中文題目：基于 PLC 的雙速六層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 外文題目： The control system design of two speed six floor elevator basic on PLC I 摘要 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)采用的是繼電器邏輯控制電路，這種控制易出故障，維護不便，運行壽命短，占地空間大，正逐步被淘汰。 為了提高自動控制系統(tǒng)的可靠性和設(shè)備的工作效 率，設(shè)計了一套以 PLC為核心控制器的電梯自動控制系統(tǒng)，用來取代以往的較復(fù)雜的繼電器 接觸器控制。系統(tǒng)的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N-80MR型 PLC，因為在核心控制部分采用的是軟件程序控制，從而在保證電梯正常運行這個要求的情況下，大大的提高了電梯故障檢查與維修的方便性和容易性，同時還克服了手動操作所帶來的一些人為干擾因素，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 關(guān)鍵詞： PLC；電梯；邏輯控制；程序設(shè)計 II Abstract Along with the urban construction development unceasing, the high rise building increases unceasingly too. Elevator as a vertical transport operation in the high rise building, it was closely related to the peoples daily life. The traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually. For raising the credibility of the automatic control system and the work efficiency of the equipments, design a set of take PLC as the core controller of the elevator auto control system, using to replace former more complicated of after electric appliances-the contact machine control. The core part(control part) of the system used a Japanese Mitsubishi company to produce of the FX2N - 80 MR type PLC is the software procedure control in the core because of what to control the part adoption, thus Be promising the elevator circulates normally under the circumstance ofwith this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for maintain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in the meantime, obtain the good economic performance and social performance. Key words: PLC； elevator； logic control； program design 目錄 前言 . 1 1 電梯的概述 . 2 1.1 電梯的發(fā)展簡史 . 2 1.2 電梯的運行工作情況 . 2 1.3 電梯控制系統(tǒng)的組成 . 4 2 三菱 FX2N 系列可編程序控制器介紹 . 5 2.1 可編程控制器的基礎(chǔ)認(rèn)識 . 5 2.2 可編程序控制器的工作方式及編程語言 . 7 2.2.1 PLC 的工作方式 . 7 2.2.2 PLC 的編程語言 . 8 2.3 可編程序控制器與繼電器、微機在電梯控制中的應(yīng)用比較 . 8 3 交流雙速電梯的電氣設(shè)計 .10 3.1 交流雙速電梯的基本工作原理 .10 3.1.1 交流雙速電梯的主電路 .10 3.1.2 電梯的主要電氣設(shè)備 . 