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1、1 論 文 摘 要 本文介紹一種電梯 PLC 控制系統(tǒng)。電梯是垂直方向的運輸設備，是高層建 筑中不可缺少的交通運輸設備。它靠電力，拖動一個可以載人或物的轎廂，在 建筑的井道內導軌上做垂直升降運動，在人們生活中起著舉足輕重的作用。而 控制電梯運行的 PLC 系統(tǒng)也要求越來越高，要求達到電梯運行的“穩(wěn)、準、快” 的運行目的。該系統(tǒng)主要由 PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動 機、繼電器、接觸器、行程開關、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體的控 制系統(tǒng)。本機控制單元采用以三菱公司的可編程控制器PLC 對機器進 行全過程控制。 整個系統(tǒng)通過PLC、邏輯控制電路對電梯的升降；加、減速；平層；起
2、動、 制動控制。其結構簡單、運行效率高、平層精度高、易于理解與掌握。 關鍵字：PLC 電梯設計 變頻器 2 前言 隨著城市建設的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經濟和生活 中有著廣泛的應用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常 生活密不可分。實際上電梯是根據外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的， 而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制 或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控 制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元， 完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實現(xiàn)電梯的自動調度和集選運 行
3、功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器 （PLC）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法 并沒有太大的區(qū)別。國內廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產規(guī)模較小， 自己設計和制造微機控制裝置成本較高；而 PLC 可靠性高，程序設計方便靈活， 抗干擾能力強、運行穩(wěn) 定可靠等特點，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。 電梯是將機械原理應用、電氣技術、微處理器技術、系統(tǒng)工程學、人體工 程學及空氣動力學等多學科和技術集于一體的機電設備，它是建筑物中的永久 性垂直交通工具。為滿足和提高人們的生活質量，電梯的智能化、自動化技術 迅速發(fā)展。特別是隨著計
4、算機網絡技術、微電子和電力電子技術的飛速發(fā)展， 現(xiàn)代電梯的技術含量日益提高。在改善電梯性能的同時，對電梯的設計、管理 和維護人員提出了更高的要求。 3 目錄 第一章 緒論 .1 1.1 課題研究的背景1 1.2 電梯控制系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀2 1.3 論文的主要內容 .3 第二章 電梯的概述 .4 2.1 電梯土建的基本結構 .4 2.2 電梯的機械基本結構 .4 2.3 電梯電氣系統(tǒng)的基本結構 .6 2.3.1、電梯的拖動系統(tǒng) .6 2.3.2 電梯的控制系統(tǒng) 8 2.4 電梯控制系統(tǒng)的原理與要求 .8 第三章 PLC 的結構及基本指令 .11 3.1 PLC 的結構原理.11 3.1.1、 PL
5、C 的硬件系統(tǒng)結構 11 3.1.2、可編程控制.13 3.2 PLC 的工作原理.14 3.2.1 PLC 的等效工作電路 14 3.2.2、PLC 的工作原理 .15 3.3 PLC 的軟件系統(tǒng) .16 3.4 STEP 7 編程軟件的編程語言及基本指令 17 4 3.4.1 STEP 7 編程軟件的編程語言 .17 3.4.2 STEP 7 編程軟件的基本指令 .18 第四章第四章 硬件設計硬件設計9 4.1 硬件配置簡介9 4.2 電梯控制系統(tǒng)9 4.3 電氣控制系統(tǒng)框圖.11 4.4 輸入輸出的分配.11 第五章第五章 軟件設計軟件設計1313 5.1 程序流程圖.13 5.2 電梯
