六層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中文題目：基于 PLC 的雙速六層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 外文題目： The control system design of two speed six floor elevator basic on PLC I 摘要 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多。電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)采用的是繼電器邏輯控制電路，這種控制易出故障，維護(hù)不便，運(yùn)行壽命短，占地空間大，正逐步被淘汰。 為了提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性和設(shè)備的工作效 率，設(shè)計(jì)了一套以 PLC為核心控制器的電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)，用來(lái)取代以往的較復(fù)雜的繼電器 接觸器控制。系統(tǒng)的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N-80MR型 PLC，因?yàn)樵诤诵目刂撇糠植捎玫氖擒浖绦蚩刂?，從而在保證電梯正常運(yùn)行這個(gè)要求的情況下，大大的提高了電梯故障檢查與維修的方便性和容易性，同時(shí)還克服了手動(dòng)操作所帶來(lái)的一些人為干擾因素，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 關(guān)鍵詞： PLC；電梯；邏輯控制；程序設(shè)計(jì) II Abstract Along with the urban construction development unceasing, the high rise building increases unceasingly too. Elevator as a vertical transport operation in the high rise building, it was closely related to the peoples daily life. The traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually. For raising the credibility of the automatic control system and the work efficiency of the equipments, design a set of take PLC as the core controller of the elevator auto control system, using to replace former more complicated of after electric appliances-the contact machine control. The core part(control part) of the system used a Japanese Mitsubishi company to produce of the FX2N - 80 MR type PLC is the software procedure control in the core because of what to control the part adoption, thus Be promising the elevator circulates normally under the circumstance ofwith this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for maintain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in the meantime, obtain the good economic performance and social performance. Key words: PLC； elevator； logic control； program design 目錄 前言 . 1 1 電梯的概述 . 2 1.1 電梯的發(fā)展簡(jiǎn)史 . 2 1.2 電梯的運(yùn)行工作情況 . 2 1.3 電梯控制系統(tǒng)的組成 . 4 2 三菱 FX2N 系列可編程序控制器介紹 . 5 2.1 可編程控制器的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí) . 5 2.2 可編程序控制器的工作方式及編程語(yǔ)言 . 7 2.2.1 PLC 的工作方式 . 7 2.2.2 PLC 的編程語(yǔ)言 . 8 2.3 可編程序控制器與繼電器、微機(jī)在電梯控制中的應(yīng)用比較 . 8 3 交流雙速電梯的電氣設(shè)計(jì) .10 3.1 交流雙速電梯的基本工作原理 .10 3.1.1 交流雙速電梯的主電路 .10 3.1.2 電梯的主要電氣設(shè)備 . 11 3.2 輸入輸出設(shè)計(jì) .13 4 PLC 梯形圖設(shè)計(jì) .15 4.1 程序說(shuō)明 .15 4.1.1 算法說(shuō)明 .15 4.1.2 程序中相關(guān)存儲(chǔ)單元及中間繼電器的說(shuō)明 .15 4.2 主程序設(shè)計(jì) .17 4.2.1 上下行指示燈輸出環(huán)節(jié) .17 4.2.2 反向樓層號(hào)預(yù)處理環(huán)節(jié) .17 4.2.3 樓層信號(hào)寫(xiě)入環(huán)節(jié) .17 4.2.4 呼叫信號(hào)寫(xiě)入環(huán)節(jié) .20 4.2.5 定向和等待信號(hào)設(shè)定環(huán)節(jié) .20 4.2.6 上行啟動(dòng)加速環(huán)節(jié) .20 4.2.7 下行啟動(dòng)加速環(huán)節(jié) .20 4.2.8 停止信號(hào)產(chǎn)生環(huán)節(jié) .23 4.2.9 轎箱減速過(guò)程環(huán)節(jié) .23 4.2.10 門(mén)控環(huán)節(jié) .25 4.2.11 上行或等待狀態(tài)反向信號(hào)處理環(huán)節(jié) .25 