东南大学-PLC实验报告——三层电梯模拟

Southeast University

PLC实验报告——三层电梯模拟

班级：******班

姓名：****

学号：*******

指导教师：****

小组成员：***

Southeast University

一、实验目的与要求

1、了解PLC 实验原理，掌握简单的PLC 编程方法；

2、学习三层电梯的原理电路和面板操作功能，了解其运行原理，掌握控制方法；

3、通过编程模拟三层电梯的真实运行情况。

二、硬件原理简述

本实验编程及功能的实现均依赖实验室的三层电梯模拟装置，模拟真实电梯的运行情况。

电梯模拟装置由主体框架及导轨、轿箱及门控系统、配重、驱动电机、

外呼按钮及显示屏、内选按钮及指示灯和控制系统组成，其实物如图所

示。实验指导书中已详细给出其原理电路，在此不再赘述，仅将面板操

作功能简述如下：

面板主体可分为四层，自下而上依次为一至四层，其中一到三层与电梯楼层相对应，第四层主要是人在电梯内时对应的操作面板，另外还包括一些其他功能的输入输出端口。

图2 操作面板第四层

2.1 按钮与按键背景灯

电梯中共有七个按钮，分别是四层的“1”、“2”、“3”，三层的“DOWN ”，二层的“UP ”、“DOWN ”和一层的“UP ”。这七个按钮原理相同，当按下按钮后，相应的开关量信息将从X1至X7送出，若将H1至H7的红黑端子和24V 直流电源相连，则按键背景灯会亮起。

2.2上下行拨动开关与控制端

SA1拨动开关可在电梯处于手动模式时控制上下行，向左拨动，电梯向下运行，向右拨动，电梯向上运行。

当电梯处于自动模式时，将PLC 实验箱中的“SD ”与“正转”短接，则电梯上行，将“SD ”与“反转”短接，则电梯下行。 2.3防夹传感器

图1 三层电梯模拟装置

Southeast University

最右侧的三对黑黄色小孔是防夹传感器SENSOR的输出。防夹传感器是位于电梯门内的红外线收发装置，正常时，防夹传感器输出开关断开，一旦电梯门夹住人时，输出开关闭合。

2.4 指示灯与蜂鸣器

LIGHT和BUZZER均可通过通电控制，将它们与24V直流电源串联，则指示灯会发亮，蜂鸣器会报警。

图3 操作面板第二层

2.5 限位开关

三层的3S1至3S5、二层的2S1至2S4、一层的1S1至1S5均为限位开关的输出。其中每层的S1、S2为电梯门限位开关的输出，S3、S4为电梯上下位置的限位开关输出，S5为上极限开关的输出。这十四个开关量代表电梯门以及箱体的位置。

2.6 开关门拨动开关与控制端

3SA1、2SA1、1SA1三个拨动开关为开关门拨动开关，在电梯处于手动模式时，向左拨动，电梯门打开，向右拨动，电梯门关闭。

CCW、CW端可控制门控电机的正转和反转，即电梯的开门关门。将24V正电接入CCW、CW，可控制电梯开关门。

2.7 LED显示器

STOREY DISPLAY是LED显示器，用以显示楼层位置，为8421BCD码输入。

另外还有电源开关、直流电源输出端、由变频器供电的异步电动机电源输入端口、手动自动模式切换开关等控制按键和输入输出端口，用以实现基本功能。

三、设计思路

鉴于本组同学未学习过PLC课程，对PLC编程方法掌握不足，因此本组选择最基本的编程方法——纯粹采用开关量编程，开关量也称逻辑量，指仅有两个取值，0或1、ON或OFF。它是最常用的控制，对它进行控制是PLC的优势，也是PLC最基本的应用。

开关量控制的目的是，根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序，使PLC产生相应的开关量输出，以使系统能按一定的顺序工作。采用开关量编程需要充分利用电梯的输出

Southeast University

量，控制输入量，以实现预期功能。参考电梯的实际功能，本组的设计思路主要分为以下几个模块：

3.1 按钮与按键背景灯

对于一部电梯，无论是电梯外还是电梯内的操作按钮，都应实现按下按钮，按键背景灯常亮，到达相应楼层后按键背景灯熄灭的功能。在此将电梯的七个按钮一并讨论，它们的亮灯条件相同，即一旦收到按键的闭合脉冲信号，就输出自锁信号，控制按键背景灯亮；当电梯停在相应楼层并开门后，该层对应的按钮熄灭。

3.2 开关门

电梯停下后，打开对应楼层的门；考虑到乘客上电梯的时间，开关门之间应有一定延时，此处设为2S，延时结束后电梯关门。

3.3 停下

对于电梯内部的“1”、“2”、“3”按钮来说，只要它们中的任意一个按键灯亮着，并且电梯到达相应楼层，就应当使电梯停下。举例来说，如果“2”按键亮着，并且电梯的“2S3”、“2S4”限位开关有输出，就表示电梯在2楼且有人想去这一层，这时电梯就应当停下开门。

三层的“DOWN”和一层的“UP”也是如此，有人在3层想下楼或在1层想上楼，当电梯到达3层或1层时就应停下开门。

有所不同的是二层的“UP”、“DOWN”，当有人在2层想上楼时，若电梯内部的“1”被按下且尚未得到响应，或者有人在1层也想上楼，此时电梯路过2楼时不应当停下，而应当先去1楼，等再次上行到达2层时再停下。也就是说，二层“UP”按键灯亮且“2S3”、“2S4”限位开关有输出时，若“1”或一层“UP”按键灯也亮着，则电梯不应停下，若这两个按键灯没有亮，则电梯应停下。

