《电器与PLC控制技术》
课程设计报告
题 目：__ 四层电梯的PLC控制 学 院：_ __ 信息工程学院 班 级：__ 建筑设施智能技术2班 组 员： *****************
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指导教师：_ ____ ***************** 完成日期：___ _2011年6月
一、课程设计的目的：
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、熟悉四层电梯的运行方式和编程方法。
二.实验设备
1. THPLC-DT型四层电梯实验教学模型一台 2. 计算机一台 3. 编程电缆一根
4. PLC主机一台，应选用40点机型（输入口大于20点、输出口大于14点）
三、课程设计的要求：
电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵。电梯轿厢内设有楼层内选按钮S1～S4，用以选择需停靠的楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示、L4为四层指示，SQ1～SQ4为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层），按三层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在四层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从四层运行到三层），按三层上升呼叫按钮无效。
四 、课程设计的主要内容：
1、设计步骤
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计算输入输出点，编写I/O对应表及内部元件使用表； 根据输入输出点，完成硬件接线； 编写PLC电梯基本控制程序；
下载程序，模拟演示电梯工作过程；
配合硬件模拟演示，调试修改程序，直至基本功能全部实现； 拓展功能，故障报警及电梯内呼救处理； 整个系统运行检测与完善；
2、 电梯的运行过程分析
电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下
降。一层有上升呼叫按钮和指示灯，二层有上升呼叫按钮和指示灯以及下降呼叫按钮和指示灯，三层有上升呼叫按钮和指示灯以及下降呼叫按钮和指示灯，四层有下降呼叫按钮和指示灯，每个楼层均由楼层限位开关检测控制；电梯开门和关门按钮，关门限位由行程开关检测。
1) 开始时，电梯处于任意一层；
2) 当有外呼电梯信号到来时，电梯响应该呼电梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时2S后自动关门；
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3) 当有内呼电梯信号到来时，电梯响应该呼电梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时2S后自动关门；
4) 在电梯运行过程中，响应的呼叫信号为：电梯在上升（下降）过程中，相应处于电梯所处位置以上（下）的所有內选和外选上升（下降）呼叫；其他呼叫均不响应，但记录该呼叫，等待条件符合时响应；
5) 电梯开门关门条件：电梯运行到某一楼层停止后自动开门，电梯门压下开门门限开关后开始启动关门计时，当计时时间到或者有关门按钮按下时，电梯开始关门，在电梯关门过程中如果开门按钮按下，停止关门，转换为开门；只有在满足楼层限位开关被压下切电梯停止的前提下，电梯门才进行开关动作；
不响应二层向下外呼电梯信号。同时，如果电梯到达三层，如果四层没有任何呼电梯信号，则电梯可以响应三层向下外呼电梯信号。
6) 电梯应具有最远反向外电梯响应功能。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电梯信号。
7) 电梯未到达平层或运行时，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。
