畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）淺談PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、 目錄摘 要iabstratii1 可編程序控制器概述21.1 可編程序控制器的產(chǎn)生和發(fā)展21.2 可編程序控制器的特點(diǎn)21.3 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)21.4 可編程序控制器的工作原理22 電梯plc控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)22.1 信號(hào)控制系統(tǒng)22.2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)22.3 電氣控制系統(tǒng)23 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)23.1 plc控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)23.2 plc的選擇24 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)24.1 系統(tǒng)主要功能及程序流程24.2 系統(tǒng)的梯形圖軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明25 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方法25.1 硬件方面問(wèn)題25.2 軟件方面問(wèn)題2參考文獻(xiàn)2致謝2 摘 要電梯是高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運(yùn)輸工具

2、。由于傳統(tǒng)的電梯運(yùn)行邏輯控制系統(tǒng)采用的是繼電器邏輯控制線路。采用這種控制線路，存在易出故障、維護(hù)不便、運(yùn)行壽命較短、占用空間大等缺點(diǎn)。從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，這種系統(tǒng)將逐漸被淘汰。本文介紹了基于可編程序控制器的電梯控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)的硬件構(gòu)成和詳細(xì)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。將可編程序控制器應(yīng)用于電梯進(jìn)行邏輯控制，大大提高了電梯可靠性、可維護(hù)性以及靈活性，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)縮短了電梯的開(kāi)發(fā)周期。這種電梯控制系統(tǒng)較原有電梯控制系統(tǒng)可以更容易的完成更為復(fù)雜的控制任務(wù)，其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。關(guān)鍵詞：可編程序控制器 ；電梯 ；控制系統(tǒng)abstractthe elevator is a ki

3、nd of tool that is indispensable in the highbuilding perpendicular transportation. the traditional elevator adopts a relaylogical to control its circulation which the elevator become accidentproneness, short lifespan, inconvenience in maintaining and this control circuit also takes up big space, etc

4、. see from the eyes of technique development, this kind of system will be gradually eliminated.this article introduced based on the programmable controllers lift control systems basic structure, as well as corresponding hardware constitution and detailed system software design. applies the programma

5、ble controller in the elevator carries on the logical control, enhanced the elevator reliability, the maintainability as well as the flexibility greatly, the extension service life, simultaneously reduced elevators development cycle. this kind of lift control system may easier complete the more comp

6、lex control task than original lift control system, its many functions the traditional black-white control system are unable to realize.key words: programmable controller ；elevator；control system191 可編程序控制器概述1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生和發(fā)展可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。在可編程序控制器問(wèn)世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域

7、中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點(diǎn)：體積大、故障率高、功耗大、不易維護(hù)、不易改造和升級(jí)等。對(duì)于傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)的一系列缺點(diǎn)，1968年，美國(guó)通用汽車(chē)公司（gm）提出了研制新型控制器的設(shè)想，總結(jié)出新型控制器應(yīng)當(dāng)具備的10項(xiàng)指標(biāo)，并以此公布在社會(huì)上招標(biāo)，這10項(xiàng)指標(biāo)1是：(1) 編程方便，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；(2) 維護(hù)方便，最好是插件式；(3) 可靠性高于繼電-接觸器控制柜；(4) 體積小于繼電-接觸器控制柜；(5) 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；(6) 在成本上可與繼電-接觸器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；(7) 輸入為交流115v；(8) 輸出為交流115v/2a以上，能

8、直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等；(9) 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)改變最少；(10) 用戶程序存儲(chǔ)器至少可擴(kuò)展到4kb。美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（dec）根據(jù)這10項(xiàng)指標(biāo)，于1969年研制出第一臺(tái)控制器（pdp-14），它的開(kāi)創(chuàng)性意義在于引進(jìn)了程序控制功能，為計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了空間。至20世紀(jì)70年代，plc技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入成熟期。推動(dòng)plc技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面，其一是企業(yè)對(duì)高性能、高可靠性自動(dòng)控制系統(tǒng)的客觀需要，其次是大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器性能的不斷提高，為plc技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)并開(kāi)拓了空間。目前，plc控制器的程序存儲(chǔ)容量多以mb為單位，隨著超大規(guī)模集成電路

9、技術(shù)的發(fā)展，微處理器的性能大幅度提高，指令執(zhí)行速度達(dá)到微妙級(jí)，從而極大提高了plc的數(shù)據(jù)處理能力，高檔的plc可以進(jìn)行復(fù)雜的浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，并增加了許多特殊功能，如高速計(jì)數(shù)、脈寬調(diào)制變換、pid閉環(huán)控制、定位控制等，從而在以模擬量為主的過(guò)程控制領(lǐng)域也占有一席之地，在一定程度上具備了組建dcs系統(tǒng)的能力。此外，plc的通信功能和遠(yuǎn)程i/o能力非常強(qiáng)大，可以組建成分布式通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2。在組成結(jié)構(gòu)上，plc具有一體化結(jié)構(gòu)和模塊式兩種結(jié)構(gòu)。一體化結(jié)構(gòu)的plc追求功能的完善，性能的提高，體積越來(lái)越小，有利于安裝。而模塊化結(jié)構(gòu)的plc則利用單一功能的各種模塊拼裝成一臺(tái)完整的plc，用戶在設(shè)計(jì)自己的plc控制系

