plc的电梯控制系统设计毕业论文

PAGE/NUMPAGESplc的电梯控制系统设计毕业论文目录序言1.1电梯1.2可编程控制器1.3电梯与可编程控制器第一章电梯发展分类规格与组成1.1概述1.2电梯的基本分类1.3电梯的型号1.4电梯的主要参数与规格尺寸1.5电梯的组成部件第二章三菱FX2N系列可编程序控制器介绍2.1可编程控制器的基础认识2.2可编程序控制器的工作方式与编程语言2.3可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较HYPERLINK\l"_Toc201057507"第三章交流双速电梯的电气设计HYPERLINK\l"_Toc201057508"3.1　交流双速电梯的基本工作原理HYPERLINK\l"_Toc201057511"3.2　输入输出设计HYPERLINK\l"_Toc201057512"第四章PLC梯形图设计HYPERLINK\l"_Toc201057513"4.1程序说明HYPERLINK\l"_Toc201057516"4.2主程序设计HYPERLINK\l"_Toc201057533"4.3子程序功能说明HYPERLINK\l"_Toc201057551"第五章　结论HYPERLINK\l"_Toc201057552"致谢HYPERLINK\l"_Toc201057553"可编程控制器(PLC)电梯控制系统摘要关键词：电梯，PLC，逻辑控制；程序设计序言1.1电梯电梯是根据外部呼叫信号以与自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方式并没有太大的区别。国厂家大多采用答二种方式，其原因在于用PLC控制有许多优点：可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达3~5万小时。而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积小，重量轻，便于安装。一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。1.2可编程控制器可编程控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机，自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置，它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。用户买到所需要的PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算术的普遍应用。可编程控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。PLC现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。1.3电梯与可编程控制器总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与PLC相比较，存在质的差别。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。第一章电梯发展分类规格参数与组成1.1概述1.1.1电梯产品的录属关系和在人民物质生活中的作用在我国，电梯、手扶梯、自动人行道等属于起重运输设备。电梯是在垂直方向上运行的运输设备，手扶梯是在斜面上运行的运输设备。但是电梯和手扶梯都是把人或货物从一个水平面提升到另一个水平面的起重运输设备。随着人口的增加、科学技术日新月异地发展、人们物质生活水平的逐步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样，成为重要的运输设备之一。1.1.2电梯产品发展简史据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃与，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸汽机后，1858年美国研制出以蒸汽机为动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。并随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又采用液压泵和控制阀以与直接拄塞式和侧拄塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所采用。但是电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。我国电梯的使用历史悠久。80年代中期以来，随着我国对外开放，对告活经济的政策深入贯彻执行，随着技术引进工作的进一步开展，在国建立一批合资和独资电缆生产厂，使我国的电梯工业又取得巨大的发展，我国又新颁布一批具有80年代国际水平的电梯制造标准，随着采用新标准生产的电梯批量推向市场，技术性能和质量明显提高的电梯又进一步促进建筑业和电梯业的发展，电梯工业蓬勃发展的局面已经形成。1.1.3电梯的运行工作情况电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼，设在一楼的起点站常作为基站。起点站和终点站之间的停靠站称为中间站。各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或触钮。一般电梯在两端站的召唤箱上各设置一只按钮或触钮，中间层站的召唤箱上各设置两只按钮或触钮。对于无司机控制的电梯。在各层站的召唤箱上均设置一只按钮或触钮。