基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要電梯的電氣系統(tǒng)由拖動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。目前電梯設(shè)計(jì)使用可編程控制器(plc)，功能變化靈活，編程簡(jiǎn)單，故障少，噪音低。維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強(qiáng)，控制箱占地面積少。當(dāng)乘員進(jìn)入電梯，按下樓層按鈕，電梯門自動(dòng)關(guān)閉后控制系統(tǒng)進(jìn)行下列運(yùn)作：根據(jù)轎廂所處位置及乘員所處層數(shù)。判定轎廂運(yùn)行方向，保證轎廂平層時(shí)減速。將轎廂停在選定的樓層上；同時(shí)，根據(jù)樓層的呼叫，順路停車，自動(dòng)開關(guān)門。另外在轎廂內(nèi)外均要有信號(hào)燈顯示電梯運(yùn)行方向及樓層數(shù)。關(guān)鍵詞：電梯模型 plc 程序設(shè)計(jì)目 錄第1章 前言1第2章 電梯概述12.1電梯的起源與發(fā)展12.2國(guó)外電梯的情況22.3國(guó)內(nèi)電梯的情況22.4 電梯技

2、術(shù)發(fā)展趨勢(shì)3第3章 plc的發(fā)展33.1 plc的定義33.2 plc的發(fā)展階段43.3 plc發(fā)展趨勢(shì)53.4 plc的基本結(jié)構(gòu)63.5 plc的工作原理7第4章 電梯模型plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)84.1電梯的類型84.2電梯的構(gòu)造84.3電梯的控制要求84.4 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析84.5電梯模型plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)94.6 plc的選擇104.7 i/o分配表104.8 硬件接線圖124.9 plc部分程序圖134.10系統(tǒng)的調(diào)試與操作15結(jié) 束 語(yǔ)16致 謝17參考文獻(xiàn)18第1章 前言隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行

3、的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實(shí)際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號(hào)以及自身控制規(guī)律等運(yùn)行的，而呼叫是隨機(jī)的，電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)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(jī)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(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)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(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(guó)內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計(jì)和制造微機(jī)控制裝置成本較高

4、；而plc可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)。第2章 電梯概述2.1電梯的起源與發(fā)展電梯在漢語(yǔ)詞典中的解釋為：建筑物中用電作動(dòng)力的升降機(jī),代替步行上下的樓梯。說到電梯的起源要從公元前2600年埃及人在建造金字塔時(shí)使用了最原始的提升系統(tǒng)說起，但這一類起重機(jī)的能源均為人力。到了1203年，法國(guó)的二修道院安裝了一臺(tái)起重機(jī)，所不同者只是該機(jī)器是利用驢作為動(dòng)力，載荷由繞在一個(gè)大滾筒上的繩子進(jìn)行起吊。此種方法一直沿用到近代直到瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，約在1800年，煤礦主才能利用起重機(jī)把礦井中的煤輸送上來。數(shù)百年來人們制造過各種類型的升降梯

5、，它們都具有一個(gè)共同的缺陷：只要起吊繩突然斷裂，升降梯便急速地墜落到底層。1854年奧的斯設(shè)計(jì)了一種制動(dòng)器：在升降梯的平臺(tái)頂部安裝一個(gè)貨車用的彈簧及一個(gè)制動(dòng)桿與升降梯井道兩側(cè)的導(dǎo)軌相連結(jié)，起吊繩與貨車彈簧連結(jié)，這樣僅是起重平臺(tái)的重量就足以拉開彈簧，避免與制動(dòng)桿接觸。如果繩子斷裂，貨車彈簧會(huì)將拉力減弱，兩端立該與制動(dòng)桿咬合，即可將平臺(tái)牢固地原地固定免繼續(xù)下墜?！鞍踩纳堤荨卑l(fā)明成功了！一時(shí)間，奧的斯成了眾人注目的中心。第一臺(tái)升降機(jī)并非奧的斯所發(fā)明，但他卻是第一臺(tái)“安全”升降梯的發(fā)明者?！鞍踩边@一概念不僅開創(chuàng)了升降梯工業(yè)，而且也為那些想建造更高層建筑物以增加更多可利用空間的設(shè)計(jì)們打開了通途。然