6、定向邏輯.15 5.3 電梯 PLC 控制系統(tǒng)設計.16 5.4 四層電梯的梯形圖設計.19 第六章第六章 系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試2424 6.1 硬件部分調試.24 6.2 軟件部分調試.24 結 束 語 .37 參考文獻 .39 附錄 .40 5 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 課題研究的背景課題研究的背景 電梯是將機械原理應用、電氣技術、微處理器技術、系統(tǒng)工程 學、人體工程學及空氣動力學等多學科和技術集于一體的機電設備， 它是建筑物中的永久性垂直交通工具。電梯作為一種較為復雜的機 電一全化設備，它由多許機械構件和電子、電氣、大規(guī)模集成電路 組成的微型計算系統(tǒng)及聲、光控制部件所組成。那么電
7、梯到底有哪 些功能呢？我們從按下電梯的按鈕到完成電梯的運行并走出電梯轎 廂，實際上已包含了電梯的許多功能，如：電梯的定向選層、電梯 的起動、加速、穩(wěn)速運行、到站減速、平層停車、開關門。還有檢 修功能、安全保護功能、消防功能、樓層顯示等。 從電梯控制統(tǒng)的實現(xiàn)方法分，電梯的控制系統(tǒng)經歷了繼電器控 制、可編程序控制（PLC） 、單片微機控制、多微機控制多種形式。 繼電器控制系統(tǒng)是 80 年代最廣泛的一種電梯控制方式，有控制邏輯 線路簡單、直接、易于理解和掌握的優(yōu)點，但由于該類系統(tǒng)是由眾 多繼電器、接觸器構成，使用一段時間后其接觸點往往接觸不良， 所以電梯故障高，眾多的繼電器、接觸器動作噪聲較大，整個
8、控制 柜體積大。隨著多微機系統(tǒng)在電梯控制系統(tǒng)中的應用，電梯控制發(fā) 生了限大的變化，因為微機在電梯中的應用不僅取代了大部分繼電 器和選層器，整個系統(tǒng)更加可靠，靈活性更加提高，功能大增強了。 但微機的集成度高，功能項目固化，一般維修人員及工程人員修改 或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生廠家或用專用 6 的工具?？删幊绦蚩刂破魅〈^電器構成的電梯控制系統(tǒng)，可以實 現(xiàn)由繼電器實現(xiàn)的邏輯控制功能，而且觸點少、可靠高、故障率低、 維修方便、噪聲小最主要的是可編程序控制系統(tǒng)的“可編程“功能， 使得當改變電梯的控制功能時，只要更改程序即可。而 PLC 的編程 語言需不盡相同，但都有通俗易懂，便于自
9、學的優(yōu)點一般維修及工 程人員都能掌握,PLC 電梯控制系統(tǒng)比較適用于小高層的樓房. 1.21.2 電梯控制系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀電梯控制系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀 電梯的出現(xiàn)大大方便了人們的生活。隨著城市建設的不斷發(fā)展， 高層建筑不斷增多，電梯在國民經濟和生活中有越來越廣泛的應用， 電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不 可分。隨著經濟的高速發(fā)展，微電子技術、計算機技術和自動控制 技術也得到了迅速發(fā)展，這使得交流變頻調速電梯控制系統(tǒng)已經進 入一個嶄新的時代。實際上電梯是根據外部呼叫信號以及自身控制 規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的 控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是
