電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，一些電梯廠也在不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)、修改工藝。更新?lián)Q代生產(chǎn)更新型的電梯，電梯主要分為機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩大部份，隨著自動(dòng)控制理論與微電子技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式與控制手段均發(fā)生了很大的變化，交流調(diào)速是當(dāng)前電梯拖動(dòng)的主要發(fā)展方向。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(jī)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(diǎn)，目前已逐漸被淘汰。微機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而PLC控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng),設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，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(shù)改造。關(guān)鍵詞 PLC；電梯；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)AbstractAlong with science's and technology's development, the recent years, our country's elevator production technology obtained the rapidly expand. Some elevator factory unceasingly is also improving the design, the revision craft. The renewal production renewal's elevator, the elevator mainly divides into the mechanical system and the control system two major parts, along with the automatic control theory and microelectronic technology's development, elevator's dragging way and the control method has had the very big change, the exchange velocity modulation is the current elevator dragging main development direction. At present the lift control system mainly has three control modes: Following electric circuit control system (“early installment elevator many black-white control system), PLC control system, microcomputer control system. Because the black-white control system the failure rate is high, the reliability is bad, control mode not nimble as well as consumed power big and so on shortcomings, at present has been eliminated gradually. Key words PLC, elevator, control system, design目錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題研究目的和意義11.2 電梯控制系統(tǒng)的組成21.3 PLC在電梯系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)41.4 可編程控制器簡(jiǎn)介51.4.1 可編程控制器的發(fā)展51.4.2 PLC的用途61.4.3 可編程控制器的特點(diǎn)71.4.4 PLC的工作原理91.4.5 PLC的編程語(yǔ)言101.5 論文的主要研究?jī)?nèi)容10第2章 電梯PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案122.1 樓層狀態(tài)指示設(shè)計(jì)142.2 電梯下行程序設(shè)計(jì)152.3 電梯上行程序設(shè)計(jì)162.4 電梯到達(dá)時(shí)程序設(shè)計(jì)16第3章 系統(tǒng)輸入輸出設(shè)計(jì)183.1 PLC輸入信號(hào)的確定方法183.2 PLC輸出信號(hào)的確定方法18第4章 電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)244.1 電梯的控制要求244.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析244.3 電梯模型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)254.4 PLC的選擇264.5 I/O分配表264.6 硬件接線圖284.7 PLC程序梯形圖29第5章 電梯PLC的調(diào)試與安裝355.1 模擬調(diào)試355.2 安裝調(diào)試355.2.1 單指令運(yùn)行調(diào)試365.2.2 復(fù)雜運(yùn)行調(diào)試36結(jié) 論37致 謝38參考文獻(xiàn)39千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論1.1 課題研究目的和意義自1889年美國(guó)奧迪斯升降機(jī)公司推出世界第一部以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的升降機(jī)以來(lái)，電梯在驅(qū)動(dòng)方式上經(jīng)歷了卷筒式驅(qū)動(dòng)、牽引式驅(qū)動(dòng)等歷程，逐漸形成了直流電機(jī)拖動(dòng)和交流電機(jī)拖動(dòng)兩種不同的拖動(dòng)方式。如今電梯已成為人們進(jìn)出高層建筑不可或缺的代步工具；而且作為載人工具，人們?cè)谶\(yùn)行的平滑性、高速性、準(zhǔn)確性、高效性等一系列靜、動(dòng)態(tài)性能方面對(duì)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(fù)雜、一旦接收完成不易更改等缺點(diǎn)，所以需要開發(fā)一種安全、高效的控制方式。可編程控制器既保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多高品質(zhì)性能。因此，PLC在電梯控制領(lǐng)域得到了廣泛而深入的應(yīng)用1。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)得到十分廣泛地應(yīng)用。PLC是一種基于數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)、專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電子控制裝置，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ) 用戶指令，通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入/輸出，完成一系列邏輯、順序、定時(shí)、記數(shù)、運(yùn)算等確定的功能，來(lái)控制各種類型的機(jī)電一體化設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來(lái)的一種垂直運(yùn)輸工具。多層廠房和多層倉(cāng)庫(kù)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(dòng)扶梯。在現(xiàn)代社會(huì),電梯已像汽車、輪船一樣，成為人類不可缺少的交通運(yùn)輸工具。據(jù)統(tǒng)計(jì),美國(guó)每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數(shù)。當(dāng)今世界,電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。