基于PLC的电梯控制系统设计正文

1、中北大学信息商务学院2013届本科毕业设计说明书1 绪论本设计的主要任务是使用PLC设计一个四层电梯控制系统并使用组态软件设计其监控系统。PLC（Programmable Logic Controller）是工业专用计算机 ，这种计算机采用面向用户的指令，因而编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作，还具有数字量,模拟量输入/输出控制的能力，并且容易与工业控制系统连为一体，易于扩充。电梯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。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直

2、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。 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，然后发出信号，令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

3、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始终没有得到解决，那就是

4、一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故。 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、

5、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；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。 根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不

6、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以及一定的轿内装饰。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，轿厢具有长而窄的特点。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

7、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。直线电机驱动的电梯：其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、内

8、燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。（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1.002.00m/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。 随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。（4）按电梯有无司机分类 有司机电梯：电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。 无司机电梯：乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。有/无司机电梯：这类电梯可变换控制

9、电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。（5）按操纵控制方式分类 手柄开关操纵：电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。 按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。 信号控制电梯：这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。 集选控制电梯：是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。 并联控制电梯：23台电梯的控制线路并联起来进行

10、逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。 群控电梯：是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。（6）其它分类方式 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。 此外，还有双层轿厢电梯等。（7）特殊电梯 斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。 立体停车场用电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。

11、建筑施工电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。2 电梯与PLC简介2.1 电梯的结构及组成部分电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动

12、系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯的基本结构如图2.1所示。1控制柜(屏) 2一拽引机 3拽引钢丝绳 4限速器 5限速器钢绳 6限速器张紧装置 7轿厢 8安全钳 9轿厢门安全触板 10导轨 11对重 12厅门 13缓冲器 图2.1 电梯的基本结构（1）拽引系统 电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力

13、。（2）导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。（3）门系统门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。（4）轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定（5）重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组

14、成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。（6）电力拖动系统电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。（7）电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运

15、行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。（8）安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。2

16、.2 电梯的工作原理电梯的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

17、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。 当今电梯已经成为高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，而且它的抗干扰能力远远强于传统电梯，使电梯运行更加安全、方便、舒适。23 PLC的概述2.3.1 PLC的定义 IEC在1987年对PLC的定义是：可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储

18、器，用于其内部存储程序，执行逻辑计算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入/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部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。由上述定义可见，PLC是工业专用计算机 ，这种计算机采用面向用户的指令，因而编程方便。它能完成“逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作”，还具有“数字量,模拟量输入/输出控制”的能力。并且容易与“工业控制系统连为一体”，易于扩充。因而可以说PLC是近乎理想的工业控制计算机。2.3.2 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与

19、微型计算机相同，基本构成为：（1）电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去（2）中央处理单元（CPU)中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程

20、序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。（3）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。（4）输入输出接口电路现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。现

21、场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。（5）功能模块如计数、定位等功能模块。（6）通信模块如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。2.3.3 PLC的特点 PLC具有以下鲜明的特点：（1） 功能完善，组合灵活，扩展方便，实用性强。 现代PLC所具有的功能及其各种扩展单元、智能单元和特殊功能模块，可以方便、灵活地组成不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自

22、动化。（2） 使用方便，编程简单。 采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。 PLC的运用能够做到在线修改程序，改变控制的方案而无需拆开机器设备。它能在不同环境下运行，可靠性十分强悍。（3） 安装简单，容易维修。 PLC可以在各种工业环境下直接运行，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，写入程序即可运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。PLC还有强大的自检功能，这为它的维修提供了方便。（4） 抗干扰能力和可靠性能力都强，远高于其他各种机型。 隔离和滤波，是抗干扰的两大主要措施。对PLC的内部电

23、源还采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。另外使输入/输出接口电路的电源彼此独立，以免电源之间的干扰。正确的选择接地地点和完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。为适应工作现场的恶劣环境，还采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构。通过以上措施，保证了PLC能在恶劣环境中可靠工作，使平均故障间隔时间长，故障修复时间短。（5） 环境要求低。 PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。（6） 易学易用。 PLC是面向工矿企业的工控设备，接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。PLC编

24、程大多采用类似继电器控制电路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此，很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。2.3.4 PLC的分类目前，可编程控制器(PLC)产品种类很多，按照其用途、功能、结构、点数等有多种分类方法。（1）按点数和功能分类为满足不同控制系统处理信息量的需求，PLC具有不同的I/O点数、用户程序存储量和控制功能。由I/O点数的多少可将PLC分成小型，中型和大型。小型PLC的I/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小，价格低的优点。适合小型设备的控制。中型PLC的I/O点数在2561024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复

