基于PLC和MCGS的四層電梯控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計論文

2015屆本科生畢業(yè)論文存檔編號湖北文理學院物理與電子工程學院畢業(yè)論文（設計）論文題目：基于PLC和MCGS的四層電梯控制系統(tǒng)EnglishTopic:TheFourLayerElevatorControlSystemBasedOnMCGSandPLC緒論1.1前言在高速發(fā)展的現(xiàn)代社會中，電梯已經(jīng)成為生產(chǎn)生活當中不可缺少的高層運輸設備。由于電梯的存在讓每幢高層建筑的聯(lián)系更為緊湊、便利。電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段：繼電器控制階段、微機控制階段、現(xiàn)場總線控制階段[9],但是傳統(tǒng)的由繼電器、接觸器控制的電梯運行在控制線路上易出故障、維護難、運行壽命短、控制系統(tǒng)龐大等缺點，從電梯的長遠發(fā)展史來看，這種控制系統(tǒng)將逐漸的被淘汰。目前電梯設計比較先進的方法是使用可編程控制器(PLC)來進行控制，較傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點是變化靈活，編程簡單，故障較少，噪音低、維修保養(yǎng)方便、最大化提供效率、抗干擾能力強；控制箱空間占有率小，可靠性高、開發(fā)周期較短。所以較傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)這種電梯運行更加可靠，并且有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，已成為電梯控制發(fā)展的主要方向，其許多功能是傳統(tǒng)繼電器、接觸器控制系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的[14]，近30年來，可編程控制器經(jīng)歷了從無到有發(fā)展階段，實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域從接線到存儲技術(shù)的巨大飛躍[12]；其功能從簡單到全面，并且實現(xiàn)了可編程控制器數(shù)字控制的智能化；其應用領(lǐng)域也變得更加的廣泛，完成了單體設備簡單控制到過程控制和集散控制等各種復雜控制任務的進化[3]。現(xiàn)在的可編程控制器已經(jīng)逐步成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設備，包括三菱、西門子以及一些國內(nèi)設備廠商開發(fā)出了一大批適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的各種型號的PLC設備，在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的的作用。1.2基于PLC的電梯在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢作為中國最早對外開放的行業(yè)，中國電梯業(yè)受到外資各種打壓措施影響，原有的國內(nèi)著名的電梯品牌全軍覆沒。自1980年起，上海電梯廠，天津電梯廠，沈陽電梯廠等國內(nèi)的大型電梯企業(yè)，紛紛與瑞士迅達、美國奧的斯、日本三菱等國外電梯巨頭達成合資協(xié)議，外資合資品牌與外企也因此進入國內(nèi)市場。近年來，一些國內(nèi)電梯品牌經(jīng)過結(jié)束革新，絕地反擊，出現(xiàn)四分天下有其一的局面。目前，中國已成為電梯行業(yè)競爭的主戰(zhàn)場。

然而要想在這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭中立于不敗之地必須改革創(chuàng)新，擺脫傳統(tǒng)電梯業(yè)帶來的束縛，采取各種技術(shù)讓自己處在競爭的前列?；赑LC的電梯控制系統(tǒng)由此應運而生。

現(xiàn)如今電梯業(yè)運用的控制系統(tǒng)主要是微機控制和PLC控制[15]，其中微機控制仍是主流控制方案，尤其在垂直電梯中，超過90%使用微機控制，這主要是由微機控制的高靈敏度與低成本、CPU的高運算能力與高抗干擾能力。PLC則在可靠性方面與簡單的邏輯控制比較占優(yōu)勢[7]。在未來，電梯將向高速電梯這個方向發(fā)展，乘梯的舒適感及電梯啟動和停止時的平滑過渡也會變得更加突出，因此在未來幾年微機控制仍然是主流控制方案，但PLC的高可靠性及以維護的優(yōu)勢也讓更過的廠商考慮將二者的優(yōu)勢結(jié)合，微機控制與PLC控制相結(jié)能更好的實現(xiàn)人性化設計。在發(fā)達的工業(yè)國家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應用在所有的工業(yè)部門,但是隨著可編程隨著可編程序控制器的性能價格比不斷提高,過去許多使用計算機控制的場合也可以使用可編程序控制器,可編程控制器的應用范圍不斷擴大,正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的關(guān)鍵設備。