乘客電梯的PLC控制設計

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引言在20世紀80年代，第一座智能大廈在美國竣工，之后智能建筑引起了全世界的關注。隨著社會的發(fā)展，智能建筑有著不同的含義。早期智能建筑被認為是等同于智能大廈，但是現(xiàn)在智能建筑不僅涉及智能大廈，而且還涉及智能住宅小區(qū)。本文主要討論了智能建筑系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)：電梯控制系統(tǒng)。智能住宅區(qū)內企業(yè)的信息管理系統(tǒng)主要是負責涉及到日常生活的事務，例如監(jiān)管住宅區(qū)內的設備，車輛，處理緊急情況等等.電梯的監(jiān)管和控制系統(tǒng)對智能住宅區(qū)來說也是必須的.如何使人們感到安全，穩(wěn)定和舒適，以及如何節(jié)約能源資源和保護環(huán)境等是電梯控制系統(tǒng)的基本要求。PLC可編程控制器是一種常見的工業(yè)控制設備，是一種特殊的工業(yè)控制計算機，具有完善的功能和簡單的框架。PLC具有強抗干抗能力等優(yōu)點，使得電梯工業(yè)一次又一次將PLC應用于電梯控制系統(tǒng)，以取代傳統(tǒng)的使用繼電器控制電梯系統(tǒng)。PLC在電梯控制系統(tǒng)應用，降低了故障率，并有效地提高了電梯運行的可靠性與安全性。本文主要論述了電梯控制系統(tǒng)的工作原理，系統(tǒng)的軟件和硬件實現(xiàn)方法等。II 電梯控制系統(tǒng)的工作原理電梯控制系統(tǒng)的硬件結構圖如圖1所示圖1電機控制系統(tǒng)硬件結構圖電梯控制系統(tǒng)工作原理說明如下：首先將使用者現(xiàn)場的輸入信息發(fā)送到PLC中，然后PLC控制裝置通過系統(tǒng)要求發(fā)出信號以驅動外圍設備，然后電梯根據(jù)控制要求執(zhí)行相應的動作.系統(tǒng)中的速度反饋裝置，采用的是測速裝置測出電梯運行速度反饋給控制裝置，通常安裝在曳引電動機的后面，所以該系統(tǒng)是一個反饋控制系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)的控制精度。 III 控制系統(tǒng)的硬件設備電梯的PLC控制系統(tǒng)的接口電路不需要設計，我們要做的是將信號，包括梯內外召喚信號，平層監(jiān)測信號，平層換速信號，開門和關門信號等發(fā)送給PLC的數(shù)字輸入端口。PLC中的直流電源，提供給指示燈。PLC的輸出點直接控制傳感器，以達到電動正轉和反轉，停機和轉速控制等目的。根據(jù)輸入/輸出點數(shù)和用戶程序存儲器的存儲容量我們選擇歐姆龍公司生產的C200HE系列PLC。另一方面C200HE系列PLC具有擴展功能，其功能完善，可靠性強，目前已能滿足我們的要求。此外，電梯控制系統(tǒng)中除了PLC和主要控制裝置外還包括其它的輸入和輸出裝置。 電梯控制系統(tǒng)的部分連接圖如圖2所示?？刂乒袷钦麄€控制系統(tǒng)的核心部分，可以發(fā)送各種控制命令，通常安裝在電梯室內。電氣設備和信號裝置，例如，接觸器，繼電器，電容，電阻，整流器和變壓器等，也都安裝在控制柜內?？刂乒裰械碾娫词怯呻娞菔覂鹊闹麟娫刺峁ｋ娞菔覂鹊闹麟娫催€通過由軟電纜做成的導線連接到各個控制按鈕。電動機也是由它供電?？刂凭€和信號線分別接至各個樓層。IV 程序設計設計包括兩個部分：硬件和軟件。硬件設計是軟件設計的基礎?？紤]到控制的要求相對復雜，我們按照控制功能我將程序分塊。些外電梯還必須遵循以下調度原則：當電梯是上行時，任何反方向即下降的按鈕呼梯均無效；當電梯下行途中，任何上升的按鈕呼梯均無效。順序功能圖SFC在設計過程中被采用，它廣泛應用于工業(yè)順序控制。順序功能圖SFC能夠詳細、直觀的描述系統(tǒng)的工作過程。例如一個3層電梯，其中的一個子程序即當電梯在第一層時，第三層有呼叫，其順序功能圖如下圖3所示 。當所有的順序功能圖都設計完，I/O地址分配好，我們可以將順序功能圖SFC轉化成符號梯形圖（LD），考慮到嚴格到嚴格的定時時間和互鎖，我們采用步來代表工作步驟。我們應當寫出各步的控制程序，通過限制條件來控制下一步的運行，結束上一步，這樣就可以將各個步連接在一起。因此，實際輸出是這些步的邏輯組合。V結論該系統(tǒng)程序目前已完全調試。模擬實驗闡述了該方案的設計方法是切實可行的。PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應用是一個有效的方法。它可以使工業(yè)管理中心的工作人員在遠距離的控制中心就可以實現(xiàn)對電梯的監(jiān)測和控制，通過以太網(wǎng)或個人專用網(wǎng)絡，如Lon Works，將電梯和控制中心連接起來，這樣一來電梯的工作狀況可以得到及時的監(jiān)視。這不但實現(xiàn)了電梯的科學集中管理，而且降低電梯維修費用。它是智能建筑電梯控制系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。外文資料第 10 頁 共 50 頁無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書第一章 引 言自1889年美國奧梯斯升降機公司推出世界第一部以電動機為動力的升降機以來，電梯在驅動方式上經歷了卷筒式驅動、牽引式驅動等歷程，逐漸形成了直流電機拖動和交流電機拖動兩種不同的拖動方式。如今電梯已成為人們進出高層建筑不可或缺的代步工具；而且作為載人工具，人們在運行的平滑性、高速性、準確性、高效性等一系列靜、動態(tài)性能方面對它提出了更高的要求。由于早期的電梯繼電器控制方式存在故障率較高、可靠性差、接線復雜、一旦接收完成不易更改等缺點，所以需要開發(fā)一種安全、高效的控制方式?？