毕业设计（论文）-PLC控制电梯的自动运行(12层)(2).doc

目录摘要 abstract引言1第一章 电梯简介11.1 电梯的基本特点11.2 电梯的工作原理51.3 电梯的控制技术7第二章 plc可编程控制器102.1 plc的起源与发展102.2 plc控制原理及其组成112.3 可编程控制器plc编程语言182.4 plc控制系统的发展趋势20第三章 plc控制电梯的设计233.1 电梯运行的理想曲线233.2 电梯控制系统特性253.3 i/o点数及其分配263.4 电梯内部plc编程273.5 电梯外部plc编程313.6 电梯的开、关门程序343.7 电梯到达指定楼层后的停止36结论38结束语39参考文献40引言随着社会的发展，使用电梯越来越普遍，已从原来只在商业大厦、宾馆过渡到在办公室、居民楼等多种建筑中，并且对电梯功能的要求也不断提高，其相应控制方式也在不断发生变化。电梯的微机化控制主要有：plc控制、单板机控制、单片机控制、单微机控制、多微机控制和人工智能控制等。这里使用plc控制，设计一个12 楼层单层的电梯控制系统，此控制系统具有使用安全可靠，功能全面的特点，方便人们生活。第一章 电梯简介1.1 电梯的基本特点1、 电梯的分类：按用途分： 乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯。主用与宾馆，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。 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。这类电梯装潢不太讲究自动化程度和速度一般比较低。而载重量和轿厢尺寸的变化范围则比较大。 住宅电梯：为提供住宅楼使用设计的电梯，一般采用下集选控制方式允许残疾人的轮椅，童车及家具等乘坐。 杂物电梯：供图书馆，办公楼，饭店等运送图书，文件，食品等物品。但不允许人员进入电梯。此种电梯结构简单，操纵按钮在厅门外侧，无乘人必备的安全装置。 船用电梯：固定安装在船舶上为乘客和船员或其他人员使用的电梯。船用电梯速度应小于或等于1m/s。能在船舶摇晃中工作。 汽车用电梯：用于垂直运输各种车辆。这种电梯的轿厢面积比较大结构牢固，梯速不大于1m/s。有时无轿厢顶，其特点是大轿厢，大载重量。常用与立体停车场及汽车库等场所。 观光电梯：观光电梯是一种供乘客观光用的，轿厢透明的电梯。一般安装在高大建筑物的外壁供乘客观光建筑物的周围外景。 病床电梯：病床电梯是为医院运送病床而设计的电梯。其特点是轿厢窄而宽，常要求前后贯通开门。 消防梯：火警情况下能适应消防员专用的电梯，非火警情况下可作为一般客梯或货梯使用。消防梯轿厢的有效面积应不小于1.4 m2。额定载重量不得低于630kg。庭门口宽度不得少于0.8m，并要求以额定速度从最低一个停站直驶运行到最高一个停站（中间不停层）的运行速度时间不得超过60s。 建筑施工电梯：建筑施工电梯指建筑施工与维修用的电梯。 扶梯：这类电梯装于商业大厦，火车站，飞机场。供运送顾客或乘客上下楼用。 自动人行道（自动步梯）：用于档次要求很高的国际机场，火车站。 特速电梯：除上述常用几种电梯外，还有为特殊环境，特殊条件，特殊要求而设计的电梯。如防爆电梯，防腐电梯等。如图所示： 自动扶梯 观光电梯 乘客电梯 载物电梯 杂物电梯 升降机施工电梯 医用电梯按驱动系统分类：a交流电梯，牵引电动机是交流异步电动机的有以下四类： 交流单速电梯：牵引电机为交流单速异步电动机，梯速v0.4m/s。例如用于杂物梯等。 交流双速电梯：牵引电机为电梯专用的变极对数的交流异步电动机，梯速v1m/s，提升高度h50m。 交流调速电梯：牵引电梯为电梯专用的单速或多速交流异步电机，而电动机的驱动控制系统在电梯的起动加速-稳速-制动减速（或仅是制动减速）的过程中采用调压调速或涡流制动器调速或变频变压调速的方式，梯速v2m/s，提升高度h50m。 交流高速电梯：牵引电机为电梯专用的低转速的交流异步电动机。其驱动控制系统为变频变压加矢量的vvvf系统。其梯速v2m/s，一般提升高度h120m。b直流电梯，牵引电动机是电梯专用直流电动机有以下两类： 直流快速电梯：牵引电动机给减速箱后驱动电梯，梯速v2.0m/s。现在由直流发电机供电给直流电动机的一个直流快速电梯已被淘汰，今后若有直流快速电梯的话。将由晶闸管供电的直流快速电梯。一般提升高度h50m。 直流高速电梯：牵引电动机为电梯专用的低转速直流电动机。电动机获得供电的方式是支流发电机组供电的，或是晶闸管供电的两种形式，其梯速v2.0m/s，一般的提升高度h120m。c液压电梯，电梯的升降是依靠液压传动的有以下两类： 柱塞直顶式：液压缸柱塞直接支撑在轿厢底部。通过柱塞的升降而使轿厢升降的液压提。梯速v1m/s，一般提升高度h20m。 柱塞侧顶式：（俗称”背包式”）油缸柱塞设置于轿厢两侧，通过柱塞升降使轿厢升降的液压梯，梯速v0.63。一般提升高度h15m。