(精品)PLC电梯PLC控制设计(2013年优秀毕业设计)

毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 题题 目目: 电梯电梯 PLC 控制设计控制设计 专专 业业: 机电一体化技术机电一体化技术 班班 级级: 学学 号号: 姓姓 名名: 指导老师指导老师: 论 文 摘 要 本文介绍一种电梯 PLC 控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建 筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在 建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而 控制电梯运行的 PLC 系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快” 的运行目的。该系统主要由 PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动 机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控 制系统。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器PLC 对机器进 行全过程控制。 整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、 制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。 关键词关键词： PLC 控制系统 电梯 逻辑控制电路 变频器 Abstract This text introduces the control system of a kind of elevator PLC.The elevator is perpendicular directional of the conveyance equipments be indispensable in the high building of transportation equipments.It depends electric power, dragging along to move a car that can carry person or thing and lead a track in the building of the well way up do perpendicularity to ascend and descend sport, there is prominent function in the peoples life.And the control elevator circulate of the PLC system also has more and more high request, request to attain the movement purpose of “steady, quasi-, quick“ of elevator movement.That system mainly from PLC, logic control the electric circuit constitute.Include an exchanges difference to tread electric motor among them, after the electric appliances, get in touch with a machine, route of travel switch and press button, give out light the indicator constitute and transducer for the control system of integral whole.The this machine control unit adoption carries on whole process a control to the machine by the programmable controller PLC of Mitsubishi company. The whole system passes PLC, logic control the electric circuit is to the rise and fall of elevator;Add, decelerate;Even layer;Start, make to move a control.Its structure is simple and circulate an efficiency, even layer accuracy, be easy to comprehension and control. Key Words: The PLC controls system elevator The logic controls electric circuit transducer 目 录 论论 文文 摘摘 要要1 关键词：关键词：1 ABSTRACT2 KEY WORDS:2 目目 录录3 前言前言5 第一章第一章 总体设计方案总体设计方案6 1.1 总体方案的确定.6 1.2 电梯 PLC 控制系统的构建 .7 1.3 可行性论证.9 1.4 设计的整体布局及其选型.10 第二章第二章 可编程序控制器的结构与工作原理可编程序控制器的结构与工作原理12 2.1 PLC 的体系结构 12 2.2 可编程序控制器的基本结构.12 2.3 开关量 I/O 模块 .14 2.3.1 输入模块.14 2.3.2 输出模块.15 2.4 可编程序控制器的工作原理.15 2.4.1 可编程序控制器的工作原理.16 2.4.2 扫描周期.16 2.5 PLC 的选型 17 2.5.1 输入输出（I/O）点数的估算.17 2.5.2 存储器容量的估算.18 2.5.3 控制功能的选择.18 2.5.4 机型的选择.19 2.6 FX2N可编程序控制器简介21 2.7 PLC 控制程序设计.21 2.7.1 PLC控制系统的设计基本原则21 2.7.2 PLC编程步骤21 2.7.3 PLC提供的编程语言21 第三章第三章 电梯的发展、分类、规格参数及组成电梯的发展、分类、规格参数及组成23 3.1 概述 23 3.1.1 电梯产品的录属关系和在人民物质生活中的作用.23 3.1.2 电梯产品发展简史.23 3.1.3 电梯的运行工作情况.23 3.2 电梯的分类 25 3.2.1 按用途分类.25 3.2.2 按速度分类.25 3.2.3 按曳引电动机的供电电源分类.25 3.2.4 按有、无蜗轮减速器分类.26 3.2.5 按驱动方式分类.26 3.2.6 按控制方式分类.26 3.2.7 按拖动方式分类.26 3.3 电梯的主要参数及规格尺寸.26 3.3.1 电梯的主要参数.26 3.3.2 我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定.27 3.4 电梯的组成部件.27 第四章第四章 电梯的电气控制系统电梯的电气控制系统30 4.1 概述.30 4.2 电梯电气控制系统中的主要电器部件.30 4.3 电梯自动控制系统中的各主要控制环节及结构原理.33 4.3.1 各类电梯安全可靠运行的充分与必要条件.33 4.3.2 电梯自动开关门的控制环节.33 4.3.3 电梯的方向控制环节.34 4.3.4 发生制动减速信号的控制环节.38 4.3.5 主驱动控制环节.40 4.3.6 电梯的安全保护环节.40 4.4 电梯的内外召唤指令的登记与消除.43 4.4.1 召唤指令信号登记记忆线路的原理说明.44 4.4.2 轿内信号的登记、记忆与消除.45 4.4.3 