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1、 电气与自动化工程学院 PLC控制技术课程自主研究型学习技术报告项目名称： 学生姓名： 学号： 项目序号： 专业： 提交时间： 2016.5.9 指导老师： 单长考 PLC控制技术期中测验研究型学习大作业任务书五层（或六层）电梯的PLC控制系统研究电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。目前电梯控制主要由PLC（可编程逻辑控制器）实现，现代的电梯控制除了需要满足基本的载客运货功能，还需要在保证安全的前提下，自动地、智能地制定最优的响应策略、运行
2、速度等。一、被控对象描述1. 对象模型对象模型分为电梯模型与用户行为模型两项。电梯三维模型主要包括：电梯整体（包括轿厢、电机、限位开关、急停按钮、重启按钮等等）、各个楼层按钮（上行按钮、下行按钮、指示灯等等）、电梯内部设备（轿厢开门按钮、轿厢关门按钮、指示灯等）等。电梯模型采用多层结构，其外形及示意图如下所示： 电梯模型中各IO参数均可与PLC通过现场总线相连，实施自动控制。用户行为模型指软件系统将模拟各楼层出现的用户数量（按一定概率模型）以及每位用户对电梯的操作行为，如每一名用户按下期望到达的目标楼层按钮。用户行为模型可以模拟现实情况下大量用户使用电梯时的具体用例，从而观察PLC所控制的电梯
3、的行为是否符合要求。2. 设计参数（以六层电梯为例）名称设计参数名称设计参数客梯数量1N个客梯层数6层载重1000kg定员13人3. 输入输出数据（1）发往控制器的数字量信号分类变量说明数量呼梯信号1-6层站轿内指令登记按钮61-5层站上行呼叫按钮52-6层站下行呼叫按钮5控制信号轿厢内开门按钮1轿厢内关门按钮1开门到位1关门到位1红外光幕信号1超重感应器1轿门锁开关11-6层站门锁开关6上平层传感器1下平层传感器1上端站强迫换速开关（第一限位）1下端站强迫换速开关1上端站越位控制开关（第二限位）1下端站越位控制开关1检修开关1合计36（2）控制器输出的数字量信号分类变量说明数量内选、外召唤指
4、示信号1-6层站轿内指令登记灯61-5层站上行呼叫按钮登记灯52-6层站上行呼叫按钮登记灯5层楼信号显示七段数码管输出信号7上行指示信号1下行指示信号1控制信号曳引电机启动信号1上行方向接触器1下行方向接触器1开门继电器1关门继电器1电梯高速运行1电梯低速运行1一级制动减速接触器1二级制动减速接触器1三级制动减速接触器1故障指示灯1轿内照明1风扇1合计38二、控制任务1. 单部电梯基本功能根据不同楼层客户需求，即时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位，层门联锁保护等，并根据不同的需求实现合理的响应。具体地，应包含但不限于如下功能：1） 集选控制集选控制是指在信号控制的基础上把召唤
5、信号集合起来进行有选择的应答。电梯在运行过程中可以应答同一方向所有层站呼梯信号和操纵箱上的选层按钮信号，并自动在这些信号指定的层站平层停靠。电梯运行响应完所有呼梯信号和指令信号后，停在最后一次运行的目标层待命。2） 开关门控制电梯未起动且门已关上或正在关闭时，如果本层召唤按钮被按下，轿门自动打开。如果按住按钮不放，门保持打开。自动状态下，在保持开门的状态时，可以按关门按钮使门立即响应关门动作。电梯停在门区时，可以在轿厢中按开门按钮使电梯已经关闭或尚未关闭的门重新打开。3） 错误指令消除当电梯到达最远层站将要反向时，原来所有后方登记的指令全部消除。连按2次错误指令的按钮，该等级的信号就被取消。4
