维修电工高级技师论文-电梯的PLC控制改造.doc

普通电梯的PLC控制设计山东省“金蓝领”维修电工高级技师论文电梯的PLC控制设计设计：X X X山东煤炭技术学院XXXX年XX月XX日普通电梯的PLC控制设计摘要：本文介绍采用可编程控制器PLC作为电梯控制器，应用电梯电气控制系统，执行标准设计硬件电路，优化程序设计方案，软硬件冗余度高，系统安全性得到保障；采用市场上容易采购的互换性较好的PLC，因地制宜开发研制经济、安全电梯系统。PLC自身具有的完善的功能，模块化的结构，以及开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高的特点和较高的性价比，使其在工业生产中的应用前景越发看好，作为实现工业自动化的不可缺少的部分，结合我国国情开发自己的产品，大力发展PLC对于我国来讲是很重要的，也有深远的意义。关键词：可编程控制器PLC、电梯控制器、控制程序。引 言随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用，电梯作为垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。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或继电器来完成；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，现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现，所以我们设计了五层五站电梯的PLC控制系统电梯系统。这次设计，我们翻阅了有关方面的许多资料，经过不断反复，推敲和论证，并且得到了山东煤炭技术学院郎海军老师和陈秀珍老师的悉心指导，在此致以衷心的感谢。通过这次设计，提高了我们分析问题、解决问题的能力。由于水平有限，设计上难免有不妥之处，望老师、领导给予批评、指正。第1章 概述1.1 电梯的基本工作原理电梯都是由电梯装置、拖动系统及电梯控制系统等组成。电梯的控制主要是指对电梯原动机及开门机的起动，减速，停止，运行方向，指层显示，层站召唤，轿车内指令，安全保护等指令信号进行管理。操纵是实行每个控制环节的方式和手段。不同的电梯，不论采用何种控制方式，总是按轿厢内指令，层站召唤信号要求，向上或向下起动，起行，减速，制动，停站。1.1.1 电梯的分类电梯的种类多种多样。1、按驱动方式分为曳引驱动电梯、液压电梯、直线电机驱动电梯、齿轮齿条驱动电梯、卷筒驱动电梯、螺杆式电梯、斜行电梯等。曳引驱动电梯又分为交流电梯和直流电梯。交流电梯有交流单速、交流双速、调压调速、变频调速等发展阶段。2、电梯按操纵控制方式分为手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、并联控制、群控等，如今发展到单梯集选控制和多梯的智能群控。3、电梯按机房位置分为上机房、下机房、侧机房和无机房（曳引系统和控制柜置于井道中）等。电梯按曳引机有无齿轮减速分为有齿轮驱动（包括V型带驱动）和无齿轮驱动等。1.1.2 电梯功能要求1、无司机工作状态（1）所有外召唤与内指令都参与自动定向。但轿内指令优先。轿内指令优先是指在电梯门未完全关闭之前，轿内指令优先定向。自动定向的原则：以指令（或召唤）信号与轿厢当前位置比较，如果指令（或召唤）信号层站数大于当前轿内位置层站数，则定为上向，反之定为下向。除了轿厢指令优先原则。在电梯门关闭后。对外召唤的定向以时间优先为原则，即以先按的召唤信息来定向。其它信号被登记记忆。（2）门自动延时关闭。（3）门扇有防夹人装置。门在关闭过程中该装置动作使门反向开启。（4）有超载装置。电梯超载时门不能关闭运行，且有蜂鸣及显示提示。（5）有满载直驶功能。电梯满载时，不应答厅外召唤，只响应轿内指令。（6）本层厅外开门功能。方式1：电梯停止在某层，无运行任务（即无方向），且门已关闭。接该层厅外召唤（上召或下召）均应开门。方式2：电梯停止在某层，仍有运行任务（即有方向），门正在关闭过程中，按该层厅外召唤时，如与运行任务方向一致，则反向开门。如与行运任务方向相反，门继续关闭，而登记记忆按下的召唤信号。（7）提早关门功能。乘客进入轿厢后，如按下轿内关门按钮，电梯门立即关闭，无需等待延时时间到再关门。（8）延长开门时间功能。电梯停在某层，如进入轿厢按下开门按钮不放，则电梯门不关闭。按住本层厅外顺向召唤按钮不放，电梯门也不关闭，实现延长开门时间功能。（9）顺向截车功能。以向上运行为例：电梯向上运行还未到最高目的层，如中间层有顺向召唤，（或者输入中间层指令），只要召唤层（或指令层）大于该时刻的轿厢位置层，则该信号被接受停站。