2、 电梯的主要参数及规格图1 电梯吊索类型图（a）平绕11吊索法；（b）21吊索法；（c）全绕11吊索法对重装置；牵引绳；导向轮牵引绳；对重轮；轿厢；复绕轮；轿顶轮；（1）额定载重量（kg）：制造和设计规定，电梯的额定载重量。（2）轿厢尺寸（mm）：宽*深*高（3）轿厢形式：有单双面开门及其他特殊要求等，以及对轿顶，轿底，轿壁的处理。颜色的选择，对电风扇，电话的要求等等。（4）轿厢形式：有栅栏门，封闭式中分门，封闭式双折门。封闭式双折中分门等。（5）开门宽度(mm)：轿厢门和层门完全开启的净宽度。（6）开门方向：人在轿厢外面对轿厢门向左方向开启为左开门，门向右方向开启为右开门，两扇门分别向左右开启者为中开门，也称中分门。（7）牵引方式：常用的有平绕1:1的吊索法。轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。半绕2:1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度的一半。全绕1:1吊索法。轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。（8）额定速度（m/s）：制造和设计规定的电梯运行速度：（9）电气控制系统：包括控制方式，拖动系统的形式等。如交流电动机或直流电动机拖动。轿内按钮控制或集选控制等。（10）停层站数（站）：凡在建筑物内各楼层用于出入轿厢的地点均为站。（11）提升高度（mm）：由顶层端站楼面至楼顶站楼面之间的垂直距离。（12）顶层高度（mm）:由顶层端站楼面至机房楼楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离，电梯运行速度越快，顶层高度一般越高。（13）底层深度（mm）:有底层段站楼面至井道之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，底坑一般越深。（14）井道高度(mm)：由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。（15）井道尺寸(mm)：宽深。1.2 电梯的工作原理当曳引机组的曳引轮旋转时，依靠嵌在曳引轮槽中的钢丝绳与曳引槽之间的摩擦力，驱动钢丝绳来升降轿厢，曳引钢丝绳一端挂着轿厢，另一端悬挂对重，产生拉力分别为s1和s2。当s1和s2的差值等于或小于绳槽之间摩擦力时，电梯正常运行，绳槽之间无打滑现象。具体图形见下图:曳引钢丝绳与曳引轮槽不打滑的条件是：（1）当轿厢满载，并以额定速度下降制动时： （式1）式中：s1曳引钢丝绳轿厢一边的拉力（n）；s2曳引钢丝绳对重一边的拉力（n）；曳引绳在曳引轮上的包角，一般；复绕时，计算时用弧度值。自然对数底数=2.71828；钢丝绳与曳引轮槽间的当量摩擦系数，它的大小与轮槽的形型尺寸及钢丝绳和轮间的摩擦系数有关，常取（式2）式中，sin，sin，sin2，sin2中的，的值用角度值代入；2，2中的值用弧度值代入。；。式 （1）中的， 上式中：g-轿厢自重（n）；q-额定载重量（n）；w-对重装置重量（n）；-电梯加速度。（2）当轿厢空载时，以额定速度上升制动时，（式3）, ， 。如图：1.3 电梯的控制技术所谓电梯控制技术是指电梯的传动系统及操纵系统的电气自动控制。作为我国20世纪70年代电梯的主要标志是交流双速电梯。其调速方法是采用改变电梯牵引电动机的极对数，两种或两种不同级对数的绕组，其中极数少的绕组称为高速绕组，极数多的绕组称为低速绕组。高速绕组用于电梯的起动及稳速运行，低速绕组用于制动及电梯的维修。20世纪80年代盛行的交流调压调速电梯，其性能优越于交流双速电梯。调压调速方法是改变三相异步电机的定子供电电压实现电动机的调速。由于电梯制动减速性能要求较高，所以采用的制动方法也有所不用。通常多为能耗制动。在能耗制动中，将电机定子绕组接至直流电源，再加上采用闭环控制方式，从而有效地控制了能耗制动转距，使制动减速过程快速平稳，且制动精度高。20世纪90年代，调压调频调速电梯开始占领市场。调压调频调速电梯（简称vvvf电梯）的调速方法是调节电机定子绕组供电电压的幅值及频率。在vvvf电梯的传动系统中，大量采用了微机控制技术及脉冲宽度调制技术，脉冲宽度调制器（简称pwm控制器）保证了由逆变器输送至三相异步电机定子电压波形为等效正弦波形。调压调频调速电梯传动系统中还广泛的采用了矢量变换技术。使交流电机转速的控制类似直流电机。vvvf电梯由于其体积小。重量轻，运行效率高，又节约能源，几乎包括了以往所用的电梯的优点，再加上极为完善的调速性能，因此它的应用几乎完全可以和直流电梯相媲美。大家都知道交流电动机具有结构紧凑，维修简单等特点。单双速交流电动机拖动系统采用开环方式控制，线路简单，价格较低，因此目前仍在电梯上广泛应用。但它的缺点是舒适感较差，所以一般被用于载货电梯上。这种系统控制的电梯速度在1米/秒以下。交流电动机定子调压调速拖动系统国外已大量应用于电梯。这种系统采用可控硅闭环调速，加上能耗或涡流等制动方式，使得它所控制的电梯能在中低速范围内大量取代直流快速和交流双速电梯。