基于PLC的八層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PAGEIII第1章緒論1.1設(shè)計(jì)研究的背景公元前，羅馬建筑師維特羅斯設(shè)計(jì)出了一個(gè)升降平臺(tái)，通過(guò)滑輪等工具將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，使升降平臺(tái)及其中的人和物升高，達(dá)到以節(jié)省時(shí)間。這是電梯的最早原型。1852年，美國(guó)人奧梯斯給升降器加上了安全保護(hù)的功能，解決了安全問(wèn)題，為后來(lái)廣泛使用提供了基礎(chǔ)。1889年奧梯斯公司研制出了采用電力作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的升降器。這種升降器就是我們現(xiàn)在早已熟知的電梯。在早期，電梯由機(jī)械開(kāi)關(guān)和繼電器控制。集成的機(jī)器化控制，節(jié)約了看守電梯的人員，動(dòng)力源也從動(dòng)物演變?yōu)殡姍C(jī)，動(dòng)力源的小型化和人員的減少為電梯的推廣提供了極為有利的前提條件。但是繼電器控制盡管可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化進(jìn)程，但是繼電器不便于改變運(yùn)行狀態(tài)和容易觸點(diǎn)老化，于是通用公司為了解決這個(gè)問(wèn)題，多次組織學(xué)會(huì)并懸賞問(wèn)題的解決方案，于是PLC可編程控制器應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)通用公司需求，PLC設(shè)計(jì)之初便是用于取代繼電器控制。與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，PLC控制不僅控制精度高，效率高，同時(shí)由于繼電器的集成，其可靠性和壽命也大大提高，體積也越來(lái)越小降低運(yùn)行成本。目前電梯新技術(shù)有：永磁同步技術(shù)、乘客識(shí)別系統(tǒng)、指紋識(shí)別系統(tǒng)、別墅家用生活電梯技術(shù)[1]。電梯的發(fā)展對(duì)于推動(dòng)城市的集群化和大型化起到很大的作用，就像汽車(chē)等交通工具極大的拓寬了城市位于平面上的廣度一樣，電梯技術(shù)的不斷發(fā)展，同樣的也使得各種高樓林立成為可能。對(duì)于目前的電梯控制技術(shù)，盡管現(xiàn)在個(gè)人PC的發(fā)展已經(jīng)飛速前進(jìn)，但是由于安全性和可靠性的要求，目前電梯控制系統(tǒng)，基本還是使用的PLC控制技術(shù)。1.2設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與分析目前關(guān)于電梯控制系統(tǒng)，主要有三種控制方式：繼電器控制、PLC控制、微機(jī)控制[2]。其中繼電器控制系統(tǒng)由于繼電器開(kāi)關(guān)都是物理觸點(diǎn)，反復(fù)開(kāi)關(guān)時(shí)故障率高，而微機(jī)控制系統(tǒng)盡管集成度高、性能好、價(jià)格便宜，但是很容易受到干擾[3]。PLC控制系統(tǒng)在考慮人員的安全問(wèn)題之后，綜合了兩個(gè)一部分的優(yōu)點(diǎn)，用性能來(lái)交換可靠性，因此盡管不如微機(jī)控制系統(tǒng)的功能強(qiáng)，也不如繼電器控制系統(tǒng)面對(duì)惡劣情況的承受能力，但它兼容了兩者，既具有比較強(qiáng)的抗干擾能力，也具有不錯(cuò)的處理能力，很適用工業(yè)環(huán)境生產(chǎn)和干涉人員安全的場(chǎng)合。因此目前的電梯控制系統(tǒng)常用PLC進(jìn)行控制?，F(xiàn)在電梯在我們的日常生活中無(wú)處不在。在21世紀(jì)，我們習(xí)慣于存在各種尺寸和規(guī)格的電梯。今天的電梯具有計(jì)算機(jī)，群控和高集成度的特點(diǎn)。智力越來(lái)越高，安全系數(shù)越來(lái)越高。它受到安全系統(tǒng)的限制。目前的電梯控制系統(tǒng)通常采用PLC代替控制性能。相比性能較高的微控制器用作控制中心。目前國(guó)外的PLC完全跟上了時(shí)代的發(fā)展，不僅有了可以和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的通信模塊，CPU的性能甚至是觸點(diǎn)都在飛速發(fā)展，例如西門(mén)子公司最新產(chǎn)品SIMATICS7-1500，它具有更杰出的系統(tǒng)性能，在縮短短響應(yīng)時(shí)間和同時(shí)提高控制質(zhì)量。我有幸在蘇州邁創(chuàng)信息技術(shù)有限公司實(shí)習(xí)了一段時(shí)間，實(shí)習(xí)的經(jīng)歷讓我了解到國(guó)內(nèi)的PLC控制技術(shù)實(shí)際上并沒(méi)有如何的發(fā)展，我們的PLC控制實(shí)際上還是在購(gòu)買(mǎi)國(guó)外完整的PLC控制器，如西門(mén)子S7-300系列等，程序由小部分人解決，剩下的人有些在進(jìn)行根據(jù)需求做外圍電路設(shè)計(jì)，有些按照設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行組裝PLC。1.3設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)目前網(wǎng)上的基于PLC的電梯控制程序普遍是3層的，在借鑒了市面上很多的PLC控制電梯的程序之后，發(fā)現(xiàn)他們的邏輯控制問(wèn)題很大，程序保證了很強(qiáng)的邏輯性，但是如果結(jié)構(gòu)稍微改變，程序就要完全重新編寫(xiě)，完全沒(méi)有留下任何的擴(kuò)展空間，強(qiáng)邏輯性，也使得理解困難，在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，很多的程序已經(jīng)不需要節(jié)約KB層面的內(nèi)存空間，因此結(jié)合目前的高級(jí)程序編寫(xiě)方法，我為基于PLC的電梯控制創(chuàng)造性的提出了一種新型的程序編寫(xiě)方案。

第2章相關(guān)PLC基礎(chǔ)2.1PLC的歷史背景PLC在最開(kāi)始的簡(jiǎn)稱(chēng)是PC，只是后來(lái)PC就是我們現(xiàn)在的電腦的簡(jiǎn)稱(chēng)也是PC，為了和PC之間劃分開(kāi)來(lái)，可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱(chēng)就編程PLC。因此它和計(jì)算機(jī)一樣，同樣的遵從馮諾依曼框架，因此同樣的含有控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五個(gè)方面[4]。對(duì)于我們常見(jiàn)PLC，CPU主板的核心部分包含控制器，算術(shù)單元和內(nèi)存，而輸入和輸出主要是表現(xiàn)為I/O口和顯示面板。圖2-1馮諾伊曼結(jié)構(gòu)框圖2.2PLC的基本組成PLC的組成從構(gòu)造上分成固定式和模塊式[5]。固定式PLC包含CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存、電源等，因?yàn)樗麄儤?gòu)成了一個(gè)不可拆卸的整體，所以成為固定式PLC[6]。這種PLC通常是定制化的，主要應(yīng)用于需求高度穩(wěn)定的領(lǐng)域。模塊式PLC由CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存模塊、供電模塊、機(jī)架拼接而成。由于拼接PLC可以通過(guò)修改其自身設(shè)備的配置輕松完成不同的功能，因此目前市場(chǎng)上流行的PLC就是這樣的，所以目前市面上流傳的大眾型的PLC都是這種。