而电梯的轿厢都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮或触钮称为指令或触钮，操纵箱上的按钮或触钮称为指令按钮或触钮。外指令按钮或触钮发出的电信号称为外指令信号。指令按钮或触钮发出的电信号称为指令信号。80年代中期后，触钮已被微动按钮所取代。作为电梯基站的厅外召唤箱，除设置一只召唤按钮或触钮外，还设置一只钥匙开关，以便下班关闭电梯时，司机或管理人员把电梯开到基站后，可以通过专用钥匙扭动钥匙开关，把电梯的厅轿门关闭妥当后，自动切断电梯控制电源或动力源。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需要通过操纵箱上按钮或触钮向电气控制系统下达一个指令，电梯就能自动关门、定向、起动、加速，在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度比较高的电梯，司机或乘用人员一次还可以下达一个一上的指令信号，电梯便能够依次起动和停靠，依次完成任务。尽管电梯和汽车在运行工作过程有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接客。而载货电梯的运行工作情况下则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才达另一个任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一层站时，假若中间层站出现指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。1.2电梯的基本分类电梯的定义为：用电力拖动的轿厢运行于铅垂的或倾斜不大于15°的两列刚性导轨之间运送乘客或货物的固定设备。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物垂直交通运输工具的总称。根据建筑的高度、用途与客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下。1.2.1按用途分类乘客电梯,为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以与一定的轿装饰。载货电梯,主要为运送货物而设计,通常有人伴随的电梯。医用电梯,为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。杂物电梯,供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。观光电梯,轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯,用作装运车辆的电梯。船舶电梯,船舶上使用的电梯。建筑施工电梯,建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。1.2.2按驱动方式分类交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。液压电梯,一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。齿轮齿条电梯,将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。螺杆式电梯,将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。直线电机驱动的电梯,其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。1.2.3按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯。中速梯，常指速度在1.00～2.00m/s的电梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。超高速，速度超过5.00m/s的电梯。随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。1.2.4按电梯有无司机分类有司机电梯，电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。无司机电梯，乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。有/无司机电梯，这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。1.2.5按操纵控制方式分类手柄开关操纵，电梯司机在轿厢控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿按钮控制两种控制方式。信号控制电梯，这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。集选控制电梯，是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。并联控制电梯，2～3台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。群控电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。1.2.6其它分类方式按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以与有机房在井道部的（无机房）电梯。按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。