三菱plc控制四层电梯毕业设计_W

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2、列PLC电梯控制系统分析112.1.1 概述112.1.2 电梯理想运行曲线112.1.3 电梯速度曲线122.1.4 电梯控制系统132.2 整体设计流程的确定14第三章可编程控制器的机型选择143.1 PLC的IO点数估算143.2 内存估计143.3 响应时间153.4 输入输出模块的选择153.5 机型的确定153.5.1 FX2N-48MR-001技术指标153.5.2 FX2N-48MR-001系列PLC的功能15第四章硬件设计164.1 电梯模型介绍164.2 输入输出分配表164.3 PLC接线图17第五章 软件设计175.1 程序流程图175.2 程序语句195.2.1 外部

3、信号输入存储程序195.2.2 轿厢停于某层时，所在楼层存于D0并用数码管显示程序225.2.3 比较判断轿厢上下行程序225.2.4 补充程序245.2.5 开关门程序245.2.6 轿厢上行程序265.2.7 轿厢下行程序26第六章程序调试、运行286.1 程序调试296.2 程序运行过程中出现的问题及调试296.3 程序最终运行情况306.4 PLC控制系统的外部干扰30第七章 总结31结束语31致谢32参考文献33附录34附录一系统总接线图34附录二电梯模型的正面接线图35附录三电梯模型的背面电路图36附录四 PLC接线图37附录五轿厢所在楼层及上下行指示38附录六程序总梯形图39摘要

4、电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯已成为重要的运输设备之一。国内传统的电梯控制是由继电器、接触器构成的。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点,而且在层数增加时,配线变化给制造及安装带来诸多不便。电梯的仿真监控系统是以四层电梯为控制对象，用PLC实现对电梯的控制。该课题的设计任务是用可编程控制器（PLC）控制四层电梯，实现所有的控制要求。该课题的设计思路是采用随机逻辑控制原理，根据电梯自身的控制规律，响应随机的外部呼叫信号。该设计分析、讨论了用FX2N型PLC控制电梯模型的程序设计的整个过程,并主要阐述了三个方面：系统的控制要求、系统配置、软件设计。第0页 共39页第一章 绪论1

5、.1 引言电梯进入人们的生活已经150年了。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中 奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。人类利用升降工具运输货物、人员的历

6、史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。然而，一个关键的安全问题 第9页 共39页 始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生

7、坠毁事故。奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置， 取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新 手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；

8、双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形 扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭 。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保 一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。1932年由美国奥的斯

9、公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951年，党中央提出要在 安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业 进入了高速发展的时期。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。1.2 概述1.2.1 电梯的组成电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的 神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言, 传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系

10、统来描述,则更能反映电梯的特点. 下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它。(1) 曳引系统：曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。(2) 导向系统：导向系统的主要功能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。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。(3) 轿厢：轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组 成。(4) 门系统：门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。(5) 重量平衡系统：系统的主要功能是相对平衡

11、轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。(6) 电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。(7) 电气控制系统 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。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。(8) 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。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。1.2.2 电

12、梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，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。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制

13、，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。(1) 电梯在各服务层站设有层门、轿厢运行方向指示灯、数学显示轿厢、运行位置指层器和召唤电梯按钮。电梯召唤按钮使用时，上楼按上方向按钮，下楼掀按下方向按钮。(2) 轿厢到达时，层楼方向指示即显示轿厢的运动方向，乘客判断欲往方向和确定电 梯正常后进入轿厢，注意门扇的关闭，勿在层门口与轿厢门口对接处逗留。(3) 轿厢内有位置显示器、操纵盘及开关门按钮和层楼选层按钮。进入轿厢后，掀按欲往层楼的选层按钮。若要轿厢门立即关闭，可掀按关门按钮。轿厢层楼位置指示灯显示抵达层楼并待轿厢门开启后即可

14、离开。1.2.3 PLC定义可编程控制器（ProgrammbleController）简称PC或PLC。它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业控制装置。目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对 可编程控制器定义如下：“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

15、用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。1.2.4 PLC的产生与发展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。1968年美国通用汽车公司（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，

16、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。1969年美国数字设备公司（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