它的舒适感好，平层准确度高，而造价却比直流电梯低，结构简单，易于维护，多用于2米/秒以下的电梯。直流电动机具有调速性能好，调速范围大的特点，因此很早就应用于电梯，采用发电机-电动机组形式驱动。它控制的电梯速度达4米/秒，但是，机组结构体积大，耗电大，维护工作量较大，造价高，因此常用于对对速度，舒适感要求较高的建筑物中。可控硅直接供电拖动系统在工业上早有应用，但用于电梯上却要解决舒适感问题。(尤其是低速段)应此应用较晚，它几乎与微机同时应用，比起电动机-发电机组形式的直流电梯，它有很多优点。如:机房占地节省35%，重量减轻40%，节能25%到35%。世界上最高速度的10米/秒电梯就是采用这种系统，其调速比达1:1200。80年代初，vvvf变频变压系统控制的电梯问世。它采用交流电动机驱动，却可以达到直流电动机的水平，目前控制速度已达6米/秒。它的体积小，重量轻，效率高，节省能源等几乎包括了以往电梯的所有优点。是目前最新的电梯拖动系统。总之，从理论上讲，电梯是垂直运动的运输工具，无需旋转机构来拖动，更新的电梯拖动系统实际上就是直线电机拖动系统。电梯在垂直运行过程中，有起点站也有终点站。对于三层楼以上的建筑物的电梯，起点站和终点站之间还有停靠站，起点站设在一楼，终点站设在最高十二楼。设在一楼的起点站称为基站，起点站和终点站称为两端站，两端站之间称为中间站。各站厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或触钮，一般电梯在两端站的召唤箱上各设置一只按钮或触钮。中间层站的召唤箱各设置两只按钮或触钮。对于无司机控制的电梯，在各层站的召唤箱上均设置一只按钮或触钮。而电梯的轿厢内部设置有（杂物电梯除外）操纵箱。操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮，操纵箱上的按钮或触钮城内指令按钮或触钮。外指令按钮或触钮发出的电信号称为外指令信号，内指令按钮或触钮发出的电信号成为内指令信号。20世纪80年代中期后，触钮已被微动按钮所取代。作为电梯基站的厅外召唤箱，除设置一只召唤按钮或触钮外，还设置一只钥匙开关，以便下班关电梯时。司机或管理人员把电梯开到基站后，可以通过专用钥匙扭动该钥匙开关。把电梯的厅门关闭妥当后，自动切断电梯控制电源或动力电源。第二章 plc可编程控制器 2.1 plc的起源与发展在可编程控制器诞生之前，继电器控制系统已广泛的用于工业生产的各个领域，继电器控制系统通常可以看成由输入电路，控制电路，输出电路和生产现场这4个部分组成的，其中输入电路也是由按钮，行程开关，限位开关，传感器等构成，用已向系统送入控制信号。输出电路部分是由接触器，电磁阀等执行元件构成，用以控制各种被控制对象，如电动机，电炉，阀门等。继电器控制电路部分是控制系统的核心部分，它通过导线将各个分立的继电器、电子元器件连接起来对工业现场实施控制；生产现场是指被控制的对象（如电动机等）或生产过程。 继电器控制系统在传统的工业生产中曾起着不可替代的重要作用，随着生产规模的逐步扩大，市场经济竞争日趋激烈，继电器控制系统已越来越难以适应，因为继电器控制电路通常是针对着某一固定的动作顺序或生产工艺而设计的。它的控制功能也仅仅只局限于逻辑控制、定时，计数等这样一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须进行重新设计、布线、装配和调试。显然，这样的控制系统完全无法满足日新月异且竞争激烈的市场经济发展的需要。这就迫使人们要放弃原来已占统治地位的继电器控制系统，研制可以替代继电器控制系统的新型的工业控制系统。出于上述考虑，美国通用汽车公司（gm）于1968年提出了公开招标研制新型的工业控制器的设想，第二年，即1969年美国数字设备公司（dec）就研制出了世界上第一台可编程序控制器。在这一时期，可编程序控制器虽然采用了计算机的设计思想，但实际上只能完成顺序控制，即仅有逻辑运算、定时，计数等顺序控制功能。所以人们将可遍程序控制器称之为pcl（programmable logical controller），即可编程序逻辑控制器。20世纪70年代末80年代初，微处理器技术日趋成熟，使可编程序控制器的处理速度大大提高，增加了许多特殊，如浮点运算、函数运算、查表等。这样可编程序控制器不仅可以进行逻辑控制，还可以对模拟量进行控制。因此，美国电气制造协会nema（national electrical manufacturers association）将之正式命名为pc（programmable controller）。值得注意的是，因为个人计算机的简称也是pc（personal computer），有时为了避免混淆，人们习惯上仍将可编程序控制器简称plc（尽管这是早期的名称）。本文采用plc的称呼。20世纪80年代后，随着大规模和超大规模集成电路的迅猛发展，以16位和32位微处理器够成的微机化可编程序控制器得到了惊人的发展，使之在概念上、设计上、性能价格比等方面有了重大突破。可编程序具有了高速计数、中断技术、pid控制等功能，同时联网通信功能也得到了加强，这些都使得可编程序控制器的应用范围和领域不断扩大。