此外，还有双层轿厢电梯等。1.2.7特殊电梯斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。立体停车场用电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。建筑施工电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。1.3电梯的型号随着改革开放，众多国外电梯制造厂家产品涌入国与兴办合资、独资电梯制造厂。每个国家都有自己的电梯型号表示方法，合资厂也沿用引进国命名型号的规定使用，无法一一列举。总体分以下几类：①以电梯生产厂家公司与生产产品序号如：TOEC—90，前面的字母是厂家英文字头，为##奥的斯电梯公司，90代表其产品类型号。②以英文字头代表电梯的种类，以产品类型序号区分，如：三菱电梯GPS—Ⅱ，前面字母为英文字头代表产品种类，Ⅱ代表产品类型号。③以英文字头代表产品种类，配以数字表征电梯参数，如：“广日”牌电梯，YP—15—CO90，YP表示交流调速电梯，额定乘员15人，中分门，额定速度90m／min。以与其它表示方法等等。因此，必须根据其产品说明书了解其参数。##三菱电梯公司型号:载客电梯GPM-III、GPS-III、NexWay、NexWay-S、HOPE-II、LEHY（菱云）、GPS-CR、ELENESSA载货电梯HOPE-IIG、HYF观光梯HOPE-S1、HOPE-S2、GPS-III-KX2S、GPS-III-CX7S、GPS-III-HY05S、ELE-NZ10S、ELE-NZ30S、ELE-NZ31S、ELE-HY05S自动扶梯J系列、A系列、HEP系列自动人行道C系列医用电梯GPS-BIII、HOPE-IIB液压电梯HIVF、HYF汽车电梯CIC-V杂物电梯SD-BS1.4电梯的主要参数与规格尺寸1.4.1电梯的主要参数1）额定载重量（kg）：制造和设计规定的电梯载重量。2）轿厢尺寸（mm）：宽×深×高。3）轿厢形式：有单或双面开门与其它特殊要求等，以与对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电风扇、的要求等。4）轿门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。5）开门宽度（mm）：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。6）开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称为中分门。7）曳引方式：常用的有半绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。全绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。8）额定速度（m/s）：制造和设计所规定的电梯运行速度。9）电气控制系统：包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿按钮控制或集选控制等。10）停层站数（站）：凡在建筑物各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。11）提升高度（mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离。12）顶层高度（mm）:由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。13）底坑深度（mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，底坑一般越深。14）井道深度（mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。15）井道尺寸（mm）：宽×深。1.4.2我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定为了加强对电梯产品的管理，提高电梯产品的使用效果，国家曾于1974年颁布了I435-74、I816-74、/Z110-74等一批电梯产品的部标准。电梯的主要参数是电梯制造厂和设计和制造电梯的依据。用户选用电梯时，必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等，按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物。否则会影响电梯的使用效果。1.5电梯的组成部件电梯是一种复杂的机电产品，一般由机房、轿厢、厅门与井道和井底设备等4个基本部分组成。1.5.1机房机房位于电梯井道的最上方或最下方，用于装设曳引机、控制柜、限速器、选层器、地震检测仪、配线板、总电源开关与通风设备等。当机房设在井道底部时，称为下置式曳引方式。由于此种方式结构较复杂，钢丝绳弯折的次数较多，缩短了钢丝绳的使用期限，增加了井道承重，且保养困难，所以一般不采用，只有机房不可能设在井道顶部时才采用。相反，机房上置式曳引方式因设备简单，钢丝绳弯折次数少，成本低，维护简单等特点，最为普遍采用。如果机房即不可能设在井道底部，也不了能设在顶部时，可考虑选用液压式电梯，即机房侧置式。机房结构必须坚固，防震和隔音，有足够的面积，、高度、承重能力和良好的通风条件，而且室经常保持有适度的照明亮度，保持干燥清洁等。通常有如下的规定：1)面积一般至少为井道侧面积的2倍以上，对交流电梯，一般为2～2.5倍；对直流电梯，一般为3～3.5倍。2)高度指机房地面至顶板的垂直距离。对客梯、病房梯，一般为2.2～2.8m以上；对货梯，一般为2.2～2.4m以上。