电梯PLC控制设计.doc

电电梯梯 PLC 控制控制设计设计 姓名 朱旭 班级 电 07 高技 4 班 专业 电气工程及其自动化 时间 2011 年 12 月 指导老师 师金莉 句句 容容 农农 林林 学学 院院 。 -可编辑修改- 论 文 摘 要 本文介绍一种电梯 PLC 控制系统。电梯是垂直方向的运输设备， 是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载 人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活 中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的 PLC 系统也要求越来越 高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由 PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、 行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机 控制单元采用以三菱公司的可编程控制器 PLC 对机器进行 全过程控制。 整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层； 起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与 掌握。 关关键词键词： PLC 控制系统 电梯 逻辑控制电路 变频器 目 录 论论 文文 摘摘 要要1 。 -可编辑修改- 关关键词键词： ：1 目目 录录3 前言前言4 第一章第一章 总总体体设计设计方案方案5 1.1 总体方案的确定.5 1.2 电梯 PLC 控制系统的构建6 1.3 可行性论证.8 1.4 设计的整体布局及其选型.9 第二章第二章 可可编编程序控制器的程序控制器的结结构与工作原理构与工作原理11 2.1 PLC 的体系结构.11 2.2 可编程序控制器的基本结构.11 2.3 开关量 I/O 模块13 2.3.1 输入模块13 2.3.2 输出模块14 2.4 可编程序控制器的工作原理.14 2.4.1 可编程序控制器的工作原理15 2.4.2 扫描周期15 2.5 PLC 的选型 16 2.5.1 输入输出（I/O）点数的估算.16 2.5.2 存储器容量的估算17 2.5.3 控制功能的选择17 2.5.4 机型的选择18 2.6 FX2N可编程序控制器简介20 2.7 PLC 控制程序设计 20 。 -可编辑修改- 2.7.1 PLC控制系统的设计基本原则20 2.7.2 PLC编程步骤20 2.7.3 PLC提供的编程语言20 第三章第三章 电电梯的梯的发发展、分展、分类类、 、规规格参数及格参数及组组成成.22 3.1 概述 22 3.1.1 电梯产品的录属关系和在人民物质生活中的作用22 3.1.2 电梯产品发展简史22 3.1.3 电梯的运行工作情况22 3.2 电梯的分类 24 3.2.1 按用途分类24 3.2.2 按速度分类24 3.2.3 按曳引电动机的供电电源分类24 3.2.4 按有、无蜗轮减速器分类.25 3.2.5 按驱动方式分类25 3.2.6 按控制方式分类25 3.2.7 按拖动方式分类25 3.3 电梯的主要参数及规格尺寸.25 3.3.1 电梯的主要参数25 3.3.2 我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定26 3.4 电梯的组成部件.26 第四章第四章 电电梯的梯的电电气控制系气控制系统统29 4.1 概述.29 4.2 电梯电气控制系统中的主要电器部件.29 。 -可编辑修改- 4.3 电梯自动控制系统中的各主要控制环节及结构原理.32 4.3.1 各类电梯安全可靠运行的充分与必要条件32 4.3.2 电梯自动开关门的控制环节33 4.3.3 电梯的方向控制环节34 4.3.4 发生制动减速信号的控制环节38 4.3.5 主驱动控制环节40 4.3.6 电梯的安全保护环节40 4.4 电梯的内外召唤指令的登记与消除.43 4.4.1 召唤指令信号登记记忆线路的原理说明44 4.4.2 轿内信号的登记、记忆与消除.45 4.4.3 层外召唤信号的登记记忆与消除46 4.5 电梯的信号指示系统.47 4.5.1 数码显示的层楼指示灯47 4.5.2 运行方向灯、轿内指令及厅外召唤信号灯.47 4.5.3 超载信号指示灯及音响48 4.6 电梯的消防控制系统.49 4.6.1 电梯控制系统中适应消防控制的几个基本要求49 4.6.2 消防控制系统的类型及工作原理50 4.7 交流信号控制电梯线路原理说明.51 4.7.1 概况51 4.7.2 电梯投入使用和撤出使用51 4.7.3 自动开关门51 。 -可编辑修改- 4.7.4 电梯的启动，加速和满速运行，制动减速，停车和开门 51 4.7.5 指令信号登记，记忆和消除.52 4.7.6 电梯的安全保护52 第五章第五章 结结 论论53 第六章第六章 致致 谢谢54 参参 考考 文文 献献55 附录一 I/O分配表56 附录二 交流双速电梯线路图元件代号说明59 前言 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 。 -可编辑修改- 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。 。 -可编辑修改- 第一章 总体设计方案 载 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，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。 1.1 总体方案的确定 目前，电梯行业在我国迅速的发展，在一定程度上占有很大的市场。而在今 天选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器接触器转变成可编程序控制 器（PLC）。 可编程序控制器（PLC）与其他计算机控制相比较： 个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功能，有丰富的软件支持，但 是它们是为办公室自动化和家庭设计的，对环境要求很高，抗干扰能力不强，一 般不适合在工业现场使用。 单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工 业控制，还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设 计的工作量相当大，要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践经验。 工业控制计算机（简称工控机）也是为工业控制设计的，目前比较流行的是 PC总线工控机，它与个人计算机兼容。工控机采用总线式结构，各厂家产品的兼 容性强。工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的，有实时操作系统的支持， 因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。