1、電氣工程系 2012畢業設計 四層電梯的控制系統設計 The four floor of the elevator control system design 姓 名： 班 級： 學 號： 指導老師： I. 摘要 隨著科學技術的發展， 。更新換代生產更新型的電梯，電梯主要分為機械 系統與控制系統兩大部份，隨著自動近年來我國的電梯生產技術得到了迅速發 展，一些電梯廠也在不斷改進設計、修改工藝控制理論與微電子技術的發展， 電梯的拖動方式與控制手段均發生了很大的變化，交流調速是當前電梯拖動的 主要發展方向。目前電梯控制系統主要有三種控制方式：繼電路控制系統 （ 早 期安裝的電梯多位繼電器控制系統 ）

2、 、PLC控制系統、微機控制系統。繼電器控 制系統由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點，目 前已逐漸被淘汰。微機控制系統雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗 擾性差，系統設計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術等缺陷。而PLC控 制系統由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強 , 設計和調試周期較短 等優點，倍受人們重視等優點，已成為目前在電梯控制系統中使用最多的控制 方式，目前也廣泛用于傳統繼電器控制系統的技術改造。 關鍵詞 PLC；電梯；控制系統；設計 Abstract Along with sciences and technologys developmen

3、t, the recent years, our countrys elevator production technology obtained the rapidly expand. Some elevator factory unceasingly is also improving the design, the revision craft. The renewal production renewals elevator, the elevator mainly divides into the mechanical system and the control system tw

4、o major parts, along with the automatic control theory and microelectronic technologys development, elevators dragging way and the control method has had the very big change, the exchange velocity modulation is the current elevator dragging main development direction. At present the lift control sys

5、tem mainly has three control modes: Following electric circuit control system ( “ early installment elevator many black-white control system), PLC control system, microcomputer control system. Because the black-white control system the failure rate is high, the reliability is bad, control mode not n

6、imble as well as consumed power big and so on shortcomings, at present has been eliminated gradually. Key words PLC, elevator, control system, design 目錄 摘 要 1 1.1 課題研究目的和意義 5 1.2 PLC 在電梯系統的應用現狀與發展趨勢 6 1.1.2 PLC的用途 7 1.1.3 PLC 的工作原理 8 1.2 論文的主要研究內容 9 第 2 章 電梯 PLC 控制系統結構方案 10 2.1 樓層狀態指示設計 11 2.2 電梯下行程

7、序設計 12 第 3 章 系統輸入輸出設計 15 3.1 PLC 輸入信號的確定方法 15 3.2 PLC 輸出信號的確定方法 16 第 4 章 電梯 PLC 控制系統設計 21 4.1 電梯的控制要求 21 4.2 PLC 控制系統的設計分析 21 4.3 電梯模型 PLC 控制系統設計 22 4.4 I/O 分配表 24 4.5 PLC 程序梯形圖 27 第 5 章 電梯 PLC 的調試與安裝 28 5.1 模擬調試 28 5.2 安裝調試 28 5.2.1 單指令運行調試 29 5.2.2 復雜運行調試 29 結 論 30 致 謝 31 參考文獻 32 1 緒論 1.1 課題研究目的和意

8、義 自 1889 年美國奧迪斯升降機公司推出世界第一部以電動機為動力的升降 機以來，電梯在驅動方式上經歷了卷筒式驅動、牽引式驅動等歷程，逐漸形成 了直流電機拖動和交流電機拖動兩種不同的拖動方式。如今電梯已成為人們進 出高層建筑不可或缺的代步工具；而且作為載人工具，人們在運行的平滑性、 高速性、準確性、高效性等一系列靜、動態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、接線復雜、一旦 接收完成不易更改等缺點，所以需要開發一種安全、高效的控制方式。可編程 控制器既保留了繼電器控制系統的簡單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程 序可隨工藝改變、易于與計算機接口、

