毕业论文五层电梯PLC控制系统设计含外文翻译

毕业论文-五层电梯PLC控制系统设计（含外文翻译）PAGE86Ⅰ目录摘要 2Abstract 2第一章绪论 3第一节可编程控制器的概念 3第二节PLC的应用和发展 3一PLC的应用领域 3二PLC的发展前景 4第三节PLC的结构及工作原理 4一PLC的机构 4二PLC的工作原理 5第四节PLC的特点 6第五节电梯的概述 7第六节电梯的分类 8第七节电梯的组成及工作原理 9第二章PLC的程序设计语言和编程方法 10第一节PLC的程序设计语言 10第二节三菱FX系列PLC内部继电器的编号和功能 10第三节FX2N系列PLC的基本逻辑指令 12第四节梯形图的设计与编程方法 13一给元件编号并分配I/O口 13二梯形图的编程规则 13三梯形图的设计方法 14第三章系统软件的设计 16第一节控制系统的工作流程 16第二节控制系统的功能要求 16一电梯内部功能 16二电梯运行状态的分析 17三电梯的控制要求 18第三节系统信号的确定以及软元件的选取 18第四节系统梯形图的设计 21第四章仿真软件的介绍与调试运行 32第一节仿真软件的介绍 32第二节软件中梯形图程序的编写方法 32第三节软件调试方法 34第四节梯形图程序仿真 36第五章硬件的设计与选择 38第一节PLC硬件的选择 38第二节其它硬件的选择 38一轿厢位置检测装置的选择 38二牵引电机的选择 39三开关门电机的选择 41四继电器的选择 42五熔断器的选择 43第三节PLC外部接线及主电路设计 43一PLC的外部接线 43二主电路电气原理图 45第六章总结 47参考文献 48致谢 49附录系统梯形图 50英文原文 57中文翻译 65五层电梯PLC控制系统设计（三菱指令）摘要随着经济的发展，现代城市中的高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。而电梯性能的好坏，除了电机等硬件以外，电梯控制系统是其核心因素。PLC（Programmablelogiccontroller）因其简单易用、可靠性高、维修养护方便和抗干扰能力强等优点，在电梯控制领域应用极为广泛。本文以三菱FX2N系列PLC为例，以五层电梯为设计对象，分别从电梯控制系统的构成及工作原理，系统PLC配置方案，PLC软件设计，PLC软件的调试仿真和电梯硬件选取等方面，详细的阐述了PLC在电梯控制系统中的应用，形成了以PLC为控制系统的完整的电梯模型，使电梯在更精确、更可靠、更快速的控制平台上运行。关键词：电梯控制，PLC，模型电梯AbstractWiththedevelopmentofeconomy,anincreasingnumberofhigh-risebuildinginmoderncities,elevatorbecomeanindispensablemeansoftransportofdailylife.Thecoreofelevator’sfunctioniscontrolsystembesideshardware.PLC（Programmablelogiccontroller）havewideuseforitsmanyadvantages,suchasconvenience,highreliabilityandantijamming.ThisarticletakingJapaneseMitsubishiFX2NseriesPLCforexample,fifthfloorelevatorasthedesign,detailstheplc’sapplicationintheelevatorcontrolsystem,throughthereferenceandworkingmechanismofelevatorcontrolsystem,configurationprogramofPLC,softwaredesigningofPLC,emulationsoftwareofPLCandhardwarechoosingtheelevator.ThispaperworkoutacompletemodeloftheelevatorcontrolledbyPLC.ThisPLCcontrolsystemcanmakeelevatorrunninginaaccurate,credibleandfastway.Keyword:elevatorcontrol,PLC,modelofelevator第一章绪论第一节可编程控制器的概念可编程控制器简称PC（英文全称：ProgrammableController），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。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入和输出，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该按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。第二节PLC的应用和发展一、PLC的应用领域 在发达的工业国家，PLC已经广泛应用于所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围也不断扩大。PLC主要用于以下方面。（一）开关量逻辑控制 PLC用“与”、“或”、“非”等逻辑指令来实现触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域已遍及各行各业，甚至深入到家庭中。（二）运动控制 PLC使用专用的指令或运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，使运动控制与顺序控制功能有机结合在一起，有的可以实现单轴、双轴、3轴和多轴位置控制。PLC的运动控制功能广泛应用于各种机械，例如金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等场合。（三）闭环过程控制 闭环过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换与D/A转换，并对模拟量实行闭环PID（比例—积分—微分）控制。现代的PLC一般都有PID闭环控制功能，这一功能可以用PID子程序或专用的PID模块来实现。其PID闭环控制功能已经广泛应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。（四）数据处理 现代的PLC具有数学运算（包括四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位和浮点数运算等）和数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传送到别的智能装置，或者将它们打印制表。（五）通信联网 PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能控制设备（例如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。