PLC在电梯控制系统中的应用.doc

摘 要随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用,电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。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。可编程控制器(plc)为一种工业控制微型计算机，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。plc在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于plc具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与plc很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。关键词：plc；电梯控制系统；应用abstractwith the development of science and technology and the wide application of computer technology, the product, has been the development in the process of changing. with the continuous development of city construction, high building is on the increase, the elevator in the national economy and life in a wide range of applications. the lift, as the high-rise buildings in the vertical transportation operation has and peoples daily life are inseparable. in fact the elevator is according to the external call signals, and their own control law of the operation, and call is random, the elevator is in fact a man-machine interactive control system, pure with sequence control or logic control can not meet the requirements of the control is, therefore, the elevator control system adopts stochastic control logic way. at present the elevator control universal in two ways, one is to use a computer 目 录摘要2第一章 可编程控制器的概述41.1可编程控制器的产生及发展趋势41.2可编程控制器的结构和特点91.3可编程控制器的主要性能指标及工作原理131.4可编程控制器的应用领域15第二章 电梯控制系统及接口电路的设计182.1电梯控制系统的构成182.2电梯控制系统的特点202.3可编程控制器控制系统设计思路22第三章 控制方案的选择243.1继电器控制243.2微机控制263.3可编程控制器控制28第四章 可编程控制器控制电梯形图的设计324.1电梯控制系统对楼层信号的处理324.2 电梯控制系统对指令、召唤的处理344.3电梯控制系统对选向功能的处理354.4电梯控制系统对选层功能的实现374.5电梯控制系统对开关门功能的处理40结论41参考文献42致谢43附录第一章 可编程控制器的概述可编程控制器(plc)是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统。它采用了可编程的存储器，用于在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类机械或生产过程。60年代末，为适应美国汽车制造业的激烈竞争,1969年，美国数字设备公司（dec）研制出世界上第一台可编程序控制器， 当时， 它只能控制开关量，因此，被称作“可编程序逻辑控制器plc（programmable logic controller)”。 20世纪20年代起，控制系统主要是由继电器、接触器等，靠导线连接构成的。其主要缺点是：设备体积大，动作速度慢，功能少，硬布线导致通用性和灵活性差。 随着微处理器的应用，现在，plc的控制对象扩展到模拟量。所以，1980年正式命名为可编程序控制器pc（programmable controller），但为区别于个人计算机，简称plc。在1987年国际电工委员会(international electrical committee)颁布的plc标准草案中对plc做了如下定义:plc是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数 和算术运算等操作的指令，并能通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1.1可编程控制器的产生及发展趋势自从第一台plc出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制plc，并得到了迅速的发展。目前，世界上有200多家plc厂商，400多品种的plc产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派plc产品都各具特色，如日本主要发展中小型plc，其小型plc性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。著名的plc生产厂家主要有美国的a-b（allen-bradly）公司、ge（general electric）公司，日本的三菱电机（mitsubishi electric）公司、欧姆龙（omron）公司，德国的aeg公司、西门子（siemens）公司，法国的te（telemecanique）公司等。