为了使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化。国际电工委员会（iec）制定了plc的标准，并给出了它的定义。“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部储存执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等才操作，并通过数字式，模拟式的输入与输出，控制各类的机械或生产过程。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联成一个整体，易于扩充功能的原则设计。”综上所述，plc是以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。这种装置具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，得到了用户的公认和好评。他经过短短的几十年发展后，现在已成为现代工业控制的三大支柱（plc，机器人和cad/cam）之一，被广泛地应用于机械，冶金，化工交通，电力等领域中。以plc作为控制器的plc控制系统是从根本上改变了传统的继电器控制系统的工业原理和方式。继电器控制系统是控制功能是通过采用硬件接线的方式来实现的，而plc控制系统的控制功能是通过存储程序来实现的，不仅可以实现开关量控制，还可以进行模拟量控制，顺序控制。另外，它的定时和计数功能也远比继电器控制系统强很多，一般可以为用户提供几十个甚至上百个定时器，计数器。随着计算机和通信几刷的发展，现代plc控制系统已远不是几十年前的哪个样子，plc的控制从早期的单机控制发展到多机控制，实现了工厂自动化。尽管现在的plc控制系统已发生了很大的变化，但是从自动控制的角度来看，plc控制系统与传统的继电器系统在结构上仍有相似之处。pcl控制系统与继电器控制系统输入，输出部分基本相同，输入电路也是由按钮，开关，传感器所构成：输出电路也好似由接触器，执行器，电磁阀多构成的。不同的是继电器控制系统在控制线路被plc中的程序代替，这样一旦生产工艺发生变化，就只需要修改程序就可以了。正是上述原因，plc控制系统除了可以完成传统继电器控制系统所具有的全部功能外，还可以实现模拟量控制，开环或闭环过程控制，甚至多级分布式控制。随着微电子技术的进一步发展，plc的成本在降低，传统的继电器控制系统被plc控制系统代替已是发展的必然趋势。2.2plc控制原理及其组成1 plc的基本工作原理：plc采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。2输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5扫描周期的长短由三条决定。（1）cpu执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数，现在的plc扫描速度都是非常快的。6由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。2 plc控制系统的组成：plc控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指plc本身及其外围设备，软件是指管理plc的系统软件，plc的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。硬件的组成:plc控制系统的硬件是由plc、输入/输出（i/o）电路及外围设备等组成的。系统规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。下面对构成控制系统的主要部分简要介绍。plc系统（1）主控模块除了早期生产的整体式plc（plc的各个部件都在同一机壳内）外，目前市场多数的plc都已采用模块化的结构（plc的各个部件独立封装，称之为模块）。在plc中各个模块均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。在这个系统中最核心的模块是主控模块（也称cpu），它包括：cpu，存储器，通信接口等部分。cpu：cpu是plc的控制中枢，它由控制器和运算器组成。其中，控制器是用来统一指挥和控制plc工作的部件。运算器则是进行逻辑，算术等运算部件。plc在cpu的控制下使整个机器有条不紊的协调工作，以实现对现场各个设备的控制。cpu的具体作用如下：执行接受，存储用户程序的操作指令。用以扫描方式来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。执行监控程序和用户程序。完成数据和信息的处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作。响应外部设备（如编程器，打印机）的请求。