删幊炭刂破鳎≒LC）既保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計算機接口、維修方便等諸多高品質性能。因此，PLC在電梯控制領域得到了廣泛而深入的應用。隨著微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，PLC（即可編程控制器）在工業(yè)控制領域內得到十分廣泛地應用。PLC是一種基于數(shù)字計算機技術、專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的電子控制裝置，它采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出，完成一系列邏輯、順序、定時、記數(shù)、運算等確定的功能，來控制各種類型的機電一體化設備和生產過程。電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運輸工具。多層廠房和多層倉庫需要有貨梯;高層住宅需要有住宅梯;百貨大樓和賓館需要有客梯,自動扶梯.。在現(xiàn)代社會,電梯已像汽車、輪船一樣,成為人類不可缺少的交通運輸工具。據(jù)統(tǒng)計,美國每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數(shù)。當今世界,電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標志之一。追溯電梯這種升降設備的歷史,據(jù)說它起源于公元前236年的古希臘。當時有個叫阿基米德的人設計出-人力驅動的卷筒式卷揚機。1858年以蒸汽機為動力的客梯，在美國出現(xiàn),繼而有在英國出現(xiàn)水壓梯。1889年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動機作為電梯動力,這才出現(xiàn)名副其實的電梯,并使電梯趨于實用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺自動扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯,首批46臺群控電梯在紐約的聯(lián)合國大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計算機(真空管)控制電梯。1962年美國出現(xiàn)了速度達8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進工業(yè)國只成了無觸點半導體邏輯控制電梯。1967年可控硅應用于電梯，使電梯的拖動系統(tǒng)筒化，性能提高。1971年集成電路被應用于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機開始用于電梯，使電梯的電氣控制進入了一個新的發(fā)展時期。第二章 概述2.1電梯硬件的分析2.1.1 電梯的組成(1)曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。曳引系統(tǒng)主要由曳引機、曳引鋼絲繩，導向輪，反繩輪組成。(2)導向系統(tǒng)導向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導向系統(tǒng)主要由導軌，導靴和導軌架組成。(3)轎廂轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。(4)門系統(tǒng)門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。(5)重量平衡系統(tǒng)系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內，保證電梯的曳引傳動正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。(6)電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實行電梯速度控制。電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動機調速裝置等組成。(7)電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。(8)安全保護系統(tǒng)保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由限速器，安全鉗，緩沖器，端站保護裝置組成。2.1.2電梯的工作原理曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產生的牽引力，實現(xiàn)轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確停靠。電氣系統(tǒng)實現(xiàn)對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。2. 2可編程控制器的介紹2.2.1可編程控制器的發(fā)展第一臺可編程控制器的設計規(guī)范是美國通用公司提出的。當時的目的是要求設計一種新的控制裝置以取代繼電器盤，在保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點的基礎上，同時具有現(xiàn)代化生產線所要求的時間響應快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可隨工藝改變、易于與計算機接口、維修方便等諸多高品質與功能。這一設想提出后，美國數(shù)字設備公司（DEC）于1969年研制成第一臺PLC，型號為PDP-14，投入通用汽車公司的生產線控制中，取得了令人滿意的效果，從此開創(chuàng)了PLC的新紀元。