目錄

摘要 1
ABSTRACT 2
前言 3
第一章 概述 4
1.1電梯的起源與發(fā)展 4
1.2 電梯硬件分析 5
1.2.1電梯的組成 5
1.2.2電梯的主要電氣設(shè)備： 6
1.2.3 電梯工作原理 8
1.3 PLC簡介 8
1.3.1 PLC的定義 8
1.3.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 8
1.3.3  PLC的特點(diǎn) 9
1.3.4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 11
1.3.5 PLC的工作原理 12
1.3.6 PLC的編程語言 13
1.3.7 西門子s7-200PLC簡介 14
1.4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 14
第二章  硬件設(shè)計(jì) 16
2.1 控制要求分析 16
2.2 PLC選型 17
2.2.1 PLC控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)計(jì)算與分配 17
2.2.2 PLC的型號選擇 18
第三章  軟件設(shè)計(jì) 19
3.1 開關(guān)轎廂門程序 19
3.2 自動選向程序 21
3.3 轎廂內(nèi)呼和樓層外呼指示程序 24
結(jié)論 26
參考文獻(xiàn) 27
致謝 28
附錄  PLC電梯控制梯形圖 29

 
      摘要
  
      隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在人們的生活中占有著越來越重要的地位。本文結(jié)合PLC 的性能，在介紹電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，深入分析了電梯的工作原理，重點(diǎn)分析了電梯的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。論述PLC 在電梯控制系統(tǒng)中的運(yùn)用，研究并提出了基于西門子PLC (S7-200)的5層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案，通過合理的選擇和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電梯指層、選層、選向、手動和自動關(guān)門等基本功能。

      關(guān)鍵字：電梯、PLC、控制
 
      ABSTRACT

      with the city construction's continuous development , the amount of high-rise buildings is increasing rapidly ，which makes the role that elevator played in people's daily life become more and more important. In this thesis, based on the introduction of the basic structure of the elevator, we deeply analyzed how the elevator works, and emphasized on the elevator's hardware and software design. By stating the application of PLC in the system of elevator control, we researched and worked out a practical scheme of 5 layer elevator's control system based on Siemens PLC (s7-200).through the rational selection and design, we manager to make the elevator carry out the basic function such as layer pointing, layer selecting, direction selecting, manual and automatic door operation, etc.

      key words: elevator, PLC, control
 

      前言

      在現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展中，一幢幢高樓拔地而起，電梯的廣泛應(yīng)用已成為城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。特別是在高層建筑中，電梯作為不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備，已與人們的日常生活密不可分。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，電梯也隨之進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。
      電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運(yùn)行的，而呼叫是隨機(jī)的，電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足要求的。因此，電梯控制系統(tǒng)應(yīng)采用隨機(jī)邏輯控制方式控制。目前電梯的控制普遍采用兩種控制方式：一是采用微機(jī)作為信號控制單元，完成電梯的信號采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方式并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多采用答二種方式，其原因在于用PLC控制有許多優(yōu)點(diǎn)： 1，可靠性高，由于采取了一系類的PLC高可靠性的措施，PLC的平均無故障時(shí)間（MTBF）一般可達(dá)3~5萬小時(shí)。而且PLC的環(huán)境適應(yīng)性也很強(qiáng)，它能在工業(yè)環(huán)境下可靠地工作；2，編程簡單，PLC最常用的編程語言是梯形圖語言。這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識，便于廣大現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)工作流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活；3，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維修方便。PLC的體積小，重量輕，便于安裝。一般PLC都具有自診斷、故障報(bào)警、故障種類顯示等功能。
      可編程控制器不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場電氣維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語言的表達(dá)方式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)、調(diào)試和查錯都很容易。PLC現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其優(yōu)異的性能，日益取代有大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的繼電-接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等各行各業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用。
      總之，電梯的控制是比較復(fù)雜的，在計(jì)算機(jī)誕生前的幾十年里，繼電器控制系統(tǒng)為電梯控制的發(fā)展起到了巨大的作用，然而其控制性能與自身的功能已經(jīng)無法滿足與適應(yīng)電梯控制的要求和發(fā)展，與PLC相比較，存在質(zhì)的差別。電梯使用繼電接觸器控制的時(shí)代，很難設(shè)計(jì)出質(zhì)量優(yōu)良的電梯控制系統(tǒng)，而現(xiàn)在，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了更廣闊的空間。PLC是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，使它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠、抗干擾性能增強(qiáng)、機(jī)械與電氣部件被機(jī)結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起。因此它已成為電梯運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)。
 