11 3.2 輸入輸出設(shè)計 .13 4 PLC 梯形圖設(shè)計 .15 4.1 程序說明 .15 4.1.1 算法說明 .15 4.1.2 程序中相關(guān)存儲單元及中間繼電器的說明 .15 4.2 主程序設(shè)計 .17 4.2.1 上下行指示燈輸出環(huán)節(jié) .17 4.2.2 反向樓層號預(yù)處理環(huán)節(jié) .17 4.2.3 樓層信號寫入環(huán)節(jié) .17 4.2.4 呼叫信號寫入環(huán)節(jié) .20 4.2.5 定向和等待信號設(shè)定環(huán)節(jié) .20 4.2.6 上行啟動加速環(huán)節(jié) .20 4.2.7 下行啟動加速環(huán)節(jié) .20 4.2.8 停止信號產(chǎn)生環(huán)節(jié) .23 4.2.9 轎箱減速過程環(huán)節(jié) .23 4.2.10 門控環(huán)節(jié) .25 4.2.11 上行或等待狀態(tài)反向信號處理環(huán)節(jié) .25 4.2.12 下行或等待狀態(tài)反向信號處理環(huán)節(jié) .25 4.2.13 上行同向信號處理環(huán)節(jié) .29 4.2.14 下行同向信號處理環(huán)節(jié) .30 4.2.15 內(nèi)部呼叫信號處理環(huán)節(jié) .31 4.2.16 子程序調(diào)用環(huán)節(jié) .32 4.3 子程序功能說明 .33 4.3.1 上行表排隊子程序模塊 .33 4.3.2 下行表排隊子程序模塊 .35 4.3.3 查詢上行表最大值子程序模塊 .38 4.3.4 查詢下行表最小值子程序模塊 .38 4.3.5 上行表已完成信號消除子程序模塊 .41 4.3.6 下行表已完成信號消除子程序模塊 .41 5 上位機組態(tài)設(shè)計及系統(tǒng)測試 .45 5.1 RealInfo 上位機組態(tài)設(shè)計 .45 5.1.1 RealInfo 介紹 .45 5.1.2 上位機組態(tài)設(shè)計相關(guān)說明 .45 5.1.3 界面介紹 .46 5.1.4 演示用腳本 .46 5.2 系統(tǒng)功能測試 .63 5.2.1 等待狀態(tài)時的功能測試 .63 5.2.2 上行狀態(tài)時的功能測試 .68 5.2.3 下行狀態(tài)時的功能測試 .68 5.3 系統(tǒng)說明 .68 6 結(jié)論 .69 致謝 .70 參考文獻 .71 附錄 A 中文文獻 .72 附錄 B 英文文獻 .83 1 前言 隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，高層建筑日益增多，電梯成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚拇焦ぞ?。電梯性能的好壞對人們生活的影響越來越顯著，因此必須努力提高電梯系統(tǒng)的性能，保證電梯的運行及高效節(jié)能又安全可靠?？删幊炭刂破鳎?PLC）是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算裝置的電子裝置。鑒于其種種有點，目前，電梯的繼電器控制方式 已逐漸被 PLC 控制代替。但是，現(xiàn)在很多 PLC 控制電梯的程序設(shè)計思想還是源自于傳統(tǒng)繼電器的組合邏輯設(shè)計法， 程序結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且很難完成比較高級的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。 本設(shè)計充分發(fā)揮 PLC 在數(shù)據(jù)運算和數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢，采用 純 數(shù)字式控制方法，能夠非常準(zhǔn)確、高效地 實現(xiàn) 電梯上行、下行以及電梯門開關(guān)等控制功能，并具有智能分析樓層信號能力以及良好的可擴展性。本系統(tǒng)采用 的是 “雙排序表查詢算法”。 所謂的“雙排序表”，即設(shè)定兩個數(shù)據(jù)表，一個專門存儲上行信號的升序排列的數(shù)據(jù)表和一個專門存儲下 行信號的降序排列的數(shù)據(jù)表，電梯完全按照兩個數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)運行。采用這種控制策略有如下優(yōu)點： 首先，由于電梯的停靠和啟動方向是由表中的數(shù)據(jù)來指定，而非傳統(tǒng)的組合邏輯控制方式。 這樣就有效地避免了由于邏輯錯誤而導(dǎo)致一系列如漏停、多停等電梯運行故障。增加了電梯的可靠性和運行穩(wěn)定性，并減少了維護成本。 其次，用數(shù)據(jù)表的方式存儲呼叫信號，可以方便地通過各種優(yōu)化算法對這些呼叫信號進行優(yōu)化處理，使電梯的運行更加智能化，提高電梯運送乘客的工作效率，同時也達到了節(jié)省能源的目的。 最后，純數(shù)字式的處理方法有效地避免了傳統(tǒng)設(shè)計方法 中的組合邏輯爆炸的風(fēng)險，可以使系統(tǒng) 高效 地運行在高樓層電梯系統(tǒng)中 ，而不用擔(dān)心負(fù)擔(dān)過重而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓甚至崩潰 。這種控制算法具有非常優(yōu)良的可擴展和可升級性。只要稍加修改，便可將其 移植 到其他的電梯控制系統(tǒng)中。 