二、PLC的发展前景 PLC技术随着计算机和微电子的发展而迅速发展，由一位机发展到8位机，直到现在，PLC产品已经使用了32位高性能微处理器，而且实现了多通道处理。PLC在未来将会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。第三节PLC的结构及工作原理PLC的结构PLC的内部结构如图1-1所示：图1-1PLC的内部结构（一）中央处理单元CPUCPU是PLC的核心部件，由运算器和控制器组成。主要用于：接收并存储从编程器输入的用户程序；检查编程过程是否出错；进行系统诊断；解释并执行用户程序；完成通信及外设的某些功能。（二）存储器包括系统程序存储器、用户程序存储器和工作数据存储器。（三）I/O模块I/O接口是PLC与外界连接的接口。输入接口用来接收和采集输入信号，输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。（四）电源模块用来将外部供电电源转变成供PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需要的直流电源。（五）编程器编程器是PLC最重要的外围设备，是PLC不可缺少的部分。编程器的作用是输入和编辑用户程序、调试程序和监控程序的执行过程。二、PLC的工作原理（一）工作方式图1-2PLC的扫描过程PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。在运行状态，PLC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PLC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，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC不还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段，如图1-2所示。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。在工作状态下，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1-100ms。（二）扫描周期 在工作状态下，执行一次图2所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。其典型值为1-100ms。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1、输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号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总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。3、输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。第四节PLC的特点PLC有许多优点，其可概括为以下五点：1、可靠性高，抗干扰能力强PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2、硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4、系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。第五节电梯的概述电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。在乘梯楼层电梯入口处，根据自己上行或下行的需要，按上方向或下方向箭头按钮，只要按钮上的灯亮，就说明你的呼叫已被记录，只要等待电梯到来即可。电梯到达开门后，先让轿厢内人员走出电梯，然后呼梯者再进入电梯轿厢。进入轿厢后，根据你需要到达的楼层，按下轿厢内操纵盘上相应的数字按钮。同样，只要该按钮灯亮，则说明你的选层已被记录；此时不用进行其他任何操作，只要等电梯到达你的目的层停靠即可。电梯行驶到你的目的层后会自动开门，此时按顺序走出电梯即结束了一个乘梯过程。第六节电梯的分类一般根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下。1、按用途分类乘客电梯，为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施。载货电梯，主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯，为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢长而窄。杂物电梯，供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。观光电梯，轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯，用作装运车辆的电梯。船舶电梯，船舶上使用的电梯。建筑施工电梯，建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。2、按驱动方式分类交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。液压电梯，一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。齿轮齿条电梯，将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。螺杆式电梯，将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。3、按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类：低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯。中速梯，常指速度在1.00～2.00m/s的电梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。超高速梯，速度超过5.00m/s的电梯。4、其它分类方式按电梯有无司机分类可分为有司机电梯和无司机电梯；按操纵控制方式分类课分为手柄开关操纵、按钮控制电梯、信号控制电梯和集选控制电梯等；按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯；按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。第七节电梯的组成及工作原理电梯结构包括：曳引系统、轿厢、门系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统。安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。