毕业设计（论文）-基于PLC的电梯控制系统设计1.doc

摘要 随着科学技术的发展，近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速的发展，一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺，更新换代生产更加新型的电梯。电梯主要分为机械系统与控制系统两大部分，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化。电梯的仿真监控系统是以四层电梯为控制对象，用plc实现对电梯的控制。本课题的设计任务是用可编程控制器（plc）分别控制单台四层电梯和两台四层电梯，实现所有的控制要求。另外，也对两台电梯之间的联动控制和plc的i/o点数扩充做了相应说明。关键词：plc、电梯、双电梯联动35abstract along with sciences and technologys development,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 two 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. four-elevator as the control object of the simulation and control system of elevator.implementation of the elevator with plc control .the subject of design tasks are four-elevator control respectively and two sets of four elevators,achieving all the control requirements.in addition, between two lift the linkage of the control and plc of i/o points expand made the corresponding explanation.keywords：plc、elevator、double lift linkage目录摘要1abstract2第一章 绪论51.1 电梯的起源与发展51.2 课题设计的意义和任务5第二章 电梯设备与电梯发展动态72.1 电梯的概述72.1.1电梯的组成72.1.2电梯的分类72.1.3电梯的工作原理82.1.4电梯的安全保护装置82.2 电梯未来发展动态9第三章 plc控制系统简介93.1 plc的定义和特点93.1.1 plc的定义93.1.2 plc的特点103.2 plc的发展阶段和趋势103.2.1 发展阶段103.2.2 发展趋势113.3 plc的应用领域123.4 plc的基本结构133.5 plc的工作原理143.5.1 plc的i/o点估算153.5.2 plc梯形图设计规则153.6 plc电梯控制系统的优点16第四章 单台电梯的硬件、软件设计运行与调试174.1 电梯硬件的设计174.1.1电梯模型介绍174.1.2输入输出分配表184.1.3 plc接线图184.2 电梯软件的设计194.2.1程序流程图194.2.2程序语句214.3 程序的调试和运行254.3.1 程序调试设计254.3.2 程序运行过程中出现的问题及调试264.3.3 程序最终运行情况27第五章 两台4层电梯的硬件、软件设计运行与调试285.1 并联电梯的调度原则285.2 两台电梯的plc设计285.2.1 双电梯i/o点的估算285.2.2 系统对信号的处理方法285.3 plc i/o点数扩展简介295.3.1 plc扩展配置介绍295.3.2 fx2n扩展规则305.3.3 plc扩展介绍30第六章 总结与展望32致 谢32参考文献33第一章 绪论1.1 电梯的起源与发展电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机,代替步行上下的楼梯。说到电梯的起源要从公元前2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，所不同者只是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。数百年来人们制造过各种类型的升降梯，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降梯便急速地坠落到底层。1854年奥的斯设计了一种制动器：在升降梯的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连结，起吊绳与货车弹簧连结，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立该与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定避免继续下坠。“安全的升降梯”发明成功了！一时间，奥的斯成了众人注目的中心。第一台升降机并非奥的斯所发明，但他却是第一台“安全”升降梯的发明者。“安全”这一概念不仅开创了升降梯工业，而且也为那些想建造更高层建筑物以增加更多可利用空间的设计者们打开了通途。然而真正能够称为电梯（用电能驱动升降梯）的产品应该是在20世纪初才出现的。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。1.2 课题设计的意义和任务进入二十一世纪，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。plc（可编程控制器）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其多种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被plc控制取代。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式也已由原来的直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，plc控制技术加变频调速已称为现代电梯行业的一个热点。而plc是一种适用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式，与普通计算机一样，以通用或专用cpu作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器，进行点（位）运算与控制。