4.2.12 下行或等待狀態(tài)反向信號(hào)處理環(huán)節(jié) .25 4.2.13 上行同向信號(hào)處理環(huán)節(jié) .29 4.2.14 下行同向信號(hào)處理環(huán)節(jié) .30 4.2.15 內(nèi)部呼叫信號(hào)處理環(huán)節(jié) .31 4.2.16 子程序調(diào)用環(huán)節(jié) .32 4.3 子程序功能說(shuō)明 .33 4.3.1 上行表排隊(duì)子程序模塊 .33 4.3.2 下行表排隊(duì)子程序模塊 .35 4.3.3 查詢上行表最大值子程序模塊 .38 4.3.4 查詢下行表最小值子程序模塊 .38 4.3.5 上行表已完成信號(hào)消除子程序模塊 .41 4.3.6 下行表已完成信號(hào)消除子程序模塊 .41 5 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)測(cè)試 .45 5.1 RealInfo 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì) .45 5.1.1 RealInfo 介紹 .45 5.1.2 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)相關(guān)說(shuō)明 .45 5.1.3 界面介紹 .46 5.1.4 演示用腳本 .46 5.2 系統(tǒng)功能測(cè)試 .63 5.2.1 等待狀態(tài)時(shí)的功能測(cè)試 .63 5.2.2 上行狀態(tài)時(shí)的功能測(cè)試 .68 5.2.3 下行狀態(tài)時(shí)的功能測(cè)試 .68 5.3 系統(tǒng)說(shuō)明 .68 6 結(jié)論 .69 致謝 .70 參考文獻(xiàn) .71 附錄 A 中文文獻(xiàn) .72 附錄 B 英文文獻(xiàn) .83 1 前言 隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，高層建筑日益增多，電梯成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚拇焦ぞ?。電梯性能的好壞?duì)人們生活的影響越來(lái)越顯著，因此必須努力提高電梯系統(tǒng)的性能，保證電梯的運(yùn)行及高效節(jié)能又安全可靠?？删幊炭刂破鳎?PLC）是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來(lái)的，是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算裝置的電子裝置。鑒于其種種有點(diǎn)，目前，電梯的繼電器控制方式 已逐漸被 PLC 控制代替。但是，現(xiàn)在很多 PLC 控制電梯的程序設(shè)計(jì)思想還是源自于傳統(tǒng)繼電器的組合邏輯設(shè)計(jì)法， 程序結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且很難完成比較高級(jí)的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。 本設(shè)計(jì)充分發(fā)揮 PLC 在數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢(shì)，采用 純 數(shù)字式控制方法，能夠非常準(zhǔn)確、高效地 實(shí)現(xiàn) 電梯上行、下行以及電梯門(mén)開(kāi)關(guān)等控制功能，并具有智能分析樓層信號(hào)能力以及良好的可擴(kuò)展性。本系統(tǒng)采用 的是 “雙排序表查詢算法”。 所謂的“雙排序表”，即設(shè)定兩個(gè)數(shù)據(jù)表，一個(gè)專(zhuān)門(mén)存儲(chǔ)上行信號(hào)的升序排列的數(shù)據(jù)表和一個(gè)專(zhuān)門(mén)存儲(chǔ)下 行信號(hào)的降序排列的數(shù)據(jù)表，電梯完全按照兩個(gè)數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)運(yùn)行。采用這種控制策略有如下優(yōu)點(diǎn)： 首先，由于電梯的停靠和啟動(dòng)方向是由表中的數(shù)據(jù)來(lái)指定，而非傳統(tǒng)的組合邏輯控制方式。 這樣就有效地避免了由于邏輯錯(cuò)誤而導(dǎo)致一系列如漏停、多停等電梯運(yùn)行故障。增加了電梯的可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性，并減少了維護(hù)成本。 其次，用數(shù)據(jù)表的方式存儲(chǔ)呼叫信號(hào)，可以方便地通過(guò)各種優(yōu)化算法對(duì)這些呼叫信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，使電梯的運(yùn)行更加智能化，提高電梯運(yùn)送乘客的工作效率，同時(shí)也達(dá)到了節(jié)省能源的目的。 最后，純數(shù)字式的處理方法有效地避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 中的組合邏輯爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，可以使系統(tǒng) 高效 地運(yùn)行在高樓層電梯系統(tǒng)中 ，而不用擔(dān)心負(fù)擔(dān)過(guò)重而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓甚至崩潰 。這種控制算法具有非常優(yōu)良的可擴(kuò)展和可升級(jí)性。只要稍加修改，便可將其 移植 到其他的電梯控制系統(tǒng)中。 本論文著重闡述了“雙排序表查詢算法”的工作原理，以及此算法用三菱 FX2n 系列PLC 編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的方法。 2 1 電梯的概述 隨著人口的增加，科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展，人們物質(zhì)文化生活水平的逐步提高，建筑業(yè)得以迅速發(fā)展，大批的高樓大廈拔地而起，十幾層至幾十層的賓館、飯店、辦公樓、住宅 比比皆是 。