本次設(shè)計(jì)選用PLC型號(hào)西門(mén)子SP7-200實(shí)際上就是這種模塊式PLC。2.2.1CPU模塊CPU是PLC能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵，就像是人的大腦一樣，CPU通過(guò)其他輸入模塊獲得數(shù)據(jù)，并完成計(jì)算，將運(yùn)算得到的結(jié)果通過(guò)輸出模塊進(jìn)行輸出。它在正常的運(yùn)行過(guò)程中，從運(yùn)存模塊中按照規(guī)則讀取指令，在按照基礎(chǔ)CPU基本指令集運(yùn)行，最后通過(guò)硬件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，。CPU晶振頻率和運(yùn)存大小是PLC的關(guān)鍵參數(shù)，它們決定著PLC的工作速率，IO數(shù)目及軟件容量等，從而限制著控制規(guī)模[7]。對(duì)于西門(mén)子PLC200系列，不同的型號(hào)，主要就在差別在CPU提供了多少個(gè)輸出的外接接口上。2.2.2I/O模塊I/O模塊實(shí)際上就是PLC與電氣回路的接口，根據(jù)輸入輸狀態(tài)的不同，我們把I/O模塊分成控制信號(hào)輸入的輸入模塊和輸入模塊[8]。在設(shè)計(jì)之初，由于考慮到工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境通?？赡馨殡S這高壓、高溫、異常磁場(chǎng)等實(shí)際環(huán)境，PLC的I/O模塊通常不直接控制輸入和輸入，外界的控制器件和被控器件由和輸入輸出信號(hào)之前通常由光耦隔離信號(hào)的輸入和輸出。目前通產(chǎn)用集成的I/O模塊如EM223模塊。圖2-2光耦原理圖由于PLC可編程序控制器實(shí)際上是CPU處理數(shù)據(jù)，對(duì)于機(jī)器而言只有0、1的區(qū)別，因此輸入模塊實(shí)際上是將電信號(hào)變換成數(shù)字的高低電平信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊反過(guò)來(lái)。通常，I/O點(diǎn)使用低于256點(diǎn)，稱(chēng)為小型PLC，在256到2048點(diǎn)之間是中型PLC，對(duì)于輸入和輸出大于2048的系統(tǒng)，它們也稱(chēng)為大型PLC系統(tǒng)。特別的，如果PLC只有幾個(gè)I/O點(diǎn)，那么PLC也稱(chēng)為微型PLC。2.2.3通信模塊現(xiàn)在的PLC通常是某個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)中的一小部分，為了能夠和局域網(wǎng)的其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，PLC具有能夠便于擴(kuò)展的通信網(wǎng)絡(luò)模塊。通常，PLC通過(guò)總線(xiàn)電纜、RS-232、RS-485等進(jìn)行通信，高端PLC使用USB或以太網(wǎng)進(jìn)行通信鏈接，實(shí)現(xiàn)分布式集中控制[9]。數(shù)據(jù)可通過(guò)雙絞線(xiàn)，同軸電纜或光纜在數(shù)公里甚至數(shù)十公里的范圍內(nèi)進(jìn)行交換。目前，PLC之間仍存在許多通信協(xié)議，這些協(xié)議很多式廠家自己定義的不是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，但是看將來(lái)的趨勢(shì)，不同廠商之間的通信協(xié)議即將統(tǒng)一。2.3PLC硬件原理PLC的工作流程分為三個(gè)部分。第一部分是開(kāi)機(jī)處理。也就是說(shuō)，當(dāng)PLC第一次上電時(shí)，硬件自檢。包含硬件初始化，檢查，檢查I/O模塊配置模式;設(shè)置停電保持;和其他初始化操作[10]。第二部分是工作流程。在STOP模式下，CPU執(zhí)行自診斷，并且不執(zhí)行輸入和輸出，在RUN模式下，CPU執(zhí)行由用戶(hù)程序編譯的源文件，并且在梯形圖的邏輯中，根據(jù)能流的順序執(zhí)行。第三部分是錯(cuò)誤檢測(cè)。PLC的工作模式是掃描執(zhí)行，掃描完成后，CPU還將執(zhí)行自診斷檢查，以確定PLC的各個(gè)部分是否有任何異常。異常將通過(guò)故障燈或內(nèi)置的繼電器報(bào)告錯(cuò)誤。2.4PLC程序結(jié)構(gòu)PLC的CPU中存在有兩類(lèi)程序：一類(lèi)是操作系統(tǒng)，它由PLC的廠家設(shè)計(jì)并在出廠前寫(xiě)入到CPU的基本規(guī)則中，由于他是在EPROM中進(jìn)行固化，是無(wú)法根據(jù)程序需求任意修改的；另一類(lèi)是用戶(hù)程序，它是由編程人員根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)的、完成特定功能的程序；用戶(hù)程序?qū)嶋H上是通過(guò)操作系統(tǒng)預(yù)留一些接口進(jìn)行的預(yù)定操作，類(lèi)似于我們現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中的X86結(jié)構(gòu)和windows系統(tǒng)一樣，不過(guò)要更加可靠一些。通過(guò)這些接口，操作系統(tǒng)可以完成用戶(hù)程序的執(zhí)行，打到編程人員想要的結(jié)果。操作系統(tǒng)預(yù)留的接口分成兩種：主程序接口和中斷程序接口[11]。主程序接口是正常情況下用戶(hù)程序運(yùn)行的起點(diǎn)[12]。我們知道，在C語(yǔ)言的編程中，程序的運(yùn)行起始于Main函數(shù)，PLC的這種設(shè)計(jì)思想與計(jì)算機(jī)編程是一樣的，PLC在這個(gè)Main函數(shù)中，按照能流的高低執(zhí)行代碼[13]。Main函數(shù)是操作系統(tǒng)執(zhí)行用戶(hù)程序的接口。當(dāng)程序的模型比較復(fù)雜的話(huà)，會(huì)提取相同的部分設(shè)計(jì)成單個(gè)模塊，減少程序復(fù)雜度。我們把這種小的模塊稱(chēng)為子程序。子程序存在于主程序中，和主程序一樣，同樣是通過(guò)操作系統(tǒng)中本身存在的接口完成調(diào)用。在西門(mén)子S7-300/400中，子程序包括FB和FC。中斷程序的接口是PLC完成某些突發(fā)情況必須的部分。對(duì)于中斷程序接口中的程序，稱(chēng)為中斷處理程序，中斷處理程序由用戶(hù)自己編寫(xiě)，通常而言對(duì)于完整的PLC程序，中斷是必需的[13]。當(dāng)PLC在運(yùn)行的過(guò)程中檢測(cè)到了中斷請(qǐng)求，會(huì)執(zhí)行中斷子程序，如果子程序不存在，CPU會(huì)停機(jī)，如果中段子程序存在，但是為空，此時(shí)系統(tǒng)故障燈會(huì)點(diǎn)亮，但是CPU并不會(huì)停止運(yùn)行[14]。如圖所示，PLC在完成一次循環(huán)掃描的過(guò)程中，首先進(jìn)行內(nèi)部檢查，確定I/O口、CPU、等設(shè)備完好，還要確定中斷情況是否發(fā)生，然后讀取當(dāng)前輸入狀態(tài)，執(zhí)行用戶(hù)程序，然后刷新輸出緩存區(qū)圖2-3PLC循環(huán)掃描過(guò)程對(duì)于某些PLC而言還具有還具有其他功能，比如通過(guò)功能區(qū)塊圖，以畫(huà)電路圖的方式來(lái)寫(xiě)PLC程序。