plc中所采用的cpu随机型的不同而不同，通常有3种：通用微处理器（如8086，80286，80386等），单片机芯片，位片式处理器。一般来说，小型plc大采用8位微处理器或单片机作为cpu，如intel8086，inter96系列单片机，具有集成度高，运算速度快，可靠性高等优点。如日本欧姆龙公司生产的omronc200h型plc采用的是motorola公司生产的mc68b09的cpu芯片。这是一种增强型8位微处理器。对大型plc，大多采用高速位片式微处理器，它具有灵活性强，速度快，效率高的优点。目前，一些厂家生产的plc中，还采用了冗余技术，即采用双cpu或三cpu工作，进一步提高了系统可靠性。采用冗余技术可使plc的平均无故障工作时间达几十万小时以上。存储器：plc系统中的存储器主要用于存放系统程序，用户程序和工作状态数据。系统程序存储区：采用prom或eprom芯片存储器。它是由生产厂家直接存放的，永久存储的程序和指令，称为监控程序。监控程序和plc的硬件组成与专用部件的特性有关，用户不能随意访问和修改这部分存储器的程序。存储器区：工作数据是plc运行过程中经常变化的，需要随机存取的一些数据。这些数据一般不需要长久保存，因此采用随机存储器ram。数据存储区包括输入，输出数据映象区，定时器/计数器预置和当前数值的数据。用户程序存储区：用于存放用户经编程器或计算机输入的应用程序。一般采用eprom或eeprom存储器，用户可檫写重新编程。用户程序存储器的容量一般就代表plc的标称容量。通常，小型机小于8kb，中型机小于50kb，而大型机可以在50kb以上。通信接口：主控模块通常有一个或一个以上的通信接口（简称通信口），用以与计算机、编程器相连，实现编程、调试、运行，监视等功能。（2） 输入/输出模块 plc的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过i/o模块实现的。生产过程有许多控制变量，如温度，压力，液位，速度，电压，开关量，继电器状态等，因此，需要有相应的i/o模块作为cpu与工业生产现场的桥梁。且这些模块应具有较好的抗干扰能力。目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。对于输入/输出模块有：数字量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，模拟量输入/输出模块，交流新号输入/输出模块，220v交流输入/输出模块。还有智能模块，它本身带cpu，存储器和监控系统，可独立完成各种运算。智能模块的种类很多，如高速计数模块，pid调节的模拟量控制模块，阀门控制模块，智能存储模块和智能i/o模块。（3） 电源模块该模块将交流电源转换成供cpu存储器所需的直流电源，是整个plc系统的能源供给中心。它的好坏直接影响到plc的功能和可靠性。目前，大多数plc采用高质量的开关式稳压电源，与普通电源相比，plc的电源工作稳定性好，抗干扰能力也强。有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供24vdc的稳压电源，用于外部传感器的需要，这样就避免了因外部电源不合格而引起的外部故障。i/o电路plc的基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过plc处理后，通过执行装置实现控制。输入电路就是被控对象（需要进行控制的机器，设备和生产过程）进行检测，采集，转换和输入。另外，安装在控制台上的按钮，开关等也可以向plc送控制指令。输出电路的功能就是接受plc输出的控制信号，对被孔对象执行控制任务。plc外围设备plc的外围设备很多，但基本功能不外乎对信息和数据的处理。常用的有编程器、可编程终端、打印机，条码读入机等等。编程器plc的重要外围设备之一，它可以将用户编写的程序送到plc的用户程序存储器。因此，它的主要任务是输入程序，调试程序和监控程序的执行过程。可编程终端是具有i/o功能的plc人机界面产品。人可以通过触摸屏幕将信息输入plc中同样可编程终端也可以将plc的输入数据和信息显示在屏幕上。软件的组成:plc控制系统的软件主要是系统软件、应用软件、编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。plc系统软件与工作过程plc系统软件是plc工作所必须的软件。在系统软件的支持下，plc对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。plc的这种工作方式就称之为循环扫描。值得注意的是在继电器控制系统中，一个继电器的线圈被接通或断开，继电器的所用触点（常开触点和常闭触点）都会立即动作。但在plc中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所用只有扫描到“线圈”的触点时，才会动作，没有扫描到时，触点就不会动。并且plc扫描一次用户程序的时间即扫描周期与拥护程序的长短和扫描速度有关，一般为1ms至几十毫秒。