9、維修方便等諸多高品質性能。因此， PLC 在電梯控制領域得到了廣泛而深入的應用 1。 隨著微電子技術和計算機技術的迅速發展， PLC 在工業控制領域內得到十 分廣泛地應用。 PLC 是一種基于數字計算機技術、專為在工業環境下應用而設 計的電子控制裝置，它采用可編程序的存儲器，用來存儲 用戶指令，通過數 字或模擬的輸入 /輸出，完成一系列邏輯、順序、定時、記數、運算等確定的 功能，來控制各種類型的機電一體化設備和生產過程。 電梯是隨著高層建筑的興建而發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。在現代社會 ,電梯已像汽

10、車、輪船一樣，成為人類不可缺少的交通運輸 工具。據統計 ,美國每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數。當今世界 電梯的使用量已成為衡量現代化程度的標志之一。追溯電梯這種升降設備的歷 史,據說它起源于公元前 236 年的古希臘。當時有個叫阿基米德的人設計出人力 驅動的卷筒式卷揚機。 1858 年以蒸汽機為動力的客梯，在美國出現 ,繼而有在 英國出現水壓梯。 1889 年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動機作為電梯動力 這才出現名副其實的電梯 ,并使電梯趨于實用化。 1900 年還出現了第一臺自動 扶梯。 1949 年出現了群控電梯 ,首批 46 臺群控電梯在紐約的聯合國大廈被使 用。1955年

11、出現了小型計算機控制電梯。 1962 年美國出現了速度達 8 米/秒的 超高速電梯。 1963 年一些先進工業國只成了無觸點半導體邏輯控制電梯。 1967 年可控硅應用于電梯，使電梯的拖動系統筒化，性能提高。 1971 年集成電路被 應用于電梯。第二年又出現了數控電梯。 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發展時期 13。 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系。 PLC 作為新一代工業控制器，以其高可靠性和技術先進性，在電梯控制中得到 廣泛應用，從而使電梯由傳統的繼電器控制方式發展為計算機控制的一個重要 方向，成為當前電梯控制和技術改造的

12、熱點之一。高校中關于 PLC 教學實驗 的中等模型較少，為此，自行設計并制作了專用 4 層集選電梯。 此電梯模型所采用的類型為三菱 FX2C。 PLC 程序設計采用模塊化編程思 想，即根據各功能實現的條件及原則設計各個功能模塊。設計的程序要求完成 電梯自動運行功能如：內選外召喚信號的登記、消號、到層自動開門、延時自 動運行等。 1.2 PLC在電梯系統的應用現狀與發展趨勢 隨著我國經濟的發展，城市中涌現出越來越多的高層建筑，而與之配套的 電梯已成為人們日常生活中不可缺少的工具。同時，由于城市老齡化問題日益 突出，多層建筑同樣也有使用電梯的要求。而目前，國內中小電梯廠商大多采 用繼電器控制或微機

13、控制方法實現對電梯的控制，前者硬布線的邏輯控制方式 具有原理簡單、直觀等特點，但通用性差，邏輯系統由許多觸點組成，接線復 雜、故障率高、設備龐大，現已慢慢淡出市場；后者在工業控制系統中的應用 十分廣泛，在電梯控制上取代傳統的繼電器控制方式慢慢受到人們的重視。 根據電梯的功能要求，微機控制電梯的方式主要分為 4 種：單微機控制方 式，雙微機控制方式，三微機控制方式，群控電梯的微機控制方式。單微機控 制方式又分為 2 種，即單板機控制方式和單片機控制方式；雙微機控制方式由 控制系統 CPU 和拖動系統 CPU 以及部分繼電器組成整個電梯的控制系統，可 以實現起制動閉環、穩速開環控制，也可以實現全閉