层外召唤信号的登记记忆与消除.46 4.5 电梯的信号指示系统.47 4.5.1 数码显示的层楼指示灯.47 4.5.2 运行方向灯、轿内指令及厅外召唤信号灯.47 4.5.3 超载信号指示灯及音响.48 4.6 电梯的消防控制系统.49 4.6.1 电梯控制系统中适应消防控制的几个基本要求.49 4.6.2 消防控制系统的类型及工作原理.50 4.7 交流信号控制电梯线路原理说明.51 4.7.1 概况.51 4.7.2 电梯投入使用和撤出使用.51 4.7.3 自动开关门.51 4.7.4 电梯的启动，加速和满速运行，制动减速，停车和开门.52 4.7.5 指令信号登记，记忆和消除.53 4.7.6 电梯的安全保护.53 第五章第五章 结结 论论54 第六章第六章 致致 谢谢55 参参 考考 文文 献献56 附录一 I/O分配表57 附录二 交流双速电梯线路图元件代号说明.58 前言 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活 中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常 生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的， 而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制 或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控 制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元， 完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运 行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器 （PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法 并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小， 自己设计和制造微机控制装置成本较高；而 PLC 可靠性高，程序设计方便灵活， 抗干扰能力强、运行稳 定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。 电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工 程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久 性垂直交通工具。为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术 迅速发展。特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展， 现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理 和维护人员提出了更高的要求。 第一章 总体设计方案 载 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程设计 选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC 及有关设备应 是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能 的原则选型所选用 PLC 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序 控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选 型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确 定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容 量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和 设计相应的控制系统。 1.1 总体方案的确定 目前，电梯行业在我国迅速的发展，在一定程度上占有很大的市场。而在 今天选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器接触器转变成可编程序控 制器（PLC） 。 可编程序控制器（PLC）与其他计算机控制相比较： 个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功能，有丰富的软件支持， 但是它们是为办公室自动化和家庭设计的，对环境要求很高，抗干扰能力不强， 一般不适合在工业现场使用。 单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于 工业控制，还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程 序设计的工作量相当大，要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践 经验。 工业控制计算机（简称工控机）也是为工业控制设计的，目前比较流行的 是PC总线工控机，它与个人计算机兼容。工控机采用总线式结构，各厂家产品 的兼容性强。工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的，有实时操作系统 的支持，因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。工控机的价 格较高，将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。工控机的外部 I/O接线一般都用多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如 可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。 以上各种计算机用语控制的程序一般都是用汇编语言编写的，不像可编程 续控制器的梯形图语言那样易于被工厂的电气人员掌握。 可编程序控制器是专为工厂现场应用环境设计的，结构上采取整体密封或 插件组合型，对印刷电路板、电源、机架、插座的制造和安装，均采用了严密 的措施。可编程序控制器由于具有前述的各种优点，在工业控制领域具有不可 比拟的竞争力。 当然在电梯的控制领域也具有重要的地位，把可编程序控制器用于电梯运 动的核心部分是很合理的选择，而且可编程序控制器现在在市场上也是一种成 熟的产品。总之，经上述比较可得，我确定选用PLC控制电梯的运行。 1.2 电梯 PLC 控制系统的构建 1).机房机房 机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房可以设置在井道顶部，也 可设置在井由自部。当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方式。这 种方式结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大，只有在机房无法顶置时 才使用。对于绝大多数电梯，椭均设于井道顶部。机房必须有足够的面积，高 度、承重能力及良好的通风条件。 2).曳引系统曳引系统 曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮组成。