第3章電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹如圖所示，一個(gè)完整的電梯控制系統(tǒng)需要包括電氣控制系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、門(mén)系統(tǒng)、轎廂系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)、緩沖器和重量平衡系統(tǒng)[15]。其中電氣控制系統(tǒng)主要就是本次設(shè)計(jì)的核心電梯控制系統(tǒng)，主要是PLC控制。電氣拖動(dòng)系統(tǒng)包含兩個(gè)方面，一個(gè)是牽引電梯上下運(yùn)行的曳引系統(tǒng)，一個(gè)是控制電梯門(mén)開(kāi)關(guān)的門(mén)系統(tǒng)。安全保護(hù)系統(tǒng)中又分成基于機(jī)械的如緩沖器，還有基于電力的保護(hù)系統(tǒng)如警報(bào)器。圖3-1電梯控制系統(tǒng)3.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)原理圖電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)包含兩個(gè)方面，一個(gè)是曳引電機(jī)為電梯上下轉(zhuǎn)動(dòng)提供電力，一個(gè)是門(mén)電機(jī)給轎廂門(mén)開(kāi)關(guān)提供動(dòng)力。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，電力拖動(dòng)系統(tǒng)電路原理圖如圖所示：其中M1和M2分別為曳引電機(jī)和門(mén)電機(jī)，PLC通過(guò)KM1、KM2、KM3、KM4四個(gè)交流接觸器控制著電機(jī)運(yùn)行，其中KM1、KM3導(dǎo)通時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，KM2、KM4導(dǎo)通時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，分別代表著電梯上下運(yùn)行和門(mén)的開(kāi)和關(guān)。FR1和FR2是用于過(guò)載保護(hù)的熱繼電器，當(dāng)電梯過(guò)載時(shí)，主電路斷開(kāi)[16]。FU是保險(xiǎn)絲，在電路過(guò)流時(shí)，會(huì)自動(dòng)熔斷，切斷電路，用于過(guò)流保護(hù)。圖3-2電力拖動(dòng)系統(tǒng)原理圖3.2.2電機(jī)選型電梯的曳引電機(jī)選擇需要根據(jù)實(shí)際的功率和負(fù)載情況進(jìn)行合理的選擇，目前的電梯設(shè)計(jì)上至少要有1000KG的載客能力。經(jīng)過(guò)檢索，傳統(tǒng)機(jī)房電梯通常采用交流異步電動(dòng)機(jī)，采用交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，無(wú)機(jī)房電梯通常也采用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的薄型無(wú)齒輪曳引機(jī)[17]。永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)是高控制精度、平滑、高速，缺點(diǎn)是電機(jī)必須在工廠出廠時(shí)調(diào)整號(hào)。如果編碼器的電角度由于某些問(wèn)題確實(shí)，或者電機(jī)的磁極發(fā)生變化，則需要重新定位時(shí)，很麻煩。交流異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定、調(diào)試操作比較簡(jiǎn)單，無(wú)需做電機(jī)自整定，缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)設(shè)備笨拙，耗電量大，投資大。3.2.3價(jià)格比較目前再用1000KG電梯電機(jī)一般為13Kw。交流異步電動(dòng)機(jī)價(jià)格上大約10000左右，永磁同步電動(dòng)機(jī)大約在15000左右。無(wú)論是永磁同步電動(dòng)機(jī)，還是交流異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)于載客電梯1000kg的要求都是可以滿(mǎn)足的，盡管目前交流異步電動(dòng)機(jī)在成本方面處于主導(dǎo)地位。但是永磁同步電動(dòng)機(jī)是趨勢(shì)。選電梯的時(shí)候不能光從電梯的角度思考，還要從大樓的構(gòu)造進(jìn)行思考。如果蓋樓的時(shí)候沒(méi)有機(jī)房的話(huà)，肯定要選擇永磁同步的曳引機(jī)，因?yàn)槠鋬?nèi)積較小，可以放在井道里面?；蚴钱惒诫姍C(jī)就必須提供機(jī)房，所以你要參考大樓的土建進(jìn)行選擇，最重要的還要征詢(xún)客戶(hù)的意見(jiàn)。3.3電氣控制系統(tǒng)選擇3.3.1具體型號(hào)選擇考慮到安全等因素，我選擇使用PLC可編程控制器作為電梯的電氣控制系統(tǒng)?？紤]到之前有接觸過(guò)西門(mén)子系列的PLC并沒(méi)有接觸過(guò)三菱等其他系類(lèi)的PLC,因此選擇使用西門(mén)子的PLC,對(duì)于具體型號(hào)盡管S7-400、S7-300等其他系列的PLC要比SP7-200系列提供了更為可靠的操作空間的選擇，但是同樣的，價(jià)格也是要比S7-200系列高出很多。因此選擇使用S7-200系列雖然S7-200系列是一款低端PLC，但它還具有高可靠性，豐富的指令集和內(nèi)置的集成功能，可實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，并具有豐富的可擴(kuò)展模塊的特點(diǎn)[18]。應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涵蓋了與自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)化控制相關(guān)的所有工業(yè)和民用領(lǐng)域[19]。

3.3.2電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和大部分的電氣控制系統(tǒng)一樣，電梯控制系統(tǒng)也包含兩個(gè)部分，一個(gè)是弱電的信號(hào)控制系統(tǒng)在這里主要是PLC,另一個(gè)是電力拖動(dòng)系統(tǒng)，主要是曳引電機(jī)和門(mén)電機(jī)。電梯的運(yùn)行就是通過(guò)轎廂和樓層檢測(cè)等，他們作為輸入信號(hào)，把信號(hào)通過(guò)被隔離的光耦輸入單元傳送到PLC的CPU中央處理器中，在CPU中，CPU按照用戶(hù)程序編輯的，轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)，通過(guò)繼電器控制電機(jī)和其他設(shè)備。其中電源為PLC提供24V供電，電機(jī)直接接380V交流電源。圖3-3電梯控制系統(tǒng)框圖

