基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

畢業(yè)設(shè)計 (論文)論文題目：基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生： 王 余 指導(dǎo)教師： 花良浩 專 業(yè)： 電氣工程與其自動化 摘 要目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)。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(qiáng),設(shè)計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。本文在闡述電梯的結(jié)構(gòu)和可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，針對4層電梯，使用西門子S7-200可編程控制器，設(shè)計了電梯的控制系統(tǒng)，包括轎內(nèi)指令和廳外召喚信號的登記與消除、電梯的選層和定向、電梯的開關(guān)門運行、電梯上下行控制、電梯的指層控制等部分，實現(xiàn)了轎內(nèi)與各層呼梯指令的記錄、電梯運行方向和選層的控制，電梯上下行和自動開關(guān)門、電梯的指層控制等功能。關(guān)鍵詞：四層電梯 控制系統(tǒng) 可編程控制器目 錄摘要第1章 緒論11.1 課題的研究背景及意義11.2 電梯的簡介21.2.1 電梯的起源21.2.3 電梯的定義與分類21.2.3 電梯電氣控制發(fā)展31.2.4 電梯的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r31.3 PLC在電梯控制中的應(yīng)用以及發(fā)展前景51.4 課題研究的內(nèi)容6第2章 控制系統(tǒng)的選擇及介紹72.1 控制系統(tǒng)的選擇72.2 PLC控制系統(tǒng)組成72.2.1 硬件的組成72.2.2 軟件的組成82.3 PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施92.3.1 硬件抗干擾措施92.3.2 軟件抗干擾措施112.4 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢12第3章 PLC的選型133.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算133.2 機(jī)型的確定錯誤！未定義書簽。3.2.1 主控制器的選擇錯誤！未定義書簽。3.2.2 擴(kuò)展模塊的選擇錯誤！未定義書簽。第4章 四層樓電梯控制系統(tǒng)設(shè)計144.1 電梯控制模擬系統(tǒng)面板圖錯誤！未定義書簽。4.2 電動機(jī)控制電路圖144.3 PLC外部接線圖154.4 流程圖174.5 操作原理簡要說明194.6 編程元件明細(xì)表204.7 梯形圖及注釋214.7.1 電梯初始控制214.7.2 報警器及超重控制224.7.3 內(nèi)指令信號的登記與消除224.7.4 電梯選層定向輔助234.7.5 外召喚信號的登記與消除244.7.6 電梯開關(guān)門274.7.7 電梯上下行錯誤！未定義書簽。4.7.8 電梯指層控制284.8 程序仿真與調(diào)試30第5章 結(jié)論與展望315.1 結(jié)論315.2 展望電梯發(fā)展方向錯誤！未定義書簽。致 謝32參考文獻(xiàn)33第1章 緒論1.1 課題的研究背景及意義電梯是高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求。電梯是集機(jī)電一體的復(fù)雜系統(tǒng)，不僅涉及機(jī)械傳動、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學(xué)等問題。而對現(xiàn)代電梯而言，應(yīng)具有高度的安全性。事實上，在電梯上已經(jīng)采用了多項安全保護(hù)措施。在設(shè)計電梯的時候，對機(jī)械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險系數(shù)。然而只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達(dá)到高質(zhì)量，才能全面保證電梯的最終高質(zhì)量。在國外，已“法規(guī)”實行電梯制造、安裝和維修一體化，實行由各制造企業(yè)認(rèn)可的、法規(guī)認(rèn)證的專業(yè)安裝隊伍維修單位，承擔(dān)安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗，從而為電梯運行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更安全。美國一家保險公司對電梯的安全性做過認(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計算，其結(jié)論是：乘電梯比走樓梯安全5倍。據(jù)資料統(tǒng)計，在美國乘其他交通工具的人數(shù)每年約為80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有540億人次之多。目前，由可編程序控制器(PLC)和微機(jī)組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。采用PLC控制的電梯可靠性高、維護(hù)方便、開發(fā)周期短，這種電梯運行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復(fù)雜的控制任務(wù)，己成為電梯控制的發(fā)展方向?？删幊绦蚩刂破鳎俏C(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機(jī)。自1969年針對工業(yè)自動控制的特點和需要而開發(fā)的第一臺PLC問世以來，迄今己30多年，它的發(fā)展雖然包含了前期控制技術(shù)的繼承和演變，但又不同于順序控制器和通用的微機(jī)控制裝置。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電氣操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，摒棄了微機(jī)常用的計算機(jī)編程語言的表達(dá)方式，獨具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào)試和查錯都很容易。用戶買到所需PLC后，只需按說明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可靈活而方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試不需要具有專門的計算機(jī)編程語言知識。這樣就破除了“電腦”的神秘感，推動了計算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破鱌LC在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱(PLC、CADCAM、ROBOT)之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能，易與計算機(jī)接口、能對模擬量進(jìn)行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，同益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)的繼電一接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶會、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)德到廣泛應(yīng)用。