6、而真正能夠稱為電梯（用電能驅(qū)動(dòng)升降梯）的產(chǎn)品應(yīng)該是在20世紀(jì)初才出現(xiàn)的。2.2國(guó)外電梯的情況國(guó)外電梯行業(yè)發(fā)展迅猛，不僅在節(jié)能上做了很大的功夫，現(xiàn)在在智能化，遠(yuǎn)程化，集成化，可視化也已有了先進(jìn)的技術(shù)！例如：（1）集垂直運(yùn)輸與水平運(yùn)輸?shù)膹?fù)合運(yùn)輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在一個(gè)井道內(nèi)設(shè)置多臺(tái)轎廂。轎廂在計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)控制下，可以在軌道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)交換各自運(yùn)行路線。該系統(tǒng)節(jié)省了井道占用的空間，解決了超高層建筑電梯鋼絲繩和電纜重量太大的問題，尤其適合于具有同一底樓的多塔形高層建筑群中前往空中大廳的穿梭直駛電梯。（2）交流永磁同步無齒輪曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)的無機(jī)房電梯無機(jī)房電梯由于曳引機(jī)和控制柜置于井道中，省去了獨(dú)立

7、機(jī)房，節(jié)約了建筑成本，增加了大樓的有效面積，提高了大樓建筑美學(xué)的設(shè)計(jì)自由度。而交流永磁同步無齒輪曳引機(jī)的特點(diǎn)是：（a）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小，重量輕，形狀可靈活多樣；（b）配以變頻控制可以實(shí)現(xiàn)更大限度的節(jié)能；（c）沒有齒輪，于是沒有齒輪振動(dòng)和噪聲，齒輪效率，齒輪磨損及油潤(rùn)滑問題，減少了維護(hù)工作，降低了油污染；（d）由于失電時(shí)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，增加了曳引系統(tǒng)的安全可靠性。（3）彩色大屏幕液晶樓層顯示器。這類顯示器可以以高分辨率的彩色平面或三維圖像顯示電梯的樓層信息（如位置、運(yùn)行方向），還可以顯示實(shí)時(shí)的載荷、故障狀態(tài)等。通過控制中心的設(shè)置還可以顯示日期、時(shí)間、問候語(yǔ)、樓層指南、廣告等，甚至

8、還可以與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和尋呼系統(tǒng)聯(lián)接發(fā)布天氣預(yù)報(bào)、新聞等。有的顯示器又增加了觸摸查詢功能。該裝置緩解了陌生乘客在轎廂內(nèi)面對(duì)面對(duì)視時(shí)的尷尬、無趣的局面，降低了乘客乘梯時(shí)心理等待焦慮感。（4）電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將控制柜中的信號(hào)處理計(jì)算機(jī)獲得的電梯運(yùn)行和故障信息通過公共電話網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)（都需要使用調(diào)制解調(diào)器）傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的能夠提供可視界面的專業(yè)電梯服務(wù)中心的計(jì)算機(jī)，以便那里的服務(wù)人員掌握電梯運(yùn)行情況，特別是故障情況。該系統(tǒng)一般具有顯示故障、分析故障、故障統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè)等功能，還有的可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試與操作，便于維修人員迅速進(jìn)行維修應(yīng)答和采取維修措施。這樣縮短了故障處理時(shí)間，簡(jiǎn)化了人工故障檢查的勞動(dòng)，保證