我国的plc研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的plc。此后，在传统设备改造和新设备设计中，plc的应用逐年增多，并取得显著的经济效益，plc在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。 目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产plc，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门a-b公司等。西门子的编程软件和程序结构。（1） 编程软件西门子公司针对simatic系列plc提供了很多种的编程软件，主要有step micro/dos和step micro/win；step mini;标准软件包step7s7系列的plc的编程语言非常丰富，有lad、stl、scl、graph、higraph、cfc等。用户可以选择一种语言编程，如果需要，也可以混合使用几种语言编程。（2）程序结构程序结构主要适用于s7-3000和s7-200，他有线性编程、分步式编程和结构化编程等3种编程方法。1)编程方式npst-gr提供了3种编程方式：梯形图方式；语句表方式和语句表达方式。2)注释功能npst-gr可以为i/o继电器和输出点加入注释，使用户对继电器所对应的设备及继电器的用途一目了然。3) 程序检查npst-gr能查找程序中语法的错误和进行程序校验。4)监控npst-gr能监控用户编制的程序，并可以进行运行测试。用户可以检查继电器、寄存器和plc工作状态，方便的进行调试与修改。5）系统寄存器设置npst-gr可设置n0.0-n0.418系统寄存器的内容，根据屏幕的提示信息进行选择或输入，简单方便。6）i/o和远程i/o地址分配用npst-gr可以为主机扩展板上每个槽分配i/o和远程i/o地址。7）数据管理数据管理可以将程序或数据存盘，用于数据备份，或在传入plc之前暂存数据，两者在编程的应用上还有就是西门子的是单母线，而日本松下的是双母线；还有就是西门子和日本松下的输入和输出也不同的，日本松下的输入就只有x，输出就只有y。可编程控制器(plc)是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，在近40年来它得到了迅猛的发展，至今已成为工业生产自动化三大技术支柱(机器人技术、cad/cam技术和plc技术)之一，被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。plc从诞生至今40多年了，在这期间它的发展大概经历了以下几个阶段:(1)1969一1972plc发展的雏形阶段，功能都很简单，只有逻辑运算，定时和计数等功能，硬件方面因集成电路还未投入大规模工业化生产，cpu由分离元件组成，存储器为磁芯存储器，容量为1-2k，操作系统为磁芯构成的微程序，指令一般只有20-30条，机种单一，没有形成系列，一台plc最多只能替代200-300个继电器组成的系统，可控性优于继电器。(2) 1972-1976 美国工ntel公司成功开发了世界上第一片集成电路的微处理器，因此plc技术获得了较大的发展。plc功能除逻辑运算等外、计算机接口和模拟量控制等，软件开发有自诊断程序，存储程序开始用了eprom，可控性进一步提高，初步形成系列。结构上plc有模块式和整体式之分，整机功能从专用向通用过渡。(3) 1976一1983在这个阶段，微处理技术日趋成熟，进而出现单片微处理器、半导体存储器进入工业化生产，大规模集成电路开始普遍应用。(4) 1983-1988计算机机网络技术普遍应用，超大规模集成电路、门阵列等专用集成电路迅速发展。plc的cpu为16位或32位或位片式芯片构成，处理速度可达1ps/步，高速计数、中断和运动控制等功能引入plc，满足了程序控制中所有要求。联网能力增强，既可以和上位计算机联网，也可以下挂plc，组成多级集散系统(dcs)。编程语言除了成熟的梯形图和语句表等，还有用于算术运算的basic语言和机床控制和数控语言等。(5) 1988年至今 在这个阶段plc技术日新月异，发展势头十分强劲，并不断扩大其应用领域，如为用户配置柔性制造系统(fms)和计算机集成制造系统(c工ms)等。 21世纪，plc会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统dcs(distributed control system)中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.2可编程控制器的结构和特点plc是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。1、中央处理单元(cpu)中央处理单元(cpu)是plc的控制中枢。它按照plc系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、i/o以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当plc投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入i/o映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入i/o映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将i/o映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高plc的可靠性，近年来对大型plc还采用双cpu构成冗余系统，或采用三cpu的表决式系统。这样，即使某个cpu出现故障，整个系统仍能正常运行。2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。plc常用的存储器类型（1）ram （random assess memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。