本論文著重闡述了“雙排序表查詢算法”的工作原理，以及此算法用三菱 FX2n 系列PLC 編程語言實現(xiàn)的方法。 2 1 電梯的概述 隨著人口的增加，科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展，人們物質(zhì)文化生活水平的逐步提高，建筑業(yè)得以迅速發(fā)展，大批的高樓大廈拔地而起，十幾層至幾十層的賓館、飯店、辦公樓、住宅 比比皆是 。伴隨建筑業(yè)的發(fā)展，為建 筑內(nèi)提供上下交通運輸?shù)碾娞莨I(yè)也在日新月異地發(fā)展著。電梯已不僅是一種生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要設(shè)備，更是一種工作和生活中的必需設(shè)備，完全可以預(yù)想到，隨著社會的發(fā)展，電梯產(chǎn)品在人們物質(zhì)文化生活中的地位將和汽車一樣，成為重要的運輸設(shè)備之一。 1.1 電梯的發(fā)展簡史 據(jù)國外有關(guān)資料介紹，公元前 2800 年在古代埃及，為了建筑當(dāng)時的金字塔，曾使用過由人力驅(qū)動的升降機械。公元 1765 年瓦特發(fā)明了蒸汽機后， 1858 年美國研制出以蒸汽為動力，并通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅(qū)動的電梯。 1878 年英國的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。并隨著水壓梯的 發(fā)展，淘汰了蒸汽梯。后來又出現(xiàn)了液壓泵和控制閥以及直接柱塞式和側(cè)柱塞式結(jié)構(gòu)的液壓梯。這種液壓梯至今仍為人們所采用。 但是，電梯得以興盛發(fā)展的根本原因在于采用了電力作為動力來源。 18 世紀(jì)末發(fā)明了電機，并隨著電機技術(shù)的發(fā)展， 19 世紀(jì)初開始使用交流異步單速和雙速電動機作動力的交流電梯，特別是交流雙速電動機的出現(xiàn)，顯著改善了電梯的工作性能。在 20 世紀(jì)初，美國奧的斯電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產(chǎn)出以槽輪式驅(qū)動的直流電梯，從而為后來的高速度、高行程電梯的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 20 世紀(jì) 30 年代美國紐約市的 102 層摩天 大樓建成，美國奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了 74 臺速度為 6.0m/s 的電梯。從此以后，電梯這個產(chǎn)品，一直在日新月異地發(fā)展著。目前的電梯產(chǎn)品，不但規(guī)格品種多，自動化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，可編程序控制器（ PLC）和電子計算機成功地應(yīng)用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中去后，電梯產(chǎn)品的質(zhì)量和運行效果顯著提高。 1.2 電梯的運行工作情況 一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜箱、導(dǎo)軌等主要部件組成。電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點站和終點 3 站 之間還設(shè)有?？空?。起點站設(shè)在一樓，終點站設(shè)在最高樓。 各站的廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點站和終點站上各設(shè)置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設(shè)置兩個按鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開關(guān)或與層站對應(yīng)的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕。 電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動、加速、?？康热克緳C控制操作，而且在運行過程中可能遇到的情況比較復(fù)雜，因此汽車司機必須經(jīng) 過嚴(yán)格的培訓(xùn)和考核。而電梯的自動化程度比較高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關(guān)門、定向、起動、在預(yù)定的層站平層?？块_門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和?？?，依次完成全部指令任務(wù)。 盡管電梯和汽車在運算工作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行，在運行方向前方的停靠站上有順向的指令信號時，電梯到站能自動平層?？