9、了大樓電梯安全高效地運(yùn)行。2.3國(guó)內(nèi)電梯的情況中國(guó)電梯行業(yè)從市場(chǎng)規(guī)模上已經(jīng)有了很大提高，一些自主品牌也逐步提升了自己的產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)含量，我國(guó)政府提出的節(jié)約型社會(huì)正好讓電梯行業(yè)中擁有節(jié)能電梯技術(shù)的企業(yè)有機(jī)會(huì)發(fā)展，另外，國(guó)外用戶比以前更多地青睞中國(guó)產(chǎn)品也為中國(guó)電梯的崛起提供了機(jī)會(huì)。目前我國(guó)節(jié)能電梯技術(shù)在某些方面已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，但是節(jié)能電梯的普及率還很低，可節(jié)電30%以上的無齒輪電梯普及率不及10%，可以能源再生的造能電梯普及率不及2%。因此專家預(yù)計(jì)，節(jié)能電梯市場(chǎng)會(huì)在“十一五”期間進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。節(jié)能電梯從2001年開始進(jìn)入我國(guó)辦公樓、住宅樓、酒店等場(chǎng)所，經(jīng)過5年的發(fā)展，全國(guó)的無齒輪電梯市

10、場(chǎng)從幾千臺(tái)增長(zhǎng)到近6萬臺(tái)。目前我國(guó)已超過日本成為世界最大的新裝電梯市場(chǎng)。由于房地產(chǎn)業(yè)、城市公共建設(shè)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，預(yù)計(jì)未來10年，我國(guó)的電梯市場(chǎng)仍將保持每年20%的遞增速度，年平均銷售額至少500億美元。房地產(chǎn)市場(chǎng)快速發(fā)展，對(duì)電梯的需求繼續(xù)擴(kuò)大。專家估計(jì)未來50年我國(guó)新增住房面積將達(dá)到200億平方米。目前國(guó)家規(guī)定20米以上高樓就應(yīng)安裝電梯，因此未來電梯最大的市場(chǎng)就是住宅市場(chǎng)。此外，機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、地鐵等大型公共設(shè)施建設(shè)對(duì)自動(dòng)扶梯、觀光電梯等電梯的需求量也十分可觀。西部地區(qū)的小城鎮(zhèn)建設(shè)速度加快。東部地區(qū)城市化經(jīng)過20年的發(fā)展，有些發(fā)達(dá)地區(qū)城市化水平已達(dá)到80%，基本飽和，甚至出現(xiàn)了逆城市化的趨勢(shì)。而

11、近年來西部地區(qū)國(guó)民生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)速度，已經(jīng)與電梯需求高速發(fā)展所需的gdp水平相吻合。電梯更新進(jìn)入高峰期。雖然國(guó)家對(duì)電梯壽命目前沒有提出強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，但是按國(guó)外電梯使用壽命的慣例，一般日本系列電梯設(shè)計(jì)壽命為15年，歐美電梯設(shè)計(jì)壽命為25年。根據(jù)我國(guó)電梯選購(gòu)的實(shí)際情況，采用日本系列產(chǎn)品或技術(shù)的比例大約有60%以上，國(guó)內(nèi)在1990年前安裝的日系電梯已經(jīng)全部到了更新期。而且1990年以前的電梯生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)比較落后，電梯的耗電水平是現(xiàn)在節(jié)能電梯的三到四倍。按電梯使用壽命及15年前電梯安裝數(shù)量看，預(yù)計(jì)2007年將有 15000至20000臺(tái)電梯需要更新。電梯節(jié)能潛力巨大，電梯和空調(diào)被認(rèn)為大型建筑兩大耗能大戶。

12、據(jù)了解，目前我國(guó)星級(jí)酒店每平方米平均年耗電量為150千瓦時(shí)，一座3萬5萬平方米的星級(jí)酒店，其年總能耗大約相當(dāng)于3000至4000噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中將近一半用于電梯供電。電梯行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2005年在我國(guó)所有使用的電梯中如果有80%采用節(jié)能電梯，全年可以節(jié)約耗電122億千瓦時(shí)。如果2015年全部采用節(jié)能電梯，將節(jié)電800億千瓦時(shí)，幾乎等于三峽大壩一年的發(fā)電量。2.4 電梯技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（1）環(huán)保：綠色理念是電梯發(fā)展總趨勢(shì)。有專家預(yù)言“誰(shuí)最先推出綠色產(chǎn)品并搶占市場(chǎng)，誰(shuí)就掌握市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)”。發(fā)展趨勢(shì)主要有：不斷改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)環(huán)保型低能耗、低噪聲、無漏油、無漏水、無電磁干擾、無井道導(dǎo)軌油漬污染的電梯