（10）停站原则：电梯以运行同方向登记的信号逐层停靠，直至最远目的层。再反向运行，逐层停靠已登记的信号，直至最远目的层。2、司机工作状态（1）所有召唤、指令都参与自动定向，但无自动延时关门功能，必需有司机按下方向按钮才关门运行。（2）门扇防夹人装置有效。（3）超载装置有效。（4）满载直驶功能有效。增加司机控制的专用开关，在并无满载时，也可由司机控制电梯进行直驶运行。（5）本层厅外开门有效。（6）顺向截车功能与停站原则与无司机方式一样。3、检修工作状态（1）取消一切指令与召唤的登记与响应，电梯只能运行于慢车状态。（2）优先权：轿顶操作最优先，轿内其次，机房最后。4、消防工作状态：电梯在有/无司机工作时，只要切换到消防工作状态，电梯即以以下几种状态来确定运行方式：（1）如果电梯正停止在基站，立即开门，取消所有外召。转入消防工作状态，（只响应轿内指令，且需按下方向按钮电梯才运行。）（2）电梯正在上行，立即切断所有外召和轿厢指令，就近停靠，不开门且立即返回基站，开门后进入消防工作状态。（3）电梯正在下行。立即切断所有外召和轿厢指令，直驶基站，开门后进入消防工作状态。（4）电梯正停在基站以外的楼层。如门已关闭，则立即切断所有外召和轿内指令，直驶基站，开门后进入消防工作状态。如门未关闭，则立即关门，切断所有外召和轿内指令，直驶基站，开门后进入消防工作状态。电梯在检修工作状态时，不能进入消防工作状态。消防时，厅外开门功能无效。消防返回时，门防夹装置暂时无效。（返回到基站后恢复有效）。1.1.3 继电器控制交流双速电梯电路组成继电器控制交流双速电梯的电路组成一般包括主回路和控制回路，其中控制回路又包括：安全回路，开关门回路，轿内指令信号的登记与消除回路，启动关门、启动运行回路，门锁、检修、抱闸、运行继电器回路，加速与减速延时回路，停站触发与停站回路，电梯的运行、加速、减速与平层回路和信号显示回路等。1.2 电梯的主要电气设备1.2.1 曳引电动机齿轮曳引机为电梯的提升机构，主要由驱动电机、电磁制动器（也称电抱闸）、减速器以及曳引轮组成。曳引驱动电梯又分为交流电梯和直流电梯。交流电梯有交流单速、交流双速、调压调速、变频调速等发展阶段。交流双速电梯由于其结构简单、价格低、适用于要求不高的各种场所，在我国拥有量较大，缺点是控制系统体积较大、设备故障率高，维护费用高。变频调速电梯以其良好的调速性能和舒适感、节能、驱动设备小、噪声低、平层精度高、可靠性高、电路负载低而成为当今主流电梯产品。1.2.2 自动门机用来完成电梯的开门与关门。电梯的门有厅门（每层站一个）和轿门（只有一个），只有在电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机电机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门、轿门全部关闭后才允许启动运行，检修状态时，可以在不关门状态下运行。自动门机是安装于轿厢顶上，它在带动轿门启闭时，还需通过机械联动机构带动层门与轿门同步启闭。为使电梯门在启闭过程中达到快，稳的要求，必须对自动门机系统进行速度调节。当用小型直流伺服电机时，可用电阻串并联方法。采用小型交流转矩电动机时，常用加涡流制动器的调速方法。直流电机调速方法简单，低速时发热较少，交流门机在低速时电机发热厉害，对三相电机的堵转性能及绝缘要求均较高。1.2.3 楼层显示线路乘客电梯轿厢内必定有楼层显示器，而层站上的楼层显示器则由电梯生产厂商视情况而定。过去的电梯每层都有显示，随着电梯速度的提高，群控调度系统的完善，现在很多电梯取消了层站楼层显示器，或者只保留基站楼层显示，到达召唤站时采用声光预报板，如电梯将要到达，报站钟发出声音，方向灯闪动或指示电梯的运行方向，有的采用轿内语音报站，提醒乘客。楼层指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。过去常由低压灯泡构成，现多由数码管组成，且与呼梯盒做成一体结构。1.2.4 呼梯盒电梯的层站召唤信号是通过各个楼层门口旁的按钮来实现的。信号控制或集选控制的电梯，除顶层只有下呼按钮，底层只有上呼按钮外，其余每层都有上下召唤按钮。呼梯盒也叫召唤按钮箱或外呼盒，用以在每层站召唤电梯，常安装在厅门外，距地面一米左右的墙壁上，基站与顶站只有一只按钮，中间层站由上呼和下呼两个按纽组成。按钮下带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已被接收并记忆，满足呼梯要求时，呼梯记忆灯将熄灭。基站的呼梯盒上，常带有钥匙开关，供司机开关电梯。1.2.5 操纵箱操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。