乘客電梯的PLC控制設(shè)計(jì)[機(jī)電PLC][三菱][四層]【含CAD圖紙+PDF圖】

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無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第一章 引 言 自1889年美國奧梯斯升降機(jī)公司推出世界第一部以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的升降機(jī)以來，電梯在驅(qū)動(dòng)方式上經(jīng)歷了卷筒式驅(qū)動(dòng)、牽引式驅(qū)動(dòng)等歷程，逐漸形成了直流電機(jī)拖動(dòng)和交流電機(jī)拖動(dòng)兩種不同的拖動(dòng)方式。如今電梯已成為人們進(jìn)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(yùn)行的平滑性、高速性、準(zhǔn)確性、高效性等一系列靜、動(dòng)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(fù)雜、一旦接收完成不易更改等缺點(diǎn)，所以需要開發(fā)一種安全、高效的控制方式?？删幊炭刂破鳎≒LC）既保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、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應(yīng)用。 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC（即可編程控制器）在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)得到十分廣泛地應(yīng)用。PLC是一種基于數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)、專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電子控制裝置，它采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出，完成一系列邏輯、順序、定時(shí)、記數(shù)、運(yùn)算等確定的功能，來控制各種類型的機(jī)電一體化設(shè)備和生產(chǎn)過程。 電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運(yùn)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(dòng)扶梯......。在現(xiàn)代社會(huì),電梯已像汽車、輪船一樣,成為人類不可缺少的交通運(yùn)輸工具。據(jù)統(tǒng)計(jì),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(dāng)今世界,電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。追溯電梯這種升降設(shè)備的歷史,據(jù)說它起源于公元前236年的古希臘。當(dāng)時(shí)有個(gè)叫阿基米德的人設(shè)計(jì)出-----人力驅(qū)動(dòng)的卷筒式卷揚(yáng)機(jī)。1858年以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的客梯，在美國出現(xiàn),繼而有在英國出現(xiàn)水壓梯。1889年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動(dòng)機(jī)作為電梯動(dòng)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(dòng)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(jì)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(dòng)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(gè)新的發(fā)展時(shí)期。 第二章 概述 2.1電梯硬件的分析 2.1.1 電梯的組成 (1)曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動(dòng)力，使電梯運(yùn)行。 曳引系統(tǒng)主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪，反繩輪組成。 (2)導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。 導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。 (3)轎廂 轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。 轎廂由轎廂架和轎廂體組成。 (4)門系統(tǒng) 門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。 門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機(jī)，門鎖裝置組成。 (5)重量平衡系統(tǒng) 系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動(dòng)正常。 系統(tǒng)主要由對重和重量補(bǔ)償裝置組成。 (6)電力拖動(dòng)系統(tǒng) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功能是提供動(dòng)力，實(shí)行電梯速度控制。 電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電動(dòng)機(jī)，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置等組成。 (7)電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。 電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。 (8)安全保護(hù)系統(tǒng) 保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。 由限速器，安全鉗，緩沖器，端站保護(hù)裝置組成。 2.1.2電梯的工作原理 曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動(dòng)機(jī)通過減速器變速后帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)，達(dá)到運(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(dòng)，防止轎廂在運(yùn)行中偏斜或擺動(dòng)。常閉塊式制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)松閘，使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在失電情況下制動(dòng)，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、減少電動(dòng)機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動(dòng)中的張力和重量變化，使曳引電動(dòng)機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確?？?。電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)動(dòng)的控制，同時(shí)完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時(shí)顯示轎廂的運(yùn)動(dòng)方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運(yùn)行安全。 2. 2可編程控制器的介紹 2.2.1可編程控制器的發(fā)展 第一臺可編程控制器的設(shè)計(jì)規(guī)范是美國通用公司提出的。當(dāng)時(shí)的目的是要求設(shè)計(jì)一種新的控制裝置以取代繼電器盤，在保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)具有現(xiàn)代化生產(chǎn)線所要求的時(shí)間響應(yīng)快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多高品質(zhì)與功能。這一設(shè)想提出后，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年研制成第一臺PLC，型號為PDP-14，投入通用汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿意的效果，從此開創(chuàng)了PLC的新紀(jì)元。 第一臺PLC具有模塊化、可擴(kuò)充、可重編程及用于工業(yè)環(huán)境的特性。這些控制器易于安裝，占用空間小，可重復(fù)使用。盡管控制器編程有些瑣碎，但它具有公共的工廠標(biāo)準(zhǔn)—梯形圖編程語言，這樣使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便的使用它。 在短時(shí)間內(nèi)，PLC在其他工業(yè)部門也得到應(yīng)用。到70年代初，食品、金屬和制造等工業(yè)部門相繼使用PLC代替繼電器控制設(shè)備，邁出了其實(shí)用化階段的第一步。 70年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使8位微處理器和位片處理器相繼問世，使可編程控制技術(shù)產(chǎn)生了飛躍。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)控制、提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。在這個(gè)時(shí)期，日本、西德（原）和法國相繼研制出了自己的PLC，我國在1974年也開始研制。 70年代由于超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使PLC向大規(guī)模、高速性能方向發(fā)展，形成了多種系列化產(chǎn)品。這是面向工程技術(shù)人員的編程語言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語言。在功能上，PLC可以代替某些模擬控制裝置和小型機(jī)DDC系統(tǒng)。 進(jìn)入八九十年代后，PLC的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，PLC已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)生，可診斷自身故障及機(jī)器故障。這些改進(jìn)使PLC符合今天對高質(zhì)量高產(chǎn)出的要求。盡管PLC功能越來越強(qiáng)，但他仍然保留了先前的簡單與易于使用的特點(diǎn)(PLC實(shí)物圖2-1) 圖2-1 三種常見的PLC 2.2.2 PLC的用途 PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降,使PLC的成本下降,同時(shí)又由于PLC的功能大大增強(qiáng),使PLC 的應(yīng)用越來越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型： （1）順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 （2）運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。 