五層電梯plc控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 83。 65 2 五層電梯 PLC 控制 系統設計（三菱 指令 ） 摘 要 隨著經濟的發展，現代城市中的高層建筑日益增多，電梯成為人們日常生活必不可少的代步工具。而電梯性能的好壞，除了電機等硬件以外，電梯控制系統 是其核心因素。 PLC（ Programmable logic controller） 因其簡單易用、可靠性高、維修 養 護 方便和抗干 擾能力強等優點，在電梯控制領域應用極為廣泛。 本文以三菱 FX2N系列 PLC 為例，以五層電梯為設計對象，分別從電梯控制系統的構成及工作原理，系統 PLC 配置方案，PLC 軟件設計 ， PLC 軟件的調試 仿真 和 電梯 硬件選取等方面，詳細的闡述了 PLC 在電梯控制系統中的應用 ，形成了以 PLC 為控制系統的完整的電梯模型 ，使電梯在更精確、更可靠、更快速的控制平臺上運行。 關鍵詞：電梯控制， PLC，模型電梯 Abstract With the development of economy, an increasing number of highrise building in modern cities, elevator bee an indispensable means of transport of daily core of elevator’s function is control system besides hardware. PLC（ Programmable logic controller）have wide use for its many advantages,such as convenience, high reliability and antijamming. This article taking Japanese Mitsubishi FX2N series PLC for example, fifth floor elevator as the design, details the plc’s application in the elevator control system, through the reference and working mechanism of elevator control system, configuration program of PLC, software designing of PLC, emulation software of PLC and hardware choosing the elevator. This paper work out a plete model of the elevator controlled by PLC control system can make elevator running in a accurate, credible and fast way. Keyword: elevator control,PLC, model of elevator 3 第一章 緒論 第一節 可編程控制器的概念 可編程控制器簡稱 PC（英文全稱 ： Programmable Controller），它經歷了可編程序矩陣控制器 PMC、可編程序順序控制器 PSC、可編程序邏輯控制器 PLC（英文全稱 ： Programmable Logic Controller）和可編程序控制器 PC 幾個不同時期。為與個人計算機（ PC）相區別，現在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。 PLC 是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、 順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 第二節 PLC 的應用和發展 一、 PLC 的應用領域 在發達的工業國家， PLC 已經廣泛應用于所有的工業部門，隨著其性能價格比的不斷提高，應用范圍也不斷擴大。 PLC 主要用于以下方面。 （一）開關量邏輯控制 PLC 用 “與 ”、 “或 ”、 “非 ”等邏輯指令來實現觸點和電路的串、并聯，代替繼電器進行組合邏輯控制、定時控制 與順序邏輯控制。開關量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動生產線，其應用領域已遍及各行各業，甚至深入到家庭中。 （二）運動控制 PLC 使用專用的指令或運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進行控制，使運動控制與順序控制功能有機結合在一起，有的可以實現單軸、雙軸、3 軸和多軸位置控制。 PLC 的運動控制功能廣泛應用于各種機械，例如金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機械、機器人、電梯等場合。 （三）閉環過程控制 閉環過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續變化的模擬量的閉環控制。 PLC 通過模擬量 I/O 模塊，實現模擬量（ Analog）和數字量（ Digital）之間的 A/D 轉換與 D/A 轉換，并對模擬量實行閉環 PID（比例 —積分 —微分）控制。現代的 PLC 一般都有 PID閉環控制功能，這一功能可以用 PID 子程序或專用的 PID 模塊來實現。其 PID 閉環控制功能已經廣泛應用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業。 （四）數據處理 現代的 PLC 具有數學運算（包括四則運算、矩陣運算、函數運算、字邏輯運算、求反、循環、移位和浮點數運算等）和數據傳送、轉換、排序和查表 、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。這些數據可以與儲存在存儲器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。 （五）通信聯網 4 PLC 的通信包括主機與遠程 I/O 之間的通信、多臺 PLC 之間的通信、 PLC 與其他智能控制設備（例如計算機、變頻器、數控裝置）之間的通信。 PLC 與其他智能控制設備一起，可以組成 “集中管理、分散控制 ”的分布式控制系統。 二、 PLC 的發展前景 PLC 技術隨著計算機和微電子的發展而迅速發展，由一位機發展到 8 位機 ，直到現在， PLC 產品已經使用了 32 位高性 能微處理器，而且實現了多通道處理。PLC 在未來將 會有更大的發展 。 從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發展情況來看，可 編程控制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程控制器技術的發展方向。伴隨著計算機網絡的發展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。 第三節 PLC 的 結構及 工作原理 一、 PLC 的結構 PLC 的內部結構如圖 11 所示： 圖 11 PLC 的內部結構 （一） 中央處理單元 CPU CPU 是 PLC 的核心部件，由運算器和控制器組成。主要用于：接收并存儲從編程 5 器輸入的用戶程序；檢查編程過程是否出錯；進行系統診斷；解釋并執行用戶程序；完成通信及外設的某些功能。 （二） 存儲器 包括系統程序存儲器、用戶程序存儲器和工作數據存儲器。 （三） I/O 模塊 I/O 接口是 PLC 與外界連接的接口。輸入接口用來接收和采集輸入信號，輸出接口用來連接被控對象中各種執行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調節閥（模擬量）、調速裝置（模擬量）等。 （四） 電源模塊 用來將外部供電電源轉變成供 PLC 內部的 CPU、存儲器和 I/O 接口等電路工作所需要的直流電源。 （五） 編程器 編程器是 PLC 最重要的外圍設備，是 PLC 不可缺少的部分。編程器的作用是輸入和編輯用戶程序、調試程序 和監控程序的執行過程。 二、 PLC 的工作原理 （一）工作方式 圖 12 PLC 的掃描過程 PLC 有兩種工作狀態，即運行（ RUN）狀態和停止（ STOP）狀態。在運行狀態，PLC 通過執行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能。