电梯的结构如图1-3所示。图1-3电梯的结构曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。第二章PLC的程序设计语言和编程方法第一节PLC的程序设计语言在PLC中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、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。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。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。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（PowerFLow）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、便于与其它程序语言的转换，便于程序的检查。第二节三菱FX系列PLC内部继电器的编号和功能三菱FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别为继电器、计时器、计数器等，但它们与真实的元件有很大的差别，一般称之为“软继电器”。这些编程用的继电器，它们的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械损耗和电腐蚀等问题。它在不同的指令操作下，汽工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以做脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。FX系列PLC梯形图中的编程元件的名称由字母和数字组成，它们分别表示元件的类型和元件号，例如Y10、M129。输入继电器和输出继电器的原件号用八进制数表示，八进制数只有0~7这8个数字符号，遵循“逢8进1”的运算规则。表2-1给出了FX2N系列PLC的输入/输出继电器元件号。表2-1FX2N系列PLC的输入/输出继电器元件号型号FX2N-16MFX2N-32MFX2N-48MFX2N-64MFX2N-80MFX2N-128M扩展时输入X0~X78点X0~X1716点X0~X2724点X0~X3732点X0~X4740点X0~X7764点X0~X267184点输出Y0~Y78点Y0~Y1716点Y0~Y2724点Y0~Y3732点Y0~Y4740点Y0~Y7764点Y0~Y2677184点1、输入继电器（X）输入继电器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口，PLC通过光电耦合，将外部信号的状态读入并存储在输入映像寄存器中。输入端可以外接常开触点或常闭触点，也可以接多个触点组成的串并联电路或电子传感器。在编程中可以多次使用输入继电器的常开和常闭触点。入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000~X007，X010~X017，X020~X027……，它们一般位于机器的上端。2、输出继电器（Y）输出继电器是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器用来将PLC的输出信号传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点，但是在梯形图中，每一个输出继电器的常开触点和常闭触点都可以多次使用。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为Y000~Y007，Y010~Y017，Y020~Y027……，它们一般位于机器的下端。3、辅助继电器（M） PLC有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。在FX2N系列中普遍采用M0~M499，共500点通用辅助继电器，其地址按十进制编号。辅助继电器中还有电池后备/锁存辅助继电器、特殊辅助继电器等，这里就不一一介绍了。4、定时器（T） PLC中的定时器（T）相当于继电器系统中的时间继电器。它是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。 FX2N系列定时器元件编号及定时范围如下：100ms定时器T0~T199，共200点，定时范围：0.1~3276.7秒；10ms定时器T200~T245，共46点，定时范围：0.01~327.67秒；1ms积算定时器T246~T249，共4点，定时范围：0.001~32.767秒；100ms积算定时器T250~T255，共6点，定时范围：0.1~3276.7秒。定时器的精度与程序的安排有关，如果定时器的触点在线圈之前，精度将会降低。平均误差约为1.5倍扫描周期。最小定时误差为输入滤波器时间与定时器分辨率之差，1ms、10ms和100ms定时器的分辨率分别为1ms、10ms和100ms。5、计数器（C） FX2N系列中的16位加计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值自加1，当当前值等于设定值时，其位存储单元被置1。其常开触点接通，常闭触点断开。再来计数脉冲时当前值不变，直到复位控制电路接通时，触点才断开，设定值又重新写入，又进入计数状态。 16位加计数器的设定值为1~32767。16位通用计数器的通道有C0~C99，共100点；16位电池后备/锁存计数器的通道有C100~C199，共100点；32位通用双向计数器的通道有C200~C219，共20点；32位电池后备/锁存双向计数器的通道有C220~C234，共15点。第三节FX2N系列PLC的基本逻辑指令 基本逻辑指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各种型号PLC的基本逻辑指令都大同小异，现在我们针对FX2N系列，逐条介绍其指令的功能和使用方法。1、输入、输出指令（LD、LDI、OUT） LD（Load）：电路开始的常开触点对应的指令，可以用于X、Y、M、T、C和S。 LDI（LoadInverse）：电路开始时的常闭触点对应的指令，可以用于X、Y、M、T、C和S。 OUT(Out)：驱动线圈的输出指令，可以用于Y、M、T、C和S。 LD和LDI指令对应的触点一般都与左母线相连，在使用ANB、ORB指令时，用来定义与其他电路串并联的电路的起始触点。 OUT指令不能用于输入继电器X，线圈和输出类指令应放在梯形图的最右边，OUT指令可以连续使用若干次，相当于线圈的并联。2、触点的串联（AND/ANI）、并联(OR/ORI)指令 AND(And)：常开触点串联连接指令。 ANI（AndInverse）：常闭触点串联连接指令。 OR（Or）：常开触点并联连接指令。 ORI（OrInverse）：常闭触点并联连接指令。 串、并联指令可以用于X、Y、M、T、C和S。 单个触点与左边的电路串联时，使用AND或ANI指令，串联触点的个数没有限制。