相對來說，位置控制模塊比計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作方便。 （3）閉環(huán)過程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能,即一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí),PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。 （4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由PLC送至CNC設(shè)備使用。美國GE公司的CNC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計(jì)今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。 （5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國外近幾年來興起的工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對策。 2.2.3可編程控制器(PLC)的特點(diǎn) 2.2.31 PLC的性能特點(diǎn) (1)硬件的可靠性 PLC是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的PLC能置于有很強(qiáng)的電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。 在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡化安裝，使它易于抗振動(dòng)沖擊，對印制電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨(dú)特的方式。例如，在輸入/輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，用提高了抗干擾性能；各個(gè)I/O端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線插拔、調(diào)試時(shí)不會(huì)影響各機(jī)的正常運(yùn)行。 由于PLC本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入/輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開關(guān)、光電開關(guān)、電磁電機(jī)等外圍裝置上。 (2) 編程簡單，使用方便 用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，常使用匯編語言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識。 PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。例如，目前打多數(shù)PLC均采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又顧及了大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平很容易被電氣技術(shù)人員所接受，易于編程，程序改變時(shí)也容易修改，很靈活方便。 這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與目前微機(jī)控制常用的匯編語言相比，雖然在PLC內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時(shí)間，但對大多數(shù)的機(jī)電控制設(shè)備來說，這是微不足道的。 (3) 接線簡單，通用性好 PLC的接線只需將輸入信號的設(shè)備（按鈕、開關(guān)等）與PLC輸入端子連接，將接受輸出信號執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與PLC輸出端子連接。接線簡單、工作最少，省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩。PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線網(wǎng)絡(luò)”，這樣生產(chǎn)線的自動(dòng)化過程就能隨意改變。這種性能使PLC具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。 用于連接現(xiàn)場設(shè)備的硬件接口實(shí)際上是PLC的組成部分，模塊化的自診斷接口電路能指出故障，并易于排除故障與替換故障部件，這樣的軟硬件設(shè)計(jì)就使現(xiàn)場電氣人員與技術(shù)人員易于是用。 (4)可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可分為兩類：一類是低速網(wǎng)絡(luò)，采用主從方式通信，傳輸速率從幾千波特到上萬波特，傳輸距離為500—2500m；另一類為高速網(wǎng)絡(luò)，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率為1M—10Mbps，傳輸距離為500—1000m，網(wǎng)上結(jié)點(diǎn)可達(dá)1024個(gè)。這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級連，網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和計(jì)算機(jī)，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。 (5) 易于安裝，便于維護(hù) PLC安裝簡單而且功能有效，其相對小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方，在從繼電器系統(tǒng)改換到PLC系統(tǒng)的情況下，PLC小的模塊結(jié)構(gòu)使之能安裝在繼電器附近并將連線向已有接線端，其實(shí)改換很方便，只要將輸入/輸出設(shè)備連向接線端即可。 在大型安裝中，長距離輸入/輸出站點(diǎn)安放在最優(yōu)地點(diǎn)。長距離站通過同軸電纜獲雙扭線連向CPU，這種配置大大減少了物料和勞力，長距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達(dá)安裝場地前由PLC制造商預(yù)先連好線，這一方法大大減少了電氣技術(shù)人員的現(xiàn)場安裝時(shí)間。 從一開始，PLC便以易維護(hù)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護(hù)時(shí)只需更換模塊級插入式部件，故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于編程設(shè)備可見輸入/輸出是ON還是OFF，還可寫編程指令來報(bào)告故障。 PLC的這些及其他特性使之成為任何一個(gè)控制系統(tǒng)的有益部分。一旦安裝后，其作用立即顯現(xiàn)，其收益也馬上實(shí)現(xiàn)，向其他智能設(shè)備一樣,PLC的潛在優(yōu)點(diǎn)還取決于應(yīng)用時(shí)的創(chuàng)造性。 2.2.4 PLC的工作原理 PLC具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而不斷循環(huán)。每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個(gè)階段。 所謂I/O刷新即對PLC的輸入進(jìn)行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入PLC中存入內(nèi)部寄存器，同時(shí)將新的運(yùn)算結(jié)果送到輸出端。這實(shí)際是將存入輸入、輸出狀態(tài)的寄存器內(nèi)容進(jìn)行了一次更新，故稱為“I（輸入）/O(輸出) 刷新”。 由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出端也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，或者說輸出隊(duì)輸入產(chǎn)生了響應(yīng)。反之，若在本次I/O刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應(yīng)，而要到下一次掃描期間輸出才會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對輸入的響應(yīng)速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取決于這幾個(gè)因數(shù)：一是CPU執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用的時(shí)間，三是指令條數(shù)的多少，即程序的長短。 對于慢速控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度常常不是主要的，故這種方式不但沒有壞處反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。因?yàn)楦蓴_常是脈沖式的、短時(shí)的，而由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，常常要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起的誤動(dòng)作將會(huì)大大減少，故增加了抗干擾能力。 但對控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，這一問題就需慎重考慮。應(yīng)對響應(yīng)時(shí)間作出精確的計(jì)算，精心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少周期造成的響應(yīng)延時(shí)等的不良影響。 2.2.5 PLC的編程語言 PLC提供了較完整的編程語言，以適應(yīng)PLC在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變繼電器的硬接線線路，這就是所謂的“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提供的編程語言通常由三種：梯形圖、功能圖、及布爾邏輯編程。 梯形圖(Ladder Programming)是應(yīng)用最廣的，梯形圖編程有時(shí)稱為繼電器梯形圖邏輯圖編程。它使用的最廣是因?yàn)樗鸵酝睦^電器控制線路很接近。梯形圖是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的，它與電氣操作原理相呼應(yīng)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是形象、直觀和實(shí)用，為廣大電氣技術(shù)人員所熟知。PLC的梯形圖與電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的時(shí)內(nèi)部繼電器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，都是由軟件實(shí)現(xiàn)的，其主要特點(diǎn)為使用方便、修改靈活。 功能圖編程（Function Chart Programming）是一種較新的編程方法。它的作用使用功能圖來表達(dá)一個(gè)順序控制過程。 布爾邏輯編程(Boolean Logic Programming)包括“與”（AND）、或(OR)、非(NOT)以及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器等。 每一種編程方法都有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，根據(jù)每一種特殊的控制要求，根據(jù)編程者的熟練程度正確合理應(yīng)用編程方法。 