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基于PLC电梯控制系统的软件I摘 要摘 要随着科学技术的发展和计算机技术的广泛的应用，电梯是高层建筑不可缺少的交通运输工具。随着建筑规模越来越大，对电梯的调速精度、调速范围等特性提出了更高的要求。为了能够使电梯运行更加平稳，使用维护简单，系统的可靠性高，研究PLC控制技术在电梯控制系统设计中的应用。分析了目前电梯控制技术的发展现状；接着，设计了PLC电梯控制系统的硬件部分；设计了PLC电梯控制系统的软件。关键词：电梯控制系统；PLC；应用I目 录目 录目 录I1、引言12、PLC的基本概述12.1 PLC的含义12.2 PLC的特点12.3 PLC的工作原理及结构图12.4 PLC的控制系统设计原则与思路13、电梯的概述13.1电梯控制系统的构成23.2 PLC控制电梯的优点23.3电梯安全保护装置33.4电梯的控制要求及示意图34、PLC电梯控制系统的硬件设计54.1信号控制系统54.2 减速及平层设计55、PLC电梯控制系统的软件设计55.1本层开门信号55.2开门控制55.3关门控制56、电梯控制程序的设计66.1电梯控制系统对楼层信号的处理66.2电梯控制系统对指令及召唤的处理66.3电梯控制系统对开关门功能的处理67、结论6致 谢8参考文献9 I电梯控制系统中PLC的应用1、引言在目前经济发展的浪潮中，PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。由于PLC具有对使用环境适应性强的特征，同时其内部定时器资源十分丰富，因此越来越多的PLC应用于电梯系统中。2、PLC的基本概述2.1 PLC的含义可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器作为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。2.2 PLC的特点第一，可靠性高，抗干扰能力强；第二，通用性高，使用方便；第三，程序设计简单，易学，易懂；第四，采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；第五，系统设计周期短；第六，安装简便，调试方便，维护工作量小；第七，对生产工艺改变适应能力强，可进行柔性生产；第八，体积小，重量轻，能耗低。2.3 PLC的工作原理及结构图第一，PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式PLC具有微机许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作的方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。 所谓I/O刷新即对PLC的输入进行依次读取，将输入端各变量的状态从新读入PLC中存入内部寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O（输出）刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，则本次输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描的长短主要受PLC的运算速度，程序长度和每条指令占用时间长短影响。第二，PLC的结构（1）硬件系统设备：中央处理器、存储器、输入/输出口、通信接口、编程器和电源部分。（2）软件系统：指管理、控制、使用PLC，确定PLC正常工作的一整套程序。 图1.1 PLC结构图2.4 PLC的控制系统设计原则与思路第一，PLC控制系统设计基本原则（1）最大限度地满足被控对象的控制要求（2）保证PLC控制系统安全可靠（3）力求简单、经济、使用及维修方便（4）适应发展的需要第二，PLC控制系统设计思路本设计以PLC作为工具对三层电梯的各种操作进行控制。PLC控制系统设计一般分为以下步骤：（1）熟悉被控对象，制定控制方案（2）确定I/O点数（3）选择PLC机型（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1.2 设计思路流程图3、电梯的概述3.1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。第一，可变成控制器控制电路第二，电流、速度双闭环电路第三，位移控制电路第四，端站保护第五，楼层计数；第六，快速换速第七，门区信号第八，脉冲信号故障检测3.2 PLC控制电梯的优点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必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯这样逐步逐步的发展，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。