PLC的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個國家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一?？傊?，電梯的控制是比較復(fù)雜的，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。PLC是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計的控制設(shè)備，隨著PLC應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性能增強(qiáng)、機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機(jī)的功能綜合在一起。因此，它已經(jīng)成為電梯運行中的關(guān)鍵技術(shù)。1.2 電梯的簡介1.2.1 電梯的起源人類利用升降工具運輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔時就使用了最原始的升降系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的基本原理至今仍無變化：即一個平衡物下降的同時，負(fù)載平臺上升。早期的升降工具基本以人力為動力。1203年，在法國海岸邊的一個修道院里安裝了一臺以驢子為動力的起重機(jī)，這才結(jié)束了用人力運送重物的歷史。19世紀(jì)初，在歐美開始用蒸汽機(jī)作為升降工具的動力。1845年，第一臺液壓驅(qū)動升降機(jī)研制成功，液壓驅(qū)動的介質(zhì)是水。盡管升降工具被一代代富有革新精神的工程師們進(jìn)行不斷改進(jìn)，然而被工業(yè)界普遍認(rèn)可的升降機(jī)仍未出現(xiàn)，直到1852 年世界第一臺安全升降機(jī)誕生。1852年，美國紐約楊克斯的機(jī)械工程師奧的斯先生發(fā)明了世界第1臺安全升降機(jī)。1857年3年23日，奧的斯公司在紐約為一座專營法國瓷器和玻璃器皿的商店安裝了世界上第一臺客運升降機(jī)。1862年，奧的斯公司采用單獨蒸汽機(jī)控制的升降機(jī)問世。1878年，奧的斯公司在紐約百老匯大街155號安裝了第1臺水壓式乘客升降機(jī)。1889年12月，奧的斯公司在紐約的第瑪瑞斯特大樓成功安裝了1臺直接連接式升降機(jī)。這是以直流電動機(jī)為動力的世界第1臺電力驅(qū)動升降機(jī)，從此誕生了名副其實的電梯。 1.2.2 電梯的定義與分類2003年2月19日國務(wù)院頒布了特種設(shè)備安全監(jiān)察條例，明確規(guī)定電梯是特種設(shè)備，并對電梯的含義做了敘述：“電梯是指動力驅(qū)動，利用沿剛性導(dǎo)軌運行的箱體或者沿固定線路運行的梯級(踏板)進(jìn)行升降或者平行運送人、貨物的機(jī)電設(shè)備”。這種對電梯的論述，被稱作廣義電梯概念，既包括上下運送人、貨物的升降式電梯，也包括用于水平或傾斜輸送乘客的自動人行道(英語Passenger Conveyor)和自動扶梯(英語Escalator)?，F(xiàn)代電梯主要由曳引機(jī)（絞車）、導(dǎo)軌、對重裝置、安全裝置(如限速器、安全鉗和緩沖器等)、信號操縱系統(tǒng)、轎廂與廳門等組成。這些部分分別安裝在建筑物的井道和機(jī)房中。通常采用鋼絲繩摩擦傳動，鋼絲繩繞過曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動機(jī)驅(qū)動曳引輪使轎廂升降。電梯要求安全可靠、輸送效率高、平層準(zhǔn)確和乘坐舒適等。電梯的基本參數(shù)主要有額定載重量、可乘人數(shù)、額定速度、轎廂外廓尺寸和井道型式等。目前，電梯行業(yè)及社會上對電梯的分類大致有以下幾種： (1)按用途分： 乘客電梯、載貨電梯、客貨電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、觀光電梯、其他專用電梯。(2)按額定速度分： 低速梯，常指低于1.00m/s速度的電梯；中速梯，常指速度1.002.00m/s的電梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的電梯。超高速梯，速度超過5.00m/s的電梯。(3)按拖動方式分：交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條式電梯、螺旋式電梯。(4)按控制方式分：手柄操縱控制電梯、按鈕控制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯、向下集選控制電梯、并聯(lián)控制電梯、群控電梯、智能控制電梯。其他分類方式還有：按電梯有無司機(jī)分類等。1.2.3 電梯電氣控制發(fā)展1857年美國人OTIS發(fā)明出真正意義上的電梯。從此以后，電梯電氣控制技術(shù)越來越收到人們的重視。電梯電氣控制技術(shù)是否，主要體現(xiàn)在電梯電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計上。電梯的電氣控制主要是對各種指令信號、位置信號、速度信號和安全信號進(jìn)行管理，使電梯正常運行或處于保護(hù)狀態(tài)，發(fā)出各種顯示信號。電梯的電氣控制，過去采用繼電器邏輯線路，一般稱繼電器控制。這種硬布線的邏輯控制方式具有原理簡單、直觀等特點。但通用性差，邏輯系統(tǒng)由許多觸點組成，接線復(fù)雜、故障率高、設(shè)備龐大，國家已規(guī)定淘汰。目前我國電梯主要由先進(jìn)的、可靠性高的微型計算機(jī)或可編程控制器控制。PLC是可編程控制器的簡稱，它是一種用于自動控制的專用微機(jī)，實質(zhì)上屬于微機(jī)控制方式，但可編程控制器具有其自身的特點：PLC在設(shè)計和制造上采取了許多抗干擾措施，能在較惡劣的各種環(huán)境里工作，可靠性高。PLC將CPU、存儲器、1/0接口等做成一體，使用方便，擴(kuò)展容易。目前在國產(chǎn)電梯及中低檔的客梯廣泛采用了PLC控制系統(tǒng)，特別適合在用電梯的技術(shù)改造和控制器開發(fā)。1.2.4 電梯的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，樓的高度已和經(jīng)濟(jì)發(fā)展同樣的速度成長起來。作為建筑的中樞神經(jīng)，電梯起著不可或缺的作用，電梯作為建筑物內(nèi)的主要運輸工具，像其他的交通工具一樣，已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€不可缺少的組成部分。一個國家的電梯需求總量，主要受其經(jīng)濟(jì)增長速度、城市化水平、人口密度及數(shù)量、國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等綜合因素的影響。在全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷的情況下，我國國民經(jīng)濟(jì)仍然以較高的速度持續(xù)增長，城市化水平不斷提高。這從客觀上導(dǎo)致了我國電梯行業(yè)的空前繁榮景象，我國已經(jīng)成為全球最大的電梯市場。上世紀(jì)80年代以來，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，我國電梯需求量越來越大。總趨勢是上升的，目自口進(jìn)入了“第三次浪潮”，2004年總產(chǎn)量超過了8萬臺，而且目前還沒有減速的跡象。從1949年建國以來全國共生產(chǎn)安裝了6l萬多臺電梯。盡管如此，我國的電梯遠(yuǎn)未達(dá)到飽和的程度。