基于PLC的五層電梯自動控制系統(tǒng)設(shè)計

第一章電梯簡介電梯的起源與開展追溯電梯的起源，在我國及國外都能找到其雛形。如我國公元前1700多年出現(xiàn)的桔槔，是一種用于提水的升降裝置。公元前1100多年出現(xiàn)的轱轆，是一種用于提水或升舉重物的升降裝置。在古代希臘，于公元前236年出現(xiàn)的阿基米德絞車，是一種升舉重物的升降裝置。它們的共同特點(diǎn)是都由支架、卷筒、繩索、搖桿、乘物裝置幾局部組成的最原始、最簡單的升降機(jī)械，由木〔竹〕材料制成，靠人力或畜力驅(qū)動在很低速度下運(yùn)行。1889年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動機(jī)作為電梯動力,這才出現(xiàn)名副其實(shí)的電梯,并使電梯趨于實(shí)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,首批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(jī)(真空管)控制電梯。1962年美國出現(xiàn)了速度達(dá)8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進(jìn)工業(yè)國只成了無觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯控制電梯。1967年可控硅應(yīng)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(yīng)用于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機(jī)開始用于電梯，使電梯的電氣控制進(jìn)入了一個新的開展時期。由于早期的電梯及電氣控制方式存在故障率較高、可靠性差、接線復(fù)雜、一旦完成不易更改等缺點(diǎn)，所以需要開發(fā)一種平安、高效的控制方式?？删幊炭刂破鳌布碢LC〕既保存了傳統(tǒng)繼電氣控制系統(tǒng)的簡單易懂，而且具備控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計算機(jī)接口連接、維修方便等諸多高品質(zhì)性能。因此，PLC在電梯控制領(lǐng)域得到了廣泛而深入的運(yùn)用。如今，電梯已成為人們進(jìn)出高層建筑不可或缺的交通工具，隨著時代的開展，科技的進(jìn)步，人們對電梯在運(yùn)行時的平穩(wěn)性、高速性、準(zhǔn)確性、高效性等一系列靜、動態(tài)性能提出了更高的要求。電梯今后的開展將主要呈現(xiàn)以下趨勢:〔1〕超高速電梯。隨著人們生活節(jié)奏的加快，高層建筑的增加，全功能的塔式建筑將會促使超高速電梯繼續(xù)成為研究方向，5m/s以上運(yùn)行速度的超高速電梯，成為人們關(guān)注的重點(diǎn)和市場開展的新趨向?！?〕大型超載重電梯用導(dǎo)軌。隨著大型公共場所、購物場所等公用建筑的增加，大型超載重電梯的運(yùn)用日益廣泛，對于垂直電梯、自動扶梯的載重量和運(yùn)行平穩(wěn)性提出了新的要求。〔3〕新型自動扶梯導(dǎo)軌。隨著社會進(jìn)步、城市化水平的提高以及越來越多的國家逐漸步入老齡化社會，各國政府對人文關(guān)心日益重視，促使城市公共設(shè)施對自動扶梯和自動人行道的需求加速增長。為實(shí)現(xiàn)公共場所的無障礙通行，大量的體育場館、地鐵、機(jī)場、商場、寫字樓、賓館等需要加裝自動扶梯和自動人行道?！?〕無機(jī)房電梯導(dǎo)軌。對于高度在20層以下的民用建筑，可以通過改變曳引機(jī)的安裝方式去除電梯機(jī)房的設(shè)計，從而降低建筑總高度、保持整體造型、節(jié)省建筑本錢。此外，人們要求電梯節(jié)能、電磁兼容性強(qiáng)、噪聲低、長壽命、采用綠色裝潢材料、與建筑物協(xié)調(diào)等，甚至有人設(shè)想在大樓頂部的機(jī)房利用太陽能作為電梯驅(qū)動補(bǔ)充能源等等，而這些都會對電梯導(dǎo)軌的運(yùn)行技術(shù)不斷提出新的要求。1.2電梯的分類按速度分類：低速電梯、快速電梯、高速電梯、超高速電梯。按用途分類：乘客電梯、住宅電梯、觀光電梯、載貨電梯、客貨兩用電梯、醫(yī)用電梯、效勞電梯、車輛電梯。按拖動方式分類：交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條電梯、直線電機(jī)驅(qū)動的電梯。按有無司機(jī)分類：有司機(jī)電梯、無司機(jī)電梯、有/無司機(jī)電梯。按控制方式分類：手柄操縱控制電梯、按鈕控制電梯、信號控制電梯、幾選控制電梯、并聯(lián)控制電梯、群控電梯、微機(jī)控制電梯。按曳引機(jī)構(gòu)分類：有齒曳引機(jī)電梯、無齒曳引機(jī)電梯。1.3電梯的組成電梯主要由曳引系統(tǒng)、轎廂、重量平衡系統(tǒng)、導(dǎo)軌、門系統(tǒng)、平安保護(hù)系統(tǒng)、電力拖動和電氣控制系統(tǒng)等部件組成。曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，拖動電梯運(yùn)行。