CPU與工業(yè)現(xiàn)場裝置之間的連接部分，是PLC的重要組成部分。與微機的1/O接口工作于弱電的情況不同， PLC的I/O接口是按強電要求設計的，即其輸入接口可以接受強電信號，其輸出接口可以直接和強電設備相連接。</p>

22、;<p><b>　　（4）編程器</b></p><p>　　編程器是PLC中一種主要的外部設備，它是開發(fā)、維護PLC控制系統(tǒng)的必備設備。編程器用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用與顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它通過通信端口與CPU聯(lián)系，完成人機對話連接。編程器上有供編程用的各種功能鍵和顯示燈，以及編程、監(jiān)控轉(zhuǎn)換開關。編程器的鍵盤采用梯形

23、圖語言鍵符，也可以采用軟件指定的功能鍵符，通過屏幕對話方式進行編程。</p><p><b>　　外部設備</b></p><p>　　一般PLC都配有盒式收音機、打印機、EPROM寫入器、高分辨率屏彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)等設備。</p><p>　　2.3 CPU226模塊的技術指標</p><p>　?。?）主控模塊（CP

24、U模塊）</p><p>　　目前市場上S7-22*系列PLC已基本取代了第一代S7-21*系列PLC，并成為市場中的主流產(chǎn)品。S7-22*系列有CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP、CPU 226、CPU 226XM 6種不同型號。CPU 221無擴展功能，適于用作小點數(shù)的微型控制器。CPU 222有擴展功能，CPU 224具有較強控制功能的控制器。CPU 226和CPU 226X

25、M適用于復雜的中小型控制系統(tǒng)，可擴展到248點數(shù)字量和35路模擬量，有2個RS485通信接口。</p><p>　　CPU226集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通

26、訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應于一些4復雜的中小型控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　（3）功能模塊</b></p><p>　　如：快給進和慢給進驅(qū)動定位模塊FM351、伺服

27、電機位模塊FM354等，主要</p><p>　　用于實時性要求高，存儲量要求大的過程信號處理。</p><p>　　（4）信號模塊（SM）</p><p>　　該模塊可以使不同的過程信號電平和S7-3OO內(nèi)部信號電平相匹配。</p><p>　?。?）通信處理器（CP）</p><p>　　該模塊可用于PLC與PLC

28、或PLC與其他設備進行聯(lián)網(wǎng)通信。如：CP340(具有</p><p>　　RS-32C口)、CP342-5DP(現(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng))等。</p><p>　　2.4 PLC工作原理</p><p>　　作為一種特殊形式的電腦控制系統(tǒng)，PLC是利用電腦技術對傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)---繼電器控制柜---進行“硬件軟化”的結(jié)果，但在運行方式上PLC的軟件邏輯也與繼電器控制系統(tǒng)

29、的硬件邏輯存在根本性的區(qū)別。</p><p>　　繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯采用的是并行運行的方式，即如果一個繼電器的線圈通電或者放電，該繼電器的所有觸點（不論是常開還是常閉、也不論其處於繼電器線路的哪個位置上）都會立即同時動作；而PLC的軟件邏輯是通過CPU逐行掃描執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的，即如果一個邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點并不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除兩者之間由於運行方式不同而

30、造成的這種差異，PLC在程序運行方式、輸入輸出操作、特殊功能模板等方面作了特別的考慮。循環(huán)掃描∶PLC采用了一種不同於普通微型電腦的運行方式---循環(huán)掃描方式。因為繼電器控制柜中各類觸點的動作時間一般超過100ms，因此只要PLC運行整個用戶程序的時間---掃描周期---小於100ms，其運行結(jié)果與繼電器控制柜就沒有什麼差別。建立I/O映像區(qū)∶PLC在輸入輸出操作上采用定時采樣、定時輸出的方式。即在一個掃描周期的固定時刻（一般在掃描周期

31、的開始或結(jié)束）采樣所有的輸入點，采樣結(jié)果存入RAM中一個區(qū)域（輸入映像區(qū)）。這樣在執(zhí)行程序時，所需的現(xiàn)場訊息全部從輸入映像區(qū)中取用，不直接從現(xiàn)場取樣。同樣控制訊息輸出也不是采取生成一個就輸出一個</p><p>　　綜合以上所述，在完成系統(tǒng)自身初始化以後，PLC系統(tǒng)執(zhí)行用戶程序的循環(huán)掃描方式可分為三個階段∶輸入掃描、程序掃描、輸出掃描。而計算量比較大或者響應實時性比較高的應用則由自帶CPU的專用模板和專用軟件來實

32、現(xiàn)。</p><p>　　2.5 系統(tǒng)變量定義及分配表</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　2.6 系統(tǒng)接線圖設計</p><p><b>　　模擬裝置介紹</b></p><p><b>　　圖 2</b></p>

33、<p>　　S1、S2、S3分別為轎廂內(nèi)一層、二層、三層電梯內(nèi)選按鈕；D2、D3分別為二層、三層電梯外下降呼叫按鈕；U1、U2分別為一層、二層電梯外上升呼叫按鈕；SQ1、SQ2、SQ3分別為一層、二層、三層行程開關，模擬實際電梯位置傳感器的作用。</p><p>　　L1、L2、L3分別為一層、二層、三層電梯位置指示燈；DOWN為電梯下降狀態(tài)指示燈；UP為電梯上升狀態(tài)指示燈；SL1、SL2、SL3分