第三章 課題任務(wù)的分析 3.1 電梯控制方法的分析 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、近年來，我國的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)(“早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng))、PLC控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點(diǎn)，目前已逐漸被淘汰。微機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而PLC控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng),設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造 目前國內(nèi)七八十年代安裝的許多電梯電氣部分用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，線路復(fù)雜，接線多，故障率高，維修保養(yǎng)難，許多已處于閑置狀態(tài)，其拽引系統(tǒng)多采用交流雙速電機(jī)系統(tǒng)換速，效率低，調(diào)速性能指標(biāo)較差，嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行質(zhì)量。由于這些電梯交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，交流雙速電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)性能及乘坐舒適感較差，交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)屬能耗型調(diào)速的機(jī)械部分無大問題，為節(jié)約資金，大部分老式電梯用戶希望對電梯的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高電梯的運(yùn)行性能。因此對電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，尋找適合我國老式電梯的改造方法具有十分重要的意義 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。 自80年代后期PLC引入我國電梯行業(yè)以來，由PLC組成的電梯控制系統(tǒng)被許多電梯制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，PLC系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。 3.2 整體設(shè)計(jì)流程的確定 綜上所述，本設(shè)計(jì)就以PLC作為工具對升降電梯的各種操作進(jìn)行控制。以上已對四層電梯的硬件部分作了分析，看需要什么樣的開關(guān)，電機(jī)，信號燈等。然后，畫出它的控制面板圖，再根據(jù)控制面板圖估計(jì)一下I/O點(diǎn)數(shù)，這樣可以確定所選機(jī)型，然后在軟件設(shè)計(jì)，寫出流程圖，梯形圖，寫出語句。最后是進(jìn)行調(diào)試，看看此程序是否可行。 第四章 可編程控制器的機(jī)型選 4.1可編程控制器控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)估算 4.1.1控制電磁閥等所需的I/O點(diǎn)數(shù) 有電磁閥的動(dòng)作原理可知，一個(gè)單線圈電磁閥用可編程控制器時(shí)需兩個(gè)輸入及一個(gè)輸出；一個(gè)雙線圈電磁閥需三個(gè)輸入及兩個(gè)輸出；一個(gè)比例式電磁閥需三個(gè)輸入及五個(gè)輸出。一個(gè)按鈕需一個(gè)輸入；一個(gè)光電開關(guān)要占用一個(gè)或兩個(gè)輸入點(diǎn)；一個(gè)信號占用一個(gè)輸出點(diǎn)；而波段開關(guān)，有幾個(gè)波段就占用幾個(gè)輸入點(diǎn)；一般情況，各種位置開關(guān)都要占用兩個(gè)輸入點(diǎn)。根據(jù)上面所述原理分析，本設(shè)計(jì)用到十個(gè)按鈕，需要十個(gè)輸入點(diǎn)。四個(gè)位置按鈕，需要八個(gè)輸入點(diǎn)。十六個(gè)信號燈，需要十六個(gè)輸出點(diǎn)。 4.1.2控制交流電機(jī)所需的I/O點(diǎn)數(shù) 根據(jù)具體情況，本設(shè)計(jì)可以不用到交流電機(jī)，所以，可以不算上交流電機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)。 4.1.3控制直流電動(dòng)機(jī)所需的I/O點(diǎn)數(shù) 本設(shè)計(jì)是對電梯的控制，所以，我們根據(jù)情況可知，要控制電梯的上升和下降，需要一個(gè)可逆運(yùn)行的直流電機(jī)。這樣，我們需要九個(gè)輸入點(diǎn)和六個(gè)輸出點(diǎn)。[5][7][8][9] 4.2內(nèi)存的估計(jì) 用戶程序所需內(nèi)存容量要受到下面幾個(gè)因素的影響：內(nèi)存利用率；開關(guān)量輸入輸出點(diǎn)數(shù)；模擬量輸入輸出點(diǎn)數(shù)；用戶的編程水平。 4.2.1內(nèi)存利用率的說明 我們把一個(gè)程序段中的接點(diǎn)數(shù)與存放該程序段所代表的機(jī)器語言所需的內(nèi)存字?jǐn)?shù)的比值稱為利用率。 4.2.2開關(guān)量輸入輸出的點(diǎn)數(shù)的確定 一般系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出的比為6：4。這方面的經(jīng)驗(yàn)公司是根據(jù)開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出的總點(diǎn)數(shù)給出的。 