施耐德PLC四层电梯课程设计报告

目录

摘要

课程设计任务书

一 课程设计要求 (2)

1.1 课程设计目的 (2)

1.2 课程设计要求 (2)

二 实验设备及选型 (2)

2.1 实验设备 (2)

2.2 四层电梯介绍 (2)

2.3 设备选型 (3)

三 四层电梯的硬件设计 (5)

3.1 四层电梯的原理框图 (5)

3.2 曳引电机、门电机正反转的原理图 (7)

3.3 四层电梯PLC实际接线图 (7)

四 四层电梯PLC程序设计 (9)

4.1 设计思想 (9)

4.2 输入/输出端子的分配 (9)

4.3 梯形图（图及说明） (10)

五 实验操作步骤 (17)

六 结论 (18)

6.1 实验结果 (18)

6.2 设计中遇到的问题 (18)

七 设计体会 (19)

参考文献 (20)

一、课程设计目的及要求

1.1 课程设计目的

1、通过对工程实例的模拟，熟练地掌握PLC的编程和程序调试方法。

2、进一步熟悉PLC的I/O连接。

3、熟悉四层楼电梯内外按钮控制的编程方法。

1.2 课程设计要求

1、开始时，电梯处于任意一层。

2、当有外呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时3S后自动关门。

3、当有内呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时3S后自动关门。

4、在电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号，但不响应二层向下外呼梯信号。同时，如果电梯到达三层，如果四层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。

5、电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如：电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。

6、电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。

二、实验设备及选型

2.1 实验设备

THPBA-2 网络型楼宇综合系统实验装置一台

THPBA-DT型四层电梯模型一台

施奈德可编程控制器PLC一台

计算机、编程电缆一根、导线若干

2.2 四层电梯介绍

四层电梯的实物平面图，如图2.1

图2.1 四层电梯的实物平面图

2.3 设备选型

（1）曳引电机型号选择

根据课程设计要求，已知要求设计四层电梯，载重量为2000KG（20人）

现假设电梯自重1t，电梯运行时匀速，速度为0.5m/s，电机效率为a=80%（机械能电能转化效率）

由公式:P=mgv =2000*10*0.5 =10KW

P总= P/a =10/0.8 =12.5KW

综合考虑选择一个功率为15KW的曳引电机。（留有一定的裕量）

我所选择电机型号为许昌博玛 WA-2-2.00/1200型曳引电机。

相关参数为：

额定转矩：750N/m 额定电压：380V 额定功率：15KW

额定转速：1440r/min cosΦ=75%

额定电流：I = P/ 1.732U cosΦ =30.7A （选型标准）

（2）门电机型号选择

门电机功率与载重量无关，可根据经验选定设备型号。

此次设计中我选择本溪市微分ZYGS-150型直流电机（150W）

相关参数为：

额定功率：150W 额定电压DC：110V

额定转速：65r/min 噪音《50db

额定电流 In= 150/110*70% =1.9A

（3）电气设备选型

曳引电机部分：

断路器额定电流：I= 1.7*30.7A =52.5A ,选择55 A

交流接触器额定电流I= 1.5*30.7A =46.1A ，选择50 A

热继电器额定电流:I= 1.2*30.7A =36.8A ，选择45 A

熔断器额定电流：I= 2*30.7A =61.4A ，选择63 A

选择型号为：

断路器 CZB 1-100C 63/3

交流接触器 TYC1-50/N2S

热继电器 CTX1-45

熔断器 RT18-63X1

门电机部分：

断路器额定电流：I= 1.7*1.9A =3.23A ，取4A

电流继电器额定电流：I= 1.2*1.9A =2.28A ，取4A

选择型号为：

断路器 S251S-C4

电流继电器 LL-11/5

三、四层电梯的硬件设计

3.1 四层电梯的原理框图

（1）电梯开门流程图，如图3.1

图3.1 电梯开关门流程图

（2）电梯上升下降流程图，如图3.2

图3.2 电梯上升下降流程图

3.2 曳引电机、门电机正反转的原理图

据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1~KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。

曳引电机、门电机正反转的原理图，如图3.3

图3.3 曳引电机、门电机正反转的原理图

3.3 四层电梯PLC实际接线图

1、电梯内按钮信号1、

2、

3、

4、 、 、与PLC主机的I0.4、I0.

5、I0.

6、I0.

7、I0.14、I0.15相连；

2、电梯外按钮信号1△、2▽、2△、3▽、3△、4▽与PLC主机的I0.8、I0.11、I0.9、I0.10、I0.12相连；

PLC主机的I0.19、I0.0、

I0.1、I0.2、I0.3、I0.18相连；

PLC主机的I0.16、I0.17相连；

5、公共端I与PLC主机COM0、COM1相连.

6、电梯内部选择指示灯1、2、3、4与PLC主机的Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7相连；

7、电梯外部呼叫指示灯1△、2▽、2△、3▽、3△、4▽与PLC的Q0.8、Q0.11、

Q0.9、Q0.10、Q0.12相连；

8、电梯行控上行、下行与PLC主机的Q0.2、Q0.3相连；

9、电梯门控开关，关门与PLC主机的Q0.14、Q0.15相连；

10、公共端II与PLC主机输出端的COM2、COM3、COM4、COM5、COM6相连.但不能与主机的供电相连既+24V相连.

