毕业设计（论文）-基于PLC的5层电梯控制.doc

* 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目 基于 plc 的电梯控制 专业 电气工程及其自动化 学号 * 姓名 * 设计依据：某五层带电梯图书馆楼 控制系统、信号系统和拖动系统 载重 设计要求：完成设计的总体方案。 熟悉相关软件并画出电路图 系统软件设计，系统软件设计仿真。 参考文献：扬长能 可编程控制器原理及应用 重庆大学出版社 刘载文 电梯控制技术 电子工业出版社 孟红军 三菱变频调速器手册 高丽丽 控制交流变频调速系统在电梯中的应用 山东科技 大学出版社 完 成 期 限：5-15 周 指导教师签名： * 专业负责人签名： 年 月 日 目 录 摘 要.vii abstract viii 1 绪论9 1.1 研究的意义及背景 9 1.2 电梯的概述 .11 1.3 电梯的分类 .11 1.3.1 按用途分类 .11 1.3.2 按速度分类 .12 1.3.3 按曳引电动机的供电电源分类 .12 1.3.4 按有、无蜗轮减速器分类 .12 1.3.5 按驱动和控制方式分类12 1.4 电梯的组成.13 1.5 电梯的保护装置14 1.6 电梯的国内外发展状况.14 2 plc 简介16 2.1 plc 的发展历程23 2.2 plc 的定义25 2.3 plc 的特点错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.3.1 可靠性 .17 2.3.2 易操作性 .19 2.3.3 灵活性 .20 2.3.4 机电一体化 .20 2.4 plc 的基本结构25 2.4.1 cpu 模块26 2.4.2 i/o 模块27 2.4.3 编程器 .27 2.4.4 存储器 .27 2.4.5 开关量 i/0 模块 .28 2.4.6 电源模块 .29 2.5 可编程控制器的工作原理 .29 2.5.1 输入采样阶段 30 2.5.2 用户程序执行阶段 31 2.5.3 输出刷新阶段 .31 3 电梯的硬件设计 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 31 设计思想及功能说明.31 32 电梯的控制要求 16 33 plc 控制系统的设计分析.17 4.电梯的软件设计 32 4.1 plc 控制程序设计.3 4.1.1 plc 控制系统的设计基本原则 .3 4.1.2 plc 提供的编程语言 .3 4.1.3 plc 编程步骤 .4 4.2 i/o 分配表错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.3 硬件接线图 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.4 plc 程序指令13 4.5 plc 梯形图17 4.6 系统的调试与操作22 5 故障报警及消防运行 23 5.1 电梯的报警的原因及处理方法23 5.1.1 曳引电动机绕阻碰壳接地短路23 5.1.2 曳引电动机拍轴23 5.2 电梯的消防运行24 结论 25 致 谢 26 参考文献 27 基于 plc 的电梯控制 摘 要 随着现代高科技的发展，住房和办公用楼都已经逐渐向高层发展。电梯是高层 宾馆、商店、住宅、多层仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。 目前，由可编程控制器（plc）或微型计算机组成的电梯运行逻辑控制系统， 正以很快的速度发展着。plc 作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操 作简单尤其是它的高可靠性等优点，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。 本设计主要是 fx2n系列 plc 在五层电梯电气控制系统中的应用。其中就 plc、电梯及电梯的电气控制做了简单的介绍，然后按硬件设计要求，利用 fx2n 系列 plc 对电梯的程序进行设计，并写出指令，画出梯形图，最后进行了调试过程。 关键词 plc/电梯设计/五层电梯/梯形图/仿真 the elevator control based on plc abstract with modern high-tech development, housing and office high-rise building have been gradually developed. lift is the top hotels, shops, residential, multi-layer high-rise buildings such as warehouses vertical indispensable means of transport. at present, the programmable logic controller (plc) or micro-computer composed of elevator control system logic, is developing a rapid pace. plc as a micro-computer for industry control, with its programming convenient, easy to operate particularly for its high- reliability advantages have a wide range of applications during the process of industrial production.it applies its large-scale integrated circuits, and microcomputer technology and communications technology development results,gradually forming a diverse strengths and micro, medium, large, very large, and so on a variety of products,and it relay applied in many areas from the computer control system to monitor the control. this design is mainly in the five-story elevator fx2n series plc electrical control system. in connection with the plc, pneumatic lifts and elevator control to do a brief introduction, and then press the hardware design requirements, the use of the elevator fx2n series plc program design, and write instructions to draw the ladder, culminating in the commissioning process. key words plc，elevator design，five-story elevator，ladder，simulation 1 绪论 1.1 研究的意义及背景 电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直 方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电 梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。 