13、。電梯曳引采用尼龍合成纖維曳引繩，鋼皮帶等無潤(rùn)滑油污染曳引方式。電梯裝璜將采用無（少）環(huán)境污染材料。電梯空載上升和滿載下行電機(jī)再生發(fā)電回收技術(shù)。安裝電梯將無需安裝手腳架。電梯零件在生產(chǎn)和使用過程中對(duì)環(huán)境沒有影響（如剎車皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。（2）藍(lán)牙技術(shù)在電梯上應(yīng)用。安裝過電梯的人都知道放線、對(duì)線是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、極容易錯(cuò)的工作。如果控制屏與召喚系統(tǒng)通過藍(lán)牙技術(shù)連接起來實(shí)現(xiàn)無線召喚將會(huì)是電梯控制的另一場(chǎng)革命同時(shí)為我們帶來巨大好處。a安裝期將減少30以上，其直接好處是降低安裝成本，客戶也因從訂梯到使用電梯周期費(fèi)用減少和提高現(xiàn)金周轉(zhuǎn)率。b在電梯上使用藍(lán)牙技術(shù)一定會(huì)使電梯控制系統(tǒng)大量

14、使用最新最快微機(jī)，這將會(huì)進(jìn)一步提高電梯整機(jī)可靠性，故障率大大降低，控制精度也進(jìn)一步提高，帶來的結(jié)果是電梯更加舒適，平層更加準(zhǔn)確。c很好地解決了電梯控制與外圍設(shè)備的兼容和聯(lián)系。特別是可以把電梯和扶梯歸納到大樓管理系統(tǒng)或智能化管理小區(qū)系統(tǒng)中。第3章 plc的發(fā)展3.1 plc的定義可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則

15、設(shè)計(jì)。總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。plc的特點(diǎn)：一、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的f系列plc平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從plc的機(jī)外電路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)

16、，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。二、配套齊全，功能完善適用性強(qiáng)plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc

17、等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。三、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用plc的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。四、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造plc用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得

18、容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。五、體積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.2 plc的發(fā)展階段雖然 plc問世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，plc也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個(gè)階段：1、早期的plc（60年代末70年代中期）早期的 plc一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的plc多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能

19、只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在i/o接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此，早期的plc的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中plc特有的編程語(yǔ)言梯形圖一直沿用至今。2、中期的plc（70年代中期80年代中，后期）在70年代，微處理器的出現(xiàn)使plc發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)，日本，德國(guó)等一些

20、廠家先后開始采用微處理器作為plc的中央處理單元(cpu)。這樣，使plc得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程i/o模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使plc得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。3、近期的plc（80年代中、后期至今）進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的plc所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一

21、步提高plc的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得plc軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化.3.3 plc發(fā)展趨勢(shì)1向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高plc的處理能力，要求plc具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的plc的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。plc的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。2向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展當(dāng)前中小型plc比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后plc要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有i/o點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型plc，其使用32位微處理器，多cpu并行工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。3plc大力開發(fā)智能模

22、塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力為滿足各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程i/o模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶cpu和存儲(chǔ)器的智能i/o模塊，既擴(kuò)展了plc功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了plc應(yīng)用范圍。4增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在plc控制系統(tǒng)的故障中，cpu占5%，i/o接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項(xiàng)共20%故障屬于plc的內(nèi)部故障，它可通過plc本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、處理；而其余80%的故障屬于plc的外部故障。因此，plc生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一