曳引机由电动机联轴 器、制动器、减速器、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源；曳引钢丝绳 的两端分别连接轿厢和对重装置（或者两端固定在机座房上） ，依靠钢丝绳与曳 引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢的升降；导向轮的作用是分开轿厢和对重装 置的距离，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或重梁 上。当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个 数可以是1个、2个，甚至3个，这与曳引比有关。 3).导向系统导向系统 导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重只能 沿着导轨作升降运动。导轨固定在导轨架上；导轨架是支承导轨的组件，与井 道壁联接；导靴装在轿厢和对重架上，与导导轨配合，强制轿厢和对重的运动 服从于导轨的直立方向。 4).门系统门系统 门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门社在轿 厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成；层门社在层站入口，由门扇、 门导轨架、门靴和门锁装置及开锁装置组成；开门机社在轿厢上，是轿厢门和 层门启闭的动力源。 5).轿厢轿厢 轿厢是用以运送乘客和货物的电梯组件。它由轿厢架和轿厢体组成。轿厢 架是轿厢体的承重构架。是由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成；轿厢体由 轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组 成；轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。 6).门厅门厅 每一层电梯门口装的门，门上带有机器锁及电气接点。客梯多为自动开关 门，开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的，而轿厢门是 由轿厢上的开关门装置驱动的。 7).井道井道 井道由围壁、顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重的有限空间。为了 出人，在每个层站开有入口。 8).围壁围壁 围壁的作用是将电梯与外界分隔开，当导轨架直接安装在围壁上时，它还 应承受费切力。围壁的结构分为封闭式和空格式。 9).顶板顶板 井道的顶部是机房，它是维修人员工作的地方。因此顶板必须是封闭型的， 将井道与机房完全隔离。顶板还具有阻止机房即传向井道的作用。对于快、高 速电梯，为了取得良好的隔声效果，常在井道顶部设隔音层，此时的井道顶成 了双层结构。 10).底坑底坑 井道的底坑深入地面，用于安装缓冲器、限速器、钢丝绳涨紧装置等。由 于深人了地面，因此要求防水，最好有排水设施。 11).重量平衡系统重量平衡系统 该系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成，对重将 平衡轿厢自重和部分的额定载重；重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重 侧曳引钢丝绳长度变化对电梯设计影响的装置。 12).电力拖动系统电力拖动系统 该系统由曳引机、供电系统、速度反馈装置、调速装置和变频器等组成。 对电梯实行速度控制。曳引电动机是电梯的动力源，根据电梯的配置可用交流 电动机或直流电动机；供电系统是为电动机提供电源的装置；速度反馈装置是 为调速系统提供电梯运行速度信号，一般采用测速发电机或速度脉冲发生器， 与电动机相连；调速装置对曳引电动机实行调速控制；变频器可以通过改变频 率的大小来控制其运行速度的快慢。 13).电器控制系统电器控制系统 该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成， 它起着操纵和控制电梯运行的作用。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄 开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急；位置显示装置是指轿内 和层站的指层灯；层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站；控制屏 安装在机房中，由各类电气控制元件（或板）组成，是电梯实行电气控制的集 中组件；选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号 等作用。它可由机械式、继电器式或电子式组成。 14).安全保护系统安全保护系统 电梯上设有机械和电气的各类保护系统，以保证电梯安全使用。机械方面 的有限速器和安全钳，起超速保护作用；缓冲器，起冲顶和撞底保护作用；切 断总电源的极限保护。 1.3 可行性论证 可编程序控制器是由继电器逻辑控制而来的，所以它在开关量处理、顺序 控制方面具有一定的优势，发展初期主要侧重于开关量顺序控制。随着计算机 技术的发展，可编程序控制器增加了数值运算、PID闭环调节功能，并开始与个 人计算机或小型计算机联网，它本身也可以构成网络系统。 可编程序控制器的应用领域，在发达的工业国家，可编程序控制器已经广 泛地应用在所有的工业部门，随着可编程序控制器的性能价格比的不断提高， 过去许多使用专用计算机的场合也可以使用可编程序控制器。比如用在开关量 的控制，这是可编程序控制器最基本最广泛的应用，它的输入和输出信号都是 只有通、断状态的开关量信号，这种控制与继电器控制最为接近，可以用价格 较低，仅有开关量控制的功能的可编程序控制器作为继电器控制系统的替代物。 开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动线生产线，如机床控制、 冲压、铸造机械、运输带、包装机械的控制，同样也可以用于电梯的控制。 通过上述的简述，我希望在控制系统中能够达到如下要求： 1).乘坐舒适感乘坐舒适感 根据人们生活中的经验证明，在运动速度不变的情况下，速度值的大小对 人们的器官基本上没有什么影响，这只是指人们沿地面或空中的沿与地面平行 的任意方向运动的情况而言的。高速的升降运动就和上述运动有所不同。这是 由于在升降运动中，人体周围气压的迅速变化，对人们的器官产生影响。例如 耳膜会感到压力而嗡嗡响等等。只要采取一定措施，这些影响是可以消除的。 所以目前电梯的运行速度虽已高达10m/s。仍能使乘客无大的不适感。 2).电梯理想运行曲线电梯理想运行曲线 根据大量的研究和实验表明，人可接受的最大加速度为 am1.5m/s2，加速度 变化率 m3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦 波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在 启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即 m 跳变到-m 或由-m 跳变到 m 的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且 有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用。 