第一章 概述

1.1電梯的起源與發(fā)展

      追溯電梯的起源，在我國及國外都能找到其雛形。如我國公元前1700多年出現(xiàn)的桔槔，是一種用于提水的升降裝置。公元前1100多年出現(xiàn)的轱轆，是一種用于提水或升舉重物的升降裝置。在古代希臘，于公元前236年出現(xiàn)的阿基米德絞車，是一種升舉重物的升降裝置。它們的共同特點(diǎn)是都由支架、卷筒、繩索、搖桿、乘物裝置幾部分組成的最原始、最簡單的升降機(jī)械，由木（竹）材料制成，靠人力或畜力驅(qū)動在很低速度下運(yùn)行。
      1889年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動機(jī)作為電梯動力,這才出現(xiàn)名副其實(shí)的電梯,并使電梯趨于實(shí)用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺自動扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯,首批4—6臺群控電梯在紐約的聯(lián)合國大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)(真空管)控制電梯。1962年美國出現(xiàn)了速度達(dá)8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進(jìn)工業(yè)國只成了無觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯控制電梯。1967年可控硅應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動系統(tǒng)筒化，性能提高。1971年集成電路被應(yīng)用于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機(jī)開始用于電梯，使電梯的電氣控制進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。
      由于早期的電梯及電氣控制方式存在故障率較高、可靠性差、接線復(fù)雜、一旦完成不易更改等缺點(diǎn)，所以需要開發(fā)一種安全、高效的控制方式?？删幊炭刂破鳎碢LC）既保留了傳統(tǒng)繼電氣控制系統(tǒng)的簡單易懂，而且具備控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口連接、維修方便等諸多高品質(zhì)性能。因此，PLC在電梯控制領(lǐng)域得到了廣泛而深入的運(yùn)用。
      如今，電梯已成為人們進(jìn)出高層建筑不可或缺的交通工具，隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，人們對電梯在運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性、高速性、準(zhǔn)確性、高效性等一系列靜、動態(tài)性能提出了更高的要求。電梯今后的發(fā)展將主要呈現(xiàn)以下趨勢。
（1）超高速電梯。隨著人們生活節(jié)奏的加快，高層建筑的增加，全功能的塔式建筑將會促使超高速電梯繼續(xù)成為研究方向，5m/s以上運(yùn)行速度的超高速電梯，成為人們關(guān)注的重點(diǎn)和市場發(fā)展的新趨向。
（2）大型超載重電梯用導(dǎo)軌。隨著大型公共場所、購物場所等公用建筑的增加，大型超載重電梯的運(yùn)用日益廣泛，對于垂直電梯、自動扶梯的載重量和運(yùn)行平穩(wěn)性提出了新的要求。
（3）新型自動扶梯導(dǎo)軌。隨著社會進(jìn)步、城市化水平的提高以及越來越多的國家逐漸步入老齡化社會，各國政府對人文關(guān)懷日益重視，促使城市公共設(shè)施對自動扶梯和自動人行道的需求加速增長。為實(shí)現(xiàn)公共場所的無障礙通行，大量的體育場館、地鐵、機(jī)場、商場、寫字樓、賓館等需要加裝自動扶梯和自動人行道。
（4）無機(jī)房電梯導(dǎo)軌。對于高度在20層以下的民用建筑，可以通過改變曳引機(jī)的安裝方式去除電梯機(jī)房的設(shè)計(jì)，從而降低建筑總高度、保持整體造型、節(jié)省建筑成本。
      此外，人們要求電梯節(jié)能、電磁兼容性強(qiáng)、噪聲低、長壽命、采用綠色裝潢材料、與建筑物協(xié)調(diào)等，甚至有人設(shè)想在大樓頂部的機(jī)房利用太陽能作為電梯驅(qū)動補(bǔ)充能源等等，而這些都會對電梯導(dǎo)軌的運(yùn)行技術(shù)不斷提出新的要求

1.2 電梯硬件分析

1.2.1電梯的組成

      電梯是機(jī)電合一的大型復(fù)雜產(chǎn)品，機(jī)械部分相當(dāng)于人的軀體，電器部分相當(dāng)于人的神經(jīng)。機(jī)與電的高度合一，使電梯成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的綜合產(chǎn)品.對于電梯的結(jié)構(gòu)而言，傳統(tǒng)的方法是分為機(jī)械部分和電氣部分，但以功能系統(tǒng)來描述，則更能反映電梯的特點(diǎn)。下面簡單介紹電梯機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)，而我們的主要目的是怎樣來控制它。
 
