基于S7-200的四层电梯自动控制系统设计.doc
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1、目录引 言11 设计任务描述2小 结29致 谢30参考文献31附 录32引 言 在现代社会和经济活动中,电梯已成为城市物质文明的一种标志。在中高层建筑中,电梯更是不可缺少的垂直运输设备。进而人们对电梯的安全性,可靠性的要求也在不断提高。目前电梯控制系统主要有三种控制方式:继电路控制系统(早期安装的电梯多位继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点,目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能,但抗扰性差,不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制,还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路,硬
2、件设计、制作和程序设计的工作量相当大,而且一般维修人员难以掌握其维修技术。而PLC控制系统由于运行可靠性高,使用维修方便,抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点,倍受人们重视等优点,已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式,所以PLC控制系统的出现解决了机械系统的各种缺点,目前广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。PLC在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有可靠性高、抗干扰能力强,设计、安装容易,维护工作量少,功能强、通用性好,开发周期短,成功率高,体积小,重量轻,功耗低等特点。已经广泛应用于自动化控制的各个领域,并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器
3、系统相比系统更加可靠;占位空间比继电接触器控制系统小;价格上能与继电接触器控制系统竞争;易于在现场变更程序;便于使用、维护、维修;能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构;能向中央执行机构、中央数据处理系统直接传输数据等本次课设中PLC作为控制器,利用PLC对电梯的软件程序进行编程,实现四层电梯的相关功能,以得到性能可靠,稳定性强的电梯自动控制系统。1 设计任务描述1.1 设计题目:基于S7-200的四层电梯自动控制系统设计1.2 设计要求1.2.1 设计目的学生根据控制要求,明确设计任务,拟定设计方案与进度计划,运用所学的理论知识,进行自动喷泉的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创
4、新设计,提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。1.2.2 基本要求1. 采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。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SB11和指示灯H11,二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21以及下降呼叫按钮SB22和指示灯H22,三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31以及下降呼叫按钮SB32和指示灯H32,四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。一至四层有到位行程开关ST1ST4。电梯内有一至四层呼叫按钮SB1SB4和指示灯H1H4;电梯开门和关门按钮SB5和SB6,电梯开门和关门分别通过电磁
5、铁YA1和YA2控制,关门到位由行程开关ST5检测。此外还有电梯载重超限检测压力继电器KP以及故障报警电铃HA。2. 楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下,电梯未达到相应楼层或未得到相应的响应时,相应指示灯一直接通指示。3. 电梯运行时,电梯开门与关门按钮不起作用,电梯到达停在各楼层时,电梯开门与关门动作可由电梯开门与关门按钮控制,也可延时控制,但检测到电梯超重时,电梯门不能关闭,并由报警电铃发出报警信号。4. 电梯最大运行区间为三层距离,若一次运行时间超过30s,则电动机停转,并由HA报警。检修开关SB7接通时,电梯下行停在一层位置,进行检修,其他所有动作均不相应。5. 电梯拖动电动机控制电路有各种