块_門接乘客 。而載貨電梯的運行工作情況則類似卡車，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指令任務(wù)，當(dāng)一個指令任務(wù)完成后才能再下達另一個指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過程中，從一個層站出發(fā)到另一個層站時，假若中間層站出現(xiàn)順向指令信號，一般都不能自動?？?，所以載貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。 本 設(shè)計 主要研究單臺 六 層電梯的 PLC 控制方法，分述其 電氣 設(shè)計和軟件設(shè)計過程。 4 1.3 電梯控制系統(tǒng)的組成 電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。 1. 電梯的電力拖動部分 電梯主拖動類型有直流電動 機拖動、交流電動機拖動、直流 G M（即發(fā)電機電動機組供電）拖動、晶閘管供電（ SCR M）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調(diào)壓調(diào)速（ AVCC）拖動、交流變頻調(diào)速（ VVVF）等。因直流電梯的拖動電動機有電刷和換相器，維護量較大，可靠性低，現(xiàn)已被交流調(diào)速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動機在選定的調(diào)速方式下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩總能達到負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求?？紤]到電壓的波動、導(dǎo)軌不夠平直造成的運動阻力增大等因素，電動機轉(zhuǎn)矩還應(yīng)有一定的裕度。 2. 電梯的電氣控制部分 電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示 、召喚箱及曳引電動機等幾十個分散安裝在電梯井道內(nèi)外和各相關(guān)電梯部件中的電器元件構(gòu)成。電氣控制系統(tǒng)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。 電梯一般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉(zhuǎn)、停止等，這整個過程是由電氣控制系統(tǒng)來完成。具體地說電梯的控制主要是指對電動機的起動、停止、運行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內(nèi)指令等進行處理。其操縱是實行各個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。 電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當(dāng)一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度 確定后，電力拖動系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據(jù)電梯安裝使用地點、乘載對象進行認(rèn)真選擇，才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。 電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)引進工作的進一步開展，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展換代迅速。繼電器控制系統(tǒng)的電梯故障率高，大大降低了電梯的運行可靠性和安全性，所以基本上已經(jīng)被淘汰。而 PLC 以其體積小、功能強、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養(yǎng)簡便、修改邏輯靈活、程序容易編制，易聯(lián)成控制網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用 。 5 2 三菱 FX2N 系列可編程序控制器介紹 2.1 可編程控制器的基礎(chǔ)認(rèn)識 1. 三菱 FX2N PLC 的主要特點： 1)集成型高性能。 CPU、電源、輸入輸出三為一體。 對 6 種基本單元，可以以最小 8 點為單元連接輸入輸出擴展設(shè)備，最大可以擴展輸入輸出 256 點。 2)高速運算 基本指令： 0.08 s指令 應(yīng)用指令： 1.52 幾百 s指令 3)安心、寬裕的存儲器規(guī)格 內(nèi)置 8000 步 RAM 存貯器 安裝存儲盒后，最大可以擴展到 16000 步。 4)豐富的軟元件范圍 輔助繼電器： 3072 點 ，定時器： 256 點，計數(shù)： 235 點 數(shù)據(jù)寄存器； 8000 點 5)除了具有輸入輸出 16 256 點的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。 