圖1.1  電梯機(jī)械部分結(jié)構(gòu)示意圖
1）曳引系統(tǒng)
　　曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運(yùn)行。
　　曳引系統(tǒng)主要由曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪，反繩輪組成。
2）導(dǎo)向系統(tǒng)
　　導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動。
　　導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。
3）轎廂
　　轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。
轎廂由轎廂架和轎廂體組成。
4）門系統(tǒng)
　　門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。
　　門系統(tǒng)由轎廂門,層門,開門機(jī),門鎖裝置組成。
5）重量平衡系統(tǒng)
　　系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。
系統(tǒng)主要由對重和重量補(bǔ)償裝置組成。
6）電力拖動系統(tǒng)
　　電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實(shí)行電梯速度控制。
　　電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機(jī)，供電系統(tǒng),速度反饋裝置，電動機(jī)調(diào)速裝置等組成。 　
7）電氣控制系統(tǒng)
　　電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。
　　電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。
8）安全保護(hù)系統(tǒng)
　  保證電梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。
由電梯限速器、安全鉗、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開關(guān)裝置組成。

1.2.2電梯的主要電氣設(shè)備：

1） 曳引電動機(jī)：
齒輪曳引系統(tǒng)作為電梯的提升機(jī)構(gòu)，主要由驅(qū)動電動機(jī)、電磁制動器（也稱電磁抱閘）、減速器及曳引輪組成。
2） 自動門機(jī)
用來完成電梯的開門與關(guān)門：電梯的門由廳門（每層站一個(gè)）和轎門（只有一個(gè)）。只有當(dāng)電梯?？吭谀硨诱緯r(shí)，此層廳門才允許開啟（由門機(jī)拖動轎門，轎門帶動廳門完成）；也只有當(dāng)廳門、轎門全部關(guān)閉后才允許啟動運(yùn)行（檢修狀態(tài)時(shí)，可以在不關(guān)門的狀態(tài)下運(yùn)行）。
3） 層樓指示
層樓指示也叫層顯，過去常由低壓燈泡構(gòu)成，安裝在每層站廳門的上方和轎廂內(nèi)轎門的上方；現(xiàn)多由數(shù)碼管或LED點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)組成，與呼梯盒、運(yùn)行方向指示做成一體結(jié)構(gòu)。
4） 呼梯盒
呼梯盒也叫召喚按鈕或外呼盒，用以在每層站召喚電梯。常安裝在廳門外，離地1m左右的墻壁上?；九c頂站只有一個(gè)按鈕，中間層站由上呼和下呼兩個(gè)按鈕組成。按鈕帶有呼梯記憶燈，燈亮?xí)r表示呼梯信號已經(jīng)被接收并記憶；當(dāng)電梯滿足呼梯要求并停層開門時(shí)，呼梯記憶燈熄滅。基站的呼梯盒上，常帶有鑰匙開關(guān)，供電梯管理員開關(guān)電梯。
5） 操縱箱
操縱箱安裝在轎廂內(nèi)，供司機(jī)及乘客對電梯發(fā)布動作指令。操縱箱上設(shè)有與電梯層數(shù)相同的內(nèi)層選按鈕（帶指示記），上、下行啟動按鈕(帶上、下行指示記憶燈，檢修時(shí)用)，開、關(guān)門按鈕，急停按鈕，電梯運(yùn)行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)（選擇電梯是自動運(yùn)行還是檢修狀態(tài)）以及風(fēng)扇、照明等的控制開關(guān)。
6） 平層及開門裝置
該裝置由磁鐵板和上、下平層感應(yīng)器1KR、2KR組成。上行時(shí)，1KR首先插入隔鐵磁板，發(fā)出減速信號，電梯開始減速，至2KR插入隔磁鐵板時(shí)，發(fā)出停車及開門信號，電機(jī)停轉(zhuǎn)，機(jī)械抱閘；下行時(shí)，2KR首先插入隔磁鐵板，發(fā)出減速信號至1KR插入隔磁鐵板時(shí)，發(fā)出停車及開門信號。
7） 停層裝置
在電梯的井道內(nèi)每層站裝有一只磁鐵板，當(dāng)轎廂運(yùn)動到相應(yīng)層站時(shí)，磁鐵板插入平層感應(yīng)器內(nèi)，以此檢測電磁所處位置和產(chǎn)生平層信號。
8）安全窗及其開關(guān)，安全鉗及其開關(guān)，限速器及其開關(guān)，上、下行限位開關(guān)，上、下行強(qiáng)迫停止開關(guān)，極限開關(guān)
電梯的轎廂頂部開有安全窗，供緊急情況下疏散乘客，當(dāng)安全窗打開時(shí)，電梯不允許運(yùn)行。安全鉗是為防止電梯曳引鋼繩斷裂及超速運(yùn)行的機(jī)械裝置，用以在上述情況下將轎廂挾持在導(dǎo)軌上。限速器時(shí)用以檢查電梯運(yùn)行速度的機(jī)械裝置，當(dāng)電梯超速運(yùn)行時(shí)，限速器動作，帶動安全鉗使電梯停止運(yùn)行。以上三種裝置的動作通過其相應(yīng)開關(guān)來檢測。當(dāng)電梯運(yùn)行至上、下極限位置時(shí)仍不停車，上、下限位開關(guān)動作，發(fā)出停車信號，若仍不能停車，將壓下上、下強(qiáng)迫停止開關(guān)，強(qiáng)制電梯停止運(yùn)行；若還不能停車，將通過機(jī)械裝置帶動極限開關(guān)SQ0動作切斷電梯曳引電動機(jī)的電源，以達(dá)到停車目的，避免電梯出現(xiàn)沖頂與礅底事故。
  