伴隨建筑業(yè)的發(fā)展，為建 筑內(nèi)提供上下交通運(yùn)輸?shù)碾娞莨I(yè)也在日新月異地發(fā)展著。電梯已不僅是一種生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要設(shè)備，更是一種工作和生活中的必需設(shè)備，完全可以預(yù)想到，隨著社會(huì)的發(fā)展，電梯產(chǎn)品在人們物質(zhì)文化生活中的地位將和汽車(chē)一樣，成為重要的運(yùn)輸設(shè)備之一。 1.1 電梯的發(fā)展簡(jiǎn)史 據(jù)國(guó)外有關(guān)資料介紹，公元前 2800 年在古代埃及，為了建筑當(dāng)時(shí)的金字塔，曾使用過(guò)由人力驅(qū)動(dòng)的升降機(jī)械。公元 1765 年瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)后， 1858 年美國(guó)研制出以蒸汽為動(dòng)力，并通過(guò)帶傳動(dòng)和蝸輪減速裝置驅(qū)動(dòng)的電梯。 1878 年英國(guó)的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。并隨著水壓梯的 發(fā)展，淘汰了蒸汽梯。后來(lái)又出現(xiàn)了液壓泵和控制閥以及直接柱塞式和側(cè)柱塞式結(jié)構(gòu)的液壓梯。這種液壓梯至今仍為人們所采用。 但是，電梯得以興盛發(fā)展的根本原因在于采用了電力作為動(dòng)力來(lái)源。 18 世紀(jì)末發(fā)明了電機(jī)，并隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 19 世紀(jì)初開(kāi)始使用交流異步單速和雙速電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的交流電梯，特別是交流雙速電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，顯著改善了電梯的工作性能。在 20 世紀(jì)初，美國(guó)奧的斯電梯公司首先使用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，生產(chǎn)出以槽輪式驅(qū)動(dòng)的直流電梯，從而為后來(lái)的高速度、高行程電梯的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 20 世紀(jì) 30 年代美國(guó)紐約市的 102 層摩天 大樓建成，美國(guó)奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了 74 臺(tái)速度為 6.0m/s 的電梯。從此以后，電梯這個(gè)產(chǎn)品，一直在日新月異地發(fā)展著。目前的電梯產(chǎn)品，不但規(guī)格品種多，自動(dòng)化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，可編程序控制器（ PLC）和電子計(jì)算機(jī)成功地應(yīng)用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中去后，電梯產(chǎn)品的質(zhì)量和運(yùn)行效果顯著提高。 1.2 電梯的運(yùn)行工作情況 一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機(jī)、控制柜箱、導(dǎo)軌等主要部件組成。電梯在做垂直運(yùn)行的過(guò)程中，有起點(diǎn)站也有終點(diǎn)站。對(duì)于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點(diǎn)站和終點(diǎn) 3 站 之間還設(shè)有?？空?。起點(diǎn)站設(shè)在一樓，終點(diǎn)站設(shè)在最高樓。 各站的廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點(diǎn)站和終點(diǎn)站上各設(shè)置一個(gè)按鈕，中間層站的召喚箱上各設(shè)置兩個(gè)按鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開(kāi)關(guān)或與層站對(duì)應(yīng)的按鈕，供司機(jī)或乘用人員控制電梯上下運(yùn)行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕。 電梯的運(yùn)行工作情況和汽車(chē)有共同之處，但是汽車(chē)的起動(dòng)、加速、?？康热克緳C(jī)控制操作，而且在運(yùn)行過(guò)程中可能遇到的情況比較復(fù)雜，因此汽車(chē)司機(jī)必須經(jīng) 過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)和考核。而電梯的自動(dòng)化程度比較高，一般電梯的司機(jī)或乘用人員只需通過(guò)操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達(dá)一個(gè)指令信號(hào)，電梯就能自動(dòng)關(guān)門(mén)、定向、起動(dòng)、在預(yù)定的層站平層?？块_(kāi)門(mén)。對(duì)于自動(dòng)化程度高的電梯，司機(jī)或乘用人員一次還可下達(dá)一個(gè)以上的指令信號(hào)，電梯便能依次起動(dòng)和?？浚来瓮瓿扇恐噶钊蝿?wù)。 盡管電梯和汽車(chē)在運(yùn)算工作過(guò)程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運(yùn)行工作情況類(lèi)似公共汽車(chē)，在起點(diǎn)站和終點(diǎn)站之間往返運(yùn)行，在運(yùn)行方向前方的?？空旧嫌许樝虻闹噶钚盘?hào)時(shí)，電梯到站能自動(dòng)平層?？块_(kāi)門(mén)接乘客 。而載貨電梯的運(yùn)行工作情況則類(lèi)似卡車(chē)，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機(jī)或乘用人員控制電梯上下運(yùn)行時(shí)一般一次只能下達(dá)一個(gè)指令任務(wù)，當(dāng)一個(gè)指令任務(wù)完成后才能再下達(dá)另一個(gè)指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，從一個(gè)層站出發(fā)到另一個(gè)層站時(shí)，假若中間層站出現(xiàn)順向指令信號(hào)，一般都不能自動(dòng)?？