四層電梯模型的設(shè)計(jì)與制作

1、四層電梯模型的設(shè)計(jì)與制作黃可馳電梯進(jìn)入人們的生活已經(jīng)160年一個(gè)半世紀(jì)的風(fēng)風(fēng)雨雨，翻天覆地是歷史的變遷，永恒的是電梯提升人類生活質(zhì)量的承諾。電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，在電梯控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)重要方向，成為當(dāng)前電梯控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。 此電梯模型所采用的類型為三菱FX2N。PLC程序設(shè)計(jì)采用模塊化編程思想，即根據(jù)各功能實(shí)現(xiàn)的條件及原則設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊。設(shè)計(jì)的程序要求完成電梯自動(dòng)運(yùn)行功能如：內(nèi)選外召喚信號(hào)的登記、消號(hào)、到層自動(dòng)開門、延時(shí)自動(dòng)運(yùn)行等

2、。合理分配轎廂內(nèi)指令的執(zhí)行和廳外召喚的應(yīng)答。關(guān)于PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及電梯控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試重點(diǎn)介紹如下。 一、PLC 基本結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和

3、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(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與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變

4、換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 常用的I/O分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，

5、即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟

6、件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。 二、軟件設(shè)計(jì) （一）內(nèi)呼信號(hào)輸入及存儲(chǔ)程序 編程思路：以一樓內(nèi)呼為例，按下X000按鈕，則Y000被接通并保持，直到電梯到達(dá)一樓時(shí)利用X020常閉觸點(diǎn)斷開Y000。在按下X000的同時(shí)M0賦值為1，從而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。當(dāng)Y000失電時(shí)，D10和D20、M0、Y010被清零。 梯形圖如圖1所示。 圖1 內(nèi)呼信號(hào)輸入及存儲(chǔ)程序梯形圖 （二）外呼信號(hào)輸入及存儲(chǔ)程序 編程思路：以二樓向上外呼信號(hào)為例，如果電梯不在二樓

7、，此時(shí)按下X002，M2賦值為1，M101得電并保持。如果此時(shí)電梯為下行，則M101、Y011常開閉合，Y001得電并且在電梯下降過程中一直保持。如果電梯處于上行階段，則M101、Y011常開閉合，Y002得電并保持，直到電梯上行到二樓時(shí)失電。Y002失電時(shí)，M2和D20、D11、Y011被清零。梯形圖如圖2所示。圖2 外呼信號(hào)輸入及存儲(chǔ)程序梯形圖 （三）轎廂停于某層時(shí)，所在樓層存于D20并用LED顯示程序 編程思路：轎廂停于某層時(shí)，該樓層平層開關(guān)被接通，為D20賦予對(duì)應(yīng)的值。 梯形圖如圖3所示。圖3 轎廂停于某層時(shí)，所在樓層存于D20并用LED顯示程序梯形圖 （四）比較判斷轎廂上下行程序及上

8、下行程序 編程思路：（1）比較程序:按下某樓層按鈕則將該按鈕所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中的值與轎廂所在樓層數(shù)據(jù)寄存器到D20中的值進(jìn)行比較，從而可以判斷上下行。（2）在比較判斷出轎廂上行以后，執(zhí)行以下程序。首先是內(nèi)呼信號(hào)，如果電梯在一樓，按下X000則M0接通，所以SQ1得電并自鎖直到轎廂在二樓平層時(shí)失電。如果電梯在一樓或二樓，按下X003則M3接通，SQ2得電并自鎖直到轎廂到達(dá)三樓時(shí)失電。如果電梯在一樓、二樓或三樓，按下X005則M5接通，SQ4得電并自鎖直到轎廂到達(dá)四樓時(shí)失電。外呼信號(hào)上行與內(nèi)呼信號(hào)上行原理相同，只是加上外呼信號(hào)之后，需要給外呼信號(hào)和內(nèi)呼信號(hào)之間加上互鎖。至于最遠(yuǎn)反向呼功能：如果電

9、梯在一樓，按下二樓向下X001，則M1得電，電梯上行。梯形圖如圖4所示。圖4 比較判斷轎廂上下行程序梯形圖（五）開關(guān)門程序編程思路：電梯運(yùn)行時(shí)，此時(shí)手動(dòng)開關(guān)門按鈕X026和X027按下均無(wú)效，Y026和Y027不得電。電梯平層時(shí)，Y027得電，轎廂門打開。梯形圖如圖5所示。圖5 開關(guān)門程序梯形圖三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)電梯PLC 控制系統(tǒng)的控制核心是PLC 。哪些信號(hào)需要輸入PLC ，PLC 要驅(qū)動(dòng)哪些負(fù)載，以及采用何種編程方式。輸入輸出點(diǎn)的確定，是設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)的首要問題，決定系統(tǒng)的程序及線路設(shè)計(jì)方案。（一）PLC輸入信號(hào)的確定方法在保證電梯運(yùn)行安全的前提下，各種控制信號(hào)盡量直接輸入PLC，內(nèi)外呼信號(hào)

10、及層樓感應(yīng)信號(hào)、開關(guān)門信號(hào)等。本模塊輸入信號(hào)主要由樓層呼叫信號(hào)（6個(gè)）和平層號(hào)（4個(gè)）組成樓層呼叫信號(hào)用帶指示燈的按鈕直接控制的輸入端子就可實(shí)現(xiàn)。平層信號(hào)需提供的是開關(guān)信號(hào)，由于元件具有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、安裝方便、功率小、耐震動(dòng)、不怕灰塵等優(yōu)點(diǎn)?？捎锰菪螆D或順序功能圖SFC來編程梯形圖編出的程序簡(jiǎn)短，但可讀性差，而且需要長(zhǎng)期的編程技巧積累才能完成。建議學(xué)生用SFC來編，根據(jù)呼叫信號(hào)和平層信號(hào)的變化控制PLC的輸出端Y15，Y16產(chǎn)生升，降信號(hào)來進(jìn)行。（二）PLC輸出信號(hào)的確定方法PLC通過軟件對(duì)輸入控制信號(hào)進(jìn)行處理后，由輸出接口發(fā)出控制信號(hào)及各種指示信號(hào)。3.3PLC控制程序的編制方法