追溯電梯這種升降設(shè)備的歷史,據(jù)說(shuō)它起源于公元前236年的古希臘。當(dāng)時(shí)有個(gè)叫阿基米德的人設(shè)計(jì)出人力驅(qū)動(dòng)的卷筒式卷?yè)P(yáng)機(jī)。1858年以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的客梯，在美國(guó)出現(xiàn),繼而有在英國(guó)出現(xiàn)水壓梯。1889年美國(guó)的奧梯斯電梯公司首先使用電動(dòng)機(jī)作為電梯動(dòng)力,這才出現(xiàn)名副其實(shí)的電梯,并使電梯趨于實(shí)用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺(tái)自動(dòng)扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯,首批46臺(tái)群控電梯在紐約的聯(lián)合國(guó)大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)控制電梯。1962年美國(guó)出現(xiàn)了速度達(dá)8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進(jìn)工業(yè)國(guó)只成了無(wú)觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯控制電梯。1967年可控硅應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)筒化，性能提高。1971年集成電路被應(yīng)用于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機(jī)開始用于電梯，使電梯的電氣控制進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期13。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(shù)先進(jìn)性，在電梯控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)重要方向，成為當(dāng)前電梯控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。高校中關(guān)于PLC 教學(xué)實(shí)驗(yàn)的中等模型較少，為此，自行設(shè)計(jì)并制作了專用4層集選電梯。此電梯模型所采用的類型為三菱FX2C。PLC程序設(shè)計(jì)采用模塊化編程思想，即根據(jù)各功能實(shí)現(xiàn)的條件及原則設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊。設(shè)計(jì)的程序要求完成電梯自動(dòng)運(yùn)行功能如：內(nèi)選外召喚信號(hào)的登記、消號(hào)、到層自動(dòng)開門、延時(shí)自動(dòng)運(yùn)行等。合理分配轎廂內(nèi)指令的執(zhí)行和廳外召喚的應(yīng)答。關(guān)于PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及電梯控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試重點(diǎn)介紹如下。1.2 電梯控制系統(tǒng)的組成一、電梯硬件的分析 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(dòng)力，使電梯運(yùn)行。曳引系統(tǒng)主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪，反繩輪組成。(2)導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。(3)轎廂轎廂是運(yùn)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(jī)，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(duì)平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對(duì)重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動(dòng)正常。系統(tǒng)主要由對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置組成。(6)電力拖動(dòng)系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功能是提供動(dòng)力，實(shí)行電梯速度控制。電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電動(dòng)機(jī)，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動(dòng)機(jī)調(diào)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(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)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(hù)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(hù)裝置組成。二、電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動(dòng)部分和電氣控制部分組成。(1)電力拖動(dòng)電力拖動(dòng)部分由拽引電機(jī)、抱閘和相應(yīng)的開關(guān)電路以及開門機(jī)組成。由于所設(shè)計(jì)的只是一個(gè)教學(xué)模型，梯速低于1.5m/s，所以只要能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)即可，而不必考慮電機(jī)的機(jī)械特性。制動(dòng)時(shí)為滿足準(zhǔn)確停層的需要，定子回路可接入電抗器減速最后再加上抱閘制動(dòng)。故在制動(dòng)過(guò)程中采用了三檔延時(shí)切換控制。(2)電氣控制電氣控制部分又稱控制電路，它是電梯控制系統(tǒng)的核心。它包含兩部分：拖動(dòng)控制電路和信號(hào)控制電路。拖動(dòng)控制電路因電梯的拖動(dòng)方式不同而各異?？梢允墙佑|器線圈及其相關(guān)的控制電路 ，也可以是 電力電子器件的門極控制電路，對(duì)于有速度閉環(huán)控制的系統(tǒng)，還必須考慮含有電源、電壓、速度檢測(cè)電路和調(diào)節(jié)電路。信號(hào)控制電路與拖動(dòng)的方式關(guān)系不大，主要與程序能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有直接的關(guān)系。因此，不同的拖動(dòng)方式的電梯可以采用同一信號(hào)控制電路。(3)PLC系統(tǒng)部分完成所設(shè)定的控制任務(wù)所需要的PLC規(guī)模主要取決于控制系統(tǒng)對(duì)輸入，輸出點(diǎn)的需求量和控制過(guò)程的難易程度。IO點(diǎn)的估算：系統(tǒng)的輸入點(diǎn)有：門廳召喚按鈕6個(gè)輸入點(diǎn)；轎內(nèi)指令按鈕4個(gè)點(diǎn)；樓層感應(yīng)器4個(gè)點(diǎn)；門區(qū)感應(yīng)l點(diǎn)；手動(dòng)開門l點(diǎn)：共計(jì)輸入點(diǎn)16點(diǎn)。而輸出點(diǎn)有：快慢速接觸器2點(diǎn)；上下行接觸器2點(diǎn)；樓層指示燈4點(diǎn)；門鎖1個(gè)點(diǎn)；共計(jì)輸出點(diǎn)9點(diǎn)。總計(jì)IO點(diǎn)數(shù)為169. 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(diǎn)數(shù)為34點(diǎn)，電機(jī)20點(diǎn)，考慮10%到15%的I/O裕量，我們選擇FX2C-64MR這種型號(hào)。1.3 PLC在電梯系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市中涌現(xiàn)出越來(lái)越多的高層建筑，而與之配套的電梯已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚墓ぞ?。同時(shí)，由于城市老齡化問(wèn)題日益突出，多層建筑同樣也有使用電梯的要求。