电梯未到达平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。到达平层且电梯停止运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门按钮电梯门关闭。
3、硬件部分
图1
图2 系统硬件接线图
图1电梯实物平面图
3.1输入\\输出分配表 输入 一层内呼S1 I0.0 二层内呼S2 I0.1 三层内呼S3 I0.2
输出 一层内选LS1 二层内选LS2 三层内选LS3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 中间继电器 1-->2 1-->3 2-->3 M1.0 M1.6 M2.0 2
四层内呼S4 I0.3 四层内选LS4 S开 I0.4 开门 S关 I0.5 关门 一层上U1 I0.6 一楼上指示LU1 二层下D2 I0.7 二楼下指示LD2 二层上U2 I1.0 二楼上指示LU2 三层下D3 I1.1 三楼下指示LD3 三层上U3 I1.2 三楼上指示LU3 四层下D4 I1.3 四楼下指示LD4 限位开关SQ底 I1.4 QU 一层限位SQ1 I1.5 QD 二层限位SQ2 I1.6 故障报警 三层限位SQ3 I1.7 呼救指示 四层限位SQ4 I2.0 限位开关SQ顶 I2.1 SQ开门 I2.2 SQ关门 I2.3 故障处理 I2.4 呼救按钮 I2.5 接到呼救 I2.6 3.2 电动机控制电路图
根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图3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
Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 3-->2 3-->1 2-->1 初始下行到1楼 应用下行 开门计时 1---->4 下行 4---->1 4--->3 3--->4 2--->4 M2.1 M1.7 M1.5 M2.3 M2.4 M1.4 M1.1 M1.2 M1.3 M2.5 M2.6 M2.7 图3 控制主回路原理图
断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。
3.3 四层电梯上下行控制主电路图
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图4 上下行控制主电路
按SB1，KM1线圈得电，KM1触头动作，M正转，电梯上升； 按SB3，KM1线圈失电，KM1触头动作，M停转，电梯停止； 按SB2，KM2线圈得电，KM2触头动作，M反转，电梯下降。
3.4电梯门电机开关门控制
图5 电梯门开关控制
门电机控制电梯门的开关，正转时，电梯门打开；电机反转时，电梯门关闭。
当电梯到达平层时，常闭接触器KM1和常开接触器KM2，KM6闭和，电机正转，电梯门打开；当定时器时间到时，常闭接触器KM4和常开接触器KM5，KM3闭和，电机反转，电梯门关闭；当电梯门碰到开门和关门限位开关时，KM2或KM5断开，并且反向制动。
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4、软件部分
4.1 软件流程图
电梯上下行流程图见图6。假设电梯停在N（N=1,2,3,4）楼,M楼有信号,M ＞N时，电梯上行；M＜N时，电梯下行。
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）的外呼电梯信号均不响应，但如果反向外呼电梯信号前方向无其它内、外呼呼梯信号时，则电梯响应该外呼信号。
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电梯信号。
电梯响应流程图见图7。
图6 电梯上下行流程图
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图7 电梯响应流程图
当电梯到达系统控制的目标楼层时，控制系统发出开门信号，电梯门开，当门开到开门限位时，计时3秒钟，然后关门，直到关门限位产生信号。此过程期间，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭，并且当门关闭动作时，门间来人会使光电传感器产生信号，控制系统发出开门信号，电梯开关门流程图见图8。