浚暂d貨電梯的自動(dòng)化程度比乘客電梯低。 本 設(shè)計(jì) 主要研究單臺(tái) 六 層電梯的 PLC 控制方法，分述其 電氣 設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。 4 1.3 電梯控制系統(tǒng)的組成 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. 電梯的電力拖動(dòng)部分 電梯主拖動(dòng)類(lèi)型有直流電動(dòng) 機(jī)拖動(dòng)、交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、直流 G M（即發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組供電）拖動(dòng)、晶閘管供電（ SCR M）的直流拖動(dòng)和交流雙速電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、交流調(diào)壓調(diào)速（ AVCC）拖動(dòng)、交流變頻調(diào)速（ VVVF）等。因直流電梯的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)有電刷和換相器，維護(hù)量較大，可靠性低，現(xiàn)已被交流調(diào)速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動(dòng)機(jī)在選定的調(diào)速方式下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩總能達(dá)到負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求。考慮到電壓的波動(dòng)、導(dǎo)軌不夠平直造成的運(yùn)動(dòng)阻力增大等因素，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩還應(yīng)有一定的裕度。 2. 電梯的電氣控制部分 電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示 、召喚箱及曳引電動(dòng)機(jī)等幾十個(gè)分散安裝在電梯井道內(nèi)外和各相關(guān)電梯部件中的電器元件構(gòu)成。電氣控制系統(tǒng)通過(guò)電路控制電力拖動(dòng)系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動(dòng)作功能，保證電梯安全運(yùn)行。 電梯一般是由電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)的，其運(yùn)行過(guò)程大多包括啟動(dòng)、正（反）轉(zhuǎn)、停止等，這整個(gè)過(guò)程是由電氣控制系統(tǒng)來(lái)完成。具體地說(shuō)電梯的控制主要是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止、運(yùn)行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內(nèi)指令等進(jìn)行處理。其操縱是實(shí)行各個(gè)控制環(huán)節(jié)的方式和手段。 電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當(dāng)一臺(tái)電梯的類(lèi)別、額定載重量和額定運(yùn)行速度 確定后，電力拖動(dòng)系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據(jù)電梯安裝使用地點(diǎn)、乘載對(duì)象進(jìn)行認(rèn)真選擇，才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。 電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動(dòng)化程度和運(yùn)行可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)引進(jìn)工作的進(jìn)一步開(kāi)展，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展換代迅速。繼電器控制系統(tǒng)的電梯故障率高，大大降低了電梯的運(yùn)行可靠性和安全性，所以基本上已經(jīng)被淘汰。而 PLC 以其體積小、功能強(qiáng)、故障率低、壽命長(zhǎng)、噪聲低、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便、修改邏輯靈活、程序容易編制，易聯(lián)成控制網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用 。 5 2 三菱 FX2N 系列可編程序控制器介紹 2.1 可編程控制器的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí) 1. 三菱 FX2N PLC 的主要特點(diǎn)： 1)集成型高性能。 CPU、電源、輸入輸出三為一體。 對(duì) 6 種基本單元，可以以最小 8 點(diǎn)為單元連接輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，最大可以擴(kuò)展輸入輸出 256 點(diǎn)。 2)高速運(yùn)算 基本指令： 0.08 s指令 應(yīng)用指令： 1.52 幾百 s指令 3)安心、寬裕的存儲(chǔ)器規(guī)格 內(nèi)置 8000 步 RAM 存貯器 安裝存儲(chǔ)盒后，最大可以擴(kuò)展到 16000 步。 4)豐富的軟元件范圍 輔助繼電器： 3072 點(diǎn) ，定時(shí)器： 256 點(diǎn)，計(jì)數(shù)： 235 點(diǎn) 數(shù)據(jù)寄存器； 8000 點(diǎn) 5)除了具有輸入輸出 16 256 點(diǎn)的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。 