1.2.3 電梯工作原理

      曳引繩兩端分別連著轎廂與對重（又稱配重），纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動機(jī)通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對重的升降運(yùn)動，達(dá)到運(yùn)輸目的。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升降運(yùn)動，防止轎廂在運(yùn)行中產(chǎn)生偏斜或擺動。常閉式制動器在電動機(jī)工作時(shí)間松閘，使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止?fàn)顟B(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少發(fā)動機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動中的張力和重量變化，使曳引電動機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確?？?。電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)動的控制，同時(shí)完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時(shí)顯示轎廂的于東方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運(yùn)行安全。

1.3 PLC簡介

1.3.1 PLC的定義

  在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：
“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?/p>

1.3.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展

第一臺PLC的設(shè)計(jì)規(guī)范是美國通用公司提出的。當(dāng)時(shí)的目的是要求設(shè)計(jì)一種新的控制裝置以取代繼電器盤，在保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)具有現(xiàn)代化生產(chǎn)線所要求的響應(yīng)時(shí)間快、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多高品質(zhì)與功能。這一設(shè)想提出后，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年研制成功世界上第一臺PLC，型號為PDP-14，投入汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿意的效果，從此開創(chuàng)了PLC的新紀(jì)元。由于當(dāng)時(shí)開發(fā)PLC的主要目的是用來取代繼電器邏輯控制系統(tǒng)，所以最初的PLC其功能也僅限于執(zhí)行繼電器邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。
    隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使它能更多地發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能，不僅用邏輯編程取代了硬接線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理功能，使其真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。
20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。
20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。
20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。

 

1.3.3  PLC的特點(diǎn)

1、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)
      高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。
2、功能強(qiáng)大，成本低
      PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合，幾乎能滿足所有工業(yè)控制領(lǐng)域的需要。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。
      由于其轉(zhuǎn)為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，所以PLC控制系統(tǒng)中的I/O系統(tǒng)、HMI系統(tǒng)等可以直接和現(xiàn)場信號連接、使用。系統(tǒng)也不需要進(jìn)行專門的抗干擾設(shè)計(jì)。所以和其他的控制系統(tǒng)（如DCS、IPC）相比，其成本較低，而且這種趨勢還將繼續(xù)持續(xù)下去。
3、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，適用性強(qiáng)
    大部分情況下，一個(gè)PLC主機(jī)就能組成一個(gè)控制系統(tǒng)。對于需要擴(kuò)展的系統(tǒng)，只要選好擴(kuò)展模塊，經(jīng)過簡單連接即可。PLC擴(kuò)展模塊品種多，可以靈活組成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。
      PLC控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)性的好處是當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，只需對程序進(jìn)行簡單的修改，對硬件部分稍作改動即可，而不是像繼電氣控制系統(tǒng)那樣，在一個(gè)裝配好的控制盤上，對系統(tǒng)進(jìn)行修改幾乎是不可能的事情。同一個(gè)PLC裝置用于不同的控制對象，只是輸入/輸出組件和應(yīng)用軟件的不同。所以說PLC系統(tǒng)具有極高的柔性，即通用性強(qiáng)。
4、編程方便、易于使用
      PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。
5、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短，改造方便
      用繼電器控制完成一項(xiàng)控制工程，首先必須按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器柜的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。因?yàn)镻LC是通過程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有槍支和仿真的功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。
6、維護(hù)方便
    PLC的輸入/輸出端子能夠直觀的反映出現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，通過編程工具可以直觀的觀察控制程序和控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，極大的方便了維護(hù)人員查找故障，縮短了對系統(tǒng)維護(hù)的時(shí)間。
7、體積小，重量輕，能耗低
以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。

1.3.4  PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。
1．開關(guān)量的邏輯控制
這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
2．模擬量控制
在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