所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開關(guān)量（輸入+輸出）總點(diǎn)數(shù)*10 4.2.3模擬量輸入輸出的總點(diǎn)數(shù)的確定 只有模擬量輸入時(shí)： 內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點(diǎn)數(shù)*100 模擬量輸入輸出同時(shí)存在： 內(nèi)存擬量字?jǐn)?shù)*200 4.2.4程序編寫質(zhì)量的計(jì)算 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式： 總存儲器字?jǐn)?shù)=(開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)+開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù))*10+模擬量點(diǎn)數(shù)*150。然后按計(jì)算存儲器字?jǐn)?shù)的25%考慮裕量。 4.3響應(yīng)時(shí)間的分析 可編程控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠的接收持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號。 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是指輸入信號產(chǎn)生時(shí)刻與由此而使輸出信號狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)刻的時(shí)間間隔。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間=輸入濾波時(shí)間+輸出濾波時(shí)間+掃描周期。 4.4輸入輸出模塊的選擇 可編程控制器輸入模塊是檢測并轉(zhuǎn)換來自現(xiàn)場設(shè)備（按鈕、限位開關(guān)、接近開關(guān)等）的高電平信號為機(jī)器內(nèi)部電平信號，模型類型分直流5、12、24、48、60V幾種；交流115V和220V兩種。 模塊輸出的任務(wù)是將機(jī)器內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號。輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共段所允許通過的電流值。輸出模塊的電流值必須大于負(fù)載電流的額定值。 4.5機(jī)型的確定 綜上所述，根據(jù)具體情況，我們選擇三菱的FX系列。輸入輸出點(diǎn)數(shù)為34點(diǎn)，電機(jī)20點(diǎn)，考慮10%到15%的I/O裕量，我們選擇FX2N-64MR這種型號。 第五章 硬件設(shè)計(jì) 5.1硬件配置簡介 PLC產(chǎn)品出現(xiàn)以來，它以面向工業(yè)控制的鮮明特點(diǎn)，普遍受到電器控制領(lǐng)域的歡迎。特別是中小容量PLC成功取代了傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。目前各國生產(chǎn)的PLC品種繁多，發(fā)展速度快。本文所用到的產(chǎn)品是日本三菱FX系列超小型的FX2C-64MR。在此簡單的介紹該機(jī)型的一些技術(shù)指標(biāo)。 技術(shù)性能分為：一般性能，功能特性（基本單元），輸入性能，輸出性能和其它性能。 5.1.1一般性能（見下表5.1） 表5.1一般性能 電源 AC110~120V/220~240V單相50/60Hz 電源波動(dòng) AC93.5~132V/187~264V，10ms以下瞬時(shí)斷電，控制不受影響 環(huán)境溫度 0~55度 環(huán)境濕度 45%~95%，無凝露 抗振動(dòng) 10~55Hz，0.5mm，最大2g（重力加速度） 抗沖擊 10g，3軸X、Y、Z方向各3次 抗噪聲 1000V,1us,30~100Hz(噪聲仿真器) 絕緣耐壓 AC 1500V，1min(各端子與接地端之間) 絕緣電阻 5MΩ,500V DC(各端子與接地端之間) 接地 小于100Ω（如果不可能，也可以不接地） 環(huán)境 無腐蝕氣體，無導(dǎo)電塵埃 5.1.2輸入性能（見表4.2） 表5.2輸入性能 輸入類型 無電壓觸點(diǎn)或NPN集電極開路晶體管 絕緣 光-電隔離 輸入電壓 內(nèi)部電源DC24V±4V,外部電源DC24V±8V 輸入阻抗 近似3.3KΩ 工作電流 OFF-ON DC4mA(最小) ON-OFF DC1.5mA（最大） 響應(yīng)時(shí)間 OFF-ON 近似10ms(有8點(diǎn)可改變從0~60ms) ON-OFF 近似10ms（有8點(diǎn)可改變從0~60ms） 5.1.3功能特性（見下表5.3） 表5.3功能特性 執(zhí)行方法 周期執(zhí)行存儲的程序，集中輸入/輸出 執(zhí)行速度 平均12us/步 程序語言 繼電器和邏輯符號（梯形圖） 程序容量 1000步 指 令 邏輯指令 20條（包括MC/MCR,CJP/EJP,S/R） 步進(jìn)梯形指令 2條（STL,REJ） 功能指令 87個(gè)（包括+，-，×，÷，＞，=，＜，等＝ 程序記憶 內(nèi)部配置CMOS-RAM,EPROM/EEPROM卡 輔助繼電器 無鎖存 128點(diǎn) 鎖存 64點(diǎn) 狀態(tài)（鎖存） 64點(diǎn) 特殊 16點(diǎn) 數(shù)據(jù)寄存器 64點(diǎn) 定時(shí)器 0.1s定時(shí)器 24點(diǎn)（延時(shí)接通）0.1~999s 0.01s定時(shí)器 8點(diǎn)（延時(shí)接通）0.01~99.9s 計(jì)數(shù)器（鎖存） 30點(diǎn)，減法計(jì)數(shù)（0~999） 高速計(jì)數(shù)器（鎖存） 1點(diǎn)，加/減計(jì)數(shù)（0~999999），最大2KHz 電池保護(hù) 