6)面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格 為大量實(shí)際應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的特殊功能： 開(kāi)發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要 -模擬 I O，高速計(jì)數(shù)器。對(duì)每一個(gè) FX2n 主單元可配置總計(jì)達(dá) 8 個(gè)特殊功能模塊。 2. PLC 的性能指標(biāo)和分類(lèi) 1) PLC 的主要性能指標(biāo) (1)輸入輸出點(diǎn)數(shù)（ I O 點(diǎn)數(shù)） I O 點(diǎn)數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和 。它標(biāo)志著可以接多少個(gè)開(kāi)關(guān)、按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。 (2)存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指可編程序控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲(chǔ)器容量，一般以步為單位，二進(jìn)制 16 位即一個(gè)字為一步。 6 (3)掃描速度 一般以執(zhí)行 1000 步指令所需時(shí)間來(lái)衡量，單位為 ms/k 步，也有以執(zhí)行一步指令所需時(shí)間來(lái)計(jì)算的，單位用 s/步。 (4)功能擴(kuò)展能力 可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用的需要，如 A D 模塊、 D A 模塊、位置控制模塊等。 (5)指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程序控 制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。 2) PLC 的分類(lèi) 通常， PLC 產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進(jìn)行分類(lèi)。按結(jié)構(gòu)形式不同 , 可以分為整體式和模塊式兩類(lèi)。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型 PLC 三種類(lèi)型。 3. PLC 系統(tǒng)的組成 PLC 是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似。 PLC 也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。 1) PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 一套 PLC 系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、內(nèi)部電源）、 I O 擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成。圖 2-1 為 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)圖。 圖 2-1 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)圖 Fig.2-1 PLC hardware structure chart 輸入電路 CPU EPROM RAM 輸出電路 基本單元 內(nèi)部電源 擴(kuò)展 I/O接口 各種外設(shè)接口 輸出信號(hào) 現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào) 主機(jī) 編程器 打印機(jī) PC 機(jī) 輸入電路 輸出電路 擴(kuò)展單元 輸出信號(hào) 擴(kuò)展連接電纜 至其他擴(kuò)展單元 現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào) 7 2) PLC 的軟件 PLC 的軟件系統(tǒng)指 PLC 所使用的各種程序的集合，它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（應(yīng)用軟件）組成。系統(tǒng)程序：包括監(jiān)控程序、輸入譯碼程序及診斷程序等。用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用 PLC 的編程語(yǔ)言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。 2.2 可編程序控制器的工作方式及編程語(yǔ)言 2.2.1 PLC 的工作方式 1. PLC 的掃描工作方式 圖 2-2 PLC 的掃描過(guò)程 Fig.2-2 the scanning course of PLC 可編程序控制器在進(jìn)入 RUN 狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)的地址號(hào)遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開(kāi)始掃描，并周而復(fù)始地重要進(jìn)行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r(shí)的掃描過(guò)程如圖 2-2 所示，包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。 PLC 完成一次掃描過(guò)程所需 的時(shí)間稱為掃描周期。掃描周期的長(zhǎng)開(kāi)始 內(nèi)部處理 通信處理 RUN 方式？ 輸入掃描 程序執(zhí)行 輸出處理 N Y 8 短與用戶程序的長(zhǎng)度和掃描速度有關(guān)。 2. PLC 的程序執(zhí)行過(guò)程 PLC 的程序的執(zhí)行過(guò)程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段，如圖 2-3 所示。 