6)面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格 為大量實際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能： 開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要 -模擬 I O，高速計數(shù)器。對每一個 FX2n 主單元可配置總計達 8 個特殊功能模塊。 2. PLC 的性能指標(biāo)和分類 1) PLC 的主要性能指標(biāo) (1)輸入輸出點數(shù)（ I O 點數(shù)） I O 點數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和 。它標(biāo)志著可以接多少個開關(guān)、按鈕和可以控制多少個負(fù)載。 (2)存儲容量 存儲容量是指可編程序控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以步為單位，二進制 16 位即一個字為一步。 6 (3)掃描速度 一般以執(zhí)行 1000 步指令所需時間來衡量，單位為 ms/k 步，也有以執(zhí)行一步指令所需時間來計算的，單位用 s/步。 (4)功能擴展能力 可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用的需要，如 A D 模塊、 D A 模塊、位置控制模塊等。 (5)指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指一臺可編程序控 制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強弱的主要指標(biāo)。 2) PLC 的分類 通常， PLC 產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進行分類。按結(jié)構(gòu)形式不同 , 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型 PLC 三種類型。 3. PLC 系統(tǒng)的組成 PLC 是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機控制系統(tǒng)相似。 PLC 也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。 1) PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 一套 PLC 系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口、內(nèi)部電源）、 I O 擴展單元及外部設(shè)備組成。圖 2-1 為 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)圖。 圖 2-1 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)圖 Fig.2-1 PLC hardware structure chart 輸入電路 CPU EPROM RAM 輸出電路 基本單元 內(nèi)部電源 擴展 I/O接口 各種外設(shè)接口 輸出信號 現(xiàn)場輸入信號 主機 編程器 打印機 PC 機 輸入電路 輸出電路 擴展單元 輸出信號 擴展連接電纜 至其他擴展單元 現(xiàn)場輸入信號 7 2) PLC 的軟件 PLC 的軟件系統(tǒng)指 PLC 所使用的各種程序的集合，它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（應(yīng)用軟件）組成。系統(tǒng)程序：包括監(jiān)控程序、輸入譯碼程序及診斷程序等。用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用 PLC 的編程語言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。 2.2 可編程序控制器的工作方式及編程語言 2.2.1 PLC 的工作方式 1. PLC 的掃描工作方式 圖 2-2 PLC 的掃描過程 Fig.2-2 the scanning course of PLC 可編程序控制器在進入 RUN 狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始地重要進行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖 2-2 所示，包括五個階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。 PLC 完成一次掃描過程所需 的時間稱為掃描周期。掃描周期的長開始 內(nèi)部處理 通信處理 RUN 方式？ 輸入掃描 程序執(zhí)行 輸出處理 N Y 8 短與用戶程序的長度和掃描速度有關(guān)。 