14、環控制；三微機控制方式 也稱為多微機控制方式，以上海三菱的 VFCL 系統為例，它采用三個 CPU 來 控制電梯，整個系統由三部分組成： DR-CPU 驅動部分、 CC-CPU 控制和管理 部分、 ST-CPU 串行傳部分， VFCL 系統的驅動部分采用 VVVF 方式對曳引機 進行速度控制，控制部分主要對選層器、速度圖形和安全檢查電路三方面進行 控制；群控方式使用的微機數量根據方式的不同也有所不同。但是由于微機控 制的可靠性不高，容易發生故障，從而使電梯難以達到用戶希望的安全、穩 定、可靠等要求 2。 PLC 自問世以來，以其高可靠的特點在工業自動化領域獲得廣泛的應用。 近年來，隨著超大規模

15、集成電路技術和通信技術的進步， PLC 的性價比逐年提 高，使用 PLC 控制電梯，是一種投資小、見效快、可靠性高的好方法 2。 1.2.2 PLC 的用途 PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置 , 使其應用受到限制。但近年來 由于微處理器芯片及有關元件價格大大下降 , 使 PLC 的成本下降 , 同時又由于 PLC的功能大大增強 , 使 PLC 的應用越來越廣泛 , 廣泛應用于鋼鐵、水泥、石 油、化工、采礦、電力、機械制造、汽車、造紙、紡織、環保等行業 6-9 。PLC 的應用通常可分為五種類型： （1）順序控制 這是 PLC 應用最廣泛的領域，用以取代傳統的繼電器順 序控制。 PLC

16、可應用于單機控制、多機群控、生產自動線控制等。如注塑機、 印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產線、電鍍流水線 及電梯控制等。 （2）運動控制 PLC 制造商目前已提供了拖動步進電動機或伺服電動機的 單軸或多軸位置控制模版。在多數情況下， PLC 把掃描目標位置的數據送給模 版塊，其輸出移動一軸或數軸到目標位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持 適當的速度和加速度，確保運動平滑。相對來說，位置控制模塊比計算機數值 控制（ CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作方便。 （3）閉環過程控制 PLC 能控制大量的物理參數，如溫度、壓力、速度和 流量等。 PID（Proporti

17、onal Intergral Derivative）模塊的提供使 PLC 具有 閉環控制功能 , 即一個具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制。當過程控制 中某一個變量出現偏差時 ,PID 控制算法會計算出正確的輸出 , 把變量保持在設 定值上。 （4）數據處理 在機械加工中，出現了把支持順序控制的 PLC 和計算機 數值 控制 （ CNC）設備 緊密 結合的 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。為了實現 PLC 和 CNC設備之間內部數據自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件， 用戶可以獨自編

18、程，由 PLC送至 CNC設備使用。美國 GE公司的 CNC設備新機 種也同樣使用了具有數據處理的 PLC。預計今后幾年 CNC系統將變成以 PLC為 主體的控制和管理系統。 （ 5）通信和聯網 為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化（FA）系 統、柔性制造系統（ FMS ）及集散控制系統（ DCS）等發展的需要，必須發展 PLC 之間， PLC 和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統，不僅 PLC 數據通信速率要求高，而且要考慮出現停電故障時的對策。 1.2.3 PLC的工作原理 PLC 具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一 般采用等待命令的工作方式。 PLC 則

19、采用循環掃描工作方式。在 PLC 中，用 戶程序按先后順序存放， CPU 從第一條指令開始執行程序，直至遇到結束符后 又返回第一條。如此周而不斷循環。每一個循環稱為一個掃描周期。一個掃描 周期大致可分為 I/O 刷新和執行指令兩個階段。 所謂 I/O 刷新即對 PLC 的輸入進行一次讀取，將輸入端各變量的狀態重新 讀入 PLC 中存入內部寄存器，同時將新的運算結果送到輸出端。這實際是將 存入輸入、輸出狀態的寄存器內容進行了一次更新，故稱為 “（I輸入） /O（輸出 ） 刷新”。 由此可見，若輸入變量在 I/O 刷新期間狀態發生變化，則本次掃描期間輸 出端也會相應的發生變化，或者說輸出隊輸入產生