曳引系統(tǒng)主要由曳引電動機(jī)、減速機(jī)、曳引輪和電磁抱閘組成。曳引電動機(jī)也稱主電機(jī)，通常采用交流電動機(jī)，目前大多采用變頻器對其進(jìn)行速度和轉(zhuǎn)矩控制。轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作局部。轎廂在井道中沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動。井道側(cè)壁對應(yīng)各樓層的相應(yīng)位置裝有減速、平層的遮磁板，以便發(fā)送減速、停車信號。在井道中還設(shè)有各層的樓層編碼開關(guān)的磁塊，用做樓層指示信號。轎廂內(nèi)門的操作盤上設(shè)有選層按鈕及相應(yīng)的指示燈，還有開/關(guān)門按鈕等各種顯示電梯運(yùn)行狀態(tài)的指示燈。門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機(jī)、門鎖裝置組成。轎廂門的上方裝有開門機(jī)，開門機(jī)由一臺小電動機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)開/關(guān)門動作。在井道對應(yīng)各樓層候梯廳一側(cè)開有廳門，廳門平時是關(guān)閉的，只有當(dāng)轎廂停穩(wěn)在該層時，廳門被轎門的聯(lián)動機(jī)構(gòu)帶動一起翻開或關(guān)閉。在各層廳門的一側(cè)面裝有呼梯按鈕和樓層顯示裝置，呼梯按鈕通常有上行呼梯、下行呼梯各一個〔最底層只有上行呼梯按鈕、最高層只有下行呼梯按鈕〕。按鈕內(nèi)〔有時在按鈕旁〕裝有呼梯相應(yīng)指示燈，該燈亮表示呼梯信號被控制系統(tǒng)登記。樓層顯示裝置有時也設(shè)在廳門上方。電氣控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、交流電動機(jī)、輸入/輸出電器部件和控制屏等組成，主要功能是對電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。電梯示意圖1—控制柜2—限速器3—門聯(lián)動裝置4—轎門5—轎廂底板6—樓層地面7—層門8—補(bǔ)償繩9—緊張裝置10—地坑11—緩沖器12—對重13—對重導(dǎo)軌14—轎廂導(dǎo)軌15—井道壁16—導(dǎo)靴17—導(dǎo)軌壓板18—轎廂19—平安鉗20—曳引繩端接裝置21—曳引繩22—曳引機(jī)23—機(jī)房本課題側(cè)重電梯的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，未能實(shí)現(xiàn)主電動機(jī)的升降速度的調(diào)節(jié)以及平安保護(hù)體統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。1.4電梯工作原理曳引繩兩端分別連著轎廂與對重〔又稱配重〕，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動機(jī)通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對重的升降運(yùn)動，到達(dá)運(yùn)輸目的。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升降運(yùn)動，防止轎廂在運(yùn)行中產(chǎn)生偏斜或擺動。常閉式制動器在電動機(jī)工作時間松閘，使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止?fàn)顟B(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少發(fā)動機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動中的張力和重量變化，使曳引電動機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確?？俊ｋ姎庀到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)動的控制，同時完成選層、平層工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的于東方向和所在樓層位置?？删幊炭刂破?.1PLC的定義PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原那么而設(shè)計。2.2PLC的特點(diǎn)〔1〕可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC本身具有較強(qiáng)的自診斷功能，保證在“硬核“都正常的情況下執(zhí)行用戶的控制程序?！?〕編程簡單，設(shè)計施工周期短PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制翻開了方便之門。此外，PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來?！?