2. PLC 的程序執(zhí)行過程 PLC 的程序的執(zhí)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖 2-3 所示。 圖 2-3 PLC 的程序執(zhí)行過程 Fig.2-3 the enforcing course of PLC 3. PLC 的掃描周期 在 PLC 的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應(yīng)包含自診斷及 與外設(shè)通信等時間。 4. PLC 的 I O 響應(yīng)時間 PLC 采用集中 I O 刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產(chǎn)生了 PLC 的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時間為2-3 個掃描周期。 2.2.2 PLC 的編程語言 PLC 的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被采用。本課題所采用的編程語言為梯形圖語言。 2.3 可編程序控制器與 繼電器、微機在電梯控制中的應(yīng)用比較 在電梯的電氣系統(tǒng)中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統(tǒng)必須起動各種控制信號輸入端子 輸入映象寄存器 輸出映像寄存器 輸出鎖存器 輸出端子 輸入 . 輸出 程序執(zhí)行階段 輸入采樣階段 輸出刷新階段 X001 Y001 Y001 M1 讀 讀 9 和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動機以及電子元件、電力電子器件等），要達到這些控制目的，其方法有： 1. 繼電器 接觸器控制系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)是早期電梯多采用的一種控制系統(tǒng)。優(yōu)點：與其它控制系統(tǒng)比較，其簡單、易于理解和掌握、價格便宜。缺點：動合觸點易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統(tǒng)耗能大、動作噪聲大；維修保養(yǎng)工作量大、費用高。因此這種控制系統(tǒng)僅用于速度不高、性能要求也不高的電梯中。 2. 微機控制系統(tǒng) 電梯的微機控制系統(tǒng)實質(zhì)上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過程序存貯器中的程序來完成的控制系統(tǒng)。因此對于有不同功能要求的電梯控制系統(tǒng)，只要改變程序存貯器中的程序指令即可，而無需變更或增減硬件系統(tǒng)的元件或布線。因此，十分方便于使用和管理，并提高系統(tǒng)的可靠性，減小控制系統(tǒng)體積，降低了能耗及其維修保養(yǎng)費用。雖然微機控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優(yōu)越性。但是，對一般的電梯而言，應(yīng)用微機控制也有其局限性和不足之處。其缺點是：微型計算機是按數(shù)字運算的需要而設(shè)計的，功能比較齊全， 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；而一般的電梯控制只需要進行簡單的邏輯運算，運算方式多為“與”、“或”、“非”幾種，運算位數(shù)只需 1 位，即“ 1”與“ 0”。因此，使用微機就有“大材小用”之嫌。此外，微機的接口電路沒有標(biāo)準(zhǔn)件，而且一般不控制強電。但在電梯控制中，往往要求能直接控制 110V 或 220V 的用電設(shè)備，如用戶專門配備接口電路既不方便又不可靠。綜上所述，造成用微機控制的成本、運行和維修費用均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機控制在經(jīng)濟上不合算。 3. PLC 控制系統(tǒng) PLC 充分利用了微型計算機的原理和技術(shù)，保留計算機控制的優(yōu)點 ，而克服了它的缺點。它具有強大的生命力，各工業(yè)部分紛紛用它來改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果。 總之， PLC 是采用微機技術(shù)制造的通用自動控制設(shè)備，它能控制開關(guān)量、模擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強、并具有完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)、運算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設(shè)備。它不僅能用于控制機械設(shè)備、流水線和各種設(shè)備的運行過程，將 PLC 用于控制電梯各種操作和處理相關(guān)信息也是可行的。 