6、） 开门延时/关门保护无司机运行时，电梯到站自动开门后，延时若干时间自动关门。在关门过程中，当安装在轿厢门口的光电信号或机械保护装置探测到有人或物体在此区域时，立即重新开门。5） 待载休眠电梯无指令时或外登记超过一段时间后（此时间可通过参数调整），轿厢内照明、风扇自动断电。但在接到指令或召唤信号后，又会自动重新上电投入使用。2. 单部电梯运行（异常）状态监测在电梯整个运行过程中，监测状态参数以及各种反馈信号等，确保电梯稳定运行。在故障情况下，制定相应的安全策略。具体地，应包含但不限于如下功能：1） 超载保护轿厢载荷超过设定值时，电梯不响应沿途的层站召唤，按登记的轿内指令行使。电梯超载时，轿内发
7、出音频或视频信号，并保持开门状态，不允许起动。2） 终端越程保护电梯的上下终端都装有终端减速开关、终端限位开关，以保证电梯不会越程。3） 开关门保护如果电梯持续关门一段时间（该时间可设定）后，尚未使门锁闭合，电梯就会转换成开门状态。如果电梯在持续开门一段时间（时间可调整）后，尚未收到开门限位信号，电梯就会变成关门状态，并在门关闭后，响应下一个召唤和指令。4） 运行保护为安全起见，在门区外，系统设定不能开门。在非检修状态，电梯运行过程中，如果连续运行了运行时间限制器规定的时间后，其中没有平层开关动作过，系统就认为检测到钢丝绳打滑故障，所以就停止轿厢的一切运行，直到断电复位或转到检修状态时，才能恢
8、复正常运行。3. 集群电梯的群控实现（本次作业为选做）针对多部多层电梯实施联合控制，满足常见不同应用场合下集群电梯的控制策略切换。电梯具体的动作行为需参赛队伍根据竞赛时所提出的应用目标进行灵活调整。三、作业要求本次作业是来源于Siemenscup赛题，作业以一个虚拟的控制工程项目为背景展开。任课教师作为甲方发布控制工程招标需求，学生2人一个团队队伍以乙方身份，根据甲方提出的控制任务，进行工程技术方案设计，并以甲方工程承包商的身份进入现场实施控制工程项目。作业综合训练、考察学生团队系统分析能力、系统设计能力以及系统实施能力。学生团队在理解被控对象的基础上，完成：1. 工程方案设计（作业重点要求）
9、工程方案设计主要内容包括：（1）系统分析，包括甲方需求分析、对象特性分析、安全分析等；（2）控制系统设计，包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择及理由（3）控制系统选型，包括PLC、IO卡件、通讯网络的选择，并表达出各单元之间的信号连接；（4）控制方案经济效益分析。一、运输带控制系统的设计1.1整体方案1、进行PLC的I/O地址分配，并画出运输带控制系统的PLC控制系统的接线图。2、设计由PLC 控制的传输带梯形图程序。3、输入自编程序，上机调试、运行直至符合动作要求。4、综合输入输出点的计算以及要实现的电梯控制功能，使用西门子s7-300PLC，这样就能完全能够满足设计要求。PLC S7-
10、300是模块化的中小型PLC，适用于中等性能的控制要求，有很高的的电磁兼容性和抗震动抗冲击能力。高集成度的设计、低廉的成本使得s7-300成为各种小型控制任务理想的解决方案，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。并且，西门子s7-200PLC具有：极高的可靠性、丰富的指令集、极快的浮点运算速度、丰富的扩展模块、强大的内部集成功能等几个方面的出色表现。5、根据控制要求得波形图如下：1.2 I/0地址分配 1.3 I/O接线图 1.4流程图 1.5梯形图程序1.6调试步骤与结果1、按动启动按钮SB1，M2转动，过3秒后，M1转动，过3秒后，M0转动，再过2秒后，料门L打开，出料。料