而目前，國(guó)內(nèi)中小電梯廠商大多采用繼電器控制或微機(jī)控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制，前者硬布線的邏輯控制方式具有原理簡(jiǎn)單、直觀等特點(diǎn)，但通用性差，邏輯系統(tǒng)由許多觸點(diǎn)組成，接線復(fù)雜、故障率高、設(shè)備龐大，現(xiàn)已慢慢淡出市場(chǎng)；后者在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛，在電梯控制上取代傳統(tǒng)的繼電器控制方式慢慢受到人們的重視。根據(jù)電梯的功能要求，微機(jī)控制電梯的方式主要分為4種：?jiǎn)挝C(jī)控制方式，雙微機(jī)控制方式，三微機(jī)控制方式，群控電梯的微機(jī)控制方式。單微機(jī)控制方式又分為2種，即單板機(jī)控制方式和單片機(jī)控制方式；雙微機(jī)控制方式由控制系統(tǒng)CPU和拖動(dòng)系統(tǒng)CPU以及部分繼電器組成整個(gè)電梯的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)起制動(dòng)閉環(huán)、穩(wěn)速開環(huán)控制，也可以實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制；三微機(jī)控制方式也稱為多微機(jī)控制方式，以上海三菱的VFCL系統(tǒng)為例，它采用三個(gè)CPU來(lái)控制電梯，整個(gè)系統(tǒng)由三部分組成：DR-CPU驅(qū)動(dòng)部分、CC-CPU控制和管理部分、ST-CPU串行傳部分，VFCL系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分采用VVVF方式對(duì)曳引機(jī)進(jìn)行速度控制，控制部分主要對(duì)選層器、速度圖形和安全檢查電路三方面進(jìn)行控制；群控方式使用的微機(jī)數(shù)量根據(jù)方式的不同也有所不同。但是由于微機(jī)控制的可靠性不高，容易發(fā)生故障，從而使電梯難以達(dá)到用戶希望的安全、穩(wěn)定、可靠等要求2。PLC自問(wèn)世以來(lái)，以其高可靠的特點(diǎn)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信技術(shù)的進(jìn)步，PLC的性價(jià)比逐年提高，使用PLC控制電梯，是一種投資小、見效快、可靠性高的好方法2。1.4 可編程控制器簡(jiǎn)介1.4.1 可編程控制器的發(fā)展第一臺(tái)可編程控制器的設(shè)計(jì)規(guī)范是美國(guó)通用公司提出的。當(dāng)時(shí)的目的是要求設(shè)計(jì)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(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)具有現(xiàn)代化生產(chǎn)線所要求的時(shí)間響應(yīng)快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多高品質(zhì)與功能。這一設(shè)想提出后，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年研制成第一臺(tái)PLC，型號(hào)為PDP-14，投入通用汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿意的效果，從此開創(chuàng)了PLC的新紀(jì)元。第一臺(tái)PLC具有模塊化、可擴(kuò)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(fù)使用。盡管控制器編程有些瑣碎，但它具有公共的工廠標(biāo)準(zhǔn)梯形圖編程語(yǔ)言，這樣使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便的使用它。在短時(shí)間內(nèi)，PLC在其他工業(yè)部門也得到應(yīng)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(shè)備，邁出了其實(shí)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(wèn)世，使可編程控制技術(shù)產(chǎn)生了飛躍。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)控制、提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。在這個(gè)時(shí)期，日本、原西德和法國(guó)相繼研制出了自己的PLC，我國(guó)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(chǎn)品。這是面向工程技術(shù)人員的編程語(yǔ)言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語(yǔ)言。在功能上，PLC可以代替某些模擬控制裝置和小型機(jī)DDC系統(tǒng)。進(jìn)入八九十年代后，PLC的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，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(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)生，可診斷自身故障及機(jī)器故障。這些改進(jìn)使PLC符合今天對(duì)高質(zhì)量高產(chǎn)出的要求。盡管PLC功能越來(lái)越強(qiáng)，但他仍然保留了先前的簡(jiǎn)單與易于使用的特點(diǎn)2 (PLC實(shí)物圖1-1)圖1-1 三種常見的PLC1.4.2 PLC的用途PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來(lái)由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降,使PLC的成本下降,同時(shí)又由于PLC的功能大大增強(qiáng),使PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)6-9。PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型：（1）順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)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(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。相對(duì)來(lái)說(shuō)，位置控制模塊比計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環(huán)過(guò)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(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過(guò)程控制。當(dāng)過(guò)程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí),PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。（4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)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(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過(guò)窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由PLC送至CNC設(shè)備使用。美國(guó)GE公司的CNC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計(jì)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(yīng)國(guó)外近幾年來(lái)興起的工廠自動(dòng)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(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)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(shí)的對(duì)策。1.4.3 可編程控制器的特點(diǎn)PLC的性能特點(diǎn)(1)硬件的可靠性PLC是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的PLC能置于有很強(qiáng)的電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中5。