全世界平均1000人有l(wèi)臺電梯，我國如果要達(dá)到這個水準(zhǔn)，還需要增加70萬臺。到那時候，全國在用電梯將達(dá)到130萬臺，每年僅報廢更新就需要6萬臺。到2005年，中國電梯的年產(chǎn)量達(dá)到135萬臺，與1980年相比，25年增長了59倍，產(chǎn)量每年平均增長178%。2005年安裝驗收電梯124465臺，截至05年底，我國的在用電梯總數(shù)已達(dá)651794臺。如此龐大的市場需求為我國電梯行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的舞臺!我國電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強(qiáng)的生產(chǎn)能力。興旺的電梯市場吸引了全世界所有的知名電梯公司，美國奧的斯、瑞士迅達(dá)、芬蘭通力、德國蒂森、同本三菱、日立、東芝、富士達(dá)等13家大型外商投資公司在國內(nèi)的市場份額達(dá)到了74%。先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)管理的引進(jìn)對國內(nèi)電梯企業(yè)產(chǎn)生了強(qiáng)大的推動作用。蘇州江南、山東百斯特、浙江巨人、上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。目前國內(nèi)市場需要的電梯產(chǎn)品，我國電梯行業(yè)幾乎全部可以生產(chǎn)，不但大量替代了進(jìn)口，而且有一定的出口。國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。自1985年我國參加了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOTCl78以來，先后等同或等效采用了一批國際標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)國家的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的高起點使我國電梯行業(yè)在技術(shù)上居于有利地位。許多新技術(shù)和新產(chǎn)品，如無機(jī)房電梯、無齒輪曳引機(jī)、永磁同步拖動技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等，國際上也是剛剛出現(xiàn)，我國就有許多企業(yè)可以生產(chǎn)了。國產(chǎn)電梯以其高質(zhì)量，低成本的優(yōu)勢贏得了越來越多的國內(nèi)外客戶，為逐步進(jìn)入國際市場創(chuàng)造了有利條件。中國電梯在亞洲市場占有越來越重要的位置，每年銷售量己達(dá)l萬臺左右，約占亞洲市場的1/50，一些合資企業(yè)在出口創(chuàng)匯方面也做出了貢獻(xiàn)。當(dāng)今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。在一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，電梯的使用相當(dāng)普遍。世界上有名的幾家電梯公司，諸如：美國奧的斯公司、瑞士訊達(dá)公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產(chǎn)量已占世界市場的51。其中，奧的斯公司和三菱公司是世界上最大的電梯生產(chǎn)企業(yè)。目前，國外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成走電梯家族中新的組成部分。1.3 PLC在電梯控制中的應(yīng)用以及發(fā)展前景目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、PLC控制和微型計算機(jī)控制三種。而PlC實際上是一種專用計算機(jī)，它采用巡回掃描的方式分時處理各項任務(wù)，而且依靠程序運行，這就保證只有正確的程序才能運行，否則電梯不會工作；又由于PLC中的內(nèi)部輔助繼電器及保持繼電器等實際上是PLC系統(tǒng)內(nèi)存工作單元，即無線圈又無觸點，使用次數(shù)不受限制，屬無觸點運行，因此，它比繼電器控制有著明顯的優(yōu)越性，運行壽命更長，工作更加可靠安全，自動化水平更高。PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、實用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)。隨著科技的進(jìn)步，電梯也更加安全、舒適。然而，人們的追求并沒有就此停止下來，仍在不斷地進(jìn)行研究改進(jìn)。綠色是和平，綠色是天然，綠色是和諧。電梯是載人的機(jī)電設(shè)備，要實現(xiàn)“綠色”，也就是強(qiáng)調(diào)電梯更舒適、更安全地為人類的生產(chǎn)和生活服務(wù)，強(qiáng)調(diào)電梯與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。目前意義上的“綠色”，一般是強(qiáng)調(diào)“天然”的一面，強(qiáng)調(diào)與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。電梯屬于純粹的工業(yè)產(chǎn)品，其天然性應(yīng)表現(xiàn)為對環(huán)境影響的盡可能小，與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，以及電梯本身的人性化。這也應(yīng)是綠色電梯的發(fā)展方向。(1)智能化。 我們這罩所說的智能化電梯是傳統(tǒng)的人工智能是無法勝任的。傳統(tǒng)的智能控制是一種技術(shù)的事先安排，說到底是一種程序控制，是一種周期性的系統(tǒng)自動控制，實際上還算不上智能。而真正的智能電梯應(yīng)更具人性化特點，不僅具有傳統(tǒng)的人工智能的所有優(yōu)點，而且還有傳統(tǒng)的人工智能無法比擬的東西，具有動念和隨機(jī)處理各種問題的能力，諸如能根據(jù)轎廂內(nèi)的情況和各層的候梯信息，自動地制定每次最優(yōu)的運動速度和停車政策；自動選擇運動方面；雙向語音交流；到達(dá)目的層的語音提示等，讓乘客有更多的主動性，使大樓交通運輸實現(xiàn)真正的人機(jī)對話。智能化要求電梯有自動安全檢測功能，讓電梯自己能夠檢測到電梯的故障所在，并及時報警予以排除。(2)安全。 運行安全是電梯的根本和關(guān)鍵?？梢哉f，電梯的全部其他工作都是以此為中心展開的，使電梯安全運行更有保障。運行安全不僅要消除電梯啟動時較強(qiáng)的電磁輻射，使用安全材料和運行穩(wěn)定，而且要有一種良好的視覺效果，讓每一位乘客在寬敞、明亮轎廂內(nèi)有安全、舒適的好心情。同時，電梯運行安全也要求電梯在運行中發(fā)生故障時，不但要使乘客容易與外界溝通聯(lián)系，而且電梯本身應(yīng)當(dāng)能自動播放讓乘客感到放松的音樂，徹底消除產(chǎn)生緊張不安的情緒。(3)與環(huán)境的協(xié)調(diào)和平衡，包括以下幾個方面：視覺協(xié)調(diào)。 有人曾經(jīng)做過環(huán)境色彩是否對人有影響的研究。該研究發(fā)展：視覺不協(xié)調(diào)的環(huán)境色彩對人的情緒、精神影響非常大。色彩宜人，格調(diào)高雅，制作精良的電梯，乘客自然會有一種安全的感覺，有一種視覺上的舒適。用料低廉，款式陳舊，色彩沉悶，甚至破破爛爛的電梯，乘客視覺協(xié)調(diào)無從談起，乘坐電梯的第一感覺就是不安全。國內(nèi)的許多電梯公司對此的重視是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，甚至不少通過引進(jìn)國外技術(shù)國產(chǎn)化的電梯也顯露出一副土生土長的容貌。