20、了響應。反之，若在本次 I/O 刷新之后，輸入變量才發生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應，而要 到下一次掃描期間輸出才會產生響應。由于 PLC 采用循環掃描的工作方式， 所以它的輸出對輸入的響應速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取 決于這幾個因數：一是 CPU 執行指令的速度，二是每條指令占用的時間，三 是指令條數的多少，即程序的長短。 對于慢速控制系統，響應速度常常不是主要的，故這種方式不但沒有壞處 反而可以增強系統抗干擾能力。因為干擾常是脈沖式的、短時的，而由于系統 響應較慢，常常要幾個掃描周期才響應一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起 的誤動作將會大大減少，故增加了抗干擾能力。

21、但對控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統，這一問題就需慎重 考慮。應對響應時間作出精確的計算，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延時等的不良影響。 1.3 論文的主要研究內容 隨著國民經濟的飛速發展 , 現代化程度日益提高 ,高層建筑愈來愈多 , 電梯 也隨之增多 , 電梯產品在人們物質文化生活中的地位得到了提高 ,成為重要的運 輸設備之一。國內傳統的電梯控制是由繼電器、接觸器構成。它不僅存在著可 靠性差、成本高、故障率高等缺點 ,而且在層數增加時 ,配線變化給制造及安裝 帶來諸多不便。由此可見，研究一種新的電梯控制系統具有十分重要的意義。 基于此，我們提出了

22、本次設計： PLC 在電梯控制系統中的應用。 本設計主要以 PLC 作為工具對升降電梯的各種操作進行控制。通過編寫 程序，對電梯的升降動作進行模擬仿真。此電梯模型所采用的類型為三菱 FX2C。PLC 程序設計采用模塊化編程思想，即根據各功能實現的條件及原則 設計各個功能模塊。設計的程序要求完成電梯自動運行功能如：內選外召喚信 號的登記、消號、到層自動開門、延時自動運行等。合理分配轎廂內指令的執 行和廳外召喚的應答。 第2章 電梯 PLC 控制系統結構方案 系統控制核心為 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，然后經輸出接口分別向指層器及召喚指示

23、燈等發出顯示信號，向 主拖動系統發出控制信號。具體的電梯控制信號原理如圖 2-1 所示。 圖 2-1 電梯 PLC 信號控制系統框圖 電梯的工作原理 曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機 通過減速器變速后帶動曳引輪轉動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產生的牽引力，實 現轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝 在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺 動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉，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狀態，供人員和貨物出入。轎廂 10 是運載乘客或其他載荷的箱體部件

24、，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功 率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩 定，轎廂得以準確停靠。電氣系統實現對電梯運動的控制，同時完成選層、平 層、測速、照明工作。指示呼叫系統隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位 置。安全裝置保證電梯運行安全。 2.1 樓層狀態指示設計 當電梯運行至某層有指令發出指示位置及指令，以二層為例如 表 2-1 所示 ： 表 2-1 指示位置及指令表 LD twoselet 二層內選撣 S twoseletq ， 1 二層內選擇指示 LD twoup 二層上呼 S twoupq ，1 二層上呼指示 LJ twodown 二層下呼 S t

25、wodownq ， 1 二層下呼指示 LD twoseat 二層位置 = twoeeatq 二層位置指示 11 2.2 電梯下行程序設計 以電梯在三層下行情況為例。當電梯的一或二層有指令時，將三層下行位 置 1 ，同時無上行，驅動電梯下行。程序說明如下表 2-2 所示： 表 2-2 程序說明表 電棒在三晨時下行情況 LDoneseletq 一層內選擇 0 twmeletq 或二層內選擇 Ooneupq 或一層上呼 0 twodownq 或二層下呼 O tWoup_q 或二層上呼 Aeseatq 在三層位置時 SV0.1.1 置三層下行位 電梯下行 LDV0.0 有四層下行位 OV0.1 或有三