电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程 领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度 的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候， 对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯 的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最 终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制 造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和 检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电 梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结 论是：乘电梯比走楼梯安全 5 倍。掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每 年约为 80 亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540 亿人次之多。目前，由可编程 序控制器(plc)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。 采用 plc 控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加 可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的 发展方向。 可编程序控制器（plc） ，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物， 是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理 器为核心用作数字控制的专用计算机。自 1969 年针对工业自动控制的特点和需 要而丌发的第一台 plc 问世以来，迄今己 30 多年，它的发展虽然包含了前期控 制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充 分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场 电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式， 独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构， 使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需 plc 后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可 灵活而方便地将 plc 应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要 具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算 机技术的普遍应用。可编程序控制器 plc 在现代工业自动化控制中是最值得重视 的先进控制技术。plc 现已成为现代工业控制三大支柱 (plc、cadcam、robot)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线 修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、 具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时 间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石 油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。plc 的应用深 度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。 目前，我国国产电梯大部分为继电器及plc控制方式，继电器控制系统性能 不稳定、故障率高，大大降低了电梯的舒适性、可靠性和安全性，经常造成停梯， 给乘用人员的生活和工作带来了很多不便，因而传统的电梯控制系统的更新势在 必行；plc（可编程控制器）在电梯控制中得到了广泛的应用。本次设计尝试用 plc实现电梯控制，可进行多层次的逻辑设计，也可进行仿真验证、时序分析等 以保证设计的正确。 随着经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅 速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。电梯是 现代高层建筑的垂直交通工具，其设计要求稳定性、安全性极高。随着人们生活 水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，电梯得到了快速发展，我国国产电 梯多为继电器和plc控制方式，本次设计的软件控制部分由plc来实现，研究、 分析电梯的逻辑关系，进而实现控制。通过合理的选择和设计，提高了电梯的控 制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。 总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了 广阔的空间。plc 是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着 plc 应用技术 的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可 靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子 和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。 1.2 电梯的概述 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，以后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。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。 1.3 电梯的分类 电梯的分类比较复杂，一般常从不同的角度进行分类。 1.3.1 按用途分类 1.乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯。主要用于宾馆、饭店、办公楼、大 型商店等客流量大的场合。这类电梯为了提高运送效率，其运行速度比较快，自 动化程度比较高，轿厢的尺寸和结构形式多为宽度大于深度，使乘客能畅通地进 出。而且安全设施齐全，装潢美观。 2.载货电梯：为运送货物而设计的并通常有人伴随的电梯。主要用于两层楼 以上的车间和各类仓库等场合。这类电梯的装潢不太讲究，自动化程度和运行速 度一般比较低，而载重量和轿厢尺寸的变化范围比较大。 3.病床电梯：为运送病床而设计的电梯。 4.杂货电梯（服务电梯）：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品 等，并不允许人员进入的电梯。这种电梯的安全设施不齐全，不准运送乘客。为 了不使人员进入轿厢，进入轿厢内部的门洞及轿厢的面积都设得非常小，而且轿 厢的净高度一般不大于1.2m。 5.住宅电梯：供住宅楼使用的电梯。 6.客货电梯：主要用做运送乘客，但也运送货物的电梯，它与乘客电梯的区 别在于轿厢内部的装饰结构不同。 7.特殊电梯：除上述常用的几种电梯外，还有为特殊环境、特殊条件、特殊 要求而设计的电梯。