23、步提高系統(tǒng)的可靠性。5編程語(yǔ)言多樣化在plc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，plc的編程語(yǔ)言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)plc使用的梯形圖語(yǔ)言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語(yǔ)言、面向過程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言（basic、c語(yǔ)言等）等。多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是plc進(jìn)步的一種趨勢(shì)。3.4 plc的基本結(jié)構(gòu)plc的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。cpu模塊i/o模塊編程器電源接口圖3-1 plc的基本結(jié)構(gòu)plc的基本結(jié)構(gòu)：1、中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)

24、器、i/o以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)plc投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高plc的可靠性，近年來對(duì)大型plc還采用雙cpu構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三cpu的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)cpu出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。2、存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系

25、統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。plc常用的存儲(chǔ)器類型：（1）ram（random assess memory）這是一種讀/寫存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。（2）eprom（erasable programmable read only memory）這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器。在斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容)。（3）eeprom(electrical erasable programmable read only memory)這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易地對(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修

26、改。plc存儲(chǔ)空間的分配：雖然各種plc的cpu的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)plc的工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)；（2）系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)（包括i/o映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）；（3）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在eprom中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該plc的性能。系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)包括i/o映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。（1）i

27、/o映象區(qū)：由于plc投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元(ram)以存放i/o的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作i/o映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量i/o占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit），一個(gè)模擬量i/o占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)bit）。因此整個(gè)i/o映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開關(guān)量i/o映象區(qū)；模擬量i/o映象區(qū)。（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) ：除了i/o映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)還包括plc內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無

28、失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在plc斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì)遺失；后者當(dāng)plc斷電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。1.邏輯線圈與開關(guān)輸出一樣，每個(gè)邏輯線圈占用系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)位，但不能直接驅(qū)動(dòng)外設(shè)，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器。 另外，不同的plc還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。2.數(shù)據(jù)寄存器與模擬量i/o一樣，每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)字(16 bits)。 另外，plc還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。3.計(jì)時(shí)器4.計(jì)數(shù)器用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的plc，其存儲(chǔ)容量各不相同。電源：

29、plc的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)良好的、可得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此plc的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去。3.5 plc的工作原理plc是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在plc運(yùn)行時(shí)，cpu根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的

30、刷新等工作。plc的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。plc在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。plc在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。第4章 電梯

31、模型plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1電梯的類型按使用性質(zhì)分：客梯；貨梯；消防電梯按電梯行駛速度分： 高速電梯。速度大于2m/s。 中速電梯。速度在2m/s之內(nèi)。 低速電梯。運(yùn)送食物電梯常用低速，速度在1.5m/s以內(nèi)。觀光電梯：觀光電梯是把豎向交通工具和登高流動(dòng)觀景相結(jié)合的電梯。4.2電梯的構(gòu)造1）電梯由下列幾部分組成：電梯井道；電梯機(jī)房；井道地坑：井道地坑在最底層平面標(biāo)高下1.4m，作為轎廂下降時(shí)所需的緩沖器的安裝空間；組成電梯的有關(guān)部件；2）轎廂；3）井壁導(dǎo)軌和導(dǎo)軌支架；4）牽引輪及其鋼支架、鋼絲繩、平衡錘、轎廂開關(guān)門、檢修起重吊鉤等；5）有關(guān)電器部件。4.3電梯的控制要求1）當(dāng)電梯停于某層時(shí)，有

32、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程中，任何反向的呼叫均無效。4.4 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

33、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)問題和疑難問題。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，以確保控制系統(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.

34、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)。4.5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

35、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。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4-1 plc實(shí)現(xiàn)的電

36、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。控制系統(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)

37、(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，通過硬件接口電路以led顯示！4.6 plc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（

38、深圳）有限公司的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來完成電梯控制系統(tǒng)的邏輯控制。4.7 i/o分配表i/o分配表如表4-1所示。表4-1-1 輸入按鈕上行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4-1-2 輸出按鈕上行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y124.8 硬件接線圖硬件接線圖如圖4-2所示:圖4-2 硬件接線圖