26、層下行位 OV0.2 或有二層下行位 AN up 同時無上行 =down 電梯下行 電梯到達某層時。將已完成的指令信號復位。以電梯到達三層為例。程序 說明如表 2-4 所示。 12 表 2-3 程序說明表 電梯在二層時上行情況 LD fourseletq 四層選擇 O threeseletq 或三層選擇 O fourdownq 或四層下呼 O hreedownq 或三層下呼 O threeupq 或三層上呼 A twoseatq 在二層位置時 S V0.4.1 置二層上行位 電梯上行 LD V0.3 有一層上行位 O V0.4 或有二層上行位 O V0.5 或有三層上行位 AN down 同時

27、電梯無下行 = UP 電梯上行 表 2-4 程序說明表 電梯到達三層 LD threesearq 電梯到達三層 R threeseletq.1 復位三層內選擇 R V0.0.1 復位四層下行 13 R V0.3.1 復位一層上行 R V0.4.1 復位二層上行 LD threesceatq 電梯到達三層 AN down 同時無下行 R threeupq.1 復位三層上行 LD threeseatq 電梯到達三層 AN up 同時無上行 R hreedownq.1 復位三層下行 14 第3章 系統輸入輸出設計 電梯 PLC 控制方案 電梯 PLC 控制系統的控制核心是 PLC 。哪些信號需要輸入

28、 PLC ，PLC 要驅動哪些負載，以及采用何種編程方式。輸入輸出點的確定，是設計整個控 制系統的首要問題，決定系統的程序及線路設計方案。 3.1 PLC輸入信號的確定方法 PC輸入信號的確定方法 在保證電梯運行安全的前提下，各種控制信號盡量直接輸入PLC，如圖： 內外呼信號及層樓感應信號、急停按鈕及開關門信號等。 本模塊輸入信號主要由樓層呼叫信號（ 6 個）和平層號（ 4 個）組成 #樓層 呼叫信號用帶指示燈的按鈕直接控制 plc 的輸入端子就可實現。 平層信號需提供的是開關信號，由于霍爾元件具有結構牢固、體積小、重 量輕、安裝方便、功率小、耐震動、不怕灰塵等優點，我選擇了橋廂下安裝磁 鐵，

29、通過非接觸的霍爾元件產生開關信號的方法。 開關霍爾集成傳感器與 plc 的輸入端子連接示意圖如圖 3-1 所示 圖 3-1 霍爾集成與 plc 連接示意圖 可用梯形圖或順序功能圖 SFC 來編程 #梯形圖編出的程序簡短，但可讀性 15 差，而且需要長期的編程技巧積累才能完成。建議學生用 SFC 來編，根據呼 叫信號和平層信號的變化控制 PLC 的輸出端 Y13 ，Y14， Y15 產生升、降、停 信號來進一步控制單片機的工作。要求學生編程時， Y13、 Y14 要互鎖，避免 同時接通，損壞步進電機。 3.2 PLC輸出信號的確定方法 PLC 通過軟件對輸入控制信號進行處理后，由輸出接口發出控制

30、信號及各 種指示信號 3。 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、層樓數指示、定向、換速、到層延時等模 塊。模塊間不完全獨立，它們之間存在著有機聯系。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一分配編號，除了列 I/O 分配表外，還應列出內輔功能分配表。充分利用 PLC 提供的指令。 輸出部分（步進電機的控制與驅動） 模擬電梯橋廂需根據呼叫和平層信號在短距離內（約25cm）不停上下移 動和啟停 ,嘗試了用多種控制方法去控制直流和交流電機都不能滿足要求,最后 選用步進電機滿足了設計的要求 .通過對 PL

31、C 進行編程 ,能直接控制步進電機 ,但 這樣同一 PLC 完成兩種任務 , 就會運行兩種不同的程序和有兩種接口 ,本模塊的 設計會很復雜 ,這也偏離了設計的原意 ,為此設計了通過單片機控制步進電機的 方法實現 . 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構 . 當步進驅動器接收到 一個脈沖信號 , 他就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度 （稱為“步 距角” ），他的旋轉是以固定的角度一步一步運行的，步進電機具有瞬間起動 與急速停止的優越性，速度可以控制得很慢，方便演示。 控制步進電機必須由環形脈沖、信號分配、功率放大等組成的控制系統， 方框圖如圖 3-2 所示 16 圖 3-3 步