如船舶电梯、观光电梯、防腐电梯、车辆电梯等。 1.3.2 按速度分类 1.低速度：速度v1. 0m/s的电梯。 2.快速度：速度1.0m/sv2.0m/s的电梯。 3.高速度：速度v2.0m/s的电梯。 1.3.3 按曳引电动机的供电电源分类 1.交流电源供电的电梯： （1）采用交流异步双速电机变极调速拖动的电梯，简称交流双速电梯（速 度一般小于1.0m/s） 。 （2）采用交流异步双绕组双速电机调压调速拖动的电梯（俗称acvv拖动电 梯） （3）采用交流异步单绕组单速电机调频调压调速拖动的电梯（俗称vvvf拖 动的电梯） 。 2.直流电源供电的电梯：80年代中期前用在中高档乘客电梯上，以后不再产 生。 1.3.4 按有、无蜗轮减速器分类 1.有蜗轮减速器的电梯：用于梯速为3.0m/s以下的电梯。 2.无蜗轮减速器的电梯：用于梯速为3.0m/s以上的电梯。 1.3.5 按驱动和控制方式分类 1.驱动方式 （1）钢丝绳式：曳引电动机通过蜗杆、蜗轮、曳引绳轮、驱动曳引钢丝绳 两端的轿厢和对重装置做上下运行的电梯。 （2）液压式：电动机通过液压系统驱动轿厢上、下运行的电梯。 2.控制方式 （1）轿内手柄开关控制的电梯； （2）轿内按钮开关控制的电梯； （3）轿内、外按钮开关控制的电梯； （4）轿外按钮开关控制的电梯； （5）信号控制的电梯； 1.4 电梯的组成 曳引式电梯是垂直交通运输工具中最普遍的一种电梯，其结构主要由机械部 分和电气部分组成；机械装置部分分为： （1）曳引系统作用是提供电梯运行动力的设备，把曳引机的旋转运动，转 换为电梯的垂直运动。 （2）轿厢在曳引钢丝绳的牵引下沿电梯井道内的导轨作快速平稳的运行。 （3）门系统作用就是打开或关闭轿厢与层站厅门的出入口。 （4）导向系统作用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。 （5）重量平衡系统由对重及重量补偿装置组成。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 变化对电梯平衡设计影响的装置。 （6）机械安全保护装置由机械限速装置、缓冲器和端站保护装置组成。起 到防止电梯超速行驶、终端越位、冲顶或蹲底等保护。 电气装置部分分为： （1）电力拖动系统由曳引电机、供电系统、调速装置和速度反馈装置构成。 对电梯实行速度控。 （2）操作控制系统由操纵装置、平层装置与选层器等构成。对电梯实施操 纵、监控的系统。 （3）电气安全系统指在电梯控制系统中用于实现安全保护作用的电路及电 气元件。 1.5 电梯的保护装置 （1）电磁制动器：装于曳引机柱上，一般采用直流电磁制动器，启动时通 电松闸，停层时断电制动。 （2）强迫减速开关：分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站还未减 速时，轿厢上撞块就启动此开关，通过电气传动装置，使电动机强迫减速。 （3）限位开关：当电梯轿厢开到顶或底,就会碰到此开关不能继续向前运行, 只能反方向运行。 （4）行程极限保护开关：当限位开关不起作用时，轿厢经过端站时，此开 关动作。 （5）急停按钮：装于轿厢司机控制操纵盘上，当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。 （6）厅门开关：每个厅门都装有门锁开关；仅当厅门关闭时电梯才动作， 在运行中如厅门开关断开，电梯立即停车。 （7）关门安全开关：常见的是装在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。 （8）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。 （9）其他开关：安全窗开关、钢带轮的断带开关等。 （10）报警和救援装置：电梯发生人员被困在轿厢内时，通过报警或通信装置 应能将情况及时通知管理人员并通过救援装置将人员安全救出轿厢。 1.6 电梯的国内外发展状况 在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的 速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑 物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不 可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化 水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷 的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这 从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市 场。上世纪 80 年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来 越大。总趋势是上升的，目自口进入了“第三次浪潮” ，2004 年总产量超过了 8 万台，而且目前还没有减速的迹象。从 1949 年建国以来全国共生产安装了 6l 万 多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均 1000 人有 l 台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加 70 万台。到那时候，全国在用 电梯将达到 130 万台，每年仅报废更新就需要 6 万台。如此庞大的市场需求为我 国电梯行业的发展创造了广阔的舞台! 我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所 有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、 日立、东芝、富士达等 13 家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了 74。 先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、 山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东 南压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要的 电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定 的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自 1985 年我国参加了 国际标准化组织 isotcl78 以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进 国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术 和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等， 国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低 成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。 中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达 l 万台左右， 约占亚洲市场的 1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界， 电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。 在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。 