轿内操纵箱上对应每一层楼设一个带灯的按钮，也称指令按钮。乘客入轿厢后按下要去的目的层站按钮，按钮灯便亮，即轿内指令登记，运行到目的层站后，该指令被消除，按钮灯熄灭。操纵厢上设有与电梯层站数相同的内选层按钮（带上下行指示记忆灯）、开/关门按钮、急停按钮、电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行、司机状态下运行，还是检修状态）以及风扇、照明、层楼指示灯的控制开关。1.2.6 平层及开门装置该装置由上、下平层感应器及开门感应器KR6、KR7组成。上行时KR6首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速；至KR7插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号，电机停转，机械抱闸。下行时，KR7首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速；至KR6插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号（继电接触控制的交流双速电梯平层及开门装置常采用三只感应器）。1.2.7 停层装置在电梯的井道内每层站装有一只感应器，当轿厢运动到相应层站时，其上隔磁铁板插入对应的感应器内，以此检测电梯所处的位置。1.2.8 安全窗及其开关、安全钳及其开关、限速器及其开关、限位开关、强迫换速开关、极限开关。电梯的轿厢顶部开有安全窗，供紧急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不允许运行。安全钳是为了防止曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢夹持在导轨上。限速器是用以检测电梯运行速度的机械装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳设计电梯停止运动。以上三种装置的动作通过其相应开关来检测。当电梯运行至上下限位置时仍不能停车，将通过机械装置带动极限开关SQ0动作，切断电梯曳引电机的电源，以达到停车的目的，避免电梯出现冲顶与蹲底事故。1.3 PLC的工作原理及接口电路 1.3.1 PLC的特点：1、高可靠性。2、编程简单，使用方便。可采用梯形图编程方式，与实际继电器控制电路非常接近，一般电气工作者很容易接受。3、环境要求低，适用于恶劣的工业环境。4、体积小，重量轻5、扩充方便，组合灵活1.3.2 PLC的硬件结构：1、硬件框图如图1-11所示。图1-112、输入接口电路为了保证能在恶劣的工业环境中使用，PLC输入接口都采用了隔离措施。如下图1-12所示，采用光电耦合器为电流输入型，能有效地避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。在光敏输出端设置RC滤波器，是为了防止用开关类触点输入时触点振颤及抖动等引起的误动作，因此使得PLC内部约有10ms的响应滞后。当各种传感器（如接近开关、光电开关、霍尔开关等）作为输入点时，可以用PLC机内提供的电源或外部独立电源供电，且规定了具体的接线方法，使用时应加注意。图1-12 输入接口电路3、输出接口电路PLC一般都有三种输出形式可供用户选择，即继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出。在线路结构上都采用了隔离措施，如图1-13所示。特点：继电器输出：开关速度低，负载能力大，适用于低频场合。晶体管输出：开关速度高，负载能力小，适用于高频场合。晶闸管输出：开关速度高，负载能力小，适用于高频场合。图1-13输出接口电路1.3.3 PLC的工作过程PLC大多采用成批输入/输出的周期扫描方式工作，按用户程序的先后次序逐条运行。一个完整的周期可分为三个阶段：1、输入刷新阶段程序开始时，监控程序使机器以扫描方式逐个输入所有输入端口上的信号，并依次存入对应的输入映象寄存器。2、程序处理阶段所有的输入端口采样结束后，即开始进行逻辑运算处理，根据用户输入的控制程序，从第一条开始，逐条加以执行，并将相应的逻辑运行结果，存入对应的中间元件和输出元件映象寄存器，当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输出刷新处理。3、输出刷新阶段将输出元件映象寄存器的内容，从第一个输出端口开始，到最后一个结束，依次读入对应的输出锁存器，从而驱动输出器件形成可编程的实际输出。