〕控制程序可變，硬件配置方便在生產(chǎn)工藝流程改變或者生產(chǎn)線設(shè)備更新的情況下可通過硬件擴(kuò)充或少量的改變配置與接線，以及改變內(nèi)部程序來滿足要求，從而防止大量的硬件線路更改與安裝工作。〔4〕功能完善現(xiàn)代PLC具有數(shù)字模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算，定時、計時、計數(shù)、順序控制、功率驅(qū)動、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄和顯示等功能，設(shè)備控制水平大大提高?！?〕體積小，重量輕，能耗低。以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類：〔1〕開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最根本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等?！?〕模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量〔Analog〕和數(shù)字量〔Digital〕之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。〔3〕運(yùn)動控制PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合?！?〕過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用?！?〕數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算〔含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算〕、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比擬，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)?！?〕通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī)控制的開展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)開展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.4PLC的工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。〔1〕輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，那么該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入?！?〕用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的但凡用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用?！?〕輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。2.5PLC的編程語言編程語言是PLC的重要組成局部，PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應(yīng)用戶編程的需要。利用編程語言，按照不同的控制要求編寫不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計和改變幾點(diǎn)起的硬件接線線路，這就是所謂的4“可編程序〞。程序由編程器送到PLC內(nèi)部的存儲器中，它也能方便地讀出、檢查與修改。PLC共有5種標(biāo)準(zhǔn)編程語言，其中有三種圖形語言，即梯形圖、功能塊圖，和順序功能圖，兩種文本語言，即結(jié)構(gòu)化文本和指令表。其中梯形圖是最早使用的一種PLC語言，也是現(xiàn)在最常用的編程語言。它是從繼電氣控制系統(tǒng)原理圖的根底上演變而來的，它繼承了繼電氣控制系統(tǒng)中的根本工作原理和電器邏輯關(guān)系的表達(dá)方法，梯形圖預(yù)計電氣控制系統(tǒng)梯形圖的根本思想是一致的，只是在使用符號和表達(dá)方式上有一定區(qū)別，所以在邏輯控制系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。它的最大特點(diǎn)就是直觀、清晰。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計本次PLC控制系統(tǒng)設(shè)計分為以下幾個步驟：〔1〕分析控制要求〔2〕確定I/O點(diǎn)數(shù)〔3〕選擇PLC機(jī)型〔4〕選擇輸入、輸出設(shè)備，分配PLC的I/O〔5〕程序設(shè)計〔包括梯形圖的繪制〕〔6〕系統(tǒng)調(diào)試〔7〕編制相關(guān)技術(shù)文件其步驟如下列圖所示：圖3.