鋰電池，壽命約5年 診斷 程序檢查（和，語法，電路），定時(shí)監(jiān)視，電池電壓，電源電壓 5.1.4輸出性能（見下表5.4） 表5.4輸出性能 輸出類型 繼電器輸出 絕緣 繼電器絕緣 輸出負(fù)荷 電阻負(fù)荷 2A/點(diǎn) 感性負(fù)荷 35V/A/300000次接通斷開 燈泡負(fù)荷 100W 漏電流 0mA 響應(yīng)時(shí)間 OFF-ON 近似10ms ON-OFF 近似10ms 5.1.4其它功能（見下表5.5） 表5.5其它功能 型號 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 端子塊 功耗 輸入傳感器電源 F1-60MR 36點(diǎn) 24點(diǎn) 可拆卸端子 40V/A 0.2A 5.2電梯控制系統(tǒng)的硬件面板圖（見附圖1） 從圖中可以看到,左邊是電梯的模擬圖,它的極限位置是由限位開關(guān)SQ1-SQ4控制,右邊和下面是PLC的模擬接線圖,給接線和理解都帶來了方便. 5.3輸入/輸出的分配 5.3.1輸入 表5.6輸入 序號 名稱 輸入點(diǎn) 序號 名稱 輸入點(diǎn) 0 四層內(nèi)選按鈕S4 X000 7 一層上呼按鈕U1 X007 1 三層內(nèi)選按鈕S3 X001 8 二層上呼按鈕U2 X010 2 二層內(nèi)選按鈕S2 X002 9 三層上呼按鈕U3 X011 3 一層內(nèi)選按鈕S1 X003 10 一層行程開關(guān)SQ1 X012 4 四層下呼按鈕D4 X004 11 二層行程開關(guān)SQ2 X013 5 三層下呼按鈕D3 X005 12 三層行程開關(guān)SQ3 X014 6 二層下呼按鈕D2 X006 13 四層行程開關(guān)SQ4 X015 5.3.2輸出 表5.7輸出 序號 名稱 輸出點(diǎn) 序號 名稱 輸出點(diǎn) 0 四層指示L4 Y000 8 二層內(nèi)選指示SEL2 Y010 1 三層指示L3 Y001 9 一層內(nèi)選指示SEL1 Y011 2 二層指示L2 Y002 10 一層上呼指示UP1 Y012 3 一層指示L1 Y003 11 二層上呼指示UP2 Y013 4 轎箱下降指示DOWN Y004 12 三層上呼指示UP3 Y014 5 轎箱上升指示UP Y005 13 二層下呼指示DN2 Y015 6 四層內(nèi)選指示SL4 Y006 14 三層下呼指示DN3 Y016 7 三層內(nèi)選指示SL3 Y007 15 四層下呼指示DN4 Y017 第六章 軟件設(shè)計(jì) 6.1程序流程圖 流程圖分兩種情況來考慮,(一)電梯的上升;(二)電梯的下降, 電梯的上升有:(1)二層內(nèi)呼叫;(2)三層內(nèi)呼叫;(3)四層內(nèi)呼叫,然后和限位開關(guān)一起控制電梯的上升 電梯的下降有:(1)一到三層呼叫;(2)一到二層呼叫;(3)一層呼叫,同時(shí)和限位開關(guān)控制電梯的下降 6.2程序語句 步序 指令 器件號 說明 步序 指令 器件號 說明 0 LD X012 停在一層 41 OR M64 1 ANI X003 42 OR M65 2 AND X007 一層上呼按鈕 43 ANI X013 3 LD M1 44 OUT M4 一層到二層 4 ANI T3 45 LD X013 停在二層 5 ANI T10 46 ANI X002 6 ANI T13 47 AND X010 二層上呼按鈕 7 ORB 48 LD M5 8 ANI M8 49 ANI T4 9 ANI M12 50 ANI T15 10 ANI M5 51 ORB 11 OUT M1 在一層按↑ 52 ANI M1 12 LD M1 53 ANI M12 13 AND X000 四層內(nèi)選按鈕 54 ANI M15 14 ANI X001 55 ANI M8 15 ANI X002 56 OUT M5 在二層按↑ 16 LD M2 57 LD M5 17 ANI M18 58 AND X000 四層內(nèi)選按鈕 18 ORB 59 LD M6 19 OR M60 60 ANI M17 20 OR M61 61 ORB 21 ANI X015 62 OR M66 22 OUT M2 一層到四層 63 OR M67 23 LD M1 64 ANI X015 24 AND X001 三層內(nèi)選按鈕 65 ANI X001 25 ANI X000 66 ANI X003 26 ANI X002 67 OUT M6 二層到四層 27 LD M3 68 LD M5 28 ANI M14 69 AND X001 三層內(nèi)選按鈕 29 ORB 70 LD M7 30 OR M62 71 ANI M13 31 OR M63 72 ORB 32 ANI X014 73 OR M68 33 OUT M3 一層到三層 74 OR M69 34 LD M1 75 ANI X014 35 AND X002 二層內(nèi)選按鈕 76 ANI X000 36 ANI X000 77 ANI X003 37 ANI X001 78 OUT M7 二層到三層 38 LD M4 79 LD X013 停在二層 39 ANI M9 80 ANI X002 40 ORB 81 AND X006 二層下呼按鈕 82 LD M8 124 ANI X002 83 ANI T5 125 ANI X003 84 ORB 126 OUT M11 三層到四層 85 ANI M1 127 LD X014 停在三層 86 ANI M5 128 ANI X001 87 ANI M10 129 AND X005 三層下呼按鈕 88 ANI M12 130 LD M12 89 ANI M15 131 ANI T7 90 ANI M69 132 ANI T17 91 OUT M8 在二按↓ 133 ORB 92 LD M8 134 ANI M1 93 AND X003 一層內(nèi)選按鈕 135 ANI M5 94 LD M9 136 ANI M10 95 ANI M4 137 ANI M15 96 ORB 138 OUT M12 在層按↓ 97 OR M70 139 LD M12 98 OR M71 140 AND X002 二層內(nèi)選按鈕 99 ANI X012 141 LD M13 100 ANI X000 