PLC实际接线图，如图3.4

图3.4 PLC实际接线图

四、四层电梯PLC程序设计

4.1 设计思想

程序总体可分为四部分：

（a）内呼、外呼信号指示灯亮灭信号；

（b）电梯的上行、下行信号；

包括电梯平层保持信号；曳引电机的正反转信号；

（c）电梯的停止信号；

包括电梯停止信号保持、取消；

（d）电梯的开门、关门程序。

4.2 输入/输出端子的分配

该系统占用PLC的34个I/O口，14个输入点，20个输出点，具体的I/O分配如下图所示：

序号名称输入点序号名称输出点

0 一层平层I0.0 0 Q0.0

1 二层平层I0.1 1 Q0.1

2 三层平层I0.2 2 电机正转Q0.2

3 四层平层I0.3 3 电机反转Q0.3

4 内呼一楼I0.4 4 内呼一楼指示Q0.4

5 内呼二楼I0.5 5 内呼二楼指示Q0.5

6 内呼三楼I0.6 6 内呼三楼指示Q0.6

7 内呼四楼I0.7 7 内呼四楼指示Q0.7

8 一层外呼上行I0.8 8 一层外呼上行指示Q0.8

9 二层外呼上行I0.9 9 二层外呼上行指示Q0.9

10 三楼外呼上行I0.10 10 三楼外呼上行指示Q0.10

11 二楼外呼下行I0.11 11 二楼外呼下行指示Q0.11

12 三楼外呼下行I0.12 12 三楼外呼下行指示Q0.12

13 四楼外呼下行I0.13 13 四楼外呼下行指示Q0.13

14 手动开门I0.14 14 门电机正转Q0.14

15 手动关门I0.15 15 门电机反转Q0.15

16 开门限位I0.16

17 关门限位I0.17

18 电梯上升极限位I0.18

19 电梯下降极限位I0.19

4.3 梯形图（图及说明）

1、外呼信号

程序RUNG1中加入Q0.3是为了满足：有外呼三楼上行，电梯若正往下行，到达三楼平层后，三楼上呼指示灯不灭，电梯也不会停车。

RUNG2、3、4中Q0.2、Q0.3作用同样如此。

2、内呼信号

内呼信号保持到到达选择楼层后取消

3、电梯平层信号的保持

这段程序是为了控制电梯的上行、下行信号，使电梯能够持续运行。在电梯运行过程中M25、M26、M27、M28始终有一个保持为1。

例如RUNG10中1—2楼间M25为1。

4、外呼、内呼选定楼层（电梯运行方向，电机的正反转）上行（电机正转）

（1）提供一个上行信号M17。

例如：一楼内呼四楼，M19、M20、M21依次为1，可保持电梯持续上行。 （2）上行记忆信号

作用：上行记忆、保持上行优先级、限制信号（到达四楼后电机停转）

（3）电机正转信号中加入反转信号互锁、关门限位、上升极限位、电梯停止信号等必要条件。

下行（电机反转）

程序同上行程序

5、外呼、内呼信号的保持与取消

外呼

设计M15为取消信号条件，即电梯停车后关门时，该楼层的内呼、外呼信号取消（其他楼层的内外呼信号也会取消，但是电梯重新启动后会恢复）。

与外呼信号相对应的，外呼二楼、三楼程序中加入电机的正转，反转条件。例如：若电梯下行至二楼，二楼外呼上行信号Q0.9为1，但是由于电机反转，所以M15为0，则电梯不停止。

内呼

6、各楼层的电梯停止信号

电梯停于选定楼层后，电梯的停止信号取消。

7、自动开关门

开门

电梯开门条件有：手动开门；到达停止楼层后延时2s自动开门；电梯处于平层时，在该层外呼电梯。

加入电梯开门必要条件：电梯处于平层；未到达开门限位；接收到电梯停止信号。另需加入电梯的开门信号互锁。

关门

开门条件：到达开门限位后延时3s自动关门；手动关门。

五、实验操作步骤

1.接通电梯模型及PLC主机的电源，观察电梯模型、PLC主机供电是否正常，然后关闭电源开关。

2.将电梯模型中的：

① 电梯内按钮信号1、2、3、4、 、 、与PLC主机的I0.4、I0.5、

I0.6、I0.7、I0.14、I0.15相连；

② 电梯外按钮信号1△、2▽、2△、3▽、3△、4▽与PLC主机的I0.8、

I0.11、I0.9、I0.10、I0.12相连；

③ PLC主机的I0.19、

I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.18相连；

④ PLC主机的I0.16、I0.17相连；

⑤ 公共端I与PLC主机COM0、COM1相连.