plc控制一般具有可靠性高、易操作维修、编程简单、灵活性强等特点。电梯采用plc控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高；去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化；plc可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能；plc可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修；用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率；更改控制方案时不需改动硬件接线。本课题主要任务有两方面：一个是通过plc控制单台电梯的运行，掌握基本控制调度规则，第二个是通过plc控制的多台电梯，使其能够合理地调配资源，很少甚至不会出现乘客等待时间过长、电梯空运等现象，提高了电梯的运行效率和达到节约成本的目的。第二章 电梯设备与电梯发展动态2.1 电梯的概述2.1.1电梯的组成曳引系统曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮组成。曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行。导向系统导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成。导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。 轿厢轿厢由轿厢架和轿厢体组成。 轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分。门系统电梯系统由轿厢门,开门机,门锁装置组成。系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。重量平衡系统系统主要由对重和重量补偿装置组成。系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保 持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常。电力拖动系统电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成。电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制。电气控制系统电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏(柜),平层装置,选层器等组成。电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。安全保护系统由限速器、安全钳、缓冲器、端保护装置组成。保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。2.1.2电梯的分类按用途分类：乘客电梯；载货电梯；客货电梯；病床电梯；杂物电梯；住宅电梯；特种电梯等。按速度分类：低速电梯，1m/s以下；高速电梯，12m/s；超高速电梯，4m/s以上。按驱动电源分类：交流电梯，速度一般小于2m/s；直流电梯，速度一般大于2m/s。按控制方式分类：层间控制；简易集选控制；集选控制；有无司机控制；群控等。2.1.3电梯的工作原理拽引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在拽引轮和导向轮上，拽引电动机通过减速器变速后带动拽引轮转动，靠拽引绳与拽引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作室松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿拽引绳运动中的张力和重量变化，是拽引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作，指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置，安全装置保证电梯运行安全。电梯在各服务层站设有层门、轿厢运行方向指示灯、数学显示轿厢、运行位置指示层器和召唤电梯按钮。电梯召唤按钮使用时，上楼按上方向按钮，下楼按下方向按钮。轿厢到达时，层楼方向指示即显示轿厢的运动方向，乘客判断欲往方向和确定电梯正常后进入轿厢，注意门扇的关闭，勿在层门口与轿厢门口对接处逗留。轿箱内有位置显示器、操纵盘及开关门按钮盒层楼选层按钮。进入叫向后，先按欲往层楼的选层按钮。若要轿厢门立即关闭，可先按关门按钮。轿厢层楼位置指示灯显示抵达层楼并待轿厢门开启后即可离开。2.1.4电梯的安全保护装置电磁制动器：装于拽引机轴上，一般采用直流电磁制动机，启动时通电松闸，停层后断电制动。强迫减速开关：分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。限位开关：当轿厢经过端站平层后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。行程极限保护开关：当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。急停按钮：装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。厅门开关：每个厅门都装有门锁开关，仅当厅门关上才允许电梯启动，在运行中如出现厅门开关断开时，电梯立即停车。关门安全开关：常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新关门，此外还有红外线开关等。超载开关：当超载时轿厢底下降开关动作，电梯不能关门和运行。其他的开关：安全窗开关、钢带轮的断带开关等。2.2 电梯未来发展动态就我国的电梯行业来说这几年已经有了翻天覆地的变化，不再跟着其他国家后面抄袭技术。我们的有些电梯企业已经掌握了国际尖端技术的产品。