OR或ORI用于单个触点与前面电路的并联，并联触点的左端接到该指令所在的电路块的起始点（LD点）上，右端与前一条指令对应的触点的右端相连。OR和ORI指令总是将单个触点并联到它前面已经连接好的电路的前端。3、检测上升沿和下降沿的触点指令 LDP、ANDP和ORP是用来检测上升沿的触点指令，触点的中间有一个向上的箭头，对应的触点仅在制定位元件波形的上升沿（由OFF变为ON）时接通一个扫描周期。 LDF、ANDF和ORF是用来检测下降沿的触点指令，触点的中间有一个向下的箭头，对应的触点仅在制定位元件波形的下降沿（由ON变为OFF）时接通一个扫描周期。 上述指令可以用于X、Y、M、T、C和S。边沿检测触点可以与普通触点混合使用。4、电路块串联（ANB）、并联(ORB)指令 ORB（OrBlock）：多触点电路块的并联连接指令。 ANB（AndBlock）：多触点电路块的串联连接指令。 含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDI指令开始，而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可以将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令最多使用7次。 将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDI指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。5、栈存储器与多重输出指令 MPS（Push）、MRD（Read）和MPP（Pop）指令分别是进栈、读栈和出栈指令，它们用于多重输出电路。 MPS指令用于储存电路中有分支处的逻辑运算结果，以便以后处理有线圈的支路时可以调用该运算结果。 MRD指令读取存储在堆栈最上层的电路中分支点处的运算结果，将下一个触点强制性地连接在该点。读数后堆栈内的数据不会上下移动。 MPP指令弹出存储在堆栈最上层的电路中分支点处的运算结果。使用MPP指令时堆栈中各层的数据向上移动一层，最上层的数据在读出后从堆栈内消失。6、置位复位指令 SET：置位指令，使操作保持ON的指令。 RST：复位指令，使操作保持OFF的指令。 SET指令用于Y、M和S，RST指令可以用于复位Y、M、S、T、C，或将字元件D、V和Z清零。7、程序结束指令（END）在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。若不写END指令，PLC将以用户存储器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。另外，在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。第四节梯形图的设计与编程方法一、给元件编号并分配I/O口PLC是按编号来区分操作元件的，所以在编写梯形图程序时，首先必须确定所使用编程元件的编号。使用时一定要明确，每个元件在任何时刻决不能同时担任几个角色，一般来讲，选定的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相对应的，输出点数与输出控制回路数也是相对应的。所以I/O地址的分配实际上是对PLC输入输出点数给实际I/O电路的分配。编程时按点号建立逻辑与控制关系，接线时按点号对号入坐进行接线。二、梯形图的编程规则1、每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。2、梯形图的每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点)。3、线圈不能直接接在左边母线上。4、在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。5、在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动—即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。三、梯形图的设计方法FX系列的PLC梯形图设计方法通常有三种类型：经验设计法、根据继电器电路图设计法和顺序控制法。（一）经验设计法经验设计法类似于通常设计继电器电路图的方法，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修复和完善梯形图。这种设计方法的特点：有时需要多次反复地调试和修复，增加一些触点或中间编程元件，最后才能得到一个满意的结果。而且这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果也不一定是惟一的，设计的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，一般只用于较简单的梯形图的设计。（二）根据继电器电路图设计法用PLC改造继电器控制系统时，因为原有的继电器控制系统经过长期使用和考验，已有被证明能完成要求的控制功能，而继电器电路图和梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，因此可以根据继电器电路图来设计梯形图，即将继电器电路图翻译为具有相同功能的PLC的外部硬件接线图和梯形图。将继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部硬件接线图和梯形图的步骤如下：1、了解和熟悉被控设备的工艺流程和机械的动作情况,，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有数；2、确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。画出这PLC的外部接线图后，同时也确定了PLC各输入信号和输出负载对应的输入继电器和输出继电器的元件号；3、确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器和定时继电器的元仵号。建立了继电器电路图中的元件和梯形图中的元件号之间的对应关系，为梯形图设计打下了基础；4、根据一述对应关系画出梯形图。（三）顺序控制设计法顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。顺序控制设计法具有简单、规范和通用的优点。使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺流程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作组成。顺序功能图有三个基本结构：单序列结构、选择系列结构和并行系列结构。