6、常规电气保护,如短路保护、过载保护、正反转互锁等。1.2.3 发挥部分1. 电动机过热保护,使电机停止现在的工作,控制电机下行至一楼,由热继电器构成。2 设计思路本次设计基于S7-200的四层电梯自动控制系统,程序由电梯外部呼叫上行或者下行,电梯内部选层,利用限位开关产生平层信号,电梯上行或者下行控制,自动开关门或者手动开关门,以及短路保护,过载保护,电动机过热保护,运行超时保护,自动检修等功能组成。1.电梯外部呼叫上下行:在每层电梯外部有上行呼叫和下行呼叫两个按键,当上行呼叫按键按下时,表示要往上层去,此时对应网络接通,上行呼叫指示灯常亮,上行呼叫输出接通,当下行呼叫按键按下时,对应网络接通
7、,下行呼叫指示灯常亮,下行呼叫输出接通,直到电梯平层时呼叫终止。有一层上呼。二层上呼,二层下呼,三层上呼,三层下呼,四层下呼6个网络格。 2.电梯内部选层呼叫:在电梯内有1.2.3.4四个按键,每个按键对应1.2.3.4楼层。当某一按键按下时,此网络格接通,呼叫输出接通,指示灯常亮,电梯平层时,由平层信号继电器的常闭开关使呼叫输出终止。 3.电梯上下行判断:由电梯限位开关产生平层信号,限位开关打开时表明电梯在此楼层,判断目标楼层与当前楼层的关系,其中每个楼层分开对电梯的上下行进行判断并且分别对电动机正反转进行控制。电机控制网络格中进行互锁,使电机正转时不能反转,电梯开关门时电机不能工作。4.电
8、梯自动或手动开关门:每个呼叫信号都会被保持,并且利用平层信号判断当前电梯在此楼层时是否应该停止。当二层有呼叫上行信号时,此时电梯运行至二层,停信号输出,控制电梯电动机停转,开门定时器工作,控制电梯门电机转动电梯开门,定时器2开始计时电梯自动关机。也可利用电梯内部开门和关门按钮来实现手动开关门的控制。当电梯上下运行时,电梯不能开关门。5.过载保护:载重超限继电器工作时说明超载,此时电梯门不能关上,编程中用一个常开开关代替继电器。6.运行超时保护:当电梯持续上行或者下行超过30秒时,控制电动机停转。当电梯工作时,定时器开始工作,计时30秒后,再控制电机转动的网络格中利用常闭触点使电机停转,自检开关
9、按下,控制电梯下行直到一层,由一层限位开关使电机停转。7.短路保护:短路由常开开关代替,发生短路时,使电梯电机停转。发挥部分:电动机过热保护:电梯持续运行时间过长,电机发热严重时,使电机停止工作,随后下行至一层,停留一段时间待冷却后回复正常工作。3 设计方框图开始Y是否外呼初始化NN确认目标楼层NY是否内呼目标层与所停层平层NY目标层与所停层之间关系电梯运行方向运行N楼层信号是否目标楼层Y停止运行开门延时关门Y下行一层停止是否有故障图1 设计方框图4 各部分程序设计4.1 电梯外呼上行或者下行图2 三四层外呼信号图2为3.4 层外呼信号输出以及指示灯网络。四层外呼由常开开关I1.5控制,串接M
10、4.3平层信号继电器,M5.1故障继电器,Q1.5信号输出并且自锁,指示灯常亮,只有电梯到达平层时,呼叫信号终止,指示灯灭。三层外呼上行和外呼下行为网络2和3,当三层外呼上行开关打开时,呼叫信号输出。连接电机反转输出表示当电梯到达三层时,如果1.2 层有呼叫信号,则优先下行至1.2层后上行三层停止,信号终止。三层外呼下行接入电机正转输出,当4层有呼叫信号时,电梯优先上行至4层后下行至三层,呼叫信号终止。图3 一二层外呼信号图3为电梯2层外呼上行或者下行,1层外呼上行程序。二层外呼程序梯形图中外呼上行比1.4层程序多串接电机反转继电器,当电梯在二层时如果1层有呼叫信号则电梯优先下行至一层随后上行
11、至二层,呼叫输出信号终止。二层外呼下行程序串接电梯正转继电器,当3.4层有呼叫下行信号时优先上至3.4层。一层外呼上行信号同四层外呼下行信号,串接平层信号继电器,故障继电器,当到达平层或者有故障时呼叫信号终止, 电梯外呼按键一个共有六个,一层上呼按键一个对应开关I1.0,二层上呼开关对应I1.1,二层外呼下行开关对应I1.3,三层外呼下行开关对应I1.4,三层外呼上行开关对应I1.2,四层外呼下行开关对应I1.5。每个按键独立工作,对应各自梯形图。4.2 电梯内呼选层图4 内呼选层信号 图4为电梯内呼叫选层开关,每一个通道由按键开关,到位限位开关和继电器M5.1组成,输出信号进行自锁,当电梯到
12、达平层或者有故障时呼叫信号终止。4.3 电梯平层信号产生图5 电梯一二层平层信号图5为一层和二层平层信号的产生,I0.0,I0.1,I0.2,I0.3分别为一层,二层,三层,四层的到位限位开关,一层平层信号的产生中一层限位开关为常开,其他三个开关为常闭,并且输出进行自锁,当电梯到达一层时,一层限位开关接通,一层平层信号输出由继电器M4.0代替。二层平层信号的产生中二层限位开关为常开,其他为常闭,当电梯到达二层时,二层限位开关打开,此时一层平层信号终止,二层平层信号接通图6 电梯三四层平层信号图6为三层四层平层信号的产生,原理以及程序和一层二层平层信号的产生是一样的,都是四个到位限位开关串接并且