第一臺PLC具有模塊化、可擴充、可重編程及用于工業(yè)環(huán)境的特性。這些控制器易于安裝，占用空間小，可重復使用。盡管控制器編程有些瑣碎，但它具有公共的工廠標準梯形圖編程語言，這樣使得不熟悉計算機的人也能方便的使用它。在短時間內，PLC在其他工業(yè)部門也得到應用。到70年代初，食品、金屬和制造等工業(yè)部門相繼使用PLC代替繼電器控制設備，邁出了其實用化階段的第一步。70年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使8位微處理器和位片處理器相繼問世，使可編程控制技術產生了飛躍。在邏輯運算功能的基礎上，增加了數(shù)值運算、閉環(huán)控制、提高了運算速度，擴大了輸入輸出規(guī)模。在這個時期，日本、西德（原）和法國相繼研制出了自己的PLC，我國在1974年也開始研制。70年代由于超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使PLC向大規(guī)模、高速性能方向發(fā)展，形成了多種系列化產品。這是面向工程技術人員的編程語言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語言。在功能上，PLC可以代替某些模擬控制裝置和小型機DDC系統(tǒng)。進入八九十年代后，PLC的軟硬件功能進一步得到加強，PLC已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設備通信，生成報表，調度產生，可診斷自身故障及機器故障。這些改進使PLC符合今天對高質量高產出的要求。盡管PLC功能越來越強，但他仍然保留了先前的簡單與易于使用的特點(PLC實物圖2-1)圖2-1 三種常見的PLC2.2.2 PLC的用途PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使其應用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關元件價格大大下降,使PLC的成本下降,同時又由于PLC的功能大大增強,使PLC 的應用越來越廣泛,廣泛應用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應用通?？煞譃槲宸N類型：（1）順序控制 這是PLC應用最廣泛的領域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應用于單機控制、多機群控、生產自動線控制等。如注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運動控制 PLC制造商目前已提供了拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動一軸或數(shù)軸到目標位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當?shù)乃俣群图铀俣?，確保運動平滑。相對來說，位置控制模塊比計算機數(shù)值控制（CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環(huán)過程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能,即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當過程控制中某一個變量出現(xiàn)偏差時,PID控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設定值上。（4）數(shù)據(jù)處理 在機械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計算機數(shù)值控制（CNC）設備緊密結合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實現(xiàn)PLC和CNC設備之間內部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由PLC送至CNC設備使用。美國GE公司的CNC設備新機種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預計今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。（5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時的對策。2.2.3可編程控制器(PLC)的特點2.2.31 PLC的性能特點(1)硬件的可靠性PLC是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應用而設計的，一個設計良好的PLC能置于有很強的電噪聲、電磁干擾、機械振動、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。在硬件設計方面，首先是選用優(yōu)質器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結構，加固，簡化安裝，使它易于抗振動沖擊，對印制電路板的設計、加工及焊接都采取了極為嚴格的工藝措施，而且在電路、結構及工藝上采取了一些獨特的方式。例如，在輸入/輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，用提高了抗干擾性能；各個I/O端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進行在線插拔、調試時不會影響各機的正常運行。