10、統(tǒng)時(shí)擁有極大的靈活性，并使設(shè)備的性?xún)r(jià)比達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)，模塊式結(jié)構(gòu)也有利于系統(tǒng)的維護(hù)、換代和升級(jí)，并使系統(tǒng)的擴(kuò)展能力大大加強(qiáng)。在控制規(guī)模上，plc向小型化和大型化兩個(gè)方向發(fā)展。大型plc是基于滿足大規(guī)模、高性能控制系統(tǒng)的要求而設(shè)計(jì)的，在規(guī)模上，可帶的i/o點(diǎn)數(shù)達(dá)到數(shù)千點(diǎn)乃至上萬(wàn)點(diǎn)。在對(duì)高性能的追求上，主要體現(xiàn)在增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能、發(fā)展智能模塊、高可靠性、編程軟件標(biāo)準(zhǔn)化及編程軟件和語(yǔ)言向高層次發(fā)展。小型化plc的發(fā)展方向是體積減小、成本下降、功能齊全、性能提高、簡(jiǎn)單易用。其針對(duì)目標(biāo)是取代廣泛分布在企業(yè)和民用領(lǐng)域的小規(guī)模繼電器系統(tǒng)，以及需要采用邏輯順序控制的小規(guī)模場(chǎng)合。其特點(diǎn)是安裝方便、可靠性高、開(kāi)發(fā)

11、和改造周期短。1.2 可編程序控制器的特點(diǎn)可編程序控制器的產(chǎn)生是基于工業(yè)控制的需要，是面向工業(yè)控制領(lǐng)域的專(zhuān)用設(shè)備，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。(1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯順序和時(shí)序，最大限度地取代傳統(tǒng)繼電接觸器系統(tǒng)的硬件線路，大量減少機(jī)械觸點(diǎn)和連線的數(shù)量。在抗干擾性能方面，plc在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)部電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)程序執(zhí)行等方面都給予了充分的考慮。例如，對(duì)主要器件和部件用導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽、對(duì)供電系統(tǒng)和輸入電路采用多種形式的濾波、i/o回路與微處理器電路之間用光電耦合器隔離、系統(tǒng)軟件具有故障檢測(cè)功能、信息保護(hù)和恢復(fù)、循環(huán)掃描時(shí)間的超時(shí)警戒等。(2) 靈活性強(qiáng)，控制系統(tǒng)具有良好的柔性。當(dāng)

12、生產(chǎn)工藝和流程進(jìn)行局部的調(diào)整和改動(dòng)時(shí)，通常只需要對(duì)plc的程序進(jìn)行改動(dòng)，或者配合以外圍電路的局部調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的改造。(3) 編程簡(jiǎn)單，使用方便。梯形圖語(yǔ)言是plc最重要也是最普及的一種編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電接觸器電路原理圖相似，讀者可以很快掌握梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。(4) 控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)工作量少，周期短。由于plc的系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及良好的擴(kuò)張性和聯(lián)網(wǎng)性能。它不僅能夠完成多數(shù)情況下的控制要求，還能夠大量節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的時(shí)間和工作量。(5) 維修方便。plc有完善的故障診斷功能，可以根據(jù)裝置上的發(fā)光二極管和軟件提供的故障信息，方便地查明障

13、源。而由于plc的體積小，并且有些采用模塊化結(jié)構(gòu)，因而可以通過(guò)更換整機(jī)或模塊迅速排除故障。(6) 體積小，能耗低。由軟件實(shí)現(xiàn)的邏輯控制，可以大量節(jié)省繼電器、定時(shí)器的數(shù)量。一臺(tái)小型的plc，只相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的體積，控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。(7) 功能強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高。用戶程序所要實(shí)現(xiàn)的邏輯控制，需要的繼電器、中間繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等功能元件都由存儲(chǔ)單元來(lái)替代，因而數(shù)量非常大。一臺(tái)小型的plc所具備的元件數(shù)量就可達(dá)到成千上百個(gè)，相當(dāng)于過(guò)去一個(gè)大規(guī)模甚至超大規(guī)模的繼電接觸器控制系統(tǒng)。另外，plc所提供的軟元件的觸點(diǎn)可以無(wú)限次使用，方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。同時(shí)，plc的聯(lián)網(wǎng)通信功能有利于實(shí)