10、不能滿足控制要求的，因 此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采 用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的 采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實現(xiàn)電梯的自動調度和集選運行功 能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器 （PLC）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這 兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內廠家大多選擇第二種方式，其原 因在于生產規(guī)模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高；而 7 PLC 可靠性高，程序設計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠 等特點，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。 隨著人們生活水平的不斷提
11、高,對電梯的要求的也相應提高，為滿足 和提高人們的生活質量，電梯的智能化、自動化技術迅速發(fā)展。特 別是隨著技術、微電子和電力電子技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電梯的技 術含量日益提高。在改善電梯性能的同時，對電梯的設計、管理和 維護人員提出了更高的要求。 1.31.3 論文的主要內容論文的主要內容 在電梯的控制中其控制量多、邏輯性強、隨機性大是其主要特 點，對于 PLC 控制設計來說，電梯控制系統(tǒng)具有很強的實用性和典 型性，研究、分析電梯的邏輯關系，進而實現(xiàn)控制，對于理解和學 習 PLC 都具有很好的意義。 控制電梯運行的 PLC 系統(tǒng)要求達到電梯運行的“穩(wěn)、準、快”的 運行目的。該系統(tǒng)主要由 PLC、
12、邏輯控制電路組成。其中包括交流 異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關、按鈕、發(fā)光指示器和變 頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本機控制單元采用以西門子公司的可 編程控制器 PLC 對機器進行全過程控制。整個系統(tǒng)通過 PLC、邏輯 控制電路對電梯的開關門，升降，加、減速，平層，起動、制動控 制。要求其達到結構簡單、運行效率高、平層精度高、使其能夠易 于理解與掌握。最后再通過西門子 PLC 調試軟件進行調速，滿足設 計所需要的要求。 8 第二章第二章 電梯的概述及發(fā)展電梯的概述及發(fā)展 2.12.1 電梯的概述及發(fā)展電梯的概述及發(fā)展 隨著我國社會經濟的迅猛發(fā)展，人民物質文化生活水平日益提高， 伴隨建筑業(yè)的發(fā)
13、展，為建筑物內提供上下交通運輸?shù)碾娞莨I(yè)也在 日新月異地發(fā)展著。電梯已不僅是一種生產環(huán)節(jié)中的重要設備，更 是一種人們頻繁乘用的交通運輸設備。為了確保電梯正常運行、安 全使用，必須要了解電梯、管理電梯、維護好電梯。 2.1.1 電梯的定義 電梯是服務于規(guī)定樓層的固定式升降設備。它具有一個轎廂，運 行在至少兩列垂直的傾角小于 15 度的鋼性導軌之間。轎廂尺寸與結 構形式便于乘客出入或裝卸貨物。它適用于裝置在兩層以上的建筑 內，是輸送人員或貨物的垂直提升設備的交通工具。 2.1.2 電梯的分類 1、按用途分類 (1) 客梯 代號 K 為運行乘客而設計的電梯,有完善的安全裝 置. (2) 貨梯 代號
14、H 為運送貨物而設計的電梯,通常有人操作,有 必備的安全裝置. 9 (3) 客貨梯 代號 L 主要用作運送乘客,但也可運送貨物,它與 客梯的區(qū)別在于轎廂內部裝飾結構不同. (4) 病床電梯 代號 B 為運送病床而設計的電梯,具有轎廂長 而窄的特點. (5) 住宅電梯 代號 Z 供住宅樓使用的電梯,一般采用下集選 控制方式,轎廂內部裝飾較簡單. (6) 雜物電梯 代號 W 供圖書館,辦公樓,飯店運送圖書,文件, 食品等.不容許人員進入電梯,結構簡單,無乘人必備的安全裝置. (7) 船舶電梯 代號 C 用于船舶上的電梯,能在船舶搖晃中正 常工作. (8) 觀光電梯 代號 G 轎廂壁透明供乘客觀光之
15、用. 2、按驅動系統(tǒng)分類 (1) 交流電梯 曳引電動機是交流電機. 當電機是單速時,稱為交流單速電梯 當電機是雙速時,稱為交流雙速電梯 當電機具有調壓調速裝置時,稱為交流調速電梯. 當電機具有調壓調頻調速裝置時,稱為變頻調速電梯. (2) 直流電梯 曳引電動機是直流電機 分為直流有齒和直流無齒電梯. (3) 液壓電梯 靠液壓傳動的電梯,分為柱塞直頂式和柱塞側置 式. (4) 齒輪齒條式電梯(一般為工程電梯) 10 3、按操作控制方式分類 (1) 門外按鈕控制小型雜物電梯 (2) 內外按鈕控制自動門電梯 該電梯是一種乘客自己操作的電梯，電梯在各層站分別設有一個 召喚按鈕。轎廂操作箱上則設有與停站