图8 电梯开关门流程图
4.2详细程序：
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五、课程设计心得
1、***的课程设计心得：
本次PLC课程设计我们选择了《四层电梯的PLC控制》，通过该课程设计，深入思考了电梯的运行方式以及通过PLC控制方案，最终经过几天废寝忘食的思考，编写程序，调试程序到最终成功运行，不仅巩固了PLC的理论知识，加强了动手能力，更让我们锻炼了细心谨慎耐心善于思考的品质。 之所以选择该课题，是考虑到电梯是建筑当中非常重要的一部分，跟我们建筑设施智能技术专业有一定的相关性，虽然张老师说这些电梯好像是修好了，但是谁也不能确切的知道它们是不是好的。当初就是出于试试看，如果实在不行再换题的态度选了该课题，才有了接下来的故事。(*^__^*) 选题之后，我们仔细分析了电梯设计要求，并结合实际中电梯的运行方式和情况进行分析，经过小组成员的讨论总结了电梯的所有可能的运行情况，然后根据这些情况来探讨解决方案，最初的构想是采用一些数据寄存器来记录电梯内外选择按钮的状态，并根据预设的优先级来进行分析判断电梯应该上行还是下行，应该在那个地方停止。后来感觉这种方式比较复杂而且不知道具体编程应该如何进行，所以大家决定回去查看资料，各自把自己的想法和问题记录下来，然后再一起讨论。通过参考以往的资料发现他们的程序基本上都是用起保停电路实现的，所以我们开始重新思考我们的设计方案。当时的想法就是距离老师要求的截止时间还有几天，我们先自己设计一个程序，然后再与以往的程序做对比，思考比较程序的优缺点。 设计方案大体确定之后就开始了我们的设计，首先明确电梯的输入输出口，然后编写程序实现一二层之间的运行，通过之后用同样的方法编写了一三层之间的运行以及二三层之间的运行，根据电梯所有可能的运行情况，一点点堆砌程序。单层之间的运行时比较容易解决的，之后的难点在于在一层到三层运行的过程中二层有选择或者有反向运行按钮按下，如何决定何时执行该指令，以及如何在执行该指令之前记录该指令，知道指令执行完毕。经过反复的尝试思考，我们通过结合电梯运行状态、楼层限位开关、选择按钮三者，来决定电梯如何运行。比如：当电梯停在一楼，四楼有呼叫，电梯开始向上运行，当电梯运行到二楼之前，二楼有出现楼层下选，接着三楼出现楼层上选，这个时候相应的选择指示灯都是亮着的，电梯上行的过程中如果压下某楼层限位开关，而这一层又有上行选择或者內选，这时候该选择指示灯熄灭，若该层有向下按钮按下而电梯原来运行目的层不是该层，那该按钮指示灯继续保持亮的状态，从而可以根据某楼层是否有选择指示灯从亮到灭来决定电梯是否在该层停止。 当总体程序基本编写完毕，电梯运行基本实现，我们邀请很多周围的同学前来试玩，在此过程中检测我们的程序是否完善，当然期间发现了很多运行问题，然后我们每发现一个问题便积极思考，对程序进行修改完善。最终，可靠地实现了电梯的各种运行情况。 电梯基本功能实现后，我们便开始着手思考故障报警处理以及电梯内部呼救等附加功能，这些与电梯基本功能程序相比还是比较容易实现的。 最后整个电梯系统程序做完，我们将我们仔细阅读分析了往届的程序，并将我们的程序与该程序经行比较。比较得出虽然我们的程序看上去比往届的简单，但是整体设计方案不如往届，我们采用的是根据电梯的运行情况分析，利用排列组合，该方案在电梯层数少的情况下比较简单，但是随着层数的增加运行情况就会呈指数形式增加，程序也会变得越来越复杂，而往届的程序采用按钮分析，针对不同按钮按下采取相应的动作，该方案在楼层数增加的时候，程序网络的个数与电梯层数呈线型关系，且可移植性好。 在本次课程设计过程中非常感谢张老师和盛老师的鼓励与指导，同时通过我们组每个
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成员的努力，最终实现了整个系统的各项功能。在编写程序调试系统的几天里经常废寝忘食，就连睡觉做梦都会突然梦到又一个问题的解决方案，然后醒来赶紧继续做，虽然过程有些辛苦，但是每当看到一个功能实现，就会觉得很有成就感，就会更有激情继续做下去，就凭着这种激情，最终一步一步的使整个系统成型，完善。在此过程中不仅考察了我们专业知识，更锻炼了我们独立思考解决问题、团队合作能力，耐心、细致、踏实的品质。
2、****的实课程设计心得：