自美國奧斯升降機公司在1889年推出當時世界上第一部以電動機為動力的升降機以來,電梯經(jīng)歷了卷筒式驅(qū)動、牽引式驅(qū)動等驅(qū)動方式的巨大變化,逐漸形成了直流電機拖動和交流電機拖動兩種不同的拖動方式。如今電梯已成為人們進出高層建筑不可或缺的代步工具;而且作為載人工具,人們在運行的平滑性、高速性、準確性、高效性等一系列靜、動態(tài)性能方面對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、接線復雜、一旦接收完成不易更改等缺點,所以需要開發(fā)一種安全、高效的控制方式?？删幊炭刂破?PLC)具有原來繼電器、接觸器控制系統(tǒng)的優(yōu)點—控制精度高、控制程序簡單易懂、外部設備可靠性好、而且控制程序可隨工藝改變、設備維修方便、易于與計算機接口等諸多高品質(zhì)性能。所以近些年可編程控制器的高性能讓其在電梯控制領(lǐng)域得到了廣泛而深入的應用[8]。電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運輸工具。多層廠房和多層倉庫需要有貨梯;高層住宅需要有住宅梯;百貨大樓和賓館需要有客梯,自動扶梯。在現(xiàn)代社會,電梯已像汽車、輪船一樣,成為人類不可缺少的交通運輸工具。據(jù)統(tǒng)計,美國每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數(shù)，當今世界,電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標志之一。追溯電梯這種升降設備的歷史,據(jù)說它起源于公元前236年的古希臘。當時有個叫阿基米德的人設計出人力驅(qū)動的卷筒式卷揚機。1858年以蒸汽機為動力的客梯,在美國出現(xiàn),繼而有在英國出現(xiàn)水壓梯。1889年美國的奧的斯電梯公司首先使用電動機作為電梯動力,這才出現(xiàn)名副其實的電梯,并使電梯趨于實用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺自動扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯,第一批批4~6臺群控電梯在紐約的聯(lián)合國大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計算機(真空管)控制電梯。1962年美國出現(xiàn)了速度達8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進工業(yè)國只成了無觸點半導體邏輯控制電梯。1967年可控硅應用于電梯,使電梯的拖動系統(tǒng)筒化,性能提高。1971年集成電路被應用于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機開始用于電梯,使電梯的電氣控制進入了一個新的發(fā)展時期。1.3研究的主要內(nèi)容及設計成果的應用價值本課題主要內(nèi)容包括:了解組態(tài)軟件MCGS的組成以及工作原理,學習使用組態(tài)軟件MCGS,然后熟悉了解三菱FX-2N系列的PLC硬件配置,內(nèi)部資源以及編程軟件GX-Work2的使用,最后以組態(tài)軟件MCGS設計出組態(tài)監(jiān)控畫面來建立系統(tǒng)上位機監(jiān)視平臺,以PLC作為控制系統(tǒng)下位機實現(xiàn)全部控制功能,根據(jù)多層電梯控制系統(tǒng)的要求完成多層電梯控制系統(tǒng)整體設計?，F(xiàn)有三菱系列PLC開發(fā)軟件GX-Work2,組態(tài)開發(fā)軟件MCGS等軟件擁有三菱系列PLC等設備,可以滿足本課題的研究與設計。在設計中要充分采取理論聯(lián)系實際的方法,無論是程序開發(fā)還是硬件連接都要聯(lián)系實際讓設計在生活中能真正起到作用。對實現(xiàn)論文的真正價值具有實際作用。通過課題的研究與實驗,總結(jié)并建立一套基于PLC的電梯控制系統(tǒng),能高效的完成電梯的控制任務。利用MCGS

組態(tài)軟件制作人機對話界面,檢驗電梯PLC控制系統(tǒng)的運行情況。PLC可遍程控制器和MCGS組態(tài)軟件結(jié)合有利于PLC控制系統(tǒng)的設計、監(jiān)控、故障排除等具有良好的應用價值。