25、杂的逻辑控制和闭环过程控制。大型PLC的I/O点数在1024点以上，用于大规模过程控制，集散式控制和工厂自动化网络。（2）按结构形式分类根据结构形式不同，可编程逻辑控制器可分为整体式和模块式结构两大类。小型PLC一般采用整体式结构，即将所有电路安装于1个箱内为基本单元，另外可以通过并行接口电路连接I/O扩展单元。中型以上PLC多采用模块式，不同功能的模块，可以组成不同用途的PLC，适用于不同要求的控制系统。（3）按用途分类根据可编程控制器的用途，PLC可分为通用性和专用型两大类。通用型PLC作为标准装置，可供各类工业控制系统选用。专用型PLC是专门为某类控制系统设计的，由于其专用，结构设计更为

26、合理，控制性能更完善。2.4 PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而复始不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新” 。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间

27、输出端也会相应的发生变化，或者说输出输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。2.5 PLC的编程语言PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、功能图等。（1）梯形图(LAD)梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。（2）指

28、令表(STL)指令表(STL)编程语言类似于计算机中的助记符语言，它是可编程控制器最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。（3）顺序功能流程图(SFC) 顺序功能流程图(SFC)编程是一种图形化的编程方法，亦称为功能图。使用它可以对具有选择等复杂结构的系统进行编程，许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。本设计中，选择用梯形图作为编程语言。3 硬件设计3.1 主电路设计 根据设计要求，本次设计的四层电梯控制系统的主回路原理图如图3.1所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从

29、而进行对电梯的控制。KM1、KM2为电动机正、反转接触器，用它来实现电梯上、下行控制。当KM1接通时，电机正转，实现电梯上行；当KM2接通时，电机反转，实现电梯下行。用KM3、KM4控制门电机正反转。KM3接通时，门电机正转，实现开门；KM4接通时，门电机反转，实现关门。FR1、FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。图3.1 四层电梯控制主回路图3.2 PLC选型 目前，在市场上可供选用的 PLC 品牌及型号非常多。用户在进行 PLC 选型时应以满足系统功能为前提，不能盲目贪大求全而造成浪费。要全面权衡利弊、合理选型以达到经济实用的目

30、的。一般 PLC选型可从以下几点来进行综合考虑。 （1）根据 I/O 点数多少进行选择 仔细分析要设计的系统，弄清楚该系统所需要的 I/O 点数。再按实际所需点数的 10左右留出备用量（预留备用量是考虑到将来工艺改进及生产发展的需要）后确定所需 PLC 的点数。 另外，还要考虑选用的 PLC 输出点是采用何种接法的。PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的 PLC 各组输出点间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果控制系统输出信号之间不需要隔离，从成本的角度考虑，就应优先选择采用共点式或分组式输出方式的 PLC。 （2）根据存储器大小进

31、行选择 选择存储器容量时应先对用户程序进行粗略的估算。在开关量控制的系统中，可以用输入总点数的 10 倍加上输出总点数的 5 倍来估算；含有计数器和定时器时，可以按每一个 35 字进行估算；有运算处理时按 510 字/量估算；在有模拟信号输入输出时，可以按每一路模拟量 100 字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上进行估算。最后，一般按估算的总容量的25左右留有备用量。 （3）根据 I/O 响应时间进行选择 输入输出的响应时间包括输入延迟、输出延迟以及扫描方式引起的延迟等。对开关量控制的系统，PLC 输入输出的响应时间一般都能满足实际要求，可不必考虑响应问题。但对模拟量

32、控制的系统，特别是闭环系统设计时该问题不能忽视。 （4）根据输出负载类型进行选择 PLC 根据输出负载的特点可分为继电器输出型、晶体管输出型以及晶闸管输出型三类。不同类型的负载对 PLC 的输出方式有不同的要求。继电器输出型导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC。而频繁通断的感性负载，就应选择晶体管或晶闸管输出型的。 （5）根据是否联网通信进行选择 若 PLC 控制系统需要联入网络，则 PLC 需具有通信联网功能，即要求 PLC应提供可连接其他设备的相应接口。一般情况

33、下，大、中型机和大部分小型机都具有通信功能。 （6）根据 PLC 的结构进行选择 PLC 按结构可分为整体式和模块式两类。功能相似前提下，由于整体式 PLC是把 CPU、存储器、I/O 接口电路等集成在一起，所以比模块式价格要低。但模块式具有扩展灵活，维修方便，易判断故障点等优点。所以在选择结构时要根据实际要求等各方面综合考虑。 FP 系列 PLC 是日本松下电工株式会生产的小型可编程序控制器。它有许多规格。其中 FP1 系列具有体积小、重量轻，功能齐全，编程简单，价格便宜等优点。在工业控制中应用十分广泛。主要的特殊功能有：脉冲输出，输入延时滤波，脉冲捕捉，高速计数，中断，A/D 与 D/A

