【正文】 ..................................10 1 可編程序控制器 SH32R2 的電梯控制設(shè)計(jì)及其監(jiān)控研究 計(jì)算機(jī)科學(xué) 學(xué) 院 鄧有緯 指導(dǎo)教師 張志俊 摘 要 本文 介紹用 SH32R2 PLC 實(shí)現(xiàn)三層三站電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給出了詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程、 I/O 配置方案、及相應(yīng)的梯形圖控制程序。本文還對(duì) SH32R2 與計(jì)算機(jī)的串行通訊信、計(jì)算機(jī)對(duì)電梯運(yùn)行過程的監(jiān)控進(jìn)行了討論，設(shè)計(jì)了通訊程序模塊。模擬運(yùn)行和測試結(jié)果表明：該電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行正確。 關(guān)鍵詞 可編程序控制器， 電梯控制，梯形圖，計(jì)算機(jī)監(jiān)控，串行通訊 一、引言 電梯是高層建筑內(nèi)部的重要設(shè)施之一。早期的電梯控制裝置由繼電器、接觸器控制邏輯電路組成，存 在功能弱、故障多、壽命短等缺點(diǎn)。目前，已經(jīng)廣泛采用 可編程序控制器（ PLC）來控制電梯，其性能有很大改善 [1]。在硬件上， PLC對(duì)元器件、電源、輸入輸出接口、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等采取了嚴(yán)格措施；在軟件上，采用循環(huán)掃描、程序語法檢查、故障檢測與診斷及出錯(cuò)報(bào)警、保護(hù)數(shù)據(jù)、封鎖輸出及自動(dòng)恢復(fù)等措施，使 PLC的平均無故障時(shí)間達(dá)到了 10萬小時(shí)以上，非常適合于電梯的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境 [2]。電梯監(jiān)控越來越廣泛地用于各種環(huán)境中，它能使管理人員有效地對(duì)電梯設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測、優(yōu)化控制和集成管理，從而達(dá)到安全、高效、滿足社會(huì)需求的目標(biāo)。隨著自動(dòng) 化技術(shù)的發(fā)展，這種研究將得到越來越廣泛地應(yīng)用，而且這種研究具有重要的實(shí)用價(jià)值，將廣泛地運(yùn)用到智能小區(qū)、樓宇自動(dòng)化等現(xiàn)代建筑中，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求 [1][3]。 本設(shè)計(jì)的目的就在于用 PLC 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸控制邏輯電路，充分利用 PLC 的優(yōu)點(diǎn)使電梯的實(shí)際運(yùn)行安全、高效。在掌握 PLC 對(duì)電梯的功能控制的基礎(chǔ)上，利用 PLC 所提供的串行通訊接口與計(jì)算機(jī)連接組成監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)電梯進(jìn)行監(jiān)控，計(jì)算機(jī)上請(qǐng)求電梯狀態(tài)顯示，命令控制 PLC，完成電梯的運(yùn)行、停止及運(yùn)行方向的控制，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)電梯的實(shí)時(shí)監(jiān)控。樓層高低不同，所配電梯 的規(guī)模有差別，但其控制原理是一樣的，加上本次設(shè)計(jì)所選 PLC 的限制，所以本次設(shè)計(jì)以三層電梯的控制進(jìn)行分析。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 圖 1 電梯系統(tǒng)框圖 二、 電梯控制設(shè)計(jì) (一 ) 電梯控制系統(tǒng)組成 電梯控制系統(tǒng)的組成主要是電力拖動(dòng)部分和電氣控制部分。電力拖動(dòng)部分由拽引電機(jī)、抱閘和相應(yīng)的開關(guān)電路以及開門電機(jī)組成。