我国电梯发展大概会走以下趋势：首先，国家政策开始重视，从2004年重新开始已经停止了两年的电梯生产许可证验收颁发，结束了各种投资无法投资电梯行业的状况，而且对电梯生产企业的管理更上一个新的台阶；其次，电梯行业投资踊跃，在2004年新增电梯生产企业几十家，其他相关企业有几百家；电梯市场继续扩大、电梯技术发展迅速，目前电梯企业均向第四代无机房电梯技术靠近，而且最受关注的电梯新技术还有永磁同步技术、乘客识别系统、指纹识别系统等。就在去年国际最新电梯八大应用技术有：(1)全数字识别乘客技术（所有乘客进入电梯前进行识别，其中包括眼球识别、 指纹识别）；(2)数字智能型安全控制技术（通过乘客识别系统或者ic卡以及数码监控设备， 拒绝外来人员进入）；(3)第四代无机房电梯技术（主机必须与导轨和轿厢分离，完全没有共振共鸣，速度可以达到2.0m/s以上，最高可以使用在30层以上）；(4)双向安全保护技术(双向安全钳、双向限速器，在欧洲必须使用，中国正在被普遍使用)；(5)快速安装技术（改变过去的电梯安装方法，能够快速组装）；(6)节能技术（采用节能技术，使电梯更节约能源）；(7)数字监控技术（完全采用计算机进行电梯监控和控制）；(8)作线远程控制及报警装置(当电梯产生故障时，电梯可以通过无线装置给手机发送故障信息，并通过手机发送信号对电梯进行简单控制)。第三章 plc控制系统简介3.1 plc的定义和特点3.1.1 plc的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。3.1.2 plc的特点可靠性高，抗干扰能力强是电气控制设备的关键性能plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的f系列plc平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余cpu的plc的平均无故障工作时间则更长。从plc的机外电路来说，使用plc构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，plc带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除plc以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。配套齐全，功能完善适用性强plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代plc大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来plc的功能单元大量涌现，使plc渗透到了位置控制、温度控制、cnc等各种工业控制中。加上plc通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用plc组成各种控制系统变得非常容易。易学易用，深受工程技术人员欢迎plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。系统的设计、建造工作量小，维护方便容易改造plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。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。3.2 plc的发展阶段和趋势3.2.1 发展阶段虽然 plc问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，plc也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：（1）早期的plc（60年代末70年代中期）早期的 plc一般称为可编程逻辑控制器。这时的plc多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在i/o接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的plc的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中plc特有的编程语言梯形图一直沿用至今。（2）中期的plc（70年代中期80年代中、后期）在70年代，微处理器的出现使plc发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为plc的中央处理单元(cpu)。这样，使plc的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程i/o模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使plc得应用范围得以扩大。（3）近期的plc（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的plc所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高plc的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得plc软、硬件功能发生了巨大变化.3.2.2 发展趋势向高速度、大容量方向发展为了提高plc的处理能力，要求plc具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的plc的扫描速度可达0.1ms/k步左右。plc的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。向超大型、超小型两个方向发展当前中小型plc比较多，为了适应市场的多种需要，今后plc要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有i/o点数达14336点的超大型plc，其使用32位微处理器，多cpu并行工作和大容量存储器，功能强。plc大力开发智能模块，加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程i/o模块、通信和人机接口模块等。这些带cpu和存储器的智能i/o模块，既扩展了plc功能，又使用灵活方便，扩大了plc应用范围。增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明：在plc控制系统的故障中，cpu占5%，i/o接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于plc的内部故障，它可通过plc本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于plc的外部故障。