14、現(xiàn)分散控制、集中管理等功能。1.3 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)plc的型號(hào)、規(guī)格繁多。它主要由中央處理器（cpu）、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部分組成。1. 中央處理單元cpucpu是plc的核心，其主要作用是：（1） 接收從編程器輸入的用戶程序，并存入程序存儲(chǔ)器中；（2） 用掃描方式采集現(xiàn)場(chǎng)輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器；（3） 執(zhí)行用戶程序，從程序存儲(chǔ)器中逐條取出用戶程序，經(jīng)過(guò)解釋程序解釋后逐條執(zhí)行，完成程序規(guī)定的邏輯和算術(shù)運(yùn)算，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)去控制輸出電路，實(shí)現(xiàn)程序規(guī)定的各種操作；（4） 通過(guò)故障自診斷程序，診斷plc的各種運(yùn)行錯(cuò)誤。因此，cpu的性能對(duì)plc的整機(jī)性能有著決定性的影

15、響。2. 存儲(chǔ)器plc的存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。程序分系統(tǒng)程序和用戶程序。（1） 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用于存放plc生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序在出廠時(shí)已經(jīng)被固化在prom或eprom中。這部分存儲(chǔ)區(qū)不對(duì)用戶開(kāi)放，用戶程序不能訪問(wèn)和修改。plc的所有功能都是在系統(tǒng)程序的管理下實(shí)現(xiàn)的。（2） 用戶程序存儲(chǔ)器用戶程序存儲(chǔ)器可分為程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。程序存儲(chǔ)區(qū)用于存放用戶編寫(xiě)的控制程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)存放的是程序執(zhí)行過(guò)程中所需要的或者所產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)，包括輸入/輸出過(guò)程映像、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值等。3. 輸入/輸出單元（簡(jiǎn)稱(chēng)i/o）接口是cpu與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)裝置之間的連接部分，是plc的

16、重要的組成部分。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的輸入和輸出信號(hào)包括數(shù)字量和模擬量?jī)深?lèi)，因此，i/o單元也有數(shù)字i/o和模擬i/o兩種。將來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為中央處理器能夠接收的電平信號(hào)。如果是模擬信號(hào)，就需要進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，最后送給中央處理器進(jìn)行處理；輸出單元?jiǎng)t將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)控制電平，或者模擬量，輸出至被控對(duì)象，如電磁閥、接觸器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等3。1.4 可編程序控制器的工作原理與普通微機(jī)類(lèi)似，plc也是由硬件和軟件兩大部分組成。在軟件的控制下，plc才能正常的工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分?？删幊绦蚩刂破鞯墓ぷ鬟^(guò)程如下：（1）輸入采樣階段：在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀

17、態(tài)。（2）程序執(zhí)行階段：順次掃描用戶程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算。（3）輸出刷新階段：根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所要求的邏輯控制功能。執(zhí)行完后，又重新開(kāi)始，反復(fù)的執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期。plc的掃描周期通常為幾十毫秒。為了提高工作的可靠性，及時(shí)接收外來(lái)的控制命令，plc在每次掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要進(jìn)行故障自診斷，完成與編程器等的通信。每次掃描開(kāi)始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對(duì)各輸入輸出點(diǎn)、存儲(chǔ)器和cpu等進(jìn)行診斷，診斷的方法通常是測(cè)試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并與正常的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，若兩者一致，說(shuō)

18、明各個(gè)部分工作正常，若不一致則認(rèn)為有故障。此時(shí)，plc立即啟動(dòng)關(guān)閉程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，并關(guān)斷所有輸出點(diǎn)，然后停機(jī)。診斷結(jié)束后，如沒(méi)發(fā)現(xiàn)故障，plc將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請(qǐng)求。如果有則進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如，接收編程器發(fā)來(lái)的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息送給編程器顯示等。處理完通信后，plc繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場(chǎng)信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號(hào)，完成一個(gè)掃描周期。然后又從自診斷開(kāi)始，進(jìn)行第二輪掃描4。2 電梯plc控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)電梯的主要任務(wù)是通過(guò)響應(yīng)外界的輸入，經(jīng)過(guò)plc的運(yùn)算后，決定電梯的運(yùn)行方式。其工作過(guò)程如圖1所示5。指令輸入啟動(dòng)上行/下行 到達(dá)指定樓層停

19、止圖1 電梯工作過(guò)程示意圖電梯的主要任務(wù)是根據(jù)廂內(nèi)外的控制指令，將電梯運(yùn)行到指定樓層，同時(shí)，根據(jù)每個(gè)樓層的控制命令開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)樓層的要求。主要工作步驟有：接收廂內(nèi)/外指令，判斷電梯是上行還是下行，到達(dá)目的樓層前在其他樓層是否有開(kāi)門(mén)指令，到達(dá)目的樓層后是否又有新的指令，根據(jù)這一新的指令再次判斷是上行還是下行。如此循環(huán)，如果沒(méi)有的話就停止在上一個(gè)指令的目的樓層。2.1 信號(hào)控制系統(tǒng)電梯信號(hào)控制基本由plc軟件實(shí)現(xiàn)，機(jī)械選層器和絕大部分繼電器已被plc取代。電梯信號(hào)控制系統(tǒng)的所有功能如召喚信號(hào)登記、轎廂位置判斷、選層定向、順向截梯、反向截梯、消號(hào)與反向保號(hào)、換速、平層、開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)、電梯自動(dòng)運(yùn)