一般地，PLC的一个扫描周期约10ms，另外，可编程序控制器的输入/输出还有响应滞后（输入滤波约10ms），继电器机械滞后约10ms，所以，一个信号从输入到实际输出，大约有20-30ms的滞后。输入信号的有效宽度应大于1个周期+10ms。第2章 总体方案设计2.1 控制系统方案设计目前常用的电梯控制系统有单片机控制、PLC机控制、微机控制等。2.1.1 单片机控制方案此种方案应用单片机开发成电梯系统控制器，早期应用最多。编程一般以C语言居多。采用此方案一般对单片机比较了解。其优点是硬件成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优点。缺点是：1、元器件采购质量难以保障；2、线路板小批量定做，质量难以保证；3、手工焊接质量不稳；4、没有老化实验；5、硬件设计是否为最优方案。由此五方面原因造成系统控制器稳定性差，故障率高，时常出现莫名其妙的问题。仅仅是一个单片机控制器，尚可运行。如果再与上位计算机通讯，甚至485口多机通讯，其稳定性之差可想而知。而一个系统及产品的设计首先是稳定性要好。另外，采用单片机方案，数值的显示一般采用数码管显示，也可采用液晶显示，但如采用液晶汉字显示，须做的编程工作很多。此外，上位机软件编程一般采用VB居多,控制器与其他系统兼容性差。开放性不强。2.1.2 微机控制系统方案应用此种方案一般以一些计算机技术类公司为多。多采用工控板卡如：I/O输入板卡，A/D输入板卡,继电器板卡，模块等组合而成。此方案的优点是：1、板卡是批量定做，所以硬件稳定性要比单片机要好。2、软件可采用组态软件，编程较方便。缺点：1、成本高。2、板卡插在微机上，一旦计算机发生故障，则电梯控制不能实现。3、采集速度慢，微机负担重。不管是成本还是功能设计，微机机方案都不是首选。2.1.3 PLC机控制系统方案综合目前电梯控制系统的状况，PLC电梯控制系统在实际应用时，该系统具有如下特点： 1、以PLC为主机，系统稳定性好。 2、价格适中，性价比好。采用PLC成本要比单片机高，但应用于系统时，要考虑稳定性、功能性、可维护性等综合因素。采用PLC比单片机和微机具有较高的性价比。4、运行速度快。5、软件扩展性好。编程软件可方便的按用户要求进行控制编制。同时，PLC本身具有和其他软件兼容支持的特点，可为用户提供多种选择，用户也可根据提供的数据地址采用不同软件自行编程，方便不同用户方案要求。6、硬件扩充性好。对于有特殊要求，可方便实现输入输出的扩展，功能强大。由于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、维护检修方便等特点，所以我们选用PLC可编程控制器来实现对电梯的控制。在电梯中常用的可编程序控制器有松下、日立、西门子、三菱等型号。2.2 电力拖动系统方案设计目前常用曳引电梯有交流双速、变频调速、直流拖动等按驱动方式。1、交流双速电梯由于其结构简单、价格低、适用于要求不高的各种场所，在我国拥有量较大，缺点是控制系统体积较大、设备故障率高，维护费用高。2、变频调速电梯以其良好的调速性能和舒适感、节能、驱动设备小、噪声低、平层精度高、可靠性高、电路负载低而成为当今主流电梯产品。但需要专用变频器件，价格较高。3、直流电梯具有调速性能好、调速范围大等优点，但需要直流电源和电机维护难，如今常用于无齿轮驱动的2.00m/s以上速度的电梯。总上所述，我们选用的PLC+交流双速电力拖动系统方案，具有造价低、维护要求低等优点。更适合用于采用PLC机对继电器控制的交流双速电梯的技术改造。第3章 PLC系统的硬件设计3.1 PLC系统的型式常用的PLC系统有整体式、模块式、叠装式三种。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；模块式PLC的功能扩展灵活方便，I/O点数量，输入点数和输出点数的比例，I/O模块的种类等方面，选择余地较大，维修时只要更换模块，判断故障的范围也很方便。因此，模块式PLC一般用于较复杂系统和环境差（维修量大）的场合。根据本设计任务的要求，整体式PLC结构紧凑、体积小、价格低，由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成，整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使PLC功能得以扩展；而模块式PLC配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，而且配置方便，便于扩展和维修，一般大、中型PLC采用模块式结构；叠装式PLC是把整体式和模块式的特点结合起来，这样不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。