因此，plc生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。编程语言多样化在plc系统结构不断发展的同时，plc的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数plc使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（basic、c语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是plc进步的一种趋势。3.3 plc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。3.4 plc的基本结构从结构上分，plc分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式plc包括cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式plc包括cpu模块、存储器、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。如图3-1所示：cpu模块i/o模块编程器电源接口图3-1 plc基本结构（1）cpu模块cpu主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，cpu单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。cpu是plc的核心，起神经中枢的作用，每套plc至少有一个cpu，它按plc的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中。cpu速度和内存容量是plc的重要参数，它们决定着plc的工作速度，i/o数量及软件容量等，限制着控制规模。其主要作用有以下几点：1. 将各种输入信号取入存储器。2. 编译、执行指令。3. 把结果送到输出端。4. 响应各种外部设备的请求。（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。 ram：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。rom：存放监控程序和用户已调试好的程序。（3）i/o模块plc与电气回路的接口，是通过输入输出部分（i/o）完成的。i/o模块集成了plc的i/o电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块 将电信号变换成数字信号进入plc系统，输出模块相反。i/o分为开关量输入（di），开 关量输出（do），模拟量输入（ai），模拟量输出（ao）等模块。常用的i/o分类如下：1.开关量：按电压水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。2.模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20ma,0-20ma）、电压型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用io外，还有特殊io模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按i/o点数确定模块规格及数量，i/o模块可多可少，但其最大数受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。（4）电源模块plc电源用于为plc各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24v的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220vac或110vac），直流电源（常用的为24vdc）。（5）底板或机架大多数模块式plc使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使cpu能访问底板上的所有模块，机械上实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。3.5 plc的工作原理plc 采用 “ 顺序扫描、不断循环 ” 的工作方式， 这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段 ，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。 （1）输入采样阶段 plc在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入 。 （2）程序执行阶段 plc 在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行 程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件 状态寄存器中读出有关元件的通 / 断状态，并根据用户程 序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。 （3）输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通 / 断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去 控制各物理继电器的通 / 断，这才是 plc 的实际输出。 由 plc 的工作过程可见， 在 plc 的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要 等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束， cpu 集中将 这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的 cpu 输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周 期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。