20、行等過(guò)程均為程序控制。對(duì)于交流、直流不同類(lèi)型的電梯，除部分特殊控制功能和輸入輸出信號(hào)外，plc電梯信號(hào)控制的主要功能基本相同，因而信號(hào)控制的程序模塊具有較強(qiáng)的通用性，具體如圖2所示6。廳外呼梯轎廂操縱盤(pán)指層器井道裝置安全裝置輸入接口 pc 主機(jī)拖動(dòng)控制調(diào)整器輸出接口 cpu 存儲(chǔ)器門(mén)機(jī)控制圖2信號(hào)控制系統(tǒng)2.2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)包括拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)、供電系統(tǒng)、調(diào)速裝置等。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的作用是對(duì)電梯作調(diào)速控制。拖動(dòng)電機(jī)是電梯系統(tǒng)的動(dòng)力源，直接控制電梯的上升和下降。電梯主要有直流和交流兩種拖動(dòng)方式。plc控制的拖動(dòng)系統(tǒng)主電路及調(diào)速裝置與繼電器控制系統(tǒng)相比無(wú)須做很多改動(dòng)。拖動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)及部分反

21、饋信號(hào)可以直接送入plc，由plc向拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出速度切換、啟動(dòng)、運(yùn)行、平層等控制信號(hào)。供電系統(tǒng)是為電動(dòng)機(jī)提供電源的裝置，為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行提供電力。調(diào)速裝置是對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。由于變頻器的出現(xiàn)，目前交流調(diào)速電梯應(yīng)用較多，它可以是半閉環(huán)控制，也可以是全閉環(huán)控制4。由plc發(fā)出的換速信號(hào)直接送給變頻器，由變頻器控制主拖動(dòng)電路的加速切換或減速制動(dòng)，按照滿足快速性和舒適性原則的速度曲線（由變頻器指令設(shè)定）運(yùn)行，達(dá)到調(diào)速的目的。使整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)既簡(jiǎn)單實(shí)用，又安全可靠。2.3 電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、顯示單元、控制電氣柜、平層器和選層器等。操作系統(tǒng)包括廂內(nèi)的樓層數(shù)字按鈕、開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)按鈕和每個(gè)樓層

22、中的上行和下行按鈕，還有電梯運(yùn)行方式的選擇按鈕?？刂齐姎夤癖话惭b在電梯控制的機(jī)房中，其中有些電氣控制元件是電梯運(yùn)行控制的核心設(shè)備。選層器用于指示和反饋電梯廂的位置，決定電梯的運(yùn)行方向和發(fā)出加減速信號(hào)。3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)和plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分組成。電梯由轎廂、開(kāi)關(guān)門(mén)機(jī)構(gòu)、曳引機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。調(diào)速系統(tǒng)接收到plc給出的速度信號(hào)后，控制曳引機(jī)電機(jī)以給定的速度和轉(zhuǎn)向運(yùn)轉(zhuǎn)。plc根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)決定發(fā)給調(diào)速系統(tǒng)的速度信號(hào)，決定開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、松閘等，并給出相應(yīng)的顯示。3.1 plc控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)用plc組成的控制系統(tǒng)，省掉了接口電路的控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可

23、靠性高。直接將電梯的內(nèi)外呼梯信號(hào)、層位檢測(cè)信號(hào)、限位信號(hào)、開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)信號(hào)等開(kāi)關(guān)量接到plc開(kāi)關(guān)量的輸入端，plc提供的24v直流電源可作為指示燈的電源，用plc的輸出點(diǎn)直接控制變頻器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停車(chē)和多段速控制等，控制系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示7?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)顯示門(mén)機(jī)曳引機(jī) 變頻器pgplc電源圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖3.2 plc的選擇進(jìn)行plc控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是確定現(xiàn)場(chǎng)輸入、輸出信號(hào)的類(lèi)型、作用和數(shù)量，然后根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能確定plc的型號(hào)，構(gòu)成成本低、性能高的plc控制系統(tǒng)。（1）i/o點(diǎn)的估算（五層五站為例）系統(tǒng)的輸入點(diǎn)有：運(yùn)行/維修旋鈕一個(gè)輸入點(diǎn)；門(mén)廳召喚按鈕8個(gè)輸入點(diǎn)；