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入/輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開關、光電開關、電磁電機等外圍裝置上。(2) 編程簡單，使用方便用微機實現(xiàn)自動控制，常使用匯編語言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。例如，目前打多數(shù)PLC均采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又顧及了大多數(shù)電氣技術人員的讀圖習慣及應用微機的水平很容易被電氣技術人員所接受，易于編程，程序改變時也容易修改，很靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與目前微機控制常用的匯編語言相比，雖然在PLC內部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)的機電控制設備來說，這是微不足道的。(3) 接線簡單，通用性好PLC的接線只需將輸入信號的設備（按鈕、開關等）與PLC輸入端子連接，將接受輸出信號執(zhí)行控制任務的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與PLC輸出端子連接。接線簡單、工作最少，省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩。PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線網(wǎng)絡”，這樣生產線的自動化過程就能隨意改變。這種性能使PLC具有很高的經濟效益。用于連接現(xiàn)場設備的硬件接口實際上是PLC的組成部分，模塊化的自診斷接口電路能指出故障，并易于排除故障與替換故障部件，這樣的軟硬件設計就使現(xiàn)場電氣人員與技術人員易于是用。(4)可連接為控制網(wǎng)絡系統(tǒng)PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡系統(tǒng)。網(wǎng)絡可分為兩類：一類是低速網(wǎng)絡，采用主從方式通信，傳輸速率從幾千波特到上萬波特，傳輸距離為5002500m；另一類為高速網(wǎng)絡，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率為1M10Mbps，傳輸距離為5001000m，網(wǎng)上結點可達1024個。這兩類網(wǎng)絡可以級連，網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和計算機，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡。(5) 易于安裝，便于維護PLC安裝簡單而且功能有效，其相對小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方，在從繼電器系統(tǒng)改換到PLC系統(tǒng)的情況下，PLC小的模塊結構使之能安裝在繼電器附近并將連線向已有接線端，其實改換很方便，只要將輸入/輸出設備連向接線端即可。在大型安裝中，長距離輸入/輸出站點安放在最優(yōu)地點。長距離站通過同軸電纜獲雙扭線連向CPU，這種配置大大減少了物料和勞力，長距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達安裝場地前由PLC制造商預先連好線，這一方法大大減少了電氣技術人員的現(xiàn)場安裝時間。從一開始，PLC便以易維護作為設計目標。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護時只需更換模塊級插入式部件，故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于編程設備可見輸入/輸出是ON還是OFF，還可寫編程指令來報告故障。PLC的這些及其他特性使之成為任何一個控制系統(tǒng)的有益部分。一旦安裝后，其作用立即顯現(xiàn)，其收益也馬上實現(xiàn)，向其他智能設備一樣,PLC的潛在優(yōu)點還取決于應用時的創(chuàng)造性。2.2.4 PLC的工作原理PLC具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結束符后又返回第一條。如此周而不斷循環(huán)。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。一個掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個階段。所謂I/O刷新即對PLC的輸入進行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入PLC中存入內部寄存器，同時將新的運算結果送到輸出端。這實際是將存入輸入、輸出狀態(tài)的寄存器內容進行了一次更新，故稱為“I（輸入）/O(輸出) 刷新”。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出端也會相應的發(fā)生變化，或者說輸出隊輸入產生了響應。反之，若在本次I/O刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應，而要到下一次掃描期間輸出才會產生響應。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對輸入的響應速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取決于這幾個因數(shù)：一是CPU執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用的時間，三是指令條數(shù)的多少，即程序的長短。