（2）eprom（erasable programmable read only memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3）eeprom(electrical erasable programmable read only memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。plc存储空间的分配虽然各种plc的cpu的最大寻址空间各不相同，但是根据plc的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：1）系统程序存储区2）系统ram存储区（包括i/o映象区和系统软设备等）3）用户程序存储区系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在eprom中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该plc的性能。系统ram存储区：系统ram存储区包括i/o映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。（1）i/o映象区：由于plc投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(ram)以存放i/o的状态和数据，这些单元称作i/o映象区。一个开关量i/o占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量 i/o占用存储单元中的一个字（16个bit）。因此整个i/o映象区可看作两个部分组成：开关量i/o映象区；模拟量i/o映象区。（2）系统软设备存储区：除了i/o映象区区以外，系统ram存储区还包括plc内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在plc断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当plc断电时，数据被清零。1）逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统ram存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。 另外，不同的plc还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。2）数据寄存器与模拟量i/o一样，每个数据寄存器占用系统ram存储区中的一个字(16 bits)。 另外，plc还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。3）计时器用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的plc，其存储容量各不相同。plc也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。一、plc的硬件结构一套plc系统在硬件上由基本单元(包含中央处理单元、存储器、输入/输出接口、内部电源)、工/0扩展单元及外部设备组成。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二、plc的软件plc的软件系统指plc所使用的各种程序的集合，它由系统程序(系统软件)和用户程序(应用软件)组成。系统程序:包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。用户程序是用户根据控制要求，用plc的编程语言(如梯形图)编制的应用程序。可编程控制器的主要特点1、可靠性高，抗干扰能力强所有的i/o接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与plc内部电路之间电气上隔离；各输入端均采用r-c滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.；各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；采用性能优良的开关电源；对采用的器件进行严格的筛选；良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，cpu立即采用有效措施，以防止故障扩大；大型plc还可以采用由双cpu构成冗余系统或有三cpu构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2、丰富的i/o接口模块plc针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的i/o模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。3、采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型plc以外，绝大多数plc均采用模块化结构。plc的各个部件，包括cpu，电源，i/o等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4、编程简单易学plc的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握5、安装简单，维修方便plc不需要专门的机房，也可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与plc相应的i/o端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运6、维护方便 plc的输入/输出端子能够直观的反映出现场信号的变化状态，通过编程工具可以直观的观察控制程序和控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、i/o点状态、异常状态和电源状态等，极大的方便了维护人员查找故障，缩短了对系统维护的时间。7、体积小，重量轻，能耗低以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.3可编程控制器的主要性能指标及工作原理plc在不断地发展，其性能在不断的完善、功能在不断的增强。