11、经输送带M0,M1，M2送到卸料处。2、按下停止按钮SB2，料门L1关闭，停止送料，过3秒后，输送带M0停止转动，再过3秒后，输送带M1停止转动，再过3秒后，输送带M2停止转动。3、如果在启动过程中按动停止按钮SB2，若仅M2启动，则M2停止；若M2、M1启动，则先停M1，后停M2；若M2、M1、M0启动，则先停M1，再停M0，最后停M2。二、基础实训项目二：模拟量采集与数据处理的综合应用2.1整体方案1、在OB35中编写定时器中断服务程序，在定时器中断中采集电位器上的电压（05V）,采集的地址为IW272。2、计算出温度，根据计算公式 T=100N/27648完成D/A转换程序，将采集到数据
12、量转换成实际的温度值（即温度值），把采集到的数据量放到共享数据块DB2中。3、计算开度，根据计算公式K=13824N/100完成A/D转换程序，将电压值转换成开度值，并存到DB2中，输出地址为QW272。4、编写程序将转换成的实际电压值变成数据量5、PLC处理模拟量的一般方法 在PLC组成的自动控制系统中,对物理量(如温度、压力、速度、振动等)的采集是利用传感器(或变送器)，将过程控制中的物理信号转换成模拟信号后,通过PLC提供的专用模块,将模拟信号再转换成PLC可以接受的数字信号,然后输入到PLC中。由于PLC保存数据时多采用BCD码的形式,所以经过A/D专用模块的转换后,输入到PLC的数据
13、存储单元的数据应该是一个BCD码。6、编程方法：语句表7、WINCC与PLC的连接时通过（TCP/IP协议），定义温度值，通过TCP/IP读取DB2中的数据。定义开度K，由WINCC输入，放入DB2.DBW4中。电位器电压先通过A/D转换成数字量N，在通过N来得到T，如图3.1所示。 2.2 I/O接线图2.3 流程图 2.4 I/O分配 输 入 设 备 输 出 设 备序 号名 称代 号地 址序 号名 称代 号地 址1开关S1I0.01电压表M1或M2QW2882电位器10KIW2882332.5 语句表 2.6 调试步骤调试WINCC前先要建立以太网的连接，定义数据类型，并使输入输出对应相应
14、的变量。下载程序后进入周期为1s的定时器中断，电位器输入电压时，开始采集PIW288输入的数字量，存放到共享数据块DB2中，通过语句表计算后在WINCC上显示模拟量。在WINCC上输入开度，也是存放在DB块中，通过模数转换从PQW288输出。2.7调试结果输 入输 出电压PIW 288温度值执行器开度PQW 288电压V0V000002V563220.3703720%28161.035V1408050.46350%70402.5210V100%140805三综合型自主实训项目：五层电梯控制系统的设计3.1控制要求电梯由安装在各楼层厅门口的呼叫按钮进行操纵，其操纵内容为呼叫电梯、运行方向和停靠楼
15、层。电梯上、下由一台三相异步电动机驱动，电动机正反转由变频器控制；电动机正转，驱动电梯上升；电动机反转，驱动电梯下降。整个控制由选层按钮，层楼指示数码管、层楼行程开关、召唤按钮等构成。控制要求如下：电梯启动后，首先在一层，有呼叫则电梯上升，上升过程只响应大于等于当前楼层的选层信号和召唤信号，且记忆其他信号，并到达所选楼层或上升到召唤楼层后停止，且消除该楼层的层选信号或召唤信号。此后若无其他楼层层选或召唤信号（含记忆信号），则停于此楼层，若有则继续运行。到达五楼后，有其他楼层的层选或召唤信号则电梯下降，下降过程只响应小于等于当前楼层的选层信号和召唤信号，且记忆其他信号，并到达所选楼层或下降到召唤
16、楼层后停止，且消除该楼层的层选信号或召唤信号。此后若无其他楼层的层选或召唤信号（含记忆信号），则停于此楼层，若有则继续运行。到达一楼后又重新开始上述循环。每到一层，电梯停留3S。3.2总体设计方案1）设计方案的比较.用单片机实现该方案时有以下缺点和不足： 单片机实现该方案所需要的外围电路多，工作量相当于PLC较大； 它的可靠性以及抗干扰性也显然不如PLC； 它的中断优先级不明确，相对于PLC而言用起来较复杂； 它的配套设施和功能没有可编程控制器PLC完善。 .用可编程控制器PLC优势是很明显的 n 可靠性高，抗干扰能力强 ； n 配套齐全，功能完善，适用性强 ； n 系统的设计、建造工作量小，
