电气及自动化课程设计报告题目：基于PLC 的六层电梯系统设计课
程：PLC 原理与应用
学生姓名：
学生学号：
年级：14 级
专业：自动化
班级： 2 班
指导教师：
机械与电气工程学院制
2017 年6 月
目录
1 课程设计的任务及要求 (1)
1.1 课程设计的任务 (1)
1.2课程设计的要求 (1)
2 设计的内容及主要功能 (1)
2.1设计内容 (1)
2.2主要功能 (1)
3 PLC 概述 (2)
3.1 PLC 的定义 (2)
3.2 PLC 的基本结构 (2)
3.3 PLC 工作原理 (4)
3.4 PLC 编程语言 (4)
4 电梯简介 (5)
4.1 电梯结构 (5)
4.2 电梯控制要求 (7)
5 系统硬件选取 (8)
5.1 PLC 的选取 (8)
5.2 系统I/O 分配表 (9)
6 系统软件设计及仿真 (11)
6.1 初始化 (11)
6.2 内外呼信号的记忆与消除 (11)
6.3 平层信号 (12)
6.4 电梯上下行信号 (13)
6.5 自动及手动开关门信号 (14)
6.6 加减速信号 (15)
6.7 程序仿真 (17)
7 设计总结 (20)
参考文献 (21)
基于PLC 的六层电梯系统设计
机械与电气工程学院自动化专业
1 课程设计的任务及要求
1.1 课程设计的任务
使用西门子S7-200PLC 编写程序实现六层电梯系统的设计并使用仿真软件进行其功能的实现。
1.2 课程设计的要求
（1）编程实现按下呼梯按钮时按钮指示灯亮；
（2）编程实现电梯自动平层，加减速；
（3）编程实现电梯到层后自动开门与自动关门；
（4）运行过程中监控电梯所在楼层并显示在数码管上。
2 设计的内容及主要功能
2.1 设计内容
目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。PLC 可靠性高，程序设计方便灵活。本设计在用PLC 控制电梯进行上下行，开关门等动作。
2.2 主要功能
（1）行车途中如遇呼梯信号时，顺向截车，反向不截车；
（2）内选信号、呼梯信号具有记忆功能，执行后解除；
（3）内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均有信号灯指示；
（4）停层时可延时3s 自动开门、手动开门、（关门过程中）本层顺向呼梯开门；
（5）有内选信号时延时自动关门，关门后延时自动行车；
（6）停层进人超重时进行报警不关门，行车过程超重不响应外呼信号；
（7）集选控制，将所有呼梯信号集中进行分析比较选取最优路线行车。
3 PLC 概述
3.1 PLC 的定义
20 世纪70 年代末至80 年代初期，微处理器日趋成熟，使PLC 的处理速度大大提高，增加了许多功能。在软件方面，除了保持原有的逻缉运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理、网络通信、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持原有的开关模块以外，
还增加了模拟量模块、远程I/O 模块、各种特殊功能模块，并扩大了存储器的容量，而且还提供一定数量的数据寄存器。为此，美国电气制造协会将可编程序逻辑控制器，正式命名为编程序控制器( Programmable Controller)，简称PC。但由于PC 容易和个人计算机
PC( Personal Computer)混淆，故人们仍习惯地用PLC 作为可编程序控制器的简称[1]。
由该定义可知：PLC 是一种由“事先存贮的程序”来确定控制功能的工控类计算机。
3.2 PLC 的基本结构
PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图2.1 所示：
图3-1 PLC 硬件结构
1、中央处理单元( CPU)
中央处理单元( CPU)是PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，
如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC 的可靠性，灵活性，近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统。这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行[2] 。
2、存储器（Memory）
可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。CPU 常用的微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。小型PLC的CPU多采用单片机或专用的CPU。大型PLC 的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力。
3、基本I/O 接口电路
（1）输入接口单元。PLC 内部输入电路作用是将PLC 外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的、符合PLC 输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC 内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1~15ms之间。多数PLC 的输入接口单元都相同，通常有两种类型。一种是直流输入，一种是交流输入。
（2）输出接口单元。PLC 输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。PLC 输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。
4、接口电路
PLC 接口电路分为I/O 扩展接口电路和外设通信接口电路两类
（1）I/O 扩接口电路
I/O 扩展接口电路用连接I/O 扩展单元，可以用来扩充开关量I/O 点数和增加模拟量的
I/O端子。I/O 扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。
（2）外设通信接口电路通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成
PLC 的控制网络。PLC 通过PC/PPI电缆或使用MPI 卡通过RS-485 接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能[3]
3.3 PLC 工作原理
PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫
描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段[4]。
图3-2 PLC 工作原理图
3.4 PLC 编程语言
梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握[5]。
梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待[6]。