10 3 交流雙速電梯的電氣設(shè)計 3.1 交流雙速電梯的基本工作原理 3.1.1 交流雙速電梯的主電路 圖 3-1 是交流雙速電梯的主電路圖。圖中 M1 為電梯專用型雙速籠型異步電動機；KM1、 KM2 為電動機正反轉(zhuǎn)接觸器，用以實現(xiàn)電梯上、下行控制； KM3、 KM4 為電梯高低速運行接觸器，用以實現(xiàn)電梯的高速或者低速運行； KM5 為啟動加速接觸器； KM6、KM7、 KM8 為減速制動接觸器，用以調(diào)整電梯制動時的加速度； L1、 L2 與 R1、 R2 為串入電動機定子電路中的 電抗和電阻，當(dāng) KM1 或者 KM2 與 KM3 通電吸合時，電梯將進行上行或下行啟動，延時后 KM5 通電吸合，切除 R1、 L1，電梯將轉(zhuǎn)為上行或下行的穩(wěn)速運行；當(dāng)電梯接收到停層指令后， KM3 斷電釋放， KM4 通電吸合，點擊轉(zhuǎn)為低速接法，傳入阻抗制動，實現(xiàn)上升與下降的低速運行，且 KM6KM8 依次通電吸合，用來控制制動過程的強度，提高停車制動時的舒適感；至平層位置時，接觸全部斷電釋放，包閘抱死，電梯停止運行。 11 L1L2L3SQF U 1S Q 0K M 1K M 5K M 3F R 1M13F R 2K M 4R2L2 L1K M 8K M 6 K M 7R1K M 2圖 3-1 主電路圖 Fig.3-1 main electro circuit chart 3.1.2 電梯的主要電氣設(shè)備 1）牽引電動機 齒輪牽引機為電梯的提升機構(gòu)。主要由驅(qū)動電動機，電磁制動器（也稱電器包閘），減速器牽引輪 組成。 2）自動門機 用來完成電梯的開門與關(guān)門。電梯的門分為廳門（每層站一個）與轎門（只有一個）。只有當(dāng)電梯?？吭谀硨诱緯r，此層廳門才允許開啟（由門機拖動轎門，轎門帶動廳門完成）；也只有當(dāng)廳門，轎門全部關(guān)閉后才允許啟動運行。 3）層樓指示燈 層樓指示燈也叫層顯，安裝在每層站廳門的上方和轎箱內(nèi)轎門的上方，用以指示電梯的運行方向及電梯所處的位置。 過去常由低壓燈泡構(gòu)成，現(xiàn)多由數(shù)碼管組成，且與呼梯盒做成一體結(jié)構(gòu)。 4）呼梯盒 用以產(chǎn)生呼叫信號。常安裝在廳門外，離地面一米左右的墻壁上?；九c底站只有一只按鈕，中 間層站由上呼叫與下呼叫兩個按鈕組成。 12 5）操縱箱 操縱箱安裝在轎箱內(nèi)，供乘客對電梯發(fā)布動作命令。其上面設(shè)有與電梯層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕。 6）平層及開門裝置 該裝置如圖 3-2 所示。 由平層感應(yīng)器及樓層感應(yīng)器 組成。上行時，上磁鐵板先觸發(fā)樓層感應(yīng)器，發(fā)出減速停車信號；電梯開始減速，至平層信號出發(fā)時，發(fā)出開門及停車信號，電動機停轉(zhuǎn)，包閘抱死。下行時，下磁鐵板出發(fā)樓層感應(yīng)器，發(fā)出減速停車信號；電梯開始減速，至平層信號出發(fā)時，發(fā)出開門及停車信號。 圖 3-2 電梯的平層、停層裝置示意圖 Fig.3-2 the sketch map of elevator flat bed and stop 13 3.2 輸入輸出設(shè)計 為了便于對電梯的工作原理及 PLC 系統(tǒng)進行分析，現(xiàn)列出電梯所用電器元件表。 表 3-1 電梯電氣元件表 Tablet.3-1 table of elevators electric elements 元件符號 名稱及作用 元件符號 名稱及作用 KM1 上行接觸器 1HL 6HL 16 層層樓指示燈 KM2 下行接觸器 7HL 8HL 上行、下行指示燈 KM3 高速接觸器 HL8 1 樓外呼記憶燈 KM4 低速接觸器 HL9 2 樓上呼記憶燈 KM5 啟動加速接觸器 HL10 2 樓下呼記憶燈 KM6 KM8 制動減速接觸器 HL11 3 樓上呼記憶燈 KM9 開門接觸器 HL12 3 樓下呼記憶燈 KM10 關(guān)門接觸器 HL13 4 樓上呼記憶燈 SQ6 開門到位開關(guān) HL14 4 樓下呼記憶燈 SQ7 關(guān)門到位開關(guān) HL15 5 樓 上 呼記憶燈 SQ17 上限位開關(guān) HL16 5 樓下呼記憶燈 SQ18 下限位開關(guān) HL17 6 樓下呼記憶燈 SB1 開門按鈕 1KR 6KR 各樓層感應(yīng)器 SB2 關(guān)門按鈕 7KR 平層感應(yīng)器 SB3 上行啟動按鈕 1SB1 5SB1 1 5 樓上行外呼按鈕 SB4 下行啟動按鈕 2SB2 6SB2 2 6 樓下行外呼按鈕 SB5 SB10 1 6 樓層內(nèi)選層按鈕 綜合考慮輸入輸出要求，估計需要 PLC 輸入輸出點 70 左右 。因此，采用三菱FX2N-80MR 可編程控制器完成本次設(shè)計。其輸入輸出電路如圖 3-3 所示。 14 圖 3-3 I/O 接線圖 Fig.3-3 I/O connection chart 15 4 PLC 梯形圖設(shè)計 本套電梯控制系統(tǒng)的核心算法 是 采用“查表排序” 的方式進行對電梯轎箱的上下行控制。 