16、數(shù)相等的相應的指令按鈕， 某一層等待電梯的乘客按下召喚按鈕，就能使不被占用的轎廂到來， 電梯?？繒r立即自動開門，乘客進入轎廂后，按下他要去的樓層的 指令按鈕，電梯就自動關門，自動行駛到該站。每次?？繒r，電梯 自動進行減速、平層、開門。 (3) 集選控制電梯 該電梯是一種乘客自己操作或有時也可以有專職司機操作的自動 電梯。 電梯在底層和頂層分別設有一個向上或向下的，而在其它層站設 有向上、下兩個召喚按鈕。集選控制轎廂操作箱上則設有與停站數(shù) 相等的相應的指令按鈕，當進入轎廂的乘客按下指令按鈕，指令信 號就被登記。電梯在向上過程中按登記的指令信號和向上召喚信號 逐一?？?，直到有這些信號登記的最高層站
17、和有向下召喚登記的最 底層為止，然后又反向向下安置指令及向下召喚信號逐一?？?。每 次?？繒r電梯自動進行減速、平層、開門。 2.1.3 電梯的發(fā)展 11 1854 年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊 沙格雷夫斯奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明歷史上第一 部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內得到了廣泛應用。 以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150 年 以來，她已經發(fā)展成為世界、亞洲和中國領先的電梯公司。 生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進步。電梯的材質由黑白 到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新手柄 開關操縱，按鈕控制，信號控制，集選控制、人機
18、對話等，多臺電 梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎箱電梯展示出節(jié)省井道空 間，提升運輸能力的優(yōu)勢，變速式自動人行道扶梯大大節(jié)省了行人 的時間；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圓形觀光電梯則使身 處其中的乘客的視線不再封閉。 一個半世紀的風風雨雨，翻天覆地的是歷史的變遷，永恒不變 的是電梯提升現(xiàn)代人生活質量的承諾。 12 第三章第三章 PLC 的概述的概述 1.11.1 PLCPLC 的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程 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
19、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
20、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
21、擬控制裝置和 13 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。 1.21.2 PLCPLC 組成及特點組成及特點 PLC 的硬件系統(tǒng)由主機系統(tǒng)、輸入輸出擴展部分及外部設備組成。除了硬 件系統(tǒng)外，還需要軟件系統(tǒng)的支持，它們相輔相成，卻一不可，共同構成 PLC。PLC 的軟件系由系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分組成。 PLC 能
22、如此迅速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需求外，還因為他具有許多 獨特的優(yōu)點。他較好到解決了工業(yè)控制領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、 方便、經濟等問題。以下是其主要特點。 （1）編程方法簡單易學（2）功能強， 性能價格比高（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強（4）可靠性高、 抗干擾能力強（5）系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少（6）維修工作量小，維 修方便（7）體積小、耗能低 1.2.11.2.1 硬件的可靠性硬件的可靠性 可編程控制是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制系統(tǒng)和通 信技術發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強、靈 活通用與維修方便等一系列的優(yōu)點。特別是