142 ANI M7 101 ANI X001 143 ORB 102 OUT M9 二層到一層 144 OR M74 103 LD X014 停在三層 145 OR M75 104 ANI X001 146 ANI X013 105 AND X011 三層上呼按鈕 147 ANI X000 106 LD M10 148 ANI X003 107 ANI T6 149 OUT M13 三層到二層 108 ORB 150 LD M12 109 ANI M12 151 AND X003 一層內(nèi)選按鈕 110 ANI M15 152 LD M14 111 ANI M5 153 ANI M3 112 ANI M8 154 ORB 113 ANI M1 155 OR M76 114 ANI M75 156 OR M77 115 OUT M10 在三層按↑ 157 ANI X012 116 LD M10 158 ANI X000 117 AND X000 四層內(nèi)選按鈕 159 ANI X002 118 LD M11 160 OUT M14 三層到一層 119 ANI M16 161 LD X015 停在四層 120 ORB 162 ANI X000 121 OR M72 163 AND X004 四層下呼按鈕 122 OR M73 164 LD M15 123 ANI X015 165 ANI T8 166 ANI T20 209 OR M19 167 ANI T22 210 ANI X015 168 ORB 211 OUT M19 一層到二三四 169 ANI M10 212 LD M3 170 ANI M5 213 AND M4 171 ANI M1 214 OR M20 172 OUT M15 在四層按↓ 215 ANI X014 173 LD M15 216 OUT M20 一層到二、三 174 AND X001 三層內(nèi)選按鈕 217 LD M2 175 ANI X002 218 AND M4 176 ANI X003 219 OR M21 177 LD M16 220 ANI X015 178 ANI M11 221 OUT M21 一層到二、四 179 ORB 222 LD M2 180 OR M78 223 AND M3 181 OR M19 224 OR M22 182 ANI X014 225 ANI X015 183 OUT M16 四層到三層 226 OUT M22 一層到三、四 184 LD M15 227 LD M6 185 AND X002 二層內(nèi)選按鈕 228 AND M7 186 ANI X001 229 OR M23 187 ANI X003 230 ANI X015 188 LD M17 231 OUT M23 二層到三、四 189 ANI M6 232 LD M13 190 ORB 233 AND M14 191 OR M80 234 OR M24 192 OR M81 235 ANI X012 193 ANI X013 236 OUT M24 三層到二、一 194 OUT M17 四層到二層 237 LD M16 195 LD M15 238 AND M17 196 AND X003 一層內(nèi)選按鈕 239 AND M18 197 ANI X001 240 OR M25 198 ANI X002 241 ANI X012 199 LD M18 242 OUT M25 四層到三二一 200 ANI M3 243 LD M17 201 ORB 244 AND M18 202 OR M82 245 OR M26 203 OR M83 246 ANI X012 204 ANI X012 247 OUT M26 四層到二、一 205 OUT M18 四層到一層 248 LD M16 206 LD M2 249 AND M17 207 AND M3 250 OR M27 251 ANI X013 293 ANI X015 252 OUT M27 四層到三、二 294 ANI M8 253 LD M16 295 OUT M66 二層到四層 254 AND M18 296 LD X004 四層下呼按鈕 255 OR M28 297 AND X013 停在二層 256 ANI X012 298 OR M67 257 OUT M28 四層到三、一 299 ANI X015 258 LD X000 四層內(nèi)選按鈕 300 ANI M8 259 AND X012 停在一層 301 OUT M67 二層到四層 260 OR M60 302 LD X001 三層上呼按鈕 261 ANI X015 303 AND X013 停在二層 262 OUT M60 一層到四層 304 OR M68 263 LD X004 四層上呼按鈕 305 ANI X014 264 AND X012 停在一層 306 ANI M8 265 OR M61 307 OUT M68 二層到三層 266 ANI X015 308 LD X011 三層上呼按鈕 267 OUT M61 一層到四層 309 AND X013 停在二層 268 LD X001 三層內(nèi)選按鈕 310 ANI X005 269 AND X012 停在一層 311 OR M69 270 OR M62 312 ANI X014 271 ANI X014 313 ANI M8 272 OUT M62 一層到三層 314 OUT M69 二層到三層 273 LD X011 三層上呼按鈕 315 LD X003 一層內(nèi)選按鈕 274 AND X012 停在一層 316 AND X013 停在二層 275 ANI X005 317 OR M70 276 OR M63 318 ANI X012 277 ANI X014 319 ANI M5 278 OUT M63 一層到三層 320 OUT M70 二層到一層 279 LD X002 二層內(nèi)選按鈕 321 LD X007 一層上呼按鈕 280 AND X012 停在一層 322 AND X013 停在二層 281 OR M64 323 OR M710 282 ANI X013 324 ANI X012 283 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X015 435 ANI X013 477 OUT M41 436 OUT T14 延時(shí)2秒 478 LD M41