工控机的价格较高，将 它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。工控机的外部I/O接线一般 都用多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如可编程序控制 器的接线端子那样方便可靠。 以上各种计算机用语控制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 。 -可编辑修改- 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。 1.2 电梯 PLC 控制系统的构建 1).机房机房 机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房可以设置在井道顶部，也可设 置在井由自部。当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方式。这种方式 结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大，只有在机房无法顶置时才使用。 对于绝大多数电梯，椭均设于井道顶部。机房必须有足够的面积，高度、承重能 力及良好的通风条件。 2).曳引系曳引系统统 曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮组成。曳引机由电动机联轴器、 制动器、减速器、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源；曳引钢丝绳的两端分 别连接轿厢和对重装置（或者两端固定在机座房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽 之间的摩擦力来驱动轿厢的升降；导向轮的作用是分开轿厢和对重装置的距离， 采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或重梁上。当钢丝绳 的绕绳比大于1时，在轿厢和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个数可以是1个、2 个，甚至3个，这与曳引比有关。 3).导导向系向系统统 导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重只能沿 着导轨作升降运动。导轨固定在导轨架上；导轨架是支承导轨的组件，与井道壁 联接；导靴装在轿厢和对重架上，与导导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于 导轨的直立方向。 4).门门系系统统 门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门社在轿厢入 口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成；层门社在层站入口，由门扇、门导轨 架、门靴和门锁装置及开锁装置组成；开门机社在轿厢上，是轿厢门和层门启闭 的动力源。 5).轿厢轿厢 轿厢是用以运送乘客和货物的电梯组件。它由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架 是轿厢体的承重构架。是由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成；轿厢体由轿厢底、 。 -可编辑修改- 轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组成；轿厢体空 间的大小由额定载重量和额定载客量决定。 6).门厅门厅 每一层电梯门口装的门，门上带有机器锁及电气接点。客梯多为自动开关门， 开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的，而轿厢门是由轿 厢上的开关门装置驱动的。 7).井道井道 井道由围壁、顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重的有限空间。为了出 人，在每个层站开有入口。 8).围围壁壁 围壁的作用是将电梯与外界分隔开，当导轨架直接安装在围壁上时，它还应 承受费切力。围壁的结构分为封闭式和空格式。 9).顶顶板板 井道的顶部是机房，它是维修人员工作的地方。因此顶板必须是封闭型的， 将井道与机房完全隔离。顶板还具有阻止机房即传向井道的作用。对于快、高速 电梯，为了取得良好的隔声效果，常在井道顶部设隔音层，此时的井道顶成了双 层结构。 10).底坑底坑 井道的底坑深入地面，用于安装缓冲器、限速器、钢丝绳涨紧装置等。由于深 人了地面，因此要求防水，最好有排水设施。 11).重量平衡系重量平衡系统统 该系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成，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设计影响的装置。 12).电电力拖力拖动动系系统统 该系统由曳引机、供电系统、速度反馈装置、调速装置和变频器等组成。对电 梯实行速度控制。曳引电动机是电梯的动力源，根据电梯的配置可用交流电动机 或直流电动机；供电系统是为电动机提供电源的装置；速度反馈装置是为调速系 统提供电梯运行速度信号，一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电动机相 连；调速装置对曳引电动机实行调速控制；变频器可以通过改变频率的大小来控 制其运行速度的快慢。 13).电电器控制系器控制系统统 该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成，它起 着操纵和控制电梯运行的作用。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关 。 -可编辑修改- 箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急；位置显示装置是指轿内和层站 的指层灯；层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站；控制屏安装在机 房中，由各类电气控制元件（或板）组成，是电梯实行电气控制的集中组件；选层 器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。它可由 机械式、继电器式或电子式组成。 14).安全保安全保护护系系统统 电梯上设有机械和电气的各类保护系统，以保证电梯安全使用。机械方面的 有限速器和安全钳，起超速保护作用；缓冲器，起冲顶和撞底保护作用；切断总电 源的极限保护。 1.3 可行性论证 可编程序控制器是由继电器逻辑控制而来的，所以它在开关量处理、顺序控 制方面具有一定的优势，发展初期主要侧重于开关量顺序控制。随着计算机技术 的发展，可编程序控制器增加了数值运算、PID闭环调节功能，并开始与个人计算 机或小型计算机联网，它本身也可以构成网络系统。 可编程序控制器的应用领域，在发达的工业国家，可编程序控制器已经广泛 地应用在所有的工业部门，随着可编程序控制器的性能价格比的不断提高，过去 许多使用专用计算机的场合也可以使用可编程序控制器。