因此决定选用整体式PLC一台作为本电梯控制系统主机使用。3.2 PLC系统的安装安装方式的选择根据PLC的安装方式，系统分为集中式、远程I/O式和多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应速度快，成本低；大型系统经常采用远程I/O式，因为它们的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在I/O装置附近，I/O连线比集中式的短，但需要驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别控制，又要相互联系的场合，可以选择小型PLC，但必须要附加通讯模块。本系统根据系统控制要求，决定选用集中式PLC一台。3.3 PLC系统的容量3.3.1 PLC容量PLC可编程控制器的容量，包括I/O点数和用户储存容量两个方面。1、I/O点数PLC平均的I/O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但必须留有一定的备用量。通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%20%的备用量来确定。2、用户储存容量用户储存容量是指PLC用于储存用户程序的储存器容量，需要的用户储存容量的大小由用户程序的长短决定。一般可按下式估算，再按实际需要留适当的余量（20%30%）来选择。储存容量=开关量I/O点总数10+模拟量通道数100绝大部分PLC均能满足上式的要求，特别要注意的是，当控制较复杂，数据处理大时，可能会出现储存容量不够的问题，这时应特殊对待。3.3.2 PLC参数的确定三菱可编程控制器具有体积小，结构紧凑，可扩展的硬件结构，集成化端子排，组网方便。同时它与其它可编程控制器不同，具有丰富的功能指令，使得进行数字运算成为可能，编程时能充分得到运用，程序简洁可靠；另外，它有对外通迅口，为今后实现远程监视留有接口；还提供了许多模块，可作为它用，如A/D模块可用作变频器输入用，可做到直接停靠，后续将继续研究。根据本系统控制要求，所需I/O量，见表3-1所示，其中输入点为32，输出点为30，即本系统I/O总点数为62点。根据以上要求决定选F1-60MR主机一台，F1-20ER扩展模块一台，技术参数如下：1、F1-60MR主机的参数输入点数为36点，输入继电器编号（X）000007、011013、400407、410413、500507、510513；输出点数为24点，输出继电器编号（Y）030037、430437、530537。2、F1-20ER扩展单元参数输入点数为12点，输入继电器编号（X）014027；输出点数为8点，输出继电器编号（Y）040047。根据用户储存容量要求，本系统程序不会超过2K步，且仍有10%左右余量，故本系统应用F1-60MR主机内2K存储器来储存应用程序，不进行存储的扩展。选用2K步存储容量。3.4 PLC系统的输入/输出系统设计3.4.1 输入设备的选择安全运行KA2、RUN；门锁KA1、X0。转换开关：自动SA1-1，X1；检修SA1-2，X2。行程开关：开门SB1，X3；关门SB2，X4；上行启动SB3，X5；下行启动SB4，X6；基站SQ5，X7；开门到位SQ6，X10，关门到位SQ7，X11；上行限位SQ17，X12；下行限位SQ18，X13。按钮开关：1楼内选SB5，X400；2楼内选SB6，X401；3楼内选SB7，X402；4楼内选SB8，X403；5楼内选SB9，X404；1楼上行1SB1，X503；2楼上行2SB1，X501；2楼下行2SB2，X502；3楼上行3SB1，X503；3楼下行3SB2，X504；4楼上行4SB1，X505；4楼下行4SB2，X506；5楼下行5SB2，X507。继电器：1楼感应器1KR，X405；2楼感应器2KR，X406；3楼感应器3KR，X407；4楼感应器4KR，X410；5楼感应器5KR，X411；上平层感应器6KR，X510；下平层感应器7KR，X511。3.4.2 输出设备选择接触器：上行KM1，Y030；下行KM2，Y031；高速KM3，Y032；低速KM4，Y033；启动加速KM5，Y034；制动减速KM6，Y035；KM7，Y036；KM8，Y037；开门KM9，YY430；关门KM10，Y431。开关电源：220V。