变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变 频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行， 在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速 度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减 速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使 低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动 斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动 斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置4 10cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层， 从而达到平层的准确可靠。 （其速度曲线如下所示） 抛物线直线综合速度曲线 抛物线直线综合速度曲线的加速时间的起始阶段（ta/n）和最末段 （ta/n）均为抛物线形速度曲线，而中间段（n-2）ta/n为直线形的速度曲线；n 为起动时间系数。 1.4 设计的整体布局及其选型 通过上述的分析可知，我所选择的电梯载重量为1000kg,速度为1m/s,七层 七站。PLC的型号为FX2N-128MR，通过其继电器电路图来设计出梯形图，通过 PLC的选型连接其PLC接线图。电动机选用交流三相异步电动机，它具有结构简 单、维护和操作简便、价格便宜、坚固耐用、工作可靠等优点；其缺点是调速 性差、概率因数低。变频器选用安川变频器（616G5） ，它作为通用变频器适合 任何应用场合,在低速下能够实现平稳启动（1%额定转速），并且极其精确地运 行。它的自动调整功能可使世界各地生产的电动机达到高性能运行。具有如下 优点：低速大转矩和全频域平稳加、减速；驱动普通电机能达到最佳的控制效 果；操作简单灵活；具有扩展功能，既可单机使用也可联网使用；设计平均无 故障时间：250 000小时。 把50Hz的工频交流电经过处理后输出频率可调的交流电的电气装置叫变频 器。它由整流电路、滤波电路、再生制动电路、逆变电路和控制电路组成。 第二章 可编程序控制器的结构与工作原理 2.1 PLC 的体系结构 PLC 实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是 基本一致的。如下图所示： 编程器 中央处理单元 （CPU） 输入电路 输出 电路 系统程序存储区用户程序存储区 电 源 PLC 硬件的基本结构 2.2 可编程序控制器的基本结构 可编程序控制器简称为 PLC（Programmable Logic Controller）主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成。 （如下图所示） 可编程序控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机 控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由 CPU（中央处理单元） 、 存储器（RAM 和 EPROM） 、输入/输出模块（简称 I/O 模块） 、编程器和电源五 大部分组成。 (1) CPU 模块模块 CPU 模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（CPU）和存 储器组成。CPU 的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作，每一 次扫描要完成以下工作： 1） 输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器 和数据寄存器。 2） 程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有 关的电路，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄 存器的内容。 3） 输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。 (2) I/O 模块模块 I/O 模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和 CPU 模块的桥梁。 输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开 关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输 入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变 化的模拟量输入信号。 可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调 速装置等执行器，可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示 装置和报警装置等。 CPU 模块的工作电压一般是 5V，而可编程序控制器的输入/输出信号电压 一般较高，如直流 24V 和交流 220V。从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能 损坏 CPU 模块中的元器件，或使可编程序控制器不能正常工作，所以 CPU 模 块不能直接与外部输入/输出装置相连。I/O 模块除了传递信号外，还有电平转 换与噪声隔离的作用。 (3) 编程器编程器 编程器除了用来输入和编辑程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行 时梯形图中各种编程元件的工作状态。 编程器可以永久地连续在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制 器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供 多台可编程序控制器公用。 2.3 开关量 I/O 模块 开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。电压等级有直流 5V，12V，24V，48V 和交流 110V，220V 等。输入输出电压的允许范围很宽， 如某交流 220V 输入模块的允许低电压为 070V，高电压为 70256V，频率为 4763HZ。 各 I/O 点的通/断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上，外部 I/O 接 线一般接在模块的接线端子上，某些模块使用可拆除的插座型端子板，在不拆 去端子的外部连线的情况下，可以迅速地更换模。开关量 I/O 模块可能 4，8，16，32，64 点。 2.3.1 输入模块 2.3.1 a 直流输入电路 输入电路中设有 RC 滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起 的错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型值为 1020ms（信号上升沿）和 2050ms（信号下降沿） ，输入电流约为 10mA，上图 2.3.1a 是某直流输入模块 的内部电路和外部接线图。本节的输入电路和输出电路都只画出了一路，COM 是各路的公共点。图中的输入触点直接接在公共点和输入端（400 是梯形图中 输入继电器的编号）之间，不需要外接电源。有的可编程序控制器还可以为接 近开关、 光电开关之类的传感器提供 24V 电源。 （如图 2.3.1b） 图 2.3.1 b 输入电路 当图 2.3.1b 中的外接触点接通时，光电耦合器中的发光二极管发光，光敏 三极管导通，信号经内部电路传送给 CPU 模块。 图 2.3.1 c 是交流输入电路。光电耦合器中有两个反并联的发光二极管，显 示用的两个发光二极管也是反并联的，因此这个电路可以接收外部的交流输入 电压。 