17、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

18、控制器。自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色，如日本主要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。著名的PLC生产厂家主要有美国的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱电机（MitsubishiElectric）公司、欧姆龙（OMRON）公司，德国的AEG公司、西门子（Siemens）公司，法国的TE（Telem

19、ecanique）公司等。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

20、制领域中占主导地位的通用工业控制装置。1.2.5 PLC未来展望21世纪，PLC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

21、编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed ControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。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。当代PLC技术的发展，美国通用汽车以用户身份提出新一代控制器应具备十大条件，这十大条件是：(1)编程方便，可在现场修改程序； (2)维修方便，最好是插件式；(3)可靠性高于继电器控制柜； (4)体积小于继电器控制柜；(5)可将数据直接送入管理计算机； (6)在成本上可与继电器控制竞争； (7)输入可以是交流115V；(8)输

22、出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀； (9)在扩展时，原有系统只要很小变更；(10)用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。1.2.6 PLC的特点PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。主要有以下特点：(1) 可靠性高、抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。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1/101/100，因触点接触不良造成的故

23、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。可靠性

24、高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时 ，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施：硬件方面：I/O通道采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。软件方面：PLC采用扫描工作方式，减少了由于外界环境干扰引起故障；在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存

25、，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。(2) 编程简单、使用方便目前，大多数PLC采用的编程语言是梯形图语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。(3) 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

26、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。(4) 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

27、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。(5) 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

28、很适合多品种、小批量的生产场合。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故第58页 共39页障率极低，维修工作量很小；而且PLC具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PL C上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。(6) 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1/21/10。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。1.2.7 PLC的应用领域目前，在国内外PLC

29、已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：(1) 开关量逻辑控制利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。(2) 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实

30、现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。(3) 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4) 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制

31、。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(5) 数据处理现代PLC具有数算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统； 也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型

32、控制系统。(6) 通信联网PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其它智能设备之间的通信，P LC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（ FA）系统发展的需要。1.2.8 PLC的基本结构从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。(1) CPU的构成CP

33、U是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据， 是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但

34、对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。(2) 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。(3) I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/ O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出

35、点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受

36、CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。(4) 电源模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。(5) 底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CP U能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。(6) PLC系统的其它设备 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作

37、状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。1.2.9 PLC的工作原理当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) 输入处理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

38、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) 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

39、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) 输出处理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。

40、这时， 才是PLC的真正输出。1.2.10 常用的程序设计语言(1) 梯形图（LD Ladder Diagram）梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。这种表达方式与传统的继电器控制电路图非常相似，不同点是它的特定的元件和构图规则。它比较直观、形象，对于那些熟悉继电器-接触器控制系统的人来说，易被接受。这种表达方式特别适用于比较简单的控制功能的编程。如图1-1a)所示的继电器控制电路，用PLC完成其功能的梯形图如图1-1b)。图1-1继电器控制电路及用PLC完成其功能的梯形图梯形图的要点：梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一

41、逻辑行起于左母线，然后是触点的各种连接，最后终止于继电器线圈（也可以加上一条右母线）。整个图形呈阶梯状。(2) 功能模块图（FBD Function Black Diagram）功能模块图是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言。该语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。例如对应于图1-2a)的功能模块图如图1-2b)所示。图1-2功能模块图功能模块图的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；以图形的形式表达功能，直观，有数字电路基础的人很容易掌握；对规

42、模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。(3) 顺序功能流程图（SFC Sequential Function Chart）顺序功能流程图的规则是：将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。由于顺序功能流程图描述控制过程详细具体（包括：每一步的输入信号，每一步的工作内容，每一步的输出状态，框与框之间的转换条件。），因此程序结构清晰，易于阅读及维护，可大大减轻编程工作量，缩短编程和调试时间

43、。特别适用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。图1-3是一个简单的顺序功能流程图的示意图。图1-3顺序功能流程图的示意图(4) 指令表（IL Instruction List）它采用类似于汇编语言的指令语句来编程。指令语句的一般格式为：操作码 操作数。操作码又称为编程指令，用助记符表示，它指示CPU要完成的操作，包括逻辑运算、算术运算、定时、计数、移位、传送等。操作数给出操作码所指定操作的对象或执行该操作所需的数据，通常为编程元件的编号或常数，如输入继电器、输出继电器、内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器以及定时器、计数器的设定值等。指令语句对熟悉汇编语言的编程者特别容易接受，它编程设备