灯：1层层楼指示1HL，Y434；2HL，Y435；3HL，Y436；4HL，Y437；5HL，Y530；上行指示6HL，HL6，Y531；下行指示7HL，HL7，Y532；15层内选记忆指示HL1，Y533；HL2，Y534；HL3Y535；HL4，Y536；HL5，Y537；1楼外呼记忆HL8，Y040；2楼上呼记忆HL9，Y041；2楼下呼记忆HL10，Y042；3楼上呼记忆HL11，Y043；3楼下呼记忆HL12，Y044；4楼上呼记忆HL13，Y045；4楼下呼记忆HL14，Y046；5楼外呼记忆HL15，Y047。灯电源：12V。3.4.3 PLC的I/O点数分配 见表3-1 五层五站电梯电气元件表3.4.4 PLC的I/O设备接线方式见附图。序号元件符号名称及作用继电器号1KM1上行接触器Y0302KM2下行接触器Y0313KM4低速接触器Y0334KM5启动加速Y0345KM68制动减速Y0350376KM9开门接触器Y4307KM10关门接触器Y4318SQ5基站开关X79SQ6开门到位开关X1010SQ7关门到位开关X1111SQ8开门调速开关12SQ910关门调速开关13SQ111515楼厅门锁14SQ16轿们关闭到拉15SQ17上限位开关X1216SQ18下限位开关X1317SQ19上行强迫停止18SQ20下行强迫停止19SB1开门按钮X320SB2关门按钮X421SB3上行启动按钮X522SB4下行启动按钮X623SB5915楼轿内选层钮X400404241SB14SB114楼上行外呼钮X500505252SB25SB225楼下行外呼钮X50550726SQ0极限开关表3-1 五层五站电梯电气元件表序号元件符号名称及作用继电器号11HL5HL15层层楼指示灯Y434Y53026HL7HL上行、下行指示灯Y531Y5323HL67操纵箱上下行指示灯4HL81楼外呼记忆灯Y0405HL92楼上呼记忆灯Y0416HL102楼下呼记忆灯Y0427HL113楼上呼记忆灯Y0438HL123楼下呼记忆灯Y0449HL134楼上呼记忆灯Y04510HL144楼下呼记忆灯Y04611HL155楼外呼记忆灯Y04712SA1运行状态选择钥匙开关13SA2基站开关梯钥匙开关14SQ1安全窗开关15SQ2安全钳开关16SQ3限速器开关17SQ4轿内急停开关181KR一楼感应器X405192KR二楼感应器X406203KR三楼感应器X407214KR四楼感应器X410225KR五楼感应器X411236KR上平层感应器X510247KR开门感应器258KR下平层感应器X51126SQ电源开关第4章 PLC系统的软件设计4.1 总体设计4.1.1 设计方式PLC在逻辑控制系统中的程序设计方法主要有：经验设计法、逻辑设计法和继电器控制电路移植法等三种。我们选用继电器控制电路移植法。最常用的编程语言有两种，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。一些高档的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、专用的高级语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。4.1.2 梯形图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。一般梯形图如图4-1所示。图4-1 梯形图的一般形式4.2 开关门环节电梯的开关门存在以下几种情况：1、电梯投入运行前的开门此时电梯位于基站，将开关电梯的钥匙插入SA2内，旋转至开电梯位置，则电梯应自动开门，乘客或司机进入轿厢，选层后电梯自动运行。2、电梯检修时的开关门检修状态下，开关门均为手动状态，由开关门按钮SB1、SB2实施开门与关门。3、电梯自动停层时的开门电梯在停层时，至平层位置，M140接通，电梯应开始开门。4、电梯在关门过程中的重新开门电梯在关门过程中，若有人或物夹在两门的中间需要重新开门。现通过开门按钮实施重新开门，大多数电梯现采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，以达到重新开门的目的。5、呼梯开门电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。若其它层站有人呼梯，电梯将先定向，并起动运行，到达呼梯楼层时再开门，此时的开门按停层开门处理。开门环节的梯形图如4-2所示。 图4-2 开门环节的梯形图6、电梯自动运行时的关门停站时间继电器T450延时结束时，电梯应自动关门，停站时间未到时，可通过关门按钮实现提前关门。关门环节的梯形图如4-3所示。图4-3 关门环节的梯形图7、电梯停用后的关门此时电梯到达基站，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开关梯钥匙插入SB2，旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯被关闭。