13、输出继电器自锁,每一个平层信号产生时其他平层信号都会消失。4.4 电梯上行以及电机正转判断图7 电梯一层上行 图7为电梯在一层时,对呼叫信号进行判断,。当电梯在一层,平层信号继电器接通,此时如果有电梯需要上行的呼叫信号时,M2.2接通。当在一层没有电梯需要上行的信号时,M2.2不接通,此时为低电平。图8 电梯二三层上行图8为二层以及三层电梯上行判断,当电梯在二层时,二层平层信号接通M4.1为高电平,此时如果有电梯需要上行的呼叫时M2.3接通,如果电梯在三层,则三层平层信号接通,其它层信号断开,如果有电梯需要上行的信号时,M2.4接通。图9 电梯上行信号当M2.2 M2.3 M2.4 有一个接通
14、时,电梯上行输出继电器接通。图10 电机正转以及电梯上行记忆图10为电机正转,当M2.0接通而且电梯下行输出继电器为低电平,Q0.3电机反转输出为低电平,I2.4上行限位开关以及各常闭开关为低电平时,电机正转,Q0.2接通。当电梯正转时,利用互锁原理电机不能反转而且不能开关门,当电梯需要停止时M0.0高电平电机停转,I3.2为电机过热保护继电器,当电梯持续运行超过30秒Q5.4位高电平电梯停转。电梯上行记忆表示如果电梯在上行时如果有下行的指示,只有当电梯上行结束时才能运行下行呼叫指示。4.5 电梯下行以及电机反转判断图11 电梯四层下行当电梯在四层,四层平层信号为高电平,如果有电梯需要下行的呼
15、叫信号则M2.5接通。图12电梯二三层下行当电梯在3层或4层时,平层信号接通,如果有电梯下行的呼叫信号时M2.6 M2.7接通。别是电梯下行。图13 电梯下行信号当继电器M2.5 M2.6 M2.7 接通时,电梯下行信号输出,继电器M2.1为高电平图14 电机反转以及电梯下行记忆当电梯下行输出继电器为高电平,电梯上行继电器为低电平或者M5.1(检修开关,电机过热保护输出继电器)为高电平,其他常闭开关为低电平时电机反转接通。其中在电机反转的过程中利用互锁原理电机不能正转,电机开关门电机不能工作。当电梯需要停时M0.0为高电平电梯停转,当电机持续转动30秒后Q5.4位高电平电梯停止工作。电梯下行记
16、忆是当电梯在下行过程中,如果有有上行呼叫信号输出,则在下行运行完之后进行上行工作。4.6 呼叫信号保持 呼叫信号的保持是为了判断电梯到达每个楼层时是否应该停止,因为当电梯到达楼层时,呼叫按键的输出就会终止,进而不能判断当电梯到达楼层时是否应该停止开门。图15 外呼叫信号保持图15为电梯一层上行以及二层上行呼叫信号的保持,当外呼按键按下时,Q1.0 Q1.1为高电平,在一层时串接M1.6(当电梯关门时M1.6为高电平时保持信号终止),M5.1(有故障时M5.1为高电平保持信号终止)并且输出继电器自锁,时信号一直保持。二层外呼上行中串接Q0.3电机反转输出。其他外呼信号的保持同一层二层呼叫信号保持
17、,当有下行呼叫信号时,梯形图中串接电机正转输出。图16 内呼叫信号保持图16为内呼选一层二层信号的保持,当内呼一层或者二层按键按下时,Q0.4 Q0.5为高电平,串接M1.6保持信号取消继电器以及M5.1故障停止继电器。输出继电器进行自锁。当M1.6 M5.1为高电平是保持信号终止。三层四层内呼选层保持信号的程序同一层二层内呼保持信号。 4.7 各层停信号图17 停信号各层停信号起到当电梯到达对应楼层时,判断电机是否应该停转以及开关门的作用。图18是电梯到达二层以及到达三层的停信号产生,利用呼叫信号的保持输出继电器与对应楼层的平层信号继电器串联,以及接入M1.6终止信号继电器。当电梯到达二层时
18、M4.1为高电平,此时如果二层有呼叫保持信号输入比如M0.5 M1.1 M1.3,并且M1.6为低电平则M3.0接通。一层,三层,四层的停信号产生程序和二层程序一样。当M1.6为高电平时停信号输出继电器断开,停信号终止。图18 到达对应楼层电梯停4.8 手动及自动开门图19 手动及自动开门自动:当有停信号输入时,定时器T37开始计时,此时M0.0为高电平,使电梯运行电机停转。当定时器定时5秒,M0.1为低电平,Q0.1为低电平,Q2.2为低电平时Q0.0接通,此时电梯开门电机转动电梯开门。电机输出有自锁装置,当定时器复位后,电机依然转动。如果M0.1为高电平即电梯运行过程中电梯不能开门, Q0
19、.1起到互锁作用,开门时不能关门。手动: 当要手动开门时,按下开门按键使I2.0接通,此时如果电梯不在运行并且不在关门状态时开电机转动,电梯开门。 4.9 手动及自动关门图20 手动及自动关门自动:开门后定时器T38开始计时,当定时器定时到位后Q2.2为高电平,开门指示灯熄灭,进入关门状态。Q0.0为低电平即电机不正转,M5.3超载报警继电器为低电平时Q0.1接通,电机转动,电梯关门。当电梯开门过程中电梯不能关门,如果载重超限则电梯不能关门。关门输出利用自锁的作用,当定时器复位后,一直保持关门状态,直到T42定时器计时到位则关门过程结束。手动: 当电梯不在开门状态,并且不载重超限的情况下,按下
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- 基于 S7 200 电梯 自动控制系统 设计