目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，plc的性能指标较多，现介绍与构建plc控制系统关系直接的几个。主要性能指标大致可归纳为如下几类： 一）可编程控制器的主要性能指标1存储容量存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型plc的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。2i/o点数输入/输出（i/o）点数是plc可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量plc性能的重要指标。i/o点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。3扫描速度扫描速度是指plc执行用户程序的速度，是衡量plc性能的重要指标。一般以扫描1k字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/k字为单位。 plc用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种plc执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。4指令的功能与数量指令功能的强弱、数量的多少也是衡量plc性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，plc的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。5内部元件的种类与数量在编制plc程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示plc的存储和处理各种信息的能力越强。6特殊功能单元特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量plc产品的一个重要指标。近年来各plc厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使plc的控制功能日益扩大7可扩展能力plc的可扩展能力包括i/o点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择plc时，经常需要考虑plc的可扩展能力。二）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（右图），图中仅画出了与用户程序执行过程有关的3个阶段。1） 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。如图下图所示。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 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。1.4可编程控制器的应用领域目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。（1）开关量的逻辑控制这是plc最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的a/d转换及d/a转换。plc厂家都生产配套的a/d和d/a转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）运动控制plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量i/o模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块，目前许多小型plc也具有此功能模块。pid处理一般是运行专用的pid子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5）数据处理现代plc具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（6）通信及联网plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各plc厂商都十分重视plc的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc都具有通信接口，通信非常方便。plc从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。可编程控制器的应用领域及发展趋势plc的应用领域仍在扩展，在日本，plc的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活关连的机器、与环境关连的机器，而且均有急速的上升趋势。第二章 电梯控制系统及接口电路的设计电梯控制系统也称指令按钮。乘客入轿厢后按下要去的目的层站按钮，按钮灯便亮，即轿内指令登记，运行到目的层站后，该指令被消除，按钮灯熄灭。 电梯的层站召唤信号是通过各个楼层门口旁的按钮来实现的。信号控制或集选控制的电梯，除顶层只有下呼按钮，底层只有上呼按钮外，其余每层都有上下召唤按钮。本设计以plc作为工具对五层电梯的各种操作进行控制。2.1电梯控制系统的构成由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送plc的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用led和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求plc能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。为了电梯的运行安全，系统应设置可靠的故障保护和相应的显示。采用plc实现的电梯控制系统由以下几个主要部分构成。1）可变成控制器控制电路plc接收来自操纵盘和每层呼梯的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。