消除電磁輻射。 如前所述，由于電梯是大樓里頻繁起制動的大容量電器是電磁干擾的元兇，所以綠色電梯必須是一個達(dá)到自身對大樓電磁干擾最小，而又不被其他電磁干擾影響的建筑機(jī)電設(shè)備。這樣不僅可以保證乘客的身心健康，而且也可以保證大樓、大廈中的大樓的辦公自動化(0A)、樓宇自動化(BA)、通訊自動化(CA)的正常運轉(zhuǎn)。舒適感。 通過采用高載頻波矢量靜音變頻器，可降低噪聲變換頻率及電壓。以CPU控制電壓及頻率的連續(xù)變換方式，按人體生理適應(yīng)要求，利用計算機(jī)優(yōu)化設(shè)計而成的理想運行曲線，實現(xiàn)更穩(wěn)定、更舒適的運行。對現(xiàn)代化電梯性能的衡量，主要著重于可靠性、安全性和乘坐的舒適性。此外，對經(jīng)濟(jì)性、能耗、噪聲等級和電磁干擾程度等方面也有相應(yīng)要求。隨著時代的發(fā)展，對人在與外界隔離封閉的電梯轎廂內(nèi)，心理上的壓抑感和恐懼感也有所考慮。因此，提倡對電梯進(jìn)行豪華性裝修，比如：轎廂內(nèi)用鏡面不銹鋼裝潢、在觀光電梯井道設(shè)置宇宙空間或深海景象：進(jìn)而主張電梯、扶梯應(yīng)與大自然相協(xié)調(diào)，在扶梯的周圍種植花草；在轎廂壁和頂棚裝飾某些圖案甚至是有變化的圖案，并且在色彩調(diào)配上要令人賞心悅目；在轎廂內(nèi)播放優(yōu)美的音樂，用以減少煩躁；在轎廂內(nèi)播放電視節(jié)目，乘客可收看天氣預(yù)報、新聞等。1.4 課題研究的內(nèi)容課題所研究的內(nèi)容主要是用可編程控制器（PLC）自動控制電梯系統(tǒng)。由于大部分老式電梯的電控系統(tǒng)可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，找出一條適合國產(chǎn)老式電梯的改造之路，并進(jìn)而提高國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和質(zhì)量，具有十分重要的意義。針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強(qiáng)、故障率低、可靠性高的可編程控制器（PLC）來控制電梯。論文的主要內(nèi)容如下：首先對電梯系統(tǒng)及可編程控制器（PLC）作了比較全面的總結(jié)和介紹。接著根據(jù)電梯的控制要求，設(shè)計模擬控制模板，確定PLC所需的輸入/輸出口的數(shù)量，確定PLC的型號，選定主機(jī)機(jī)型，并進(jìn)行擴(kuò)展。然后設(shè)計PLC的外部接線圖、流程圖等，編寫控制程序，最后對編寫的電梯控制程序進(jìn)行仿真和調(diào)試。第2章 控制系統(tǒng)的組成2.1 PLC控制系統(tǒng)組成PLC控制系統(tǒng)像一般的計算機(jī)控制系統(tǒng)一樣，也是由硬件和軟件兩個部分組成的，硬件是指PLC本身及其外圍設(shè)備，軟件是指管理PLC的系統(tǒng)軟件，PLC的應(yīng)用程序，編程語言和編程支持工具軟件。圖2-1 典型PLC控制系統(tǒng)的硬件組成圖2.1.1 硬件的組成圖2-1為典型PLC控制系統(tǒng)的硬件組成圖。PLC控制系統(tǒng)的硬件是由PLC，輸入/輸出（I/O）電路及外圍設(shè)備等組成的。系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕?jù)實際應(yīng)用的需要而定，可大可小。下面對構(gòu)成控制系統(tǒng)的主要部分簡要介紹。2.1.1.1 主控模塊 除了早期生產(chǎn)的整體式PLC（PLC的各個不見都在同一機(jī)殼內(nèi)）外，目前市場多數(shù)的PLC都已采用模塊化的結(jié)構(gòu)（PLC的各個部件獨立封裝，稱之為模塊）。在PLC中各個模塊均通過系統(tǒng)總線相互連接起來構(gòu)成一個系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中最核心的模塊是主控模塊（也稱CPU），它包括：CPU，存儲器，通信接口等部分。2.1.1.2 輸入/輸出模塊 PLC的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O模塊實現(xiàn)的。生產(chǎn)過程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開關(guān)量，繼電器狀態(tài)等，因此，需要有相應(yīng)的I/O模塊作為CPU與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的橋梁。且這些模塊應(yīng)具有較好的抗干擾能力。目前，生產(chǎn)廠家已開發(fā)出各種型號的模塊供用戶選擇。對于輸入/輸出模塊有：數(shù)字量輸入/輸出模塊，開關(guān)量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊，交流新號輸入/輸出模塊，220V交流輸入/輸出模塊。還有智能模塊，它本身帶CPU，存儲器和監(jiān)控系統(tǒng)，可獨立完成各種運算。智能模塊的種類很多，如高速計數(shù)模塊，PID調(diào)節(jié)的模擬量控制模塊，閥門控制模塊，智能存儲模塊和智能I/O模塊。2.1.1.3 電源模塊 該模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供CPU存儲器所需的直流電源，是整個PLC系統(tǒng)的能源供給中心。它的好壞直接影響到PLC的功能和可靠性。目前，大多數(shù)PLC采用高質(zhì)量的開關(guān)式穩(wěn)壓電源，與普通電源相比，PLC的電源工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力也強(qiáng)。有些機(jī)器的電源除了供內(nèi)部電路使用外，還向外提供24VDC的穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。2.1.1.4 I/O電路 PLC的基本功能就是控制，它采集被控對象的各種信號。經(jīng)過PLC處理后，通過執(zhí)行裝置實現(xiàn)控制。輸入電路就是被控對象（需要進(jìn)行控制的機(jī)器，設(shè)備和生產(chǎn)過程）進(jìn)行檢測，采集，轉(zhuǎn)換和輸入。另外，安裝在控制臺上的按鈕，開關(guān)等也可以向PLC送控制指令。輸出電路的功能就是接受PLC輸出的控制信號，對被控對象執(zhí)行控制任務(wù)。PLC的外圍設(shè)備很多，但基本功能不外乎對信息和數(shù)據(jù)的處理。常用的有編程器，可編程終端，打印機(jī)，條碼讀入機(jī)等等。編程器PLC的重要外圍設(shè)備之一，它可以將用戶編寫的程序送到PLC的用戶程序存儲器。因此，它的主要任務(wù)是輸入程序，調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程?？删幊探K端是具有I/O功能的PLC人機(jī)界面產(chǎn)品。人可以通過觸摸屏幕將信息輸入PLC中同樣可編程終端也可以將PLC的輸入數(shù)據(jù)和信息顯示在屏幕上。2.2.2 軟件的組成PLC控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件，編程語言及編程支持工具軟件幾個部分組成。2.2.2.1 PLC系統(tǒng)軟件與工作過程 PLC系統(tǒng)軟件是PLC工作所必須的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持PLC對用戶程序進(jìn)行逐條的解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然后返回到程序的起始又開始新的一輪掃描。