现以omronp型机为例来说明plc扫描的工作过程，如上图在没有扫描之前，plc首先应保证自身的完好性。接通电源之后，为消除各元件状态的随机性，进行清零或复位处理，检查i/o单元连接是否正确，再执行一段程序。使它涉及到各种指令和内存单元，如果执行的时间不超过规定的时间范围，则证明自身完好，否则系统关闭。上述操作完成后，将时间监视定时复位，才允许扫描用户程序。公共操作是在每次扫描程序前又一次自检，若发现故障，除了报警显示灯亮之外，还判断故障性质。一般性故障，只报警不停机，等待处理；对于严重故障，则停止运行用户程序，此时plc切断一切输出。数据i/o数据输入/输出操作有的称为i/o状态刷新。它包括两种操作：一是采样输入信号（即刷新输入状态的内容）；二是送出处理结果（即按输出状态表的内容刷新输出电路）。plc数据i/o示意图如下： 输入映象存储器及刷新。由上图所示可知送入plc端子上的输入信号，经过电隔离，电平转换，滤波处理后，进入缓冲器内cpu的采样。在plc的存储器有一个专门存放i/o数据区，其中对应输入端子的数据区，称之为输入映象存储器。当cpu采样时，输入信号由缓冲区进入映象区。接着就是数据输入或输出状态刷新。只有在采样刷新的时刻，输入映象存储器中的内容才与输入信号（不考虑电路固有的惯性和滤波滞后影响）一致，其他时间范围输入信号变化是不会影响映象存储器的内容的。由于plc扫描周期一般只有几十毫秒，所以两次采样时间很短，对一般开关量来说，可以认为没有因间断采样引起的误差。即认为输入信号一旦变化，就能立即进入输入映象的存储器内。 输出映象存储器及输出状态刷新。同样道理，cpu不能直接驱动负载。按用户程序要求及当前输入状态，要保持到下次刷新为止。同样，对于变化较慢的控制过程来说，因为两次刷新的时间间隔和输出电路的惯性时间常数一般才几十毫秒，可以认为输出信号是及时的。 执行用户程序这里又包括监视与执行两部分。监视定时器wdt。监视定时器就t1是通常所说的“看门狗”wdt（watch-dogtimer），它是用来监视程序执行是否正常。正常时，执行完用户程序多用的时间不会超过t1，在程序复位wdt，即执行程序并开始计时：执行完用户程序后立即令wdt复位，表示程序执行正常。当程序执行过程中因某种干扰使扫描失控或进入死循环，则wdt会发出超时报警信号，使程序重新开始执行。如果是偶然因素造成超时，重新程序不会再遇到“偶然干扰”，系统便转入正常运行；若由于不可恢复的确定性故障，则系统会自动地停止执行用户程序，切断外部负载，发出故障信号，等待处理。执行用户程序。用户程序是放在用户程序存储器中的，扫描时，按顺序从零步开始，逐步解释和执行，直到执行end指令才结束对用户程序的扫描。应用软件plc控制系统的应用软件是指为完成plc实际控制任务而编制的各种软件。随着plc应用领域范围的不断扩大，应用水平的提高，plc应用软件也大大丰富起来了。plc应用软件与一般计算机信息处理软件相比，有很大不同，plc应用软件有以下几个特点：应用软件设计必须与生产工艺紧密结合。生产工艺要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生产过程，由于各种设备的工艺参数不一样，控制实现的方式也不一样。所以程序设计人员必须深入现场，严格尊守生产工艺的具体要求来设计应用程序。应用软件与硬件紧密相关。软件设计人员不能抛开硬件配置和系统孤立地考虑软件设计。设计必须根据硬件系统，接口的实际情况进行相应的程序设计。plc应用软件的设计需要计算机，自动控制技术甚至网络通信技术等多种知识。特别是plc网络的出现，plc控制系统不再是一个单独的装置。在控制系统中，可能包括有多台不同型号的plc，计算机，外围设备等。因此在进行软件设计时，实现和处理某种控制功能都离不开计算机，自动控制和通信技术。因此，应用程序中不仅有plc程序，还有计算机程序和通信网络程序等。2.3 可编程控制器plc编程语言在plc中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在plc中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。 根据plc应用范围，程序设计语言可以组合使用，常用的程序设计语言是：梯形图程序设计语言；布尔助记符程序设计语言（语句表）；功能表图程序设计语言；功能模块图程序设计语言；结构化语句描述程序设计语言；梯形图与结构化语句描述程序设计语言；布尔助记符与功能表图程序设计语言；布尔助记符与结构化语句描述程序设计语言。1、梯形图程序设计语言梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。plc梯形图是通过连线把plc指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的plc指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（ld）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含ld指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。 