2基于PLC四層電梯控制系統(tǒng)的概述2.1可編程控制器的概述2.1.1PLC的發(fā)展史和背景在PLC（ProgrammableLogicalController）可編程控制器未問世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中主要是接觸器和繼電器占據(jù)主要的地位，但是接觸器和繼電器所構(gòu)成的控制系統(tǒng)是采用固定硬件的接線實現(xiàn)控制要求，而且對于一些大型的控制系統(tǒng)來說需要大量的接觸器和控制器，這樣造成硬件電路固定不易改變、控制系統(tǒng)體積過大、耗能多、接觸器頻繁動作老化快壽命短、容易造成系統(tǒng)故障。在這樣的一個大環(huán)境下人們想用一種新型的控制裝置取代接觸器繼電器控制電路。這樣就出現(xiàn)了具有計算機的完備功能以及靈活性和通用性、并且具有原先接觸器和控制器的簡單易懂，操作方便、價格便宜的優(yōu)點的新型控制系統(tǒng)[2]。隨著微處理器（CPU）和運算放大器、數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，幾乎所有的工業(yè)控制領(lǐng)域都在使用計算機控制系統(tǒng)。當前用于工業(yè)控制的計算機可以分為以下幾類：基于PC總線的工業(yè)控制計算機、類如可編程序控制器、基于單片機的測控裝置、用于模擬量閉環(huán)控制的可編程調(diào)節(jié)器、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）等。2.1.2PLC控制器的特點經(jīng)過多年的發(fā)展PLC已經(jīng)發(fā)展成完善的可編程控制器。PLC是綜合繼電器和接觸器控制的優(yōu)點以及計算機的靈活、方便的優(yōu)點的統(tǒng)一化的產(chǎn)物，這使PLC具有其他控制器所沒有的優(yōu)點，主要包括以下優(yōu)點：⑴可靠性高、抗干擾能力強：提高PLC的可靠性和抗干擾能力主要采用了硬件措施和軟件措施來提高。主要的硬件措施包括屏蔽、濾波、隔離、采用模塊式結(jié)構(gòu)；主要的軟件措施有故障檢測、信息保護和恢復、設置警鐘時鐘WDT、對程序進行檢查和檢驗，一旦有錯立即報警，并停止執(zhí)行[18]。⑵通用性強、使用方便：PLC產(chǎn)品已經(jīng)系列化和模塊化，PLC開發(fā)制造商提供了品種齊全的I\O模塊和配套部件。⑶采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便：PLC系統(tǒng)的各個部件均采用模塊化設計的結(jié)構(gòu)，模塊之間用電纜連接。根據(jù)用戶的需求選取系統(tǒng)的功能和規(guī)模。⑷編程語言易學、簡單、容易掌握：PLC的開發(fā)制造商為了方便電氣技術(shù)人員學習和研究，采用了了與繼電器接觸器原理相同的梯形圖語言方便大家了解。⑸系統(tǒng)設計周期短：由于系統(tǒng)硬件的設計任務僅僅是根據(jù)對象的控制要求來配置相應的模塊，熱不是設計具體的接口電路，這樣縮短了設計所需要的時間。⑹安裝簡單、調(diào)試方便、維護工作量小、對生產(chǎn)工藝的改變適應能力強：PLC控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器接觸器控制系統(tǒng)小的多，只要將現(xiàn)場的各種PLC設備和相應I\O端口相連就可以了；PLC的核心部件是工業(yè)控制計算機其實就是一種微處理器，通過編程來實現(xiàn)不同的控制要求，對生產(chǎn)的適應能力強。2.1.3PLC的基本組成和工作原理PLC自身有有很多優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域顯示出了越來越重要的作用，作為一個使用者要更好的了解和掌握它就需要深入的了解它的基本組成和工作原理。⑴PLC的基本組成：目前市場上有很多的可編程控制器，不同的廠商或者同一個廠商都有不同的型號，那么它的結(jié)構(gòu)就不相同，但是他們的基本組成和基本工作原理大致都是相同的。都是以微處理器為核心，功能的實現(xiàn)靠軟硬件結(jié)合的形式，換句話說實際上的可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機。其硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。圖2.1PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由上圖可知PLC的硬件系統(tǒng)主要是由微處理器（CPU或者是運算器和放大器）、存儲器（RAM、EPROM）、輸入\輸出模塊、外設I\O接口以及電源組成[1]，這些部件放到同一個機殼內(nèi)組成了一個整體式的PLC的設備。對于模塊式的PLC，各部件獨立封裝，稱之為模塊，各模塊之間通過電纜和機架相互連接方便取放和選取重復使用。主機內(nèi)的各個部分均通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。根據(jù)實際的控制要求配備一定的外部設備，即可構(gòu)成不同的PLC控制系統(tǒng)。常用的還有一些諸如編程器、答應機、EPROM寫入器等外部設備來擴展控制功能。PLC可以配置通信模塊也可以與其他的PLC或者上位機連接構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。⑵PLC的基本工作原理：眾做周知PLC是一種可以存儲程序的控制器，用戶可以根據(jù)對象的具體控制要求編制好程序并將程序鍵入到PLC的用戶存儲器中進行寄存。PLC的功能的實現(xiàn)就是靠通過運行用戶程序來實現(xiàn)控制的。