⑥ 电梯内部选择指示灯1、2、3、4与PLC主机的Q0.4、Q0.5、Q0.6、

Q0.7相连；

⑦ 电梯外部呼叫指示灯1△、2▽、2△、3▽、3△、4▽与PLC的Q0.8、

Q0.11、Q0.9、Q0.10、Q0.12相连；

⑧ 电梯行控上行、下行与PLC主机的Q0.2、Q0.3相连；

⑨ 电梯门控开关，关门与PLC主机的Q0.14、Q0.15相连；

⑩ 公共端II与PLC主机输出端的COM2、COM3、COM4、COM5、COM6相

连.但不能与主机的供电相连既+24V相连.

?检查无误后，重新开启电源，模型、PLC处于待机状态。

3.下载并运行程序，按动电梯模型中的内呼或外呼按钮，若PLC程序编制正确的话，电梯模型将按内、外呼叫指示按控制要求正常运行。

六、结论

6.1 实验结果

可实现设计要求中的所有重要功能，满足课程设计要求。

6.2 设计中遇到的问题

1、电梯关门时，会同时下降

定义电机正反转的程序中加入，门电机的正反转信号I0.17

2、电梯在从一楼到二楼途中，按一楼上呼按钮，不响应，直至电梯到达2楼 与外呼信号、电梯平层心海的保持程序设计有关，决定此过程无法实现

3、尝试定义一个M表示电梯的正在上升或下降的状态，并用于电梯的开关门程序中，导致，电梯停于楼层时，按该层的外呼上下，无法直接开门，另外2s延时开门业无法实现，只能通过手动开门。

通过各平层信号的并联表示，平层信号为开门的必要条件，否则无法开门。I0.0、0.1、0.2、0.3。

4、电梯的上、下行记忆信号程序设计

限定电机在电梯到达4楼、1楼时必须停止，且记忆信号。

5、编写程序最多7行，在编写图片出现8行时需要分行写。

6、开始时，电梯正好停于平层时，按该层的外呼上下，无法直接开门。

编写了位存储器 M29程序将所有情况考虑进去。

七、设计体会

在课程设计之前，我对于PLC的理解还仅仅停留于理论阶段，虽然在此之前也做过实践性的实验，不过实用性都没有这次课程设计强。在拿到设计题目后，我去图书馆借阅了很多PLC设计在电梯控制系统中的应用相关的书籍。在查阅图书的过程中我了解了许多电梯的历史，以及运用PLC设计电梯控制系统相较传统的继电器电路的优点，以及PLC在现代工业中所充当的重要角色。这更加坚定了我努力完成这次课程设计的决心。

在了解了电梯的一些基本信息后，我就正式开始了自己的设计。我了解了一些常用的设计方法。

1. 经验设计法

经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。经验设计法的具体步骤如下：

（1）确定输入/输出电器；

（2）确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；

（3）做出系统动作工程流程图；

（4）选择PLC指令并编写程序；

（5）编写其它控制控制要求的程序；

（6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。

2. 逻辑设计法

工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。

首先我根据设计要求着手设备的选型，通过一些计算以及经验，我选定了合适的设备，如：曳引电机、门电机、断路器、熔断器等设备。

在这以后，我开始进行设备的硬件设计。根据老师要求，我们可以使用20

个输入点、14个输出点。在此前我们做过的实验中就有电梯的实验，所以我轻松解决了PLC端子的分配以及硬件的接线问题。然后我对曳引电机、门电机的正反转电路进行设计，将选定的设备接入电路。这两个电路分别是交流、直流，在设计我花了很多功夫。在课程设计第三天我顺利完成了所有硬件设备的接线。

硬件设计完成后，我根据电梯的功能框图进行逻辑上分析，开始着手PLC 程序设计。根据课程设计要求，我在分析之后将设计大纲列为：

（1）内呼、外呼信号指示灯亮灭信号；

（2）电梯的上行、下行信号

包括电梯平层保持信号；曳引电机的正反转信号；

（3）电梯的停止信号

包括电梯停止信号保持、取消；

（4）电梯的开门、关门程序。

程序主要由这四部分组成，形成设计大纲后，下面便是一些基本程序设计的问题。我利用平时上课老师所讲的一些基本程序以及我在查阅的书籍中所找到的程序完成了一个最初的程序。包括了上面四个功能，主要分为七段程序以实现电梯的功能。

程序出炉后，接下来便是不断修改、完善的过程，通过电梯的实物运行状况，我发现了很多程序设计中的错误、不足。比如电梯在下降过程仍然在关门；在设计电梯的上行、下行记忆信号之前，曳引电机都无法转动等问题。

最后经过我的不断修改，程序终于能够满足设计的基本要求。这次设计增强了我的将理论运用到实践中的能力，真正做到了活学活用。感谢学校为我们安排了这项实践意义极强的课程，也感谢设计过程中陈老师耐心的指导。

参考文献

[1] 储云峰，施耐德电气可编程控制器原理及应用，北京:机械工业出版社，2006.8

[2] 宋伯生，PLC 编程原理、算法及技巧[M]，北京:机械工业出版社，2006

[3] 刘裁文，电梯控制系统，北京：电子工业出版社，1996

[4] 陈家盛，电梯结构原理及安装维修，机械工业出版社，2003

[5] 陈在平，可编程控制器技术与应用系统设计，机械工业出版社，2005