32、進電機驅動電路 脈沖信號的產生 脈沖信號由程序控制單片機產生，如果給步進電機發一個控制脈沖，他就 轉一步，再發一個脈沖，他會再轉一步，沒有脈沖，就停止。兩個脈沖的間隔 越短，步進電機就轉得越快，調整單片機發出的脈沖頻率，就可以對步進電機 進行調速 12。為方便演示，速度要較慢，單片機程序設計電機轉速為20ms 對 單片機進行編程 ,當 PLC 的 Y13、Y14 、Y15 分別有信號時 ,使電機分別完成正 17 轉、反轉、停止動作，程序如下： ORG STORP:ORL P2,#OFFH LOOP:JNB P1.0,FOR JNB P1.1,REV JNB P1.2,STOP JM PLOOP

33、 FOR:MOV R0,#00H FOR1:MOV A,R0 MOV DPTR ,#TABLE MOVC A,A+DPTR JZ FOR CPL A; MOV P2.A; JNB P1.2,STO JNB P1.1,REV CALL DELAY INC R0 JM PFOR1 REV:MOV R0,#05H REV1:MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,+DPTR JZ REV CPL A MOV P2.A ; 步進電機停止 ;Y13 是否有信號 ,是則正轉 ;Y14 是否有信號 ,是則反轉 ;Y15是否有信號 ,是則停止 ; 正轉至 TABLE 取碼指針初值 ;

34、至 TABLE 取碼 ; 是否取到結束碼 (00H)? 將 ACC 反相 輸出至 P2,正轉 P;Y15 是否有信號 ,是則停止 ;Y14 是否有信號 ,是則反轉 ; 步進電機轉速 ; 取下一個碼 ; 反轉至 TABLE 取碼指針初值 ; 至 TABLE 取碼 ; 是否取到結束碼 (00H)? ; 將 ACC 反相 ; 輸出至 P2 反轉 18 JNB P1.2,STOP ;Y15 是否有信號 ,是則停止 JNB P1.0,FOR ;Y13 是否有信號 ,是則正轉 CALL DELAY ; 步進電機轉速 INC R0 ; 取下一個碼 JM PREV1 STOP:JM PSTOP DELAY:M

35、OV R1,#40H 步進電機轉速 20ms D1:MOV R2,#248 DJNZ R2,$ DJNZ R1,D1 RET TABLE:DB 03H,09H,0CH,06H,; 正轉 DB 00; 正轉結束碼 DB 03H,06H,0CH,09H; 反轉 DB 00反轉結束碼 END (2) 信號分配 本模塊使用的是二相四拍感應子式步進電機，步距角為1.8；當電機繞 組通電時序為 AB-BC-CD-DA或( AB- A B- AB - AB )時為正轉，通電時序為 DA-CA-BC-AB或( AB - AB - A B-AB)時為反轉。 (3) 功率放大 單片機的輸出信號經 74 系列數字運

36、放整形放大，再經達林頓管進一步放 大推動電機轉動。 4 層電梯仿真模塊的控制原理方框圖如圖 3-4 所示 19 圖 3-4 4 層電梯仿真模塊的控制原理方框圖 由信號輸入、控制電梯的 PLC 編程、步進電機控制 3 大部分組成。模塊 的面板如圖 3-5 所示 20 第4章 電梯 PLC 控制系統設計 4.1 電梯的控制要求 （1）當電梯停于某層時，有一高層呼叫時，電梯上升到呼叫層停止。 （2）當電梯停于某層時，有一低層呼叫時，電梯下降到呼叫層停止。 （3）當電梯停于某層時，有多高層呼叫時，電梯先上升到較低的呼叫層，停 秒后繼上升到高的呼叫層，響應完畢后停止。 （4）當電梯停于某層時，有多低層呼

