PLC電梯控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13664PLC電梯控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計案例 127923第1章電梯控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 1179631.1本設(shè)計中電梯控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 132611.2控制方案的選擇 231111.1.1單片機(jī)系統(tǒng)方案 2313521.1.2可編程控制器系統(tǒng)方案 3307291.1.3電梯的工作原理 4151541.1.4繼電器控制 4158271.1.5控制系統(tǒng)選擇 547511.1.6系統(tǒng)的硬件設(shè)計思路 5316671.3控制方案的確定 521169第2章電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 6320402.1梯形圖軟件設(shè)計與分析 631580（1）召喚信號的記錄和消除過程 69252（2）指令信號的記錄和消除過程 711023（3）關(guān)門和開門過程 84148（4）消防控制過程 8148562.2I/O分配設(shè)計 971612.3程序流程功能圖設(shè)計 10220942.4電梯控制的上位機(jī)界面設(shè)計 11第1章電梯控制系統(tǒng)的總體設(shè)計1.1本設(shè)計中電梯控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)在工業(yè)自動化技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，電梯在控制技術(shù)上有一個從繼電器控制系統(tǒng)到PLC控制系統(tǒng)一體化的發(fā)展歷程。它和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣,PLC電梯控制系統(tǒng)分為信號控制系統(tǒng)與拖動控制系統(tǒng)兩個部分。本文電梯控制系統(tǒng)采用六層六站電梯PLC控制系統(tǒng)為例，圖2,速度調(diào)整裝置及主拖動系統(tǒng)的設(shè)計等等。系統(tǒng)控制的核心是PLC主機(jī)和操作盤及呼叫梯盤、升降通道和安全保護(hù)的信號經(jīng)PLC輸入接口送PLC,再由軟件程序控制，將信號送到牽引系，在令人滿意的電梯有起動加速，制動減速、上下左右的操作等作用。圖1.1電梯PLC控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)使用轎廂外召喚的方式、轎廂采用按鈕控制方式自動控制制形式，電梯通過裝在轎廂上的指令按鈕進(jìn)行運(yùn)行，它的運(yùn)行內(nèi)容是反應(yīng)，轎廂內(nèi)是根據(jù)分層指令開始電梯的意思，使得電梯達(dá)到目標(biāo)樓層。電梯的上，下行均采用交流電動機(jī)供電，電動機(jī)在轉(zhuǎn)動，電梯在升高?？梢赃_(dá)到電動機(jī)反轉(zhuǎn)，電梯下降的目的、電梯開始提速，平穩(wěn)運(yùn)行、制動減速和其他調(diào)速。電梯轎廂門的動力來自另一個直流電動機(jī)，電梯正轉(zhuǎn)時轎廂門開啟，電動機(jī)倒轉(zhuǎn)使轎廂門閉合，每層電梯上都有呼叫按鈕、轎廂內(nèi)門的按鈕、轎廂內(nèi)門的按鈕。電梯廳外，每層均設(shè)有數(shù)碼管顯示設(shè)備，電梯運(yùn)行方向指示燈及其他設(shè)備。1.2控制方案的選擇控制系統(tǒng)選擇與設(shè)計要依據(jù)電梯控制系統(tǒng)設(shè)計需求進(jìn)行。在控制系統(tǒng)的選型中，對使用環(huán)境進(jìn)行分析是很有必要的、系統(tǒng)的性能要求及費(fèi)用。系統(tǒng)設(shè)計平穩(wěn)可控，現(xiàn)場工作環(huán)境較好，提升之后，還有提升的余地?？