PLC的程序運行的方式與微型計算機相比有較大的不同，微型計算機運行程序時，一旦執(zhí)行到END命令即結(jié)束程序的執(zhí)行，但是PLC的程序執(zhí)行時從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始執(zhí)行到最后一條END結(jié)束，但是PLC程序還會從第一條程序開始重新運行，是一種循環(huán)執(zhí)行的過程，直到斷電或者運行到STOP狀態(tài)下。我們稱之為這種執(zhí)行程序的方式為掃描工作方式，每當掃描完成一次就構(gòu)成了掃描周期。而且PLC對輸入、輸出信號是集中處理的但是微型計算機對輸入、輸出是實時信號處理。PLC的掃描工作方式主要分為三個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。PLC掃描過程示意圖如圖2.2所示。圖2.2PLC掃描過程示意圖2.2四層電梯控制系統(tǒng)的概述日常生活所用到的電梯是以電動機為驅(qū)動一種運動裝置，主要的應用場合在于多層建筑的乘人或載物。電梯主要運載方式有箱狀吊艙式的也有臺階式的，臺階式的電梯踏步板裝在履帶上連續(xù)傳送，也稱自動扶梯。箱裝吊倉式電梯是服務于高層建筑的固定式的升降設備，其具有一個轎廂。這里提及的四層電梯的設計主要指的是箱裝吊艙式電梯的設計。2.2.1電梯的詳細分類電梯有很多分類方式，但是可以按照不同的分類原理將電梯進行分類。下面我們就從幾個方面進行分類。⑴按用途分類:乘客電梯：這種電梯主要是為了方便人們出行上下高層的產(chǎn)物，乘客電梯要求具有完備的保障乘客生命安全的一些措施以及一些轎廂內(nèi)的按鍵合理編排和布局;載貨電梯：這種電梯是為了方便人們來搬運大型貨物，提高勞動效率的電梯產(chǎn)物;醫(yī)用電梯：為運送傷病人員、醫(yī)療人員、醫(yī)用車、病床而設計的電梯,轎廂一般都是長而窄，這樣來設計是為了更好的轉(zhuǎn)移傷員以避免二次傷害;觀光電梯：這種電梯轎廂壁是透明的,方便乘客觀光使用游覽景區(qū)，而且一般使用場合都在旅游風景區(qū);船舶電梯：供船舶上使用，要求具有方便、實用、小巧等功能;建筑施工電梯：建筑施工與維修使用的電梯，對工程方面的要求很高，要求負荷量要大。除了上述常用的電梯外,還有一些特殊用途的電梯,比如冷庫電梯、礦井電梯、消防員用電梯、電站電梯等。⑵按驅(qū)動方式分類:交流電梯：驅(qū)動方式采用交流感應電動機;根據(jù)拖動方式的不同可分為交流變壓變頻調(diào)速、交流雙速、交流調(diào)壓調(diào)速、交流單速等交流電梯;直流電梯：驅(qū)動方式采用直流電動機;而且轎廂的運行速度一般在2米/秒以上;液壓電梯：通常為利用電動泵驅(qū)動液體的流動,由柱塞帶動轎廂升降的電梯;直線電機驅(qū)動的電梯:動力源為直線電機;除了以上兩種比較重要的電梯分類方式以外還有按照速度分類、按照是否有電梯操作員和按照電梯操作方式來分類。這里就不花大篇幅來介紹了。2.2.2、電梯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)⑴基于PLC的四層電梯控制系統(tǒng)的整體流程圖本系統(tǒng)主要構(gòu)成是由由上位機、下位機以及下位機控制的各執(zhí)行部件組成，其中上位機是由工控機和工控軟件MCGS6.2來實現(xiàn)[16]，下位機由PLC來完成,MCGS監(jiān)控軟件主要用于監(jiān)控并控制PLC及其他執(zhí)行部件的工作狀態(tài)，實現(xiàn)上位機與下位機的通信與反饋，下位機PLC用于控制各執(zhí)行部件的運行工作[20]。整體流程圖如圖2.3所示。圖2.3四層電梯控制系統(tǒng)的整體流程圖電梯是機電合一的一種大型的復雜的產(chǎn)品。它的機械部分相當于人的軀體,電氣部分好比人的神經(jīng),而控制部分可比人的大腦。具有明顯的分工操作，各個模塊具有實現(xiàn)不同的控制要求，以達到人們對生產(chǎn)生活的需要。圖2.4垂直升降電梯結(jié)構(gòu)圖按照圖2.4所示電梯的結(jié)構(gòu)主要包括曳引模塊、轎廂模塊、門系統(tǒng)操作模塊、電力拖動模塊、電氣控制模塊、安全保護模塊。各個模塊實現(xiàn)不同的功能來完善整個電梯的控制需求。曳引模塊是為了讓轎廂達到相應的樓層而牽引著轎廂移動。轎廂模塊給電梯系統(tǒng)提供空間以達到取放貨物，運載人員達到相應樓層。門系統(tǒng)模塊其實就是讓門到達相應樓層開關(guān)并達到延時關(guān)門的效果以方便人員和貨物的進出。電力拖動模塊就是電動機按照相應的控制要求將轎廂通過繩索送達相應樓層。電氣控制模塊就是通過電氣開關(guān)來實現(xiàn)轎廂的相應控制要求。安全保護模塊式為了讓電梯在發(fā)生安全故障時有一套自我保護的系統(tǒng)保證生命財產(chǎn)的安全。2.3四層電梯控制系統(tǒng)的具體控制要求要想設計出一套合理的電梯控制程序必須要弄清楚電梯的具體控制要求才能相應的設計出合理滿足現(xiàn)實需求的四層電梯控制系統(tǒng)，詳細的控制要求如下：⑴開始時電梯處于任意一層（在組態(tài)畫面中因為設置了轎廂的初始值所以電梯會停留在1樓，如果想讓電梯停留在任何樓層可以通過改變轎廂初始值來完成）⑵當有外呼叫信號到來時電梯響應該呼叫信號到達該樓層，電梯到達相應外呼信號所對應的相應樓層后開門，并延時3秒關(guān)門。