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟3.1控制要求分析此次設(shè)計所涉及的電梯模型共有五層，電梯的每一層面均有升降及轎廂所在樓層的指示燈顯示；1-5所對應(yīng)的指示燈表示樓層號，每層的樓廳均有輸入〔分上行和下行〕按鈕召喚電梯。工作中的電梯主要對各種呼梯信號和當(dāng)時的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，再確定下一個工作狀態(tài)，為此它要求具有自動選向、順向截梯、反向保號，外呼記憶，自動開/關(guān)門狀態(tài)，停梯消號，自動達(dá)層等功能。電梯的上/下行由一臺電動機(jī)M1拖動，電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)(KM1)為電梯上升，反轉(zhuǎn)(KM2)為下降。另外，電梯門的開關(guān)也由一臺電動機(jī)M2控制，電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)〔KM3〕為電梯開門，反轉(zhuǎn)〔KM4〕為關(guān)門。分析以上控制要求，將電梯控制要實(shí)現(xiàn)的功能羅列如下：〔1〕開始時，電梯處于任意一層?！?〕當(dāng)有外呼梯信號到來時電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運(yùn)行，電梯門翻開，延時三秒后自動關(guān)門。〔3〕當(dāng)有內(nèi)呼梯信號到來時，電梯應(yīng)該響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運(yùn)行，電梯門翻開，三秒后開門到位，再延時三秒后自動關(guān)門，關(guān)門時間也為三秒。當(dāng)關(guān)門時，為了防止夾住乘客，在門兩側(cè)安裝了紅外線傳感器，有人進(jìn)出時，兩秒后才關(guān)門?！?〕樓層呼叫按鈕及電梯內(nèi)按鈕按下，電梯未到達(dá)相應(yīng)樓層或未得到相應(yīng)的相應(yīng)時，相應(yīng)指示燈一直接通指示?！?〕電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。例如電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三

層向下外呼梯，四層向下外呼梯，那么電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。〔6〕電梯具有同向截車功能?！?〕電梯未在平層或運(yùn)行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運(yùn)行后，按開門按鈕可使門翻開，按關(guān)門按鈕可使門關(guān)閉?！?〕開門時蜂鳴器響。3.2確定I/O點(diǎn)數(shù)根據(jù)電梯控制的特點(diǎn)，輸入信號應(yīng)該包括以下幾個局部：〔1〕轎廂內(nèi)及各層門廳外呼按鈕轎廂內(nèi)的樓層選擇按鈕共有數(shù)字鍵1-5，各層門廳的外呼按鈕除第一層只有上升按鈕，第五層只有下降按鈕外，其余三層均設(shè)有上升、下降兩個按鈕，故一共需要13個輸入?！?〕位置信號平層傳感器安裝于各樓層的電梯停靠位置的五個傳感器，此傳感器主要用于檢測平層用的，平時為常開，當(dāng)電梯運(yùn)行到平層時關(guān)閉。還有一個上下限位開關(guān)，另外還有一組紅外線傳感器，此傳感器主要用于門機(jī)上保護(hù)人或物不被夾傷的裝置。故位置信號一共需要8個輸入?！?〕電梯門控制信號大局部電梯都具有開門按鈕以及關(guān)門按鈕，以方便手動開門，故電梯門控制信號一共需要2個輸入。綜上所述，共需要輸入點(diǎn)23個。輸出信號應(yīng)該包括：〔1〕內(nèi)呼指示信號內(nèi)呼指示信號有5個，分別表示1~5層的內(nèi)呼被接受，并在內(nèi)呼指令完成后，信號消失。〔2〕外呼指示信號外乎信號共有8個，分別表示1-5層的外呼被接受，并在外呼指令完成后，信號消失?！?〕電梯上下行指示信號，共2個?！?〕電動機(jī)M1正反轉(zhuǎn)，共需要輸出點(diǎn)2個?！?〕電動機(jī)M2正反轉(zhuǎn)，共2個?！?〕開門蜂鳴器1個〔6〕LED層顯示段，共需要7段綜上所述，共需輸出點(diǎn)27個。PLC機(jī)型的選擇PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類，按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點(diǎn)?？煽毓栎敵瞿K適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時同時引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220V電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電，如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否那么應(yīng)設(shè)計外接供電電源，為了防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離室必要的，有時也可采用簡單的二級管或熔絲管隔離。