【正文】 理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢(shì)。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（ 1）邏輯運(yùn)算（ 2）弱電控制強(qiáng)電。 PLC 是集自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（ PLC、 ROBOT、 CAD/CAM）的首位?？删幊炭刂破?，簡(jiǎn)稱 PLC。它在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的的一中新型工業(yè)控制設(shè)備。 具有 靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 、安裝容易，維護(hù)工作量少 、通用性好 發(fā)周期短，成功率高 ，重量輕、功耗底等特點(diǎn)。具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。與繼電 —— 接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 占位空間比繼電 —— 接觸器控制系統(tǒng)小；價(jià)格上能與繼電 —— 接觸器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；易于在現(xiàn)場(chǎng)變更程序；便于使用、維護(hù)、維修；能直接推動(dòng)電磁閥、觸器與于之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。 因此，進(jìn)行 升降機(jī) 的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)電梯行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1 升降機(jī) 類型的選擇。綜合 升降機(jī) 的類別和各類的特點(diǎn)和要求，在本課題中主要研究四層升降機(jī)上下行控制，開、關(guān)門控制、內(nèi)外呼叫控制。 2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題設(shè)計(jì)的 升降機(jī) 要求運(yùn)行迅速準(zhǔn)確度高，在 升降機(jī) 的各層檢測(cè)系統(tǒng)中選用用在工業(yè)自動(dòng)控制上大量運(yùn)用的具有檢測(cè)精度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運(yùn)用感應(yīng)器的開關(guān)量信號(hào)輸入給 PLC 來實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)電梯的控制。由于本課題的具體 需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮了 升降機(jī) 的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定的需要。 3. 升降機(jī) 控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中選用了目前運(yùn)用最多的 PLC 編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計(jì)出機(jī)械手控制的要求， 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展電梯也已成為人類現(xiàn)代生活廣泛使用的人員運(yùn)輸工具。隨著人們對(duì)電梯運(yùn)行安全性、高效性、舒適性等要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其拖動(dòng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由 PLC 代替原來的繼電器控制。 可編程序控制器（ PLC）因?yàn)榉€(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)大和使用方便已經(jīng)成為應(yīng)用面最廣、最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。電梯控制要求接入設(shè)備使用簡(jiǎn)便，對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)組態(tài)的編程簡(jiǎn)單，具有人性化的人機(jī)界面，配備應(yīng)用程序庫，加快編程和調(diào)試速度。 通過 PLC 對(duì)程序設(shè)計(jì)，提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運(yùn)行的舒適感。 因此 PLC 在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，非常有實(shí)際價(jià)值。 基于 PLC 的施工場(chǎng)地升降機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定 升降機(jī)的概述 電梯 是 電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的垂直升降機(jī)，裝有箱狀吊艙 ，用于多層建筑乘人或載運(yùn)貨物的機(jī)械設(shè)備。 隨著城市的發(fā)展，高層建筑的增多， 升降機(jī) 的應(yīng)用也越來越廣泛，分類也隨之增多。如按照 升降機(jī) 的用途可分為以下幾類： 乘客，為運(yùn)送乘客設(shè)計(jì)的 升降機(jī) ，要求有完善的安全設(shè)施以及一定的室內(nèi)裝飾。 載貨 升降機(jī) ，主要為運(yùn)送貨物而設(shè)計(jì)，通常有人伴隨的 升降機(jī) 。 觀光 升降機(jī) ，廂壁透明，供乘客觀光用的 升降機(jī) 。 車輛 升降機(jī) ，用作裝運(yùn)車輛的 升降機(jī) 。 船舶 升降機(jī) ，船舶上使用的 升降機(jī) 。 建筑施工 升降機(jī) ，建筑施工與維修用的 升降機(jī) 。 其它類型的 升降機(jī) ，除上述常用 升降機(jī) 外，還有 些特殊用途的 升降機(jī) ，如冷庫 升降機(jī) 、防爆 升降機(jī) 、礦井 升降機(jī) 、電站 升降機(jī) 、消防員用 升降機(jī) 等。 本設(shè)計(jì)課題為施工場(chǎng)地的升降機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以四層建筑場(chǎng)地升降機(jī)為模型，主要用于建筑施工與維修。 升降機(jī) 繼電器控制系統(tǒng) 升降機(jī) 繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) (1) 所有控制功能及信號(hào)處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。 (2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。 (3) 大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價(jià)格較便宜。 (4) 多年來我國(guó)一直 生產(chǎn)這類 升降機(jī) ，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。 升降機(jī) 繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 (1) 系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。 (2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。 (3) 電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。 (4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大。 (5) 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi) 用高；而且檢查故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 升降機(jī) 繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了 升降機(jī) 的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且 升降機(jī) 一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會(huì)造成 升降機(jī)機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 PLC 控制系統(tǒng) PLC 控制制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在 升降機(jī) 控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用十傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。 PLC 是一種專門從事邏輯控制的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于 PLC 具有性能穩(wěn) 定、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。自 80 年代后期PLC 引入我國(guó) 升降機(jī) 行業(yè)以來，由 PLC 組成的 升降機(jī) 控制系統(tǒng)被許多 升降機(jī) 制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中， PLC 系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。 升降機(jī) 控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對(duì) 升降機(jī) 運(yùn)行是乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是 升降機(jī) 安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。為了改善升降機(jī) 的舒適感和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用 PLC 來控制 升降機(jī) 的運(yùn)行，這樣大大提高了 升降機(jī) 的性能。 