24、轎內(nèi)指令按鈕5個(gè)輸入點(diǎn)；樓層限位器8個(gè)輸入點(diǎn)；手動(dòng)開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)2個(gè)輸入點(diǎn)；開(kāi)關(guān)門(mén)到位限位器2個(gè)輸入點(diǎn)；上下平層限位器2個(gè)輸入點(diǎn)；門(mén)區(qū)限位器1個(gè)輸入點(diǎn)；壓力傳感器一個(gè)輸入點(diǎn)；共計(jì)輸入點(diǎn)30個(gè)。輸出點(diǎn)有：上下行顯示2個(gè)輸出點(diǎn)；上下行繼電器2個(gè)輸出點(diǎn)；樓層指示燈5個(gè)輸出點(diǎn)；快慢速運(yùn)行繼電器2個(gè)輸出點(diǎn)；開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)斷電器2個(gè)輸出點(diǎn)；抱閘停車(chē)1個(gè)輸出點(diǎn)；超重報(bào)警1個(gè)輸出點(diǎn)；共計(jì)輸出點(diǎn)15個(gè)。總計(jì)i/o點(diǎn)數(shù)為30/15.（2） s7200系列可編程控制器是德國(guó)西門(mén)子的一種小型可編程序控制器。它抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，編程方便，易于使用，輸出端可直接驅(qū)動(dòng)2a繼電器或接觸器的線圈。因此，能

25、夠滿足對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求。s7200系列小型plc可應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制的需要。由于它具有緊湊的結(jié)構(gòu)，低廉的價(jià)格和功能強(qiáng)大的指令集使得s7200 plc成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案?？删幊绦蚩刂破鱯7200的cpu 226的輸入，輸出點(diǎn)數(shù)為24/16，加個(gè)擴(kuò)展單元em223,輸入輸出點(diǎn)數(shù)為16/16，足以滿足要求8。（3）本論文中用到的輸入輸出地址分配及元件設(shè)置如下表1。表1 輸入輸出地址分配及元件設(shè)置輸入地址輸入設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備i0.0運(yùn)行/維修旋鈕q0.0繼電器i0.1樓層1上行按鈕元件符號(hào)元件用途i0.2樓層2上行按鈕m0.0維修狀態(tài)標(biāo)志i0.3樓層3上行按鈕m0.1正常運(yùn)行

26、標(biāo)志i0.4樓層4上行按鈕m0.2下行運(yùn)行標(biāo)志i0.5樓層2下行按鈕m0.3樓層到達(dá)標(biāo)志i0.6樓層3下行按鈕m1.1抱閘停車(chē)標(biāo)志i0.7樓層4下行按鈕m1.2開(kāi)門(mén)啟動(dòng)標(biāo)志i0.8樓層5下行按鈕m1.3關(guān)門(mén)啟動(dòng)標(biāo)志i1.0門(mén)連鎖開(kāi)關(guān)m2.1樓層1內(nèi)部輔助繼電器i1.4開(kāi)門(mén)到位限位器m2.2樓層2內(nèi)部輔助繼電器i1.5關(guān)門(mén)到位限位器m2.3樓層3內(nèi)部輔助繼電器i2.1開(kāi)門(mén)按鈕m2.4樓層4內(nèi)部輔助繼電器i2.2關(guān)門(mén)按鈕m2.5樓層5內(nèi)部輔助繼電器i3.1轎內(nèi)樓層1選擇按鈕m3.1上行選向控制繼電器i3.2轎內(nèi)樓層2選擇按鈕m3.2下行選向控制繼電器i3.3轎內(nèi)樓層3選擇按鈕t37開(kāi)門(mén)延時(shí)定時(shí)器i

27、3.4轎內(nèi)樓層4選擇按鈕t38關(guān)門(mén)延時(shí)定時(shí)器i3.5轎內(nèi)樓層5選擇按鈕vb0電梯現(xiàn)在所在樓層寄存器4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)主要功能及程序流程plc在整個(gè)控制系統(tǒng)中作為主控裝置實(shí)現(xiàn)電梯的主要控制功能是通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)的。程序設(shè)計(jì)時(shí)按控制功能分塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣可以使程序結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試。主要的程序有：轎內(nèi)廳門(mén)呼喚控制程序、電梯的定向及選層控制程序、平層控制程序、指層控制程序、開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)控制程序、電梯拖動(dòng)控制程序。圖4給出了用plc實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)的主程序流程。程序主流程很簡(jiǎn)潔，其作用主要是控制程序的執(zhí)行，進(jìn)入各功能子程序或sfc流程6。starttt電梯初始化調(diào)用故障處理子程序電梯是否故障

28、y用戶呼叫信號(hào)輸入 nend電梯運(yùn)行處理、拖動(dòng)控制處理平層、減速開(kāi)關(guān)門(mén)、顯示等操作判斷當(dāng)前狀態(tài)，確定目標(biāo)樓層圖4電梯控制主程序流程4.2 系統(tǒng)的梯形圖軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明為滿足多位置、多控制的要求，電梯在接收用戶信號(hào)的同時(shí)，還要不斷的處理各種離散信號(hào)，即使這樣，電梯的運(yùn)行還是有規(guī)律可循的。電梯總是按著一定的程序性、重復(fù)的進(jìn)行動(dòng)作，電梯運(yùn)行的這種規(guī)律性為編程提供了條件。電梯動(dòng)作的循環(huán)過(guò)程為：選層自動(dòng)定向起動(dòng)加速運(yùn)行快慢速切換平層停車(chē)開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)分為變頻器編程和plc控制軟件設(shè)計(jì)。變頻器編程包括控制輸入輸出端子編程、運(yùn)行參數(shù)編程和控制參數(shù)編程，運(yùn)行參數(shù)和控制參數(shù)經(jīng)計(jì)算后獲得。plc控制軟件采用模