世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本 三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的 51。目前，国外 除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外， 家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。 2 五层电梯设计总体方案 plc 系统设计时，首先应了解设计要求，其次要确定确定控制方案，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。 2.1 五层电梯的设计要求 电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；1-5 所对应的指示 灯表示楼层号，每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯。工作中的 电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状 态，为此它要求具有自动选向、顺向截梯、反向保号，外呼记忆，自动开/关门状 态，停梯消号，自动达层等功能。 分析以上控制要求，将电梯控制要实现的功能罗列如下： (1)开始时，电梯处于任意一层。 当有外呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行， 电梯门打开。 (2) 当有内呼梯信号到来时，电梯应该响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯 停止运行，电梯门打开。 (3)在电梯运行过程中电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升） 的呼梯信号均不响应，但如果反向呼梯信号前方无其它内、外呼梯信号时， 则电梯相应该外呼信号，但不响应三层向下外呼梯信号。同时，如果电梯达 到四层，五层没有任何呼梯信号，测电梯可以响应四层向下外呼梯信号。 (4)电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如电梯在一楼，而同时有二层向 下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向 下外呼梯信号。 (5)电梯具有同向截车功能。 电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后， 按开门按钮可使门打开，按关门按钮可使门关闭。 2.2 电梯控制系统的方案论证 在电梯控制系统中，我们可以采用可控制编程器（plc） 、单片机、继电器控 制等三种控制方案，以下我们将对三种控制方案进行详细说明。 1可控制编程器（plc）方案 plc 是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现 逻辑 运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进 行控制。 2单片机控制方案 单片机控制系统是通过芯片控制的系统，首先需要进行系统硬件设计， 然后画出硬件电路原理图，最后再制作pcb电路板，在设计过程中需要很多 电子元器件，还要焊接pcb电路板，进行硬件调试，进行抗干扰设计和测试 的大量工作，需要使用专门的开发装置和编程语言编制控制程序，最后在进 行系统联调。 3. 继电器控制方案 继电气控制系统主要是以继电器为核心，采用硬接线方式把各种继电 器、定时器、接触器及其触点按照一定逻辑关系连接起来组成的控制系统， 从而控制相关生产机械工作。 4. 工业计算机控制系统方案 工业控制计算机用于实现工业生产过程控制和管理的计算机，又称过程计 算机。它是自动化技术工具中最重要的设备。 它具有采集来自工业生产过程的模拟式和(或)数字式数据的能力，并能向 工业过程发出模拟式和(或)数字式控制信号，以实现工业过程控制和(或)监视的 数字计算机系统。 2.3 电梯控制系统方案比较 与其三种控制方案相比较，可控制编程器具有以下特点 2.3.1 可靠性 可靠性包括产品的有效性和可维修性，plc 的可靠性高，表现在下 列几方面： （1）与单片机控制系统比较，plc 可靠性提高的主要原因： 进口的 plc 采用的 cpu 都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器， 其余各元件也是直接向生产厂家够买的，经过严格挑选的工业级元件，另 外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而 特别设计的，抗干扰 性特别是抗电源干扰能力有很大的提高，即使在电源很差和变频调速的干 扰下仍能正常工作。 （2）与继电器逻辑控制系统比较，plc 可靠性提高的主要原因: 1)plc 不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同 时， 系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。 2)plc 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计、掉电保 护、 故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。 3)plc 有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点， 因对 操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可 靠性高。 （3）与通用的工业计算机控制系统比较，plc 可靠性提高的主要原因: 1)plc 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机 控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言，编程的 出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此， plc 的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高。 2)在 plc 的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可 靠性高的元件;采用先进的工艺制造流水线生产;对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等， 设有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便 于维修的设计等等。 3)在 plc 的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如， 采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息 的显示等等。一份用户选用 plc 原因的调查报告指出，在各种选用 plc 的原因 中，第一位的原因是由于 plc 可靠性高的用户达 93%。其次，才是性能和维修方 便等原因。可见，可靠性高是 plc 的主要特点。 2.3.2 易操作性 plc 的易操作性表现在下列三个方面: (1)操作方便对 plc 的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。大多数 plc 采用编程器进行程序输人和更改的操作。编程器至少提供了输人信息的显示， 对大中型的 plc，编程器采用 crt 屏幕显示，因此，程序的输人直接可以显示。 更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或 顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或 crt 屏幕上显示。