3)承重能力。机房的地板要求能承重6kPa(杂物梯为4kPa)的均部载荷。在曳引机安装的上方，应设吊钩用于维修。钩的承重能力如下：对额定载重量500～3000kg的电梯，应大于2000kg；对额定载重量5000kg的电梯，应大于3000kg。4)对于机房的设置有以下3种方式：机房下置式、机房上置式和机房侧置式。(1)曳引机曳引机是电梯升降的动力源，由曳引电动机、电磁制动器、减速器、曳引轮和盘车手轮等组成，通过业余绳与曳引绳轮的摩擦产生的牵引力来实现轿厢和平衡对重升降驱动装置。按曳引电动机与曳引轮之间有无减速箱，又可以分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。有齿轮曳引机采用涡轮蜗杆减速传动。a)曳引电动机：根据梯形的不同，可分别采用笼型单速电动机、笼型双速电动机、笼型三速电动机或直流电动机。b)电磁制动器：采用闭式双制动瓦块直流电磁制动器，电动机旋转时松闸，停止时制动，以保持轿厢位置不变。c)曳引轮：具有V形、半圆形或带缺口的绳槽轮，靠摩擦力曳引起动。d)盘车手轮：装在曳引电动机的后端轴上，供盘手时使用。(2)控制柜该装置能发出指令，检测各机器的动作情况，并具有控制功能，从而使电梯能安全、稳妥、快速到达目的层。该装置由主电路接触器、管理继电器、控制继电器、时限继电器、半导体器等组装而成。因是精密设备，所以要防尘，并保持良好的通风，以维持规定电温度。(3)限速器限速其为电梯限速保护装置，是重要的安全设备。当电梯超过额定速度或失控时（为额定速度的115%），限速器能发出电信号，自动切断控制电路。如果轿厢仍然继续高速下行，此时限速器则以机械方式操纵安全钳动作，将轿厢夹持在导轨上，阻止起继续下降，避免产生不良后果。电梯上的限速器大多属于离心式限速器，由轮盘、开关、缆绳和夹钳装置构成，以旋转所产生的离心力反映电梯的运行速度，常见的有甩块式和甩球式两种。轴承、销部的磨损是误动作的主要原因，会降低安全装置的机能，故要经常检查。1.5.2轿厢与对重(1)轿厢轿厢是是用来安全运送乘客与物品到目的层的箱体装置，它的运行轨迹是在曳引钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行。(2)对重对重又称平衡重，起到平衡轿厢的作用（但这种平衡是相对的和变化的）。对重与轿厢通过曳引绳的连接，利用曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力驱动轿厢的上升和下降。1.5.3厅门（层门）厅门是为确保在候梯厅的乘客安全而设置的开闭装置，只有在轿厢停层和平层时才被打开。1.5.4井道与井底设备(1)曳引钢丝绳连接轿厢与对重，驱动轿厢上下运行。(2)导轨使轿厢和平衡对重在井道垂直升降的导向装置。(3)限速钢丝绳、紧装置用以防止限速钢丝绳的松弛或摇动，把轿厢速度正确地传送到限速器的辅助装置。(4)补偿链由于轿厢升降，轿厢侧与对重侧的曳引钢丝绳重量比随之变化。为了修正这个变化，减轻电动机的负载，将轿厢与对重用补偿链连接起来，一般用于提升高度超过30m的电梯。(5)终端保护装置终端保护装置由终端电气保护装置和机械缓冲装置两部分组成，终端电气保护装置由换速开关、限速开关和极限开关组成。机械缓冲装置是指位于底坑的各种缓冲器，它们是电梯安全保护的最后一道措施，设置在井道底坑中且正对轿厢和对重，起作用是防止轿厢和对重冲顶撞底。常用的缓冲器有弹簧缓冲器和油压缓冲器两种。第二章　三菱FX2N系列可编程序控制器介绍2.1　可编程控制器的基础认识1.三菱FX2NPLC的主要特点：1)集成型高性能。CPU、电源、输入输出三为一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。2)高速运算基本指令：0.08μs／指令　应用指令：1.52～几百μs／指令3)安心、宽裕的存储器规格　置8000步RAM存贮器　安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。4)丰富的软元件围　辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数：235点　数据寄存器；8000点5)除了具有输入输出16～256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。6)面向海外的产品适合各种安全规格　为大量实际应用而开发的特殊功能：　开发了各个围的特殊功能模块以满足不同的需要----模拟I／O，高速计数器。对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。2.PLC的性能指标和分类1)PLC的主要性能指标(1)输入／输出点数（I／O点数）I／O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。(2)存储容量存储容量是指可编程序控制器部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。(3)扫描速度一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用µs/步。(4)功能扩展能力可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如A／D模块、D／A模块、位置控制模块等。(5)指令系统指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。2)PLC的分类通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同,可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。