29、塊化設(shè)計(jì)，本論文主要選取選層模塊、運(yùn)行模塊、開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)模塊、檢修模塊和故障自診斷與處理模塊進(jìn)行說(shuō)明。4.2.1 選層模塊用于檢測(cè)并保持各層站及轎廂內(nèi)的呼叫信號(hào)，決定運(yùn)行的終點(diǎn)。在沒(méi)有任何呼叫信號(hào)的情況下，只要有一個(gè)呼叫信號(hào)按鈕按下，無(wú)論是上行還是下行呼叫，該按鈕所在的層站即為運(yùn)行終點(diǎn)。由電梯所處的當(dāng)前位置與終點(diǎn)比較，即可確定出運(yùn)行方向。在已有呼叫信號(hào)的情況下，若再有呼叫按鈕按下，則根據(jù)已確定的運(yùn)行方向和已有的全部呼叫確定終點(diǎn)。以五層五站為例說(shuō)明選層模塊plc控制程序。一層至五層的選層控制信號(hào)由梯形圖（圖5）上的內(nèi)部輔助繼電器m2.1m2.5來(lái)產(chǎn)生。在其驅(qū)動(dòng)回路中的接點(diǎn)i3.1i3.5為對(duì)應(yīng)的各層

30、的轎內(nèi)選層指令登記信號(hào)，接點(diǎn)i0.1i0.4以及i0.5i0.8為對(duì)應(yīng)各層上行下行廳召喚指令登記信號(hào)。由于電梯處于“有司機(jī)”運(yùn)行狀態(tài)，電梯的選層選向關(guān)閉和啟動(dòng)運(yùn)行均應(yīng)由司機(jī)采操縱，而廳召喚指令則不參與選層和選向。為此，在選層控制繼電器m2.1m2.5的驅(qū)動(dòng)回路中，均串接了常開(kāi)觸點(diǎn)q0.0。繼電器q0.0由門(mén)連鎖信號(hào)接點(diǎn)i1.0和上行、下行選向控制信號(hào)接點(diǎn)m3.1、m3.2的并聯(lián)支路來(lái)驅(qū)動(dòng)。因此，若電梯在某層站?？块_(kāi)門(mén)待命時(shí)接點(diǎn)i1.0、m1.1、m1.2均為開(kāi)斷狀態(tài)，使在繼電器m2.1m2.5驅(qū)動(dòng)回路中的廳召喚指令信號(hào)不起作用，即此時(shí)廳召喚指令不參與選層選向控制。選層模塊梯形圖如圖5所示。 i

31、1.0 m3.1 q0.0 （ ） m3.2 i0.1 q0.0 m2.1 （ ） i3.1 i3.2 i0.5 q0.0 m2.2 （ ） i0.2 i3.3 i0.6 q0.0 m2.3 （ ） i0.3 i3.4 i0.7 q0.0 m2.4 （ ） i0.4 i0.8 q0.0 m2.5 （ ） i3.5 圖5選層模塊梯形圖程序與圖5所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下。ld i1.0 ；i1.0為門(mén)連鎖開(kāi)關(guān)o m3.1 ；m3.1為上行選向控制繼電器o m3.2 ；m3.2為下行選向控制繼電器= q0.0 ；相與的值賦給q0.0ld i0.1a q0.0 ；樓層1上行o i3.1

32、；轎內(nèi)樓層1= m2.1 ；樓層1內(nèi)部輔助器ld i3.2 ；轎內(nèi)樓層2o i0.5 a q0.0 ；樓層2下行o i0.2 ；樓層2上行= m2.2 ；樓層2內(nèi)部輔助器ld i3.3 ；轎內(nèi)樓層3o i0.6a q0.0 ；樓層3下行o i0.3 ；樓層3上行= m2.3 ；樓層3內(nèi)部輔助器ld i3.4 ；轎內(nèi)樓層4o i0.7a q0.0 ；樓層4下行o i0.4 ；樓層4上行= m2.4 ；樓層4內(nèi)部輔助器ld i0.8a q0.0 ；樓層5下行o i3.5 ；轎內(nèi)樓層5= m2.5 ；樓層5內(nèi)部輔助器4.2.2 運(yùn)行模塊用于控制電梯行走、平層，由速度控制子模塊、確定停車(chē)位置子模塊、平