下面介绍顺序功能图中转换实现的基本规则：1、转换实现的条件：该转换所有的前级步都是活动步和相应的转换条件得到满足；2、转换实现应完成的操作：使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步和使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步变为不活动步；3、绘制顺序功能图时的注意事项：两个步绝对不能直接相连必须用一个转换将它们隔开、两个转换绝对不能直接相连必须用一个步将它们隔开、必须有初始步和初始状态、必须是可以循环的能回到初始步、必须用初始化脉冲M8002的常开触点作为转换条件将初始步置为活动步、定时器在下一次运行之前就将它复位。第三章系统软件的设计第一节控制系统的工作流程 根据电梯的工作流程可以将电梯的工作过程画成如下的流程图（图3-1）。图中展示了电梯运行时的三种状态，即初始状态、运行中状态和运行后状态。直观的展示了电梯的工作流程。图3-1电梯运行的流程图 根据电梯运行流程图，大致可将软件的设计分为以下几个大部分：开关门环节、楼层显示环节（七段码显示）、轿内呼叫信号的登记与消除环节、厅外呼叫信号的登记与消除环节、定向环节、启动环节、制动环节。第二节控制系统的功能要求一、电梯内外部功能在电梯内部，应该有5个楼层(1~5层)按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器。上升和下降显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应有能让乘客按下的代表其要去的目的地的楼层按钮，称为内呼按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动打开，经过一定延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也应有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还应配有显示屏，用来显示电梯现在所在的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有远，电梯是上升还是下降等。电梯的外部共分5层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持亮，它和上升指示灯，下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。5层楼中，1层只有上呼叫按钮，5层只有下呼叫按钮，其余3层都具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器，5层电梯均应该相同。二、电梯运行状态的分析 电梯的运行状态可分为初始状态、运行中状态和运行后状态。（一）电梯的初始状态。此时电梯位于1层待命，电梯照明灯亮，各显示屏都被初始化，电梯处于以下状态：1、各层呼叫灯均不亮。2、电梯内部以及外部各显示屏均为“1”。3、电梯内部及外部各层电梯门均关闭。（二）电梯在运行过程中。电梯处于以下状态：1、按下某层呼叫按钮（1~5层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。2、电梯上行时，若呼叫层处于电梯当前运行之上目标运行层之下，则电梯在完成前一指令之前先上行至该层，完成该层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。 电梯上行时，若有多个下行呼叫且均位于当前楼层之上，则电梯到达最高的下行呼叫层，然后依次从高到低响应其它下行呼叫层。3、电梯下行时，若呼叫层处于电梯当前运行之下目标运行层之上，则电梯在完成前一指令之前先下行至该层，完成改层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。 电梯下行时，若有多个上行呼叫且均位于当前楼层之下，则电梯到达最低的下行呼叫层，然后依次从低到高响应其它上行呼叫层。4、各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。5、运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开。6、在电梯运行过程中支持其它呼叫。（三）电梯运行后状态。在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直到新的命令给出。1、电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，支持手动开门或关门。2、各楼层显示值为该层所在位置，且上行下行指示灯均灭。三、电梯的控制要求1、接受每个按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。2、电梯停在某一层（如4层）时，此时按动该层（4层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿厢不在该层（在其余4层），则等到电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。3、电梯运行的不换向原则是指优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反向运行的呼叫。例如现在电梯位置在2层和3层之间上行，此时出现了2层上呼叫、3层下呼叫和4层上呼叫，则电梯首先响应4层上呼叫，然后再依次响应3层下呼叫和2层上呼叫。4、电梯在每层设置上、下平层感应（1楼只有下平层、5楼只有上平层），当到达平层点且该层有呼叫信号时，电梯开始减速平层停车，否则继续高速通过该层。5、当按动某个呼叫按钮后，响应的指示等亮并保持，直到电梯完成该呼叫为止。6、当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内部的关门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。7、当电梯运行到某层后，相应的指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。第三节系统信号的确定以及软元件的选取经过对电梯运行流程和电梯的控制要求，选取控制系统的软元件，软元件包括输入继电器、输出继电器、辅助继电器和定时器，其编号分别如下列表所示。