同理，二层“DOWN”按键灯亮且“2S3”、“2S4”限位开关有输出时，若“3”或三层“DOWN”按键灯也亮着，则电梯不应停下，若这两个按键灯没有亮，则电梯应停下。

3.4 上下行与优先级

根据上述停下的条件，若电梯在某一层，恰好有人按下了这一层的按键，又不与其他层按键冲突，比如电梯停在2楼时只有二层的“UP”被按下，则电梯会直接开门，因此不必再在控制上下行的条件中考虑这种情况。

首先，考虑对单个按键的响应。对于三层电梯来说，去3层必定是上行，去1层必定要下行，2层的情况则稍微复杂些，要结合电梯所处的位置进行考虑，若电梯此时在楼的上半部分则需下行，在下半部分则需上行。

其次，考虑多个按键被同时按下的情况，我们引入优先级的概念，界定按键命令的处理顺序：上行时，设定优先级，下行时，设定优先级。优先级的概念在“停下”的条件中已有体现，同时因为已经设定电梯停下开门后就熄灭相应按键，因此可以排除已经完成的命令，结合3.3中所述，即可满足电梯的控制要求。

以下通过两个例子说明：

假如电梯停在在1层时，有“3”、二层“DOWN”和一层的“UP”同时被按下，则电梯将运行如下：先在1楼打开门，一层“UP”按键熄灭；上行到2楼时因为“3”亮着，虽

Southeast University

然二层“DOWN”按键亮且“2S3”、“2S4”限位开关有输出，但仍不满足停下条件，电梯不停；继续上行到3楼停下开门，“3”熄灭；随后电梯下行到2楼，停下开门，二层“DOWN”熄灭。

假如电梯停在在1层时，有“3”、“2”和一层的“UP”同时被按下，则电梯将运行如下：先在1楼打开门，一层“UP”按键熄灭；随后按照优先级应首先响应“3”按键，但是经过2楼时有“2”按键灯亮，且“2S3”、“2S4”限位开关有输出，满足停下条件，因此电梯会在2楼停下开门，“2”熄灭；随后电梯上行到3楼停下开门，“3”熄灭。

3.5 楼层显示

设定LED灯显示的数字为电梯最后经过的楼层。当某层的上下限位开关同时有输出时，说明电梯经过或停在该层，此时就将楼层示数更新为该楼层并保持，直到下一个更新条件满足。

四、程序流程图

程序主要流程可表示如下，需说明，本组全部采用开关量编程，程序中并不存在循环，却可以起到下图所示的效果：

图3 程序流程图

五、端子接线图

编程中共用到输入量24个，输出量17个，将各端子连接内容列于下表：

表1 输入量X

表2 输出量Y

Southeast University

硬件接线图如下：

图4 端子接线图

六、实验成果与不足

本组模拟真实电梯运行情况进行设计，主要可实现以下功能：

1、响应按键命令，并对同时存在的按键命令进行排序处理，实现正常上下行和停止；

Southeast University

2、电梯在相应楼层停止时开门，经过2S延时后关门；

3、LED灯显示电梯所在楼层。

本组成功实现了电梯的基本功能，但仍存在许多可以改进之处。例如，可以对防夹传感器进行设置，当相应楼层的防夹传感器有输出时，控制该层的电梯门打开；又如，可以对“3S5”、“1S5”两个上下极限限位开关进行设置，正常情况下极限开关不应有输出，若存在输出则启动蜂鸣器报警，说明电梯运行出现问题。

由于实验器材中部分传感器不灵敏以及实验时间的限制，上述想法最终未能来得及实现，不得不说是一个遗憾。我相信若有足够的时间，我们一定能将上述功能实现，将电梯设计得更加完美。

七、心得与体会

这次的实验对我们组而言不是很轻松，因为我们组的两个人都没有学过PLC的理论课程，所以做起实验来要相对有些吃力。我们的实验题目是电梯控制，其实算起来电梯控制的逻辑并不是很复杂，只不过要将逻辑语言转化成梯形图，这一步对我们组而言稍微困难一些。

电梯在日常生活中随处可见，其实以前也有思考过电梯的控制程序具体如何，不过没有仔细研究。这次是要在模拟电梯实验台上世纪模拟出来，其实还是挺有意思的。

在实验之前我也上网去找了一些资料，参考了一下资料里的逻辑结构，有一些逻辑相对复杂，而我们这次试验是要实现三层的电梯模拟，所以相对来说，难度大大降低了。

在参照了一些资料以后，然后我们决定用自己的逻辑去实现。不过，这个程序也仅是适用于三层电梯，而对于多层电梯我们没有测试环境，所以也无法验证。

真正实验的时候，我们从头学起，先从演示实验，学习基本的梯形图编程，之后开始测试电梯，从每一个限位开关，每一盏信号灯。不过中间也遇到很多问题，这实验设备虽然是最新的，不过在实验的过程中还是会出现很多故障。

我们在实验的过程中，遇到自己不能解决的难题，也会去找老师，还有和其他组的同学交流讨论，共同解决问题。

PLC在工业生产中应用非常广泛，虽然我们没有学过PLC的理论课程，不过这一次的实验仍然让我受益良多。