在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡(jiǎn)化安裝，使它易于抗振動(dòng)沖擊，對(duì)印制電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨(dú)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(gè)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(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號(hào)；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線插拔、調(diào)試時(shí)不會(huì)影響各機(jī)的正常運(yùn)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(guān)、光電開關(guān)、電磁電機(jī)等外圍裝置上。(2) 編程簡(jiǎn)單，使用方便用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，常使用匯編語(yǔ)言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。PLC采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌握。例如，目前打多數(shù)PLC均采用的梯形圖語(yǔ)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(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平很容易被電氣技術(shù)人員所接受，易于編程，程序改變時(shí)也容易修改，很靈活方便。這種面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的編程方式，與目前微機(jī)控制常用的匯編語(yǔ)言相比，雖然在PLC內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時(shí)間，但對(duì)大多數(shù)的機(jī)電控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是微不足道的。(3) 接線簡(jiǎn)單，通用性好PLC的接線只需將輸入信號(hào)的設(shè)備（按鈕、開關(guān)等）與PLC輸入端子連接，將接受輸出信號(hào)執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與PLC輸出端子連接。接線簡(jiǎn)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(luò)”，這樣生產(chǎn)線的自動(dòng)化過(guò)程就能隨意改變。這種性能使PLC具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬件接口實(shí)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(shè)計(jì)就使現(xiàn)場(chǎng)電氣人員與技術(shù)人員易于是用。(4)可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可分為兩類：一類是低速網(wǎng)絡(luò)，采用主從方式通信，傳輸速率從幾千波特到上萬(wàn)波特，傳輸距離為5002500m；另一類為高速網(wǎng)絡(luò)，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(jié)點(diǎn)可達(dá)1024個(gè)。這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級(jí)連，網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和計(jì)算機(jī)，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。(5) 易于安裝，便于維護(hù)PLC安裝簡(jiǎn)單而且功能有效，其相對(duì)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(jié)構(gòu)使之能安裝在繼電器附近并將連線向已有接線端，其實(shí)改換很方便，只要將輸入/輸出設(shè)備連向接線端即可。在大型安裝中，長(zhǎng)距離輸入/輸出站點(diǎn)安放在最優(yōu)地點(diǎn)。長(zhǎng)距離站通過(guò)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(zhǎng)距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達(dá)安裝場(chǎng)地前由PLC制造商預(yù)先連好線，這一方法大大減少了電氣技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間。從一開始，PLC便以易維護(hù)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護(hù)時(shí)只需更換模塊級(jí)插入式部件，故障檢測(cè)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(shè)備可見輸入/輸出是ON還是OFF，還可寫編程指令來(lái)報(bào)告故障。PLC的這些及其他特性使之成為任何一個(gè)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(shí)現(xiàn)，向其他智能設(shè)備一樣,PLC的潛在優(yōu)點(diǎn)還取決于應(yīng)用時(shí)的創(chuàng)造性。1.4.4 PLC的工作原理PLC具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)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(jié)束符后又返回第一條。如此周而不斷循環(huán)。每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個(gè)階段。所謂I/O刷新即對(duì)PLC的輸入進(jìn)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(nèi)部寄存器，同時(shí)將新的運(yùn)算結(jié)果送到輸出端。這實(shí)際是將存入輸入、輸出狀態(tài)的寄存器內(nèi)容進(jìn)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(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，或者說(shuō)輸出隊(duì)輸入產(chǎn)生了響應(yīng)。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(yīng)，而要到下一次掃描期間輸出才會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對(duì)輸入的響應(yīng)速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于這幾個(gè)因數(shù)：一是CPU執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用的時(shí)間，三是指令條數(shù)的多少，即程序的長(zhǎng)短。對(duì)于慢速控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度常常不是主要的，故這種方式不但沒(méi)有壞處反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。因?yàn)楦蓴_常是脈沖式的、短時(shí)的，而由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，常常要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起的誤動(dòng)作將會(huì)大大減少，故增加了抗干擾能力。但對(duì)控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，這一問(wèn)題就需慎重考慮。