通過上述分析，且又知道此五層電梯程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行時需使用23個輸入和27個輸出，又對PLC機(jī)型的選擇做了詳細(xì)分析可得出對于電梯控制系統(tǒng)可以選用一些小型PLC來實(shí)現(xiàn)，如日本三菱FX系列的PLC。三菱FX系列PLC擁有無以匹及的速度，高級的功能邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)；FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小型程序裝置。除輸入/輸出16-256點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個根本組件間的連接，模擬控制，定位控制等，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。在根本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。因此本次設(shè)計所選擇的PLC為：FX2N—64MR。3.4PLC控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)分配PLC五層電梯控制系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)分配表如下所示：表4.1

PLC輸入、輸出點(diǎn)分配表輸入點(diǎn)對應(yīng)信號輸出點(diǎn)對應(yīng)信號X1呼叫按鈕1↑Y0電梯上升〔KM1〕X2呼叫按鈕2↑Y1電梯下降〔KM2〕X3呼叫按鈕2↓Y2開門〔KM3〕X4呼叫按鈕3↑Y3關(guān)門〔KM4〕X5呼叫按鈕3↓Y4上行指示X6呼叫按鈕4↑Y5下行指示X7呼叫按鈕4↓Y6蜂鳴器X10呼叫按鈕5↓Y7--X11內(nèi)呼按鈕去1樓Y101↑外呼指示X12內(nèi)呼按鈕去2樓Y112↑外呼指示X13內(nèi)呼按鈕去3樓Y122↓外呼指示X14內(nèi)呼按鈕去4樓Y133↑外呼指示X15內(nèi)呼按鈕去5樓Y143↓外呼指示X161樓平層信號傳感器Y154↑外呼指示X172樓平層信號傳感器Y164↓外呼指示X203樓平層信號傳感器Y175↓外呼指示X214樓平層信號傳感器Y20內(nèi)呼按鈕去1樓指示X225樓平層信號傳感器Y21內(nèi)呼按鈕去2樓指示X23上下限位Y22內(nèi)呼按鈕去3樓指示X24轎廂內(nèi)開門按鈕Y23內(nèi)呼按鈕去4樓指示X25轎廂內(nèi)關(guān)門按鈕Y24內(nèi)呼按鈕去5樓指示X26紅外線傳感器〔左〕Y25LED層顯示a段X27紅外線傳感器〔右〕Y26LED層顯示b段Y27LED層顯示c段Y30LED層顯示d段Y31LED層顯示e段Y32LED層顯示f段Y33LED層顯示g段程序中使用的內(nèi)部繼電器說明見表4.2。內(nèi)部繼電器說明M1011樓上升外呼按鈕用，用于記憶外呼按鈕呼梯信號，平層解除M111上升綜合信號M1022樓上升M112M1032樓下降M113M1043樓上升M114M1053樓下降M115下降綜合信號M1064樓上升M116M1074樓下降M117M1085樓下降M118M5011樓平層平層用，用于記憶平層信號，被其他平層信號解除M119上升記憶信號M5022樓平層M120下降記憶信號M5033樓平層M2261層有效開門信號M5044樓平層M2272層有效開門信號M5055樓平層M2283層有效開門信號M201內(nèi)呼去1樓用于要去的樓層，平層時解除M2294層有效開門信號M202內(nèi)呼去2樓M2305層有效開門信號M203內(nèi)呼去3樓M240已正常開關(guān)門記憶信號M204內(nèi)呼去4樓M2411層手動開門M205內(nèi)呼去5樓M2422層手動開門M2111樓上升開關(guān)門有效外呼M2433層手動開門M2122樓上升M2444層手動開門M2132樓下降M2455層手動開門M2143樓上升M246各層手動開門信號綜合M2153樓下降T0開門時間M2164樓上升T1關(guān)門時間M2174樓下降T2開門延時時間M2185樓下降M221內(nèi)呼去1樓開關(guān)門有效內(nèi)呼M222內(nèi)呼去2樓M223內(nèi)呼去3樓M224內(nèi)呼去4樓M225內(nèi)呼去5樓PLC外部硬件電路的設(shè)計3.51五層電梯的主電路圖圖3.2主電路圖PLCI/O接線圖呼叫按鈕1↑X1呼叫按鈕2↑X2呼叫按鈕2↓X3呼叫按鈕3↑X4呼叫按鈕3↓X5呼叫按鈕4↑X6呼叫按鈕4↓X7呼叫按鈕5↓X10內(nèi)呼按鈕去1樓X11內(nèi)呼按鈕去2樓X12內(nèi)呼按鈕去3樓X13內(nèi)呼按鈕去4樓X14FX2NPLC內(nèi)呼按鈕去5樓X151樓平層信號X162樓平層信號X173樓平層信號X204樓平層信號X215樓