3.4其他器件選擇3.4.1樓層顯示對(duì)于數(shù)碼顯示有很多的器件都可以，考慮到成本問(wèn)題，這里采用最原始的8段式數(shù)碼管。八段式數(shù)碼管是由八個(gè)LED的并聯(lián)組成的。如果共用的管教是陽(yáng)極，則它是共陽(yáng)極數(shù)字管，否則它被稱(chēng)為共陰極數(shù)字管。如圖3.5所示圖3-4數(shù)碼管顯示器原理圖由于輸出的引腳為高電平，這里我們采用共陰極的高電平的數(shù)碼管通過(guò)計(jì)算，我們得出數(shù)碼顯示對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制和十進(jìn)制數(shù)字。顯示數(shù)字二進(jìn)制10進(jìn)制100000110620101101191301001111794011001101025011011011096011111011257000001117801111111127表3-1數(shù)碼顯示數(shù)字和對(duì)應(yīng)輸出表一個(gè)數(shù)碼顯示器不超過(guò)50元。3.4.2極限開(kāi)關(guān)極限開(kāi)關(guān)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與普通手動(dòng)按鈕和腳踏按鈕的結(jié)構(gòu)相同，只是外部操作機(jī)構(gòu)具有不同的形式，并且有旋轉(zhuǎn)型和推動(dòng)型[20]。移動(dòng)機(jī)構(gòu)就位后，觸摸觸摸開(kāi)關(guān)，操作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)打開(kāi)和關(guān)閉[21]?？梢园惭b在相對(duì)靜止的物體上或者運(yùn)動(dòng)的物體上。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的物體接近靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)的連桿驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的接觸導(dǎo)致閉合觸點(diǎn)斷開(kāi)或打開(kāi)觸點(diǎn)閉合。打開(kāi)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)并改變狀態(tài)以控制電路和機(jī)構(gòu)的操作[22]。考慮到價(jià)格等因素，選用日立HD1370限位開(kāi)關(guān)，大約22元一個(gè)3.4.3紅外傳感器紅外傳感器使用紅外光作為測(cè)量介質(zhì)傳感器，根據(jù)使用模式，通常分為熱檢測(cè)和光子檢測(cè)[23]。熱探測(cè)器使用紅外線(xiàn)的熱效應(yīng)，當(dāng)檢測(cè)器的傳感元件檢測(cè)到人體的散熱時(shí)，溫度升高[24]。設(shè)備本身的參數(shù)發(fā)生變化，探測(cè)器吸收的紅外輻射通過(guò)測(cè)量器件變化來(lái)確定外界變化。光子探測(cè)器使用從入射光輻射的光子通量與探測(cè)器材料中的電子相互作用以改變電子的能量狀態(tài)，從而引起各種電現(xiàn)象[25]。考慮到價(jià)格等因素，選擇電梯的配套配件，淘寶大約100元左右一個(gè)3.4.4按鈕按鈕功能是通過(guò)切換自身狀態(tài)，使電路導(dǎo)通或者不導(dǎo)通，最常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)有鍘刀開(kāi)關(guān)和按鈕開(kāi)關(guān)[26]。鍘刀開(kāi)關(guān)改變自身狀態(tài)是持續(xù)的，開(kāi)就是導(dǎo)通，關(guān)就是不導(dǎo)通，按鍵開(kāi)關(guān)是短暫的，按下的一瞬間導(dǎo)通，當(dāng)不按下去的時(shí)候就不導(dǎo)通。通常我們把鍘刀開(kāi)關(guān)放在控制強(qiáng)電或者需要持續(xù)控制的開(kāi)關(guān)上面，對(duì)于按鈕式放在電流強(qiáng)度稍微弱一些的器件上。這里，我們選擇使用按鍵開(kāi)關(guān)，每層樓需要兩個(gè)，轎廂內(nèi)需要10個(gè)，淘寶一個(gè)2元，一共不超過(guò)100元。

第4章 電梯控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)4.1電梯控制系統(tǒng)基本信息4.1.1基本邏輯1.電梯在運(yùn)行的過(guò)程中要有總電閘開(kāi)關(guān)，在主開(kāi)關(guān)閉合后，電梯停止運(yùn)行。2.電梯自動(dòng)開(kāi)關(guān)的過(guò)程中如果遇到門(mén)口有人的情況下能夠自動(dòng)閉合，電梯門(mén)在關(guān)閉后，處于運(yùn)行狀態(tài)軟件不能開(kāi)門(mén)。3.電梯上行和下行燈不可以同時(shí)點(diǎn)亮，在電梯上行的時(shí)候，會(huì)執(zhí)行上行的指令，直到高樓層沒(méi)有人選擇，按照外呼或者內(nèi)呼下性。4.電梯可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示自身樓層，在斷電重啟后，樓層顯示依舊。5.軟件本身自鎖。4.1.2電梯輸入與輸出I/O分配首先需要確定電梯的位置，這里用位置傳感器觸發(fā)，當(dāng)位置傳感器觸發(fā)的時(shí)候，樓層位置確定，發(fā)送給PLC。由于設(shè)計(jì)的時(shí)八層電梯，每一個(gè)樓層都需要一個(gè)位置傳感器，因此需要有8個(gè)輸入觸點(diǎn)，同時(shí)輸出的數(shù)碼管顯示。由于只是8層，盡管每個(gè)樓層都需要一個(gè)輸出的數(shù)碼管顯示，但是實(shí)際上每個(gè)樓層輸出的樓層位置時(shí)相同的，因此實(shí)際上是可以把輸出并聯(lián)就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能了，考慮到8管口的數(shù)碼管需要有8個(gè)輸出現(xiàn)實(shí)，因此只需要8個(gè)輸出觸點(diǎn)就可以了。輸入觸點(diǎn)功能輸出觸點(diǎn)功能I0.0一層位置傳感器Q0.0數(shù)碼管管腳I0.1二層位置傳感器Q0.1數(shù)碼管管腳I0.2三層位置傳感器Q0.2數(shù)碼管管腳I0.3四層位置傳感器Q0.3數(shù)碼管管腳I0.4五層位置傳感器Q0.4數(shù)碼管管腳I0.5六層位置傳感器Q0.5數(shù)碼管管腳I0.6七層位置傳感器Q0.6數(shù)碼管管腳I0.7八層位置傳感器Q0.7數(shù)碼管管腳表4-1樓層I/O分配（輸入和輸出）在電梯開(kāi)關(guān)門(mén)的過(guò)程中，電梯的轎廂內(nèi)需要2個(gè)按鈕，分別是開(kāi)門(mén)按鈕和關(guān)門(mén)按鈕，在按下開(kāi)門(mén)按鈕的時(shí)候，電梯門(mén)會(huì)打開(kāi)，門(mén)電機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)達(dá)到最大開(kāi)門(mén)限的時(shí)候，等待3s沒(méi)人，電梯自動(dòng)關(guān)閉，如果此時(shí)門(mén)口有人，電梯不管現(xiàn)在處于何種狀態(tài)，都需要執(zhí)行開(kāi)門(mén)操作，直到門(mén)口沒(méi)有人的時(shí)候，電梯執(zhí)行關(guān)門(mén)操作，邏輯如下圖4-1電梯開(kāi)關(guān)門(mén)邏輯圖因此，開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)兩個(gè)按鈕需要兩個(gè)輸入觸點(diǎn)，最大開(kāi)門(mén)限、關(guān)門(mén)限兩個(gè)也需要兩個(gè)輸入觸點(diǎn)，對(duì)于門(mén)口是否有人，也需要一個(gè)位置傳感器。對(duì)于輸出，就只有電梯的開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)電機(jī)的動(dòng)作觸點(diǎn)。對(duì)于電梯需要有一個(gè)軟件層面的開(kāi)關(guān)處理，讓即使電梯沒(méi)有斷電的情況下，電梯也可以繼續(xù)運(yùn)行。因此占用一個(gè)觸點(diǎn)。I/O分配如下。輸入觸點(diǎn)功能輸出觸點(diǎn)功能I1.0系統(tǒng)總開(kāi)關(guān)Q1.0電梯開(kāi)門(mén)I1.1開(kāi)門(mén)按鈕Q1.1電梯關(guān)門(mén)I1.2關(guān)門(mén)按鈕I1.3最大開(kāi)門(mén)限I1.4最大關(guān)門(mén)限I1.5紅外傳感器表4-2電梯開(kāi)關(guān)門(mén)的樓層顯示電梯的運(yùn)行需要有輸入和輸出信號(hào)，電梯才能進(jìn)行邏輯判斷。