可编程控制器控制电梯系统的设计1

1、可编程控制器控制电梯系统的设计 黄升强摘要：（Plc是中基于数字计算机技术 专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置,在工业控制领域得到十分广泛的应用.本文先对plc的概述 特点结构和工作原理 工作方式 应用领域等论述,然后根据plc的应用设计出4层电梯的plc控制系统.并给出了电梯控制系统的基本结构 方案 程序流程图 梯形图与程序指令.关键词:电梯控制 plc 设计）前沿电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯，高层住宅需要有住宅梯，百货大楼和宾馆需要有客梯、自动扶梯。本文主要研究一类小型电梯的PLC智能控制方法。所谓小型电梯是指在居民楼和小型办公楼

2、中使用的电梯，这类电梯载重量相对较小，但是使用频繁。传统电梯控制系统主要有三种控制方式即继电器控制、PLC控制和微机控制，其中继电器控制系统具有故障率高、可靠性差、接线复杂、通用性差等缺点。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。微机控制具有控制系统体积1. plc的概述1.1plc的分类:根据硬件结构的不同,可以将可编程序控制器分为整体式 模块式 叠装式.1.1.1整体式可编程控制器整体式又叫做单元式或箱体式.它的cpu模块 I/O模块 和电源装在一个箱状机壳，结构非常紧凑，体积小，价格低。小型可编程控制器一般采用整体式结构。整体式可编程控制器提供多种不同I/

3、O点数的基本单元和扩展单元用户选用。基本单元有cpu模块 I/O模块和电源，扩展单元只有I/O模块和电源基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。各单元的输入点与输出点的比例是固定的。有的可编程控制器有全输入型和全输出型的扩展单元。选择不同的基本单元和扩展单元。可以满足用户的不同要求。1.12模块式可编程控制器模块式可编程控制器用搭积木的方式组成系统，它由框架和模块组成。模块插在模块插座上，模块插座焊在框架中的总线连接板上。模块式可编程控制器的电源可能是单独的模块，也可能包含在cpu模块中。模块式可编程控制器厂家备有不同槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳不下所用的模块，可以增设一个或数个扩展框

4、架，各框架之间用I/O扩展电缆相连。有的模块式可编程控制器没有框架，各种模块安装在基板上。1.1.3叠装式模块式可编程控制器叠装式可编程控制器吸收了整体式和模块式可编程控制器的优点，它的基本单元 扩展单元和扩展模块等高等宽，但是长度不同。它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体，输入输出点数的配置也相当灵活。1.2 plc的特点：可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的特点：（1） 编程方法简单易学;（2） 硬件配套齐全，用户使用方便；（3） 通用性强，使用性强；（4） 可靠性高，抗干扰能力强：（5） 系统的设计 安装 调试工作量少：（6） 维修工作量少，维修方便：（

5、7） 体积小能耗低.1.3plc的应用领域PLC在国外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。4.1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。4.2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，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital

6、）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。4.3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。4.4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。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大

7、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。4.5数据处理现代PLC具有数学运算（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控制系统。4.6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及P

8、LC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.4plc的发展趋势1：产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛 3：不断加强通讯功能 4：.新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高

9、速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。 5：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统 6：发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 7：追求软硬件的标准化。2. Plc的结构和工作原理Plc专为工业现场应用设计，采用了典型的计算机结构，主要由cpu 电源 储存器和专门设计的输入/输出接口电路组成.硬件框图如下:PLC系统组成及各部分的功能一系统组成。二各部分的作用。1 CPU运算和控制中心起“心脏”作用。纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系

10、统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC部所认可的用户编译程序。横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。2 存储器具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、R

11、OM组成。厂家使用的，容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为35年。3输入/输出接口（1）输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向部电路输入信号。当开关断开，二极

12、管不发光，三极管不导通。向部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC部所能接受的数字信号。（2）输出接口PLC的继电器输出接口电路工作过程：当部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。三种类型：继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载4编程器编程器分为两种，一种是手持编程器，

13、方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC部输入程序。第二节 PLC的基本工作原理一PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。2输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4元件映象寄存器的容是随着程序的执行变化而变化的。5扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身

14、占有的时间（3）指令条数6由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。二PLC与继电器控制系统、微机区别1PLC与继电器控制系统区别前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。前者用“软件”，后者用“硬件”。2PLC与微机区别前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断”PLC 编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。尤其前两者为常用。2.2 plc程序的表达方式梯形图语言特点：1每个梯形图由多个梯级组成。2梯形图中左右两边的竖线表示假想

15、的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。3继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。4每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。5输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。第四节 主要技术性能用户程序存储容量：是衡量可存储用户应用程序多少的指标。通常以字或K字为单位。16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。PLC以字为单位存储指令和数据。一般的逻辑操作指令每条占1个字。定时/计数，移位指令占2个字。数据操作指令占24个字。每五节 PLC的分类按结构分类：1 整体式：是把PLC各组成部分安装在一起或少数几块印刷电路板上，并连同电源一起

16、装在机壳形成一个单一的整体，称之为主机或基本单元、小型、超小型PLC采用这种结构。模块式：是把PLC各基本组成做成独立的模块。中型、大型PLC采用这种方式。便于维修。2.3 plc的工作方式如上图所示，plc是通过一种周期工作方式来完成控制的，每个工作周期分为输入扫描、程序执行、输出刷新三个阶段。2.3.1 输入扫描阶段当plc开始周期工作时，cpu首先以扫描方式读入所有输入端得开关信号状态（闭合为“1”，断开为“0”），并逐一存入输入映像区（寄存器）。输入映像区的位数与输入端子数目相对应，输入采样结束后转入程序执行阶段。2.3.2 程序执行阶段组成程序的每条指令是按顺序依次存入储存器中，这个