4.3 层楼信号的产生与消除环节当电梯位于某一层时，应产生位于该楼层的信号，以控制指示层灯的状态，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号（上一层或下一层）所取代，其梯形图如4-4所示。4.4 停层信号的登记与消除环节乘客或司机通过对轿厢的操纵盘上15层选层按钮的操作，可以选择欲去的楼层，选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮，当电梯到达所选的楼层后，停层信号应被消除，指示灯也应熄灭。其梯形图如图3-5所示。图4-4 层楼信号的产生与消除环节梯形图4-5 停层信号的登记与消除环节梯形图4.5 外呼信号的登记与消除环节乘客或司机在停门外呼梯时呼梯信号应被接收和记忆，当电梯到达该楼层时，且定向方向与目的的地方一致时（基层和顶层除外），呼梯要求已满足，呼梯信号应被消除，其梯形图如图4-6所示。图4-6外呼信号的登记与消除环节梯形图图中，按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器接通，外呼钮下的指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。电梯运行方向与呼梯目的的地方一致时，至呼梯楼层时，电梯将停止，呼梯要求已满足，呼梯信号被消除。电梯运行方向与呼梯目的的地方相反时，如电梯从一楼向上运行（上行），而呼梯要从二楼向下，若有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时（无二楼上行要求时）不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除。若三楼以上无用梯要求，电梯将停在二楼，但呼梯信号（二下），不能立即消除，待乘客进入轿厢，选层（去一层）后，电梯定下向，则二下呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。4.6 电梯的定向环节在自动运行状态下，电梯首先应确定运行方向，称定向。电梯的定向只有两种情况，即下行和上行。电梯在处于待命状态下，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选与外呼对电梯进行顺向的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。检修状态下运行方向直接由上行和下行起动按钮确定，不需定向。其梯形图如图3-7所示。(a) 上行环节（b） 下行环节图4-7电梯的定向环节梯形图图中，M103及M104在电梯上行及下行的全过程中，存在不能全程接通的情况，如上行至五楼时，M103则应立即断开，而此时电梯仍处于上行状态，至五楼平层位置时才能停止。为解决这一问题，引入M143M146，使上行与下行继电器接通时间延长至上行及下行的全过程。若不使用M143M146，可能会发生下述情况：四楼向下的外呼信号（不存在其它外呼及内选层信号），使电梯上行，电梯至四楼位置，M13使M103断开，在电梯至四楼位置到电梯停层开门，乘客进入轿厢内选五层之间的时间内，一、二、三楼的外呼及内选层信号可以使电梯在未完成四楼向上的运行之前定下行方向。4.7 自动运行时启动加速和稳定运行环节电梯起动的条件是：运行方向已确定，门已关好。其梯形图如图3-8所示。梯形图只考虑接触器的通电，而未考虑其断电与互锁等问题。 图4-8 速和稳定运行环节4.8 停车制动环节图4-9停车制动环节梯形图电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确定要停靠的楼层，应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿内选层信号比较后得出，梯形图如图3-9所示。外呼信号方向与运行方向一致时，产生外呼在楼层的停车要求，内选曾层信号产生欲去楼层停车要求，满足停车要求时，停车信号应被消除。电梯运行过程中，所处的楼层若存在停车要求，则立即产生停车信号图中M103、M104常闭点的作用是为了解呼梯方向与电梯运行方向相反的停车问题。如二楼向下的外呼信号，使电梯从一楼向上运行时，M151不会被触发，至二楼位置，靠M103、M104的常闭点使M105接通。信号产生后，与上下平层感应器配合，进行停车制动。停车制动之前，应先产生停车制动信号，然后由停车制动信号控制接触器实现停车制动。为解决电梯进入平层区间后才出现的停车信号致使电梯过急停车的问题，采用微分指令将X510及X511变成短信号，梯形图如图3-10所示。