由于所設(shè)計(jì)的只是一個(gè)教學(xué)模型，電梯速度低，而且電力拖動(dòng)部分也不是本次設(shè)計(jì)的主要目的，所以只要能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)即可，而不必考慮具體的電力拖動(dòng)部分 以及電機(jī)的機(jī)械特性。 電氣控制部分是電梯控制系統(tǒng)的核心，也是本次設(shè)計(jì)所關(guān)心的具體內(nèi)容，它包含兩部分：拖動(dòng)控制電路和信號(hào)控制電路。拖動(dòng)控制電路因電梯的拖動(dòng)方式不同而各異，可以是接觸器線輸入接口 PLC 輸出接口 呼叫信號(hào) 安全信號(hào) 顯示 開關(guān)門信號(hào) 運(yùn)行控制 開關(guān)控制 RS232C 2 圈及其相關(guān)的控制電路，也可以是電力電子器件的控制電路，本次設(shè)計(jì)中主要采用前一種方式。信號(hào)控制電路與拖動(dòng)的方式關(guān)系不大，主要與程序能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有直接的關(guān)系，因此不同的拖動(dòng)方式的電梯可以采用同一信號(hào)控制電路，其控制系統(tǒng)的組成如圖 2 所示。 圖 2 電梯控制系統(tǒng)框圖 (二 ) 控制要求 根據(jù)電梯實(shí)際運(yùn)行的方式以及實(shí)踐生活經(jīng)驗(yàn)，如圖 3 所示，可以將電梯的實(shí)際工作功能分為開關(guān)門控制、電梯內(nèi)外呼叫控制、以及電梯上下運(yùn)行控制三個(gè)大的功能模塊。而在這三個(gè)大的功能模塊，開關(guān)門控制又分為兩個(gè)小的功能：手動(dòng)開關(guān)門控制和自動(dòng)開關(guān)門控制。 圖 3 電梯內(nèi)外面板 1．開關(guān)門控制 ① 手動(dòng)開門：在開門控制中，當(dāng)電梯運(yùn)行到目的層后，按手動(dòng)開門鍵則電梯門被打開，直到門開到位時(shí)，結(jié)束開門過程。而當(dāng)電梯還沒有到達(dá)目的層時(shí)，此時(shí)按下開門鍵，為了安全，電梯對(duì) 其呼叫應(yīng)不予響應(yīng)。 ② 自動(dòng)開門：電梯運(yùn)行到目的層后，若此時(shí)電梯內(nèi)有該層按鍵或者電梯外有電梯運(yùn)行方向（即電梯向上運(yùn)行時(shí)，此層有外面有向上呼叫請(qǐng)求；或者電梯向下運(yùn)行時(shí)，此層外面有向下呼叫請(qǐng)求）的呼叫請(qǐng)求時(shí)，而此時(shí)又沒有按手動(dòng)開門鍵，則實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開門過程。 ③ 手動(dòng) /自動(dòng)的關(guān)門過程與手動(dòng) /自動(dòng)的開門過程基本相同，但有一點(diǎn)不一樣的是，為了實(shí)現(xiàn)電梯的安全運(yùn)行，當(dāng)電梯超重或者是發(fā)生故障時(shí)，電梯不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)門過程，并且此時(shí)電梯對(duì)手動(dòng)的關(guān)門請(qǐng)求也不予響應(yīng)，直到不超重或者故障被清除。 ④ 考慮到自動(dòng)關(guān)門時(shí)可能會(huì)夾住乘客，系 統(tǒng)利用紅外感應(yīng)器進(jìn)行檢測，當(dāng)有人進(jìn)出時(shí)，延時(shí)后，電梯才能關(guān)門。 為了實(shí)現(xiàn)電梯的安全運(yùn)行，電梯的關(guān)門信號(hào)與開門信號(hào)、紅外感應(yīng)器的輸入信號(hào)、超重報(bào)警信號(hào)、故障報(bào)警信號(hào)都應(yīng)該是互鎖的，即當(dāng)其中任一信號(hào)有效時(shí)，關(guān)門信號(hào)都不能實(shí)現(xiàn)關(guān)門控制。 2．電梯內(nèi)外呼叫控制 在電梯內(nèi)外各層呼叫控制中，設(shè)計(jì)成當(dāng)有乘客按下某層的呼叫按鍵時(shí)，使相應(yīng)的指示燈亮，輸 入 接 口 CPU 輸 出 接 口 呼叫信號(hào) 開關(guān)門信號(hào) 內(nèi)指令信號(hào) 安全控制信號(hào) 呼叫顯示 樓層顯示 開關(guān)門控制 上下運(yùn)行控制 紅外感應(yīng)信號(hào) 3 1 《 I》 》 I《 2 向上呼叫及指示 向下呼叫及指示 3 但不能啟動(dòng)電梯。