23、它的高可靠性和較強的適應惡劣環(huán) 境的能力，受到用戶的青睞。因而在冶金、化工、交通、電力等領域獲得了廣 泛的應用，成為了現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱之一。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。 PLC 的硬件系統(tǒng)由主機系統(tǒng)、輸入輸出擴展部件及外部設備組成。各部分 之間通過內部系統(tǒng)總線進行連接。CPU 是 PLC 的核心部分，由它實現(xiàn)邏輯運算， 協(xié)調控制系統(tǒng)內部各部分的工作，它的運行是按照系統(tǒng)程序所賦予的任務進行 的。PLC 的對外功能主要是通過各類接口模塊的紅外線，實現(xiàn)對工業(yè)設備和生 產過程的檢測和控制。PLC 的電源一般采用開關電源，其特點是輸入
24、電壓范圍 14 寬、體積小、質量輕、效率高、抗干擾性能好。路串一旦某模塊出現(xiàn)故障，進 行在線插拔、調試時不會影響各機的正常運行。 1.2.21.2.2 編程簡單，使用方便編程簡單，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。 1.2.31.2.3 接線
25、簡單，通用性好接線簡單，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。 1.2.41.2.4 可
26、連接為控制網絡系統(tǒng)可連接為控制網絡系統(tǒng) PLC 可連成功能很強的網絡系統(tǒng)。網絡可分為兩類：一類是低速網絡，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； 另一類為高速網絡，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率為 1M10Mbps，傳輸距 離為 5001000m，網上結點可達 1024 個。這兩類網絡可以級連，網上可兼容 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絡。 1.2.51.2.5 易于安裝，便于維護易于安裝，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
27、 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。 15 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
28、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。 1.31.3 PLCPLC 的工作原理的工作原理 PLC 的工作原理與計算機的工作原理是基本一致的。他通過執(zhí)行用戶程序 來實現(xiàn)控制任務。但是，在時間上，PLC 執(zhí)行的任務是串行，與繼電接觸器 控制系統(tǒng)中任務的執(zhí)行有所不同。PLC 采用循環(huán)掃描工作方式。在程序執(zhí)行過 程的周期中，程序對各個過程輸入信號進行采樣，對采樣的信號進行運算和處 理，并把結果輸出到生產過程的執(zhí)行機構
29、中。 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
30、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。 16 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。 1.41.4 PLCPLC 的編程語言的編程語言
31、 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、指令表、功能圖等。 梯形圖(LAD)編程語言是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎上演變而來的。 PLC 梯形圖 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。梯形圖語言簡單明