3．運(yùn)動控制
PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。
4．過程控制
過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。
5．?dāng)?shù)據(jù)處理
現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。
6．通信及聯(lián)網(wǎng)
PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

1.3.5 PLC的工作原理

當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。
 
圖1.2  PLC的運(yùn)行階段
1. 輸入采樣階段
在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
　　2. 用戶程序執(zhí)行階段
　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。
3. 輸出刷新階段
　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。

1.3.6 PLC的編程語言

編程語言是PLC的重要組成部分，PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應(yīng)用戶編程的需要。利用編程語言，按照不同的控制要求編寫不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變幾點(diǎn)起的硬件接線線路，這就是所謂的“可編程序”。程序由編程器送到PLC內(nèi)部的存儲器中，它也能方便地讀出、檢查與修改。
    PLC共有5種標(biāo)準(zhǔn)編程語言，其中有三種圖形語言，即梯形圖（LD，Ladder Diagram）、功能塊圖（FBD，F(xiàn)unction Block Diagram），和順序功能圖（SFC，Sequential Function Chart），兩種文本語言，即結(jié)構(gòu)化文本（ST，Structured Text）和指令表(IL，Instruction List)。其中梯形圖是最早使用的一種PLC語言，也是現(xiàn)在最常用的編程語言。它是從繼電氣控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的，它繼承了繼電氣控制系統(tǒng)中的基本工作原理和電器邏輯關(guān)系的表達(dá)方法，梯形圖預(yù)計(jì)電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達(dá)方式上有一定區(qū)別，所以在邏輯控制系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。它的最大特點(diǎn)就是直觀、清晰。
 

1.3.7 西門子s7-200PLC簡介

S7--200的用戶程序中包括了位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7--200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。它集成6 輸入/4 輸出共10 個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)，無I/O 擴(kuò)展能力。擁有6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，4 個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的20kHz 高速脈沖輸出以及1 個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)  圖1.3 西門子s7-200PLC     揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如： 沖壓機(jī)床、磨床、印刷機(jī)械、橡膠化工機(jī)械、中央空調(diào)、電梯控制、運(yùn)動系統(tǒng)等。
STEP 7-Micro/WIN 32是西門子公司專門為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)在個(gè)人計(jì)算機(jī)Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行的編程軟件，它的功能強(qiáng)大，使用方便，簡單易學(xué)，可用梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖三種編程語言編制程序，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換。STEP 7-Micro/WIN 32提供兩套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和國際標(biāo)準(zhǔn)指令集（IEC1131-3方式）。程序編制完成之后，利用PLC與計(jì)算機(jī)專用的PC/PPI電纜傳送程序至PLC。

1.4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)以PLC作為工具對五層電梯的各種操作進(jìn)行控制。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般分為以下幾個(gè)步驟：
（1） 熟悉被控對象（本次設(shè)計(jì)的對象為五層電梯），制定控制方案
（2） 確定I/O點(diǎn)數(shù)
（3） 選擇PLC機(jī)型（本次設(shè)計(jì)采用西門子S7-200PLC）
（4） 選擇輸入、輸出設(shè)備，分配PLC的I/O地址

（5） 程序設(shè)計(jì)（包括梯形圖的繪制）
（6） 系統(tǒng)調(diào)試
（7） 編制相關(guān)技術(shù)文件
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程如圖1.4所示：
 
圖1.4  PLC系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖
                       

                                                   
 
第二章  硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制要求分析

    所涉及的電梯模型共有五層，電梯的每一層面均有升降及轎廂所在樓層的指示燈顯示；1-5所對應(yīng)的指示燈表示樓層號，每層的樓廳均有輸入（分上行和下行）按鈕召喚電梯。工作中的電梯主要對各種呼梯信號和當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，再確定下一個(gè)工作狀態(tài)，為此它要求具有自動選向、順向截梯、反向保號，外呼記憶，自動開/關(guān)門狀態(tài)，停梯消號，自動達(dá)層等功能。
    分析以上控制要求，將電梯控制要實(shí)現(xiàn)的功能羅列如下：
（1） 開始時(shí)，電梯處于任意一層。
（2） 當(dāng)有外呼梯信號到來時(shí)電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開，延時(shí)三秒后自動關(guān)門。
（3） 當(dāng)有內(nèi)呼梯信號到來時(shí)，電梯應(yīng)該響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開，延時(shí)三秒后自動關(guān)門。
（4） 在電梯運(yùn)行過程中電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向呼梯信號前方無其它內(nèi)、外呼梯信號時(shí)，則電梯相應(yīng)該外呼信號，但不響應(yīng)三層向下外呼梯信號。同時(shí)，如果電梯達(dá)到四層，五層沒有任何呼梯信號，測電梯可以響應(yīng)四層向下外呼梯信號。
（5） 電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。例如電梯在一樓，而同時(shí)有二層向下外呼梯，三
     圖2.1  電梯工作流程圖             層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。
（6） 電梯具有同向截車功能。
（7） 電梯未平層或運(yùn)行時(shí)，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運(yùn)行后，按開門按鈕可使門打開，按關(guān)門按鈕可使門關(guān)閉。