平層信號X22上下限位X23轎廂內(nèi)開門按鈕X24轎廂內(nèi)關(guān)門按鈕X25紅外線傳感器〔左〕X26紅外線傳感器〔右〕X27.COM24圖3.3輸入回路接線圖Y6蜂鳴器Y4上行指示Y5下行指示Y101↑外呼指示Y112↑外呼指示Y122↓外呼指示Y133↑外呼指示Y143↓外呼指示Y154↑外呼指示Y164↓外呼指示Y175↓外呼指示Y20內(nèi)呼去1樓指示FX2NPLCY21內(nèi)呼去2樓指示Y22內(nèi)呼去3樓指示Y23內(nèi)呼去4樓指示Y24內(nèi)呼去5樓指示Y25LED層顯示a段Y26LED層顯示b段Y27LED層顯示c段Y30LED層顯示d段Y31LED層顯示e段Y32LED層顯示f段Y33LED層顯示g段COM1AC24VFU2COM2COM3C0M4COM5Y0KM1Y1KM2Y2KM3Y3KM4COM0AC220VFU1圖3.4輸出回路接線圖3.6樓層位置顯示功能圖轎廂內(nèi)控制屏示意圖gfabecdA段B段C段D段E段F段G段一樓0110000二樓1101101三樓1111001四樓1110001五樓1011011圖LED數(shù)碼管顯示層樓示意圖設(shè)計流程圖系統(tǒng)總體設(shè)計流程如下列圖所示：圖

PLC系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計由電梯運(yùn)動流程圖可以看出電梯的運(yùn)動控制中最需要關(guān)注的主要局部是：開關(guān)轎廂門的控制，電梯的自動選向，轎廂的內(nèi)呼和樓層外呼信號記憶和指示。將各局部分為單獨(dú)的模塊分別進(jìn)行編程，繪制梯形圖，不僅條理清晰，提高編程效率，而且能更為方便的進(jìn)行程序的調(diào)試。圖4.1-圖4.12為五層電梯的邏輯控制主要程序?？刂瞥绦虻倪M(jìn)入由MCMCR主控指令控制，X000為允許電梯自動控制的開關(guān)。4.1廳門〔外呼〕按鈕呼梯信號記憶和顯示樓層外呼指示程序比擬復(fù)雜，按下外呼按鈕，那么對應(yīng)的外呼指示置位，在取消置位時，一層和五層因為只有一種運(yùn)動方向，因此直接平層后門電機(jī)翻開就能取消置位。而二、三、四層那么不同，因為這三層均有兩種運(yùn)動方向，只有電梯運(yùn)動方向與外呼運(yùn)動方向相同時，才能取消置位。以下程序為各樓層外呼按鈕按下之后所對應(yīng)的外呼指示，其梯形圖如下列圖所示：圖4.1廳門〔外呼〕按鈕呼梯信號記憶和顯示平層信號記憶及信號解除轎廂未到達(dá)目標(biāo)平層時的信號記憶及到達(dá)平層時信號解除的梯形圖如下列圖所示：圖4.2平層信號記憶及信號解除轎廂內(nèi)呼按鈕呼梯信號記憶和顯示轎廂內(nèi)呼較為簡單，當(dāng)按下內(nèi)呼按鈕，內(nèi)呼指示即置位，到達(dá)指定樓層后，電梯門翻開，內(nèi)呼指示取消置位。梯形圖如下列圖所示：圖4.3轎廂內(nèi)呼按鈕呼梯信號記憶和顯示廳門開關(guān)門有效信號所繪制的梯形圖如下列圖所示：圖4.4廳門開關(guān)門有效信號轎廂內(nèi)呼開關(guān)門有效信號所繪制的梯形圖如下列圖所示：圖4.5轎廂內(nèi)呼開關(guān)門有效信號開關(guān)門控制的梯形圖如下列圖所示：圖4.6開關(guān)門控制的控制程序4.7電梯轎廂上/下行電梯上/下行的條件如下列圖所示：圖4.7電梯轎廂上下行流程圖4．71電梯轎廂上行〔1〕電梯在一層時，無論什么情況均上行；同理，電梯在第五層時無論什么情況均不上行?！?〕電梯在二層，且有二層外呼上指示，三層外呼下指示，三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，三層內(nèi)呼指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示?！?〕電梯在三層，且有三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示?！?〕電梯在四層，且有四層外呼上指示，五層外呼下指示，五層內(nèi)呼指示。滿足以上條件同時不滿足電梯下行條件時，電梯上行，繪制梯形圖如下：圖4.8上升信號電梯轎廂下行同樣，當(dāng)滿足以下條件，且不滿足電梯上行條件時，電梯下行：〔1〕電梯在二層，且有二層外呼下指示，一層外呼上指示，一層內(nèi)呼指示?！?〕電梯在三層，且有三層外呼下指示，二層外呼上指示，二層外呼下指示，一層外呼上指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示。〔3〕電梯在四層，且有四層外呼下指示，三層外呼上指示，三層外呼下指示，二層外呼上指示，二層外呼下指示，一層外呼上指示，三層內(nèi)呼指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示?！?〕電梯在五層時，無論什么情況均滿足下行條件，同理，電梯在一層時，無論如何均不會下行。繪制梯形圖如下所示：圖4.9下降信號4.8圖4.10升降控制信號層顯示信號的控制程序如下列圖所示：圖4.11顯示信號門信號的控制程序如下列圖所示：圖4.12開門信號第五章結(jié)論在本次畢業(yè)設(shè)計中，我通過查閱與課題有關(guān)的技術(shù)參考資料，了解