17、维护方便，容易改造 ； n 体积小，重量轻，能耗低 。 综上所述，我选择用PLC控制器设计五层电梯。2）PLC设备的选型及依据选择的是西门子的S7-300/400系列的PLC，对S7-300/400做出简要的说明：SIMATIC S7-300/400系列PLC是基于模块化设计的中型和大型PLC，具有各种性能的PLC、信号模块、功能模块和通信模块，适用于中高等性能要求的控制人物。本设计有24个输入和24个输出，S7-300/400正好满足此要求。3） 设计思路整个电梯的设计分为呼叫信号记忆、楼层显示、轿箱开关门、加减速停靠、呼叫方向判断几个部分。呼叫信号记忆采用自锁的方式实现，并在其中串入各楼层
18、停靠完成信号的常闭，在到达各层时将对应呼叫信号解除。楼层显示采用数码管，利用I_BCD将各楼层号转换为BCD码，当每层定位传感器有效时对该层楼层号进行转换后输出，在到达下层前保持当前显示。轿箱开关门是在对应呼叫楼层停靠完成后，电梯开门等待人员进入在延时几秒后或者箱内按下关门按钮后电梯关门，当门完全关闭后接着响应下一个呼叫。加减速停靠是在当有呼叫信号电梯高速运行，当感测到被呼叫的楼层定位传感器第一次时电梯切换到低速，第二次信号到来时停靠。呼叫方向判断是用5个寄存器表示各层到位状态信号，然后统计在各个楼层时电梯上升的所有呼叫条件并配合各层到位状态信号得到各楼层上升方向信号，依次列出电梯在1到4层时
19、电梯上升方向信号最终输出总的上升方向状态，下降方向判断方向相同。然后将上升与下降方向信号分别互锁。3.3.硬件电路设计1）I/O分配表名称输入/输出I/O地址TO传感器 继电器 电磁阀含义五层电梯实训装置输入I0.0B1一层定位传感器I0.1B2二层定位传感器I0.2B3三层定位传感器I0.3B4四层定位传感器I0.4B5五层定位传感器I0.5S1一层上呼按钮I0.6S2二层上呼按钮I0.7S3二层下呼按钮I1.0S4三层上呼按钮I1.1S5三层下呼按钮I1.2S6四层上呼按钮I1.3S7四层下呼按钮I1.4S8五层下呼按钮I1.5S9轿箱开门按钮I1.6S10轿箱关门按钮I2.0S12轿箱呼
20、叫一层按钮I2.1S13轿箱呼叫二层按钮I2.2S14轿箱呼叫三层按钮I2.3S15轿箱呼叫四层按钮I2.4S16轿箱呼叫五层按钮I2.5S17开始按钮I2.6S18复位按钮I2.7S19检修按钮输出Q0.0BCD码输出1Q0.1BCD码输出2Q0.2BCD码输出4Q0.3L1一层上呼指示灯Q0.4L2二层上呼指示灯Q0.5L3二层下呼指示灯Q0.6L4三层上呼指示灯Q0.7L5三层下呼指示灯Q1.0L6四层上呼指示灯Q1.1L7四层下呼指示灯Q1.2L8五层下呼指示灯Q1.3L9轿箱一层呼叫指示灯Q1.4L10轿箱二层呼叫指示灯Q1.5L11轿箱三层呼叫指示灯Q1.6L12轿箱四层呼叫指示灯
21、Q1.7L13轿箱五层呼叫指示灯Q2.0轿箱开门Q2.1轿箱关门Q2.4电梯正转Q2.5电梯反转Q2.6低速运行Q2.7 高速运行2）PLC硬件接线图3）流程图图2：OB1程序流程图图3：FC1程序流程图 图4：FC2程序流程图图5：FC3程序流程图图6：FC4程序流程图3.4程序1）OB1主程序：2） FC1呼叫信号记忆：FC2楼层显示程序： FC3呼叫方向判断程序： FC4加减速停靠程序：FC5轿厢开关门程序：3.5调试步骤和结果（1）检查接线无误后，上电；（2）下载硬件和软件；（3）按下三层上呼按钮，三层上呼指示灯亮电梯接通上行，电梯到达三层定位传感器位置，此时，电梯上行切断并且熄灭三楼