3.PLC系统的组成PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。1)PLC的硬件结构一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入／输出接口、部电源）、I／O扩展单元与外部设备组成。图2-1为PLC的硬件结构图。输入电路CPUEPROMRAM输出电路基本单元内部电源扩展I/O接口各种外设接口输出信号现场输入信号主机编程器打印机…PC机…输入电路输出电路扩展单元…输出信号扩展连接电缆至其他扩展单元……现场输入信号图2-1PLC的硬件结构图Fig.2-1PLChardwarestructurechart2)PLC的软件PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。系统程序：包括监控程序、输入译码程序与诊断程序等。用户程序是用户根据控制要求，用PLC的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。2.2　可编程序控制器的工作方式与编程语言2.2.1　PLC的工作方式1.PLC的扫描工作方式开始内部处理通信处理RUN方式？输入扫描程序执行输出处理NY图2-2PLC的扫描过程Fig.2-2thescanningcourseofPLC可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序完毕。然后再从头开始扫描，并周而复始地重要进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-2所示，包括五个阶段：部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。2.PLC的程序执行过程PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-3所示。输入端子输入映象寄存器输出映像寄存器输出锁存器输出端子输入……….输出程序执行阶段输入采样阶段输出刷新阶段X001Y001Y001M1读读①②③④⑤图2-3PLC的程序执行过程Fig.2-3theenforcingcourseofPLC3.PLC的扫描周期在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断与与外设通信等时间。4.PLC的I／O响应时间PLC采用集中I／O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。2.2.2　PLC的编程语言PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。本课所采用的编程语言为梯形图语言。2.3　可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以与电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方法有：1.继电器—接触器控制系统这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。优点：与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。缺点：动合触点易磨损，且电接触不良；体积大；控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。2.微机控制系统电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。因此，十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗与其维修保养费用。虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。其缺点是：微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需1位，即“1”与“0”。因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。但在电梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。3.PLC控制系统PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。第三章　交流双速电梯的电气设计3.1　交流双速电梯的基本工作原理3.1.1　交流双速电梯的主电路图3-1是交流双速电梯的主电路图。图中M1为电梯专用型双速笼型异步电动机；KM1、KM2为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或者低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗和电阻，当KM1或者KM2与KM3通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，点击转为低速接法，传入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6~KM8依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接触全部断电释放，包闸抱死，电梯停止运行。图3-1主电路图Fig.3-1mainelectrocircuitchart3.1.2　电梯的主要电气设备1）牵引电动机齿轮牵引机为电梯的提升机构。