32、了，易于理解，是所有編程 語言的首選。 指令表（STL）編程語言類似于計算機中的助記符語言，他是可編程控制器 最基礎的編程語言。所謂指令表編程，是用一個或幾個容易記憶的字符來代表 可編程控制器的某種操作功能。 順序功能流程圖（SFC）編程是一種圖形化的編程方法，亦稱功能圖。使用 它可以對具有并發(fā)、選擇等復雜的系統(tǒng)進行編程。許多 PLC 都提供了用于 SFC 編程的指令。 每一種編程方法都有它的優(yōu)點和缺點，根據每一種特殊的控制要求，根據編程者的熟 練程度正確合理應用編程方法。 1.5 PLC 在電梯上的應用 隨著科技的發(fā)展，工業(yè)控制的自動化程度不斷提高，以微處理器為核心組 17 成的可編程序控制
33、器（PLC）得到了廣泛的應用。很多工廠的生產流水線、加工 設備、船舶上貨物的裝卸裝置、電梯的運行等都由 PLC 控制，只要把預定的控 制任務編成程序，用一串指令的形式存放到存儲器中，然后根據輸入各種指令， 經過模擬量、數(shù)字量等輸入輸出部件對生產過程和設備進行控制。 PLC 在電梯中的應用也已很成熟。PLC 作為主控制器，一方面要采集電梯的 各種輸入信號，包括電梯的位置、狀態(tài)、內外指令的按鈕信號、門鎖信號、門 區(qū)信號、井道內的強迫減速信號、防沖信號以及消防信號等。另一方面要把采 集到的信號進行計算和處理給出電梯的樓層信號和速度信號，并驅動相應的開 關門信號、方向繼電器和抱閘繼電器，以控制電梯的運
34、行。 我們利用 PLC 內的條件跳轉和主控指令，把對電梯的控制程序劃分為幾個程序 段：檢修控制、正常加速和穩(wěn)速段、減速爬行段、以及開關門階段。當給電梯 送電時，PLC 就開始掃描電梯的所有輸入、輸出信號，檢測電梯的安全回路是 否接通、廳門轎門是否關閉、電梯處在何種狀態(tài)。正常自動狀態(tài)時，PLC 檢測 門鎖是否接通，若門鎖不通則給出關門信號，控制電梯關門；當門鎖接通時， 進入待機狀態(tài)，此時一收到指令信號電梯即起動。當電梯到達減速樓層時, PLC 程序是仿照繼電器控制理念進行編制。 18 19 3 3 硬件設計硬件設計 3.13.1 硬件配置簡介硬件配置簡介 PLC 產品出現(xiàn)以來，它以面向工業(yè)控制的
35、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 S7-200 系列的 PLC 作系列電梯的。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。 3.23.2 電梯控制系統(tǒng)電梯控制系統(tǒng) 電梯模擬系統(tǒng)如下圖所示： 20 電梯控制系統(tǒng)的模擬 二 層 底層 轎廂 三 層 四 層 輸入 輸出配置 圖 3.2.1 電梯系統(tǒng)控制模擬圖 21 3.33.3 電氣控制系統(tǒng)框圖電氣控制系統(tǒng)框圖 圖 3
36、.3.1 輸入與輸出： 圖 3.3.1 中輸出為：1、電動機；2、上下行接觸器；3、快慢速接觸器；4、 位置指示；5、門鎖。輸入為：6、轎內指令；7、廳外指令；8、門區(qū)感應；9、 手動開關門；10、樓層感應。PLC 系統(tǒng)部分完成所設定的控制任務所需要的 PLC 規(guī)模主要取決于控制系統(tǒng)對輸入，輸出點的需求量和控制過程的難易程度 3.43.4 輸入輸出的分配輸入輸出的分配 輸入點： 序號 名稱 輸入點 0 一層行程開關 I0.0 1 二層行程開關 I0.1 2 三層行程開關 I0.2 3 四層行程開關 I0.3 4 四層呼叫按鈕 I0.4 5 三層呼叫按鈕 I0.5 6 二層呼叫按鈕 I0.6 7
37、 一層呼叫按鈕 I0.7 8 手動開關按鈕 I1.6 1 11 2 345 6789 輸 出 PLC 西門子 S7-200 輸 入 22 9 手動關門按鈕 I1.7 10 紅外傳感器 I2.2 11 紅外傳感器 I2.3 輸出點： 序號 名稱 輸出點 0 一層指示燈 Q0.1 1 二層指示燈 Q0.2 2 三層指示燈 Q0.3 3 四層指示燈 Q0.4 4 電動機正轉指示燈亮 Q0.5 5 電動機反轉指示燈亮 Q0.6 6 開門電機正轉 Q0.7 7 開門電梯反轉 Q1.0 圖 3.4.1 I/O 接線圖 23 第四章第四章 軟件設計軟件設計 4.14.1 程序流程圖程序流程圖 得電 電梯上升