應(yīng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間作出精確的計(jì)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(yīng)延時(shí)等的不良影響。1.4.5 PLC的編程語(yǔ)言PLC提供了較完整的編程語(yǔ)言，以適應(yīng)PLC在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用編程語(yǔ)言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)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(nèi)部的存儲(chǔ)器中，它也能方便地讀出、檢查與修改。PLC提供的編程語(yǔ)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(yīng)用最廣的，梯形圖編程有時(shí)稱為繼電器梯形圖邏輯圖編程。它使用的最廣是因?yàn)樗鸵酝睦^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(chǔ)上演變而來(lái)的，它與電氣操作原理相呼應(yīng)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是形象、直觀和實(shí)用，為廣大電氣技術(shù)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(hào)和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的時(shí)內(nèi)部繼電器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，都是由軟件實(shí)現(xiàn)的，其主要特點(diǎn)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(lái)表達(dá)一個(gè)順序控制過(guò)程。布爾邏輯編程(Boolean Logic Programming)包括“與”（AND）、或(OR)、非(NOT)以及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器等4。每一種編程方法都有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，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(yīng)用編程方法。1.5 論文的主要研究?jī)?nèi)容隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展, 現(xiàn)代化程度日益提高,高層建筑愈來(lái)愈多, 電梯也隨之增多, 電梯產(chǎn)品在人們物質(zhì)文化生活中的地位得到了提高,成為重要的運(yùn)輸設(shè)備之一。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的電梯控制是由繼電器、接觸器構(gòu)成。它不僅存在著可靠性差、成本高、故障率高等缺點(diǎn),而且在層數(shù)增加時(shí),配線變化給制造及安裝帶來(lái)諸多不便。由此可見，研究一種新的電梯控制系統(tǒng)具有十分重要的意義?；诖?，我們提出了本次設(shè)計(jì)：PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)主要以PLC作為工具對(duì)升降電梯的各種操作進(jìn)行控制。通過(guò)編寫程序，對(duì)電梯的升降動(dòng)作進(jìn)行模擬仿真。此電梯模型所采用的類型為三菱FX2C。PLC程序設(shè)計(jì)采用模塊化編程思想，即根據(jù)各功能實(shí)現(xiàn)的條件及原則設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊。設(shè)計(jì)的程序要求完成電梯自動(dòng)運(yùn)行功能如：內(nèi)選外召喚信號(hào)的登記、消號(hào)、到層自動(dòng)開門、延時(shí)自動(dòng)運(yùn)行等。合理分配轎廂內(nèi)指令的執(zhí)行和廳外召喚的應(yīng)答。本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。為此，自行設(shè)計(jì)并制作了專用4層集選電梯。 第2章電梯PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案系統(tǒng)控制核心為主機(jī)，通過(guò)輸入接口送入由存儲(chǔ)器的軟件運(yùn)算處理，然后經(jīng)輸出接口分別向指層器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號(hào)，向主拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)。具體的電梯控制信號(hào)原理如圖2-1所示。圖2-1電梯PLC信號(hào)控制系統(tǒng)框圖電梯的工作原理曳引繩兩端分別連著轎廂和對(duì)重，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器變速后帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對(duì)重的升降運(yùn)動(dòng)，達(dá)到運(yùn)輸目的。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升降運(yùn)動(dòng)，防止轎廂在運(yùn)行中偏斜或擺動(dòng)。常閉塊式制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)松閘，使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在失電情況下制動(dòng)，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止?fàn)顟B(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對(duì)重用來(lái)平衡轎廂載荷、減少電動(dòng)機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來(lái)補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動(dòng)中的張力和重量變化，使曳引電動(dòng)機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確?？俊ｋ姎庀到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)動(dòng)的控制，同時(shí)完成選層、平層、測(cè)速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時(shí)顯示轎廂的運(yùn)動(dòng)方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運(yùn)行安全14。2.1樓層狀態(tài)指示設(shè)計(jì)當(dāng)電梯運(yùn)行至某層有指令發(fā)出指示位置及指令，以二層為例如表2-1所示：表2-1 指示位置及指令表LD 二層內(nèi)選撣S ，1二層內(nèi)選擇指示LD 二層上呼S ，1二層上呼指示LJ 二層下呼S ，1二層下呼指示LD 二層位置= 二層位置指示2.2電梯下行程序設(shè)計(jì)以電梯在三層下行情況為例。當(dāng)電梯的一或二層有指令時(shí)，將三層下行位置1，同時(shí)無(wú)上行，驅(qū)動(dòng)電梯下行。程序說(shuō)明如下表2-2所示：表2-2 程序說(shuō)明表電棒在三晨時(shí)下行情況0一層內(nèi)選擇0或二層內(nèi)選擇0或一層上呼0TWOD或二層下呼O TWOUP或二層上呼A在三層位置時(shí)置三層下行位電梯下行LDV0.0有四層下行位OV0.1或有三層下行位OV0.2或有二層下行位AN up同時(shí)無(wú)上行=down電梯下行2.3 電梯上行程序設(shè)計(jì)以電梯在二層上行情況為例。程序說(shuō)明如表2-3所示。2.4 電梯到達(dá)時(shí)程序設(shè)計(jì)電梯到達(dá)某層時(shí)。將已完成的指令信號(hào)復(fù)位。以電梯到達(dá)三層為例。程序說(shuō)明如表2-4所示。表2-3 程序說(shuō)明表電梯在二層時(shí)上行情況LD 四層選擇O 或三層選擇O 或四層下呼O 或三層下呼O 或三層上呼A 在二層位置時(shí)置二層上行位電梯上行LD V0.3有一層上行位O V0.4或有二層上行位O V0.5或有三層上行位AN down同時(shí)電梯無(wú)下行= UP電梯上行MCGMS態(tài)軟件具有全中文、面向窗口的可視化操作界面。實(shí)時(shí)性強(qiáng)，有良好的并行處理性能和豐富生動(dòng)的多媒體畫面。