在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：（1）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性； （2）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；（3）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；（4）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。2、语句表程序设计语言布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。布尔助记符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用布尔助记符来表示操作功能。布尔助记符程序设计语言具有下列特点： （1）采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点；（2）在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计；（3）与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本类同。3、功能表图程序设计语言功能表图程序设计语言是用功能表图来描述程序的一种程序设计语言。它是近年来发展起来的一种程序设计语言。采用功能表图的描述，控制系统被分为若干个子系统，从功能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想的沟通，便于程序的分工设计和检查调试。功能表图程序设计语言的特点是：（1）以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通；（2）对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间；（3）常用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合；（4）只有在活动步的命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要大大缩短。功能表图来源于佩特利网，由于它具有图形表达方式，能较简单和清楚地描述并发系统和复杂系统的所有现象，并能对系统中存有的象死锁、不安全等反常现象进行分析和建模，在模型的基础上能直接编程，所以，得到了文泛的应用。近几年推出的plc和小型集散控制系统中也已提供了采用功能表图描述语言进行编程的软件。关于佩特利）网的一些基本概念，我在以后有机会时再介绍给各位，以有助于对功能表图的进一步理解。表1 io点分配说明对应的plc地址说明对应的plc地址上行程开关x000下行程开关x001按钮x010输出指示灯y000梯形图与助记符的对应关系：助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。上图的助记符程序为： 地址 指令 变量 0000 ld x000 0001 or x010 0002 and not x001 0003 out y000 0004 end 梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（out）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如ld，and，or）对应于接点，互锁指令（il、ilc）可看成总开关，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。有了这个对应关系，用plc程序代表继电逻辑是很容易的。这也是plc技术对传统继电控制技术的继承。2.4 plc控制系统的发展趋势plc当初是针对工业顺序控制发展而研制的，经过30几年的迅速发展，plc已不仅能进行开关量控制，而且还能进行模拟量控制，位置控制。特别是plc的通信网络技术的发展，使得plc如虎添翼，由单机控制向多机控制，由集中控制向多层次分布式控制系统发展。现在plc的足迹已遍布了国民经济的各个领域，形成了满足各种需要的plc应用系统。今后plc控制系统将朝什么方向发展呢？在市场经济发达的今天，产品的发展取决于市场的需求。plc的主要应用领域是自动化，不同的企业对自动化的要求，规模以及投资数额都不相同，存在着不同的层次需求。从我国目前正在开展的以高新技术带动传统产业发展形式来看，我们不仅要大力发展适合于大，中型企业的高水准的plc网络，而且也要发展合适小型企业该找的性能价格比高的小型plc控制系统。