圖 2-3 PLC 的程序執(zhí)行過(guò)程 Fig.2-3 the enforcing course of PLC 3. PLC 的掃描周期 在 PLC 的實(shí)際工作過(guò)程中，每個(gè)掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段外，還要進(jìn)行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計(jì)算機(jī)）通信等處理。即一個(gè)掃描周期還應(yīng)包含自診斷及 與外設(shè)通信等時(shí)間。 4. PLC 的 I O 響應(yīng)時(shí)間 PLC 采用集中 I O 刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會(huì)改變，還會(huì)影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號(hào)的變化滯后于輸入信號(hào)的變化，這產(chǎn)生了 PLC 的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時(shí)間為2-3 個(gè)掃描周期。 2.2.2 PLC 的編程語(yǔ)言 PLC 的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ)言、順序功能圖語(yǔ)言等。其中前兩種語(yǔ)言用得較多，順序功能圖語(yǔ)言也在許多場(chǎng)合被采用。本課題所采用的編程語(yǔ)言為梯形圖語(yǔ)言。 2.3 可編程序控制器與 繼電器、微機(jī)在電梯控制中的應(yīng)用比較 在電梯的電氣系統(tǒng)中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統(tǒng)必須起動(dòng)各種控制信號(hào)輸入端子 輸入映象寄存器 輸出映像寄存器 輸出鎖存器 輸出端子 輸入 . 輸出 程序執(zhí)行階段 輸入采樣階段 輸出刷新階段 X001 Y001 Y001 M1 讀 讀 9 和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動(dòng)機(jī)以及電子元件、電力電子器件等），要達(dá)到這些控制目的，其方法有： 1. 繼電器 接觸器控制系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)是早期電梯多采用的一種控制系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：與其它控制系統(tǒng)比較，其簡(jiǎn)單、易于理解和掌握、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：動(dòng)合觸點(diǎn)易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統(tǒng)耗能大、動(dòng)作噪聲大；維修保養(yǎng)工作量大、費(fèi)用高。因此這種控制系統(tǒng)僅用于速度不高、性能要求也不高的電梯中。 2. 微機(jī)控制系統(tǒng) 電梯的微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過(guò)程序存貯器中的程序來(lái)完成的控制系統(tǒng)。因此對(duì)于有不同功能要求的電梯控制系統(tǒng)，只要改變程序存貯器中的程序指令即可，而無(wú)需變更或增減硬件系統(tǒng)的元件或布線。因此，十分方便于使用和管理，并提高系統(tǒng)的可靠性，減小控制系統(tǒng)體積，降低了能耗及其維修保養(yǎng)費(fèi)用。雖然微機(jī)控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優(yōu)越性。但是，對(duì)一般的電梯而言，應(yīng)用微機(jī)控制也有其局限性和不足之處。其缺點(diǎn)是：微型計(jì)算機(jī)是按數(shù)字運(yùn)算的需要而設(shè)計(jì)的，功能比較齊全， 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；而一般的電梯控制只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算方式多為“與”、“或”、“非”幾種，運(yùn)算位數(shù)只需 1 位，即“ 1”與“ 0”。因此，使用微機(jī)就有“大材小用”之嫌。此外，微機(jī)的接口電路沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)件，而且一般不控制強(qiáng)電。但在電梯控制中，往往要求能直接控制 110V 或 220V 的用電設(shè)備，如用戶專(zhuān)門(mén)配備接口電路既不方便又不可靠。綜上所述，造成用微機(jī)控制的成本、運(yùn)行和維修費(fèi)用均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機(jī)控制在經(jīng)濟(jì)上不合算。 3. PLC 控制系統(tǒng) PLC 充分利用了微型計(jì)算機(jī)的原理和技術(shù)，保留計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn) ，而克服了它的缺點(diǎn)。它具有強(qiáng)大的生命力，各工業(yè)部分紛紛用它來(lái)改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果。 總之， PLC 是采用微機(jī)技術(shù)制造的通用自動(dòng)控制設(shè)備，它能控制開(kāi)關(guān)量、模擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、并具有完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)、運(yùn)算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設(shè)備。它不僅能用于控制機(jī)械設(shè)備、流水線和各種設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程，將 PLC 用于控制電梯各種操作和處理相關(guān)信息也是可行的。 10 3 交流雙速電梯的電氣設(shè)計(jì) 3.1 交流雙速電梯的基本工作原理 3.1.1 交流雙速電梯的主電路 圖 3-1 是交流雙速電梯的主電路圖。