表3-1输入信号及信号编码输入的信号名称信号的编码SB1一层内呼信号X1SB2二层内呼信号X2SB3三层内呼信号X3SB4四层内呼信号X4SB5五层内呼信号X5SB6手动开门X6SB7手动关门X7SB8一层外呼上X10SB9二层外呼上X11SB10二层外呼下X12SB11三层外呼上X13SB12三层外呼下X14SB13四层外呼上X15SB14四层外呼下X16SB15五层外呼下X17SQ1一楼下平层X20SQ2二楼上平层X21SQ3二楼下平层X22SQ4三楼上平层X23SQ5三楼下平层X24SQ6四楼上平层X25SQ7四楼下平层X26SQ8五楼上平层X27SL1开门到位X31SL2关门到位X32S1零速返回信号X33表3-2输出信号及信号编码输出的信号名称信号的编码HL1一楼内呼显示Y1HL2二楼内呼显示Y2HL3三楼内呼显示Y3HL4四楼内呼显示Y4HL5五楼内呼显示Y5HL6上行显示Y6HL7下行显示Y7七段码a七段码a显示Y11七段码b七段码b显示Y12七段码c七段码c显示Y13七段码d七段码d显示Y14七段码e七段码e显示Y15七段码f七段码f显示Y16七段码g七段码g显示Y17KM1上行（电机正转）Y20KM2下行（电机反转）Y21KM3电机低速Y22KM4电机高速Y23KM8抱闸Y24KM6开门输出Y25KM7关门输出Y26KM5电机制动Y27HL8一层上行外呼显示Y30HL9二层上行外呼显示Y31HL10二层下行外呼显示Y32HL11三层上行外呼显示Y33HL12三层下行外呼显示Y34HL13四层上行外呼显示Y35HL14四层下行外呼显示Y36HL15五层下行外呼显示Y37表3-3定时器和中间继电器的编号和功能编号名称及作用T50关门计时（2s后没关门到位则开门）T51开门到位计时（15s后自动关门）T52制动计时（制动1s后抱闸）T53抱闸计时（抱闸1s后开门）T54低速计时（低速1s后转为高速）M1轿厢在一楼中间继电器M2轿厢在二楼中间继电器M3轿厢在三楼中间继电器M4轿厢在四楼中间继电器M5轿厢在五楼中间继电器M8开门中间继电器M9关门中间继电器M10一楼内呼信号保持中间继电器M11二楼内呼信号保持中间继电器M12三楼内呼信号保持中间继电器M13四楼内呼信号保持中间继电器M14五楼内呼信号保持中间继电器M15一楼上外呼信号保持中间继电器M16二楼上外呼信号保持中间继电器M17二楼下外呼信号保持中间继电器M18三楼上外呼信号保持中间继电器M19三楼下外呼信号保持中间继电器M20四楼上外呼信号保持中间继电器M21四楼下外呼信号保持中间继电器M22五楼下外呼信号保持中间继电器M23上行显示中间继电器M24下行显示中间继电器M25上行部分中间继电器（保证呼叫信号‘先内后外’）M26下行部分中间继电器（保证呼叫信号‘先内后外’）M27上行输出中间继电器M28下行输出中间继电器M29电机低速中间继电器M30电机高速中间继电器M31电机制动中间继电器M32抱闸中间继电器M33采集抱闸瞬间信号中间继电器M34抱闸延时开门中间继电器M35制动辅助中间继电器1M36制动辅助中间继电器2M37开门辅助中间继电器1（解决双线圈）M39开门辅助中间继电器2（解决双线圈）M40关门辅助中间继电器1（解决双线圈）M41关门辅助中间继电器2（解决双线圈）第四节系统梯形图的设计根据电梯运行流程，把电梯控制系统分为如下九块：开门环节、关门环节、楼层显示环节、内呼信号登记与消除环节、外呼信号登记与消除环节、定向环节、启动环节、制动环节和抱闸环节。分块设计如下。（一)开门环节开门环节应该满足如下几点要求：1、按下轿厢内的手动开门按钮，开门输出；2、电梯到所选楼层（外呼和内呼），平层抱闸后自动开门；3、电梯在某层停用，本层外呼，开门输出。开门环节的梯形图如图3-1所示。图3-1开门环节梯形图为满足以上要求，设计中添加了中间继电器M37（开门辅助继电器1）和M39（开门辅助继电器2），此中间继电器的另外一个功能是避免了双线圈。其中平层抱闸开门输出的启动条件是抱闸至电机停转，所以加了计时器T53，令抱闸后1s开门，此处的时间设为1s并无确实依据，显示中，要根据实际情况设置此时间。开门输出断开的条件是开门到位，当门完全打开，开门到位触点接通，利用开门到位信号，把开门输出断开，开关门直流电机停转。（二）关门环节关门环节应该满足的要求：1、轿厢内按下手动关门按钮，关门输出；2、开门到位15s后自动关门。此环节的梯形图如图3-2所示。图3-2关门环节梯形图同开门环节，为满足上述条件，设置了中间继电器M40（关门辅助继电器1）和M41（关门辅助继电器2），同时避免了双线圈的出现。其中T51是开门到位计时器，当开门到位15s后，自动输出关门。关门输出的关断条件是关门到位，即关门输出时开关门直流电机运转，当关门到位，关门到位触点接通，关门输出被关断，开关门直流电机停转。（三）楼层显示环节楼层显示环节应该满足的条件是：1、轿厢不运行时，七段码要显示所在楼层；2、轿厢运行时，电梯在两层之间运行时要正确显示所在楼层，如从一楼上行，首先要碰到一楼下平层感应触点，虽然此触点被接通，但电梯仍在一楼，所以显示楼层要显示一楼；直至二楼上平层感应触点接通，显示变为二楼。其余楼层以此类推。楼层的登记与消除部分和楼层显示部分组成了完整的楼层显示环节。楼层显示用七段码显示，七段码显示图解如图3-3，各段标号依此图为准。。其中一、二、三、四、五楼显示分别是：bc段、abdeg段、abcdg段、bcfg段和acdfg段。楼层确定由M1、M2、M3、M4和M5登记和保持。其中七段码的输出分别为：Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16和Y17。‘+’代表‘或’的关系，通过元件的并联实现；‘·’代表‘与’的关系，通过元件的串联实现。图3-3七段码显示M1、M2、M3、M4、M5和七段码的逻辑关系是：；；；；；。楼层的登记与消除部分的梯形图如3-4所示。图3-4楼层的登记与消除部分梯形图楼层显示环节的梯形图如图3-5所示。图3-5楼层显示部分梯形图（四）内呼信号的登记与消除环节内呼信号由轿厢内的选层按钮产生，内呼信号被登记后，要由程序完成保持，直至电梯到达内选确定的楼层后信号才被消除。内呼信号被保持的阶段，内呼信号输出要一直导通，即内呼显示灯要一直亮。内呼信号的登记与消除环节梯形图如图3-6所示。图3-6内呼信号的登记与消除环节梯形图内呼信号的消除条件是：电梯到达所选楼层，且电梯牵引电机抱闸停转。由此条件可知，若乘客进入轿厢内呼当前楼层，内呼信号是不会被登记的。（五）外呼信号的登记与消除环节外呼信号的登记与消除环节类似于内呼，都经过登记-保持-消除三个步骤。虽然电梯运行过程中要碰到很多的情况，比如，电梯在三楼正上行，此时二楼和五楼同时外呼，虽然外呼信号都要被登记和保持，但是并不影响电梯的正常运行，因为定向环节会确定电梯的运行方向，如此一来，虽然外呼信号都被登记，但有一些不会对电梯的运转产生影响。外呼信号的消除条件亦是：电梯到达所选楼层，且电梯牵引电机抱闸停转。同样电梯在某层停转，乘客外呼本层，外呼信号不会被登记。但是若电梯在某层停用，即不运转，也没有内外呼，此时虽然外呼信号不能被登记，但是轿厢的门会自动打开，这是由开门环节决定的。外呼信号的登记与消除环节的梯形图如图3-7所示。图3-7外呼信号的登记与消除环节梯形图（六）定向环节定向环节分为两个部分，即定上行和定下行。由于定上行和定下行的情况基本类似，故只以定上行为例介绍定向环节的原理。上行要满足的条件：1、电梯在一楼，楼上只要有外呼，或有内呼，电梯就上行；2、轿厢在二楼及以上楼层时，上级楼层有外呼，且外呼满足此时运行方向条件，则上行。3、定向时，内呼信号的优先级要高于外呼信号。定上行部分的梯形图如图3-8所示。图3-8定上行部分梯形图为了确定内呼信号的优先级高于外呼信号，设置了中间继电器M25，通过对M25的置位和复位以确保内呼信号的高优先级。上下行显示由轿厢内和门厅外的上下行显示灯显示。同定上行一样，定下行部分的梯形图如图3-9所示。图3-9定下行部分梯形图当上行和下行条件同时满足时，定向环节会由惯性原则确定方向，即当同时满足上行和下行条件时，由此时电梯的运行状况决定；若此时电机上行，则定向为上行；若此时为下行，则定向为下行；若此时电机停转，则由定向信号被登记的时间先后决定。