38、 得電 電梯上升 得電 電梯下降 （接下頁） 停止 得電 電梯下降 得電 電梯上升 得電 電梯下降 電梯在二樓 電梯在一樓 電梯在四樓 電梯在三樓 2，3，4樓 有信號嗎？ 1樓有信號嗎？ 4樓有信號 1，2，3樓 有信號嗎？ 1，2樓 有信號 停止 3，4樓 有信號 停止 行程開關 有信號嗎？ 停止 圖 4.1 24 電梯上升 樓向下呼叫 或選層 樓向下呼叫 或選層 樓向下呼叫 或選層 執(zhí)行上升流程 與下降相反 樓停 樓停 樓行程 開關信號有？ 樓行程 開關信號有？ 復位 等待 樓行程 開關到 樓停 接上頁） 圖 4.2 25 4.24.2 電梯定向邏輯電梯定向邏輯 電梯的定向是根據電梯的上
39、行請求信號、下行請求信號、電梯轎箱內請求信 號、電梯當前所處位置等信號來確定電梯繼續(xù)運行的方向。電梯的定向是電梯 控制中的重要邏輯。在以往電梯的定向邏輯中，一般都是將電梯各個層的上、 下行請求信號、電梯轎箱內樓層請求信號、電梯當前樓層信號等綜合到一條或 幾條語句中進行判斷。這樣一來，當樓層數(shù)目比較大時，每條語句的編程元件 很多，不可避免的帶來程序復雜，容易出錯，調試麻煩，運行速度慢等問題。 以下提出的用邏輯運算指令來進行電梯定向的方法可以比較好的問題。 狀態(tài)轉換方式：電梯的方向只有上升、下降 2 個方向，但電梯也可能由于沒 有任何的上升或者下降請求信號而處于停止狀態(tài)。在電梯的方向處理過程中，
40、電梯只能在上升狀態(tài)和停止狀態(tài)或者下降狀態(tài)與停止之間轉換，例如當電梯由 上升狀態(tài)轉為下降狀態(tài)時必須先由上升狀態(tài)轉換為停止狀態(tài)以后再由停止狀態(tài) 轉為下降狀態(tài)。這樣的處理方式對電梯的運行是很有意義的，以往的電梯控制 系統(tǒng)中，當電梯響應完某個方向上的所有信號后，若所有剩余的信號都是反方 向的，電梯立刻改變方向，此時，在原方向前方若出現(xiàn)新的呼叫信號，電梯將 不會立刻應答，只是記憶該呼叫信號，而去響應換向后的方向上的呼叫信號， 這樣既不符合電梯選層的優(yōu)先原則，又不能有效的節(jié)約能源。采用圖 4.2 所示 的狀態(tài)轉換方式，電梯在響應完某個方向上的所有信號后并不是立刻反向，而 是保持該狀態(tài)等待一段時間后進入停止
41、狀態(tài)，然后再反向響應相反方向的呼叫 信號。對保持時間進行合理的選擇，完全可以做到既不會使得電梯的換向過程 顯得遲鈍，又能有效的響應同方向的 由于電梯的上升與下降狀態(tài)之間需要通過“停止狀態(tài)”該中間狀態(tài)來轉換， 故在電梯的方向判斷邏輯中需要考慮以下幾種情況: (1)電梯處于上升狀態(tài) 在該狀態(tài)下，當前樓層的上面有上升請求，當前樓層的上面有下降請求或者 電梯轎箱內請求在當前樓層的上面，3 個條件有 1 個和多個成立時，電梯繼續(xù) 處于上升狀態(tài);當以上 3 種條件都不滿足時，電梯經過一段定時時間后進入停止 狀態(tài)。 (2)電梯處于下降狀態(tài) 26 在當前樓層的下面有下降請求，當前樓層的下面有上升請求或者電梯轎
42、箱內 的請求在當前樓層的下面時，電梯繼續(xù)處于下降狀態(tài);當以上 3 種條件都不滿足 時，電梯經過一段定時時間后進入停止狀態(tài)。 (3)電梯處于停止狀態(tài) 在當前層之上有下降、上升的請求信號或者電梯轎箱內樓層請求信號在當前 層的上面則置電梯為上升狀態(tài);相反，若在當前層之下有下降、上升的請求信號 或者電梯轎箱內樓層請求信號在當前層的下面則置電梯為下降狀 4.34.3 電梯電梯 PLCPLC 控制系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)設計 4.3.14.3.1 樓層狀態(tài)指示設計樓層狀態(tài)指示設計 當電梯運行至某層有指令發(fā)出時，指示位置及指令。以二層為 表 4.3.1 指示位置及指令表 LDtwoselet二層內選擇 Stwose
43、atq,1二層內選擇指示 LDtwoup二層上呼 Stwoupq，1二層上呼指示 LDtwodown二層下呼 S twodownq，1二層下呼指示 LDtwoseat二層位置 =twoseatq二層位置指示 4.3.24.3.2 電梯下行程序設計電梯下行程序設計 以電梯在三層下行情況為例。當電梯的一或二層有指令時，將三層下行位置 1，同時無上行，驅動電梯下行。程序說明如下： 電梯在三層時下行 27 表 4.3.2.1 LDoneseletq一層內選擇 0twoseletq或二層內選擇 0oneupq或一層上呼 0twodownq或二層下呼 0twoupq或二層上呼 ANseatq在三層位置時