PLC控制电梯有以下几个特点：第一，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高第二，控制系统结构简单，外部线路简化第三，PLC可实现各种复杂的控制系统，方便增加或改变控制功能。第四，PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。第五，更改控制方案时不需改动硬件接线。3.3电梯的安全保护装置第一，电磁制动器 装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。第二，强迫减速开关 其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，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。第三，限位开关 当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。第四，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。第五，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。第六，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，电梯立即停车。第七，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，延时重新开门，此外还有红外线开关等。第八，超载开关 当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。第九，其它的开关 安全窗开关，钢带轮的断带开关等。3.4电梯的控制要求及示意图（1）开始时，电梯处于任意一层。 （2）当有外呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门） （3）当有内呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门） （4）在电梯轿厢运行过程中，即轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信号均不响应，但如果反方向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。例如，电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在次过程中可以响应二层向上的外呼梯信号，但不响应二层向下的外呼梯信号。当到达二层，如果三层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应二层向下外呼梯信号。否则，电梯将继续运行至三楼，然后向下运行响应二层向下外呼梯信号。 （5）电梯具有最远反向外呼梯功能。例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下呼梯，三层向下呼梯则电梯轿厢先去三楼响应三层向下外呼梯信号。 （6）电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢停止运行后，按开门按钮轿厢开门，按关门按钮轿厢关门。楼曾显示11132开关桥厢指令 电梯示意图4、PLC电梯控制系统的硬件设计4.1信号控制系统电梯信号控制系统基本上由PLC软件实现的。输入到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制、轿厢内指令、每层站上下指令、安全保护信息、旋转编码器信号、开关门信号、限位信号以及平层信号等。4.2减速及平层设计电梯工作的特点是频繁制动的，为了提高工作效率，提高舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零，准确的平层，不要出现爬行现象。要做到这一点，关键是准确发出减速信号，在接近楼层的时候能准确的自动校正速度给定曲线。设计中采用旋转编码器检测轿厢位置，使计数器可以准确的计算走过的距离，达到与减速点相应的预置数时即发出减速指令。5、PLC电梯控制系统的软件设计5.1本层开门信号在停下状态下当轿厢所在楼层有厅外召唤（包括上召唤和下召唤）时，电梯开门。假设轿厢现在停在三层，当三层厅外有召唤信号，并且停车状态下，发出本层的开门控制信号。5.1开门控制正常情况下，开门的条件有：本层开门、停车状态按轿厢内开门按钮、关门过程中有红外检测信号、正常平层后自动开门等。