17、顺序号称为步序，在程序执行时，从0开始顺序执行程序指令。执行指令时，若涉及输入或输出状态，就从输入映像区或输出映像区的某对应位读入，然后进行逻辑运算，运行结果存入各元件的映像区中。2.3.3 输出刷新阶段在所有的指令执行完毕后，将输出映像区中各输出继电器的0/1状态传送至输出锁存区,驱动微型功率继电器形成plc的实际输出.3plc控制电梯的设计现在对plc的设备情况与工作过程有一定的了解,按工艺要求设计电梯控制系统图.包括断续的继电器控制系统:具有数学运算的控制系统：具有闭环反馈控制系统以及其他形式的控制系统。吧控制逻辑图转变为梯形图，简化后转换成可编程控制器程序代码。3.1 plc控制电梯系

18、统的工艺要求及功能3.1.1plc控制电梯系统的工艺要求 （1）设有司机操纵、无司机操纵及检修3种工作状态；、 （2）无司机操纵延时自动关门或按按键自动门和到站自动平层开门； （3）按、外召唤指令信号自动定向； （4）自动起动加速、制动减速及自动停车； （5）慢速运行点动开车； （6）电梯能自动进行开、关门控制； （7）具有消防运行控制； （8）具有超载不开梯及防夹人功能； （9）具有电梯的一切安全保护功能。3.1.2 plc控制电梯系统的具体功能（1） 检修开关：用手动方式来调整轿厢的位置，便于检修，轿厢上升最多上升直到上方的限位开关接通；下降最多下降到下方的限位开关接通。（2） 自动开/关

19、门:电梯停车平层后,自动开/关门,KGM常亮、快闪分别表示开门、关门过程，熄灭表示关门结束。若延迟或提前关门，可按下KM或GM按钮、运行过程中，此两个按钮失效。（3） 上召唤、下召唤、主令记忆显示：请求按钮按下后，相应的指示LED亮，表示请求信号予以登记，停在某楼层时，主令记忆消号，外召唤记忆顺向消号、逆向继续保持。（4） 选层及定向：综合上召唤、下召唤、主令及电梯运行方向、所处位置等信号，确定电梯该停的楼层及继续运行的方向。（5） 报警指示：电梯楼层信号JZ(5位）每一时刻有且只有一位是1，若出现全为0或两位以上为1的情况，表明轿厢位置不正确（如上电时处在两层中间非平层位置）或限位开关输入信

20、号有误，此时停车输出报警信号，以KGM慢闪表示。（6） 消防功能：“消防”开关接通，PLC此时电梯处于消防运行状态。电梯自动返回基层，同时报警。3.2 PLC控制电梯系统的基本结构分析控制系统的控制要求如下：系统控制核心为PLC主机，通过PLC输入接口送入PLC。由存储器的PLC软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向主拖动系统发出控制信号。具体的电梯控信号原理如上图所示。3.3 PLC控制电梯的方案电梯PLC控制系统的控制核心是PLC。哪些信号需要输入PLC，PLC要驱动哪些负载，以及采用何种编程方式。输入输出点的确定，是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程

21、序及线路设计方案3.3。1 PLC输入信号的确定方法在保证电梯运行安全的前提下，各种控制信号尽量直接输入PLC，如上图：外信号及层楼感应信号、急停按钮及开关门信号等。3.3.2 PLC 输入信号的确定方法PLC 通过软件对输入控制信号的进行处理后，由输入接口发出控制信号及各种指示信号，如电梯PLC信号控制系统框图：由上下方向进行指示、楼层指示、外召唤响应指示等。3.3.3PLC控制程序的编制方法PLC梯形图软件的设计采用模块化设计。模块化程序结构清晰、便于调试。如分为开关门、选、外召唤、层楼数指示、定向、换速、到层延时等模块。莫偶看间不完全独立，他们之间存在着有机联系。且在编程时要注意各条指令

22、间的逻辑关系，梯形图中的部辅助继电器和定时器统一分配编号，除了I O 分配表外，还应列出辅功能分配表。充分利用LPC提供的指令。33.4 PLC控制电梯的流程 PLC程序设计是电梯控制系统设计成功的关键环节，在PLC程序设计过程中，一要坚持功能完善。面面俱到的原则，保证电梯安全有效地运行；二要遵循结构简练，易读易改的原则，尽量减少程序量，采用模块化设计，并采用PLC中的主控指令，跳转指令，功能指令等指令优化程序，缩短PLC程序扫描时间，保证电梯的控制精度。PLC程序流程框图如上图所示。PLC程序遵循以下的基本原则：1轿厢均在基站处于停止运动状态，及为空闲梯2梯由忙梯变为空闲梯，则延时10S后自动返回基站3PLC程序编制过程中，将PLC中的M8070设为主站和从站，分别采集梯的楼层位置信号、上下行信号并和本梯的楼层位置信号相比较，将比较结构存入PLC部中间继电器。4司机自动运行正常情况下，司机自动开关接通，电梯处于自动运行状态，PLC运行自动程序，此时电梯按照集选控制原则运行：司机自动开关断开，电梯进入司机控制运行状态，由司机控制开关门及其升降。5