11、PLC梯形圖軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)。模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試。如分為開關(guān)門、內(nèi)選、外召喚、層樓數(shù)指示、定向、到層延時(shí)等模塊。模塊間不完全獨(dú)立，它們之間存在著有機(jī)聯(lián)系。且在編程時(shí)要注意各條指令間的邏輯關(guān)系，梯形圖中的內(nèi)部輔助繼電器和定時(shí)器統(tǒng)一分配編號(hào)，除了列I/O分配表外，還應(yīng)列出內(nèi)輔功能分配表。充分利用PLC提供的指令。四、電梯模型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）電梯的控制要求1）當(dāng)電梯停于某層時(shí)，有一高層呼叫時(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

12、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(wú)效。（二）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

13、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?？刂葡到y(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.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

14、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)。（三）程序調(diào)試、運(yùn)行設(shè)計(jì)一個(gè)PLC應(yīng)用系統(tǒng)，關(guān)鍵要解決的第一個(gè)問題是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)受控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。第二個(gè)問題是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、控制信號(hào)的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。第三個(gè)問題是根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置?？傃b調(diào)試步驟：（1）模擬調(diào)試。用戶編寫的程序

15、在總裝調(diào)試前要進(jìn)行模擬調(diào)試，檢查程序無(wú)誤后可把PLC接到系統(tǒng)里進(jìn)行總裝調(diào)試。（2）PLC的外部接線檢查，外部接線一定要準(zhǔn)確無(wú)誤。如果用戶程序還沒有送到機(jī)器里去，可用自行編寫的試驗(yàn)程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查，查找接線故障。（3）將主電路斷開，進(jìn)行預(yù)調(diào)，確認(rèn)接線無(wú)誤后再接主電路。（4）將模擬調(diào)好的程序送入用戶存儲(chǔ)器進(jìn)行總調(diào)試，直到各部分的功能均正常，并能協(xié)調(diào)一致成為一個(gè)完整的整體控制為止。（5）如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，可對(duì)硬件、軟件調(diào)整，一般只對(duì)軟件作調(diào)整。（6）全部調(diào)試結(jié)束以后，將程序固化在EPROM盒中保存。 （四）I/O分配表輸入信號(hào)有：內(nèi)呼信號(hào)4個(gè)，外呼信號(hào)6個(gè)，開關(guān)門信號(hào)2個(gè)，轎廂平層

16、信號(hào)4個(gè)，開關(guān)門限位2個(gè)，共計(jì)18個(gè)。輸出信號(hào)有：內(nèi)呼信號(hào)指示4個(gè)，外呼信號(hào)指示6個(gè)，轎廂上下行2個(gè)，門電機(jī)開關(guān)2個(gè)，轎廂所在樓層指示4個(gè)，共計(jì)18個(gè)。I/O分配表如表1所示。表1 四層電梯的I/O分配表輸入端口說明輸出端口說明X000外呼一樓(上升)按Y000外呼一樓(上升)燈X001外呼二樓(下降)按Y001外呼二樓(下降)燈X002外呼二樓(上升)按Y002外呼二樓(上升)燈X003外呼三樓(下降)按Y003外呼三樓(下降)燈X004外呼三樓(上升)按Y004外呼三樓(上升)燈X005外呼四樓(下降)按Y005外呼四樓(下降)燈X006關(guān)門(按鈕)按Y006上行(燈)X007開門(按鈕)

17、按Y007下行(燈)X010箱內(nèi)（按1）Y010箱內(nèi)（燈1）X011箱內(nèi)（按2）Y011箱內(nèi)（燈2）X012箱內(nèi)（按3）Y012箱內(nèi)（燈3）X013箱內(nèi)（按4）Y013箱內(nèi)（燈4）X020一樓位置SQ0Y020一樓（燈）X021二樓位置SQ1Y021二樓（燈）X022三樓位置SQ2Y022三樓（燈）X023四樓位置SQ3Y023四樓（燈）X026關(guān)門到位Y026關(guān)門（電機(jī)）X027開門到位Y027開門（電機(jī)）（5） 硬線接線圖 硬件接線圖如圖6所示圖6 硬件接線圖 五、結(jié)束語(yǔ) 針對(duì)這個(gè)四層電梯的控制系統(tǒng)可編程控制器設(shè)-H-電梯的控制系統(tǒng)完成電梯的轎內(nèi)指令、廳外召喚指令、樓層位置指示、平層換速控制、開門控制等控制任務(wù)。利用GX組態(tài)軟件設(shè)計(jì)模擬電梯PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行。將PLC中的串口驅(qū)動(dòng)程序與組態(tài)軟件的需求響應(yīng)相結(jié)合，加載驅(qū)動(dòng)。使設(shè)置的控件能夠按照真實(shí)的情況動(dòng)作。檢驗(yàn)和測(cè)試電梯PLC控制系統(tǒng)對(duì)電梯的運(yùn)行狀態(tài)的控制效果。實(shí)踐證明。將PLC可編程控制器和GX組態(tài)軟件結(jié)合可以非常好地模擬電梯控制系統(tǒng)的測(cè)試運(yùn)行有利于PLC控制系統(tǒng)的設(shè)-H-、檢測(cè)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1張鳳珊.