44、SV0.1.1 置三層下行位 電梯三層時下行 表 4.3.2.2 LDV0.0有四層下行位 0V0.1或有三層下行位 0V0.2或有二層下行位 AN up同時無上行 =down電梯下行. 4.3.34.3.3 電梯上行程序設計電梯上行程序設計 以電梯在二層上行情況為例。程序說明如下： 電梯在二層上行 表 4.3.3.1 ADfourseletq四層選擇 0threeseletq或三層選擇 0fourdownq或四層下呼 0threedownq或三層下呼 0threeupq或三層上呼 Atwoseatq在二層位置時 SV0.4.1 置二曾上行位 電梯上行 28 表 4.3.3.2 LDV0.3
45、有一層上行位 0 V0.4或有二層上行位 0V0.5或有三層上行位 ANdown 同時電梯無下行 =up電梯上行 4.3.44.3.4 電梯到達時程序設計電梯到達時程序設計 電梯到達某層時，將已完成的指令信號復位。以電梯到達三層為例。程序說 明如下： 電梯到達三層 表 4.3.4.1 LDthreeseatq電梯到達三層 Rthreeseletq,1復位三層內選擇 RV0.0.1復位四層下行 RV0.3.1復位一層上行 RV0.4.1復位二層上行 LDthreeseatq電梯到達三層 ANdown同時無下行 Rthreeupq,1復位三層上行 LDthreeseatq電梯到達三層 ANup同時
46、無上行 Rthreedownq，1復位三層下行 29 4.44.4 四層電梯的梯形圖設計四層電梯的梯形圖設計 圖 4.4.1 30 圖 4.4.2 31 圖 4.4.3 32 圖 4.4.4 33 圖 4.4.4 圖 4.4.6 34 5 5 系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試 完成了硬件的設計、制作和軟件編程之后，要使系統(tǒng)能夠按設計意圖正常 運行，必須進行系統(tǒng)調試。系統(tǒng)調試包括硬件調試和軟件調試兩個部分。 5.15.1 硬件部分調試硬件部分調試 根據電氣接線圖安裝接線，PLC 實際接線時，還應考慮到以下幾個方面： (1) 應有電源輸入線，通常為 220V、50HZ 交流電源，允許電源有一定的浮動范 圍。并且必
47、須有保護裝置，如熔斷器等。若是干擾較強或對可靠性要求很高的 場合，應在 PLC 的電源輸入端加裝帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器。 (2) 輸入端子八個為一組，公用一個 COM 端。PLC 應單獨接地，不要和其他電 器元件共用接地線，接地線面積應大于 2mm,并盡可能靠近 PLC。 (3) PLC 輸出端接有線圈和電磁閥等感性元件時必須加保護電路，例如并接阻 容吸收回路（對于交流電源）或續(xù)流二極管（對于支流電源） 。 5.25.2 軟件部分調試軟件部分調試 用編程工具將用戶程序輸入計算機，經過反復編輯、編譯、下載、調試、 運行，直至運行正確。 5.2.15.2.1 編輯、編譯編輯、編譯 打開梯
48、形圖編輯器將程序輸入電腦。程序輸入完成后，用 CPU 的下拉菜單 或工具條中編譯快捷按鈕對程序進行編譯，編譯后在顯示器下方的輸入窗口顯 示編譯結果，并能明確的指出錯誤的網絡段，可以根據錯誤的提示對程序進行 修改，然后再編譯，一直到編譯無誤。 5.2.25.2.2 程序下載程序下載 程序編譯成功后，單擊標準工具條中下載快捷按鈕打開文件菜單，選擇下 載項，彈出對話框，經選定程序塊、數(shù)據塊、系統(tǒng)塊等下載內容后，按確認按 鈕將選中內容下載到 PLC 的存儲器上。 5.2.35.2.3 程序監(jiān)視、運行調試程序監(jiān)視、運行調試 當 PLC 工作方式開關在 TERM 位置時還可用 STEPMICRO/WIN32 的菜單命令 或快捷按鈕都可以對 CPU 工作方式進行軟件設計。 35 使用程序編輯器還可以在 PLC 運行監(jiān)視程序執(zhí)行的過程和各元件的狀態(tài)及 數(shù)據，打開調試菜單選中程序狀態(tài)。這時閉合觸點和通電線圈內部顏色變藍。 在 PLC 的運行工作狀態(tài)隨輸入條件的改變、定時及計數(shù)過程的運行，每個掃描 周期的輸入階段將各個期間的狀態(tài)刷新，同時還可以動態(tài)顯示各個定時、計數(shù) 器的當前值，以便在線動態(tài)觀察程序的運行，出現(xiàn)錯誤易于發(fā)現(xiàn)更改。 經過系統(tǒng)各方面的調試，系統(tǒng)運行正確。說明該設計合理。 36 37
plc在電梯系統(tǒng)中的應用的畢業(yè)論文.doc