37、叫時，電梯先下降到較高的呼叫層，停 秒后繼續下降到低的呼叫層，響應完畢后停止。 （5）當電梯處于上升或上降過程中，任何反向的呼叫均無效。 4.2 PLC 控制系統的設計分析 任何一種控制系統都是為了實現被控對象的工藝要求，以提高生產效率和 產品質量。因此，在設計 PLC控制系統時，應遵循以下基本原則： （1）最大限度地滿足被控對象的控制要求 PLC 充分發揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計 控制系統的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在 設計前就要深入現場進行調查研究，收集控制現場的資料，收集相關先進的國 內、國外資料。同時要注意和現場的工程管理

38、人員、工程技術人員、現場操作 人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。 （2）保證 PLC控制系統安全可靠 保證 PLC控制系統能夠長期安全、可靠、穩定運行，是設計控制系統的重 要原則。這就要求設計者在系統設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮， 21 制系統安全可靠。例如：應該保證 PLC程序不僅在正常條件下運行，而且在非 正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等） ，也能正常工作。 （3）力求簡單、經濟、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量，帶來巨大的經濟效益和 社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增 加。因此，在

39、滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益， 另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系 統簡單、經濟，而且要使控制系統的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求 自動化和高指標。 4.3 電梯模型 PLC控制系統設計 由于電梯的運行是根據樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進行控制，而樓 層和轎廂的呼叫是隨機的，因此，系統控制采用隨機邏輯控制。即在以順序邏 輯控制實現電梯的基本控制要求的基礎上，根據隨機的輸入信號，以及電梯的 相應狀態適時的控制電梯的運行。另外，轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數 確定，并送 PLC的計數器來進行控制。同時，每層樓設置一個接近開關用于

40、檢 測系統的樓層信號。為便于觀察，對電梯的運行方向以及電梯所在的樓層進行 顯示，采用 LED和發光管顯示，而對樓層和轎廂的呼叫信號以指示燈顯示 （ 開 關上帶有指示燈 ） 。為了提高電梯的運行效率和平層的精度，系統要求 PLC 能 對轎廂的加、減速以及制動進行有效的控制。根據轎廂的實際位置以及交流調 速系統的控制算法來實現。為了電梯的運行安全，系統應設置可靠的故障保護 和相應的顯示 15 。采用 PLC實現的電梯控制系統由以下幾個主要部分構成如圖 4-1 所示。 22 圖 4-1 PLC 實現的電梯控制系統主要構成部分 23 根據電梯所處的位置和運行方向，在編程中，采用了四個優先級隊列，即 上

41、行優先級隊列、上行次優先級隊列、下行優先級隊列、下行次優先級隊列。 其中，上行優先級隊列為電梯向上運行時，在電梯所處位置以上樓層所發出的 向上運行的呼叫信號，該呼叫信號所對應的樓層所具有的脈沖數存放的寄存器 所構成的陣列。上行次優先級隊列為電梯向上運行時，在電梯所處位置以下樓 層所發出的向上運行的呼叫信號，該呼叫信號所對應的樓層所具有的脈沖數存 放的寄存器所構成的隊列。控制系統在電梯運行中實時排列的四個優先級陳 列，為實現隨機邏輯控制提供了基礎。 當電梯以某一運行方向接近某樓層的減速位置時，判別該樓層是否有同向 的呼叫信號 （ 上行呼叫標志寄存器、下行呼叫標志寄存器、有呼叫請求時，相 應寄存器

42、為 l ，否則為 0） ，如有，將相應的寄存器的脈沖數與比較寄存器進行 比較，如相同，則在該樓層減速停車：如果不相同，則將該寄存器數據送入比 較寄存器，并將原比較寄存器數據保存，執行該樓層的減速停車。該動作完畢 后，將被保存的數據重新送入比較寄存器，以實現隨機邏輯控制。系統還利用 行程判斷樓層，并轉化成 BCD碼輸出，通過硬件接口電路以 LED顯示。 元 M40DR和一個擴展單元 E16DR來完成電梯控制系統的邏輯控制。 4.4 I/O 分配表 I/O 分配表如表 4-1 所示。 表 4-1 輸入分配表 上行 1 樓 呼入信號 X1 下行 2 樓 呼入信號 X13 上行 2 樓 呼入信號 X2