對(duì)于八層電梯系統(tǒng)，電梯轎廂內(nèi)需要有各個(gè)樓層的輸入按鈕，表示電梯在內(nèi)部的人員需要去往的樓層，同時(shí)電梯外部也需要每層給出上呼還是下降的觸發(fā)，因此，電梯內(nèi)需要1-8層一共八個(gè)輸入觸點(diǎn)，電梯外，除了一層只需要一個(gè)上呼燈，8層只需要一個(gè)下呼燈之外，其余各層均需要上呼和下呼燈，因此，一共有8個(gè)電梯呼叫燈，14個(gè)電梯外的呼叫燈，一共加起來(lái)22輸入觸點(diǎn)，同時(shí)也需要有22個(gè)輸出觸點(diǎn)表示這些地方有人尋呼。輸入觸點(diǎn)功能輸出觸點(diǎn)功能I2.0一層內(nèi)呼Q2.0一層位置尋呼燈I2.1二層內(nèi)呼Q2.1二層位置尋呼燈I2.2三層內(nèi)呼Q2.2三層位置尋呼燈I2.3四層內(nèi)呼Q2.3四層位置尋呼燈I2.4五層內(nèi)呼Q2.4五層位置尋呼燈I2.5六層內(nèi)呼Q2.5六層位置尋呼燈I2.6七層內(nèi)呼Q2.6七層位置尋呼燈I2.7八層內(nèi)呼Q2.7八層位置尋呼燈表4-3轎廂內(nèi)觸點(diǎn)分配輸入觸點(diǎn)功能輸出觸點(diǎn)功能I3.0一層上呼Q2.0一層上呼燈I3.1二層上呼Q2.1二層上呼燈I3.2三層上呼Q2.2三層上呼燈I3.3四層上呼Q2.3四層上呼燈I3.4五層上呼Q2.4五層上呼燈I3.5六層上呼Q2.5六層上呼燈I3.6七層上呼Q2.6七層上呼燈表4-4轎廂外上呼分配輸入觸點(diǎn)功能輸出觸點(diǎn)功能I4.1二層下呼Q4.1二層下呼燈I4.2三層下呼Q4.2三層下呼燈I4.3四層下呼Q4.3四層下呼燈I4.4五層下呼Q4.4五層下呼燈I4.5六層下呼Q4.5六層下呼燈I4.6七層下呼Q4.6七層下呼燈I4.7八層下呼Q4.7八層下呼燈表4-5轎廂外下呼分配電梯在知各個(gè)樓層的呼叫狀態(tài)之后，電梯上行或者下行同樣需要兩個(gè)輸出來(lái)表示，電梯的當(dāng)前狀態(tài)是上升還是下降狀態(tài)。由于電梯輸出缺少前面正好缺兩個(gè)輸出觸點(diǎn)，因此給電梯剩余的I/O分配如圖所示輸出觸點(diǎn)功能Q3.7電梯上行Q4.0電梯下降表4-6上下行觸點(diǎn)分配4.2軟件程序編寫(xiě)4.2.1軟件介紹這次程序編寫(xiě)主要是使用西門(mén)子為SP7-200系統(tǒng)系統(tǒng)的編程軟件STEP7-Micro/WIN[27]。此軟件包可以像標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序一樣操作，包括了對(duì)SIMATICS7-200進(jìn)行方便的編程操作的所有必要工具：供高性能的SIMATIC指令集到IEC1131兼容編程，乃至到趨勢(shì)圖和向?qū)28]。本次設(shè)計(jì)使用的是STEP7-Micro/WIN4.0SP9已經(jīng)可以兼容win10操作系統(tǒng)。對(duì)于已經(jīng)安裝完成的軟件，界面不是簡(jiǎn)體中文，需要在工具-選型-常規(guī)-語(yǔ)言中選擇簡(jiǎn)體中文。實(shí)際頁(yè)面如下圖4-2STEP7-Micro/WIN4.0SP9程序4.2.2初始化設(shè)置在PLC程序初次上面并且總開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的時(shí)候，PLC初始化所有要用的中間繼電器,打開(kāi)M1.0作為主控中間繼電器，復(fù)位其他的繼電器。圖4-3初始化程序4.2.3數(shù)碼顯示模塊在M1.0導(dǎo)通的時(shí)候，即電梯處于開(kāi)狀態(tài)，樓層傳感器檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的樓層之后，對(duì)應(yīng)的輸入觸點(diǎn)點(diǎn)亮為了邏輯復(fù)位，同時(shí)關(guān)斷其他的中間繼電器。圖4-4樓層顯示中間觸點(diǎn)如圖在二樓的時(shí)候，二樓的傳感器觸發(fā)，I0.1點(diǎn)亮，同時(shí)I0.1觸發(fā)中間繼電器M0.1，同時(shí)其他的樓層中間繼電器，然后由中間繼電器M0.1參與后續(xù)的邏輯運(yùn)算。在電梯開(kāi)的情況下，當(dāng)M0.0觸發(fā)的時(shí)候，通過(guò)高級(jí)指令MOV,給八層數(shù)碼管傳遞數(shù)據(jù)，6，即二進(jìn)制00000110，在數(shù)碼管上顯示數(shù)字1。表示現(xiàn)在樓層到達(dá)了一層，同樣的，在M0.1導(dǎo)通的時(shí)候，給QB0傳遞數(shù)字91，即01011011，此時(shí)數(shù)碼管顯示數(shù)字2。圖4-5位傳遞對(duì)應(yīng)樓層數(shù)字4.2.3開(kāi)關(guān)門(mén)模塊開(kāi)關(guān)和關(guān)門(mén)的狀態(tài)是不能夠同時(shí)出現(xiàn)的，因此在M1.1導(dǎo)通的條件，是M1.0觸發(fā)，即電梯開(kāi)，I1.1觸發(fā)，電梯處于開(kāi)門(mén)的狀態(tài)，同時(shí)M1.2關(guān)，即電梯現(xiàn)在不處于關(guān)門(mén)的狀態(tài)。同理在電梯處于關(guān)門(mén)的狀態(tài)，即M1.2想要導(dǎo)通，M1.1就不能處于導(dǎo)通狀態(tài)。圖4-6輸出樓層控制對(duì)于達(dá)到最大門(mén)限的時(shí)候，I1.3導(dǎo)通電梯打開(kāi)中間繼電器M1.3，最大關(guān)門(mén)限的時(shí)候，I1.4導(dǎo)通，電梯打開(kāi)中間繼電器M1.4,當(dāng)門(mén)口有人的時(shí)候I1.5導(dǎo)通，打開(kāi)中間繼電器M1.5。圖4-7開(kāi)門(mén)控制邏輯1同樣當(dāng)中間繼電器M1.1觸發(fā)的時(shí)候，要關(guān)閉M1.2同時(shí)打開(kāi)Q1.0，表示電梯現(xiàn)在處于開(kāi)門(mén)狀態(tài)。當(dāng)門(mén)口的紅外傳感器觸發(fā)，門(mén)口有人時(shí)，如果現(xiàn)在電梯處于關(guān)門(mén)狀態(tài)，但是尚未達(dá)到最大關(guān)門(mén)限即M1.4不導(dǎo)通的時(shí)候，電梯重新打開(kāi)M1.1,同時(shí)關(guān)閉M1.2使得電梯現(xiàn)在處于重新開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。圖4-8開(kāi)門(mén)控制邏輯2由于電梯自動(dòng)開(kāi)門(mén)需要一定的時(shí)間，即M1.1導(dǎo)通，電梯處于開(kāi)門(mén)狀態(tài)，此時(shí)當(dāng)M1.3導(dǎo)通，電梯處于最大開(kāi)門(mén)狀態(tài)的時(shí)候，定時(shí)器T37計(jì)時(shí)，由于此時(shí)電梯門(mén)電機(jī)已經(jīng)停止運(yùn)行了，即M1.1已經(jīng)不導(dǎo)通，因此需要額外加一個(gè)中間繼電器M1.7在T37開(kāi)的時(shí)候同時(shí)觸發(fā)M1.7，當(dāng)T37在3s導(dǎo)通的時(shí)候，打開(kāi)M1.2控制電梯關(guān)閉門(mén)，同時(shí)關(guān)閉中間繼電器M1.7。最后在電梯完全閉合的時(shí)候，即最大門(mén)限傳感器感應(yīng)到，I1.4觸發(fā)，M1.4導(dǎo)通時(shí)，關(guān)閉中間繼電器M1.2同時(shí)當(dāng)M1.2關(guān)閉時(shí)，Q1.1即電機(jī)也關(guān)閉。4.2.4邏輯顯示由于使用的控制時(shí)中間繼電器控制輸入和輸出，最后也是用中間繼電器來(lái)做邏輯判定，所以把電梯內(nèi)的8個(gè)尋呼燈，和外部的14個(gè)呼叫，首先把這些轉(zhuǎn)換成中間繼電器。圖4-9開(kāi)門(mén)控制邏輯3