2.2 PLC選型

2.2.1 PLC控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)計(jì)算與分配

    根據(jù)電梯控制的特點(diǎn)，輸入信號應(yīng)該包括以下幾個(gè)部分：
（1） 轎廂內(nèi)及各層門廳外呼按鈕
    轎廂內(nèi)的樓層選擇按鈕共有數(shù)字鍵1~5，各層門廳的外呼按鈕除第一層只有上升按鈕，第五層只有下降按鈕外，其余三層均設(shè)有上升、下降兩個(gè)按鈕，故一共需要13個(gè)輸入。
（2） 位置信號
位置信號由安裝于各樓層的電梯?？课恢玫乃膫€(gè)傳感器產(chǎn)生。平時(shí)為常開，當(dāng)電梯運(yùn)行到平層時(shí)關(guān)閉，另外還有一組開關(guān)門限位，故位置信號一共需要7個(gè)輸入
（3） 電梯門控制信號
   大部分電梯都具有開門按鈕以及關(guān)門按鈕，以方便手動開門，故電梯門控制信號一共需要2個(gè)輸入。
綜上所述，共需要輸入點(diǎn)22個(gè)。
輸出信號應(yīng)該包括：
（1） 內(nèi)呼指示信號
     內(nèi)呼指示信號有5個(gè)，分別表示1~5層的內(nèi)呼被接受，并在內(nèi)呼指令完成后，信號消失。
（2） 外呼指示信號
    外乎信號共有8個(gè)，分別表示1-5層的外呼被接受，并在外呼指令完成后，信號消失。
（3） 電梯轎廂上下行，電梯上下行指示信號，共4個(gè)
（4） 門電機(jī)開關(guān)指示，共需要輸出點(diǎn)2個(gè)。
  綜上所述，共需輸出點(diǎn)19個(gè)。
PLC五層電梯控制系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)分配表如下所示：
表2.1  PLC輸入、輸出點(diǎn)分配表
輸入點(diǎn)名稱  輸出點(diǎn)名稱 
一層內(nèi)呼 I0.0 一層內(nèi)呼指示 Q0.0
二層內(nèi)呼 I0.1 二層內(nèi)呼指示 Q0.1
三層內(nèi)呼 I0.2 三層內(nèi)呼指示 Q0.2
四層內(nèi)呼 I0.3 四層內(nèi)呼指示 Q0.3
五層內(nèi)呼 I0.4 五層內(nèi)呼指示 Q0.4
一層外呼上 I0.5 一層外呼上指示 Q0.5
二層外呼下 I0.6 二層外呼下指示 Q0.6
二層外呼上 I0.7 二層外呼上指示 Q0.7
三層外呼下 I1.0 三層外呼下指示 Q1.0
三層外呼上 I1.1 三層外呼上指示 Q1.1
四層外呼下 I1.2 四層外呼下指示 Q1.2
四層外呼上 I1.3 四層外呼上指示 Q1.3
五層外呼下 I1.4 五層外呼下指示 Q1.4
開門按鈕 I1.5 電梯上行指示 Q1.5
關(guān)門按鈕 I1.6 電梯下行指示 Q1.6
一層平層 I1.7 門電機(jī)開門 Q1.7
二層平層 I2.0 門電機(jī)關(guān)門 Q2.0
三層平層 I2.1 電梯轎廂上行 Q2.1
四層平層 I2.2 電梯轎廂下行 Q2.2
五層平層 I2.3  
開門限位 I2.4  
關(guān)門限位 I2.5  

2.2.2 PLC的型號選擇

綜合輸入輸出點(diǎn)的計(jì)算以及要實(shí)現(xiàn)的電梯控制功能，使用西門子s7-200PLC（CPU226）加一個(gè)擴(kuò)展模塊，這樣就能完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求。S7-200PLC是一種小型可編程邏輯控制器（Micro PLC），可應(yīng)用于各種小型自動化控制系統(tǒng)。高集成度的設(shè)計(jì)、低廉的成本使得s7-200成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。并且，西門子s7-200PLC具有：極高的可靠性、豐富的指令集、極快的浮點(diǎn)運(yùn)算速度、豐富的擴(kuò)展模塊、強(qiáng)大的內(nèi)部集成功能等幾個(gè)方面的出色表現(xiàn)。