其呼叫信號(hào)一直保持到電梯到達(dá)該層后且呼叫信號(hào)與電梯運(yùn)行方向相同時(shí)才被撤消。 3．電梯上下運(yùn)行控制 在電梯的上下運(yùn)行控制中，當(dāng)電梯在低層時(shí)，有高層的請(qǐng)求則電梯向上運(yùn) 行；當(dāng)電梯在高層時(shí)，有低層的請(qǐng)求時(shí)，電梯向下運(yùn)行。而且在電梯的上下運(yùn)行控制過程中，電梯總是首先響應(yīng)電梯原先運(yùn)行方向上的請(qǐng)求，即當(dāng)電梯在中間層時(shí)，此時(shí)既有高層的呼叫又有低層的呼叫，若電梯原先是向上運(yùn)行時(shí)，則電梯首先響應(yīng)高層的呼叫，向上運(yùn)行；若電梯原先向下運(yùn)行，則電梯首先響應(yīng)低層的呼叫，向下運(yùn)行。 (三 ) PLC 的 I/O 地址確定及分配 電梯控制系統(tǒng)的控制核心是哪些信號(hào)需要輸入，哪些輸出信號(hào)需要驅(qū)動(dòng)哪些負(fù)載，以及采用何種編程方式、輸入輸出點(diǎn)的確定，是設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)的首要問題，決定系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方案。 1．輸入信 號(hào)的確定 在保證電梯安全的前提下，各種控制信號(hào)盡量直接輸入。電梯在運(yùn)行過程中，會(huì)受到人們的呼叫請(qǐng)求，它包括電梯外 1 層向上的呼叫請(qǐng)求、 2 層向上、向下的呼叫請(qǐng)求、 3 層向下的呼叫請(qǐng)求；電梯內(nèi)開關(guān)門的請(qǐng)求、電梯層數(shù) 3 的請(qǐng)求，將此作為 PLC 的輸入；為防止電梯超重、故障運(yùn)行，特設(shè)置了故障報(bào)警、超重報(bào)警，也將其作為 PLC 的輸入；為防止電梯關(guān)門時(shí)，有人進(jìn)出而夾傷人，特設(shè)置了紅外感應(yīng)裝置，除此之外電梯到達(dá)各層時(shí)，在各層都有一個(gè)觸碰開關(guān)，以此來進(jìn)行電梯的定位，這些都將作為 PLC 的輸入。 2．輸出信號(hào)的確定 通過軟件對(duì)輸 入控制信號(hào)進(jìn)行處理后，由輸出接口發(fā)出控制信號(hào)及各種指示信號(hào)。因此在電梯開關(guān)門、上升下降時(shí)，各設(shè)置了一個(gè)繼電器，以此來控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)（開門、上升）和反轉(zhuǎn)（關(guān)門、下降）；在按下電梯內(nèi) 3 按鈕，電梯外的呼叫按鈕時(shí)都會(huì)有相應(yīng)的指示燈，這些都作為電梯的輸出。 3．控制程序的編制方法 梯形圖軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試。例如分為開關(guān)門程序、上下運(yùn)行控制程序、指示程序。模塊之間不完全獨(dú)立，它們之間存在著有機(jī)聯(lián)系，且在編程時(shí)要注意各條指令間的邏輯聯(lián)系。梯形圖中的內(nèi)部輔助繼電器和定時(shí)器統(tǒng)一分配 編號(hào)，除了列出 I/O 分配表外，還應(yīng)列出內(nèi)輔功能分配表。 4． I/O 分配 表 1 輸入地址分配表 輸入地址 輸入設(shè)備 設(shè)備含義 I1 電梯內(nèi)一層按鍵 電梯內(nèi)一層呼叫信號(hào)的產(chǎn)生開關(guān) I2 電梯內(nèi)二層按鍵 電梯內(nèi)二層呼叫信號(hào)的產(chǎn)生開關(guān) I3 電梯內(nèi)三層按鍵 電梯內(nèi)三層呼叫信號(hào)的產(chǎn)生開關(guān) I4 一層向上呼叫按鍵 電梯外一層向上呼叫信號(hào)的產(chǎn)生開關(guān) I5 二層向上呼叫按鍵 電梯外二層向上呼叫信號(hào)的產(chǎn)生開關(guān) I6 二層向下呼叫按鍵 電梯外二層向下呼叫信號(hào)的產(chǎn)生開關(guān) I7 三層向下呼叫按鍵 電梯外三層向下呼叫 信號(hào)的產(chǎn)生開關(guān) I10 開門行程開關(guān) 電梯在開門時(shí)是否到位的檢測 I11 關(guān)門行程開關(guān) 電梯在關(guān)門時(shí)是否到位的檢測 I12 開門按鍵 手動(dòng)開門按鍵 I13 關(guān)門按鍵 手動(dòng)關(guān)門按鍵 4 I14