輸入觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)中間繼電器輸入觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)中間繼電器I2.0M2.0I3.0M3.0I2.1M2.1I3.1M3.1I2.2M2.2I3.2M3.2I2.3M2.3I3.3M3.3I2.4M2.4I3.4M3.4I2.5M2.5I3.5M3.5I2.6M2.6I3.6M3.6I2.7M2.7I4.4M4.4I4.1M4.1I4.5M4.5I4.2M4.2I4.6M4.6I4.3M4.3I4.7M4.7表4-7中間繼電器使用情況由于傳感器可能會(huì)由于一些其他的情況導(dǎo)致誤觸發(fā)，因此額外加一個(gè)時(shí)間消敏模塊，防止誤觸發(fā)。T38是一個(gè)0.5s計(jì)時(shí)器，一旦時(shí)間到達(dá)5s,計(jì)時(shí)器重置，這里利用在時(shí)間的后幾個(gè)周期中觸發(fā)，用來(lái)避免誤觸發(fā)的情況。圖4-10附加擾動(dòng)按鍵檢測(cè)當(dāng)電梯處于某一層的時(shí)候，給誤觸發(fā)的情況設(shè)定為T(mén)38在0.3-0.5s的時(shí)候后面的繼電器才能夠?qū)?，再次基礎(chǔ)上，當(dāng)電梯處于1層的時(shí)候關(guān)閉1層上呼燈M3.0，同時(shí)關(guān)閉電梯轎廂內(nèi)部的一層尋呼燈M2.0。當(dāng)電梯處于二層的時(shí)候，分成兩種情況，一是電梯處于上升狀態(tài)，即M3.7導(dǎo)通的時(shí)候，電梯關(guān)閉二層上呼燈M3.1，然后當(dāng)電梯處于下降狀態(tài)時(shí)，即M4.0導(dǎo)通的時(shí)候，電梯關(guān)閉二層下呼燈M4.1,同時(shí)關(guān)閉M2.1。當(dāng)電梯既不處于處于上升狀態(tài)時(shí)，也不處于下降狀態(tài)時(shí)，即M3.7和M4.0都處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)屬于同層開(kāi)關(guān)，此時(shí)需要關(guān)閉二層外的上呼燈和下呼燈。圖4-11電梯控制邏輯1然后判斷電梯在什么時(shí)候會(huì)處于上升和下降狀態(tài)。用一層舉例，當(dāng)電梯處于1層時(shí)，即M0.0導(dǎo)通的時(shí)候，此時(shí)電梯無(wú)論是處于2層、3層、4層，或者是外部的2層上呼燈，3層的外呼下降燈，實(shí)際上都是同樣的，電梯都要向上運(yùn)行，同樣的由于PLC的邏輯模塊，不支持在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中寫(xiě)下所有程序網(wǎng)格，因此利用中間繼電器M6.0M6.1.…M6.7做一個(gè)中轉(zhuǎn)。圖4-12電梯控制邏輯2當(dāng)電梯在二層的時(shí)候，電梯會(huì)有兩種運(yùn)行方向，一個(gè)是向上，一個(gè)是向下，向下的可能性只有在此時(shí)由一層的上呼燈點(diǎn)亮，或者在電梯轎廂內(nèi)部的一層呼叫燈點(diǎn)亮，向上的過(guò)程和一層類(lèi)似，在3層、4層等高樓層的電梯內(nèi)的呼叫燈點(diǎn)亮，或者高樓層的電梯外的上升或者下降尋呼等點(diǎn)亮。而且由于電梯只有在門(mén)沒(méi)有打開(kāi)的時(shí)候，電梯才可以向上運(yùn)行，所以此時(shí)I1.2需要取非。圖4-13電梯控制邏輯3三層、四層、五層、六層、7層剩下的幾層都是如此操作，除了在第八層的時(shí)候，第八層的邏輯同第一層的邏輯類(lèi)似，第八層沒(méi)有上升的可能。圖4-14電梯控制邏輯4根據(jù)前面得出的幾個(gè)由于邏輯復(fù)雜情況編寫(xiě)的M6.0、M6.1等中間繼電器，控制電梯的上升情況和下降情況，即控制M3.7和M4.0的打開(kāi)和關(guān)斷，同時(shí)由于電梯電機(jī)的運(yùn)行方向只能使上升或者下降的狀態(tài)的某一個(gè)，兩個(gè)不能同時(shí)運(yùn)行，因此給兩個(gè)運(yùn)行狀態(tài)增加互鎖，即在M4.0電梯下降狀態(tài)時(shí)M3.7不能運(yùn)行。在電梯的上行狀態(tài)M3.7導(dǎo)通時(shí)，M4.0不能夠運(yùn)行。圖4-15電梯控制邏輯5當(dāng)電梯到達(dá)1層時(shí)，電梯到達(dá)一層的可能情況由兩種，一個(gè)是人在電梯內(nèi)，按下1層的呼叫按鈕，電梯下行從2層到達(dá)1層，一個(gè)時(shí)人在一層，按下一層的電梯的上呼按鈕，電梯從2層到達(dá)一層接1層的人，因此當(dāng)電梯處于M0.0導(dǎo)通時(shí)，即電梯已經(jīng)到達(dá)一層時(shí)，M2.1觸發(fā)或者電梯處于1層呼叫狀態(tài)，M3.0打開(kāi)，由于當(dāng)觸發(fā)的時(shí)候，M2.1和M3.0就會(huì)關(guān)斷，因此額外增加一個(gè)中間繼電器M1.6,用來(lái)維持狀態(tài)的觸發(fā)。此時(shí)僅僅只能是M4.0即電梯下行等點(diǎn)亮的時(shí)候，此時(shí)復(fù)位電梯內(nèi)各樓層的按鈕，避免產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤，同時(shí)打開(kāi)電梯內(nèi)M1.1觸發(fā)，在開(kāi)門(mén)的時(shí)間達(dá)到一定時(shí)間時(shí)，關(guān)閉Q4.0關(guān)閉下降狀態(tài)顯示。當(dāng)電梯處于八層時(shí)，邏輯同一層，只不過(guò)電梯只有上升狀態(tài)顯示，沒(méi)有下降狀態(tài)來(lái)到八層的。圖4-16電梯控制邏輯6當(dāng)電梯來(lái)到二層時(shí)，有兩種可能，一個(gè)是從一層電梯向上來(lái)到二層，一是，電梯在二層，經(jīng)過(guò)向下來(lái)到二層。在向上的可能性中，電梯本來(lái)在一層，轎廂中的人按下二層按鈕，或者人在電梯外按下二樓的上呼按鈕或者下降按鈕。即M3.7導(dǎo)通的時(shí)候，此時(shí)若是M2.2或者M(jìn)3.1導(dǎo)通，會(huì)先觸發(fā)中間繼電器M1.6保持現(xiàn)在狀態(tài)。然后通過(guò)上升沿有效的P，執(zhí)行一次復(fù)位M2.2同時(shí)打開(kāi)開(kāi)門(mén)按鈕。在向下的可能中，電梯在三層，有人按下二層阿牛，或者二層下降按紐觸發(fā)，電梯下降燈點(diǎn)亮，電梯處于下降狀態(tài)，即M4.0導(dǎo)通，在M2.2或者M(jìn)4.2任意一個(gè)導(dǎo)通，自保持M1.6觸發(fā)，復(fù)位下降將，同時(shí)關(guān)閉三層的上呼燈，打開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)。圖4-17電梯控制邏輯7即實(shí)際邏輯如下:電梯檢測(cè)本層之后，根據(jù)輸出判定時(shí)上還是下，在抵達(dá)指定樓層后，關(guān)閉對(duì)應(yīng)的繼電器開(kāi)關(guān)，然后開(kāi)門(mén)，在3s后自動(dòng)關(guān)門(mén)或者其他情況關(guān)門(mén)后，打開(kāi)繼續(xù)執(zhí)行下一步操作。圖4-18電梯控制邏輯框圖電梯設(shè)計(jì)的總邏輯如下：在上電后，首先完成初始化，然后根據(jù)時(shí)電梯內(nèi)呼叫還是電梯外呼叫，判定目標(biāo)樓層，然后判定目標(biāo)樓層和現(xiàn)在自身樓層的關(guān)系，根據(jù)這個(gè)判定電梯的運(yùn)行方向，然后電梯運(yùn)行，判定電梯是否達(dá)到所在目標(biāo)，不是所在目標(biāo)的話(huà)，電梯繼續(xù)運(yùn)行，達(dá)到目標(biāo)樓層后開(kāi)門(mén)，然等待3s后關(guān)門(mén)，關(guān)門(mén)后判定是否運(yùn)行完畢。