34、转换。 FP1系列机是PLC中的小型机产品。产品型号以C字母开头代表主控单元（又称主机），以 E 字母开头代表扩展单元。后面跟的数字代表 I/O 点数。主控单元有 C14、C16、C24、C40、C56、C72 六种。本设计输入点共有18个，输出点共有14个，总共有32个。根据I/O点的个数，松下FP1系列的CP40输入/输出点数为24/16，足以满足要求。本次设计选用C40.3.3 I/O分配该系统占用PLC的32个I/O口，18个输入点，14个输出点，具体的I/O分配如表3.1所示。表3.1 I/O分配表名称输入名称输出XA手动开门Y20门电机正转XB手动关门Y01层外选信号灯X01层内选

35、信号Y12层外选信号灯X12层内选信号Y22层外选信号灯X23层内选信号Y33层外选信号灯X34层内选信号Y43层外选信号灯X41层外呼信号Y54层外选信号灯X52层外呼信号Y0电机正转X62层外呼信号Y1电机反转X73层外呼信号Y211层内呼信号灯X83层外呼信号Y222层内呼信号灯X94层外呼信号Y233层内呼信号灯XC1层平层限位信号Y244层内呼信号灯XD2层平层限位信号Y25门电机反转XE3层平层限位信号XF4层平层限位信号X11开门限位信号X12关门限位信号3.4 外部接线 PLC外部接线图如图3.2所示。图3.2 PLC外部接线图4 程序设计4.1 设计任务要求 （1）利用PLC

36、实现对四层电梯的运行控制,并采用组态软件实现电梯监控系统的设计。 （2）组态监控系统与PLC控制系统进行实时数据交换,在组态监控画面上能实时反映电梯的运行状态,并能通过监控画面控制电梯运行状态。具体控制要求如下： （1）电梯轿箱的控制要求：选向：根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼曾位置决定电梯的运行方向。楼层位置的指示：选择哪层对应楼层灯可以亮，到达该层是显示灯熄灭。 （2）电梯门的控制要求：要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开。 （3）当几个人同时按下电梯时，到相应的层都要停。 （4）在电梯升降是有优先级问题，依照电梯的初始运行状态为主例：当电梯初始状态是向上升时，只响应电梯

37、初始状态是该层及该层以上的向上运行的外选信号，等向上状态运行完毕后在响应向下信号。 （5）出了上述两个要求以外，还要注意的一点就是备用电梯电机的使用，一但曳引电机出现故障，备用电机将手动控制转入运行状态，避免因曳引惦记出故障而引发的不必要的麻烦。4.2 程序设计思路 本程序的设计思路为，以电梯的运行状态为主要考虑对象，分为向上运行和向下运行两种。 向上为：电梯由一层到二层、由一，二层到三层、由一，二，三层到四层。 向下为：电梯由四层到三层、由四，三层到二层、由四，三，二层到一层。 以上两种情况分别由人在目的地层的外选或者电梯内部的内选来实现电梯的运行。其次该程序需要考虑的是，电梯优先级的情况，

38、在本程序中使用中间继电器的互锁以及各层的限位开关来实现。4.3 电梯控制程序流程图上电输入信号 初始化检测电梯状态执行上行呼叫？开门？上行？下行？执行下行到达目标楼层?关门？到达目标楼层?执行开关门NONONONONONONOYESYESYESYESYESYESYES图4.1 电梯控制流程图4.4 设计程序梯形图 本次设计的程序梯形图如图4.2所示。5 MCGS组态软件监控5.1 MCGS组态软件概述MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场

39、数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。它具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。本设计使用通用版，功能特点如下:全中文可视化组态软件，简洁、大方，使用方便灵活;完善的中文在线帮助系统和多媒

40、体教程;真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000平台;提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面;支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备;支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线;支持ODBC接口，可与SQL Server、Oracle、Access等关系型数据库互联;支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联;提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果. MCGS组态软件由五大组成部分，分别如下： （1）主控窗

41、口主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓、运行流程、菜单命令、特性参数和启动特性等内容，是应用系统的主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，主控窗口负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。 （2）设备窗口设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。一个应用系统只有一个设备窗口，运行时，系统自动打开设备窗口来管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。 （3）用户窗口用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面

42、。其中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法。动画构件对应于不同的动画功能，它们是从工程实践经验中总结出的常用的动画显示与操作模块，用户可以直接使用。 （4）实时数据库实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心，是MCGS系统的核心。它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。本窗口内定义的不同类型和名称的变量，将作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。 （5）运行策略运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段。本窗口主要完成对工程运行流程的控制。包括编写控制程序和选用各种功能构件，例如数据提