图 2.3.1 c 交流输入电路 2.3.2 输出模块 输出模块的功率放大元件有大功率晶体管和磁效应管（驱动直流负载） 、双 向可控硅（驱动内交流负载）和小型继电器，后者可以驱动交流负载或直流负 载。输出电流的典型值为 0.52A，负载电源由外部现场提供。 输出电流的额定值与负载的性质有关，但是只能驱动 100VA/22V 的电感性 负载和 100W 的白炽灯。额定负载电流还与温度有关，温度升高时额定负载电 流减小，有的可编程序控制器提供了有关曲线。 输出模块内可能设置有熔断器，并在模块面板上用发光二极管显示熔断器 的状态。某些新式的模块用非破坏性的电子保护电路代替熔断器。 2.4 可编程序控制器的工作原理 可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电 器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输 入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器” ，与继电器系统中的物 理结构在功能上某些相似之处。 2.4.1 可编程序控制器的工作原理 可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行 （RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态， 可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实 现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响 应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一 次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器 停机或切换到 STOP 工 作状态。 除了执行用户程序 之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要 完成，内部处理、通信处理等工作，一次循环可 分为 5 个阶段（见左上图） 。可编程序控制器的这 种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。 由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输 出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。 在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查 CPU 模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复 位，以及完成一些别的内部工作。 在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带 微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命 令，更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止（STOP）状态时，只 执行以上的操作。可编程序控制器处于（RUN）状态时，还要完成另外 3 个阶 段的操作（见右图） ，图中仅画出了与用户程序执行过程有关的 3 个阶段。 2.4.2 扫描周期 可编程序控制器在 RUN 工作状态时，执行一次上图所示的扫描操作所需的 时间称为扫描周期，其典型值为 1100ms。指令执行所需的时间与用户程序的 长短、指令的种类和 CPU 执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时， 指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。 不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如图2.4.2 所 示。 图 2.4.2 PLC 的扫描运行方式 (1)输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次读入所有的数据和状态它们 存入 I/O 映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序行和输 出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化I/O 映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号， 它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能 被读入。 (2)用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 的 CPU 总是由上而下，从左到右的顺序 依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线 圈或输出线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行 该梯形图所规定的特殊功能指令。例如：算术运算、数据处理、数据传 达等。 (3)输出刷新阶段 在输出刷新阶段， CPU 按照 I/O 映象区内对应的数据和状态刷新所 有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC 真正的输出。 2.5 PLC 的选型 为了能够更好的选型，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特 点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要 求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等， 最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 2.5.1 输入输出（I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加 第(N-1)个扫 描周期 输出刷新 第(N+1)个扫 描周期 输入采样 第 N 个扫描周期 输入采样输出刷新用户程序执行 10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根 据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 2.5.2 存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量 是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容 量。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算 来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式， 大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此 数为内存的总字数（16 位为一个字），另外再按此数的 25%考虑余量。 2.5.3 控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理 速度等特性的选择。 (一)运算功能运算功能 简单 PLC 的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普 通 PLC 的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数 运算、数据传送等；大型 PLC 中还有模拟量的 PID 运算和其他高级运算功能。 随着开放系统的出现，目前在 PLC 中都已具有通信功能，有些产品具有与下位 机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或 企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用 所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应 用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值 转换和 PID 运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 (二)控制功能控制功能 控制功能包括 PID 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控 制运算等，应根据控制要求确定。PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数 场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能 输入输出单元完成所需的控制功能，提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量。 例如采用 PID 控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC 码转换单 元等。 (三)通信功能通信功能 大中型 PLC 系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如 TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合 ISO/IEEE 通信标准，应是开放的通信网络。 PLC 系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、 RIO 通信口、工业以太网、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信总线（含接口设 备和电缆）应 1：1 冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置 实际要求。 PLC 系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于 1Mbps，通信负荷不大 于 60%。PLC 系统的通信网络主要形式有下列几种形式：1）PC 为主站，多台同 型号 PLC 为从站，组成简易 PLC 网络；2）1 台 PLC 为主站，其他同型号 PLC 为 从站，构成主从式 PLC 网络；3）PLC 网络通过特定网络接口连接到大型 DCS 中 作为 DCS 的子网；4）专用 PLC 网络（各厂商的专用 PLC 通信网络）。 为减轻 CPU 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功 能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。 (四)编程功能编程功能 PLC 的编程有离线编程和在线编程两种，设计时应根据应 用要求合理选用。 离线编程方式：PLC 和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模式时，CPU 只 为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行 模式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成 本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU 和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在 线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运 行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 (五)诊断功能诊断功能 PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬 件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入 输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影 响平均维修时间。 (六)处理速度处理速度 PLC 采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应 越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则 PLC 将扫描不到该信号，造成 信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU 处理速度、软件质量等有 关。目前，PLC 接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约 0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处 理器扫描周期）应满足：小型 PLC 的扫描时间不大于 0.5ms/K；大中型 PLC 的 扫描时间不大于 0.2ms/K。 2.5.4 机型的选择 (一)PLCPLC 的类型的类型 PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安 装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角 度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系 统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控 制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 (二)输入、输出模块的选择输入、输出模块的选择 输入、输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考 虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模 块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压 范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电 感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输 出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降 低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程 I/O 机架等。 (三)电源的选择电源的选择 PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC 应根据产品说明书要求设计 和选用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压一致。 