33、層動(dòng)作子模塊構(gòu)成。停車(chē)位置子模塊根據(jù)運(yùn)行方向、按鈕呼叫狀態(tài)、終點(diǎn)與當(dāng)前位置判定運(yùn)行的前方層站是否需要停車(chē)。若在換速點(diǎn)之前，運(yùn)行方向的下一個(gè)層站有與運(yùn)行方向同向的呼叫信號(hào)，或者下個(gè)位置為終點(diǎn)，則停車(chē)位置子模塊發(fā)出下一個(gè)位置停車(chē)信號(hào)。換速點(diǎn)利用時(shí)間確定，因電梯起動(dòng)開(kāi)始行走后，存在加速階段，故每次運(yùn)行的第一個(gè)樓層高速運(yùn)行的時(shí)間略長(zhǎng)，后續(xù)連續(xù)運(yùn)行樓層高速運(yùn)行時(shí)間略短，這一高速運(yùn)行時(shí)間由換速時(shí)間定時(shí)器設(shè)定。運(yùn)行過(guò)程中，速度控制子模塊檢查換速定時(shí)器是否到達(dá)設(shè)定的時(shí)間延時(shí)，延時(shí)到說(shuō)明到達(dá)換速點(diǎn)。如果電梯在行走過(guò)程中，檢測(cè)到停車(chē)位置模塊發(fā)出的下一個(gè)位置停車(chē)信號(hào)，則到達(dá)換速點(diǎn)即換用低速進(jìn)入平層階段。平層認(rèn)址子模

34、塊在電梯運(yùn)行過(guò)程中，隨時(shí)檢測(cè)電梯的當(dāng)前位置。進(jìn)入平層階段后，平層認(rèn)址子模塊檢測(cè)從換速點(diǎn)到停車(chē)位置檢測(cè)片所需時(shí)間t1和從進(jìn)入檢測(cè)片到認(rèn)址傳感器進(jìn)入認(rèn)址片所需時(shí)間t2，t1、t2經(jīng)模糊量化后，根據(jù)相應(yīng)的模糊控制規(guī)則確定出對(duì)曳引機(jī)和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行直流注入剎車(chē)的時(shí)刻，發(fā)出直流注入剎車(chē)信號(hào)，同時(shí)發(fā)出平層結(jié)束信號(hào)9。運(yùn)行模塊在轎門(mén)關(guān)門(mén)且未執(zhí)行開(kāi)/關(guān)門(mén)模塊時(shí)，檢測(cè)到運(yùn)行方向的上升沿開(kāi)始執(zhí)行；在已有運(yùn)行方向，剛執(zhí)行完開(kāi)/關(guān)門(mén)模塊時(shí)開(kāi)始執(zhí)行。執(zhí)行運(yùn)行模塊時(shí)先松閘，平層結(jié)束停穩(wěn)后抱閘。4.2.3 檢修模塊用于檢修時(shí)行走和開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)控制。在檢修狀態(tài)下，按下轎內(nèi)或轎頂、或者控制柜上的上行下行按鈕，電梯可在1層至5層內(nèi)低速（

35、0.2m/s）行走，按下轎內(nèi)開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)按鈕可手動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)。在旋鈕置于維修狀態(tài)時(shí)，不論電梯處于何種位置，都將直接運(yùn)行到樓層底部，忽略用戶的其他指令。其工作流程圖如圖6示。啟動(dòng)維修 n y運(yùn)行至底層正常運(yùn)行圖6維修狀態(tài)流程圖旋鈕的默認(rèn)狀態(tài)為i0.0斷開(kāi)，在斷開(kāi)時(shí)中間繼電器m0.0閉合，不論電梯處于什么位置，電梯都直接下行到底層，如果電梯就在底層，則廂門(mén)上的限位器傳送信號(hào)到plc中，表示電梯已到達(dá)目標(biāo)位置，延遲一段時(shí)間后，廂門(mén)開(kāi)啟進(jìn)行維修維護(hù)工作，其維修狀態(tài)時(shí)的梯形圖程序如圖7所示。 i0.0 m0.1 （ ） i0.0 m0.0 （ ） m0.0 m0.2 （ ） vb0 m0.3 m0.2 =b （

36、 r ）1 1 m1.1 （ ）in tonpt 100ms t37 m0.1 t37 m1.2 10 （ ） 圖7 維修狀態(tài)時(shí)的梯形圖程序與圖7所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下：ld i0.0= m0.1 ；正常運(yùn)行程序ldn i0.0= m0.0 ；維修狀態(tài)運(yùn)行l(wèi)d m0.0= m0.2 ；電梯下行l(wèi)db= vb0,1 ；判斷當(dāng)前樓層是否為1層a m0.3 ；電梯到達(dá)指定樓層r m0.2,1 ；下行狀態(tài)被復(fù)位= m1.1 ；抱閘停車(chē)ton t37,10 ；電梯到位，延遲1sld m0.1a t37= m1.2 ；延時(shí)時(shí)間到，開(kāi)門(mén)啟動(dòng)4.2.4 開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)模塊用于開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)控制。在運(yùn)行狀態(tài)