MCGMS態(tài)軟件的開放式結(jié)構(gòu)擁有廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。同時(shí)。提供良好的安全機(jī)制，為多個(gè)不同級(jí)別用戶設(shè)定不同的操作權(quán)限。MCGS組態(tài)軟件支持多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備無(wú)關(guān)”，用戶不必因外部設(shè)備的局部改動(dòng)，而影響整個(gè)系統(tǒng)。MCGS組態(tài)軟件由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立。又緊密相關(guān)。本文利用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。在設(shè)備組態(tài)窗口中選擇適當(dāng)?shù)拇谕ㄓ嵲O(shè)備添加FX2C-64MR。正確設(shè)置其屬性。正確設(shè)置組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)變量設(shè)備通道的連接，即可實(shí)現(xiàn)PLC與組態(tài)軟件的通訊。將PLC中的串口驅(qū)動(dòng)程序與組態(tài)軟件的需求響應(yīng)相結(jié)合，使電腦對(duì)PLC發(fā)出的信號(hào)有響應(yīng)。在MCGS組態(tài)軟件的用戶窗口中，制作一個(gè)動(dòng)畫界面。在界面上設(shè)置各個(gè)控件的屬性，使設(shè)置的控件按照真實(shí)的情況動(dòng)作，檢驗(yàn)和測(cè)試電梯PLC控制系統(tǒng)對(duì)電梯的運(yùn)行狀態(tài)的控制效果。MCGS用主控窗口、設(shè)備窗口和用戶窗口來(lái)構(gòu)成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的人機(jī)交互圖形界面組態(tài)配置各種不同類型和功能的對(duì)象或構(gòu)構(gòu)?？梢詫?duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。表2-4 程序說(shuō)明表電梯到達(dá)三層LD 電梯到達(dá)三層R 1復(fù)位三層內(nèi)選擇復(fù)位四層下行復(fù)位一層上行復(fù)位二層上行LD 電梯到達(dá)三層AN down同時(shí)無(wú)下行R .1復(fù)位三層上行LD 電梯到達(dá)三層AN up同時(shí)無(wú)上行R .1復(fù)位三層下行 第3章 系統(tǒng)輸入輸出設(shè)計(jì)電梯PLC控制方案電梯PLC 控制系統(tǒng)的控制核心是PLC 。哪些信號(hào)需要輸入PLC ，PLC 要驅(qū)動(dòng)哪些負(fù)載，以及采用何種編程方式。輸入輸出點(diǎn)的確定，是設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)的首要問(wèn)題，決定系統(tǒng)的程序及線路設(shè)計(jì)方案。3.1 PLC輸入信號(hào)的確定方法PC輸入信號(hào)的確定方法在保證電梯運(yùn)行安全的前提下，各種控制信號(hào)盡量直接輸入PLC，如圖：內(nèi)外呼信號(hào)及層樓感應(yīng)信號(hào)、急停按鈕及開關(guān)門信號(hào)等。本模塊輸入信號(hào)主要由樓層呼叫信號(hào)（6個(gè)）和平層號(hào)（4個(gè)）組成#樓層呼叫信號(hào)用帶指示燈的按鈕直接控制的輸入端子就可實(shí)現(xiàn)。平層信號(hào)需提供的是開關(guān)信號(hào)，由于霍爾元件具有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、安裝方便、功率小、耐震動(dòng)、不怕灰塵等優(yōu)點(diǎn)，我選擇了橋廂下安裝磁鐵，通過(guò)非接觸的霍爾元件產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)的方法。開關(guān)霍爾集成傳感器與的輸入端子連接示意圖如圖3-1所示圖3-1霍爾集成與連接示意圖可用梯形圖或順序功能圖SFC來(lái)編程#梯形圖編出的程序簡(jiǎn)短，但可讀性差，而且需要長(zhǎng)期的編程技巧積累才能完成。建議學(xué)生用SFC來(lái)編，根據(jù)呼叫信號(hào)和平層信號(hào)的變化控制PLC的輸出端Y13，Y14，Y15產(chǎn)生升、降、停信號(hào)來(lái)進(jìn)一步控制單片機(jī)的工作。要求學(xué)生編程時(shí)，Y13、Y14要互鎖，避免同時(shí)接通，損壞步進(jìn)電機(jī)。3.2 PLC輸出信號(hào)的確定方PLC通過(guò)軟件對(duì)輸入控制信號(hào)進(jìn)行處理后，由輸出接口發(fā)出控制信號(hào)及各種指示信號(hào)3。PLC梯形圖軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)。模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試。如分為開關(guān)門、內(nèi)選、外召喚、層樓數(shù)指示、定向、換速、到層延時(shí)等模塊。模塊間不完全獨(dú)立，它們之間存在著有機(jī)聯(lián)系。且在編程時(shí)要注意各條指令間的邏輯關(guān)系，梯形圖中的內(nèi)部輔助繼電器和定時(shí)器統(tǒng)一分配編號(hào)，除了列I/O分配表外，還應(yīng)列出內(nèi)輔功能分配表。充分利用PLC提供的指令。輸出部分（步進(jìn)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)）模擬電梯橋廂需根據(jù)呼叫和平層信號(hào)在短距離內(nèi)（約25cm）不停上下移動(dòng)和啟停,嘗試了用多種控制方法去控制直流和交流電機(jī)都不能滿足要求,最后選用步進(jìn)電機(jī)滿足了設(shè)計(jì)的要求.通過(guò)對(duì)PLC進(jìn)行編程,能直接控制步進(jìn)電機(jī),但這樣同一PLC完成兩種任務(wù),就會(huì)運(yùn)行兩種不同的程序和有兩種接口,本模塊的設(shè)計(jì)會(huì)很復(fù)雜,這也偏離了設(shè)計(jì)的原意,為此設(shè)計(jì)了通過(guò)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的方法實(shí)現(xiàn).步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu). 當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào), 他就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，他的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的，步進(jìn)電機(jī)具有瞬間起動(dòng)與急速停止的優(yōu)越性，速度可以控制得很慢，方便演示?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖、信號(hào)分配、功率放大等組成的控制系統(tǒng)，方框圖如圖3-2所示圖3-2控制步進(jìn)電機(jī)方框圖步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖3-3所示圖3-3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路脈沖信號(hào)的產(chǎn)生脈沖信號(hào)由程序控制單片機(jī)產(chǎn)生，如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，他就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，他會(huì)再轉(zhuǎn)一步，沒(méi)有脈沖，就停止。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快，調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速12。