主要由驱动电动机，电磁制动器（也称电器包闸），减速器牵引轮组成。2）自动门机用来完成电梯的开门与关门。电梯的门分为厅门（每层站一个）与轿门（只有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许启动运行。3）层楼指示灯层楼指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿箱轿门的上方，用以指示电梯的运行方向与电梯所处的位置。过去常由低压灯泡构成，现多由数码管组成，且与呼梯盒做成一体结构。4）呼梯盒用以产生呼叫信号。常安装在厅门外，离地面一米左右的墙壁上。基站与底站只有一只按钮，中间层站由上呼叫与下呼叫两个按钮组成。5）操纵箱操纵箱安装在轿箱，供乘客对电梯发布动作命令。其上面设有与电梯层站数相同的选层按钮。6）平层与开门装置该装置如图3-2所示。由平层感应器与楼层感应器组成。上行时，上磁铁板先触发楼层感应器，发出减速停车信号；电梯开始减速，至平层信号出发时，发出开门与停车信号，电动机停转，包闸抱死。下行时，下磁铁板出发楼层感应器，发出减速停车信号；电梯开始减速，至平层信号出发时，发出开门与停车信号。图3-2电梯的平层、停层装置示意图Fig.3-2thesketchmapofelevatorflatbedandstop3.2　输入输出设计为了便于对电梯的工作原理与PLC系统进行分析，现列出电梯所用电器元件表。表3-1电梯电气元件表Tablet.3-1tableofelevator’selectricelements元件符号名称与作用元件符号名称与作用KM1上行接触器1HL～6HL1~6层层楼指示灯KM2下行接触器7HL～8HL上行、下行指示灯KM3高速接触器HL81楼外呼记忆灯KM4低速接触器HL92楼上呼记忆灯KM5启动加速接触器HL102楼下呼记忆灯KM6～KM8制动减速接触器HL113楼上呼记忆灯KM9开门接触器HL123楼下呼记忆灯KM10关门接触器HL134楼上呼记忆灯SQ6开门到位开关HL144楼下呼记忆灯SQ7关门到位开关HL155楼上呼记忆灯SQ17上限位开关HL165楼下呼记忆灯SQ18下限位开关HL176楼下呼记忆灯SB1开门按钮1KR～6KR各楼层感应器SB2关门按钮7KR平层感应器SB3上行启动按钮1SB1～5SB11～5楼上行外呼按钮SB4下行启动按钮2SB2～6SB22～6楼下行外呼按钮SB5～SB101～6楼层选层按钮综合考虑输入输出要求，估计需要PLC输入输出点70左右。因此，采用三菱FX2N-80MR可编程控制器完成本次设计。其输入输出电路如图3-3所示。图3-3I/O接线图Fig.3-3I/Oconnectionchart第四章　PLC梯形图设计本套电梯控制系统的核心算法是采用“查表排序”的方式进行对电梯轿箱的上下行控制。程序设置了两个表——上行表和下行表。在楼层数据存入和读取时，分别通过六个子程序模块对两个表中的数据进行派对处理，以实现电梯轿箱的控制要求。本程序由主程序和六个子程序模块组成，六个子程序模块分别是：上行表排队子程序模块，下行表排队子程序模块，查询上行表最大值子程序模块，查询下行表最大值子程序模块，上行表完成信号消除模块，下行表完成信号消除模块。4.1　程序说明可编程控制器，从本质上说，是应用于工业控制的计算机。所以本程序充分发挥计算机数据处理方面的有事，采用双排序表查询算法进行电梯任务数据的控制。4.1.1　算法说明程序的基本控制流程如图4-1所示。4.1.2　程序中相关存储单元与中间继电器的说明为了便于理解程序的功能，现将程序中使用到的相关存储单元中间继电器的作用加以说明。D100：上行表起始地址；D120：下行表起始地址；D110：上行表反向呼叫信号预处理存储单元；D130：下行表反向呼叫信号预处理存储单元；D0：呼叫信号存储单元；D1：楼层信号存储单元；D2：上行表最大值存储单元；D3：下行表最小值存储单元；D200：子程序调用时楼层信号临时存储单元；M200：等待状态信号；M201：上行控制信号；M202：下行控制信号；M211：开门控制信号；M1-M6：六个子程序的入口。呼叫信号是否与电梯运行方向相同是否大于该楼层最大值加10处理是否与电梯运行方向相同降序排序处理升序排序处理是否低于当前楼层是否小于该楼层最小值减10处理呼叫信号是否高于当前楼层上行表下行表是图4-1-1呼叫信号控制流程图Fig.4-1-1thecontrollingchartofcallsignal是是是是是否否否否否否4.2　主程序设计4.2.1　上下行指示灯输出环节本环节完成上行指示灯Y25和下行指示灯Y26的控制。当上行控制信号Y21有效时，发出一个上升沿脉冲，通过SET指令将Y25设置为有效状态，通过RST指令将Y26设置为无效状态。当下行控制信号Y22有效时，发出一个上升沿脉冲，通过SET指令将Y26设置为有效状态，通过RST指令将Y25设置为无效状态。当等待状态中间继电器M200有效时，发出一个上升沿脉冲，通过RST指令将Y25和Y26都设置为无效状态。梯形图如图4-2-1所示。4.2.2　反向楼层号预处理环节本环节预先完成对上行和下行过程中的反向楼层呼叫信号进行预处理，以便以后的程序直接使用处理后的结果。梯形图如图4-2-1所示。4.2.3　楼层信号写入环节本环节完成1-6楼的楼层感应器信号的相应和存入功能。当各楼层的楼层信号感应器X25-X32有信号触发后，通过MOVP指令楼层数据写入楼层信息存储单元D1中。另外也通过MOVP指令将七段显示器的对应数据写入到楼层信号输出单元K2Y34中，并在七段显示器中输出。梯形图如图4-2-3所示。