一开始选择这个课题的时候，感觉应该挺容易的，就是空值电梯的上下和开门关门，但是当我们真正开始做的时候，问题频出，实在是超出了我们的预期。首先是电梯的各种运行状况，随着我们分析的渐渐深入，情况越来越多，需要考虑的东西也越来越多，思绪慢慢的陷入紊乱，感觉无论怎么都理不清。所以，我们决定先做一个三层的电梯设计，因为实际的方案中，三层电梯设计比四层电梯设计要容易多了，但是还是很复杂，实际分析起来总感觉没有完全做到位。后来，我们开始找各种相关的资料，学习和参考过后，慢慢找到了感觉，稳扎稳打，步步深入，最后把所有可能的情况几乎都考虑在内了。接着是开始编写程序，利用我们以前学过的PLC编程的知识，再按照我们前面分析的一步一步的编写，看上去并不难。但是，当我们把程序写入PLC，控制电梯运行的时候，各种各样的问题让我们面临崩溃！甚至怀疑是不是仪器出了问题，因为实际的运行状况跟我们编写的程序效果差太远了！在分析了我们的方案没有错误之后，我们把注意力放在的程序上面，把以前的PLC的书也翻了出来，仔细的查找问题的解决办法。原来，我们编的程序漏洞太多了，实际运行中，只要稍微出现一点我们没有考虑到的情况，就会运行错误，根本到不到想要的效果。接下来的大部分时间，我们都在给程序“打补丁”，缝缝补补，查漏补缺。每次，当我们觉得程序已经无懈可击的时候，实际一运行，还是有这样或是那样的问题。在经过很多次的失败之后，我们的电梯模型总算能够正常运行了。接下来是过渡到四层电梯的设计，在经过前面三层电梯的设计之后，四层的设计就容易多了，加入一些需要考虑的情况，然后慢慢整合，就基本完成了。后来，我们觉得这样的简单的电梯模型是不够的，应该根据实际的情况设计一些人性化的也是必须的功能，比如：电梯的上行下行指示、故障报警和呼救请求与应答等功能。于是，我们就在原来的基础上，进行了进一步的设计和改装，试图达到以上目的。上行下行指示和故障报警还是比较容易设计的，但是呼救请求和解除呼救让电梯重新运行就有点不如人意了。我们要让电梯在接到呼救应答之后自动运行到第一层，然后重新执行以前的指令，还有在接到呼救请求是要立即停止整个程序，电梯也是立即停止，在原地等待，直至呼救应答和故障解除。本以为一个小小的改动不会太难，结果想不到我们在原程序的基础上改动的地方很多，最后终于达到的想要的效果，我们暗自高兴了一番。后来，因为离指导老师检查实验结果还有一段时间，所以我又在网上查找各种比较专业的方案，感觉到自己设计的程序还是没有他们的优化。网上比较专业的设计一般都采用了随机存储器，并前设置了命令的优先级，考虑到实际运行需求，还特意设置第一和第二优先级，这样的随机控制的设计方案让我有点膜拜了。原来，程序的设计并不是只要全面的满足需求即可了，还要考虑到程序的优化和资源的节约，这在实际的应用中是十分重要的。总的来说，这次的课程设计收获颇丰！
3、***的课程设计心得：
这次试验给我的感触很大，原来以为plc是很简单的一项技术，但是开始做课程设计之后才发现它的内容在实际应用当中比我想象的难的多。因此对plc的学习不应仅仅局限在书本上，要在更多的实际应用当中学习。在开始选这个课题的时候，我们举得电梯的应用在今后的工作当中应用更大，在我们的第一天的讨论当中，我们把电梯的整个运行过程完整的分析了一遍，我们认为，电梯的整个运行过程是十分复杂的，如果想写出完整的运行
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程序需要大量的plc知识。于是我们到网上查询了一些资料，并对实验室的电梯模型进行了分析，才知道我们的想法复杂了，实验室的电梯模型本身已经提供了一部分电梯的运行过程，我们只需要实现简单电梯运行就可以了，在我们的实验程序中使用了很多的起保停简单程序。在开始的时候我们把电梯的运行过程分解，1-2,1-3，1-4,1-2,3等简单的过程，我们根据这样的思路先是写出了前三层的电梯，并且成功的运行。由于实验室plc输出输入端口太少，我们没能在开始的时候实现四层电梯的运行。后来我们又写出了四层电梯的程序，并找到了一台可以实现四层电梯运行的plc，并在上面成功的达到了我们想要的结果。同时我们又加入了电梯的故障报警等拓展内容。通过这次plc实践，提高了我们的动手能力，为今后的工作，生产奠定了基础，也通过了这次试验知道了我们自身的不足，同时对尚有欠缺的部分要加强实践，学习。
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