 
第三章  軟件設(shè)計(jì)

由電梯運(yùn)動流程圖可以看出電梯的運(yùn)動控制中最需要關(guān)注的主要部分是：開關(guān)轎廂門的控制，電梯的自動選向，轎廂的內(nèi)呼和樓層外呼指示。將各部分分為單獨(dú)的模塊分別進(jìn)行編程，繪制梯形圖，不僅條理清晰，提高編程效率，而且能更為方便的進(jìn)行程序的調(diào)試。

3.1 開關(guān)轎廂門程序

    轎廂門開可分為以下幾種情況：
（1） 電梯在一層平層，有一層外呼上指示或一層內(nèi)呼指示。
（2） 電梯在二層平層，有二層外呼下指示(電梯選項(xiàng)向下)，二層外呼上指示(電梯選項(xiàng)向上)或二層內(nèi)呼指示。
（3） 電梯在三層平層，有三層外呼下指示(電梯選項(xiàng)向下)，三層外呼上指示(電梯選項(xiàng)向上)或三層內(nèi)呼指示。
（4） 電梯在四層平層，有四層外呼下指示(電梯選項(xiàng)向下)，四層外呼上指示(電梯選項(xiàng)向上)或四層內(nèi)呼指示。
（5） 電梯在五層平層，有五層外呼下指示或五層內(nèi)呼指示。
（6） 電梯在平層時(shí)按下開門按鈕。
所繪制的梯形圖如下：
 
 
圖3.1  轎箱門開
門電機(jī)開這個(gè)輸出被置位后，當(dāng)它符合一定條件時(shí)，就應(yīng)取消它的置位，使其停止開門動作。這些條件應(yīng)為：
（1） 按下關(guān)門按鈕，并且同時(shí)開門按鈕沒有按下。
（2） 輸出信號門電機(jī)關(guān)置位，且開門按鈕沒有按下
（3） 達(dá)到開門限位，自動停止開門動作。
  所繪制的梯形圖如下：
 
圖3.2  轎箱門開復(fù)位
開門動作結(jié)束后將是3秒鐘的延時(shí)，然后電梯會自動關(guān)門，達(dá)到關(guān)門限位后，關(guān)門動作自動結(jié)束。同樣，按下關(guān)門按鈕，電梯也將關(guān)門，開門按鈕被按下，或有門電機(jī)開信號輸出，則關(guān)門動作取消。所繪制的梯形圖如下：
 
圖3.3  轎箱門關(guān)及其復(fù)位

3.2 自動選向程序

    本程序的自動選項(xiàng)功能主要由電梯的上行條件和下行條件兩部分組成，
其中，電梯滿足以下條件時(shí)上行：
（1） 電梯在四層，且有四層外呼上指示，五層外呼下指示，五層內(nèi)呼指示。
（2） 電梯在三層，且有三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示。
（3） 電梯在二層，且有二層外呼上指示，三層外呼下指示，三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，三層內(nèi)呼指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示。
（4） 電梯在一層時(shí)，無論什么情況均上行；同理，電梯在第五層時(shí)無論什么情況均不上行。
滿足以上條件同時(shí)不滿足電梯下行條件時(shí)，電梯上行，繪制梯形圖如下：
 
 
圖3.4  電梯轎箱上行
同樣，當(dāng)滿足以下條件，且不滿足電梯上行條件時(shí)，電梯下行：
（1） 電梯在四層，且有四層外呼下指示，三層外呼上指示，三層外呼下指示，二層外呼上指示，二層外呼下指示，一層外呼上指示，三層內(nèi)呼指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示。
（2） 電梯在三層，且有三層外呼下指示，二層外呼上指示，二層外呼下指示，一層外呼上指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示。
（3） 電梯在二層，且有二層外呼下指示，一層外呼上指示，一層內(nèi)呼指示。
（4） 電梯在五層時(shí)，無論什么情況均滿足下行條件，同理，電梯在一層時(shí)，無論如何均不會下行。
繪制梯形圖如下所示：
 
 
圖3.5  電梯轎箱下行

3.3 轎廂內(nèi)呼和樓層外呼指示程序

轎廂內(nèi)呼較為簡單，當(dāng)按下內(nèi)呼按鈕，內(nèi)呼指示即置位，達(dá)到指定樓層后，電梯門打開，內(nèi)呼指示取消置位。以第一層為例，梯形圖如下所示：
 