开门到位后，若开门限位开关失灵，为了防止门电机堵转，设计了门电机保护程序。当开门动作时间超过正常开门时间若干秒后，自动断开开门信号，停在开门。5.2关门控制正常情况下，关门的条件有：停车状态下按关门按钮、无人状态下时间到自动关门等。停止关门或不关门的条件：关门到位后碰开门限位开关、有开门的信号、开门继电器吸合。6、电梯控制程序的设计6.1电梯控制系统对楼层信号的处理要对电梯进行控制，首先要知道电梯实际所在的位置（楼层），通常使用感应器获取。楼层信号的作用有两个，一是指示楼层，使人们看到轿厢所在的层站；二是参与定向与选层，是电梯判断运行方向和停靠位置的主要因素之一。 众所周知，为保证电梯运行的连续、平稳、可靠，楼层信号必须保持其连续性，中间不能有断开时间。与继电器控制相比，利用PLC控制时就很容易实现。PLC在电梯层楼信号的取得和保持连续性上，较常用的方法是在轿顶安装两个感应器。在取得减速点信号的同时取得层楼信号，可大量2减少井道内感应器的数量。实现思想是利用PLC算术运算和比较功能。用PLC的一个存储器单元存储层楼信号，当电梯上升一层存储单元自动加一、电梯下降一层存储单元自动减一。然后分别与1、2、3、4、5、比较，如等于几就表示电梯在几层，以此方法获得层楼信号驱动相应的PLC内部的层楼继电器。将PLC内部层楼继电器的动作转换成BCD码，通过PLC的输出端子或通讯口输出给数码显示管。6.2电梯控制系统对指令及召唤的处理轿内指令和厅外召唤的记忆和消除功能如同继电器线路（记忆、消除）可以用keep指令。将轿内指令、厅外召唤的启动保持信号端S端（SET），消除信号接R端（RST）。再实现轿内指令和厅外召唤的记忆和消除功能是必须主要其记忆和消除条件。当按下一个指令按钮或召唤按钮，且电梯不在本楼层时，对应的PLC内部继电器应保持该信号，而且通过PLC的输出点亮相应的按钮指示灯。当电梯正常到达该楼层时，如果满足该指令或召唤信号的停车条件时，电梯在该层停车，并且消除对应的指令或召唤信号。如果电梯处于检修或故障时所以的指令和召唤不能记忆（即指令和召唤全部消除）。另外，外召唤的记忆和消除条件相对于内指令要复杂。例如，有人按下三层楼下方向召唤按钮，而电梯上行到达三楼，且方向继续向上，此时电梯在三楼不停，该召唤信号就必须继续保持，直到电梯下行到达三层楼停车或上行到达且三楼以上无任何召唤和指令。这种有关电梯外召唤信号的特性在电梯术语中称为顺向截梯和最远端反向截梯功能。指令记忆的条件：按下该层的内指令按钮，且电梯不在本层。外召唤记忆的条件：按下该层的上（下）召唤按钮，且电梯不在本层或反向运行。所以电梯内指令和外召唤记忆的条件的条件为按下相应的按钮，且电梯不在该层。内指令的消除条件为电梯到达该层，而且执行了停车动作，或者电梯处于检修或故障状态时，将所有内指令信号消除。6.3电梯控制系统对开关门功能的处理开关门系统是电梯控制系统中的一个独立单元。一般情况下，当轿厢到达某一楼层停车后，轿门上的门刀插入厅门（层门）的门锁中，在轿门开关的同时带动该层的厅门开关，否则电梯厅门不能打开，这是电梯的安全要去。电梯开关门是通过开门继电器和关门继电器控制门电机的正反转实现的。开门方式包括：上班开门、按钮开门、停车自动开门、安全触板开门、本层开门和超载开门。关门方式包括：下班关门、按钮关门、停站延时自动关门和满载关门。综合以上开关门方式，司机下班时将梯锁关闭，等到电梯回到基站（1楼）时输出关门信号。上班时司机开锁给PLC送电工作时，产生初始脉冲使开门保持到门锁打开为止。有上述可知，电梯控制中PLC的应用十分重要。而上述介绍了电梯运行的主要环节。许多环节如安全回路控制、终端限位、上下班控制、消防功能等没有介绍。由于电梯的种类很多，工作方式和控制的形式也不尽相同，利用PLC控制时方法也不同。7、结论在论文即将完成之际，我的心情久久无法平静，毕业论文总算是完成了，在心情彻底放松一刹那，所感受的是一种收获后的喜悦。几个月的毕业论文设计，所期待的不仅仅是一个结果。在写论文过程中的每一次前进，或许都比那结果要生动具体得多了。因为这个过程的每一次前进，都是对大学三年所学东西的一个深化应用的过程。一次前进，就是一笔财富。毕业论文的设计是对以前所学知识的一次融会贯通的全面检测；是对学生综合运用所学过的知识，提高理论联系实际的设计与分析计算能力的培养；是对学生围绕某项专题收集阅读，分析和运用资料的能力和学生进行独立工作，科学研究和解决工程实际问题的能力的培养。我的课题是电梯控制系统中PLC的应用设计，在写论文的过程中，真正体会到了实践的重要性。我多次到主楼、科技楼现场和学院的实验室去参观学习，了解现场环境和设备，真正从实际出发来考虑自己的设计。同时，广泛深入图书馆，实事求是，认真查阅有关书籍资料，锻炼了自己的分析问题、解决问题的能力。电梯控制系统使电梯运行的越来越平稳、舒适感好，而且由于采用PLC控制系统，使用及维护简单，系统可靠性高，在这次写论文的过程中发现了自己在哪些方面的知识是掌握的不牢固，通过了这次写论文