刂葡到y(tǒng)選擇在很大程度上影響著系統(tǒng)穩(wěn)定性、功能完善，操控方便，為以后該系統(tǒng)的完善與提升提供空間，還利于系統(tǒng)完善與提升。除此之外，成本控制系統(tǒng)設(shè)計還關(guān)系到課題設(shè)計研究時間，接著對一般控制系統(tǒng)進(jìn)行了利弊分析和對比，選擇合適的控制系統(tǒng)等。1.1.1單片機(jī)系統(tǒng)方案PLC的工作模式有工作模式和停機(jī)模式。若在終止?fàn)顟B(tài)，則只有兩種處理流程：內(nèi)部和通訊；在工作的時候，它的工作模式是重復(fù)的。一旦收到第一條命令，就會按照一定的順序進(jìn)行相應(yīng)的處理，直到整個過程結(jié)束。然后再進(jìn)行一次，如此反復(fù)。PLC在運(yùn)行時，除內(nèi)部和通訊信息外，還包括輸入、輸出、執(zhí)行。執(zhí)行程序一般由三個階段組成：取樣、執(zhí)行和更新。另外，PLC在運(yùn)行中也能自動進(jìn)行故障診斷，并能完成對終端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳遞。另外，PLC的程序在運(yùn)行時，采用了中央控制的輸入和輸出，即使出現(xiàn)了異常的信號，也不會對存儲器造成任何的影響。首先對微處理器的硬件電路進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，并對其進(jìn)行了軟件設(shè)計。尤其是在R&D電路板的設(shè)計上要慎重。如果您的疏忽，可能導(dǎo)致線路板的品質(zhì)出現(xiàn)問題，因此，如果MCU在研發(fā)中，如果現(xiàn)場測試流程出現(xiàn)了很大的改變，那么MCU廠商很可能會放棄電路板的設(shè)計。在軟件設(shè)計的時候，如果有一個固定的記憶體，那么更改是非常困難的。另外，MCU系統(tǒng)必須具備很好的抗干擾性，但擴(kuò)展性差，不適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，后期難以改善。所以，要按照系統(tǒng)的設(shè)計需求，對其進(jìn)行改造，留出一定的發(fā)展空間，使其不能滿足系統(tǒng)的技術(shù)需求，從而不能滿足軟件的需求。1.1.2可編程控制器系統(tǒng)方案可編程序控制器是針對當(dāng)前工業(yè)控制環(huán)境，尤其是計算機(jī)、通訊等技術(shù)發(fā)展的需要而研制的?？删幊炭刂破髟赑LC（PLC）的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用?；谠摂U(kuò)展模塊，可編程控制器（PLC）可以根據(jù)實際情況和功能進(jìn)行選擇。比如，在實際應(yīng)用中，需要進(jìn)行模擬和仿真控制的選擇。確保按照預(yù)定的通訊線路選擇合適的通訊設(shè)備。根據(jù)PLC的品牌及型號，進(jìn)行軟件的設(shè)計及選用。研究、開發(fā)和設(shè)計一般都是用來進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的。在編程之后，您可以從編程的線纜中下載該軟件。如果沒有改變“過程”域，那么就修改這個過程，然后增加一個功能。二次開采的研究比較簡單，要求設(shè)備布置以保證外部剩余的投入和產(chǎn)出，從而更方便地進(jìn)行后續(xù)的改造和現(xiàn)代化。由于PLC在工程上的廣泛使用，因此，本文以PLC為控制單元，并將其用于實際系統(tǒng)的設(shè)計。為了進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計，對已有的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測、記錄、查詢和修改，必須將其顯示在上位計算機(jī)的人機(jī)接口中，通過人機(jī)接口來了解目前的運(yùn)行狀況，查詢有關(guān)的資料。PC與PLC之間采用通信協(xié)議進(jìn)行通信。PLC在實際應(yīng)用中具有很強(qiáng)的抗干擾性。