4-2-1上下行指示灯输出环节梯形图Fig.4-2-1ladderchartofupanddownindicatorlightoutput4-2-1反向呼叫信号预处理环节梯形图Fig.4-2-2ladderchartofreversecallsignalpretreatment图4-2-3楼层信号写入环节梯形图Fig.4-2-3ladderchartoffloorsignalwritten4.2.4　呼叫信号写入环节本环节完成对呼梯盒以与部按钮产生的呼叫信号的响应和存入功能。呼梯盒与部按钮X1-X20如果被出发，将发出一个上升沿脉冲，通过MOV指令将对应的楼层信号存入呼叫信号存储单元D0中。之后，通过比较语句[<>D0D1]判断呼叫的楼层信号是否与轿箱当前所处的楼层相等，若相等则不点亮对应的按钮指示灯，并通过后续的程序直接触发开门程序。梯形图如图4-2-4所示（2楼信号以后处理梯形图从略，处理方式完全相同）。4.2.5　定向和等待信号设定环节本环节完成定向信号和等待信号的设定功能。通过比较语句[=D100k0]和[=D120k0]判断上行表和下行表的首个单元为0，也就是说上行表和下行表中都没有任务数据，电梯处于等待状态。若比较语句[<>d100k0]为真，说明上行表中有人物数据，则触发M201（上行状态控制位）。同理，若比较语句[<>d120k0]为真，说明下行表中有人物数据，则触发M202（下行状态控制位）。上行和下行控制位通过互锁使两个控制位不能同时为真。梯形图如图4-2-5所示。4.2.6　上行启动加速环节本环节完成轿箱的上行启动加速功能。当M201（上行状态控制位）有效时，同时触发Y32（低速运行输出）和Y21（上行输出）。电梯转入低速上行状态。同时激活定时器T0开始计时，当计时到时后，触发Y33（高速运行输出），断开Y32。电梯转入告诉上行状态。当M203（轿箱停止控制位）有效时，将切断Y33。电梯转入减速环节。梯形图如图4-2-6所示。4.2.7　下行启动加速环节本环节完成轿箱的下行启动加速功能，程序流程与上行启动加速环节相似。梯形图如图4-2-7所示。图4-2-4呼叫信号写入环节梯形图Fig.4-2-4ladderchartofcallsignalwritten图4-2-5定向或等待状态设定环节梯形图Fig.4-2-5ladderchartofdirectionalorwaitstateselect图4-2-6上行启动加速环节梯形图Fig.4-2-6ladderchartofupstart-upaccelerating图4-2-7下行启动加速环节梯形图Fig.4-2-7ladderchartofdownstart-upaccelerating4.2.8　停止信号产生环节本环节负责残生停止轿箱运行的信号。当上行表的首地址数据（D100）或预处理后的上行反向信号数据（D110）与当前的楼层信号（D1）相等时，既说明轿箱到达任务目标楼层，则触发轿箱停止信号（M203）。下行表中的同类数据（D120，D130）同样也会触发M203。梯形图如图4-2-8所示。4.2.9　轿箱减速过程环节本环节完成轿箱停止信号发出后的轿箱减速停止的过程。当M203被触发后，轿箱转入低速运行状态（Y32）。同时触发一级、二级、三级减速定时器T2,T3,T4。当T2计时到时后，触发一级减速（Y27）；当T3计时到时后，触发二级减速（Y30）；当T4与时到时后，触发三级减速（Y31）。进而电梯轿箱缓缓接近平层位置，当平层信号（X34）被触发后，Y32与T2，T3，T4被断开，轿箱停止。梯形图如图4-2-9所示。图4-2-8停止信号产生环节梯形图Fig.4-2-8ladderchartofstopsignalbringout图4-2-9减速环节梯形图Fig.4-2-9ladderchartofspeed-down4.2.10　门控环节本环节完成轿箱门的开关门控制功能。开门按钮（X21），机械安全触板（X33）和平层信号（X34）中的任意一个都会触发开门控制信号（M211），进而触发开门信号（Y23）并自保。当开门过程完成后，开门状态信号（X23）会被触发，M211和X23的“与”连接说明了“开门开始并最终开门完成”这样一个过程，之后会触发SETM205和RSTM211两条功能指令。中间变量M205会首先触发开门等待计时器T5，T5计时到时后会触发关门信号（Y24），电梯门开始关闭，同时触发另一个临时中间变量M212。当电梯门关闭完成后，关门状态信号（X24）会被触发。X24会断开Y24和复位M205。M212和X24的“与”连接说明了“关门开始并最终关门完成”这样一个过程。之后会复位M203和M212。梯形图如图4-2-10所示。4.2.11　上行或等待状态反向信号处理环节本环节完成上行或等待状态下，外部反向呼叫信号的处理功能。2-6楼的下行呼叫X2，X4，X6，X10，X12为本环节的触发信号。触发后，先判断呼叫的楼层信号是否与当前轿箱所处的楼层相等，如果相等，则直接触发开门控制信号M211。如果不相等，则调用查询上升表最大值子程序模块，入口M3。当查询上升表最大值子程序模块执行完成后，发出M103任务完成信号，进而呼叫信号是否大于最大值，如果大于最大值，需要对先信号做加10处理，然后调用上行表排队子程序模块，入口M1。如果小于最大值，则直接调用上行表排队子程序。梯形图如图4-2-11所示。4.2.12　下行或等待状态反向信号处理环节本环节完成下行或等待状态下，外部反向呼叫信号的处理功能。1-5楼的上行呼叫X1，X3，X5，X7，X11为本环节的触发信号。触发后，先判断呼叫的楼层信号是否与当前轿箱所处的楼层相等，如果相等，则直接触发开门控制信号M211。如果不相等，则调用查询下降表最小值子程序模块，入口M4。当查询下降表最小值子程序模块执行完成后，发出M104任务完成信号，进而呼叫信号是否小于最小值，如果小于最小值，需要对先信号做减10处理，然后调用上行表排队子程序模块，入口M2。如果大于最小值，则直接调用下行表排队子程序。梯形图如图4-2-12所示。