PLC的這種工作方式就稱之為循環(huán)掃描。2.2.2.2 應(yīng)用軟件 PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是指為完成PLC實際控制任務(wù)而編制的各種軟件。隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平的提高，PLC應(yīng)用軟件也大大豐富起來了。PLC應(yīng)用軟件與一般計算機(jī)信息處理軟件相比，有很大不同，PLC應(yīng)用軟件有以下幾個特點：(1)應(yīng)用軟件設(shè)計必須與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合。生產(chǎn)工藝要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生產(chǎn)過程，由于各種設(shè)備的工藝參數(shù)不一樣，控制實現(xiàn)的方式也不一樣。所以程序設(shè)計人員必須深入現(xiàn)場，嚴(yán)格遵守生產(chǎn)工藝的具體要求來設(shè)計應(yīng)用程序。(2)應(yīng)用軟件與硬件緊密相關(guān)。軟件設(shè)計人員不能拋開硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設(shè)計。設(shè)計必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實際情況進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計。(3)PLC應(yīng)用軟件的設(shè)計需要計算機(jī)，自動控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種知識。特別是PLC網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)不再是一個單獨的裝置。在控制系統(tǒng)中，可能包括有多臺不同型號的PLC，計算機(jī)，外圍設(shè)備等。因此在進(jìn)行軟件設(shè)計時，實現(xiàn)和處理某種控制功能都離不開計算機(jī)，自動控制和通信技術(shù)。因此，應(yīng)用程序中不僅有PLC程序，還有計算機(jī)程序和通信網(wǎng)絡(luò)程序等。2.2.2.3 編程語言及編程支持工具軟件 PLC有多種編程語言：梯形圖語言，助記符語言，邏輯功能圖語言，布爾代數(shù)語言和某些高級語言（Basic，C語言等）。但使用廣泛的還是梯形圖語言和助記符語言?，F(xiàn)在世界上各個PLC生產(chǎn)廠家都研制了自己的PLC編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。用戶可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來改善軟件的開發(fā)環(huán)境，提高編程效率。2.3 PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的各單機(jī)設(shè)備上，雖然它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，但PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計的控制裝置，在設(shè)計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用，但是由于它直接和現(xiàn)場的I/O設(shè)備相連，外來干擾很容易通過電源線 或I/O傳輸線侵入，從而引起控制系統(tǒng)的誤動作。PLC受到的干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。在實際的生產(chǎn)環(huán)境下，外部干擾是隨機(jī)的，與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，且干擾源是無法消除的，只能針對具體情況加以限制；內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設(shè)計系統(tǒng)線路來削弱和抑制內(nèi)部干擾和防止外部干擾。要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，就要從多方面提高系統(tǒng)的抗干擾能力。2.3.1 硬件抗干擾措施2.3.1.1 PLC控制系統(tǒng)的安裝和使用環(huán)境 PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。但是在PLC控制系統(tǒng)中，如果環(huán)境過于惡劣，或安裝使用不當(dāng)，會降低系統(tǒng)的可靠性。PLC使用環(huán)境溫度通常在0 55范圍內(nèi)，應(yīng)避免太陽光直接照射，安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的器件，同時應(yīng)保證有足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件。環(huán)境濕度一般應(yīng)小于85%，以保證PLC有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合，需將PLC封閉安裝。此外，如果PLC安裝位置有強(qiáng)烈的振動源，系統(tǒng)的可靠性也會降低，所以應(yīng)采取相應(yīng)的減振措施。2.3.1.2 PLC的電源與接地 PLC本身的抗干擾能力一般都很強(qiáng)。通常，只能將PLC的電源與系統(tǒng)的動力設(shè)備電源分開配線，對于電源線來的干擾，一般都有足夠強(qiáng)的抑制能力。但是，如果遇上特殊情況，電源干擾特別嚴(yán)重，可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設(shè)備與地之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。如果一個系統(tǒng)中含有擴(kuò)展單元，則其電源必須與基本單元共用一個開關(guān)控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時進(jìn)行。良好的接地是保證PLC安全可靠運行的重要條件。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接專用地線，并且接地點要與其它設(shè)備分開，如圖2-4（a）。若達(dá)不到這種要求，也可采用公共接地方式，如圖2-4（b）。但是禁止采用串聯(lián)接地方式，如圖2-4（c），因為它會使各設(shè)備間產(chǎn)生電位差而引入干擾。此外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接地點應(yīng)盡可能靠近PLC 。圖2-4 PLC的接地接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗干擾的重要措施之一。接地在消除干擾上起很大的作用。這里的接地是指決定系統(tǒng)電位的地，而不是信號系統(tǒng)歸路的接地。在PLC控制系統(tǒng)中有許多懸浮的金屬架，它們是懼空中干擾的空中線，需要有決定電位的地線。交流地是PLC控制系統(tǒng)供電所必需的，它通過變壓器中心點構(gòu)成供電兩條回路之一。這條回路上的電流、各種諧波電流等是個嚴(yán)重的干擾源。因此交流地線、直流地線、模擬地和數(shù)字地等必須分開。數(shù)字地和模擬地的共點地最好置懸浮方式。地線各點之間的電位差盡可能小，盡量加粗地線，有條件可采用環(huán)形地線。