程序設(shè)置了兩個表 上行表和下行表。在樓層數(shù)據(jù)存入和讀取時，分別通過六個子程序模塊對兩個表中的數(shù)據(jù)進行派對處理，以實現(xiàn)電梯轎箱的控制要求。本程序由主程序和六個子程序模塊組成，六個子程序模塊分別是：上行表排隊子程序模塊，下行表排隊子程序模塊，查詢上行表最大值子程序模塊，查詢下行表最大值子程序模塊，上行表完成信號消除模塊，下行表完成信號消除模塊。 4.1 程序說明 可編程控制器，從本質(zhì)上說，是應(yīng)用于工業(yè)控制的計算機。所以本程序充分發(fā)揮計算機數(shù)據(jù)處理方面的有事，采用雙排序表查詢 算法進行電梯任務(wù)數(shù)據(jù)的控制。 4.1.1 算法說明 程序 的基本控制 流程 如圖 4-1 所示。 4.1.2 程序中相關(guān)存儲單元 及中間繼電器 的說明 為了便于理解程序的功能，現(xiàn)將程序中使用到的相關(guān)存儲單元 中間繼電器 的作用加以說明。 D100：上行表起始地址； D120：下行表起始地址； D110：上行表反向呼叫信號預(yù)處理存儲單元； D130：下行表反向呼叫信號預(yù)處理存儲單元； D0： 呼叫信號存儲單元； D1：樓層信號存儲單元； D2： 上行表最大值存儲單元； D3：下行表最小值存儲單元； D200：子程序調(diào)用時樓層信號 臨時存儲單元 ； M200：等待狀態(tài)信號 ； M201：上行控制信號 ； M202：下行控制信號 ； M211：開門控制信號 ； M1-M6：六個子程序的入口。 16 呼叫信號 是否與電梯運行方向 相同 是否大于該樓層最大值 加 10 處理 是否與電梯運行方向 相同 降序排序處理 升序排序處理 是否 低 于當(dāng)前樓層 是否小于該樓層最小值 減 10 處理 呼叫信號 是否高于當(dāng)前樓層 上行表 下行表 是 圖 4-1-1 呼叫信號控制流程圖 Fig.4-1-1 the controlling chart of call signal 是 是 是 是 是 否 否 否 否 否 否 17 4.2 主程序設(shè)計 4.2.1 上下行 指示燈 輸出 環(huán)節(jié) 本環(huán)節(jié)完成上行指示燈 Y25 和下行指示燈 Y26 的控制。當(dāng)上行控制信號 Y21 有效時，發(fā)出一個上升沿脈沖，通過 SET 指令將 Y25 設(shè)置為有效狀態(tài)，通過 RST 指令將 Y26 設(shè)置為無效狀態(tài)。當(dāng)下行控制信號 Y22 有效時，發(fā)出一個上升沿脈沖，通過 SET 指令將 Y26設(shè)置為 有效狀態(tài)，通過 RST 指令將 Y25 設(shè)置為無效狀態(tài)。當(dāng)?shù)却隣顟B(tài)中間繼電器 M200有效時，發(fā)出一個上升沿脈沖，通過 RST 指令將 Y25 和 Y26 都設(shè)置為無效狀態(tài)。 梯形圖如圖 4-2-1 所示。 4.2.2 反向樓層號 預(yù) 處理環(huán)節(jié) 本環(huán)節(jié)預(yù)先完成對上行 和下行 過程中的反向樓層呼叫信號 進行預(yù)處理，以便以后的程序直接使用處理后的結(jié)果。梯形圖如圖 4-2-1 所示。 4.2.3 樓層信號寫入環(huán)節(jié) 本環(huán)節(jié)完成 1-6 樓的樓層感應(yīng)器信號的 相應(yīng) 和存入功能。當(dāng)各樓層的樓層信號感應(yīng)器 X25-X32 有信號觸發(fā)后，通過 MOVP 指令樓層數(shù)據(jù)寫入樓層信息存 儲單元 D1 中。另外也通過 MOVP 指令將七段顯示器的對應(yīng)數(shù)據(jù)寫入到樓層信號輸出單元 K2Y34 中，并在七段顯示器中輸出。梯形圖如圖 4-2-3 所示。 18 4-2-1 上下行指示燈輸出環(huán)節(jié)梯形圖 Fig.4-2-1 ladder chart of up and down indicator light output 4-2-1 反向 呼叫 信號預(yù)處理環(huán)節(jié)梯形圖 Fig.4-2-2 ladder chart of reverse call signal pretreatment 19 圖 4-2-3 樓層信號寫入 環(huán)節(jié) 梯形圖 Fig.4-2-3 ladder chart of floor signal written 20 4.2.4 呼叫信號寫入環(huán)節(jié) 本環(huán)節(jié)完成對呼梯盒以及內(nèi)部按鈕產(chǎn)生的呼叫信號的響應(yīng)和存入功能。呼梯盒及內(nèi)部按鈕 X1-X20 如果被出發(fā)，將發(fā)出一個上升沿脈沖，通過 MOV 指令將對應(yīng)的樓層信號存入呼叫信號存儲單元 D0 中。之后，通過 比較 語句 d100 k0為真，說明上行表中有人物數(shù)據(jù)，則觸發(fā) M201（上行狀態(tài)控制位）。同理，若比較語句 d120 k0為真，說明下行表中有人物數(shù)據(jù)，則觸發(fā) M202（下行狀態(tài)控制位）。上行和下行控制位通過互鎖使兩個控制位不能同時為真。梯 形圖