⑶當有內(nèi)呼叫信號到來時電梯響應該呼叫信號到達該樓層，電梯到達相應外呼信號所對應的相應樓層后開門，并延時3秒關(guān)門。⑷在電梯運行過程中不響應電梯反方向外呼操作，即當電梯上升過程中下降按鈕不起作用，電梯上升過程中下降按鈕不起作用。⑸電梯沒有平層時轎廂內(nèi)的開關(guān)門按鈕不起任何作用⑹電梯轎廂內(nèi)部的顯示模塊可以顯示轎廂當前所處樓層，轎廂的上升、下降運行狀態(tài)指示。⑺內(nèi)呼按鈕上有紅色顯示燈，轎廂沒有到達相應樓層時一直亮，到達相應樓層后燈滅。3.四層電梯控制系統(tǒng)的硬件設計3.1四層電梯控制系統(tǒng)的工作流程根據(jù)上述控制要求再結(jié)合實際生活中對電梯結(jié)構(gòu)的分析，根據(jù)乘客電梯的工作流程我們可以分析并繪制出電梯的工作流程圖如圖3.1所示。圖3.1電梯工作流程圖從流程圖上可以清晰的看出電梯的主要流程包括以下幾個方面：⑴開關(guān)門控制系統(tǒng)：當某一樓層的電梯指示燈一直亮時,表示該層電梯正在進行開門、延時、關(guān)門的動作。為了保證電梯運行的安全性,電梯的開關(guān)門手動信號跟電梯開關(guān)門自動信號應該應該互鎖。⑵內(nèi)外呼叫控制系統(tǒng)當某樓層上乘客按下某層樓的外呼按鈕時,電梯到達相應樓層后開門、延時關(guān)門、乘客進入。該樓層乘客進入轎廂后會選擇相應的內(nèi)呼叫按鈕到達該乘客所要到達的目標層。在整個內(nèi)、外呼叫控制系統(tǒng)中，只有轎廂到達相應樓層后，內(nèi)外呼按鈕的作用周期才結(jié)束，內(nèi)呼叫按鈕的指示燈在乘客到達目標層后熄滅，表示轎廂到達相應目標層。⑶轎廂的上下行控制系統(tǒng)：電梯初始位置可以停放在任意層，所以當有外呼叫按鈕信號輸入時，系統(tǒng)會根據(jù)當前狀況判斷轎廂是否在外呼按鈕信號層，如果不是電梯會相應到達外呼按鈕層，轎廂可能是上行也可能是下行，到達外呼按鈕信號層時外呼信號消失。乘客進入轎廂后選擇相應的內(nèi)呼叫按鈕來選擇相應的目標層，根據(jù)選擇的樓層判定轎廂是上行還是下行，到達目標層后相應的內(nèi)呼信號消失。3.2PLC的選型——三菱FX-2NPLC的簡介和特點分析三菱系列PLC的主要特點包含如下，具體可以從以下三個方面來進行討論⑴小巧的外部結(jié)構(gòu)：三菱FX系列的PLC具有可編程控制器的整體式和模塊式的優(yōu)點，而且它的基本單元、擴展單元和擴展模塊的高度和寬度相同。它們相互連接不用基板而是使用扁平電纜連接。故體積很小適用于機電一體化設備。三菱FX系列PLC主要有FX0、FX2、FX0N、FX2C、FX2N、FX2NC等系列型號可供選擇。⑵可以提供多種系列的機型供用戶選擇：由于三菱系列PLC提供很多種系列供用戶選擇，用戶在生產(chǎn)實踐中的可選擇性就大大提高了，根據(jù)用戶的實際要求和控制要求來選擇相應的產(chǎn)品型號。FX0S的功能相對簡單，但是比較實用而且價格便宜比較適用小型開關(guān)量控制系統(tǒng)；FX0N就可以適用于控制要求較高的中小型控制系統(tǒng)；而FX2N的功能最為強大，可以適用于控制要求很高的控制系統(tǒng)當中去。用戶在使用時不能隨便選型來完成控制要求，根據(jù)實際要求來進行選擇，否則會導致功能缺陷或則功能浪費。⑶靈活多變的系統(tǒng)配置FX系列PLC的系統(tǒng)配置靈活，用戶可以選擇擴展單元和擴展模塊以及特殊功能模塊來組成不同的I\O點和不同控制要求的控制系統(tǒng)。而且FX系列PLC內(nèi)部有CPU、存儲器、輸入\輸出接口單元，這些硬件資源在其系統(tǒng)軟件的支持下，使PLC具有很強的功能。在本四層電梯控制系統(tǒng)中，由于控制要求比較多，對I\O接口數(shù)以及存儲器的容量的要求比較高，所以采用功能和速度最為強大的FX2N系列PLC。3.3硬件設計的I\O地址定義和I\O地址分配表⑴基于PLC四層電梯控制系統(tǒng)的I\O地址分配表根據(jù)四層電梯的控制要求可以將輸入輸出點設置如表3.1所示[21]。表3.1基于PLC的四層電梯控制系統(tǒng)的I\O地址分配表輸入PLC地址說明輸出PLC地址說明Sb1X01樓內(nèi)呼Y02YO轎廂上至2樓Sb2X12樓內(nèi)呼Y03Y1轎廂上至3樓Sb3X23樓內(nèi)呼Y04Y2轎廂上至4樓Sb4X34樓內(nèi)呼Y11Y3轎廂下至1樓Sb01X41樓外呼上樓Y12Y4轎廂下至2樓Sb02X52樓外呼上樓Y13Y5轎廂下至3樓Sb12X62樓外呼下樓xian1Y11當前位置1樓Sb03X73樓外呼上樓xian2Y12當前位置2樓Sb13X113樓外呼下樓xian3Y13當前位置3樓Sb14X124樓外呼下樓xian4Y14當前位置4樓SQ1X131樓行程開關(guān)upY21轎廂上升標志SQ2X142樓行程開關(guān)downY22轎廂下降標志SQ3X153樓行程開關(guān)kaiY23開門接觸器SQ4X164樓行程開關(guān)guanY24關(guān)門接觸器⑵基于PLC的四層電梯控制系統(tǒng)的I\O地址接線圖根據(jù)上述I\O地址表利用CAD可以繪制出I\O地址接線圖如圖3.2所示[11]。圖3.2I\O地址接線圖