本論文所采用的三菱fx-2n型可編程控制器，能夠在30個小時內(nèi)不間斷地工作。同時，該P(yáng)LC還具備故障顯示、報警等功能，節(jié)約了運(yùn)行周期，減少了后期維修工作的困難。與傳統(tǒng)的繼電器比較，PLC采用集中式運(yùn)算邏輯，可減少元件數(shù)目，減少電路及電路。PLC在速度、液位、溫度等方面有著廣泛的應(yīng)用。與其它裝置的人機(jī)接口，使得整個系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可操作性。由于PLC具有體積小、占地少等優(yōu)點，所以可以節(jié)省能源、時間和電能。1.1.3電梯的工作原理電梯采用鋼絲繩，導(dǎo)輪和減速器、制動器等組成，電梯是靠摩擦上下移動的。電梯靠眾多的安全設(shè)施來確保電梯的正常工作，例如導(dǎo)軌確保電梯的安全運(yùn)行，以免在運(yùn)行過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，抖動等現(xiàn)象。由于電梯復(fù)用，電動機(jī)用電減少，電梯負(fù)荷減輕，即便電梯存在運(yùn)行，失電等情況，都可以及時確保乘客安全。以上對電梯運(yùn)行原理作一簡述，但是在這次的主題上，電梯控制體系與一般電梯要求相同。由于電梯控制系統(tǒng)在電梯向前推進(jìn)方面也得到了較大提升，因此現(xiàn)在的電梯都有繼電器控制（因使用較少，面臨關(guān)閉）、可編程控制（PLC,適用于惡劣環(huán)境下的采用）、三個方面采用單片機(jī)控制（現(xiàn)代普遍使用）。1.1.4繼電器控制在電梯控制系統(tǒng)中，采用繼電器進(jìn)行控制。為了實現(xiàn)最基礎(chǔ)的邏輯運(yùn)算，保護(hù)繼電器的正常開啟和關(guān)閉。由于其依靠最簡單的變化來實現(xiàn)邏輯操作，因此，在電路邏輯操作中，它比電子指令更為重要。它的特征是由硬件來完成所有的邏輯函數(shù)，所以操作起來比較簡單和直觀。他們采用了電子控制部件，可以很便宜地買到全部部件。不需要專門的工具就可以進(jìn)行零件的維修和安裝。系統(tǒng)越來越健全，越來越多元化。但是，由于繼電器及控制系統(tǒng)的不完善，會造成繼電器、控制系統(tǒng)等諸多問題。有時候，需要更多的時間來維持。由于在邏輯電路的運(yùn)算中，采用的繼電器數(shù)量較多，通訊手段也比較復(fù)雜，因此很難進(jìn)行其它功能的優(yōu)化。在邏輯處理中，由于器件的機(jī)械移動，會產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)和滯后。不同的機(jī)器同時工作，必然會發(fā)出很大的噪聲，從而影響到使用者的舒適。總而言之，我們了解到，老的繼電器有許多缺陷，必須經(jīng)常進(jìn)行維修。電梯的故障率很高，很難清理，使人感到舒適。1.1.5控制系統(tǒng)選擇我們經(jīng)過對各種途徑利弊的分析，現(xiàn)根據(jù)題目及本校條件選定。文章從實際需求出發(fā)，依據(jù)PLC對PLC的合理選型方法，是本項目研究的主要途徑。1.1.6系統(tǒng)的硬件設(shè)計思路在電氣電梯控制系統(tǒng)的圖紙設(shè)計中，有必要對PLC控制系統(tǒng)電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)圖紙進(jìn)行研究并熟練掌握，熟悉有關(guān)圖紙、電氣部件連接方法及標(biāo)志，硬件設(shè)計,PLC布線等、統(tǒng)計與輸入輸出的分配?；诖饲闆r，認(rèn)為對電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行更新與完善，要留有余地。外部正負(fù)轉(zhuǎn)換線，屬于變頻器連接設(shè)備。逆變器為外部驅(qū)動器。轉(zhuǎn)換器以外部模擬為速度決定方法。輸入模擬量為0V,相應(yīng)的頻率為0Hz。輸入10V模擬信號后，相應(yīng)于50Hz頻率。變壓器采用V/F控制。須按參數(shù)設(shè)定符合V/F控制方式。