比如用在开关量的控 制，这是可编程序控制器最基本最广泛的应用，它的输入和输出信号都是只有通、 断状态的开关量信号，这种控制与继电器控制最为接近，可以用价格较低，仅有 开关量控制的功能的可编程序控制器作为继电器控制系统的替代物。开关量逻 辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动线生产线，如机床控制、冲压、铸造 机械、运输带、包装机械的控制，同样也可以用于电梯的控制。 通过上述的简述，我希望在控制系统中能够达到如下要求： 1).乘坐舒适感乘坐舒适感 根据人们生活中的经验证明，在运动速度不变的情况下，速度值的大小对人 们的器官基本上没有什么影响，这只是指人们沿地面或空中的沿与地面平行的 任意方向运动的情况而言的。高速的升降运动就和上述运动有所不同。这是由于 在升降运动中，人体周围气压的迅速变化，对人们的器官产生影响。例如耳膜会 感到压力而嗡嗡响等等。只要采取一定措施，这些影响是可以消除的。所以目前 电梯的运行速度虽已高达10m/s。仍能使乘客无大的不适感。 2).电电梯理想运行曲梯理想运行曲线线 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 。 -可编辑修改- 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。 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。 （其速度曲线如下所示） 抛物线直线综合速度曲线 抛物线直线综合速度曲线的加速时间的起始阶段（ta/n）和最末段（ta/n）均 为抛物线形速度曲线，而中间段（n-2）ta/n为直线形的速度曲线；n为起动时间系数。 1.4 设计的整体布局及其选型 通过上述的分析可知，我所选择的电梯载重量为1000kg,速度为1m/s,七层七 站。PLC的型号为FX2N-128MR，通过其继电器电路图来设计出梯形图，通过PLC 的选型连接其PLC接线图。电动机选用交流三相异步电动机，它具有结构简单、 维护和操作简便、价格便宜、坚固耐用、工作可靠等优点；其缺点是调速性差、概 率因数低。变频器选用安川变频器（616G5），它作为通用变频器适合任何应用场 合,在低速下能够实现平稳启动（1%额定转速），并且极其精确地运行。它的自动 。 -可编辑修改- 调整功能可使世界各地生产的电动机达到高性能运行。具有如下优点：低速大转 矩和全频域平稳加、减速；驱动普通电机能达到最佳的控制效果；操作简单灵活； 具有扩展功能，既可单机使用也可联网使用；设计平均无故障时间：250 000小时。 把50Hz的工频交流电经过处理后输出频率可调的交流电的电气装置叫变频 器。它由整流电路、滤波电路、再生制动电路、逆变电路和控制电路组成。 。 -可编辑修改- 第二章 可编程序控制器的结构与工作原理 2.1 PLC 的体系结构 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： 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 PLC 硬件的基本结构 2.2 可编程序控制器的基本结构 可编程序控制器简称为 PLC（Programmable Logic Controller）主要由 CPU 模 块、输入模块、输出模块和编程器组成。 （如下图所示） 。 -可编辑修改- 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。 (1) CPU 模模块块 CPU 模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（CPU）和存储器 组成。CPU 的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作，每一次扫描 要完成以下工作： 1 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。 2 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。 3 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。 (2) I/O 模模块块 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) 编编程器程器 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。 编程器可以永久地连续在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器 也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台 。 -可编辑修改- 可编程序控制器公用。 2.3 开关量 I/O 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。 2.3.1 输入模块 2.3.1 a 直流输入电路 输入电路中设有 RC 滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起 的错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型值为 1020ms（信号上升沿）和 2050ms（信号下降沿），输入电流约为 10mA，上图 2.3.1a 是某直流输入模块的 内部电路和外部接线图。本节的输入电路和输出电路都只画出了一路，COM 是 各路的公共点。图中的输入触点直接接在公共点和输入端（400 是梯形图中输入 继电器的编号）之间，不需要外接电源。有的可编程序控制器还可以为接近开关、 光电开关之类的传感器提供 24V 电源。 （如图 2.3.1b） 图 2.3.1 b 输入电路 。 -可编辑修改- 当图 2.3.1b 中的外接触点接通时，光电耦合器中的发光二极管发光，光敏三 极管导通，信号经内部电路传送给 CPU 模块。 图 2.3.1 c 是交流输入电路。光电耦合器中有两个反并联的发光二极管，显示 用的两个发光二极管也是反并联的，因此这个电路可以接收外部的交流输入电 压。 图 2.3.1 c 交流输入电路 2.3.2 输出模块 输出模块的功率放大元件有大功率晶体管和磁效应管（驱动直流负载）、双向 可控硅（驱动内交流负载）和小型继电器，后者可以驱动交流负载或直流负载。输 出电流的典型值为 0.52A，负载电源由外部现场提供。 输出电流的额定值与负载的性质有关，但是只能驱动 100VA/22V 的电感性 负载和 100W 的白炽灯。额定负载电流还与温度有关，温度升高时额定负载电流 减小，有的可编程序控制器提供了有关曲线。 输出模块内可能设置有熔断器，并在模块面板上用发光二极管显示熔断器的 状态。某些新式的模块用非破坏性的电子保护电路代替熔断器。 2.4 可编程序控制器的工作原理 可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器 系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、 输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构 在功能上某些相似之处。 