所以今后plc控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化，微型化系统方向发展。作为控制系统的关键设备，plc将朝着体积更小，速度更快，功能更强，价格更低的方向发展。二是向大型化，网络化，多功能的方向发展。 小型化、高性能、低成本、简单使用近年来，小型plc应用十分普遍，超小型plc的需求日趋增多。据统计，美国机床行业应用超小型plc几乎占据了市场的1/4，国外许多plc厂家正在积极地研制开发出各种超小型微型的plc。例如德国西门子公司的s7-200既可以单机运行也可以联网实现复杂的控制。s7-200的最小配置是8个数字量输入和6个数字量输出，还可以根据实际情况扩展27个模块，最多可达到128个输入和120输出，此外s7-200还可以进行模拟量控制，是一种性能价格比较好的微型plc。 大型化、网络化、多功能多层次分布式控制系统与集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。系统设计，组态也更为灵活方便，地域分布也广，是当前控制系统发展的主要潮流。为了适应这种发展，实现工厂自动化，世界上各plc生产厂家不断地研制开发功能更强的plc网络系统。这种plc网络一般是多级的，网络的最底层是现场执行级，网络的最上层为组织管理级。现场执行级可以由多个plc或远程i/o工作站所组成，中间一级由plc或计算机构成。最高一级一般由高性能的计算机组成。它们之间采用工业以太网，map网和工业现场总线相连构成一个多级分布式plc。随着自动控制系统技术的发展，这种多分布式的plc控制系统不再是单一的，除了控制功能外，还可以实现在线优化、生产过程的实时调度、产品计划，统计管理等功能，成为一种测、控、管一体化的多功能综合系统。 plc控制系统将与智能控制系统更进一步地相互渗透和结合目前，plc与计算机已成为地结合并广泛应用，plc不再是单独的一个控制装置，它成为控制系统中的一个重要的组成部分和环节。随着集成电路和计算机技术的进一步发展，今后的plc将更加注重它与智能控制系统的结合。许多plc开发商已经注意到了plc的兼容性，不仅是plc与plc的兼容，而且还注意到plc与计算机的兼容，使之可以充分地利用计算机现有的软件资源。例如西门子的s7-300采用simatics7的模块，它的软件编程，监控都可以在windows操作平台上操作和运行。今后plc将采用速度更快，功能更强的cpu，容量更大的存储器。并将更充分地利用计算机资源。plc与工业控制计算机，集散控制系统，嵌入式计算机等系统还将进一步渗透与结合，这必将更进一步拓宽plc的应用领域和空间。 实现软，硬件的标准化长期以来，plc走的是专门化的道路，使其在获得成功的同时也带来诸多的不便。例如各个公司的plc都有通信联网的能力，但各个公司的plc之间还无法通信联网，因此制定plc国际标准已是今后的发展趋势。从1978年起国际电工委员会iec在其下设tc65的sc65b中转设wgt工作组制定plc的国际标准。第三章 plc控制电梯的设计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。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。 3.1 电梯运行的理想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，采用梯形加速度曲线电梯的理想运行曲线如图7所示：智能变频器是为电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的电梯专用变频器，可配用通用的三相异步电动机，并具有智能化软件、标准接口、菜单提示、输入电梯曲线及其它关键参数等功能。其具有调试方便快捷，而且能自动实现单多层功能，并具有自动优化减速曲线的功能，由其组成的调速系统的爬行时间少，平层距离短，不论是双绕组电动机，还是单绕组电动机均可适用，其最高设计速度可达4m/s，其独特的电脑监控软件，可选择串行接口实现输入/输出信号的无触点控制。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410cm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。电梯速度曲线：电梯运行的舒适性取决于其运行过程中加速度a和加速度变化率p的大小，过大的加速度或加速度变化率会造成乘客的不适感。同时，为保证电梯的运行效率，a、p的值不宜过小。能保证a、p最佳取值的电梯运行曲线称为电梯的理想运行曲线。电梯运行的理想曲线应是抛物线-直线综合速度曲线，即电梯的加、减过程由抛物线和直线构成。电梯给定曲线是否理想，直接影响实际的运行曲线。速度曲线产生方法：采用的fx2-64mrplc，并考虑输入输出点要求增加了fx-8eyt、fx-16eyr、fx-8eyr三个扩展模块和fx2-40aw双绞线通信适配器，fx2-40aw用于系统串行通信。利