圖中 M1 為電梯專(zhuān)用型雙速籠型異步電動(dòng)機(jī)；KM1、 KM2 為電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器，用以實(shí)現(xiàn)電梯上、下行控制； KM3、 KM4 為電梯高低速運(yùn)行接觸器，用以實(shí)現(xiàn)電梯的高速或者低速運(yùn)行； KM5 為啟動(dòng)加速接觸器； KM6、KM7、 KM8 為減速制動(dòng)接觸器，用以調(diào)整電梯制動(dòng)時(shí)的加速度； L1、 L2 與 R1、 R2 為串入電動(dòng)機(jī)定子電路中的 電抗和電阻，當(dāng) KM1 或者 KM2 與 KM3 通電吸合時(shí)，電梯將進(jìn)行上行或下行啟動(dòng)，延時(shí)后 KM5 通電吸合，切除 R1、 L1，電梯將轉(zhuǎn)為上行或下行的穩(wěn)速運(yùn)行；當(dāng)電梯接收到停層指令后， KM3 斷電釋放， KM4 通電吸合，點(diǎn)擊轉(zhuǎn)為低速接法，傳入阻抗制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上升與下降的低速運(yùn)行，且 KM6KM8 依次通電吸合，用來(lái)控制制動(dòng)過(guò)程的強(qiáng)度，提高停車(chē)制動(dòng)時(shí)的舒適感；至平層位置時(shí)，接觸全部斷電釋放，包閘抱死，電梯停止運(yùn)行。 11 L1L2L3SQF U 1S Q 0K M 1K M 5K M 3F R 1M13F R 2K M 4R2L2 L1K M 8K M 6 K M 7R1K M 2圖 3-1 主電路圖 Fig.3-1 main electro circuit chart 3.1.2 電梯的主要電氣設(shè)備 1）牽引電動(dòng)機(jī) 齒輪牽引機(jī)為電梯的提升機(jī)構(gòu)。主要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電磁制動(dòng)器（也稱電器包閘），減速器牽引輪 組成。 2）自動(dòng)門(mén)機(jī) 用來(lái)完成電梯的開(kāi)門(mén)與關(guān)門(mén)。電梯的門(mén)分為廳門(mén)（每層站一個(gè)）與轎門(mén)（只有一個(gè)）。只有當(dāng)電梯停靠在某層站時(shí)，此層廳門(mén)才允許開(kāi)啟（由門(mén)機(jī)拖動(dòng)轎門(mén)，轎門(mén)帶動(dòng)廳門(mén)完成）；也只有當(dāng)廳門(mén)，轎門(mén)全部關(guān)閉后才允許啟動(dòng)運(yùn)行。 3）層樓指示燈 層樓指示燈也叫層顯，安裝在每層站廳門(mén)的上方和轎箱內(nèi)轎門(mén)的上方，用以指示電梯的運(yùn)行方向及電梯所處的位置。 過(guò)去常由低壓燈泡構(gòu)成，現(xiàn)多由數(shù)碼管組成，且與呼梯盒做成一體結(jié)構(gòu)。 4）呼梯盒 用以產(chǎn)生呼叫信號(hào)。常安裝在廳門(mén)外，離地面一米左右的墻壁上。基站與底站只有一只按鈕，中 間層站由上呼叫與下呼叫兩個(gè)按鈕組成。 12 5）操縱箱 操縱箱安裝在轎箱內(nèi)，供乘客對(duì)電梯發(fā)布動(dòng)作命令。其上面設(shè)有與電梯層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕。 6）平層及開(kāi)門(mén)裝置 該裝置如圖 3-2 所示。 由平層感應(yīng)器及樓層感應(yīng)器 組成。上行時(shí)，上磁鐵板先觸發(fā)樓層感應(yīng)器，發(fā)出減速停車(chē)信號(hào)；電梯開(kāi)始減速，至平層信號(hào)出發(fā)時(shí)，發(fā)出開(kāi)門(mén)及停車(chē)信號(hào)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，包閘抱死。下行時(shí)，下磁鐵板出發(fā)樓層感應(yīng)器，發(fā)出減速停車(chē)信號(hào)；電梯開(kāi)始減速，至平層信號(hào)出發(fā)時(shí)，發(fā)出開(kāi)門(mén)及停車(chē)信號(hào)。 圖 3-2 電梯的平層、停層裝置示意圖 Fig.3-2 the sketch map of elevator flat bed and stop 13 3.2 輸入輸出設(shè)計(jì) 為了便于對(duì)電梯的工作原理及 PLC 系統(tǒng)進(jìn)行分析，現(xiàn)列出電梯所用電器元件表。 表 3-1 電梯電氣元件表 Tablet.3-1 table of elevators electric elements 元件符號(hào) 名稱及作用 元件符號(hào) 名稱及作用 KM1 上行接觸器 1HL 6HL 16 層層樓指示燈 KM2 下行接觸器 7HL 8HL 上行、下行指示燈 KM3 高速接觸器 HL8 1 樓外呼記憶燈 KM4 低速接觸器 HL9 2 樓上呼記憶燈 KM5 啟動(dòng)加速接觸器 HL10 2 樓下呼記憶燈 KM6 KM8 制動(dòng)減速接觸器 HL11 3 樓上呼記憶燈 KM9 開(kāi)門(mén)接觸器 HL12 3 樓下呼記憶燈 KM10 關(guān)門(mén)接觸器 HL13 4 樓上呼記憶燈 SQ6 開(kāi)門(mén)到位開(kāi)關(guān) HL14 4 樓下呼記憶燈 SQ7 關(guān)門(mén)到位開(kāi)關(guān) HL15 5 樓 上 呼記憶燈 SQ17 上限位開(kāi)關(guān) HL16 5 樓下呼記憶燈 SQ18 下限位開(kāi)關(guān) HL17 6 樓下呼記憶燈 SB1 開(kāi)門(mén)按鈕 1KR 6KR 各樓層感應(yīng)器 SB2 關(guān)門(mén)按鈕 7KR 平層感應(yīng)器 SB3 上行啟動(dòng)按鈕 1SB1 5SB1 1 5 樓上行外呼按鈕 SB4 下行啟動(dòng)按鈕 2SB2 6SB2 2 6 樓下行外呼按鈕 SB5 SB10 1 6 樓層內(nèi)選層按鈕 綜合考慮輸入輸出要求，估計(jì)需要 PLC 輸入輸出點(diǎn) 70 左右 。因此，采用三菱FX2N-80MR 可編程控制器完成本次設(shè)計(jì)。其輸入輸出電路如圖 3-3 所示。 14 圖 3-3 I/O 接線圖 Fig.3-3 I/O connection chart 15 4 PLC 梯形圖設(shè)計(jì) 本套電梯控制系統(tǒng)的核心算法 是 采用“查表排序” 的方式進(jìn)行對(duì)電梯轎箱的上下行控制。 