（4）可编程控制器的主要技术性能 i/o 点数 指 plc 外部输入和输出端子数。 用户程序存储容量 用来衡量 plc 所能存储用户程序的多少。 扫描速度 指扫描 1000 步用户程序所需的时间，以 ms/ 千步为单位。 指令系统条数 指plc具有的基本指令和高级指令的种类和数量。种类数量越多，软件功能越强。 编程元件的种类和数量 编程元件指：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用 “ 字 ” 寄存器、数据寄存器及特殊功能继 电器等。其种类和数量是衡量 plc 的一个指标。3.5.1 plc的i/o点估算根据被控对象对plc控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定plc的i/o点数。在估算系统的i/o点数和种类时，要全面考虑输入、 输出信号的个数，i/o信号类型(数字量/模拟量)，电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素。以上统计的数据是一台plc完成系统功能所必须满足的，但具体要确定i/o点数时则要按实际i/o点数，再向上附加20%15%的备用量。根据机型的选择，再对被控对象进行i/o点数的估算，根据被控对象i/o信号的点数，考虑留有15%20%的备用量以调整和扩充。估算出被控对象的i/o点总数，就可根据此点 数选择相当的plc。i/o点数是衡量plc规模大小的重要指标，选择相应规模的plc需要留有余量。3.5.2 plc梯形图设计规则（1）触点的安排梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。（2）串、并联的处理在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。 （3）线圈的安排不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。不准双线圈输出如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。 （4）重新编排电路如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。（5）编程顺序对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始。3.6 plc电梯控制系统的优点(1)在电梯控制中采用plc，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。(2)去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。(3)plc可实现各种复杂的控制系统，方便增加或改变控制功能。(4)plc可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(5)用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。第四章 单台电梯的硬件、软件设计运行与调试4.1 电梯硬件的设计4.1.1电梯模型介绍如图4-1所示，该装置由底座、立柱及面板、主电路板等组成。底座背部设有电源插座及保险管座， 保险管规格为250v/1a。电源开关设置在底座上面。本装置电源为交流220v/50hz。轿厢在模型的左侧，由小型直流电机来控制它的上升和下降，轿厢门模拟在装置的 右上方，可进行开门和关门控制。面板上的输入信号端子有内选按钮信号、外选按钮信号、平层、限位信号、厢门限 位信号及公共端i等共计24个，控制时应分别与plc主机输入端连接，公共端i与主机输入com点连接。面板上的输出信号端子有外呼指示灯、轿厢上升下降控制、内选指示灯、厢门控制， 公共端ii等共计18个，控制时应分别与plc主机输出端连接，公共端ii与主机输出com连接。使用时首先将模型与plc主机输入、输出端口连接好，检查无误后，接通电源， 模型处于待机状态，启动plc运行程序，按动模型选层的内呼或外呼按钮，若plc运行程序编制正确的话，电梯模型将按内、外呼按钮指令正常运行。图4-1 电梯模型4.1.2输入输出分配表输入信号有：内呼信号4个，外呼信号6个，开关门信号2个，轿厢平层信号4个， 开关门限位2个，上下极限位2个，共计20个。输出信号有：内呼信号指示4个，外呼信号指示6个，轿厢上下行2个，轿厢上下 行指示2个，门电机开关2个，轿厢所在楼层指示6个，共计23个。具体i/o分配如表4-1所示：表4-1输入输出分配表输入输出01层内呼x00001层内呼指示y00012层内呼x00112层内呼指示y00123层内呼x00223层内呼指示y00234层内呼x00334层内呼指示y00341层外呼上x00441层外呼上指示y00452层外呼下x00552层外呼上指示y00562层外呼上x00662层外呼上指示y00673层外呼下x00773层外呼上指示y00783层外呼上x01083层外呼上指示y01094层外呼下x1194层外呼上指示y01110开门开关x01210电梯上行y01211关门开关x01311电梯下行y013121层平层x01412门电机开y014132层平层x01513门电机关y015143层平层x01614电梯上行指示y016154层平层x01715电梯下行指示y01716开门限位x02016楼层指示y020y02617关门限位x0211718上极限位x0221819下极限位x023194.1.3 plc接线图图4-2为plc输入输出接线图。x000x023为输入信号，y000y026为输出信号，其中y020y026分别按顺序接数码管的ag显示轿厢所在楼层。输入端的公共端comi接地，输出端的公共端comii接+24v电源。图4-2 plc输入输出接线图4.2 电梯软件的设计4.2.1程序流程图图4-3为该本节实验内容设计的流程图。假设电梯停于一楼，则d0中的值为1。此时如果按下三楼向上按钮，则d9中赋值为3。然后就将d9中的值与d0中的值相比较，显然d9大于d0，电梯上行。如果在上行过程中如果按下二楼向上按钮，则先停于二楼，再上行至三楼。如果在上行过程中按下二楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。如果按下四楼向下按钮，则电梯完成其他外呼向上信号以后就上行至四楼。