系統(tǒng)地端子(LG)是抗干擾的中性端子，通常不需要接地，可是，當(dāng)電磁干擾比較嚴(yán)重時，這個端子需與接大地的端子(GR)連接。2.3.1.3 PLC的輸入、輸出設(shè)備 輸入電路是PLC接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號的端口，其元器件質(zhì)量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。以開關(guān)量輸入為例，按鈕、行程開關(guān)的觸點接觸要保持在良好狀態(tài)，接線要牢固可靠。機(jī)械限位開關(guān)是容易產(chǎn)生故障的元件，設(shè)計時，應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開關(guān)代替機(jī)械限位開關(guān)。此外，按鈕觸點的選擇也影響到系統(tǒng)的可靠性。在設(shè)計電路時，應(yīng)盡量選用可靠性高的元器件，對于模擬量輸入信號來說，常用的有420mA、020mA直流電流信號；05V、010V直流電壓信號，電源為直流24V。對于開關(guān)量輸出來說，PLC的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，具體選擇哪種形式的輸出應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求來決定，選擇不當(dāng)會使系統(tǒng)可靠性降低，嚴(yán)重時導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。此外，PLC的輸出端子帶負(fù)載能力是有限的，如果超過了規(guī)定的最大限值，必須外接繼電器或接觸器，才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質(zhì)量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機(jī)械故障造成觸點不動或接觸不良。這一方面可以通過選用高質(zhì)量的元器件來提高可靠性，另一方面，在對系統(tǒng)可靠性及智能化要求較高的場合，可以根據(jù)電路中電流異常的情況對輸出單元的一些重點部位進(jìn)行診斷，當(dāng)檢測到異常信號時，系統(tǒng)按程序自動轉(zhuǎn)入故障處理，從而提高系統(tǒng)工作的可靠性。若PLC輸出端子接有感性元件，則應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以保護(hù)PLC的輸出觸點。 為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出應(yīng)分別使用各自的電纜；對于集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號線、必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)懸空，而在控制側(cè)接地，其處理方式如圖2-5。圖2-5 屏蔽電纜的處理2.3.2 軟件抗干擾措施 硬件抗干擾措施的目的是盡可能地切斷干擾進(jìn)入控制系統(tǒng)，但由于干擾存在的隨機(jī)性，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，硬件抗干擾措施并不能將各種干擾完全拒之門外，這時，可以發(fā)揮軟件的靈活性與硬件措施相結(jié)合來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。2.3.2.1 利用“看門狗”方法對系統(tǒng)的運動狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控 PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來設(shè)計一些程序，可以屏蔽輸入元件的錯誤信號，防止輸出元件的誤動作。在設(shè)計應(yīng)用程序時，可以利用"看門狗"方法實現(xiàn)對系統(tǒng)各組成部分運行狀態(tài)的監(jiān)控。如用PLC控制某一運動部件時，編程時可定義一個定時器作“看門狗”用，對運動部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。定時器的設(shè)定值，為運動部件所需要的最大可能時間。在發(fā)出該部件的動作指令時，同時啟動"看門狗"定時器。若運動部件在規(guī)定時間內(nèi)達(dá)到指定位置，發(fā)出一個動作完成信號，使定時器清零，說明監(jiān)控對象工作正常；否則，說明監(jiān)控對象工作不正常，發(fā)出報警或停止工作信號。2.3.2.2 消抖 在振動環(huán)境中，行程開關(guān)或按鈕常常會因為抖動而發(fā)出誤信號，一般的抖動時間都比較短，針對抖動時間短的特點，可用PLC內(nèi)部計時器經(jīng)過一定時間的延時，得到消除抖動后的可靠有效信號，從而達(dá)到抗干擾的目的。 2.3.2.3 用軟件數(shù)字濾波的方法提高輸入信號的信噪比 為了提高輸入信號的信噪比，常采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號真實性。對于有大幅度隨機(jī)干擾的系統(tǒng)，采用程序限幅法，即連續(xù)采樣五次，若某一次采樣值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它幾次采樣的幅值，那么就舍去之。對于流量、壓力、液面、位移等參數(shù)，往往會在一定范圍內(nèi)頻繁波動，則采用算術(shù)平均法。即用n次采樣的平均值來代替當(dāng)前值。一般認(rèn)為：流量n= 12，壓力n=4最合適。對于緩慢變化信號如溫度參數(shù)，可連續(xù)三次采樣，選取居中的采樣值作為有效信號。對于具有積分器A/D轉(zhuǎn)換來說，采樣時間應(yīng)取工頻周期(20ms)的整數(shù)倍。實踐證明其抑制工頻干擾能力超過單純積分器的效果。2.4 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢PLC當(dāng)初是針對工業(yè)順序控制發(fā)展而研制的。經(jīng)過30幾年的迅速發(fā)展，PLC已不僅能進(jìn)行開關(guān)量控制，而且還能進(jìn)行模擬量控制，位置控制。特別是PLC的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得PLC如虎添翼，由單機(jī)控制向多機(jī)控制，由集中控制向多層次分布式控制系統(tǒng)發(fā)展?，F(xiàn)在PLC的足跡已遍布了國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，形成了滿足各種需要的PLC應(yīng)用系統(tǒng)。今后PLC控制系統(tǒng)將朝什么方向發(fā)展呢？在市場經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的今天，產(chǎn)品的發(fā)展取決于市場的需求。PLC的主要應(yīng)用領(lǐng)域是自動化。不同的企業(yè)對自動化的要求，規(guī)模以及投資數(shù)額都不相同，存在著不同的層次需求。從我國目前正在開展的以高新技術(shù)帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形式來看，我們不僅要大力發(fā)展適合于大，中型企業(yè)的高水準(zhǔn)的PLC網(wǎng)絡(luò)，而且也要發(fā)展合適小型企業(yè)該找的性能價格比高的小型PLC控制系統(tǒng)。所以今后PLC控制系統(tǒng)將朝著兩個方向發(fā)展：一是向小型化，微型化系統(tǒng)方向發(fā)展。