4四層電梯控制系統(tǒng)的軟件設計4.1GX-Works2軟件簡介本四層電梯控制系統(tǒng)的PLC梯形圖采用GX-Works2來進行軟件設計的梯形圖編寫部分[22]。GX-Works2是三菱電機公司推出的綜合三菱PLC編程軟件，是專用于三菱系列PLC設計、調(diào)試、維護安裝的編程軟件。與傳統(tǒng)的GX-Developer和FX-Gpwin等設計軟件相比，提高了工作性能和設計功能，變得更加容易使用。GX-Works2新一代三菱PLC軟件，具有簡單工程（SimpleProject）和結(jié)構(gòu)化工程（StructuredProject）兩種編程方式，支持梯形圖、指令表、SFC、ST及結(jié)構(gòu)化梯形圖等編程語言，可實現(xiàn)程序編輯，參數(shù)設定，網(wǎng)絡設定，程序監(jiān)控、調(diào)試及在線更改，智能功能模塊設置等功能，適用于Q、QnU、L、FX等系列可編程控制器，兼容GXDeveloper軟件，支持三菱電機工控產(chǎn)品iQPlatform綜合管理軟件iQWorks，具有系統(tǒng)標簽功能，可實現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)與HMI、運動控制器的數(shù)據(jù)共享。4.2利用GX-Works2編寫PLC梯形圖程序該控制系統(tǒng)主要可以分為六個部分電梯上行控制、電梯上下降顯示控制、電梯下行控制、各樓層電梯門開關(guān)控制、轎廂所在當前層顯示控制、平層延時3秒控制，詳細的程序設計如下[19]。（1）電梯上行控制梯形圖如圖4.1所示。圖4.1電梯上行控制梯形圖如圖所示根據(jù)I\O地址接線表可以編寫電梯上行梯形圖，將電梯的上行運行狀態(tài)分為上行至2樓(Y02)、上行至3樓(Y03)、上行至4樓(Y04)，電梯到達相應樓層后上行線圈斷電，轎廂停止運行。（說明：在這里的電梯控制系統(tǒng)中可以有三個電機控制電梯上下降，Y02、Y03、Y04分別對應電機1、電機2、電機3的上行控制線圈KM02、KM03、KM04）⑵電梯上下行顯示控制梯形圖如圖4.2所示。圖4.2電梯上下降顯示控制梯形圖如圖梯形圖所示電梯的上下行運行狀態(tài)對應著上下標志顯示，當轎廂到達相應樓層后接觸各樓層行程開關(guān)后上下行標志位置零。⑶電梯下行控制如圖4.3所示。圖4.3電梯下行控制梯形圖如圖所示根據(jù)I\O地址接線表可以編寫電梯下行梯形圖，將電梯的下行運行狀態(tài)分為上行至2樓(Y12)、上行至3樓(Y13)、上行至4樓(Y11)，電梯到達相應樓層后下行線圈斷電，轎廂停止運行。⑷各樓層電梯門開關(guān)控制如圖4.4所示。圖4.4各樓層電梯門開關(guān)控制梯形圖各樓層電梯門上裝有開門接觸器（Y23）、關(guān)門接觸器（Y24）。當相應的內(nèi)外呼按鈕信號作用時，轎廂到達相應樓層。平層時行程開關(guān)作用開門接觸器線圈帶電電梯門開；當門達到最大開合度時關(guān)門線圈帶電，延時3秒門關(guān)。且開門與關(guān)門之間具有互鎖關(guān)系。并且開關(guān)門具有手動操作功能，具體體現(xiàn)在上位機組態(tài)畫面的anniu1和anniu2在這里就不將此輸入加入I\O地址輸入表中。⑸轎廂所在當前層顯示控制如圖4.5所示。圖4.5轎廂所在當前層顯示控制梯形圖如圖4.5所示一樓顯示燈（Y11）、二樓顯示燈（Y12）、三樓顯示燈（Y13）、四樓顯示燈（Y14）,當電梯到達相應的呼叫層平層時相應樓層行程按鈕作用上一樓層顯示燈熄滅，顯示當前層。⑹平層延時3秒控制如圖4.6所示。圖4.6平層延時3秒控制梯形圖如圖4.6所示當相應的內(nèi)外呼按鈕作用后，轎廂平層到達相應樓層后，輔助繼電器帶點，當關(guān)門接觸器（Y24）帶點后，定時器開始計時3秒。

5四層電梯控制系統(tǒng)的組態(tài)畫面的設計5.1組態(tài)軟件MCGS6.2的簡介隨著網(wǎng)絡技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，給工業(yè)自動化領(lǐng)域帶來巨大的發(fā)展空間[5]，使用者可以方便快速地建立優(yōu)質(zhì)高效的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用雙機熱備、遠程監(jiān)控及診斷等先進技術(shù)，來使系統(tǒng)運行更加安全可靠，在這方面[10]。MCGS全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS工控組態(tài)軟件或MCGS）為用戶建立全新的過程測控系統(tǒng)提供了一整套解決方案[23]。