。 -可编辑修改- 2.4.1 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（见左上图）。 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 （见右图），图中仅画出了与用户程序执行过程有关的 3 个阶段。 2.4.2 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 2.4.2 所示。 。 -可编辑修改- 图 2.4.2 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。 2.5 PLC 的选型 为了能够更好的选型，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。 2.5.1 输入输出（I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加 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 。 -可编辑修改- 10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根 据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 2.5.2 存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是 存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。 。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式， 大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数 为内存的总字数（16 位为一个字），另外再按此数的 25%考虑余量。 2.5.3 控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度 等特性的选择。 (一)运算功能运算功能 简单 PLC 的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普 通 PLC 的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运 算、数据传送等；大型 PLC 中还有模拟量的 PID 运算和其他高级运算功能。随着 开放系统的出现，目前在 PLC 中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的 通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网 进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运 算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据 传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和 PID 运 算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 (二)控制功能控制功能 控制功能包括 PID 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制 运算等，应根据控制要求确定。PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合 常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入 输出单元完成所需的控制功能，提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量。例如 采用 PID 控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC 码转换单元等。 (三)通信功能通信功能 大中型 PLC 系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如 TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合 ISO/IEEE 通信标准，应是开放的通信网络。 PLC 系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、 RIO 通信口、工业以太网、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信总线（含接口设备 和电缆）应 1：1 冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际 。 -可编辑修改- 要求。 PLC 系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于 1Mbps，通信负荷不大 于 60%。PLC 系统的通信网络主要形式有下列几种形式：1）PC 为主站，多台同型 号 PLC 为从站，组成简易 PLC 网络；2）1 台 PLC 为主站，其他同型号 PLC 为从 站，构成主从式 PLC 网络；3）PLC 网络通过特定网络接口连接到大型 DCS 中作 为 DCS 的子网；4）专用 PLC 网络（各厂商的专用 PLC 通信网络）。 为减轻 CPU 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能 的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。 (四)编编程功能程功能 PLC 的编程有离线编程和在线编程两种，设计时应根据应 用要求合理选用。 离线编程方式：PLC 和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模式时，CPU 只 为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模 式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本， 但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU 和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制 的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种 方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 (五)诊诊断功能断功能 PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬 件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输 入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影 响平均维修时间。 (六)处处理速度理速度 PLC 采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越 快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则 PLC 将扫描不到该信号，造成信号 数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU 处理速度、软件质量等有关。目 前，PLC 接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约 0.20.4Ls，因此能 适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足： 小型 PLC 的扫描时间不大于 0.5ms/K；大中型 PLC 的扫描时间不大于 0.2ms/K。 2.5.4 机型的选择 (一)PLC 的的类类型型 PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安 装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出 发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 。 -可编辑修改- 整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统； 模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系 统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 (二)输输入、入、输输出模出模块块的的选择选择 输入、输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑 信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应 考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、 寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率 因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出 和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低 应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程 I/O 机架等。 (三)电电源的源的选择选择 PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC 应根据产品说明书要求设 计和选用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压 一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否 则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输 出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 (四)存存储储器的器的选择选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用 项目的正常投运，一般要求 PLC 的存储器容量，按 256 个 I/O 点至少选 8K 存储 器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 (五)冗余功能的冗余功能的选择选择 1控制单元的冗余 （1）重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应 1：1 冗余。 （2）在需要时也可选用 PLC 硬件与热备软件构成的热备冗余系统、两重化或 三重化冗余容错系统等。 2 I/O 接口单元的冗余 （1）控制回路的多点 I/O 卡应冗余配置。 （2）重要检测点的多点 I/O 卡可冗余配置。 （3）根据需要对重要的 I/O 信号，可选用两重化或三重化的 I/O 接口单元。 (六)经济经济性的考性的考虑虑 选择 PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展 。 -可编辑修改- 性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输 入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。 当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因 此，点数的增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在估 算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 2.6 FX2N可编程序控制器简介 FX2N 是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。 它的基本指令执行时间高达 0.08s 每条指令，远远超过了很多大型 可编程序控制器。用户存储器容量可扩展到 16K 步，最大可扩展到 每 256 个 I/O 点，有 5 种模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉 冲输出模块、4 种位置控制模块、多种 RS-232C/RS-242/RS-485 串行 通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能 模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功 能。 2.7 PLC 控制程序设计 2.7.1 PLC 控制系统的设计基本原则 1) 最大限度的满足被控对象的控制要求。 2) 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用 和维护方便。 3) 保证控制系统安全可靠。 4) 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择 PLC 容量时应适当留 有余量。 2.7.2 PLC 编程步骤 具体编制一个 PLC 控制程序的基本步骤如下(其流程图见 2.7)。 2.7.3 PLC 提供的编程语言 1) 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特 点； A.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串 联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。 B.梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是 PLC 输入点 接的开关也可以是 PLC 内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等 的状态。 。 -可编辑修改- C.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。 内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中 间结果供 CPU 内部使用。 D.PLC 是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描 周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中 可以当条件使用。 2) 语句表语言，类似于汇编语言。 3)逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算 框表示一个功能，左边画输入、右边画输出。 图 2.7 PLC 编程步骤 检查程序 有无错误 运行程序 有无错误 程序投入使用 通过 PC 机、GPC 或 FIT 输入程序至 PLC 编制 PLC 程序（梯形图或指令代码） 将 PLC 的 I/O 位分配给输入输出设备 确定系统必须完成的各项任务及其顺序 修改程序 调整程序 NO YES YES NO 。 -可编辑修改- 第三章 电梯的发展、分类、规格参数及组成 3.1 概述 3.1.1 电梯产品的录属关系和在人民物质生活中的作用 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，随着社会的发展，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。 3.1.2 电梯产品发展简史 据国外有关资料介绍，公元前 2800 年在古代埃及，为了建筑当时 的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元 1765 年瓦特发明 了蒸汽机后，1858 年美国研制出以蒸汽机为动力，并通过带传动和蜗 轮减速装置驱动的电梯。1878 年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。并 随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又采用液压泵和控制阀以及 直接拄塞式和侧拄塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所 采用。但是电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力 来源。 我国电梯的使用历史悠久。80 年代中期以来，随着我国对外开放， 对内告活经济的政策深入贯彻执行，随着技术引进工作的进一步开 展，在国内建立一批合资和独资电缆生产厂，使我国的电梯工业又取 得巨大的发展，我国又新颁布一批具有 80 年代国际水平的电梯制造 标准，随着采用新标准生产的电梯批量推向市场，技术性能和质量明 显提高的电梯又进一步促进建筑业和电梯业的发展，电梯工业蓬勃 发展的局面已经形成。 3.1.3 电梯的运行工作情况 电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以 上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在 。 -可编辑修改- 一楼，终点站设在最高楼，设在一楼的起点站常作为基站。起点站和 终点站之间的停靠站称为中间站。 各站的厅外设有召唤箱，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，中间层站的召唤箱上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 都设置有（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，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱 上的按钮或触钮称为指令或触钮，操纵箱上的按钮或触钮称为内指 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称为内指令信号。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，以便下班关闭电梯时，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钥匙开关，把电梯的厅轿门关闭妥 当后，自动切断电梯控制电源或动力源。 电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、 停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较 复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程 度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需要通过操纵箱上按钮或 触钮向电气控制系统下达一个指令，电梯就能自动关门、定向、起动、 加速，在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度比较高的电梯， 司机或乘用人员一次还可以下达一个一上的指令信号，电梯便能够 依次起动和停靠，依次完成任务。 尽管电梯和汽车在运行工作过程有许多不同的地方，但仍有许多 共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和 终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信 号时，电梯到站能自动平层停靠开门接客。而载货电梯的运行工作情 况下则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上 下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后 才达另一个任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一层站 时，假若中间层站出现指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电 梯的自动化程度比乘客电梯低。 。 -可编辑修改- 3.2 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。 3.2.1 按用途分类 1）乘乘客客电电梯梯：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）载货电载货电梯梯：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）病床病床电电梯梯：为运送病床而设计的电梯。 4）杂货电杂货电梯（服梯（服务电务电梯梯）：供图书馆、办