作為控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，PLC將朝著體積更小，速度更快，功能更強(qiáng)，價格更低的方向發(fā)展。二是向大型化，網(wǎng)絡(luò)化，多功能的方向發(fā)展。(1)小型化、高性能、低成本、簡單使用。近年來，小型PLC應(yīng)用十分普遍，超小型PLC的需求日趨增多。據(jù)統(tǒng)計，美國機(jī)床行業(yè)應(yīng)用超小型PLC幾乎占據(jù)了市場的1/4，國外許多PLC廠家正在積極地研制開發(fā)出各種超小型微型的PLC。例如德國西門子公司的S7-200既可以單機(jī)運行也可以聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)復(fù)雜的控制。S7-200的最小配置是8個數(shù)字量輸入和6個數(shù)字量輸出，還可以根據(jù)實際情況擴(kuò)展27個模塊，最多可達(dá)到128個輸入和120輸出，此外S7-200還可以進(jìn)行模擬量控制，是一種性能價格比較好的微型PLC(2)大型化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能。多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。系統(tǒng)設(shè)計，組態(tài)也更為靈活方便，地域分布也廣，是當(dāng)前控制系統(tǒng)發(fā)展的主要潮流。為了適應(yīng)這種發(fā)展，實現(xiàn)工廠自動化，世界上各PLC生產(chǎn)廠家不斷地研制開發(fā)功能更強(qiáng)的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種PLC網(wǎng)絡(luò)一般是多級的，網(wǎng)絡(luò)的最底層是現(xiàn)場執(zhí)行級，網(wǎng)絡(luò)的最上層為組織管理級。現(xiàn)場執(zhí)行級可以由多個PLC或遠(yuǎn)程I/O工作站所組成，中間一級由PLC或計算機(jī)構(gòu)成。最高一級一般由高性能的計算機(jī)組成。它們之間采用工業(yè)以太網(wǎng)，MAP網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場總線相連構(gòu)成一個多級分布式PLC。(3)PLC控制系統(tǒng)將與智能控制系統(tǒng)更進(jìn)一步地相互滲透和結(jié)合。目前，PLC與計算機(jī)已成為地結(jié)合并廣泛應(yīng)用，PLC不再是單獨的一個控制裝置，它成為控制系統(tǒng)中的一個重要的組成部分和環(huán)節(jié)。隨著集成電路和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，今后的PLC將更加注重它與智能控制系統(tǒng)的結(jié)合。許多PLC開發(fā)商已經(jīng)注意到了PLC的兼容性，不僅是PLC與PLC的兼容，而且還注意到PLC與計算機(jī)的兼容，使之可以充分地利用計算機(jī)現(xiàn)有的軟件資源。今后PLC將采用速度更快，功能更強(qiáng)的CPU，容量更大的存儲器。并將更充分地利用計算機(jī)資源。PLC與工業(yè)控制計算機(jī)，集散控制系統(tǒng)，嵌入式計算機(jī)等系統(tǒng)還將進(jìn)一步滲透與結(jié)合，這必將更進(jìn)一步拓寬PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和空間。第3章 PLC的選型3.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 本系統(tǒng)控制四層電梯,采用集選控制方式。為了完成設(shè)定的控制任務(wù),主要根據(jù)電梯輸入/輸出點數(shù)確定PLC的機(jī)型。根據(jù)電梯控制的要求，電梯應(yīng)具有內(nèi)呼和外呼按鈕、行程開關(guān)、開關(guān)門按鈕，以及相應(yīng)的指示燈，估算所需I/O口的數(shù)量，并繪制I/O口分配表，見表3-1。表3-1 I/O口分配表序號名 稱輸入點序號名 稱輸出點0一層內(nèi)呼I0.00一層內(nèi)呼指示Q0.01二層內(nèi)呼I0.11二層內(nèi)呼指示Q0.12三層內(nèi)呼I0.22三層內(nèi)呼指示Q0.23四層內(nèi)呼I0.33四層內(nèi)呼指示Q0.34一層外呼上I0.44一層外呼上指示Q0.45二層外呼下I0.55二層外呼下指示Q0.56二層外呼上I0.66二層外呼上指示Q0.67三層外呼下I0.77三層外呼下指示Q0.78三層外呼上I1.08三層外呼上指示Q1.09四層外呼下I1.19四層外聽下指示Q1.110開門開關(guān)I1.210電梯上行門Q2.011關(guān)門開關(guān)I1.311電梯下行門Q2.112一層平層I1.412門電機(jī)開Q2.213二層平層I1.513門電機(jī)關(guān)Q2.314三層平層I2.014電梯上行指示Q2.415四層平層I2.115電梯下行指示Q2.516開門限位I2.216超重指示Q2.617關(guān)門限位I2.317警報器Q2.718電梯上升極限位I2.418一層指示Q3.019電梯下降極限位I2.519二層指示Q3.120超重I2.620三層指示Q3.221警報器按鈕I2.721四層指示Q3.322激光傳感器I3.022圖3-2 EM223CN第4章 四層樓電梯控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 電動機(jī)控制電路圖根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖4-2所示。圖中M1，M2為曳引電機(jī)和門電機(jī)，交流接觸器KM1KM4通過控制兩臺電動機(jī)的運行來控制轎廂和廳門，從而進(jìn)行對電梯的控制。FR1，F(xiàn)R2為起過載保護(hù)作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護(hù)作用。曳引電機(jī) 門電機(jī)圖4-2電動機(jī)控制電路圖4.2 PLC外部接線圖PLC外部接線圖見下圖4-3，其中包含主控制器CPU224CN及擴(kuò)展模塊EM223。接線圖分為DC輸入端和DC輸出端。輸入端DC24V的負(fù)極接公共端1M和2M。輸入開關(guān)的一端接到DC24V的正極，輸入開關(guān)的另一端連接到CPU224或ME223各輸入端。輸出端DC24V的正極接L+端。輸出負(fù)載的一端接到DC24V的負(fù)極，輸入開關(guān)的另一端連接到CPU224或EM223各輸出端。圖4-3 PLC外部接線圖4.3 流程圖 電梯上下行流程圖見圖4-4。假設(shè)電梯停在N（N=1,2,3,4）樓,M樓有信號,MN時，電梯上行；MN時，電梯下行。圖4-4 電梯上下行流程圖在電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該外號。電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外梯響應(yīng)功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。電梯響應(yīng)流程圖見圖4-5。圖4-5 電梯響應(yīng)流程圖當(dāng)電梯到達(dá)系統(tǒng)控制的目標(biāo)樓層時，控制系統(tǒng)發(fā)出開門信號，電梯門開，當(dāng)門開到開門限位時，計時3秒鐘，然后關(guān)門，直到關(guān)門限位產(chǎn)生信號。