1.3控制方案的確定本設(shè)計將PLC應(yīng)用于電梯的設(shè)計中，采用變頻控制主電機(jī)和電梯門，達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的，壓控輸入0~10V模擬信號，通過變頻控制控制一定的速度，縮短時間，使電梯滿足舒適性要求。根據(jù)設(shè)計過程，檢測系統(tǒng)的輸入模塊為平層，內(nèi)部輸入為外部輸入，輸出系統(tǒng)包括電梯升降、門開關(guān)和內(nèi)部呼叫命令；此外，電梯的運(yùn)行狀態(tài)由上位機(jī)監(jiān)控，本設(shè)計的控制系統(tǒng)通過仿真測試完成。參照控制圖，本次設(shè)計的控制圖如下：圖1.4系統(tǒng)控制方案框圖就目前而言，電梯的控制系統(tǒng)分為三大類：微機(jī)智能控制系統(tǒng)，繼電器自動控制系統(tǒng)，plc智能控制系統(tǒng)。過去老式的許多電梯，都采用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，現(xiàn)在都已經(jīng)基本沒有了，源于這種控制系統(tǒng)存在許多缺點：運(yùn)行時噪音大，控制線路復(fù)雜，系統(tǒng)故障頻發(fā)，電能消耗大。微機(jī)控制系統(tǒng)具有較高的控制性能，相較于前者，它在系統(tǒng)維修方面，變頻交流電系統(tǒng)控制方面，節(jié)能方面，抗干擾信號方面等都有大幅度的提高。但是微機(jī)系統(tǒng)并不適合用于電梯控制系統(tǒng)，其一，它價格昂貴；其二，需要用到微型計算機(jī)；其三，系統(tǒng)編程復(fù)雜；其四，對使用環(huán)境要求高。顯然，plc控制系統(tǒng)才是最合適的選擇。plc是在微型計算機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)而來，由于借鑒了微型計算機(jī)的技術(shù)及原理，所以plc可以代替微型計算機(jī)使用，并逐漸成為工業(yè)控制系統(tǒng)的首選。Plc控制系統(tǒng)有很多的優(yōu)點：控制系統(tǒng)性能完善，體積小，安裝十分方便，系統(tǒng)控制非常精準(zhǔn)等。電梯的電動機(jī)拖動系統(tǒng)種類有很多種：交流單相雙開環(huán)電機(jī)變頻閉環(huán)降壓調(diào)速拖動系統(tǒng),交流永磁型變頻同步機(jī)調(diào)速拖動系統(tǒng),直流電機(jī)自動調(diào)壓拖動系統(tǒng),交流三相雙速電機(jī)的變頻閉環(huán)自動調(diào)壓和自動調(diào)速拖動系統(tǒng)。電力拖動系統(tǒng)的作用是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為電梯運(yùn)行提供動力。其中，直流電機(jī)電力拖動系統(tǒng)由于：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間利用率低，保養(yǎng)維護(hù)難，現(xiàn)在已經(jīng)被市場淘汰?，F(xiàn)在磁同步機(jī)拖動系統(tǒng)才是電梯行業(yè)的主要發(fā)展方向，這種拖動系統(tǒng)因為引入了永磁體技術(shù)，做到了省油，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高等。曳引電動機(jī)，樓層位置指示，位置顯示裝置，控制柜等裝置構(gòu)成了電梯的電氣控制系統(tǒng)。因為變頻交流電系統(tǒng)中包含了大量的電氣元件，所以它是控制系統(tǒng)中最重要的一部分，也決定這電梯能否正常運(yùn)行。電氣控制系統(tǒng)通過對曳引電動機(jī)的控制，讓曳引電動機(jī)實現(xiàn)啟動、停止、正反轉(zhuǎn)變化，從而控制電梯的運(yùn)行。第2章電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計2.1梯形圖軟件設(shè)計與分析（1）召喚信號的記錄和消除過程如有人按下所在樓層按鈕，電梯會立即接受和記錄到此召喚信號，并控制電梯運(yùn)行到信號發(fā)出的樓層。