可編程控制器控制電梯系統(tǒng)的設計1

1、可編程控制器控制電梯系統(tǒng)的設計黃升強摘要：Plc 是中基于數(shù)字電腦技術 專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的電子控制裝置 , 在工業(yè)控制 領域內得到十分廣泛的應用 . 本文先對 plc 的概述 特點結構和工作原理 工作方式 應用領 域等論述 ,然后根據(jù) plc 的應用設計出 4層電梯的 plc 控制系統(tǒng) . 并給出了電梯控制系統(tǒng)的基 本結構 方案 程序流程圖 梯形圖與程序指令 .關鍵詞 : 電梯控制 plc 設計前沿電梯是隨著高層建筑的興建而開展起來的一種垂直運輸工具。 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、自動扶梯。 本文主要研究一類小 型電梯的PLC智能控

2、制方法。所謂小型電梯是指在居民樓和小型辦公樓中使用的電梯，這類電梯載重量相對較小， 但是使用頻繁。 傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式即繼電器控制、 PLC控制和微機控制，其中繼電器控制系統(tǒng)具有故障率高、可靠性差、接線復雜、通用性差 等缺點。 1976 年微處理機開始用于電梯，使電梯的電氣控制進入了一個新的開展時期。微 機控制具有控制系統(tǒng)體積1.plc 的概述1.1plc 的分類 :根據(jù)硬件結構的不同 , 可以將可編程序控制器分為整體式 模塊式 疊裝式 .整體式可編程控制器整體式又叫做單元式或箱體式.它的cpu模塊I/O模塊 和電源裝在一個箱狀機殼內， 結構非常緊湊， 體積小，價格低。小型可編

3、程控制器一般采用整體式結構。整體式可編程控制器提供多種不同I/O 點數(shù)的根本單元和擴展單元用戶選用。 根本單元內有 cpu 模塊 I/O 模塊和電源， 擴展單元內只有 I/O 模塊和電源 根本單元和擴展單元之間用扁平電纜連接。各單元的輸入點與輸出點的比例是固定的。有的可編程控制器 有全輸入型和全輸出型的擴展單元。選擇不同的根本單元和擴展單元。可以滿足用戶的不同要求。模塊式可編程控制器用搭積木的方式組成系統(tǒng)，它由框架和模塊組成。模塊插在模塊插座上， 模塊插座焊在框架中的總線連接板上。 模塊式可編程控制器的電源可能是單獨的模塊， 也可能包含在 cpu 模塊中。模塊式可編程控制器廠家備有不同槽數(shù)的框

4、架供用戶選用，如果一個框架容納不下所用 的模塊， 可以增設一個或數(shù)個擴展框架，各框架之間用 I/O 擴展電纜相連。 有的模塊式可編程控制器 沒有框架，各種模塊安裝在基板上。疊裝式模塊式可編程控制器 疊裝式可編程控制器吸收了整體式和模塊式可編程控制器的優(yōu)點，它的根本單元擴展單元和擴展模塊等高等寬，但是長度不同。它們不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個整齊的長方體，輸 入輸出點數(shù)的配置也相當靈活。1.2 plc 的特點：可編程控制器實際上是一種工業(yè)控制電腦，它的特點： 1編程方法簡單易學 ; 2硬件配套齊全，用戶使用方便； 3通用性強，使用性強； 4可靠性高，抗干擾能力強： 5系統(tǒng)的設計

5、 安裝 調試工作量少：(6) 維修工作量少，維修方便：(7) 體積小能耗低.PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、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。4.1開關量的邏輯控制這是PLC最根本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控 制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、 電鍍流水線等。4.2模擬量控制在工業(yè)生產過程當中，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，必須實現(xiàn)模擬量

6、Analog丨和數(shù)字量Digital 之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的 A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用 于模擬量控制。4.3運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動 步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4.4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)控制電腦，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是

7、一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(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 非常廣泛的應用。4.5數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、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，或將它們 打印制表。數(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)

8、。4.6通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著電腦控制的開展，工廠自動化網(wǎng)絡開展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1:產品規(guī)模向大、小兩個方向開展大：I/O點數(shù)達14336點、32位為微處理器、多 CPU并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。小:由整體結構向小型模塊化結構開展，增加了配置的靈活性，降低了本錢。2： PLC在閉環(huán)過程控制中應用日益廣泛3:不斷加強通訊功能4：.新器件和模塊不斷推出高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的