重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求， 否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入 和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 (四)存储器的选择存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应 用项目的正常投运，一般要求 PLC 的存储器容量，按 256 个 I/O 点至少选 8K 存 储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 (五)冗余功能的选择冗余功能的选择 1控制单元的冗余 （1）重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应 1：1 冗余。 （2）在需要时也可选用 PLC 硬件与热备软件构成的热备冗余系统、两重化 或三重化冗余容错系统等。 2 I/O 接口单元的冗余 （1）控制回路的多点 I/O 卡应冗余配置。 （2）重要检测点的多点 I/O 卡可冗余配置。 （3）根据需要对重要的 I/O 信号，可选用两重化或三重化的 I/O 接口单元。 (六)经济性的考虑经济性的考虑 选择 PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩 展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产 品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定 的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相 应增加，因此，点数的增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都 有影响，在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 2.6 FX2N可编程序控制器简介 FX2N 是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。它的 基本指令执行时间高达0.08s 每条指令，远远超过了很多大型可编 程序控制器。用户存储器容量可扩展到16K 步，最大可扩展到每 256 个 I/O 点，有 5 种模拟量输入 /输出模块、高速计数器模块、脉冲 输出模块、 4 种位置控制模块、多种RS-232C/RS-242/RS-485 串行通 信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块 和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。 2.7 PLC 控制程序设计 2.7.1 PLC 控制系统的设计基本原则 1) 最大限度的满足被控对象的控制要求。 2) 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和 维护方便。 3) 保证控制系统安全可靠。 4) 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC 容量时应适当留 有余量 。 2.7.2 PLC 编程步骤 具体编制一个PLC 控制程序的基本步骤如下(其流程图见 2.7)。 2.7.3 PLC 提供的编程语言 1) 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点； A.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联 等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。 B.梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC 输入 点接的开关也可以是PLC 内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等 的状态。 C.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。内 部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结 果供 CPU 内部使用。 D.PLC 是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期 中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当条 件使用。 2) 语句表语言，类似于汇编语言。 3)逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表 示一个功能，左边画输入、右边画输出。 检查程序 有无错误 运行程序 有无错误 程序投入使用 通过 PC 机、GPC 或 FIT 输入程序至 PLC 编制 PLC 程序（梯形图或指令代码） 将 PLC 的 I/O 位分配给输入输出设备 确定系统必须完成的各项任务及其顺序 修改程序 调整程序 NO YES YES NO 图 2.7 PLC 编程步骤 第三章 电梯的发展、分类、规格参数及组成 3.1 概述 3.1.1 电梯产品的录属关系和在人民物质生活中的作用 在我国，电梯、手扶梯、自动人行道等属于起重运输设备。电梯是在 垂直方向上运行的运输设备，手扶梯是在斜面上运行的运输设备。但是 电梯和手扶梯都是把人或货物从一个水平面提升到另一个水平面的起重 运输设备。 随着人口的增加、科学技术日新月异地发展、人们物质生活水平的逐 步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几 十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。完全可以预想到，随着 社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样， 成为重要的运输设备之一。 3.1.2 电梯产品发展简史 据国外有关资料介绍，公元前2800 年在古代埃及，为了建筑当时 的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765 年瓦特发明 了蒸汽机后， 1858 年美国研制出以蒸汽机为动力，并通过带传动和蜗轮 减速装置驱动的电梯。1878 年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。并随 着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又采用液压泵和控制阀以及直接 拄塞式和侧拄塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所采用。但 是电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。 我国电梯的使用历史悠久。80 年代中期以来，随着我国对外开放， 对内告活经济的政策深入贯彻执行，随着技术引进工作的进一步开展， 在国内建立一批合资和独资电缆生产厂，使我国的电梯工业又取得巨大 的发展，我国又新颁布一批具有80 年代国际水平的电梯制造标准，随 着采用新标准生产的电梯批量推向市场，技术性能和质量明显提高的电 梯又进一步促进建筑业和电梯业的发展，电梯工业蓬勃发展的局面已经 形成。 3.1.3 电梯的运行工作情况 电梯在做垂直运行的过程中，有起点