為方便演示，速度要較慢，單片機(jī)程序設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速為20ms對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程,當(dāng)PLC的Y13、Y14、Y15分別有信號(hào)時(shí),使電機(jī)分別完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止動(dòng)作，程序如下：ORG STORP:ORL P2,#OFFH ; 步進(jìn)電機(jī)停止LOOP:JNB P1.0,FOR ;Y13是否有信號(hào),是則正轉(zhuǎn) JNB P1.1,REV ;Y14是否有信號(hào),是則反轉(zhuǎn) JNB P1.2,STOP ;Y15是否有信號(hào),是則停止 JM PLOOPFOR:MOV R0,#00H ; 正轉(zhuǎn)至TABLE取碼指針初值FOR1:MOV A,R0 ; 至TABLE取碼 MOV DPTR ,#TABLE MOVC A,A+DPTR JZ FOR ; 是否取到結(jié)束碼(00H)?CPL A ; 將ACC反相MOV P2.A ; 輸出至P2,正轉(zhuǎn)JNB P1.2,STO P;Y15是否有信號(hào),是則停止JNB P1.1,REV ;Y14是否有信號(hào),是則反轉(zhuǎn)CALL DELAY ; 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速INC R0 ; 取下一個(gè)碼JM PFOR1 REV:MOV R0,#05H ; 反轉(zhuǎn)至TABLE取碼指針初值 REV1:MOV A,R0 ; 至TABLE取碼 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,+DPTR JZ REV ; 是否取到結(jié)束碼(00H)? CPL A ; 將ACC反相 MOV P2.A ; 輸出至P2反轉(zhuǎn) JNB P1.2,STOP ;Y15是否有信號(hào),是則停止 JNB P1.0,FOR ;Y13是否有信號(hào),是則正轉(zhuǎn) CALL DELAY ; 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速 INC R0 ; 取下一個(gè)碼 JM PREV1STOP:JM PSTOPDELAY:MOV R1,#40H ; 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速20ms D1:MOV R2,#248DJNZ R2,$ DJNZ R1,D1 RETTABLE:DB 03H,09H,0CH,06H, ; 正轉(zhuǎn) DB 00 ; 正轉(zhuǎn)結(jié)束碼 DB 03H,06H,0CH,09H ; 反轉(zhuǎn) DB 00 反轉(zhuǎn)結(jié)束碼END(2)信號(hào)分配本模塊使用的是二相四拍感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)，步距角為1.8°；當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CD-DA或（AB-B- -）時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A-CA-BC-AB或（-B-AB）時(shí)為反轉(zhuǎn)。（3）功率放大單片機(jī)的輸出信號(hào)經(jīng)74系列數(shù)字運(yùn)放整形放大，再經(jīng)達(dá)林頓管進(jìn)一步放大推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。4層電梯仿真模塊的控制原理方框圖如圖3-4所示圖3-4 4層電梯仿真模塊的控制原理方框圖由信號(hào)輸入、控制電梯的PLC編程、步進(jìn)電機(jī)控制3大部分組成。模塊的面板如圖3-5所示圖3-5 4層電梯模塊面板基本控制原理：編制PLC控制程序#對(duì)樓層的呼叫信號(hào)、平層信號(hào)作出停止、升/降判斷，然后將信號(hào)傳送到單片機(jī)，調(diào)用單片機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止控制程序#再由單片機(jī)輸出回路的勵(lì)磁信號(hào)經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)皮帶使橋廂上、下移動(dòng)，完成電梯的模擬運(yùn)行。 第4章電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1電梯的控制要求（1）當(dāng)電梯停于某層時(shí)，有一高層呼叫時(shí)，電梯上升到呼叫層停止。（2）當(dāng)電梯停于某層時(shí)，有一低層呼叫時(shí)，電梯下降到呼叫層停止。（3）當(dāng)電梯停于某層時(shí)，有多高層呼叫時(shí)，電梯先上升到較低的呼叫層，停3秒后繼上升到高的呼叫層，響應(yīng)完畢后停止。（4）當(dāng)電梯停于某層時(shí)，有多低層呼叫時(shí)，電梯先下降到較高的呼叫層，停3秒后繼續(xù)下降到低的呼叫層，響應(yīng)完畢后停止。（5）當(dāng)電梯處于上升或上降過(guò)程中，任何反向的呼叫均無(wú)效。4.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：（1）最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題。（2）保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。（3）力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。4.3電梯模型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于電梯的運(yùn)行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號(hào)、行程信號(hào)進(jìn)行控制，而樓層和轎廂的呼叫是隨機(jī)的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機(jī)邏輯控制。即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號(hào)，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時(shí)的控制電梯的運(yùn)行。另外，轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數(shù)確定，并送PLC的計(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行控制。同時(shí)，每層樓設(shè)置一個(gè)接近開關(guān)用于檢測(cè)系統(tǒng)的樓層信號(hào)。為便于觀察，對(duì)電梯的運(yùn)行方向以及電梯所在的樓層進(jìn)行顯示，采用LED和發(fā)光管顯示，而對(duì)樓層和轎廂的呼叫信號(hào)以指示燈顯示(開關(guān)上帶有指示燈)。為了提高電梯的運(yùn)行效率和平層的精度，系統(tǒng)要求PLC能對(duì)轎廂的加、減速以及制動(dòng)進(jìn)行有效的控制。根據(jù)轎廂的實(shí)際位置以及交流調(diào)速系統(tǒng)的控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了電梯的運(yùn)行安全，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置可靠的故障保護(hù)和相應(yīng)的顯示15。采用PLC實(shí)現(xiàn)的電梯控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)主要部分構(gòu)成如圖4-1所示。圖4-1PLC實(shí)現(xiàn)的電梯控制系統(tǒng)主要構(gòu)成部分根據(jù)電梯所處的位置和運(yùn)行方向，在編程中，采用了四個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，即上行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、上行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、下行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、下行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。其中，上行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以上樓層所發(fā)出的向上運(yùn)行的呼叫信號(hào)，該呼叫信號(hào)所對(duì)應(yīng)的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成的陣列。上行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以下樓層所發(fā)出的向上運(yùn)行的呼叫信號(hào)，該呼叫信號(hào)所對(duì)應(yīng)的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成的隊(duì)列?？