對于慢速控制系統(tǒng)，響應速度常常不是主要的，故這種方式不但沒有壞處反而可以增強系統(tǒng)抗干擾能力。因為干擾常是脈沖式的、短時的，而由于系統(tǒng)響應較慢，常常要幾個掃描周期才響應一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起的誤動作將會大大減少，故增加了抗干擾能力。但對控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，這一問題就需慎重考慮。應對響應時間作出精確的計算，精心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少周期造成的響應延時等的不良影響。2.2.5 PLC的編程語言PLC提供了較完整的編程語言，以適應PLC在工業(yè)環(huán)境中的應用。利用編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當于設計和改變繼電器的硬接線線路，這就是所謂的“可編程序”。程序由編程器送到PLC內部的存儲器中，它也能方便地讀出、檢查與修改。PLC提供的編程語言通常由三種：梯形圖、功能圖、及布爾邏輯編程。梯形圖(Ladder Programming)是應用最廣的，梯形圖編程有時稱為繼電器梯形圖邏輯圖編程。它使用的最廣是因為它和以往的繼電器控制線路很接近。梯形圖是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎上演變而來的，它與電氣操作原理相呼應。它的最大優(yōu)點是形象、直觀和實用，為廣大電氣技術人員所熟知。PLC的梯形圖與電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的時內部繼電器、定時器/計數(shù)器，都是由軟件實現(xiàn)的，其主要特點為使用方便、修改靈活。功能圖編程（Function Chart Programming）是一種較新的編程方法。它的作用使用功能圖來表達一個順序控制過程。布爾邏輯編程(Boolean Logic Programming)包括“與”（AND）、或(OR)、非(NOT)以及定時器、計數(shù)器、觸發(fā)器等。每一種編程方法都有它的優(yōu)點和缺點，根據(jù)每一種特殊的控制要求，根據(jù)編程者的熟練程度正確合理應用編程方法。第三章 課題任務的分析3.1 電梯控制方法的分析隨著科學技術的發(fā)展、近年來，我國的電梯生產技術得到了迅速發(fā)展。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)(“早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng))、PLC控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點，目前已逐漸被淘汰。微機控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術等缺陷。而PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強,設計和調試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術改造目前國內七八十年代安裝的許多電梯電氣部分用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，線路復雜，接線多，故障率高，維修保養(yǎng)難，許多已處于閑置狀態(tài)，其拽引系統(tǒng)多采用交流雙速電機系統(tǒng)換速，效率低，調速性能指標較差，嚴重影響電梯運行質量。由于這些電梯交流調壓調速系統(tǒng)，交流雙速電機拖動系統(tǒng)性能及乘坐舒適感較差，交流調壓調速系統(tǒng)屬能耗型調速的機械部分無大問題，為節(jié)約資金，大部分老式電梯用戶希望對電梯的電氣控制系統(tǒng)進行改造，提高電梯的運行性能。因此對電梯控制技術進行研究，尋找適合我國老式電梯的改造方法具有十分重要的意義電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術先進性，在電梯控制中得到廣泛應用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術改造的熱點之一。自80年代后期PLC引入我國電梯行業(yè)以來，由PLC組成的電梯控制系統(tǒng)被許多電梯制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，PLC系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。3.2 整體設計流程的確定綜上所述，本設計就以PLC作為工具對升降電梯的各種操作進行控制。以上已對四層電梯的硬件部分作了分析，看需要什么樣的開關，電機，信號燈等。然后，畫出它的控制面板圖，再根據(jù)控制面板圖估計一下I/O點數(shù)，這樣可以確定所選機型，然后在軟件設計，寫出流程圖，梯形圖，寫出語句。最后是進行調試，看看此程序是否可行。第四章 可編程控制器的機型選4.1可編程控制器控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)估算4.1.1控制電磁閥等所需的I/O點數(shù)有電磁閥的動作原理可知，一個單線圈電磁閥用可編程控制器時需兩個輸入及一個輸出；一個雙線圈電磁閥需三個輸入及兩個輸出；一個比例式電磁閥需三個輸入及五個輸出。一個按鈕需一個輸入；一個光電開關要占用一個或兩個輸入點；一個信號占用一個輸出點；而波段開關，有幾個波段就占用幾個輸入點；一般情況，各種位置開關都要占用兩個輸入點。根據(jù)上面所述原理分析，本設計用到十個按鈕，需要十個輸入點。