所以 plc 具有操作方便的特点。 (2)编程方便 plc 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形 图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。 采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员 的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及， 但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采 用，并发挥出更有效的功能特点。 (3)维修方便，plc 所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系 统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提 示和 故障代码的显示，或通过编程器和 crt 屏幕的显示，很快地找到故障所在 的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展，有些 plc 的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料。有 些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。 plc 的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设 置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与 更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。采 用标准化元件和标准化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维 修变得方便。 2.3.3 灵活性 plc 的灵活性表现在下列三方面： (1)编程的灵活性。plc 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、 功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程 方法的多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流 程更改或者生产设备更换时，可以不必改变 plc 的硬设备，通过程序的编制与更 改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。 正是由于编程的柔性特点，使 plc 能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今 工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元(fmc)、柔性制造系统(fms)、 计算机集成制造系统(cims)和计算机集成过程控制系统 (2)扩展的灵活性。plc 的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用 的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。 它不仅可以通过增加输人输出单元增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能， 也可以通过多台 plc 的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统 (dcs)或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。 这种扩展的灵活性大大地方便了用户。 (3)操作的灵活性。操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量 和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继 电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控 制台或控制屏等。 2.4 电梯控制系统方案的选择 其他控制系统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。 3 电梯的硬件设计 3.1 plc 的概述 3.1.1 plc 的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作， 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上， 这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。个人计算机（简称 pc）发展起 来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 programmable logic controller（plc） ，现在，仍常常将 plc 简称 pc。 plc 的定义有许多种。国际电工委员会（iec）对 plc 的定义是：可编程控 制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可 编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算 术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械 或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按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设计。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 plc 发展最快的时期，年增长率一直保持 为 3040%。在这时期，plc 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力 和网络能力得到大幅度提高，plc 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了 在过程控制领域处于统治地位的 dcs 系统。 plc 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程 简单等特点。plc 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来， 是无法取代的。 在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位， 应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺 点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。 美国通用汽车公司（g.m）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变 化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到 尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是 就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价 格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过 程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。 