44、简单，编程简便。采用指令语句编程时，通常都预先用以上几种方式之一表达控制原理，然后改写成相应的指令语句。应用最多的是采用梯形图与指令语句结合编程，即先按控制要求画出梯形图 ，再根据梯形图写出相应的指令程序。因PLC是按照指令存入存储器中的先后顺序来执行程序的，故要求程序中指令和顺序要正确。图1-4为图1-2a)的指令表。(5) 结构化文本（ST Structured Text）结构化文本是IEC工作组对各种高级编程语言合理地吸收、借鉴的基础上创建的针对工业控制的一种专用高级编程语言。结构化文本的特点是：能实现较复杂的控制运算；编写的程序简洁、紧凑；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧。因

45、此，这种语言主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。第二章课题的任务分析2.1 基于三菱FX2N系列PLC电梯控制系统分析2.1.1 概述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

46、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。2.1.2 电梯理想运行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

47、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2-1所示：图2-1电梯的理想速度曲线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

48、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

49、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4-10cm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。2.1.3 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。(1) 速度曲线产生方法采用的FX2N-64-MR PLC，并

50、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。利用PLC扩展功能模块D/A模块实现速度理想曲线输出，事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，程序运行时，通过查表方式写入D/A，由D/A转换成模拟量后将速度理想曲线输出。(2) 加速给定曲线的产生8位D/A输出05V/010V，对应数字值为16进制数00FF，共255级。若电梯加速时间在2.53秒之间。按保守值计算，电梯加速过程中每次查表的时间间隔不宜超过10 ms。由于电梯逻辑控制部分程序最大，而PLC运行采用周期扫描机制，因而采用

51、通常的查表方法，每次查表的指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。在PLC运行过程中，其CPU与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询 、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内，CPU对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在保证控制功能的前提下，最大限度地

52、缩短CPU的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时间最短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过10ms，尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜超过10 ms。为满足系统的实时性要求，在速度曲线的产生方式中，采用中断方法，从而有效地克服了PLC扫描机制的限制。起动加速运行由定周期中断服务程序完成。这种中断不能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运行条件需放在中断服务程序中，在不满足运行条件时，中断即返回。(3) 减速制动曲线的产生为保证制动过程的完

53、成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加速过程由固定周期中断完成，加速到对应模式的最大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的最大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。在该中断服务程序中修改计数器设定值的条件，保证下次中断执行。在PLC的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次“表指针加1操作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保证减速过程的可靠性。2.1.4 电梯控制系统(1) 电梯

54、控制系统特性在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节,而舒适感又与加速度直接相关,根据控制理论,要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制, 对于电梯控制系统来说,要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈,根据电动 机的力矩方程式:MMZ=M=J（dn/dt），可见加速度的变化率反映了系统动态转距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距M=MMZ。故在此段采用加速度的时间控制原则，当启动上升段速度达到稳态值的90%时，将系统由加速度控制切换到速度控制，因为在稳速段，速度为恒值控制波动较小，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度，为制动段的精确平层

55、创造条件。在系统的速度上升段和稳速段虽都采用PI调节器控制，但两段的PI参数是不同的，以提高系统的动态响应指标。在系统的制动段，即要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。在系统的转速降至120r/min之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控制为主，同时根据在每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。例如在距离平层点的某一距离L处，速度应降为 Vm/s，而实际转速高为Vm/s，则说明所加的制动转距不够，因此计算出此处的给定减速度值-ag后，使其再加上一个负偏差，即使此处的减速度给定值修正为-（ag+）

56、使给定减速度与实际速度负偏差加大，从而加大了制动转距，使速度很快降到标准值，当电动机的转速降到120r/min以后，此时轿厢距平层只有十几厘米，电梯的运行速度很低，为防止未到平层区就停车的现象出现，以使电梯能较快地进入平层区，在此段采用比例调节，并采用时间优化控制，以保证电梯准确及时地进入平层区，以达到准确可靠平层。(2) 电梯控制构成由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。2.2 整体设计流程的确定系统设计的步骤 (1) 确定控制对象和控制范围 (2) 可编程控制器的机型选择