當(dāng)電梯按控制程序完成運(yùn)行時，及電梯到達(dá)所選樓層，就馬上消除此樓層的信號。比如，有人在五樓按下樓層按鈕，x26上電接通，五樓召喚信號記錄；當(dāng)電梯運(yùn)行到五樓時，m47失電斷開，此召喚信號消除。如圖所示。圖4.1一到五樓的召喚信號的記錄和消除梯形圖（2）指令信號的記錄和消除過程指令信號的記錄和消除過程和召喚信號的過程基本一樣，同樣是需要有人按下樓層按鈕，實現(xiàn)指令信號的輸入，控制電梯運(yùn)行，當(dāng)電梯到達(dá)樓層后消除此指令信號。如圖4.2所示圖4.2所有指令信號的記錄和消除梯形圖（3）關(guān)門和開門過程電梯開門和關(guān)門的時間有定時器控制，具體控制控制過程，如圖4.3所示。圖4.3關(guān)門和開門過程梯形圖（4）消防控制過程消防安全是電梯安全最重要的一部分，除了電梯里面應(yīng)該配有消防器材，在控制程序中也必須有消防控制程序。如果突發(fā)事件，消防控制程序能完全控制電梯的運(yùn)行，實現(xiàn)安全保障。本次程序設(shè)計的消防程如圖4.4所示。圖4.4消防控制過程梯形圖2.2I/O分配設(shè)計電梯系統(tǒng)里面的I/O配置設(shè)計顯示在下表中：表4-1I/O分配設(shè)計表功能I點地址功能O點地址一層內(nèi)呼I0.0一層內(nèi)呼指示Q0.0二層內(nèi)呼I0.1二層內(nèi)呼指示Q0.1三層內(nèi)呼I0.2三層內(nèi)呼指示Q0.2四層內(nèi)呼I0.3四層內(nèi)呼指示Q0.3內(nèi)呼I0.4內(nèi)呼指示Q0.4一層外呼上I0.5一層外呼上指示Q0.5二層外呼下I0.6二層外乎下指示Q0.6二層外呼上I0.7二層外呼上指示Q0.7三層外呼下I1.0三層外呼下指示Q1.0三層外呼上I1.1三層外呼上指示Q1.1四層外呼下I1.2四層外乎上指示Q1.2四層外呼上I1.3四層外呼下指示Q1.3外呼下I1.4外乎下指示Q1.4開門開關(guān)I1.5電梯上行輸出Q1.5關(guān)門開關(guān)I1.6電梯下行輸出Q1.6一層平層I1.7門電機(jī)開Q1.7二層平層I1.0門電機(jī)關(guān)Q1.0三層平層I1.1電梯上行指示Q1.1四層平層I1.2電梯下行指示Q1.2平層I1.3一層指示Q1.5開門限位I1.4二層指示Q1.6關(guān)門限位I1.5三層指示Q1.7電梯上升極限位I1.6四層指示Q2.0電梯下降極限位I1.7指示Q2.12.3程序流程功能圖設(shè)計設(shè)計了電梯上，下行控制程序。設(shè)定電梯在N（N=1,2,3,4,5）樓停留,所述M層接收所述信號，且所述M大于所述N，電梯在向上運(yùn)行；當(dāng)M的比值為N時，電梯在向下運(yùn)行。具體如下圖所示。圖4-5電梯上下行控制流程圖關(guān)于電梯上下行的控制程序，電梯在運(yùn)行時，不接受反方向指示，如果沒有內(nèi)呼信號，只在反向指令時給以回應(yīng)。由此流程圖可以找到，電梯具有反應(yīng)首先相反的功能，電梯停在某一層，如果該高層在接收下行信號時，將響應(yīng)最遠(yuǎn)距離的外在下方信號；同樣，電梯位于某一層時也是如此，如果在這下一層有向上命令給，將響應(yīng)第一個上行信號。有關(guān)該響應(yīng)的最遠(yuǎn)反向功能，請看下圖。圖4-6電梯最遠(yuǎn)反向響應(yīng)流程圖電梯開關(guān)門的控制方面，電梯到達(dá)某一層目標(biāo)時，該系統(tǒng)將發(fā)送開門信號，電梯門才能打開，接觸開門限位時，電梯門就停了，且時間延遲，到達(dá)時間后，如果沒有人坐電梯就自己關(guān)門。接觸關(guān)門開關(guān)后，電梯門將停閉。電梯門閉合時，如果有旅客用電梯，將立即打開電梯門，并且再延時一次，在到達(dá)延時時間后，如果沒有人坐電梯就自己關(guān)門。圖4-7電梯開關(guān)門流程圖2.4電梯控制的上位機(jī)界面設(shè)計本設(shè)計正在針對電梯進(jìn)行組態(tài)王的執(zhí)行設(shè)計，按照組態(tài)王的設(shè)計過程及要求打開工程管理器來搭建工程，具體情況如下圖所示：圖4-8工程管理器建設(shè)項目時，需要給項