可編 程控制器 (Programmable Logic controller，簡(jiǎn)稱 PLC)是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、沖擊和振動(dòng)等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，已成為解決自動(dòng)控制問題的最有效工具，是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化的二大支柱之一。 PLC 控制升降機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 控制方式上看：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難；而 plc 軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。 工作方式上看：電器控制并行工作，而 plc 串行工作，不受制約。 控制速度上看：電器控制速度慢，觸點(diǎn)易抖動(dòng)；而 plc 通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點(diǎn)，顧而無抖動(dòng)一說。 定時(shí)、記數(shù)看：電器控制定時(shí)精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無記數(shù)功能； plc 時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬；有記數(shù)功能。 可靠、維護(hù)看：電器控制觸點(diǎn)多，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠、維護(hù)性能差； plc 無觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，且有自我診斷功能，對(duì)程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)方便。 變頻調(diào)速控制 升降機(jī) 的特點(diǎn) 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算 機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動(dòng)機(jī)交流變頻技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動(dòng)平穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最基于 PLC 的施工場(chǎng)地升降機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 升降機(jī) 使用的是異步電動(dòng)機(jī)，比同容量的直流電動(dòng)機(jī)具有體積小、占空間小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可靠性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。 SPWM 技術(shù) SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電梯運(yùn)行質(zhì)量和性能 。調(diào)速范圍 寬、控制精度高，動(dòng)態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機(jī)調(diào)速。 升降機(jī) 使用先進(jìn)的 SPWM 和 SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電動(dòng)機(jī)供電電源的質(zhì)量，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 在 升降機(jī) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要要考慮以下幾點(diǎn)： 升降機(jī) 的工藝條件和控制要求。 I/O 設(shè)備。根據(jù)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。 I/O 點(diǎn)數(shù)選擇合適的 PLC 類型。 I/O 點(diǎn)，分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。 升降機(jī) 系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè) 升降機(jī) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。 PLC 進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC 的選型 在工程應(yīng)用中可選用的 PLC 機(jī)型很多，比如三菱公司的 FX 系列、 OMRON 公司的 C系列、西門子等，它們功能都差不多，在工程應(yīng)用中各有千秋，至于要選擇哪種機(jī)型，就要根據(jù) 自己的設(shè)計(jì)需要及應(yīng)用水平。因?yàn)楦鶕?jù)轎廂樓層位置檢測(cè)方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計(jì)數(shù)器。又因?yàn)?升降機(jī) 是雙向運(yùn)行的，所以 PLC 還需具有可逆計(jì)數(shù)器。就本次四層 升降機(jī) 的設(shè)計(jì)而言，上述三種機(jī)型都行，但根據(jù) 市場(chǎng)的實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)采用西門子 SIMATIC S7300 系列 PLC 機(jī)型。 SIMATIC S7 系列 PLC 是德國(guó)西門子公司在 S5 系列 PLC 基礎(chǔ)上于 1995 年陸續(xù)推出的性能價(jià)格比較高的 PLC系統(tǒng)。其中，小型的有 SIMATIC S7200系列，最小配置為 8 DI/6DO，可擴(kuò)展 2～ 7 個(gè)模塊，最大 I/O 點(diǎn)數(shù)為 64DI/DO、 12AI/4AO；中小型的有 SIMATIC S7300系列；中高檔性能的有 S7400 系列。 SIMATIC S7 系列 PLC 都采用了模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)且具有易于用戶掌握等特點(diǎn)，使得 S7 系列 PLC 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求以及大規(guī)模應(yīng)用的首選產(chǎn)品。 SIMATIC S7300 的大量功能能夠支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護(hù)，其主要功能如下： (1) 高速的指令處理 ～ 的指令處理時(shí)間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。 (2) 人機(jī)界面 (HMI) 方便的人機(jī)界面 服務(wù)已經(jīng)集成在 S7300 操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。 (3) 診斷功能 CPU 的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件。 (4) 口令保護(hù) 多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。 (5) 操作方式選擇開關(guān) 操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式。這樣就能防止非法刪除或改寫用戶程序。 (6) 方便用戶的參數(shù)賦值 一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了入門和培訓(xùn)的費(fèi)用。 (7) 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 用此功能可以有效的實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。 基于 PLC 的施工場(chǎng)地升降機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 SIMATIC S7300 系列 PLC 系統(tǒng)基本構(gòu)成 SIMATIC S7300系列 PLC是模塊化中小型 PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，模塊化，無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得 S7300 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。 SIMATIC S7300 有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括：紡織機(jī)械、各種機(jī)床、通用機(jī)械工程應(yīng)用、電器制造工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)。多種性能遞增的 CPU 和豐富的且?guī)в性S多方 便功能的 I/O 擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用接口模塊對(duì) PLC 進(jìn)行擴(kuò) 展。 S7300 是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，可選用不同型號(hào)和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架 (導(dǎo)軌 )或多個(gè)機(jī)架上。除了電源模塊、 CPU 模塊和接口模塊外，一個(gè)機(jī)架上最多只能再安裝 8 個(gè)信號(hào)模塊或功能模塊。 CPU314/315/3152DP 最多可擴(kuò)展 4 個(gè)機(jī)架， IM360/IM361 接口模塊將 S7300 背板總線從一個(gè)機(jī)架連接到下一個(gè)機(jī)架， SIMATIC S7300 系列 PLC 是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 所示。它的主要組成部分有導(dǎo)軌 (RACK)、電源模塊 (PS)、中央處理單元模塊 (CPU)、接口模塊 (IM)、信號(hào)模塊 (SM)、功能模塊 (FM)等。它通過 MPI 網(wǎng)的接口直接與編程器 PG、操作員面板 OP 和其它 S7PLC相連。 I M3 6 5S M3