电梯在运行过程中，定向程序的执行只是在电梯停层阶段，也就是说，电梯只要在楼层停层都会定向一次，当电梯运行中间，定向程序是不会被执行的。电梯的定向输出控制轿厢牵引电机的正反转来实现上下行，即上行时牵引电机正转，下行时牵引电机反转。定向输出信号的消除条件是：电梯到达某个楼层停层后关门输出。比如电梯在二楼登记上行信号，要求在三楼停层，此时电梯上行，在二楼登记的上行信号保持到电梯在三楼停层再关门。此时在二楼登记的上行信号被消除，定向程序重新执行，重新判断电梯的运行方向。（七）启动环节本程序设计的启动环节其实包括低速启动和高速平稳运行两个部分。电梯的启动条件是：轿厢门关好，定向完成以及牵引电机停转。启动条件满足，牵引电机开始低速启动，低速启动后1s电梯进入高速平稳运行阶段。启动环节的梯形图如图3-10所示。图3-10启动环节梯形图低速启动信号由高速信号断开，高速运行信号由制动信号断开。电机的高低速运行的实现，在程序控制的基础上，由外部电机的接线完成（电机外部接线详见第五章）。电梯启动平稳运行后进入制动环节。（八）制动环节制动环节程序设计时也分上行制动和下行制动两块来分析和设计，最后把两块整合，即为完整的制动环节程序。以上行制动为例，阐述制动环节的设计思路。上行制动有如下几种情况：1、电梯正上行，内选m楼（上级楼层），m层上平层触点接通，牵引电机开始制动；2、电梯在m层定上行，n层有外上呼（n>m），n层上平层触点接通，牵引电机开始制动；3、电梯上行，目标层为m层，此时m以上楼层均无内外呼信号，m层有外下呼信号，当m层上平层触点接通，牵引电机开始制动；4、电梯行上至五楼必制动。下行制动类似，特殊情况：下行至一楼必制动。制动信号由平层感应触点触发，上行由上平层感应触点触发，轿厢碰到上平层感应触点到电梯停层位置还有一段距离，此程序中设置了制动后1s抱闸，此处时间的设置，并无确实依据，现实中要根据实际情况设置，使其制动时间结束，抱闸开始，轿厢正好达到停层位置。制动信号由抱闸输出信号断开，即抱闸信号产生的同时，制动信号被断开。其间制动信号一直保持，电机一直在制动状态。在程序控制的基础上，牵引电机的制动由外部电机的接线完成，其详细见第五章。制动环节的梯形图如图3-11所示。图3-11制动环节梯形图（九）抱闸环节牵引电机制动后电机抱闸，抱闸信号由制动计时器产生。牵引电机抱闸后抱闸信号一直保持，直至下次启动。抱闸信号的保持是为了防止轿厢停层时下坠，故在轿厢停止运行的时间内，抱闸信号一直存在。抱闸环节的梯形图如图3-12所示。图3-12抱闸环节梯形图控制系统程序的分块设计全部完成，把各块梯形图整合到一起，然后稍作调整，就得到了完整的电梯软件控制系统。完整的控制系统梯形图见附录。第四章仿真软件的介绍与调试运行第一节仿真软件的介绍GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。三菱全系列PLC仿真调试软件GXsimulator：首先，仿真软件的功能就是将编写好的程序在电脑中虚拟运行，如果没有编好的程序，是无法进行仿真的。

所以，在安装仿真软件GX

Simulator

之前，必须先安装编程软件

GX

Developer，并且版本要互相兼容。

其次，安装好编程软件和仿真软件后，在桌面或者开始菜单中并没有仿真软件的图标。

因为仿真软件被集成到编程软件GX

Developer中了，其实这个仿真软件相当于编程软件的一个插件。第二节软件中梯形图程序的编写方法GXDeveloper使用方便，使用时只需将软件程序安装到电脑中，运行该程序就可以进行梯形图的编写。具体方法：点击工程，选中创建新工程，就会出现图4-1所示界面。图4-1创建新工程界面所有设置如图4-1所示：PLC系列选FXCPU，PLC类型选FX2N(C)，程序类型选梯形图。选择完成后，点击确定，新工程创建完毕。新工程创建好后，就可以进行梯形图的编写。图4-2是工具栏中梯形图输入按钮。选取所需创建的软元件类型，或接线的类型，即可进行梯形图的编写。图4-2软元件输入工具栏图4-3是梯形图的编写界面，编写区域的颜色为灰色，代表变换前的程序。左边栏中可以选择要显示的内容，如程序、软元件注释、参数和软元件内存。选择相应的显示内容，如选择软元件注释，可以进行软元件注释的编写。图4-3梯形图输入界面输入触点、输出和中间继电器的触点与输出的编写方法基本类似，现以编写输入触点X001为例，介绍此类软元件的编写。在要编写的位置双击鼠标左键，或者点击工具栏中的相应按钮，就会得到如图4-4所以界面，选择相应的类型，输入名称即可。图4-4梯形图输入浮动窗特殊地，对有内部参数的软元件编写。同样，选择好类型后，输入名称，然后空格，最后输入软元件参数即可。以定时器为例，定时器的定时时长为1s，则输入方法如图4-5所示。图4-5定时器的输入接线的输入方法是：单击任务栏软元件输入按钮的或，即可完成接线的输入。如果要删除接线，同样点击或，即可完成接线的删除。若要输入指令，则可到指令帮助中，选择所需要的指令，指令帮助浮动窗口如图4-6所示。图4-6指令帮助窗口第三节软件调试方法梯形图程序编写完成后，即可进行软件的调试。调试前首先要进行梯形图的变换，点击任务栏中的变换，在下拉菜单中选中变换，或者点击工具栏按钮中的，即可实现梯形图的变换。变换后的梯形图编辑区域由灰色变成白色，如图4-7，上半部分为未变换前的梯形图，下半部分为变换后的梯形图。梯形图变换后，若要修改变换过的梯形图，只需在要修改的地方鼠标双击即可，此时修改区域的颜色又变回灰色，待修改完成后，则需再进行一次梯形图变换。程序运行过程中有多种模式，梯形图的编写和修改都是在写入模式下进行的。有时会遇到无法写入的情况，原因就是没选择写入模式。各种模式的转换可以通过工具栏中的编辑下拉菜单内的选择完成，也可通过快捷按钮单击完成。图4-7梯形图转换前梯形图变换完成后腰进行程序检查，点击工具下拉菜单下的程序检查，或点击按钮便可实现。图4-8为程序检查浮动窗口。图4-8程序检查窗口第四节梯形图程序仿真程序调试结束后腰进行程序的仿真。选中工具下拉菜单下的梯形图逻辑功能测试，或点击，即可进行梯形图的仿真。图4-9为PLC的写入过程。图4-9PLC写入过程图4-10为仿真控制窗口，可控制仿真的停止与运行等。图4-10仿真控制窗口选中仿真控制窗口工具栏的菜单启动下拉菜单的继电器内存监视，则出现了DEVICEMEMORYMONITOR浮动窗口，在此窗口中的软元件中中X和Y，就会出现仿真浮动窗口。如图4-11所示。图4-11仿真结果显示窗口根据程序的要求，分别给予相应的输入信号，观察是否有预期的输出，如运行合理，则按步骤仿真，直至结束；若不满足要求，返回到梯形图编写窗口检查错误，进行修改，直至程序运行合理。仿真时要注意的问题：1、触点式输入要短时间接通后立即切除；2、仿真过程要和现实情况一致，不可进行跳跃式仿真，或其它仿真可以完成，实际不可完成的操作；3、仿真中会有多个输入信号输入，不可遗漏。第五章硬件的设计与选择第一节PLC的硬件选择考虑到本次设计的电梯系统有五层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的FX2N系统PLC。