此過程期間，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門電梯門關(guān)閉，并且當(dāng)門關(guān)閉動作時，門間來人會使光電傳感器產(chǎn)生信號，控制系統(tǒng)發(fā)出開門信號，電梯開關(guān)門流程圖見圖4-6。圖4-6 電梯開關(guān)門流程圖4.4 操作原理簡要說明電梯由安裝在各樓層廳門口的上升和下降呼叫按鈕進(jìn)行呼叫操縱，其操縱內(nèi)容為電梯運行方向。電梯轎箱內(nèi)設(shè)有樓層內(nèi)選按鈕S1S4，用以選擇需?？康臉菍?。L1為一層指示、L2為二層指示、L3為三層指示、L4為四層指示，SQ1SQ4為到位行程開關(guān)。具體如下：1、開始時，電梯處于任意一層。2、當(dāng)有外呼梯信號到來時，電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時3S后自動關(guān)門。3、當(dāng)有內(nèi)呼梯信號到來時，電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時3S后自動關(guān)門。4、在電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該外號。5、電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外梯響應(yīng)功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。6、電梯未平層或運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門電梯門關(guān)閉。4.5 編程元件明細(xì)表根據(jù)電梯控制的要求，為能實現(xiàn)電梯各種功能，構(gòu)思PLC控制的程序，粗略估算肯能用到的編程元件。編程元件見下表4-1。表4-1 編程元件明細(xì)表PLC編程元件明細(xì)表輸入繼電器II0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0輸出繼電器QQ0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 01.0 Q1.1 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q.31 Q3.2 Q3.3位存儲器MM1.1 M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 M0.5 M3.3 M2.0 M2.1 M2.2 計時器TT33（設(shè)定值1000） T34(設(shè)定值300)特殊位存儲器SM0.04.6 梯形圖及注釋4.6.1 電梯初始控制由于斷電或故障等原因，會使PLC停止運行。當(dāng)PLC重新運行時，假如電梯門未完全打開或關(guān)閉時，Q2.3置位有信號，產(chǎn)生關(guān)門動作，直到電梯門完全關(guān)閉，Q2.3復(fù)位。當(dāng)電梯未在任意平層時，利用輔助繼電器M1.1,電梯會下降，直到電梯碰觸行程開關(guān)后停止。4.6.2 報警器及超重控制按下警報器按鈕(I2.7)，警報器響(Q2.7)，計時10秒鐘(T33)，警報器關(guān)門。此系統(tǒng)由電梯載重控制儀控制電梯載重。當(dāng)電梯超重時(I2.6)，電梯禁止上下運行，并且超重指示燈亮起（Q2.6）。4.6.3 內(nèi)指令信號的登記與消除以2層內(nèi)呼為例：當(dāng)按下2層內(nèi)呼時(I0.1)，若電梯未在2樓平層時(I1.5)，2層指示燈亮(Q0.1)，電梯運行至2樓平層，門打開，2層指示燈滅；若電梯在2樓平層時，指示燈不亮。4.6.4 電梯選層定向輔助在電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該外號。電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外梯響應(yīng)功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。4.6.5 外召喚信號的登記與消除以2層外呼下指示燈為例：按下2層外呼下按鈕（I0.5），若電梯未在2樓平層時(I1.5)，指示燈亮(Q0.5)，當(dāng)電梯運行至二樓平層，并且該外呼信號得以響應(yīng)時，門打開(Q2.2)，指示燈滅；若電梯停在2樓平層且門未處于打開動作時，按下2層外呼下按鈕，指示燈亮，電梯門打開，指示燈滅。4.6.6 電梯開關(guān)門當(dāng)電梯達(dá)目標(biāo)樓層時，電梯門打開。以2層外呼下為例，當(dāng)按下2層外呼下指示燈亮?xí)r（Q0.5），并且外呼作得到響應(yīng)（M0.0），即M0.0有信號，當(dāng)電梯運行至2樓平層時（I1.5），電梯門打開(Q2.2)。電梯開門到位后，計時3秒(T34)，電梯門關(guān)閉(Q2.3)。電梯未平層或運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門電梯門關(guān)閉。此外當(dāng)門關(guān)閉時，若門間來人，光電傳感器會產(chǎn)生信號，控制電梯門打開。4.6.7 電梯指層控制電梯樓層位置由行程開關(guān)控制。以2層指示燈為例：若電梯在2樓平層時(I1.5)，2層指示燈亮(Q3.1)，當(dāng)電梯向上運行(Q2.0)，指示燈依然亮著，直到電梯到達(dá)3層平層位置(I2.0)；若電梯在3樓層時，3層指示燈亮(Q3.2)，輔助繼電器M2.1置位，電梯下行時（Q2.1），3層指示燈滅，2層指示燈亮，當(dāng)電梯到達(dá)2樓平層時，M2.1復(fù)位。4.7 程序仿真與調(diào)試編好的程序用S7-200仿真軟件進(jìn)行了仿真，步驟如下：第一步，把程序?qū)С霰４鏋椤八膶与娞菘刂葡到y(tǒng).awl”文件。第二步，打開仿真軟件，選擇CPU224及擴(kuò)展模塊EM223。第三步，裝載“四層電梯控制系統(tǒng).awl”文件。第四步，監(jiān)控梯形圖，運行PLC。第五步，點擊輸入點，使相應(yīng)輸入點閉合，查看梯形圖輸出情況，如圖4-6所示。第六步，根據(jù)仿真情況對程序進(jìn)行相應(yīng)的修改和調(diào)試。 通過仿真與調(diào)試，最終得到的程序符合電梯控制的各項要求。圖4-6 PLC仿真第5章 結(jié)論5.1 結(jié)論本次設(shè)計利用S7-200可編程控制器實現(xiàn)對電梯的控制。通過I/O口的估算，合理的選擇PLC的型號。根據(jù)電梯的控制要求，合理的分配I/0口，繪制流程圖，編寫電梯控制程序，并通過軟件對程序進(jìn)行仿真調(diào)試，使電梯實現(xiàn)了轎內(nèi)與各層呼梯指令的記錄、電梯運行方向和選層的控制，電梯上下行和自動開關(guān)門、電梯的指層控制等功能，達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計目的。這次設(shè)計也存在一定的不足。由于時間的倉促、設(shè)備條件和專業(yè)知識的限制，只能模擬電梯控制，用軟件進(jìn)行仿真，未能對相關(guān)的元器件進(jìn)行選型和制作電梯模型。另外，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤，肯請閱讀此篇論文的老師多予指正。面對問題，才有可能解決問題。不足和遺憾不會給我打擊，只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識，更好的為社會做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，為祖國建設(shè)做出貢獻(xiàn)。致 謝兩年大學(xué)時光伴隨著畢業(yè)設(shè)計即將畫上一個完整的句號?；厥走@兩年的美好歲月，感覺自己收獲頗多。在完成了大學(xué)最后一項任務(wù)后，突然發(fā)