MCGS工控組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件，可穩(wěn)定運行于Windows95/98/NT操作系統(tǒng)，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設備控制與輸出、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸、雙機熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設備，廣泛應用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實驗室等多種工程領(lǐng)域[13]。MCGSWW服務器版本，集工業(yè)現(xiàn)場的集散控制和各類歷史、實時數(shù)據(jù)及相關(guān)曲線的WWW發(fā)布于一體，可以解決整個企業(yè)的Internet/Intranet方案，也可以非常方便的與您已有的企業(yè)網(wǎng)絡相銜接，讓您從具體的技術(shù)環(huán)節(jié)和繁雜的數(shù)據(jù)堆中脫身，隨時隨地掌握工業(yè)現(xiàn)場與企業(yè)運營狀態(tài)，了解所需的各項信息，大幅度提高工作效率，實現(xiàn)成功決策。以裝載MCGS6.2的電腦為上位機，以PLC為下位機通過通信總線RS-232和通信協(xié)議以及硬件驅(qū)動程序可以完成MCGS和PLC的連接，這樣真正的實現(xiàn)上位機MCGS對下位機PLC的實時監(jiān)控運行[4]。5.2用戶組態(tài)畫面的建立5.2.1用戶窗口的建立⑴打開MCGS6.2組態(tài)軟件在文件菜單欄中選擇新建工程出現(xiàn)以下界面選擇用戶窗口（新建的工程文件會在安裝文件夾的work文件夾生成）并修改工程名為四層電梯控制系統(tǒng)[17]。選擇新建窗口會在中間空白處產(chǎn)生窗口0，此時鼠標右鍵單擊該窗口或者點擊右下角的窗口屬性按鈕更改窗口屬性為最大化設置，修改窗口名為四層電梯控制系統(tǒng)。⑵在雙擊該窗口進入組態(tài)畫面設計界面。建立的組態(tài)畫面如圖5.1所示。圖5.1組態(tài)窗口畫面建立圖按照此組態(tài)畫面建立電梯內(nèi)部控制工作臺，轎廂，電梯門，內(nèi)外選按鈕等數(shù)據(jù)對象。5.2.3數(shù)據(jù)對象的建立建立數(shù)據(jù)對象創(chuàng)立數(shù)據(jù)對象庫，注意各數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)類型，初始值的設置具體的數(shù)據(jù)對象庫建立如圖5.2所示。圖5.2數(shù)據(jù)對象建立圖（注意各樓層門（men1\men2\men3\men4）的初始值為100，采用縮放的形式來形成門關(guān)的效果。）組態(tài)畫面與數(shù)據(jù)對象的連接組態(tài)畫面中包括開門(anniu2)、關(guān)門按鈕（anniu1）、開門標志（kai1\kai2\kai3\kai4）、關(guān)門標志（guan1\guan2\guan3\guan4）、樓層內(nèi)呼按鈕（sb01\sb02\sb12\sb03\sb13\sb14（其中標記sb后面的數(shù)字分別代表的意思為：前一個數(shù)字‘1’代表下樓外選，數(shù)字‘0’代表上樓內(nèi)選；后一個數(shù)字代表該按鈕所處的樓層，按照此命名規(guī)則編排按鈕所分位置））、內(nèi)呼按鈕（sb1\sb2\sb3\sb4（標記sb后的數(shù)字代表到達相應樓層，按照此命名規(guī)則得到內(nèi)選按鈕的編排））、樓層指示上（up）、下（down）、樓層門（men1\men2\men3\men4）。其中相同類型數(shù)據(jù)對象的屬性設置相同，同一種數(shù)據(jù)對象以其中之一為例進行詳細設置如下⑴樓層指示上（up）屬性設置進入組態(tài)畫面找到向上標志雙擊進入屬性設置如圖5.3所示。圖5.3樓層指示上屬性設置填充顏色設置如圖5.4所示。圖5.4樓層指示上填充顏色設置再進行可見度，和閃爍效果的設置。樓層下降標志按照相同的方法進行設置⑵樓層顯示標志屬性設置如圖5.5所示。圖5.5轎廂當前層顯示標志屬性設置在輸入輸出連接中選擇顯示輸出，在顯示輸出菜單欄中選擇表達式xian1，選擇開時信息為‘1’。其他樓層顯示標志按照此方法進行相同的設置。⑶內(nèi)外選按鈕屬性設置如圖5.6所示。圖5.6一樓內(nèi)呼按鈕sb1的屬性設置Sb1在基本設置標題欄中選好按鈕名稱，在操作屬性欄中建立與數(shù)據(jù)對象的鏈接。圖5.7一樓外呼按鈕sb01的屬性設置Sb01在數(shù)據(jù)對象中建立數(shù)據(jù)對象的鏈接，在動畫連接中建立操作對象值操作。其他內(nèi)外按鈕的設置按照圖5.7屬性設置進行設置。⑷、電梯門開、關(guān)屬性設置如圖5.8所示電梯門（men1\men2\men3\men4）的開關(guān)由電梯門的開關(guān)標kai1\kai2\kai3\kai4和guan1\guan2\guan3\guan4進行控制，當開標志為1時門開，關(guān)標志為1時關(guān)。門和開、關(guān)標志位的屬性設置如下：以men1為例屬性設置如圖5.8所示。