程序設(shè)置了兩個(gè)表 上行表和下行表。在樓層數(shù)據(jù)存入和讀取時(shí)，分別通過(guò)六個(gè)子程序模塊對(duì)兩個(gè)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行派對(duì)處理，以實(shí)現(xiàn)電梯轎箱的控制要求。本程序由主程序和六個(gè)子程序模塊組成，六個(gè)子程序模塊分別是：上行表排隊(duì)子程序模塊，下行表排隊(duì)子程序模塊，查詢上行表最大值子程序模塊，查詢下行表最大值子程序模塊，上行表完成信號(hào)消除模塊，下行表完成信號(hào)消除模塊。 4.1 程序說(shuō)明 可編程控制器，從本質(zhì)上說(shuō)，是應(yīng)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)。所以本程序充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方面的有事，采用雙排序表查詢 算法進(jìn)行電梯任務(wù)數(shù)據(jù)的控制。 4.1.1 算法說(shuō)明 程序 的基本控制 流程 如圖 4-1 所示。 4.1.2 程序中相關(guān)存儲(chǔ)單元 及中間繼電器 的說(shuō)明 為了便于理解程序的功能，現(xiàn)將程序中使用到的相關(guān)存儲(chǔ)單元 中間繼電器 的作用加以說(shuō)明。 D100：上行表起始地址； D120：下行表起始地址； D110：上行表反向呼叫信號(hào)預(yù)處理存儲(chǔ)單元； D130：下行表反向呼叫信號(hào)預(yù)處理存儲(chǔ)單元； D0： 呼叫信號(hào)存儲(chǔ)單元； D1：樓層信號(hào)存儲(chǔ)單元； D2： 上行表最大值存儲(chǔ)單元； D3：下行表最小值存儲(chǔ)單元； D200：子程序調(diào)用時(shí)樓層信號(hào) 臨時(shí)存儲(chǔ)單元 ； M200：等待狀態(tài)信號(hào) ； M201：上行控制信號(hào) ； M202：下行控制信號(hào) ； M211：開(kāi)門(mén)控制信號(hào) ； M1-M6：六個(gè)子程序的入口。 16 呼叫信號(hào) 是否與電梯運(yùn)行方向 相同 是否大于該樓層最大值 加 10 處理 是否與電梯運(yùn)行方向 相同 降序排序處理 升序排序處理 是否 低 于當(dāng)前樓層 是否小于該樓層最小值 減 10 處理 呼叫信號(hào) 是否高于當(dāng)前樓層 上行表 下行表 是 圖 4-1-1 呼叫信號(hào)控制流程圖 Fig.4-1-1 the controlling chart of call signal 是 是 是 是 是 否 否 否 否 否 否 17 4.2 主程序設(shè)計(jì) 4.2.1 上下行 指示燈 輸出 環(huán)節(jié) 本環(huán)節(jié)完成上行指示燈 Y25 和下行指示燈 Y26 的控制。當(dāng)上行控制信號(hào) Y21 有效時(shí)，發(fā)出一個(gè)上升沿脈沖，通過(guò) SET 指令將 Y25 設(shè)置為有效狀態(tài)，通過(guò) RST 指令將 Y26 設(shè)置為無(wú)效狀態(tài)。當(dāng)下行控制信號(hào) Y22 有效時(shí)，發(fā)出一個(gè)上升沿脈沖，通過(guò) SET 指令將 Y26設(shè)置為 有效狀態(tài)，通過(guò) RST 指令將 Y25 設(shè)置為無(wú)效狀態(tài)。當(dāng)?shù)却隣顟B(tài)中間繼電器 M200有效時(shí)，發(fā)出一個(gè)上升沿脈沖，通過(guò) RST 指令將 Y25 和 Y26 都設(shè)置為無(wú)效狀態(tài)。 梯形圖如圖 4-2-1 所示。 4.2.2 反向樓層號(hào) 預(yù) 處理環(huán)節(jié) 本環(huán)節(jié)預(yù)先完成對(duì)上行 和下行 過(guò)程中的反向樓層呼叫信號(hào) 進(jìn)行預(yù)處理，以便以后的程序直接使用處理后的結(jié)果。梯形圖如圖 4-2-1 所示。 4.2.3 樓層信號(hào)寫(xiě)入環(huán)節(jié) 本環(huán)節(jié)完成 1-6 樓的樓層感應(yīng)器信號(hào)的 相應(yīng) 和存入功能。當(dāng)各樓層的樓層信號(hào)感應(yīng)器 X25-X32 有信號(hào)觸發(fā)后，通過(guò) MOVP 指令樓層數(shù)據(jù)寫(xiě)入樓層信息存 儲(chǔ)單元 D1 中。另外也通過(guò) MOVP 指令將七段顯示器的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入到樓層信號(hào)輸出單元 K2Y34 中，并在七段顯示器中輸出。梯形圖如圖 4-2-3 所示。 18 4-2-1 上下行指示燈輸出環(huán)節(jié)梯形圖 Fig.4-2-1 ladder chart of up and down indicator light output 4-2-1 反向 呼叫 信號(hào)預(yù)處理環(huán)節(jié)梯形圖 Fig.4-2-2 ladder chart of reverse call signal pretreatment 19 圖 4-2-3 樓層信號(hào)寫(xiě)入 環(huán)節(jié) 梯形圖 Fig.4-2-3 ladder chart of floor signal written 20 4.2.4 呼叫信號(hào)寫(xiě)入環(huán)節(jié) 本環(huán)節(jié)完成對(duì)呼梯盒以及內(nèi)部按鈕產(chǎn)生的呼叫信號(hào)的響應(yīng)和存入功能。呼梯盒及內(nèi)部按鈕 X1-X20 如果被出發(fā)，將發(fā)出一個(gè)上升沿脈沖，通過(guò) MOV 指令將對(duì)應(yīng)的樓層信號(hào)存入呼叫信號(hào)存儲(chǔ)單元 D0 中。之后，通過(guò) 比較 語(yǔ)句 d100 k0為真，說(shuō)明上行表中有人物數(shù)據(jù)，則觸發(fā) M201（上行狀態(tài)控制位）。同理，若比較語(yǔ)句 d120 k0為真，說(shuō)明下行表中有人物數(shù)據(jù)，則觸發(fā) M202（下行狀態(tài)控制位）。上行和下行控制位通過(guò)互鎖使兩個(gè)控制位不能同時(shí)為真。梯 形圖