圖4-19電梯控制系統(tǒng)邏輯框圖4.3軟件編輯小結(jié)時(shí)光悠悠，距離PLC誕生已經(jīng)很久了，但是對(duì)于PLC語(yǔ)言的規(guī)則并沒(méi)有像計(jì)算機(jī)上那樣百花齊放，目前和梯形圖對(duì)等的編程語(yǔ)言應(yīng)該算是C語(yǔ)言，他們都有相同特點(diǎn)，節(jié)約空間，表現(xiàn)形式單一，可靠，運(yùn)行速度快，但是隨著時(shí)代的進(jìn)步，硬件帶來(lái)的提高，計(jì)算上出現(xiàn)了很多很多的語(yǔ)言，比如C++、python,他們都有著和C語(yǔ)言相同的邏輯規(guī)則，應(yīng)該說(shuō)是基于C語(yǔ)言同時(shí)封裝了大量的庫(kù)，由于PLC要求的可靠性，導(dǎo)致它對(duì)于更新?lián)Q代的要求非常低，同樣的，也代表著整個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新力的下降。面對(duì)一個(gè)電梯控制程序，在計(jì)算機(jī)上的編程邏輯實(shí)際上是非常簡(jiǎn)單的，但是由于計(jì)算機(jī)面對(duì)惡劣情況下不勝任的特點(diǎn)，對(duì)于電梯控制程序?qū)嶋H上還有由這那一批老人編寫(xiě)的。我在查閱了很多的程序資料和仔細(xì)了分析了程序的要求后，把程序分成5個(gè)模塊，分別是電機(jī)控制模塊（物理的），樓層顯示模塊，邏輯處理模塊，報(bào)警和安全模塊。每個(gè)部分都不想干，但是卻有有所關(guān)聯(lián)，因此把大量使用中間繼電器為程序的可擴(kuò)展性留下接口，盡管放棄了一部分安全性，但是卻有效的提高電梯的可擴(kuò)展性。

第5章電梯PLC軟件仿真5.1仿真軟件介紹PLC的軟件仿真有很多種實(shí)現(xiàn)的方式，我們可以通過(guò)組態(tài)軟件，在組態(tài)軟件中進(jìn)行仿真，也可以通過(guò)對(duì)應(yīng)PLC廠商開(kāi)發(fā)的配套軟件行仿真。比如三菱公司為其旗下提供GXDeveloper作為編程軟件，并在次基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了GX

Simulator，為仿真提供插件支援。對(duì)于西門(mén)子S7-200,也有這么一款軟件，西門(mén)子S7－200仿真軟件Simulation，由于西門(mén)子公司并沒(méi)有為旗下的S7-200系列PLC系統(tǒng)仿真支持，市面上流產(chǎn)的這個(gè)軟件來(lái)源已經(jīng)不可考究。仿真的具體步驟如下：1、把寫(xiě)好的程序通過(guò)STEP7-Micro/WIN打開(kāi)。在正確編譯后，選擇文件-導(dǎo)出，保存類(lèi)型為文本文件。Awl2、打開(kāi)仿真軟件，選擇配置-CPU型號(hào)，選擇對(duì)應(yīng)的200系類(lèi)PLC,然后配置相關(guān)的其他的部件（與程序設(shè)置的型號(hào)相同）圖5-1初始的PLC界面圖5-2CPU設(shè)置頁(yè)面然后選擇我們需要的擴(kuò)展模塊。2塊EM233(16I/16Q)圖5-3選擇的EM223設(shè)置頁(yè)面3、選擇程序（P）-導(dǎo)入程序-確定-導(dǎo)入awl文件。成功導(dǎo)入后，會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的梯形圖和語(yǔ)句表，由于模擬軟件的年代久遠(yuǎn)，對(duì)于某些不嚴(yán)格符合程序規(guī)格的語(yǔ)句，導(dǎo)入不正確，因此需要檢查語(yǔ)句表和梯形圖是否正確是否正確4、運(yùn)行程序，RUN會(huì)亮綠燈，在正確裝載完成程序之后我們得到如下圖圖5-4電梯控制系統(tǒng)仿真5.2分模塊仿真根據(jù)在第四章設(shè)計(jì)時(shí)分的樓層顯示、邏輯判定、開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)、電機(jī)控制、警報(bào)模塊，進(jìn)行分模塊仿真驗(yàn)證程序是否有問(wèn)題。圖5-5開(kāi)關(guān)按鍵基本規(guī)則檢測(cè)從圖5.1中，可知，當(dāng)I1.0鍘刀開(kāi)關(guān)關(guān)閉的時(shí)候，不會(huì)有任何的輸出。5.2.1樓層顯示檢測(cè)在設(shè)計(jì)時(shí)，樓層顯示是通過(guò)傳感器觸發(fā)，當(dāng)觸感器檢測(cè)到位置所在時(shí)，會(huì)鎖住其他顯示，防止出現(xiàn)觸點(diǎn)誤觸發(fā)。圖5.6一層顯示圖5.7二層顯示即使多層傳感器同時(shí)誤觸發(fā)，樓層顯示不變，如圖5.8數(shù)碼輸出經(jīng)歷檢驗(yàn)，每層傳感器仿真無(wú)誤5.2.2邏輯系統(tǒng)檢測(cè)1.同層開(kāi)門(mén)圖5-9邏輯觸發(fā)1圖5-10邏輯觸發(fā)22.當(dāng)2層三層同時(shí)觸發(fā)時(shí)，Q2.1電梯內(nèi)2層上呼等點(diǎn)亮，Q3.1、Q3.2電梯外2層，3層點(diǎn)亮，由于此時(shí)位置傳感器檢測(cè)到處于一層位置I0.0點(diǎn)亮。圖5-11邏輯觸發(fā)35.2.3開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)檢測(cè)1.當(dāng)樓層處于開(kāi)門(mén)狀態(tài)時(shí)Q1.0點(diǎn)亮，門(mén)電機(jī)啟動(dòng)，電梯處于開(kāi)門(mén)狀態(tài)，如圖。2.當(dāng)極限檢測(cè)到處于最大開(kāi)門(mén)狀態(tài)時(shí)I1.3點(diǎn)亮，關(guān)閉Q1.0如圖2，圖5.12開(kāi)關(guān)狀態(tài)3.3s后，電梯門(mén)自動(dòng)關(guān)閉Q1.1打開(kāi)，Q1.0點(diǎn)亮如圖4.當(dāng)極限檢測(cè)傳感器檢測(cè)到處于關(guān)門(mén)狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉門(mén)電機(jī)，Q1.0關(guān)閉圖5.13關(guān)門(mén)狀態(tài)5.當(dāng)傳感器檢測(cè)到門(mén)口有人時(shí)，I1.5打開(kāi)，Q1.0點(diǎn)亮，電梯重新運(yùn)行。圖5.14緊急開(kāi)門(mén)5.3仿真小結(jié)由于軟件本身是大神2000年的作品，很多的邏輯是按照當(dāng)時(shí)的程序設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在由于年代變遷，加上計(jì)算機(jī)硬件的快速發(fā)展，龐大的內(nèi)存已經(jīng)完全不需要在設(shè)計(jì)的時(shí)候小心翼翼，因此按照當(dāng)年的設(shè)計(jì)邏輯，很多已經(jīng)現(xiàn)在寫(xiě)完的程序，運(yùn)行在仿真程序上面會(huì)被修改，甚至有些程序會(huì)因?yàn)槌绦虻淖詣?dòng)導(dǎo)入產(chǎn)生某些偏差，因此在寫(xiě)完程序之后，為了驗(yàn)證程序的正確性和符合規(guī)則的程序，我把程序按照改軟件的規(guī)則反復(fù)修改了多次，導(dǎo)致最后的程序看起來(lái)也比較奇怪，沒(méi)有開(kāi)始設(shè)計(jì)的時(shí)候那么完整，這是仿真的時(shí)候一個(gè)很失策的地方，有些問(wèn)題是祖?zhèn)鞯?，但是我們的能力并沒(méi)有做到后浪推前浪一浪更比一浪強(qiáng)的地步，這很遺憾。對(duì)于其他的仿真軟件，我在網(wǎng)上耐心的尋找，但是并沒(méi)有找到，盡管西門(mén)子公司的對(duì)于PLC確有仿真軟件，但是支持S7-300及以上系列。S7-200系列的PLC使用的時(shí)間久遠(yuǎn)，僅僅作為學(xué)習(xí)而言還是很好的。