FX2N系统PLC具有以下几方面的优点：1、FX2N配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块，A/D模块，D/A模块和其它特殊功能模块。2、FX2N指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。3、FX2N可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要。4、FX2N的编程可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC来进行。编程语言可用梯形图或指令表。尤其是可用PC机对系统实时进行监控。为调试和维护提供了极大的方便。经过分析，本五层电梯控制系统中共需26个输入量、30个输出量，因此选择三菱FX2N系列中的FX2N-64MR-001型PLC。PLC参数见表5-1和图5-1。表5-1PLC参数PLC型号输入电源输出类型输入点数输出点数FX2N-64MR-001AC电源DC24V继电器输出3232图5-1FX2N-64MR-001外观图第二节其它硬件的选择一、轿厢位置检测装置选择轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。位置检测方法主要有如下几种：1、用于簧管磁感应器或其它位置开关。这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个或几个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。2、利用稳态磁保开关。这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。由于本文是五层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。感应器的选择见表5-2与图5-2。表5-2永磁感应器参数产品型号YG-1产品概述永磁感应器又称电梯感应开关，用于电梯平层限位控制，也可用其它限位控制。产品接点用防酸、防朝结构的真空继电器，在磁场的作用下动作，不需要电源工作。接点控制阻性1A，能控制直流和交流380V以下的电源电压。感应器机械寿命≤12万次。产品优点1、体积小2、控制大3、使用简单图5-2电梯感应开关（永磁感应器）二、牵引电机的选择因为牵引电梯的动力电机都是短时工作制，其基本上都是工作在起动、恒速、制动、停止四个状态，这样频繁的起动、制动工作就要求所选的电机要有起动和过载能力惯性机械强度大、绝缘材料等级高的特点。所以根据电梯这种特殊的运行状态，考虑使用异步电动机，因为其具有结构简单、制造方便、价格便宜、维护次数和费用都低以及运行方便的特点，但考虑到电梯到了制定层要减速运行时需要调速，所以所选电机应具有调速能力。其次，电梯也对拖动的电机有以下要求：1、高速或低速运行时要有较大的堵转转矩和较小的堵转电流。低速制动时产生的制动转矩应使制动效果明显而制动电流又不能过大，以保证电动机的可靠运行。2、高速运行时电动机有较高的效率和功率因数。3、为了使电梯平稳、舒适，电机应具有良好的机械特性。考虑到以上几个方面决定选用交流双速异步电动机。双速电动机其实就是笼型异步电动机，只不过在其定子绕组上有两套绕组，一套高速绕组，一套低速绕组。或者是一套绕组在不同的运行速度下接法不同。无论是怎样的绕组，其目的都是在电机运行时通过改接绕组的方法，使电机定子绕组的极对数改变，当极对数变化后电机的定子旋转磁场磁极对数就会发生变化。(5-1)(5-2) 式5-1是同步转速表达式，式5-2是转子实际转速表达式，由以上两式可以看出，异步电机的同步转速和磁极对数成反比，当磁极对数增加一倍时，同步转速n1下降到原转速的一半，电动机的额定转速n2也将下降近似一半。所以改变磁极的对数可以达到改变电机转速的目的。 单绕组双速电动机定子绕组引出六根出线端，可以结成2Y/△、2Y/Y、2Y/2Y等。图5-3所示为2Y/△联结的定子绕组接线方式。图5-3异步电动机2Y/△联结方式 当定子绕组的U1、V1、W1三个接线端接三相交流电源，而将U2、V2、W2三个接线端悬空，三个定子绕组接成三角形联结，电机以四极低速运行。当定子绕组U2、V2、W2、三个接线端接三相交流电源，而U1、V1、W1三个接线端连在一起，则原来三相定子绕组的三角形联结变为双星形联结，电动机以二极高速运行。为保证电动机旋转方向不变，从一种联结变为另一种连接时，应改变电源的相序。 根据设计电梯的基本参数（表5-3）与计算公式5-3，计算所需电机的功率。表5-3电梯的基本参数额定载重（kg）额定速度（m/s）平衡系数Kp总传动效率1000kg1m/s0.450.8（5-3）式中：P代表电机功率，单位kw；Q代表电梯的额定载重，单位kg；V代表电梯的额定运行速度，单位m/s；Kp代表电梯的平衡系数；代表曳引机的传动总效率。将表5-3中电梯的基本参数带入式5-3中计算，得出计算结果。考虑到电机的可靠运行，电机的功率留有裕量，因此选用嘉兴巨能电机公司生产的YD160L-8/4交流双速异步电机。具体参数见表5-4，图5-4。表5-4交流双速异步电机参数电机型号级数功率（kw）电压（V）转速（r/min）电流（A）防护等级绝缘等级YD160L-8/48738073019IP44F级411145021图5-4交流双速异步电动机三、开关门电机的选择 直流电机是将直流电能与机械能相互转换的旋转电机，它具有：1、优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广。2、过载能力强，能承受频繁的冲击负载。3、可实现频繁的无极快速起动、制动和反转。4、能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。鉴于直流电动机以上特点，我们选择直流电动机为开关门电机，其功率的计算如下： 假设电梯门的质量m=30kg，在开关门时最大加速度为a=1m/s2，开门速度为v=0.5m/s，门对地的摩擦系数=0.3，电机总的传动效率=0.8。根据牛顿第二定律得：（5-4）计算得F=88.2N，再根据功率计算公式5-5（5-5）计算得P=55W，由于上述只是估算，实际需要电机的功率可能大于估算结果，为了避免所选电机功率不够，而造成电梯门打不开，烧毁电机的事故发生。所以选用温州超航机电有限公司的电梯开门直流电机，其具体参数见表5-5，图5-5。表5-5电梯开门电机参数电机型号工作电压(V)额定功率(W)工作电流(A)标称转速(r/min)寿命(次)转矩(N·m)YDJ-80110DC80≤1.165±5%≥300000011.461图5-5电梯开门电机四、继电器的选择（一）交流继电器由于牵引电梯的电机交流异步电机，根据上述所选电机的参数，选用GJH系列交流固态继电器。它具有开关速度快，无噪声，耐腐蚀，抗干扰等优点，能与计算机系统、自动控制装置直接接口，其输入动作信号可由LED指示。其参数见表5-6，图5-6。表5-6GJH25-W-3交流固态继电器型号控制电压(V)负载电压(V)负载电流(A)通态压降(V)绝缘电压(V)GJH25-W-34.5~32DC380AC55AC1.8AC2500AC图5-6交流固态继电器