美国数字设备公司（dec）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了 世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好 的效果。从此这项技术迅速发展起来。 早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来 取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（programmable logic controller ） 。随着微电子技术和计算机技术的发展，20 世纪 70 年代中期微处理 器技术应用到 plc 中，使 plc 不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数 据传送和数据处理等功能。 20 世纪 80 年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速 发展，16 位和 32 位微处理器应用于 plc 中，使 plc 得到迅速发展。plc 不仅 控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测 更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使 plc 真正 成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其 实的多功能控制器。 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。 从近年的统计数据看，在世界范围内 plc 产品的产量、销量、用量高居工业 控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年 15%的比率上升。plc 已成为工业自 动化控制领域中占主导地位的通用工业控制装置。 3.1.2 plc 的定义 由于 plc 在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。1980 年 plc 问世后，由美国电气制造商协会(national electric manufacturerassociation nema)对 plc 下过如下的定义: 1982 年，国际电工委员会(international electrical committee iec)颁布了 plc 标准草案，1985 年提交了第 2 版，1987 年的第 3 版对 plc 作了如下的定义: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，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，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按照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。 上述的定义表明，plc 是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它与 其他顺序控制装置不同的特点。 3.1.3 plc 的基本结构 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： 中 央 处 理 单 元 （cpu） 输入 电路 输出 电路 编程区 系统程序存储区用户程序存储区 电源 图 3-1 plc 硬件基本结构 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。 3.1.4 cpu 模块 中央处理器（cpu）又称中央处理单元，是 plc 的核心和“大脑” ，整个 plc 在 cpu 的统一指挥和协调下有序地工作。cpu 的功能是按照一定的规律和 要求读入被控对象及相关各量的工作状态，然后按照用户编制的程序的要求读入 被控对象及相关各量的工作状态，然后按照用户编制的程序的要求进行相应的处 理，最后把形成的控制信号送至输出部件以控制受控对象。plc 的控制作用就是 通过 cpu 执行用户程序来实现的。 plc 中的 cpu 的内部结构与一般微型计算机的 cpu 大致相同。plc 的功能 越强、档次越高、其 cpu 的运算速度也越快，指令功能越强。 它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成以下工作： 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。 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。 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。 3.1.5 i/o 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。 3.1.6 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。 编程器是 plc 不可缺少的重要外部设备，是人机对话的窗口。它主要用于用 户程序的输入和调试，并可以来监视 plc 的工作状态、显示错误信息等。 通常，一台 plc 可以配置几种不同档次的编程器。最简单的编程器是类似于 计算器的手持简易编程器，最高级的则可是配有与 plc 转换接口的微型计算机。 3.1.7 存储器 plc 内部的存储器（简称内存）用来存储系统管理程序和用户程序。内存有 两种： 随即存储器 ram，可进行读写操作。主要用来存储拥护程序，生成诸如用 户数据存储区、计时器、计数器、输入/输出继电器以及各种辅助继电器的用户环 境。存在 ram 中的的用户程序可随意进行更改。ram 通常是 cmos 型的，耗 电极微。通常锂电池后备，或用大电容后备，掉电时，存储的各种信息均不会丢 失。 只读存储器 rom，prom，eprom，eeprom。这几类只读存储器用来固 化系统管理程序和用户程序。用户程序经调试正确无误后固定下来之后，即可固 化，这样，系统程序和用户程序就不致因偶尔操作失误而受到破坏。 3.1.8 开关量 i/0 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。此模块分为两部分： （1）输入部件：plc 的输入部件是用户通过输入装置送给 plc 的信号与 plc 的 cpu 之间的接口。输入部件接收由输入装置（如开关、按钮、继电器触 点、传感器等）发出的信号，并把这些信号转换成 cpu 能接受和处理的数字信 号。 plc 的输入部件可代替继电接触控制系统中的一些输入设备。用户的输入装 置可与 plc 输入部件中的输入端子相连接，plc 一般为用户的输入装置提供 24v 的直流电源，因此，plc 对用户输入装置的特性（如电路的输出方式、电流等） 有一定的要求。需要注意的是，输入给 plc 的开关量信号的有效状态，即按通 (on)或断开(off)状态的持续时间必须比 plc 的扫描周期（还要加上输入部件的 延迟时间）要长，否则，信号就不会被 plc 接收到。也就是说，对输入信号的通 断频率有一定的限制。 （2）输出部件：plc 的输出部件是 cpu 与受控对象之间的接口，它把 cpu 生成的用于控制受控对象的数字信号状环卫受控对象能够接受的信号，以驱动相 应的装置（如继电器线圈、指示灯等） 。plc 的输出部件可以代替继电接触控制 系统中的一些输出设备。 plc 输出部件中的输出电路通常有继电器输出、双向晶闸管输出和晶体