圖5.8一樓電梯門屬性設置注意在數(shù)據(jù)庫中men1\men2\men3\men4的數(shù)據(jù)對象初值為100，采用雙向縮放的形式產(chǎn)生門的開關(guān)效果，具體的屬性設置如上，其他樓層門的基本設置相似。門開與門關(guān)標志位與各樓層門的狀態(tài)有關(guān)，當各樓層門初始值為100時門開標志位置1，此時門開；門值變?yōu)?時門關(guān)標志位置1，此時門關(guān)。⑸開、關(guān)門按鈕屬性設置如圖5.9所示。圖5.9手動門開按鈕屬性設置以開門按鈕（anniu1）為例進行設置，在基本屬性欄中設置標題按鈕的名字，按鈕字符顏色等基本屬性，在操作屬性中按照上述圖勾選按鈕對應功能。關(guān)門按鈕（anniu2）的屬性設置與圖5.9類似。5.3上位機組態(tài)畫面運行⑴上位機組態(tài)畫面中外呼按鈕sb02作用時（轎廂在一樓時，二樓有乘客需要達目標層）組態(tài)運行畫面如圖5.10所示。圖5.10電梯1樓外呼運行至2樓組態(tài)畫面圖上位機組態(tài)畫面中內(nèi)呼按鈕sb3作用時（轎廂在停在4樓，且4樓有乘客需要3樓）組態(tài)運行畫面如圖5.11所示。圖5.11電梯4樓內(nèi)呼運行至3樓組態(tài)畫面圖5.4PLC設備與組態(tài)數(shù)據(jù)對象的鏈接按照以下步驟建立PLC設備輸入、輸出與MCGS組態(tài)畫面的鏈接。通過MCGS設備窗口中設備管理添加設備實現(xiàn)上位機與下位機之間的通訊連接[6]。詳細步驟如下：⑴、建立好MCGS的組態(tài)畫面后進入設備窗口后雙擊設備窗口圖標進入。點擊MCGS中的工具條中的工具箱圖標，雙擊設備管理圖標進行設備選擇。⑵、在可選設備中的菜單中選擇通用設備中的中選擇串口通訊父設備、和PLC設備中的三菱FX系列編程口。⑶、將串口通訊父設備和三菱FX系列編程口放入設備管理中，雙擊通用串口父設備在設備窗口中產(chǎn)生通用串口父設備0-[通用串口父設備]；再利用同樣的方法生成設備0-[三菱FX系列編程口]，并將其放入通用串口父設備中。⑷、雙擊設備0-[三菱FX系列編程口]，進行PLC設備與組態(tài)數(shù)據(jù)對象的通訊連接的設置。包括基本屬性、通道連接、設備調(diào)試和數(shù)據(jù)處理如圖5.12所示。圖5.12通訊連接的基本屬性設置框

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PLC技術(shù)在電梯控制系統(tǒng)中的應用[J].

科技創(chuàng)新導報,

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一樓上sb01=1時'ifjiaoxiang=0andsb01=1thenY11=1ifmen1<100thensb01=0'一樓平層'endif'轎廂在二樓時內(nèi)輸信號的輸入與消除'ifjiaoxiang=0andsb2=1andmen1=100thenY02=1ifjiaoxiang=60thensb2=0ifjiaoxiang=0andsb3=1andmen1=100thenY03=1ifjiaoxiang=120thensb3=0ifjiaoxiang=0andsb4=1andmen1=100thenY04=1ifjiaoxiang=180thensb4=0ifjiaoxiang=0thensb1=0'（二）轎廂在一樓二樓上sb02=1時'ifjiaoxiang=0andsb02=1andmen1=100thenY02=1ifjiaoxiang=60thensb02=0endififjiaoxiang=60andsb3=1andmen2=100thenY03=1ifjiaoxiang=120thensb3=0ifjiaoxiang=60andsb4=1andmen2=100thenY04=1ifjiaoxiang=180thensb4=0ifjiaoxiang=60thensb2=0'（三）轎廂在一樓二樓下sb12=1時（到達二樓后此時只能下一樓）'ifjiaoxiang=0andsb12=1andmen1=100thenY02=1ifjiaoxiang=60thensb12=0endififjiaoxiang=60andsb1=1andmen2=100thenY11=1ifjiaoxiang<60thensb1=0'（四）轎廂在一樓三樓上sb03=1時（到達三樓后此時只能上四樓）'ifjiaoxiang=0andsb03=1andmen1=100thenY03=1ifjiaoxiang=120thensb03=0endififjiaoxiang=120andsb4=1andmen3=100thenY04=1ifjiaoxiang=180thensb4=0'（五）轎廂在一樓三樓下sb13=1時'ifjiaoxiang=0andsb13=1andmen1=100thenY03=1ifjiaoxiang=120thensb13=0endififjiaoxiang=120andsb1=1andmen3=100thenY11=1ifjiaoxiang=0thensb1=0ifjiaoxiang=120andsb2=1andmen3=100thenY12=1ifjiaoxiang=60thensb2=