电梯到达四楼后，如果同时按下一楼向上按钮、二楼向上按钮、三楼向上按钮， 则轿厢首先下行至一楼响应最远反向呼信号。然后再上行至二楼、三楼。轿厢停于最后响应的信号所在的楼层ynynd1d10大于d0?在d1d10中，将第一个得到值的数据存储器中的值与d0中的值进行比较，从而判断上行还是下行所有输入信号均已响应完毕？首先响应同向向下外呼信号或内呼信号，响应完毕后或在轿厢前方再无通向向下信号，若有反向外呼信号，则轿厢下行至最远反向外呼信号所在楼层。首先响应同向向上外呼信号或内呼信号，响应完毕后或在轿厢前方再无同向向上信号，若有反向外呼信号，则轿厢上行至最远反向外呼信号所在楼层。存储在d0中存储在d1d10中轿厢停于某一层外部信号输入下行上行图4-3 设计理流程图4.2.2程序语句（1）外部信号输入存储程序内呼信号输入及存储程序编程思路：以一楼内呼为例，按下x000按钮，则y000被接通并保持，直到电梯到达一楼时利用x014常闭触点断开y000。在按下x000的同时d1赋值为1，从而实现存储功能。当y000失电时，d1和m0、m1、m2被清零。图4-4 内呼信号输入及存储程序梯形图轿厢停于某层时，所在楼层存于00并用数码管显示程序编程思路：轿厢停于某层时，该楼层平层开关被接通，为d0赋予对应的值。梯形图如图4-5所示图4-5轿厢停于某层时，所在楼层存于00并用数码管显示程序梯形图比较判断轿厢上下行程序编程思路：（1）比较程序：按下某楼层按钮则将该按钮所对应的数据寄存器中的值与轿厢所在楼层数据寄存器d0中的值进行比较，从而可以判断上下行。(2)判断上下行程序：当d1到d10中任一数据寄存器中的值大于d0中的值，则轿厢上行；当d1到d10 中任一数据寄存器中的值小于d0中的值，则轿厢下行。如果当d1到d10中任一数据寄存器中的值既有大于d0的，又有小于d0的，则轿厢上下行以第一次按下按钮所对应的数据寄存器中的值与d0的比较结果而得。 梯形图如图4-6所示图4-6比较判断轿厢上下行程序开关门程序编程思路：电梯未平层时，m30得电，此时手动开关门按钮x012和x013按下均无效，m31和m32不得电。电梯平层时，m33得电，轿厢门打开，延时3s后，自动关闭。程序中c0、c1的重要作用：在程序中c0、c1的作用是保证每次平层时只有一次开关门，防止轿厢一直上升或下降而不执行平层开关门程序，同时也防止电梯一直处于开关门状态。电梯平层以后，按下开门按钮或者开门限位开关被触发则c0得电；按下关门按钮或者关门限位开关被触发并且c0得电时，c1得电。在电梯上升或降价过程中即电梯未平层时c0清零。当电梯平层并且c0被清零时，c1清零。程序运行时，首先开关门一次，所以c0、c1得电。 梯形图如图4-7所示。图4-7开关门程序梯形图轿厢上行程序编程思路：在比较判断出轿厢上行以后，执行以下程序。首先是内呼信号，如果电梯在一楼，按下x001则m3接通，此时c1是接通的，所以m40得电并自锁直到轿厢 在二楼平层时失电。如果电梯在一楼或二楼，按下x002则m6接通，m41得电并自锁直到轿厢到达三楼时失电。如果电梯在一楼、二楼或三楼，按下x003则m9接通，m42 得电并自锁直到轿厢到达四楼时失电。外呼信号上行与内呼信号上行原理相同，只是加上外呼信号之后，需要给外呼信号和内呼信号之间加上互锁。至于最远反向呼功能：如果电梯在一楼，按下二楼向下x005，则m72得电，电梯上行；如果再按下x007，则m72失电，m71得电，电梯到二楼不停下继续上行；如果再按下x011，则m71失电，m70得电，电梯直接运行至四楼。需要注意的是：在最远反向呼程序里需要加入内呼信号和外呼信号的互锁。 梯形图如图4-8所示。图4-8 轿厢上行程序梯形图4.3 程序的调试和运行4.3.1 程序调试设计设计一个plc应用系统，关键要解决的第一个问题是进行plc应用系统的功能设计，即根据受控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。第二个问题是进行plc应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出plc控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。第三个问题是根据系统分析的结果，具体的确定plc的机型和系统的具体配置。总装调试步骤：(1)模拟调试。用户编写的程序在总装调试前要进行模拟调试，检查程序无误后可把plc接到系统里进行总装调试。(2)plc的外部接线检查，外部接线一定要准确无误。如果用户程序还没有送到机器里去，可用自行编写的试验程序对外部接线做扫描通电检查，查找接线故障。(3)将主电路断开，进行预调，确认接线无误后再接主电路。(4)将模拟调好的程序送入用户存储器进行总调试，直到各部分的功能均正常，并能协调一致成为一个完整的整体控制为止。(5)如果调试达不到指标要求，可对硬件、软件调整，一般只对软件作调整。(6)全部调试结束以后，将程序固化在eprom盒中保存。4.3.2 程序运行过程中出现的问题及调试(1) 出现的问题：在毕业设计初期阶段，根据控制要求逐个编程实现，当程序编写到第四个要求（即方向判别的时候，我感觉编程初期设计思路的错误，需要在原来的程序中再加入方向判别。解决的办法：编写程序应该先统观全局，先根据整体要求想出设计思路，然后再逐一实现各功能块程序。也就是说编程需要先从上往下分析编程要求， 再从下往上编写程序（如图4-9所示）。图4-9 二楼内呼信号存储比较梯形图(2) 出现的问题：在编写第四个控制要求时需要有方向的判别，如果某一楼层向上向下按钮都被按下，电梯在某一方向运行时，反向信号也被清除。这样就达不到同向运行时不响应反向信号的要求。解决的办法：在程序中利用y016和y017将同向信号与反向信号进行了区分（如图4-10所示）。图4-10同向停车反向保持程序梯形图(3) 出现的问题：程序上行或下行一直被保持。原因：没有将m0到m29清零，使得这些中间继电器得电的一直自保持。解决的办法：在某一外呼或内呼信号被解除后，将该信号对应的中间继电器清零，同时对应的数据寄存器需要清零，这样可以便于下一次按下该信号后再与d0比较（如图4-11所示）。图4-11电梯响应完二楼向下信号后，响应软元件清零(4) 出现的问题：在电梯上行过程中，同时按下几个外呼信号和内呼信号，电梯不能在中间信号处停下，而是一直上行到最远信号所在的楼层。解决的办法：将外呼信号和内呼信号进行互锁（如图4-12所示）。图4-12电梯上行响应四楼内呼信号时，一、二、三楼向上外呼信号互锁（5）出现的问题：在电梯上行过程中，最远反向呼功能是可以实现的，可是在电梯下行过程中，电梯每次到达二楼时总是