9、智能I/O模塊、高速計數(shù)模塊、遠程I/O模塊等專用化模塊。5:編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化有各種簡單或復雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)6:開展容錯技術 采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。7:追求軟硬件的標準化。2. Plc的結構和工作原理Plc專為工業(yè)現(xiàn)場應用設計，采用了典型的電腦結構，主要由cpu電源 儲存器和專門設計的輸入/輸岀接口電路組成.硬件框圖如下：M嵋睚匸竝牴ITEzsEthFLC控制乘統(tǒng)禾直圖PLC系統(tǒng)組成及各局部的功能一.系統(tǒng)組成。二各局部的作用。1. CPU運算和控制中心起“心臟作用。縱：當從

10、編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序，把用戶程序翻譯成 PLC內部所認可的用戶編譯程序。橫:輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進，CPU各之存入工作數(shù)據(jù)存儲器中或輸入映象存放器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機地結合在一起。把結果存入輸岀映象存放器或工作數(shù)據(jù)存儲器中，然后輸岀到輸岀接口、控制外部驅動器。組成：CPU由控制器、運算器和存放器組成。這些電路集成在一個芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。2.存儲器具有記憶功能的半導體電路。分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序

11、以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROMS成。廠家使用的，內容不可更改，斷電不消失。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器RAM組成。用戶使用的。斷電內容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為35年。3輸入/輸岀接口1輸入接口：光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。光電三級管：在光信號的照射下導通，導通程度與光信號的強弱有關。在光電耦合器的線性工作區(qū)內，輸出信號與輸入信號有線性關系。輸入接口電路工作過程：當開關合上，二極管發(fā)光，然后三極

12、管在光的照射下導通，向內部電路輸入信號。當開關斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導通。向內部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開 關信號轉化成PLC內部所能接受的數(shù)字信號。2輸岀接口PLC的繼電器輸岀接口電路工作過程：當內部電路輸岀數(shù)字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導通的電流和電壓。當內部電路輸岀數(shù)字信號0，那么沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內部的數(shù)字電路化成一種信號使負載動作或不 動作。三種類型：繼電器輸岀：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負載晶體管輸岀：無觸點、壽命長、直流負載晶閘管輸岀

13、：無觸點、壽命長、交流負載4 編程器編程器分為兩種，一種是手持編程器，方便。我們實驗室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口。與電腦相連。然后敲擊鍵盤。通過NSTP-GF軟件或 WINDOW下軟件向PLC內部輸入程序。第二節(jié)PLC的根本工作原理一. PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)的工作方式1 每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸岀信號進行刷新。2 輸入刷新過程。當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。 只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。3一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸岀刷新。4 元件映象存放器的內容是隨著程序的執(zhí)行變化而

14、變化的。5掃描周期的長短由三條決定。1CPU執(zhí)行指令的速度2指令本身占有的時間3指令條數(shù)6由于采用集中采樣。集中輸岀的方式。存在輸入/輸岀滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸岀響應延遲。二. PLC與繼電器控制系統(tǒng)、微機區(qū)別1. PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別前者工作方式是“串行，后者工作方式是“并行。前者用“軟件，后者用“硬件。2. PLC與微機區(qū)別前者工作方式是“循環(huán)掃描"。后者工作方式是“待命或中斷PLC編程方式PLC最突岀的優(yōu)點采用“軟繼電器代替“硬繼電器。用“軟件編程邏輯代替“硬件布線邏輯。PLC編程語言有梯形圖、布爾助記符語言，等等。尤其前兩者為常用。2.2 pic 程序的表達方式梯形圖語

15、言特點：1 每個梯形圖由多個梯級組成。2梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當某一梯級的邏輯運算結果為“1時，有假想的電流通過。3繼電器線圈只能岀現(xiàn)一次，而它的常開、常閉觸點可以岀現(xiàn)無數(shù)次。4 每一梯級的運算結果，立即被后面的梯級所利用。5 輸入繼電器受外部信號控制。只岀現(xiàn)觸點，不岀現(xiàn)線圈。第四節(jié)主要技術性能用戶程序存儲容量：是衡量可存儲用戶應用程序多少的指標。通常以字或K字為單位。16位二進制數(shù)為一個字，每1024個字為1K字。PLC以字為單位存儲指令和數(shù)據(jù)。一般的邏輯操作指令每條占1個字。定時/計數(shù)，移位指令占2個字。數(shù)據(jù)操作指令占24個字。每五節(jié)PLC的分類按結構分類：1.整體式：