将图综合，考虑电梯在检修状态下的运行情况，以及限位保护等问题可以得到电梯起动加速、稳速运行、停车制动的梯形图如图3-11所示。图4-10图4-11第四章 程序清单语句表20 LD Y0301 OR Y0312 AND X13 OUT M1024 LD X75 AND M716 LD X37 AND X28 ORB9 LD X50010 AND Y43411 LD X50112 OR X50213 AND Y43514 ORB15 LD X50316 OR X50417 AND Y43618 ORB19 LD X50520 OR X50621 AND Y43722 ORB23 LD X50724 AND Y53025 ORB26 LD M10027 ANI X228 ORB29 LD M14030 OR X331 LD M10032 OUT Y43033 LD X434 AND X235 OR T45036 OR X437 LD M10138 AND X239 ORB40 ANI X341 ANI X1142 ANI M10043 OUT M10144 LD M10145 OUT Y43146 LD X40547 OR M11048 ANI X40649 OUT M11050 LD M11051 OUT Y43452 LD X40653 OR M11154 ANI X40555 ANI X40756 OUT M11157 LD M11158 OUT Y43559 LD X40760 OR M11261 ANI X40662 ANI X41063 OUT M11264 LD M11265 OUT Y43666 LD X41067 OR M11368 ANI X40769 ANI X41170 OUT M11371 LD M11372 OUT Y43773 LD X41174 OR X41175 ANI X41076 OUT M11477 LD M11478 OUT Y58079 LD X40080 OR M12081 ANI M11082 OUT M12083 LD M12084 OUT Y53385 LD X40186 OR M12187 ANI M11188 OUT M12189 LD M12190 OUT Y53491 LD X40392 OR M12293 ANI M11294 OUT M12295 LD M12296 OUT Y53597 LD X40498 OR M12399 ANI M113100 OUT M123101 LD M123102 OUT Y536103 LD X405104 OR M124105 ANI M114106 OUT M124107 LD M124108 OUT Y537109 LD X500110 OR M130111 ANI M110112 OUT M130113 LD M130114 OUT Y040115 LD X501116 OR M131117 LDI M111118 ORI M103119 ANB120 OUT M131121 LD M131122 OUT Y041123 LD X502124 OR M132125 LDI M111126 ORI M104127 ANB128 OUT M132129 LD M132130 OUT Y042131 LD X503132 OR M133133 LDI M112134 ORI M103135 ANB136 OUT M133137 LD M133138 OUT Y043139 LD X504140 OR M134141 LDI M112142 ORI M104143 OUT M134144 LD M134145 OUT Y044146 LD X505147 OR M135148 LDI M113149 ORI M103150 OUT M135151 LD M135152 OUT Y045153 LD X506154 OR M136155 LDI M113156 ORI M104157 OUT M136158 LD M136159 OUT Y046160 LD X507161 ANI M114162 OR M137163 OUT M137164 LD M137165 OUT Y047166 LD M121167 OR M131168 OR M132169 ANI M111170 OR M122171 OR M133172 OR M134173 ORB174 ANI M112175 OR M123176 OR M135177 OR M136178 ORB179 ANI M113180 OR M124181 OR M137182 ORB183