43、 下行 3 樓 呼入信號 X14 上行 3 樓 呼入信號 X3 下行 4 樓 呼入信號 X15 上行 4 樓 呼入信號 X4 樓層限位 開關信號 F1 X21 24 下行 1 樓 呼入信號 X12 樓層限位 開關信號 F2 X22 樓層限位 開關信號 F3 X23 樓層限位 開關信號 F5 X25 樓層限位 開關信號 F4 X24 表 4-2 輸出分配表 上行 1 樓信號燈 Y0 下行 5 樓信號燈 Y7 上行 2 樓信號燈 Y1 LED數字顯示 a Y20 上行 3 樓信號燈 Y2 LED數字顯示 b Y21 上行 4 樓信號燈 Y3 LED數字顯示 c Y22 下行 2 樓信號燈 Y4 L

44、ED數字顯示 d Y23 下行 3 樓信號燈 Y5 LED數字顯示 e Y24 25 X4 圖 4-2 硬件接線圖 26 4.5 PLC 程序梯形圖 27 第 5章 電梯 PLC 的調試與安裝 5.1 模擬調試 模擬調試可以在輸入端接上手動按鈕，而在 PLC 的輸出指示燈上看輸 出。這種調試比較抽象，輸入信號完全靠手動來控制。如按下 X4 是三層內 呼，如此時電梯不在三層，則對應輸出指示燈亮，然后依次通過手動來控制接 近開關按鈕，到第三層時電動機停轉，輸出指示燈滅。其它層的運行模擬調試 同理。 5.2 安裝調試 安裝調試過程是一個比較復雜且耗時間的過程，首先要確定器件型號。選 擇器件型號除了要

45、考慮機械設備、電壓、電流外，還要考慮經濟實用及美觀問 題。內選、外召喚信號指示燈可統一使用 24V，這樣可以用一個電源供電。不 僅可以簡化布線的繁雜，而且可以減少器件的使用，節省開支。接近開關可用 KCB 1 型雙穩態磁保開關，功率為 100W，這種開關完全是靠磁性動作，不 需電源。這樣不僅接線方便，而且可以節省一個電源。變壓器型號是 BK 50，主要用到 24V和 5V。5V 用在層樓顯示上。在正反轉線路中，交流接觸器 型號是 B16 型，此接觸器線圈電壓為 220V，這是在購買接觸器時特別注意 的問題。因為 PLC 輸出外部電源不能超過 250V ，所以選用接觸器線圈電壓 為 220V 的

46、型號。另外還有空氣開關、熱繼電器、電動機等等，這里不必一一 詳述。所有的器件都備好后，接下來就是安裝。主電路及 PLC 都裝在控制柜 內，這就要考慮到互相干擾的問題，主要是接觸器、空氣開關和 PLC 之間的 干擾，所以要相隔一定的距離，在安裝接近開關時還要考慮到一個動作范圍， 要確保轎廂正好在每層中間停靠。按鈕、指示燈或數碼顯示也按照同樣原則接 28 線。所有的元器件都按照一定的編號安裝好后，確保無誤后，就可以調試了。 由于調試過程中，輸入輸出點比較多，且完成一個動作所涉及的開關、按鈕、 輸出顯示也比較多。所以這里不一一說明。只對動作中一部分加以說明。 5.2.1 單指令運行調試 這是一種最簡單的調試方法，檢查所設計的程序在完成其最簡單的控制功 能時是否會發生錯誤。若各種調試無錯誤，則再用復雜的方法進行調試。單指 令運行調試的具體內容如下：假定電梯的轎廂在一樓，數碼管顯示為“1”，此 時按下三樓的內指令按鈕 X5，三樓內指令顯示 Y35 亮。