34、別為轎廂內(nèi)一層、二層、三層電梯內(nèi)選指示燈。</p><p><b>　　控制要求</b></p><p>　　電梯由安裝在各樓層門口的上升和下降呼叫按鈕進行呼叫操縱，其操縱內(nèi)容為電梯運行方向。電梯轎箱內(nèi)設有樓層內(nèi)選按鈕S1～S3，用以選擇需停靠的樓層。L1為一層指示、L2為二層指示、L3為三層指示，SQ1～SQ3為到位行程開關。電梯上升途中只響應上升呼叫，下降途中只響

35、應下降呼叫，任何反方向的呼叫均無效。例如，電梯停在由一層運行至三層的過程中，在二層轎箱外呼叫時，若按二層上升呼叫按鈕，電梯響應呼叫；若按二層下降呼叫按鈕，電梯運行至二層時將不響應呼叫運行至三層，然后再下降，響應二層下降呼叫按鈕。</p><p>　　電梯位置由行程開關SQ1、SQ2、SQ3決定，電梯運行由手動依次撥動行程開關完成，其運行方向由上升、下降指示燈UP、DOWN決定。</p><p&

36、gt;　　例如：閉合開關SQ1，電梯位置指示燈L1亮，表示電梯停在1層，這時按下三層下呼按鈕D3，上升指示燈UP亮，電梯處于上升狀態(tài)。斷開SQ1、閉合SQ2，L1滅、L2亮，表示電梯運行至二層，上升指示燈UP仍亮；斷開SQ2、閉合SQ3，電梯運行至三層，上升指示燈UP滅，電梯結(jié)束上升狀態(tài)，以此類推。</p><p>　　當電梯在三層時（開關SQ3閉合），電梯位置指示燈L3亮。按下轎廂內(nèi)選開關S1，電梯進入下降狀態(tài)

37、。在電梯從三層運行至一層的過程中，若按下二層上呼U2與下呼按鈕D2，由于電梯處于下降狀態(tài)中，電梯將只響應二層下呼，不響應二層上呼。當電梯運行至二層時，電梯停在二層，當電梯運行至一層時，一層內(nèi)選指示燈SL1滅，下降指示燈DOWN滅，上升指示燈UP亮，電梯轉(zhuǎn)為上升狀態(tài)，響應二層上呼，當電梯運行至二層時，上升指示燈UP滅。</p><p>　　每當?shù)竭_樓層若電梯門指示燈不閃爍則繼續(xù)前進，否則執(zhí)行電梯門開關動作。<

38、/p><p><b>　　三、控制系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　3.1 流程圖設計</b></p><p><b>　　3.2 設計思路</b></p><p>　　電梯在上升的過程中只響應向上的呼叫，在下降的過程中只響應向下的呼叫，電梯向上或向下的呼叫執(zhí)行完成后再

39、執(zhí)行反向呼叫。</p><p>　　電梯等待呼叫時，同時有不同呼叫時，誰先呼叫執(zhí)行誰。</p><p>　　具有呼叫記憶、內(nèi)選呼叫指示功能。</p><p>　　具有樓層顯示、方向指示、到站聲音提示功能。</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析</b></p><p><b>

40、　　4.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)要求選擇相應的硬件設備，并根據(jù)I/O分配，按要求連接電路，并檢查電路是否正確，確保電路安全后打開電源開關，等待軟件調(diào)試和程序下載。之后操作各個輸入量進行相應的功能檢驗。</p><p><b>　　4.2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　按接線圖接好線后，用STEP7編

41、程軟件編輯程序指令，完成程序編輯后，進行程序編譯檢查程序是否存在語法錯誤，無誤后導出，然后使用S7-200漢化版軟件進行仿真 ，觀察運行過程。</p><p>　　打開仿真軟件后，輸入軟件鑰匙密令，進入到仿真仿真窗口，然后進行各相關配置，將CPU設置為226型號的形式，選擇程序，點擊粘貼程序出現(xiàn)的界面如圖圖3所示。</p><p><b>　　圖 3</b></

42、p><p><b>　　五、結(jié)束語</b></p><p>　　在這次PLC課程設計中，讓我感到不足的地方是在開始動手設計程序前，沒有系統(tǒng)和完整的分析三層電梯控制系統(tǒng)，沒有在本子上具體列出三層電梯控制系統(tǒng)的所有情況，導致在動手設計程序時想到有多少種情況就加多少，從而在設計程序上花費了較多的時間。另外，在剛開始我把UP和DOWN指示燈作為電梯的運動狀態(tài)時，發(fā)現(xiàn)了一些我修改不

43、了的錯誤，百思不得其解，最后我把UP和DOWN指示燈修改為電梯的運動方向，之前的問題既迎刃而解又實現(xiàn)了我想要的要求。</p><p>　　通過本次設計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。 </p><p>　　在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工

44、作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p><b>　　六、參考資料</b></p><p>　　[1]陳建民.電氣控制與PLC應用[

45、M]. 北京：電子工業(yè)出版社.2011.</p><p>　　[2]侍壽永S7-200 PUC編程及應用項目教程機械工業(yè)出版社</p><p>　　[3] 梅麗鳳.電氣控制與PLC應用技術.北京：機械工業(yè)出版社，2012.3</p><p>　　[4] 俞國亮.PLC原理與應用.清華大學出版社.2005.6 </p><p><b>