       圖3.6  一層內(nèi)呼指示置位與復(fù)位
樓層外呼指示程序則比較復(fù)雜，按下外呼按鈕，則對應(yīng)的外呼指示置位，在取消置位時(shí)，一層和五層因?yàn)橹挥幸环N運(yùn)動方向，因此直接平層后門電機(jī)打開就能取消置位。以一層為例，作梯形圖如下所示：
 
圖3.7  一層外呼上指示置位與復(fù)位
而二、三、四層則不同，因?yàn)檫@三層均有兩種運(yùn)動方向，只有電梯運(yùn)動方向與外呼運(yùn)動方向相同時(shí)，才能取消置位。以二層外呼為例，梯形圖如下所示：
 
圖3.8  二層外呼指示置位與復(fù)位
其中“二層上”、“二層下”條件的梯形圖如下所示：
 
 
圖3.9  二層上行、下行條件

 

結(jié)論

在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我通過查閱與課題有關(guān)的技術(shù)參考資料，了解與此有關(guān)的應(yīng)用技術(shù)與發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)學(xué)習(xí)掌握西門子公司PLC的編程調(diào)試方法與技術(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并完成了用西門子PLC控制五層電梯系統(tǒng)的硬件和軟件，給出系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計(jì)的說明，以及軟件的總體設(shè)計(jì)構(gòu)思，并編寫相應(yīng)的梯形圖軟件。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)階段的一次非常難得的理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會，通過這次獨(dú)立地較為完整的設(shè)計(jì)出電梯PLC控制系統(tǒng)，我擺脫了單純的理論學(xué)習(xí)狀態(tài)。通過實(shí)際的軟、硬件設(shè)計(jì)與選擇，鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及專業(yè)文獻(xiàn)翻譯等其他方面的能力水平。通過與王耿芳指導(dǎo)老師的溝通與交流，我了解到許多PLC的實(shí)際運(yùn)用知識，硬件設(shè)備的選用方法等，讓我的綜合能力得到了提高。這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我得到了寶貴的實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，使我能夠更好的把理論與實(shí)踐結(jié)合起來，再未來的工作中表現(xiàn)出更好的自主學(xué)習(xí)能力和靈活應(yīng)變能力。
順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時(shí)也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。但在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我還有一些未能完成遺憾。由于能力所限，我僅僅運(yùn)用PLC實(shí)現(xiàn)了電梯最基本的運(yùn)動控制功能，在實(shí)際運(yùn)行中還存在一些不足，例如沒有考慮到電梯的舒適性，電梯轎廂以及轎廂門、廳門的運(yùn)行速度只有一個(gè)設(shè)定值，沒有運(yùn)用變頻器對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，造成在實(shí)際運(yùn)用中乘坐人員舒適度的降低，這也是我進(jìn)一步需要努力和加強(qiáng)的地方。發(fā)現(xiàn)問題，面對問題，才有可能解決問題。不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識，更好的為社會做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，為祖國的四化服務(wù)。
 
參考文獻(xiàn)

〔1〕王永華，《現(xiàn)代電器控制及PLC應(yīng)用技術(shù)》，2008，第二版，北京航天航空大學(xué)出版社。
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〔4〕高鐘毓，《機(jī)電控制工程》，2002，第二版，清華大學(xué)出版社，。
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〔6〕程子華，《PLC原理與編程實(shí)例分析》，2007，第一版，國防工業(yè)出版社。
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〔8〕張浩風(fēng)，《PLC梯形圖設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用實(shí)例》，2008，第一版，機(jī)械工業(yè)出版社。

 
致謝

長達(dá)數(shù)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，回想整個(gè)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷，是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，努力汲取新知識來豐富自己的過程，讓我覺得分外充實(shí)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅讓我對PLC和組態(tài)軟件有的更深一步的了解，同時(shí)也增加了自己的動手實(shí)踐能力，為以后的工作打下了基礎(chǔ)?？梢哉f畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。
首先，我要感謝培育了我思念的學(xué)校，是她讓我在大學(xué)生活中不僅學(xué)到了學(xué)業(yè)上的知識，也學(xué)到了為人處事的道理，讓我的學(xué)識和思想都更加成熟，為以后的學(xué)習(xí)、工作、生活奠定了基礎(chǔ)。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的指導(dǎo)老師王耿芳的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題到論文的完成，無不傾注著老師辛勤的汗水和心血。王老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我受益匪淺。在此，我要向我的指導(dǎo)老師致以最衷心的感謝，感謝老師的選題能讓我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中可以學(xué)以致用，接觸到實(shí)際應(yīng)用中的知識。同時(shí)，我在這里還要感謝我們組的成員虞倩、張擎柱，他們也在畢業(yè)設(shè)計(jì)方面給予了我很多幫助和關(guān)心。
最后，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意!