图4-2-10门控环节梯形图Fig.4-2-10ladderchartofdoorcontrolling图4-2-11上行或等待状态下反向信号处理梯形图Fig.4-2-11ladderchartofreveressignaltransactonuporwaitstate图4-2-12下行或等待状态下反向信号处理梯形图Fig.4-2-12ladderchartofreveressignaltransactondownorwaitstate4.2.13　上行同向信号处理环节本环节完成上行过程中，外部同向呼叫信号的处理过程。1-5楼的外部上行呼叫按钮X1,X3,X5,X7,X11为本环节的触发信号。程序被触发后通过比较指令判断呼叫信号与轿箱所在楼层的关系，如果呼叫信号大于轿箱所在楼层则调用上行表排队子程序，入口M1。如果呼叫信号小于轿箱所在楼层则调用下行表排队子程序，入口M2。梯形图如图4-2-13所示。图4-2-13上行同向信号处理梯形图Fig.4-2-13ladderchartofsamewaysignaltransactonupstate4.2.14　下行同向信号处理环节本环节完成上行过程中，外部同向呼叫信号的处理过程。2-6楼的外部上行呼叫按钮X2,X4,X6,X10,X12为本环节的触发信号。程序被触发后通过比较指令判断呼叫信号与轿箱所在楼层的关系，如果呼叫信号大于轿箱所在楼层则调用上行表排队子程序，入口M1。如果呼叫信号小于轿箱所在楼层则调用下行表排队子程序，入口M2。梯形图如图4-2-14所示。图4-2-14下行过程中同向信号处理梯形图Fig.4-2-14ladderchartofsamewaysignaltransactondownstate4.2.15　部呼叫信号处理环节本环节完成部呼叫信号的处理过程。部呼叫按钮X13,X14,X15,X16,X17,X20为本环节的触发信号。程序被触发后通过比较指令判断呼叫信号与轿箱所在楼层的关系，如果呼叫信号大于轿箱所在楼层则调用上行表排队子程序，入口M1。如果呼叫信号小于轿箱所在楼层则调用下行表排队子程序，入口M2。梯形图如图4-2-15所示。图4-2-15部呼叫信号处理梯形图Fig.4-2-15ladderchartofcallsignaltransactinside4.2.16　子程序调用环节本环节完成六个字程序模块的相关存储单元和指针的赋初值和调用功能。梯形图如图4-2-16所示。图4-2-16子程序调用环节梯形图Fig.4-2-16ladderchartofsubprogramcalled4.3　子程序功能说明本系统有六个子程序功能模块，分别是：上行表排队处理子程序模块，下行表排队处理子程序模块，查询上行表最大值子程序模块，查询下行表最小值子程序模块，上行表已完成任务消除子程序模块，上行表已完成任务消除子程序模块。4.3.1　上行表排队子程序模块本模块完成进入上行表的呼叫信号的排序以与转移处理功能。首先，呼叫信号通过D200进入子程序。子程序开始部分有三个监控触点:[=D200D100V0]，[=D100V0K0]和[>D200D100V0]-[<>D100V0K0]。它们分别监控D100V0是否与D200相等，是否等于0或者D100是否大于D100V0。如果满足第一个监控触点，说明当前的呼叫信号已经在上行表中，不需要进一步处理可完毕子程序调用，返回主程序；如果满足第二个监控触点，说明指针V0指向的表单元为空闲空间，可直接使用MOVP指令将D200存入D100V0中，然后返回主程序；如果满足第三个监控触点，说明D200大于V0所指向的表单元，需要进一步搜索，使用INC指令给V0加一。第四个监控触点[=D100V0K10]说明V0所指向的是经过加10处理的反响呼叫信号。首先要对反向呼叫信号做减10处理，将其还原为普通的呼叫信号，然后通过比较指令判断D200是否大于这个反向呼叫信号，如果大于，则需要将这个反响呼叫信号发往下行表中；如果不大于，则可直接将D200插入到V0所指的表单元中。本子程序模块的梯形图如图4-3-1和图4-3-2所示。图4-3-1上行表排队子程序模块梯形图（1）Fig.4-3-1ladderchartofup-tabletaxissubprogrammodule(1)图4-3-2上行表排队子程序模块（2）Fig.4-3-2ladderchartofup-tabletaxissubprogrammodule(2)4.3.2　下行表排队子程序模块本模块的程序结构与上行表排队子程序模块类似，不同点在于本模块的排序方式为升序排序方式。梯形图如图4-3-3和图4-3-4所示。图4-3-3下行表排队子程序模块（1）Fig.4-3-3ladderchartofdown-tabletaxissubprogrammodule(1)图4-3-4下行表排队子程序模块（2）Fig.4-3-4ladderchartofdown-tabletaxissubprogrammodule(2)4.3.3　查询上行表最大值子程序模块本模块是为电梯响应和处理上升过程中的反响呼叫信号提供服务的。在出现反向呼叫信号时，需要判断呼叫信号是否大于上行表中的最大任务数据，如果大于最大任务数据，则需要将其做加10标记处理后再存入上行表；如果小于最大任务数据，则直接将其存入下行表即可。本模块初始化先将上行表的第一个表单元的容存入D2中，开始执行后，先D100V2的容存入D4中（V2为指针，初值为0），然后进一步判断当前读取的表单元数据是否是经过加10标记处理过的反向呼叫信号，如果是，将其做减10还原处理，并存入D4中。最后将D4与D2进行比较，如果D4大于D2，则用D4的容覆盖D2的容，然后将指针V2加1，直到将表中所有的数据查询一遍后，D2的容便是当前上行表中的最大值了。本模块梯形图如图4-3-5所示。4.3.4　查询下行表最小值子程序模块本模块是为电梯响应和处理