43、取、定时器、配方操作和多媒体输出等。5.2 MCGS组态软件监控设计建立应用程序大致可分为以下四个步骤：（1）设计图形界面（2）构造数据库（3）建立动画连接 （4）运行和调试5.2.1 组态画面设计 （1）建立一个新工程 双击“MCGS组态环境”图标，进入MCGS组态环境。在“菜单”文件中选择“新建工程”菜单项，系统会在D盘自动生成新工程。在菜单“文件”中选择“工程另存为”菜单项，把新建工程存为“电梯控制”.如图5.1所示。图5.1 新建工程 （2）绘制动画建立了新的画面之后，就需要绘制电梯监控系统的基本画面了，其中包括四层电梯楼层的主体图素、各层电梯门、上下行显示、各种操控按钮以及超重报警指

44、示灯等图素。绘制过程中，工具栏里有很多常用的，例如工具箱、调色板，还有图库里面很多样板图素可以使用。绘制过程不再赘述，最终绘制画面如图5.2所示。图5.2 动画画面5.2.2 定义变量实时数据库是工程的数据交换和数据处理中心。数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程就是定义数据变量的过程。定义数据变量的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期，存盘的时间范围和保存期限等。在本次设计中，将开关型变量的基本属性中的对象初值设置为0，数值型变量的属性的对象初值设为100，最小值为0，最大值为100.MCGS中定义的实时数据库

45、如图5.3所示。图5.3 实时数据库5.2.3 动画连接之前所绘制的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实的描述外界对象的状态变化，达到实时监控的目的。实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性链接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特性，由数据对象的实时采集值驱动，从而达到动画的效果。 (1)指示灯的属性设置在用户窗口中，双击电梯控制进入动画设计画面，选中一层内选指示图标并双击，弹出单元属性设置窗口。如图5.4所示。图5.4 一层内选指示灯设置 (2)轿厢属性设置双击画面中上升和下降的轿厢，弹出属性设置窗口

46、，属性设置如图5.5所示。图5.5 轿厢属性设置 (3)数值型变量的设置以一层左边的电梯门为例，设置如图5.6所示。图5.6 一层左电梯门属性设置其他动画对象的属性设置和上面基本相同，只是表达式的值对应不同的数据变量，在此就不一一列举。5.2.4 外部设备连接设备窗口是MCGS系统的重要组成部分，负责建立系统和外部设备之间的连接，使得MCGS从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业过程的实时监控。在MCGS组态软件的开发平台上，单击“设备窗口”，再单击“设备组态”按钮进入设备组态。在“设备工具箱”中，选中“通用串口父设备”和“松下FP系列PLC”，加到右边已选设备，并分别设置两者

47、的属性，与PLC的I/O设置保持一致。如图5.7所示。图5.7 外部设备连接5.2.5 运行与调试 在“运行策略”中，双击“循环策略”进入，双击图标进入“策略属性设置”，把循环时间设为100秒，按“确定”。设置如图5.8所示。图5.8 运行设置单击“文件”，“进入运行环境”，单击“系统管理”，“用户窗口管理”，选中电梯控制，点击确定进入运行环境。如图5.9所示。图5.9 进入组态工程当人在三层按外呼下时，电梯由四层运行至三层的过程，动画如图5.10所示。图5.10 监控动画结束语本次设计内容为基于PLC的电梯控制系统设计。在设计PLC程序之前我先完成了组态界面的设计，我使用的是北京昆仑公司的产

48、品，通过对四层电梯的模拟组态，并在图书馆和网上查找相关的资料，我对该公司的组态软件有了一个很好的了解。 利用MCGS开发的四层电梯动画可分为两种：其一为演示界面，不与PLC连接，只要用鼠标点击界面上相关楼层选择按钮，通过编好的MCGS脚本程序控制门开关和轿厢运行，目的是在实验前了解控制要求和实际的运行流程，为编制实验程序奠定基础；其二是监控界面，使用时可以操作实验模块上的楼层选择按钮，启动自己编写的PLC 程序，根据PLC程序的执行情况控制门及轿厢，可以直观地看到自己编写的控制程序的运行效果，为程序调试提供方便。刚开始接触这个软件时我感觉无从下手，后来请教了导师，导师认真地给我讲解了组态软件的

49、使用方法，在导师的帮助下，我对该软件的认识越来越深。最后，我可以设计出理想的四层楼电梯的模拟控制过程。通过这次设计，我认识到学习对于我们来说永远是没有止境的，导师在课堂上教会的可能只是一小部分，还有许多问题需要我们自己去理解，去琢磨，去体会，只有这样才能适应新时代的要求。参考文献1 张万忠.可编程控制器应用技术M. 北京: 化学工业出版社,19962 陈一才.大楼自动化系统设计手册M.北京：中国建设工业出版社，19943 张万忠.可编程控制器应用技术M. 北京: 化学工业出版社,19964 李秧耕，何乔治，何峰峰.电梯基本原理及安装维修全书M.北京：机械工业出版社，20055 J.B.Lee.A study on the development of optimal model for det