16、是把PLC各組成局部安裝在一起或少數(shù)幾塊印刷電路板上，并連同電源一起裝在機殼內形成 一個單一的整體，稱之為主機或根本單元、小型、超小型PLC采用這種結構。模塊式：是把PLC各根本組成做成獨立的模塊。中型、大型PLC采用這種方式。便于維修。2.3 pic 的工作方式»«K*1-T 1*Bn一BAST311YX2如上圖所示，pic是通過一種周期工作方式來完成控制的，每個工作周期分為輸入掃描、程序執(zhí)行、輸岀 刷新三個階段。輸入掃描階段當pic開始周期工作時，cpu首先以掃描方式讀入所有輸入端得開關信號狀態(tài)閉合為“1，斷開為“0，并逐一存入輸入映像區(qū)存放器。輸入映像區(qū)的位數(shù)與輸入端

17、子數(shù)目相對應，輸入采樣結束后轉 入程序執(zhí)行階段。程序執(zhí)行階段組成程序的每條指令是按順序依次存入儲存器中，這個順序號稱為步序，在程序執(zhí)行時，從0開始順序執(zhí)行程序指令。執(zhí)行指令時，假設涉及輸入或輸岀狀態(tài)，就從輸入映像區(qū)或輸岀映像區(qū)的某對應位讀入，然后進行邏輯運算，運行結果存入各元件的映像區(qū)中。輸岀刷新階段在所有的指令執(zhí)行完畢后，將輸岀映像區(qū)中各輸岀繼電器的0/1狀態(tài)傳送至輸岀鎖存區(qū)，驅動微型功率繼電器形成pic的實際輸出.3pic控制電梯的設計現(xiàn)在對pic的設備情況與工作過程有一定的了解，按工藝要求設計電梯控制系統(tǒng)圖.包括斷續(xù)的繼電器控制系統(tǒng)：具有數(shù)學運算的控制系統(tǒng)：具有閉環(huán)反應控制系統(tǒng)以及其他形

18、式的控制系統(tǒng)。吧控制邏輯圖 轉變?yōu)樘菪螆D，簡化后轉換成可編程控制器程序代碼。3.1 pic 控制電梯系統(tǒng)的工藝要求及功能 ic控制電梯系統(tǒng)的工藝要求1設有司機操縱、無司機操縱及檢修3種工作狀態(tài)；、2無司機操縱延時自動關門或按按鍵自動門和到站自動平層開門；3按內、外召喚指令信號自動定向；4自動起動加速、制動減速及自動停車；5慢速運行一一點動開車；6電梯能自動進行開、關門控制；7具有消防運行控制；8具有超載不開梯及防夾人功能；9具有電梯的一切平安保護功能。3.1.2 pic 控制電梯系統(tǒng)的具體功能1檢修開關：用手動方式來調整轎廂的位置，便于檢修，轎廂上升最多上升直到上方的限位開關接通； 下降最多下

19、降到下方的限位開關接通。2自動開/關門：電梯停車平層后，自動開/關門，KGM常亮、快閃分別表示開門、關門過程，熄滅表示關門結束。假設延遲或提前關門，可按下KM或GM按鈕、運行過程中，此兩個按鈕失效。3 上召喚、下召喚、主令記憶顯示：請求按鈕按下后，相應的指示LED亮，表示請求信號予以登記， 停在某樓層時，主令記憶消號，外召喚記憶順向消號、逆向繼續(xù)保持。4選層及定向：綜合上召喚、下召喚、主令及電梯運行方向、所處位置等信號，確定電梯該停的樓層 及繼續(xù)運行的方向。5 報警指示：電梯樓層信號 JZ5位每一時刻有且只有一位是 1，假設出現(xiàn)全為0或兩位以上為1的 情況，說明轎廂位置不正確如上電時處在兩層中

20、間非平層位置或限位開關輸入信號有誤，此時停車輸出報警信號，以KGM慢閃表示。6消防功能：“消防開關接通，PLC此時電梯處于消防運行狀態(tài)。電梯自動返回基層，同時報警。3.2 PLC控制電梯系統(tǒng)的根本結構 ，» : FIX呼砂號示jfjtn-Bt并匡空住7信導控錄址框圈分析控制系統(tǒng)的控制要求如下：系統(tǒng)控制核心為PLC主機，通過PLC輸入接口送入PLC。由存儲器的PLC軟件運算處理，然后經(jīng)輸岀接口分別向指層器及召喚指示燈等發(fā)岀顯示信號，向主拖動系統(tǒng)發(fā)岀控制 信號。具體的電梯控信號原理如上圖所示。3.3 PLC控制電梯的方案電梯PLC控制系統(tǒng)的控制核心是 PLG哪些信號需要輸入 PLC, P