四個位置按鈕，需要八個輸入點。十六個信號燈，需要十六個輸出點。4.1.2控制交流電機所需的I/O點數(shù)根據(jù)具體情況，本設計可以不用到交流電機，所以，可以不算上交流電機的I/O點數(shù)。4.1.3控制直流電動機所需的I/O點數(shù)本設計是對電梯的控制，所以，我們根據(jù)情況可知，要控制電梯的上升和下降，需要一個可逆運行的直流電機。這樣，我們需要九個輸入點和六個輸出點。57894.2內存的估計用戶程序所需內存容量要受到下面幾個因素的影響：內存利用率；開關量輸入輸出點數(shù)；模擬量輸入輸出點數(shù)；用戶的編程水平。4.2.1內存利用率的說明我們把一個程序段中的接點數(shù)與存放該程序段所代表的機器語言所需的內存字數(shù)的比值稱為利用率。4.2.2開關量輸入輸出的點數(shù)的確定一般系統(tǒng)中，開關量輸入和開關量輸出的比為6：4。這方面的經驗公司是根據(jù)開關量輸入、開關量輸出的總點數(shù)給出的。所需內存字數(shù)=開關量（輸入+輸出）總點數(shù)*104.2.3模擬量輸入輸出的總點數(shù)的確定只有模擬量輸入時： 內存字數(shù)=模擬量點數(shù)*100模擬量輸入輸出同時存在： 內存擬量字數(shù)*2004.2.4程序編寫質量的計算經驗計算公式：總存儲器字數(shù)=(開關量輸入點數(shù)+開關量輸出點數(shù))*10+模擬量點數(shù)*150。然后按計算存儲器字數(shù)的25%考慮裕量。4.3響應時間的分析可編程控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠的接收持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號。系統(tǒng)響應時間是指輸入信號產生時刻與由此而使輸出信號狀態(tài)發(fā)生變化時刻的時間間隔。系統(tǒng)響應時間=輸入濾波時間+輸出濾波時間+掃描周期。4.4輸入輸出模塊的選擇可編程控制器輸入模塊是檢測并轉換來自現(xiàn)場設備（按鈕、限位開關、接近開關等）的高電平信號為機器內部電平信號，模型類型分直流5、12、24、48、60V幾種；交流115V和220V兩種。模塊輸出的任務是將機器內部信號電平轉換為外部過程的控制信號。輸出模塊同時接通點數(shù)的電流累計值必須小于公共段所允許通過的電流值。輸出模塊的電流值必須大于負載電流的額定值。4.5機型的確定綜上所述，根據(jù)具體情況，我們選擇三菱的FX系列。輸入輸出點數(shù)為34點，電機20點，考慮10%到15%的I/O裕量，我們選擇FX2N-64MR這種型號。第五章 硬件設計5.1硬件配置簡介PLC產品出現(xiàn)以來，它以面向工業(yè)控制的鮮明特點，普遍受到電器控制領域的歡迎。特別是中小容量PLC成功取代了傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。目前各國生產的PLC品種繁多，發(fā)展速度快。本文所用到的產品是日本三菱FX系列超小型的FX2C-64MR。在此簡單的介紹該機型的一些技術指標。技術性能分為：一般性能，功能特性（基本單元），輸入性能，輸出性能和其它性能。5.1.1一般性能（見下表5.1）表5.1一般性能電源AC110120V/220240V單相50/60Hz電源波動AC93.5132V/187264V，10ms以下瞬時斷電，控制不受影響環(huán)境溫度055度環(huán)境濕度45%95%，無凝露抗振動1055Hz，0.5mm，最大2g（重力加速度）抗沖擊10g，3軸X、Y、Z方向各3次抗噪聲1000V,1us,30100Hz(噪聲仿真器)絕緣耐壓AC 1500V，1min(各端子與接地端之間)絕緣電阻5M,500V DC(各端子與接地端之間)接地小于100（如果不可能，也可以不接地）環(huán)境無腐蝕氣體，無導電塵埃5.1.2輸入性能（見表4.2）表5.2輸入性能輸入類型無電壓觸點或NPN集電極開路晶體管絕緣光-電隔離 輸入電壓內部電源DC24V4V,外部電源DC24V8V輸入阻抗近似3.3K工作電流OFF-ONDC4mA(最小)ON-OFFDC1.5mA（最大）響應時間OFF-ON近似10ms(有8點可改變從060ms)ON-OFF近似10ms（有8點可改變從060ms）5.1.3功能特性（見下表5.3）表5.3功能特性執(zhí)行方法周期執(zhí)行存儲的程序，集中輸入/輸出執(zhí)行速度平均12us/步程序語言繼電器和邏輯符號（梯形圖）程序容量1000步指 令邏輯指令20條（包括MC/MCR,CJP/EJP,S/R）步進梯形指令2條（STL,REJ）功能指令87個（包括+，-，=，等程序記憶內部配置CMOS-RAM,EPROM/EEPROM卡輔助繼電器無鎖存128點鎖存64點狀態(tài)（鎖存）64點特殊16點數(shù)據(jù)寄存器64點定時器0.1s定時器24點（延時接通）0.1999s0.01s定時器8點（延時接通）0.0199.9s計數(shù)器（鎖存）30點，減法計數(shù)（0999）高速計數(shù)器（鎖存）1點，加/減計數(shù)（0999999），最大2KHz電池保護鋰電池，壽命約5年診斷程序檢查（和，語法，電路），定時監(jiān)視，電池電壓，電源電壓5.1.4輸出性能（見下表5.4）表5.4輸出性能輸出類型繼電器輸出絕緣繼電器絕緣輸出負荷電阻負荷2A/點感性負荷35V/A/300000次接通斷開燈泡負荷100W漏電流0mA響應時間OFF-ON近似10msON-OFF近似10ms5.1.4其它功能（見下表5.5）表5.5其它功能型號輸入點輸出點端子塊功耗輸入傳感器電源F1-60MR36點24點可拆卸端子40V/A0.2A5.2電梯控制系統(tǒng)的硬件面板圖（見附圖1）從圖中可以看到,左邊是電梯的模擬圖,它的極限位置是由限位開關SQ1-SQ4控制,右邊和下面是PLC的模擬接