plc在输出显示和监控信号的同时，向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号。2）电流、速度双闭环电路变频器本身设有电流检测装置，由此构成电流闭环；通过和电机同轴联接的旋转编码器，产生a、b两相脉冲进入变频器，在确认方向的同时，利用脉冲计数构成速度闭环。3）位移控制电路电梯作为一种载人工具，在位势负载状态下，除要求安全可靠外，还要求运行平稳，乘坐舒适，停靠准确。采用变频调速双环控制可基本满足要求，利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的pg卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入plc的高速计数输入端口，通过累计脉冲数，经式（1）计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。电梯位移h=si式中i累计脉冲数；s脉冲当量；s=pid/(pr)i减速比；d牵引轮直径；p旋转编码器每转对应的脉冲数；rpg卡分频比。4)端站保护当电梯定向上行时，上行方向继电器、快车辅助接触器、快车运行接触器、门锁继电器、上行接触器均得电吸合，抱闸打开，电梯上行。当轿厢碰到上强迫换速开关时，plc内部锁存继电器得电吸合，定时器tim10、tim11开始定时，其定时的时间长短可视端站层距和梯速设定。上强迫换速开关动作后，电梯由快车运行转为慢车运行，正常情况下，上行平层时电梯应停车。如果轿厢未停而继续上行，当tim10设定值减到零时，其常闭点断开，慢车接触器和上行接触器失电，电梯停止运行。在骄厢碰到上强迫换速开关后，由于某些原因电梯未能转为慢车运行，及快车运行接触器未能释放，当tim11设定值减到零时，其常闭点断开，快车运行接触器和上行接触器均失电，电梯停止运行。因此，不管是慢车运行还是快车运行，只要上强迫换速开关发出信号，不论端站其他保护开关是否动作，借助tim10和tim11均能使电梯停止运行，从而使电梯端站保护更加可靠。当电梯需要下行，只要有了选梯指令，下行方向继电器得电其常开点闭合，锁存继电器被复位，tim10和tim11均失电，其常闭点闭合为电梯正常下行做好了准备。下端站的保护原理与上端站保护类似不再重复。5)楼层计数；楼层计数采用相对计数方式。运行前通过自学习方式，测出相应楼层高度脉冲数，对应17层电梯分别存入16个内存单元dm06dm21。楼层计数器（cnt46）为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1或减1计数。运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出楼层计数信号，上行加1，下行减1。为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。6）快速换速当高速计数器值与快速换速点对应的脉冲数相等时，若电梯处于快速运行且本层有选层信号，发快速换速信号。若电梯中速运行或虽快速运行但本层无选层信号，则不发换速信号。7）门区信号当高速计数器cnt47数值在门区所对应脉冲数范围内时，发门区信号。8)脉冲信号故障检测脉冲信号的准确采集和传输在系统中显得尤为重要，为检测旋转编码器和脉冲传输电路故障，设计了有无脉冲信号和错漏脉冲检测电路，通过实时检测确保系统正常运行。为消除脉冲计数累计误差，在基站设置复位开关，接入plc高速计数器cnt47的复位端。2.2电梯控制系统的特点在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节,而舒适感又与加速度直接相关,根据控制理论,要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制。当启动上升段速度达到稳态值的90%时，将系统由加速度控制切换到速度控制，因为在稳速段，速度为恒值控制波动较小，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度，为制动段的精确平层创造条件。在系统的速度上升段和稳速段虽都采用pi调节器控制，但两段的pi参数是不同的，以提高系统的动态响应指标。在系统的制动段，即要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。在系统的转速降至120r/min之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控制为主，同时根据在每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。例如在距离平层点的某一距离l处，速度应降为vm/s，而实际转速高为vm/s，则说明所加的制动转距不够，因此计算出此处的给定减速度值-ag后，使其再加上一个负偏差，即使此处的减速度给定值修正为-（ag+）使给定减速度与实际速度负偏差加大，从而加大了制动转距，使速度很快降到标准值，当电动机的转速降到120r/min以后，此时轿厢距平层只有十几厘米，电梯的运行速度很低，为防止未到平层区就停车的现象出现，以使电梯能较快地进入平层区，在此段采用比例调节，并采用时间优化控制，以保证电梯准确及时地进入平层区，以达到准确可靠平层。1）采用优先级队列根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级陈列，为实现随机逻辑控制提供了基础。2）采用先进先出队列根据电梯的运行方向，将同向的优先级队列中的非零单元(有呼叫时此单元为七零单元，无呼叫时则此单元为零)送入寄存器队列(先进先出队列fifo)，利用先进先出读出指令sfrdp指令，将fifo第一个单元中的数据送入比较寄存器。3）采用随机逻辑控制当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号(上行呼叫标志寄存器、下行呼叫标志寄存器、有呼叫请求时，相应寄存器为l，否则为0)，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车：如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。