22、上行指示灯，轿箱开门，轿箱开门后乘客可进出轿箱，从停层开始延时2秒后轿箱关门，也可以按关门按纽提前关门，并等待乘客输入轿箱呼叫信号。在上述基础上，先按下五层楼轿箱呼叫按钮，再分别按下四层下呼按钮和一层上呼按钮。此时，电梯先接通上行经过四楼时不停车。 到达五层定位器传感器位置停车开门，同时熄灭五楼指示灯。从停层开始延时2秒后轿箱关门，之后再作电梯接通下行，经过四层定位传感器位置时停车开门，并熄灭四楼指示灯。从停层开始延时2秒后轿箱关门后电梯再次接通下行，经过三楼不停车，到达一层定位传感器位置时停车开门。 同时熄灭一楼指示灯，从停层开始延时2秒后轿箱关门，也可以按关门按钮提前关门，并等待乘客输入轿
23、箱呼叫信号。接第2项中，若此时按下二层楼轿箱呼叫按钮和一层上呼按钮，电梯立即开门，并熄灭一楼指示灯，从停层开始延时2秒后轿箱关门。次后电梯接通上行，若此时再压下一层上呼按钮或开门按钮，电梯都不会开门并继续上行。 电梯到达二层定位传感器位置，同时切断上行并熄灭二楼指示灯，延时后自动开门，从停层开始延时3秒后轿箱关门，也可以按关门按钮提前关门，并等待乘客输入轿箱呼梯信号。四收获与体会这一次的PLC实训，我学会了很多东西，PLC数字量模块的运用又进行了加强，而且在此基础上还学会了模拟量模块的运用和编程，以及PLC与WINCC的通讯使用。我的综合项目是做五层楼的电梯控制。电梯在我们日常生活中是随处可见
24、的，所以一开始我以为电梯的设计很简单的，但是在分析设计的过程中才发现它的设计并不简单，特别是要实现电梯的实际运行情况是非常复杂的。 我做的第一个项目是运输带，运输带值运用了数字量模块，设计比较简单，也很容易设计。但相对的第二个项目模拟量采集就比较有困难了，在课堂上老师虽然讲过关于模拟量的知识，但真正的运用到实际中，还是不知道如何做，在老师的指导下，我们开始查相关的知识，终于了解如何去设计。第三个项目就是五层楼的电梯控制，一开始主要就是上网查资料并将电梯的实际运行情况收集起来。最重要的是要将程序的主要设计思想弄清楚，才能在接下来的设计中减少不必要的麻烦。所有的准备工作都做完后就可以开始编程了。我
25、认为软件的编程的最难的，楼层显示的子程序比较好编一点，但加减速停靠和呼叫方向判断的程序却很难，而且还要将这些程序连接起来，不能有一点的偏差，否则打错一个地址，就不能得到想要的结果。我们调了好几天才调出来，期间遇到困难的时候我差点就放弃了，可是经过我们组员的一起探讨和一起研究，让我们终于将程序编写出来了，这让我感觉到团队的力量真是强大。可却只是主要功能调出来了，但还是有些问题，在实际生活中是不允许发生的。 经过这次的课程设计，在自己的努力和老师的帮助下，我改正了许多错误，并成功地将能够满足要求的程序编写完成了。而且我也对PLC有了新的认识，学到了一下以前没学的知识。做完了电梯，让我对电梯也有了一
26、些新的了解。电梯作为当今高层建筑中的交通工具，为了更好地满足用户的要求，方便人们.它将随之不断改进，使之更加舒适、安全、可靠、方便。在舒适方面可以采用变频调速，让人感觉犹如平地。从方便来看，可以用微机智能控制，实现智能化。为配合楼层的伸高，更要开发安全的高速电梯。总之，这次的任务给予了我不同的学习方法和体验，让我深切的认识到实践的重要性。以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力。而且我深刻的体会到，每做一件事情，都要有钻研的精神，要有耐心，只要认真了努力了，我相信一定会有所收获的。 五参考文献1 廖常初 S7-300/400 PLC应用教程 2 向晓汉 S7-300/400 PLC基础与案例精选 3 姜建芳 西门子 S7-300 PLC工程应用技术教程 4 SIEMENS公司.SIMATIC S7-300可编程序控制器使用手册56教学f