第6章安全系統(tǒng)分析由于電梯是乘坐人員的物件，人的生命只有一次，因此電梯的安全系統(tǒng)必須要從機(jī)械、電氣和軟件多個(gè)角度考慮。6.1機(jī)械和電氣保護(hù)設(shè)計(jì)電梯的機(jī)械安全保護(hù)裝置由很多部分組分。通過(guò)強(qiáng)迫減速開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、極限開(kāi)關(guān)防止電機(jī)超越行程繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)：通過(guò)限速器、安全鉗，在電機(jī)超速甚至鋼絲繩斷裂時(shí)，電梯能安然無(wú)恙。通過(guò)緩沖器讓電梯即使下落，也能減少傷害。還有各種緊急裝置，包括聯(lián)網(wǎng)電話(huà)報(bào)警之類(lèi)的。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上同樣也有這種保護(hù)設(shè)計(jì)，通常是電機(jī)生產(chǎn)商生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)安置在內(nèi)部的功能，通常時(shí)在檢測(cè)到過(guò)電流或其他意外情況下，自動(dòng)切斷電源。6.2軟件安全保護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)于電梯的安全保護(hù)問(wèn)題，在軟件上的設(shè)計(jì)包裹兩個(gè)部分，一個(gè)是基于程序自身的軟件自鎖和互鎖，即軟件控制的冗余設(shè)計(jì)。另一個(gè)是PLC本身和外界的通訊設(shè)備，包裹警鈴等等。6.21冗余設(shè)計(jì)1.在PLC開(kāi)機(jī)的時(shí)候，由傳感器感知電梯位置，和其他的意外情況等，把把信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)量傳遞給CPU,CPU根據(jù)感知到的信號(hào)，通過(guò)程序輸出對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。2.PLC程序設(shè)定中繼電器的互鎖，通過(guò)互鎖就是使得多個(gè)繼電器中互相制約，只有一個(gè)能工作，避免產(chǎn)生軟件層次的BUG.6.22交互式報(bào)警1．報(bào)警和救援裝置，乘客在乘坐電梯的過(guò)程中遇到了問(wèn)題，可以通過(guò)已經(jīng)設(shè)定好的軟件報(bào)警模塊，觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，并給出自身的信息狀態(tài)方便救援可以及時(shí)完成。2.當(dāng)傳感器檢測(cè)到陌生狀態(tài)時(shí)，及時(shí)通過(guò)中斷系統(tǒng)暫定切換狀態(tài)，并和上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互數(shù)據(jù)傳遞，同時(shí)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，等待狀態(tài)恢復(fù)后，程序正常運(yùn)行6.3系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析及維護(hù)由于硬件本身就具有壽命限制，而且在使用中還經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)意外情況導(dǎo)致的器件損壞，因此設(shè)計(jì)之初和實(shí)際使用中要對(duì)該電梯系統(tǒng)的器件消耗、設(shè)備故障發(fā)生點(diǎn)有比較準(zhǔn)確的估計(jì)，以便在問(wèn)題發(fā)生的時(shí)候，采取緊急措施修復(fù)設(shè)備。對(duì)于電梯系統(tǒng)故障可以分成PLC控制系統(tǒng)故障和其他器件故障兩部分。6.3.1PLC故障和其他器件問(wèn)題PLC最初是為工業(yè)環(huán)境服務(wù)而設(shè)計(jì)的，并內(nèi)置了各種抗干擾模塊，因此實(shí)際上PLC是極其可靠的設(shè)備，而且故障率很低。因此，當(dāng)PLC產(chǎn)生故障時(shí)，它通常發(fā)生在PLC的外圍電氣部件上。如果測(cè)試不是外圍電氣故障，考慮到維護(hù)的難度，最好的方案是直接更換新PLC。對(duì)其輸入和輸出設(shè)備的觸點(diǎn)問(wèn)題，其使用時(shí)間有壽命限制，通常的觸點(diǎn)使用壽命在幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)次不等，一般使用1-3年不會(huì)損壞，在損壞的時(shí)候只需要直接更換即可。6.3.2系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護(hù)盡管PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的裝置，一般不需要在采取特殊措施就能直接應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境。但是在某些特殊情況下，如電磁干擾特別強(qiáng)烈時(shí)，強(qiáng)磁環(huán)境可能使PLC產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，運(yùn)算錯(cuò)誤并產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出信號(hào)，造成錯(cuò)誤的動(dòng)作，如電梯在中間突然停止不動(dòng)，此時(shí)不能保證控制系統(tǒng)安全運(yùn)行。由于電源的輸入電壓受到電網(wǎng)影響，此時(shí)應(yīng)該加濾波電容等或加專(zhuān)門(mén)的電源轉(zhuǎn)換模塊，為其供電，抑制電網(wǎng)干擾當(dāng)周?chē)幱趶?qiáng)電磁環(huán)境時(shí)，最好將PLC控制器單獨(dú)屏蔽起來(lái)，裝入鐵盒中并完善接地系統(tǒng)。由于電線(xiàn)與電線(xiàn)之間如果擺設(shè)不恰當(dāng)，內(nèi)部的電流運(yùn)動(dòng)很容易產(chǎn)生耦合磁場(chǎng)，相互影響信號(hào)，此時(shí)合理選線(xiàn)配線(xiàn)，降低干擾。盡管PLC設(shè)計(jì)用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，但通常不需要采取特殊措施直接處理惡劣環(huán)境。但是，在某些特殊情況下，如電磁干擾特別強(qiáng)，強(qiáng)磁環(huán)境可能會(huì)導(dǎo)致PLC產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，操作錯(cuò)誤并產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出信號(hào)，造成錯(cuò)誤動(dòng)作，如電梯突然停在中間，此時(shí)控制系統(tǒng)無(wú)法安全操作。由于電源的輸入電壓受到電網(wǎng)的影響，因此應(yīng)該添加濾波電容器等或特殊的電力轉(zhuǎn)換模塊以提供電力以抑制電網(wǎng)干擾。當(dāng)周?chē)h(huán)境處于強(qiáng)電磁環(huán)境中時(shí)，最好分別屏蔽PLC控制器，將其