4）采用软件显示系统利用行程判断楼层，并转化成bcd码输出，通过硬件接口电路以led显示。5）对变频器的控制plc根据随机逻辑控制的要求，可向变频器发出正向运行、反向运行、减速以及制动信号，再由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。同时，当系统出现故障时，plc向变频器发出信号。2.3可编程控制器控制系统设计思路plc控制系统设计一般分为以下几个步骤：1）熟悉被控对象（本次设计的对象为五层电梯），制定控制方案2）确定i/o点数3）选择plc机型（本次设计采用西门子s7-200plc）4）选择输入、输出设备，分配plc的i/o地址5）程序设计（包括梯形图的绘制）6）系统调试7）编制相关技术文件图1.4 plc系统总体设计流程图第三章 控制方案的选择电梯的电力驱动系统对电梯的启动加速、匀速运行、制动减速起着决定性的作用。本系统选用的plc为:欧姆龙c60p-cdr-a。其运行特点是可靠性高、运算速度快、产品成本低等优点,plc的输入输出点可根据需要配置,并可根据用户的要求增加并联功能。首先根据控制要求计算所需要的i/o接口点数,其中输入为32点,输出为28点。 3.1继电器控制控制继电器有两个主要部分，一个是控制系统，另一个是被控制系统。控制继电器之所以能起控制作用，是因为当它的控制系统中输入某种信号，例如电、磁、热、光等物理量达到一定值时，能使被控制系统（又称输出回路）的被控制量由零突变到一定值，或者由一定值突变到零，从而达到控制、保护、传递和转换信息等作用。以小电流控制大电流，就是控制继电器的特点。这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。优点:与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。缺点:动合触点易磨损，且电接触不良;体积大;控制系统耗能大、动作噪声大;维修保养工作量大、费用高。因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。二、热继电器的选用电动机的型号规格和特性,从原则上来说,热继电器的热元件额定电流是按电动机额定电流选择,但对过载能力较差的电动机,热元件的额定电流就宜适当小些(为电动机额定电流的60%80%);根据电动机定子绕组联结方式确定热继电器是否带断相运行保护;保证热继电器在电动机起动过程中不致误动作;若电动机驱动的生产机械不充许停车或停车会造成重大损失,就宁可使电动机过载甚至烧坏,也不宜让热继电器冒然动作;在断续周期工作制时,应特别注意热继电器的允许操作频率。控制继电器常用种类一、通用继电器通用继电器是可用作电压继电器、欠电流继电器、中间继电器和时间继电器的直流电磁式继电器。它以结构简单、维修方便、成本低而被广泛用于低压控制系，通用继电器作为电压继电器使用时,吸引电压可在30%50%un的范围内调节,释放电压可在7%20%un的范围内调节;作为欠电流继电器使用时,吸引电流可在30%65%in的范围内调节;作为时间继电器使用时.断电延时范围为0.35s。对它的返回系数不作规定。但作过电流或过电压继电器使用时,返回系数小于1;作欠电流或欠电压继电器使用时,返回系数大于1。常用的通用继电器有k18型、k3型、具有双线圈的k3-s型、高返回系数的k9、k10型、交流的k4型以及小型的kx型等产品。k18系列产品的额定绝缘电压为440v,作电压继电器和时间继电器时的额定工作电压有24、48、110、220、440v五级,作欠电流继电器时的额定电流有1.6、2.5、4、6、10、16、25、40、63、100、160、250、400、630a等十四级。额定操作频率一般为1200次/h(作时间继电器时除外)。触头的额定电压为ac380v及dc220v,约定发热电流为10a,机械寿命为1000万次,电寿命为50万次。二、电流继电器电流继电器一般可兼作过电流和欠电流继电器,用于电动机的起动控制和过载保护。常用的过电流继电器产品有ka12、ka14及ka18等系列。ka12系列适用于额定电压为ac380v(50hz)、dc440v及以下的电路,供交流绕线式电动机和直流电动机起动控制及过载保护用。它具有以甲基硅油为阻尼系统,故其保护特性为反时限的。其线圈电流由1a至300a分12级。触头额定电流为5a。ka14及ka18系列产品的线圈额定电流由1a至1500a分15级,且有高返回系数产品。三、中间继电器中间继电器主要起扩大触头数量及触头容量用。从本质上来说,它仍属电磁式电压继电器,但其动作参数无需调整,对其返回系数亦无要求。继电器的电磁系统采用螺管式电磁铁。线圈通电时,动铁心被吸向锥形挡铁,并带动横梁,使两侧的动触头支架向上运动,令触点进行转换。线圈断电后,在反力弹簧作用下,动铁心和动触点支架均恢复原位。四、时间继电器随工作原理的不同,时间继电器可分为:电磁式时间继电器、钟表式时间继电器、气囊式时间继电器、电子式时间继电器和数字式时间继电器。随延时方式不同,时间继电器又分为:通电延时型和断电延时型两种。前者在获得输入信号后立即开始延时,需待延时完毕,其执行部分才输出信号以操纵控制电路;当输入信号消失后,继电器立即恢复到动作前的状态。后者恰恰相反,当获得输入信号后,执行部分立即有输出信号;而在输入信号消失后,继电器却需要经过一定的延时,才能恢复到动作前的状态。五、电子式时间继电器电子式时间继电器按构成原理可分为阻容式和数字式两种。按延时的方式又可分为通电延时型、断电延时型和带瞬动触点的通电延时型等三种。电子式时间继电器全部电路由延时环节、鉴幅器、输出电路、电源和指示灯等五部分组成。电子式时间继电器产品种类很多,如kt13、kt14、kt15以至kt20系列等等,常用的kt20系列产品采用的电路有单结晶体管的和场效应管的两类。六、热继电器热继电器是利用电流通过发热元件时产生的热量,使双金属片受热弯曲而推动机构动作的一种电器。它主要用于电动机的过载、断相及电流不平衡的保护,以及其他电气设备发热状态的控制。热继电器的形式有许多种,其中常用的有:双金属片式、热敏电阻式、易熔合金式三种,最常用的是双金属片式热继电器。产品主要有jr16及jr20两个系列。热继电器的热元件加热方式有四种:直接加热式、间接加热式、复合加热式和电流互感器加热式。3.2微机控制电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程