37、下電梯運(yùn)行到位發(fā)出平層結(jié)束信號(hào)后，開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)模塊發(fā)出開(kāi)門(mén)信號(hào)，開(kāi)門(mén)至開(kāi)門(mén)限位時(shí)停止，經(jīng)延時(shí)后自動(dòng)關(guān)門(mén)。電梯停在平層位置時(shí)，若有本層上行或者下行按鈕呼叫，或安全靴開(kāi)關(guān)閉合，或開(kāi)門(mén)按鈕按下，則自動(dòng)開(kāi)門(mén)至限位；若按下關(guān)門(mén)按鈕，則自動(dòng)關(guān)門(mén)至關(guān)門(mén)限位。若電梯超載，則不關(guān)門(mén)并報(bào)警，超載消除后自動(dòng)關(guān)門(mén)。電梯在行走過(guò)程中，轎內(nèi)開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)按鈕無(wú)效。在檢修狀態(tài)下，電梯不自動(dòng)開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)，利用開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)按鈕手動(dòng)開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)。在電梯運(yùn)行過(guò)程中，即使按下開(kāi)門(mén)的按鈕，電梯門(mén)也不會(huì)打開(kāi)；同樣如果電梯門(mén)沒(méi)有完全關(guān)閉，電梯不進(jìn)行上下運(yùn)行，以此保證乘客的安全，其程序如圖8示。 m0.1 m0.3 t37in tonpt 100ms 10 m0

38、.1 m0.3 t37 i1.4 m1.2 ( ) m1.2 m0.1 t37 i2.1 i1.4 m1.2 ( ) m1.2 圖8 開(kāi)門(mén)子程序模塊梯形圖程序與圖8所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下：ld m0.1a m0.3ton t37,10 ；電梯定位完成后，開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)長(zhǎng)1sld m0.1a m0.3a t37o m1.2 ；計(jì)時(shí)結(jié)束，門(mén)自動(dòng)打開(kāi)an i1.4 ；開(kāi)門(mén)到位后，自鎖斷開(kāi)= m1.2 ；開(kāi)門(mén)自鎖繼電器ld m0.1a t37a i2.1 ；手動(dòng)開(kāi)門(mén)也必須在延時(shí)結(jié)束后才能操作o m1.2an i1.4= m1.2 ；開(kāi)門(mén)自鎖繼電器in tonpt 100ms m0.1 i

39、1.4 m0.3 i2.1 t38 20 m0.1 m0.3 t38 i2.1 i1.5 m1.3 （ ） m0.3 i2.2 i1.4 m1.3圖9關(guān)門(mén)子程序模塊梯形圖程序與圖9示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下：ld m0.1a i1.4a m0.3an i2.1ton t38,20 ；電梯門(mén)打開(kāi)后，可根據(jù)實(shí)際情況確定關(guān)門(mén)的延遲時(shí)間；在此程序中，設(shè)置為2sld m0.1a m0.3a t38 ；定時(shí)時(shí)間到，關(guān)門(mén)繼電器啟動(dòng)ld m0.3a i2.2a i1.4 ；也可隨時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)關(guān)門(mén)繼電器oldo m1.3an i2.1an i1.5 ；關(guān)門(mén)結(jié)束后，斷開(kāi)關(guān)門(mén)繼電器= m1.3 ；關(guān)門(mén)自鎖繼

40、電器 在開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)程序中，當(dāng)電梯門(mén)處于正在開(kāi)門(mén)的狀態(tài)時(shí)，必須等廂門(mén)完全打開(kāi)后，才能執(zhí)行關(guān)門(mén)程序，如圖9所示，只有在i1.4閉合后，手動(dòng)關(guān)門(mén)才能開(kāi)始操作；而反過(guò)來(lái)，當(dāng)電梯門(mén)正處于關(guān)門(mén)狀態(tài)時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)開(kāi)門(mén)按鈕i2.1斷開(kāi)自鎖繼電器m1.3，如圖9所示，然后接通開(kāi)門(mén)自鎖繼電器m1.2，將關(guān)門(mén)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為開(kāi)門(mén)狀態(tài)。4.2.5 故障自診斷與處理模塊用于在工作過(guò)程中自動(dòng)診斷故障，并根據(jù)故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行相應(yīng)的故障處理。診斷出的故障分為一般性故障和嚴(yán)重故障，停車(chē)后一般性故障可手動(dòng)運(yùn)行，嚴(yán)重故障則不能手動(dòng)運(yùn)行。通過(guò)故障自診可檢查出超速、越位、認(rèn)址傳感器故障、開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)超時(shí)、調(diào)速系統(tǒng)故障等，保證了電梯的安全運(yùn)行。該模塊還對(duì)電梯運(yùn)行過(guò)程中斷電后的恢復(fù)進(jìn)行了處理。5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方法在設(shè)計(jì)中，主要面臨的問(wèn)題存在于兩個(gè)方面：一是機(jī)械結(jié)構(gòu)；二是軟件設(shè)計(jì)。由于乘客的安全必須要得到絕對(duì)保證，因此在調(diào)試中，各種安全裝置、保護(hù)裝置等都必須進(jìn)行認(rèn)真地調(diào)整和校驗(yàn)，徹底消除各種安全隱患，保證電梯正常、安全、可靠的運(yùn)行。