刂葡到y(tǒng)在電梯運(yùn)行中實(shí)時(shí)排列的四個(gè)優(yōu)先級(jí)陳列，為實(shí)現(xiàn)隨機(jī)邏輯控制提供了基礎(chǔ)。當(dāng)電梯以某一運(yùn)行方向接近某樓層的減速位置時(shí)，判別該樓層是否有同向的呼叫信號(hào)(上行呼叫標(biāo)志寄存器、下行呼叫標(biāo)志寄存器、有呼叫請(qǐng)求時(shí)，相應(yīng)寄存器為l，否則為0)，如有，將相應(yīng)的寄存器的脈沖數(shù)與比較寄存器進(jìn)行比較，如相同，則在該樓層減速停車：如果不相同，則將該寄存器數(shù)據(jù)送入比較寄存器，并將原比較寄存器數(shù)據(jù)保存，執(zhí)行該樓層的減速停車。該動(dòng)作完畢后，將被保存的數(shù)據(jù)重新送入比較寄存器，以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)邏輯控制。系統(tǒng)還利用行程判斷樓層，并轉(zhuǎn)化成BCD碼輸出，通過(guò)硬件接口電路以LED顯示。4.4PLC的選擇電梯的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電梯的起動(dòng)加速、穩(wěn)速運(yùn)行、制動(dòng)減速起著決定性作用。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響電梯的起動(dòng)、制動(dòng)、加減速度、平層精度、乘座的舒適感等指標(biāo)。所以我們的PLC選用德維森科技（深圳）的V80系列，V80系列PLC以其可靠性高、運(yùn)算速度快、產(chǎn)品成本低和電梯專用客制化服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可根據(jù)需要配置，并可根據(jù)用戶的要求增加并聯(lián)功能。以編制一臺(tái)4層4站的電梯為例，先根據(jù)控制要求計(jì)算所需要的I/O接口點(diǎn)數(shù)，其中輸入點(diǎn)數(shù)為32，輸出點(diǎn)數(shù)為24。選用V80系列PLC的一個(gè)CPU單元M40DR和一個(gè)擴(kuò)展單元E16DR來(lái)完成電梯控制系統(tǒng)的邏輯控制。4.5I/O分配表I/O分配表如表4-1所示。表4-1 輸入分配表上行1樓呼入信號(hào)X1下行2樓呼入信號(hào)X13上行2樓呼入信號(hào)X2下行3樓呼入信號(hào)X14上行3樓呼入信號(hào)X3下行4樓呼入信號(hào)X15上行4樓呼入信號(hào)X4樓層限位開關(guān)信號(hào)F1X21下行1樓呼入信號(hào)X12樓層限位開關(guān)信號(hào)F2X22樓層限位開關(guān)信號(hào)F3X23樓層限位開關(guān)信號(hào)F5X25樓層限位開關(guān)信號(hào)F4X24表4-2輸出分配表上行1樓信號(hào)燈Y0下行5樓信號(hào)燈Y7上行2樓信號(hào)燈Y1LED數(shù)字顯示aY20上行3樓信號(hào)燈Y2LED數(shù)字顯示bY21上行4樓信號(hào)燈Y3LED數(shù)字顯示cY22下行2樓信號(hào)燈Y4LED數(shù)字顯示dY23下行3樓信號(hào)燈Y5LED數(shù)字顯示eY24下行4樓信號(hào)燈Y6LED數(shù)字顯示fY25電機(jī)正轉(zhuǎn)上行Y10LED數(shù)字顯示gY26電機(jī)反轉(zhuǎn)下行Y124.6硬件接線圖硬件接線圖如圖4-2所示圖4-2硬件接線圖4.7PLC程序梯形圖PLC部分程序梯形圖如下圖4-3所示圖4-3程序梯形圖 第5章電梯PLC的調(diào)試與安裝5.1模擬調(diào)試模擬調(diào)試可以在輸入端接上手動(dòng)按鈕，而在PLC的輸出指示燈上看輸出。這種調(diào)試比較抽象，輸入信號(hào)完全靠手動(dòng)來(lái)控制。如按下X4是三層內(nèi)呼，如此時(shí)電梯不在三層，則對(duì)應(yīng)輸出指示燈亮，然后依次通過(guò)手動(dòng)來(lái)控制接近開關(guān)按鈕，到第三層時(shí)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，輸出指示燈滅。其它層的運(yùn)行模擬調(diào)試同理。5.2調(diào)試安裝安裝調(diào)試過(guò)程是一個(gè)比較復(fù)雜且耗時(shí)間的過(guò)程，首先要確定器件型號(hào)。選擇器件型號(hào)除了要考慮機(jī)械設(shè)備、電壓、電流外，還要考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用及美觀問(wèn)題。內(nèi)選、外召喚信號(hào)指示燈可統(tǒng)一使用24V，這樣可以用一個(gè)電源供電。不僅可以簡(jiǎn)化布線的繁雜，而且可以減少器件的使用，節(jié)省開支。接近開關(guān)可用KCB1型雙穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān)，功率為100W，這種開關(guān)完全是靠磁性動(dòng)作，不需電源。這樣不僅接線方便，而且可以節(jié)省一個(gè)電源。變壓器型號(hào)是BK50，主要用到24V和5V。5V用在層樓顯示上。在正反轉(zhuǎn)線路中，交流接觸器型號(hào)是 B16型，此接觸器線圈電壓為220V，這是在購(gòu)買接觸器時(shí)特別注意的問(wèn)題。因?yàn)镻LC輸出外部電源不能超過(guò)250V ，所以選用接觸器線圈電壓為220V的型號(hào)。另外還有空氣開關(guān)、熱繼電器、電動(dòng)機(jī)等等，這里不必一一詳述。所有的器件都備好后，接下來(lái)就是安裝。主電路及PLC都裝在控制柜內(nèi)，這就要考慮到互相干擾的問(wèn)題，主要是接觸器、空氣開關(guān)和PLC之間的干擾，所以要相隔一定的距離，在安裝接近開關(guān)時(shí)還要考慮到一個(gè)動(dòng)作范圍，要確保轎廂正好在每層中間?？俊０粹o、指示燈或數(shù)碼顯示也按照同樣原則接線。所有的元器件都按照一定的編號(hào)安裝好后，確保無(wú)誤后，就可以調(diào)試了。由于調(diào)試過(guò)程中，輸入輸出點(diǎn)比較多，且完成一個(gè)動(dòng)作所涉及的開關(guān)、按鈕、輸出顯示也比較多。所以這里不一一說(shuō)明。只對(duì)動(dòng)作中一部分加以說(shuō)明。5.1.1單指令運(yùn)行調(diào)試這是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)試方法，檢查所設(shè)計(jì)的程序在完成其最簡(jiǎn)單的控制功能時(shí)是否會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。若各種調(diào)試無(wú)錯(cuò)誤，則再用復(fù)雜的方法進(jìn)行調(diào)試。單指令運(yùn)行調(diào)試的具體內(nèi)容如下：假定電梯的轎廂在一樓，數(shù)碼管顯示為“1”，此時(shí)按下三樓的內(nèi)指令按鈕X5，三樓內(nèi)指令顯示Y35亮。電梯關(guān)門后，開始上行，當(dāng)轎廂上升到三樓后，數(shù)碼管顯示為“3”樓的內(nèi)指令顯示信號(hào)Y35消除。5.1.2復(fù)雜運(yùn)行調(diào)試首先必須弄清楚各種按鈕的常開與常閉觸點(diǎn)。布線時(shí)，一定要標(biāo)號(hào)，以備維修查找方便。線頭不能過(guò)長(zhǎng)也不能過(guò)短。線頭過(guò)長(zhǎng)會(huì)碰到一起，引起短路。線頭過(guò)短，過(guò)細(xì)，固定牢靠性又成問(wèn)題。布線時(shí)還要考慮美觀性。一根線的布置不會(huì)有太多問(wèn)題，但是成百上千根線就有美觀性可言。因此，接線槽、扎帶、套管就成為必不可少的輔件。交流輸入輸出信號(hào)與直流輸入輸出信號(hào)分別使用各自的電纜。為了防止轎廂沖頂和蹲底，當(dāng)電梯運(yùn)行到頂層或底層時(shí)，可采取雙重強(qiáng)迫停車。結(jié) 論針對(duì)四層電梯的控制系統(tǒng)采用FX2C-64MR可編程控制器設(shè)-H-電梯的控制系統(tǒng)完成電梯的轎內(nèi)指令、廳外召喚指令、樓層位置指示、平層換速控制、開門控制等控制任務(wù)。利用MCGS組態(tài)軟減設(shè)計(jì)模擬電梯PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行。將PLC中的串口驅(qū)動(dòng)程序與組態(tài)軟件的需求響應(yīng)相結(jié)合，加載驅(qū)動(dòng)。使設(shè)置的控件能夠按照真實(shí)的情況動(dòng)作。檢驗(yàn)和測(cè)試電梯PLC控制系統(tǒng)對(duì)