21、LC要驅動哪些負載，以及采用何種 編程方式。輸入輸岀點確實定，是設計整個控制系統(tǒng)的首要問題，決定系統(tǒng)的程序及線路設計方案3.3。1 PLC輸入信號確實定方法在保證電梯運行平安的前提下，各種控制信號盡量直接輸入PLC,如上圖：內外信號及層樓感應信號、急停按鈕及開關門信號等。3.3.2 PLC輸入信號確實定方法PLC通過軟件對輸入控制信號的進行處理后，由輸入接口發(fā)出控制信號及各種指示信號，如電梯PLC信號控制系統(tǒng)框圖：由上下方向進行指示、樓層指示、內外召喚響應指示等。LC控制程序的編制方法PLC梯形圖軟件的設計采用模塊化設計。模塊化程序結構清晰、便于調試。如分為開關門、內選、外 召喚、層樓數(shù)指示、

22、定向、換速、到層延時等模塊。莫偶看間不完全獨立，他們之間存在著有機聯(lián)系。且 在編程時要注意各條指令間的邏輯關系，梯形圖中的內部輔助繼電器和定時器統(tǒng)一分配編號，除了10分配表外，還應列岀內輔功能分配表。充分利用LPC提供的指令。3. 3.4 PLC控制電梯的流程PLC程序設計是電梯控制系統(tǒng)設計成功的關鍵環(huán)節(jié)，在PLC程序設計過程中，一要堅持功能完善。面面俱到的原那么，保證電梯平安有效地運行；二要遵循結構簡練，易讀易改的原那么，盡量減少程序量，采 用模塊化設計，并采用PLC中的主控指令，跳轉指令，功能指令等指令優(yōu)化程序，縮短PLC程序掃描時間, 保證電梯的控制精度。PLC程序流程框圖如上圖所示。P

23、LC程序遵循以下的根本原那么：1轎廂均在基站處于停止運動狀態(tài)，及為空閑梯2梯由忙梯變?yōu)榭臻e梯，那么延時10S后自動返回基站3PLC程序編制過程中，將 PLC中的M8070設為主站和從站，分別采集梯的樓層位置信號、上下行 信號并和本梯的樓層位置信號相比擬，將比擬結構存入PLC內部中間繼電器。4司機自動運行正常情況下，司機自動開關接通，電梯處于自動運行狀態(tài)，PLC運行自動程序，此時電梯按照集選控制原那么運行：司機自動開關斷開，電梯進入司機控制運行狀態(tài)，由司機控制開關門及其 升降。510配置功能用于描述存在于 PLC框架的模塊、分配邏輯地址，設這各個模塊的選項、編輯即建立 PLC的應用程序，有一個通

24、用的指令系統(tǒng)，由該指令系統(tǒng)編寫軟件。辱停蒲防程序塊Lff*n伍福程序塊3.3 PLC控制電梯的梯形圖設計與程序指令選用PLC設計電梯控制，其為模塊化結構，功能強，梯形圖編程簡單，方便，完全能到達工藝等要求。 根據(jù)電梯的動作要求，利用PLC機提供指令系統(tǒng)，靈活編程，先分別表達電梯幾個典型回路設計。首先對硬軟件的設置，具體情況如下：序用雋碎鬲iTFffl-6*50-*643F1伽屆知 錯 g3打恢上啊諭港罐臥HO<U叮岀斤門上畔桶就址吧劈巧吋切VFStrWfetraCJ咖FIT呼輔魁電器551-»54血-咖上平廉嚇平印門區(qū)*髦電事$W-*W3w尻氓悄時電潯電卄快遽町貼號田醫(yī)曲幻塚禹

25、掘牛撚3筆衣匡電涉菽801常:唆遠援破5L卿W須號"«U«4B星韓宦計VA醸入於嶄岀1吱犀的門;7下呼哌紀.1產咽葉曰存忙価1嚇氐汩門汗下町E衍Lf*WJj.EtSTiur. t卜耳丈龍2rsuhr202;噪罠旳工了上艸尖笛卡遍呵曰邁歸203二呼層的疔廳上時坨征*1!*1圧刪押示村慮1喘肆眄廳上呼啜杞嘖丄吟拽牡怡十廠205護関內X畀卷祟癥啦X璽上匸菽哲船.二.'狹下匸闞1S示燈如第和內亠連1內10謖平皿馳曲樂燈Z10妖韓的：霧雀需玨咗仇丿:摟下2樁也船命211師內開也申上価租T31Z粥曲-刪垢下行將和T21J1煤t荷慘二舅應謹蛀珂星掙JH辰血曇離月唱示燈2K2囁上行桂 謹應矍壯點15再瓶內馮曲幣樹楷不