嵌入式硬件 物联网 plc四层单电梯课程设计

四层单电梯的PLC 控制

摘要：电梯作为我们日常生活中最常见也最必不可少的生活工具，它极大地方便了我们的生活。现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置(如限速器、安全钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。电梯的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。本文主要以四层单电梯为研究对象，采用了S7-300系列PLC作为电机的控制器。对电梯的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理，并对控制方式进行了设计和程序的编写。 关键词：单电梯；PLC；工作原理

PLC Control of Four-story Single Elevator

Abstract: Elevator is the most common and indispensable tool in our daily life. It greatly facilitates our life. Modern elevator is mainly composed of tractor (winch), guide rail, counterweight device, safety device (such as speed limiter, safety clamp and buffer), signal control system, car and hall door, etc. These parts are installed in the well and machine room of the building respectively. Wire rope friction drive is usually used. Wire rope bypasses the traction wheel. The two ends are connected to the car and the balance weight respectively. The traction wheel is driven by the motor to lift the car. Elevators are required to be safe, reliable, efficient, accurate and comfortable. The elevator’s basic parameters include rated load, passenger number, rated speed, car outline size and shaft type, etc. This paper mainly takes four-story single elevator as the research object, and adopts S7-300 series PLC as the motor controller. The overall function of the elevator control system is analyzed, the composition and working principle of the programmable controller are described, and the control mode is designed and the program is written. Key words: single elevator；PLC; working principle

目 录

绪 论 1

课程背景 5

选题的目的和意义 6

主要研究内容 6

国内外研究现状 7

设计思路 7

报告内容安排 8 第一章 总体方案 9 1.1 课题需求 9 1.2 设计目标 9 1.3 需求分析 9 1.4 技术方案 10 1.5 本章小结 10 第二章 硬件设计 11 2.1 硬件系统框图 11 2.2 电气布局图 12 2.3 PLC选型 14 2.4四层电梯主电路图 15 2.5 PLC控制连线图 16 2.6电器选型 17 2.6.1 行程开关 17 2.6.2 接触器 18 2.6.3 熔断器 19 2.6.4 热继电器 19 2.6.5 按钮 20 2.7 电梯的I/O分配 21 2.8 本章小结 22 第三章 软件设计 23 3.1 四层电梯的PLC控制流程图 23 3.2 电梯开关门流程图 24 3.3 时序图 25 3.4 梯形图 26 3.5 顺序功能框图 29 3.6 本章小结 30 第四章 测试和验证 31 4.1 任务分工 31 4.2 搭建环境 31 4.2.1 建立编辑编译环境 31 4.2.2 建立仿真和测试环境 32 4.3 硬件组态 33 4.4 仿真结果 34 4.5 方案验证 37 4.6 创新与扩展 37 4.7 本章小结 37 第五章 结论 38 致 谢 39 参考文献 40 附录一 PLC接线图 41 附录二 系统程序 42

绪 论 可编程控制器作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。随着科学技术的发展和计算技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高。PLC（可编程控制器）作为一种工业控制计算机，它以安全可靠、运行稳定、编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在电梯控制过程中得到了广泛的运用。电梯从电梯手柄快关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献[1]。PLC在电梯升降控制上的应用主要体现它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑控制开关与PLC很好结合，很好的实现了对系统的控制。

课程背景 （1）PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸引了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑 （2）PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不用要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子接入相应的输入/输出信号线即可，不需要诸于继电器之类的物理电子器件和大量而又烦琐的硬接线线路，当控制要求改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器在线修改程序，同一个装置用于不同的控制对象，知识组件和相应的软件不同，PLC可直接与交流220V，直流24V等强电相连，并有较强的带负载能力。 （3）PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式，梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现场直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和与语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会[2]。 （4）PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式的性质的开关量和模拟量的输入/输出，在PLC内部具有许多控制技能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等，由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。 （5）用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便，而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。 6体积小，维护操作方便 （6）PLC体积小，质量轻，便于安装，PLC的输入/输出系统能够直观的反应现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反应控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，对此均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。 1.1 PLC的工作特点  1.1.1 抗干挠能力强，可靠性好 PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸引了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑，具体措施主要由以下几个方面 （1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一，PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号，这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间比避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于PLC的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 （2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施，在PLC的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。 （3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。 （4）内部设置了连锁、环境监测与诊断、watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证CPU可靠运行[12]。 （5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。 （6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。 （7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。 （8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性，而采用循环扫面的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。 1.1.2 控制系统结构简单，通用性强 PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不用要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子接入

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