線圖,給接線和理解都帶來了方便.5.3輸入/輸出的分配5.3.1輸入表5.6輸入序號名稱輸入點序號名稱輸入點0四層內選按鈕S4X0007一層上呼按鈕U1X0071三層內選按鈕S3X0018二層上呼按鈕U2X0102二層內選按鈕S2X0029三層上呼按鈕U3X0113一層內選按鈕S1X00310一層行程開關SQ1X0124四層下呼按鈕D4X00411二層行程開關SQ2X0135三層下呼按鈕D3X00512三層行程開關SQ3X0146二層下呼按鈕D2X00613四層行程開關SQ4X0155.3.2輸出表5.7輸出序號名稱輸出點序號名稱輸出點0四層指示L4Y0008二層內選指示SEL2Y0101三層指示L3Y0019一層內選指示SEL1Y0112二層指示L2Y00210一層上呼指示UP1Y0123一層指示L1Y00311二層上呼指示UP2Y0134轎箱下降指示DOWNY00412三層上呼指示UP3Y0145轎箱上升指示UPY00513二層下呼指示DN2Y0156四層內選指示SL4Y00614三層下呼指示DN3Y0167三層內選指示SL3Y00715四層下呼指示DN4Y017第六章 軟件設計6.1程序流程圖流程圖分兩種情況來考慮,(一)電梯的上升;(二)電梯的下降,電梯的上升有:(1)二層內呼叫;(2)三層內呼叫;(3)四層內呼叫,然后和限位開關一起控制電梯的上升電梯的下降有:(1)一到三層呼叫;(2)一到二層呼叫;(3)一層呼叫,同時和限位開關控制電梯的下降6.2程序語句步序指令器件號說明步序指令器件號說明0LDX012停在一層41ORM641ANIX00342ORM652ANDX007一層上呼按鈕43ANIX0133LDM144OUTM4一層到二層4ANIT345LDX013停在二層5ANIT1046ANIX0026ANIT1347ANDX010二層上呼按鈕7ORB48LDM58ANIM849ANIT49ANIM1250ANIT1510ANIM551ORB11OUTM1在一層按52ANIM112LDM153ANIM1213ANDX000四層內選按鈕54ANIM1514ANIX00155ANIM815ANIX00256OUTM5在二層按16LDM257LDM517ANIM1858ANDX000四層內選按鈕18ORB59LDM619ORM6060ANIM1720ORM6161ORB21ANIX01562ORM6622OUTM2一層到四層63ORM6723LDM164ANIX01524ANDX001三層內選按鈕65ANIX00125ANIX00066ANIX00326ANIX00267OUTM6二層到四層27LDM368LDM528ANIM1469ANDX001三層內選按鈕29ORB70LDM730ORM6271ANIM1331ORM6372ORB32ANIX01473ORM6833OUTM3一層到三層74ORM6934LDM175ANIX01435ANDX002二層內選按鈕76ANIX00036ANIX00077ANIX00337ANIX00178OUTM7二層到三層38LDM479LDX013停在二層39ANIM980ANIX00240ORB81ANDX006二層下呼按鈕82LDM8124ANIX00283ANIT5125ANIX00384ORB126OUTM11三層到四層85ANIM1127LDX014停在三層86ANIM5128ANIX00187ANIM10129ANDX005三層下呼按鈕88ANIM12130LDM1289ANIM15131ANIT790ANIM69132ANIT1791OUTM8在二按133ORB92LDM8134ANIM193ANDX003一層內選按鈕135ANIM594LDM9136ANIM1095ANIM4137ANIM1596ORB138OUTM12在層按97ORM70139LDM1298ORM71140ANDX002二層內選按鈕99ANIX012141LDM13100ANIX000142ANIM7101ANIX001143ORB102OUTM9二層到一層144ORM74103LDX014停在三層145ORM75104ANIX001146ANIX013105ANDX011三層上呼按鈕147ANIX000106LDM10148ANIX003107ANIT6149OUTM13三層到二層108ORB150LDM12109ANIM12151ANDX003一層內選按鈕110ANIM15152LDM14111ANIM5153ANIM3112ANIM8154ORB113ANIM1155ORM76114ANIM75156ORM77115OUTM10在三層按157ANIX012116LDM10158ANIX000117ANDX000四層內選按鈕159ANIX002118LDM11160OUTM14三層到一層119ANIM16161LDX015停在四層120ORB162ANIX000121ORM72163ANDX004四層下呼按鈕122ORM73164LDM15123ANIX015165ANIT8166ANIT20209ORM19167ANIT22210ANIX015168ORB211OUTM19一層到二三四169ANIM10212LDM3170ANIM5213ANDM4171ANIM1214ORM20172OUTM15在四層按215ANIX014173LDM15216OUTM20一層到二、三174ANDX001三層內選按鈕217LDM2175ANIX002218ANDM4176ANIX003219ORM21177LDM16220ANIX015178ANIM11221OUTM21一層到二、四179ORB222LDM2180ORM78223ANDM3181ORM19224ORM22182ANIX014225ANIX015183OUTM16四層到三層226OUTM22一層到三、四184LDM15227LDM6185ANDX002二層內選按鈕228ANDM7186ANIX001229ORM23187ANIX003230ANIX015188LDM17231OUTM23二層到三、四189ANIM6232LDM13190ORB233ANDM14191ORM80234ORM24192ORM81235ANIX012193ANIX013236OUTM24三層到二、一194OUTM17四層到二層237LDM16195LDM15238ANDM17196ANDX003一層內選按鈕239ANDM18197ANIX001240ORM25198ANIX002241ANIX012199LDM18242OUTM25四層到三二一200ANIM3243LDM17201ORB244ANDM18202ORM82245ORM26203ORM83246ANIX012204ANIX012247OUTM26四層到二、一205OUTM18四層到一層248LDM16206LDM2249ANDM17207ANDM3250ORM27251ANIX013293ANIX015252OUTM27四層到三、二294ANIM8253LDM16295OUTM66二層到四層254ANDM18296LDX004四層下呼按鈕255ORM28297ANDX013停在二層256ANIX012298ORM67257OUTM28四層到三、一299ANIX015258LDX000四層內選按鈕300ANIM8259ANDX012停在一層301OUTM67二層到四層260ORM60302LDX001三層上呼按鈕261ANIX015303ANDX013停在二層262OUTM60一層到四層304ORM68263LDX004四層上呼按鈕305ANIX014264ANDX012停在一層306ANIM8265ORM61307OUTM68二層到三層266ANIX015308LDX011三層上呼按鈕267OUTM61一層到四層309ANDX013停在二層268LDX001三層內選按鈕310ANIX005269ANDX012停在一層311ORM69270ORM62312ANIX014271ANIX014313ANIM8272OUTM62一層到三層314OUTM69二層到三層273LDX011三層上呼按鈕315LDX003一層內選按鈕274ANDX012停在一層316ANDX013停在二層275ANIX005317ORM70276ORM63318ANIX012277ANIX014319ANIM5278OUTM63一層到三層320OUTM70二層到一層279LDX002二層內選按鈕321LDX007一層上呼按鈕280ANDX012停在一層322ANDX013停在二層281ORM64323ORM710282ANIX013324ANIX012283OUTM64一層到二層325ANIM5284LDX010二層上呼按鈕326OUTM71二層到一層285ANDX012停在一層327LDX000四層內選按鈕286ANIX006328ANDX014停在二層287ORM65329ORM72288ANIX013330ANIX015289OUTM65一層到二層331ANIM12290LDX000四層內選按鈕332OUTM72三層到四層291ANDX013停在二層333LDX004四層下呼按鈕292ORM66334ANDX014停在三層335ORM73377ORM80336ANIX015378ANIX013337ANIM12379OUTM80四層到二層338OUTM73三層到四層380LDX006二層下呼按鈕339LDX002二層內選按鈕381ANDX015停在四層340ANDX014停在三層382ANIX010341ORM74383ORM81342ANIX013384ANIX013343ANIM10385OUTM81四層到二層344OUTM74三層到二層386LDX003一層內選按鈕345LDX006二層下呼按鈕387ANDX015停在四層346ANDX014停在三層388ORM82347ANIX010389ANIX012348ORM75390OUTM82四層到一層349ANIX013391LDX007上層上呼按鈕350ANIM10392ANDX015停在四層351OUTM75三層到二層393ORM83352LDX003一層內選按鈕394ANIX012353ANDX014停在三層395OUTM83四層到一層354ORM76396LDM4355ANIX012397ANIX012356ANIM10398OUTT3延時2秒357OUTM76三層到一層399K20358LDX007一層上呼按鈕400LDM7359ANDX014停在三層401ANIX013360ORM77402OUTT4延時2秒361ANIX012403K20362ANIM10404LDM9363OUTM77三層到一層405ANIX013364LDX001三層內選按鈕406OUTT5延時2秒365ANDX015停在四層407K20366ORM78408LDM11367ANIX014409ANIX014368OUTM78四層到三層410OUTT6延時2秒369LDX005三層下呼按鈕411K20370ANDX015停在四層412LDM13371ANIX011413ANIX014372ORM79414OUTT7延時2秒373ANIX014415K20374OUTM79四層到三層416LDM16375LDX002二層內選按鈕417ANIX015376ANDX015停在四層418OUTT8延時2秒419K20461ANIX012420LDM3462OUTT23延時2秒421ANIX012463K20422OUTT9延時2秒464LDM19423K20465ANDX013424OUTT10延時4秒466ORM40425K40467ANIX015426LDM2468OUTM40427ANIX012469LDM40428OUTT11延時2秒470ANIX013429K20471OUTT24延時2秒430OUTT12延時4秒472K20431K40473LDM40432OUTT13延時6秒474ANDX014433K60475ORM41434LDM6476ANIX015435ANIX013477OUTM41436OUTT14延時2秒478LDM41