為了使 PLC 的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執行一次，而是反復不斷地重復執行，直到 PLC 停機或切換到 STOP 工作狀態。 除了執行用戶程序外，每次循環過程中， PLC 不還要完成內部處理、通信處理等工作，一次循環可分為 5 個階段， 如 圖 12 所示。 PLC 的這種周而復始的循 環工作方式稱為 掃描工作方式 。 在工作狀態下，執行一次上圖所示的掃描操作所需的時間稱為 掃描周期 。其典型值為 1100ms。 （ 二 ） 掃描周期 6 在工作狀態下，執行一次圖 2 所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期。其典型值為 1100ms。 當 PLC 投入運行后，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。在整個運行期間， PLC的 CPU 以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。 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和數據，并 將它們存入 I/O 映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化， I/O 映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則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。 用戶程序執行階段 在用戶程序執行階段， 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構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進 行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統 RAM 存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在 I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即在用戶程序執行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區或系統 RAM 存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據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 當掃描用戶程序結束后， PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是 PLC 的真正輸出。 第四節 PLC 的特點 PLC 有許多優點，其可概括為以下五點： 可靠性高，抗干擾能力強 PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統的 1/101/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 高可靠性是電 氣控制設備的關鍵性能。 PLC 由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的 F 系列 PLC 平均無故障時間高達 30 萬小時。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。從 PLC 的機外電路來說，使用 PLC 構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程 序，使系統中除 PLC 以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。 7 硬件配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品，并且已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。 PLC 的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC 有較強的帶負載能力，可直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外， 現代 PLC 大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC等各種工業控制中。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用 PLC組成各種控制系統變得非常容易。 易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC 作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不 熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。 系統的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時間要少得多。 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的 1/2~1/10。它的重量小于 150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。 第五節 電梯的概述 電梯是 一種以電動機為動力的垂直升降機，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運貨物。也有臺階式，踏步板裝在履帶上連續運行，俗稱自動電梯。它具有一個轎廂，運行在至少兩列垂直的或傾斜角小于 15176。的剛性導軌之間。轎廂尺寸與結構形式便 于乘客出入或裝卸貨物。習慣上不論其驅動方式如何，將電梯作為建筑物內垂直交通運輸工具的總稱。 在乘梯樓層電梯入口處，根據自己上行或下行的需要，按上方向或下方向箭頭按鈕，只要按鈕上的燈亮，就說明你的呼叫已被記錄，只要等待電梯到來即可。電梯到達開門后，先讓轎廂內人員走出電梯，然后呼梯者再進入電梯轎廂。進入轎廂后，根據你需要到達的樓層，按下轎廂內操縱盤上相應的數字按鈕。同樣， 8 只要該按鈕燈亮，則說明你的選層已被記錄；此時不用進行其他任何操作，只要等電梯到達你的目的層停靠即可。電梯行駛到你的目的層后會自動開門，此時按順 序走出電梯即結束了一個乘梯過程。 第六節 電梯的分類 一般 根據建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而設置不同類型的電梯。目前電梯的基本分類方法大致如下。 按用途分類 乘客電 梯，為運送乘客設計的電梯，要求有完善的安全設施 。 載貨電梯，主要為運送貨物而設計，通常有人伴隨的電梯。 醫用 電梯，為運送病床、擔架、醫用車而設計的電梯，轎廂長而窄 。 雜物電梯，供圖書館、辦公樓、飯店運送圖書、文件、食品等設計的電梯。 觀光電梯，轎廂壁透明，供乘客觀光用的電梯。 車輛電梯，用作裝運車輛的電梯。 船舶電梯，船 舶上使用的電梯。 建筑施工電梯，建筑施工與維修用的電梯。 其它類型的電梯，除上述常用電梯外，還有些特殊用途的電梯，如冷庫電梯、防爆電梯、礦井電梯、電站電梯、消防員用電梯等。 按驅動方式分類 交流電梯，用交流感應電動機作為驅動力的電梯。根據拖動方式又可分為交流單速、交流雙速、交流調壓調速、交流變壓變頻調速等。 直流電梯，用直流電動機作為驅動力的電梯。這類電梯的額定速度一般在 2.00m/s 以上。 液壓電梯，一般利用電動泵驅動液體流動，由柱塞使轎廂升降的電梯。 齒輪齒條電梯，將導軌加工成齒條，轎廂裝上與齒 條嚙合的齒輪，電動機帶動齒輪旋轉使轎廂升降的電梯。 螺桿式電梯，將直頂式電梯的柱塞加工成矩形螺紋，再將帶有推力軸承的大螺母安裝于油缸頂，然后通過電機經減速機（或皮帶）帶動螺母旋轉，從而使螺桿頂升轎廂上升或下降的電梯。 按速度分類 電梯無嚴格的速度分類，我國習慣上按下述方法分類 ： 低速梯，常指低于 。 中速梯，常指速度在 ～ 。 高速梯，常指速度大于 。 超高速梯，速度超過 。 其它分類方式 按電梯有無司機分類 可分為 有司機電梯 和無 司機電梯 ； 按操縱控制方式分類課分為 手柄開關操縱 、 按鈕控制電梯 、 信號控制電梯 和 集選控制電梯 等； 按機房位置分類，則有機房在井道頂部的（上機房）電梯、機房在井道底部旁側的（下機房）電梯，以及有機房在井道內部的（無機房）電梯 ； 按轎廂尺寸分類，則經