【正文】 ....................... 66 沈陽理工大學應用技術學院學士學位論文 1 緒 論 （ 1） 本課題的目的及意義 電梯的發(fā)展由來已久，現(xiàn)在 很多高層建筑物里面都會安裝電梯來方便 乘客。但是電梯的安全性和 造價 方面 卻都很昂貴，而且在控制技術方面也有很多的不足之處。傳統(tǒng)的大多數(shù)電梯元件多、線路也很復雜，給操作人員和維修人員也帶來了諸多不便。有的電梯沒有報警和手動停止等功能，所以導致在控制方面上有很多不足之處，沒有考慮到乘客的安全。 所以 針對傳統(tǒng)電梯所存在的一些不合理問題，提出 用 PLC 對 電梯 系統(tǒng)進行改造的方案。 改進方法 主要以歐姆龍 PLC 為核心，利用 PLC 強大的控制功能，實現(xiàn)了利用可編程邏輯控制器控制電梯的啟動、運行、停止等功能。而且梯形圖程序在模擬調試時 可以很直觀的展現(xiàn)出四層電梯轎廂的啟動、運行、停止、報警等過程。本設計還有一定的規(guī)律性，方便用于到其它樓層的控制。本設計調試結果表明，該系統(tǒng)在控制安全可靠性方面、適用性方面、精確性方面和可靠性方面，達到了設計的要求，表明該設計方案是可行的。 該設 計不僅可以通過控制電梯的升降還可以滿足乘客遇到問題時可以報警和自動停止電梯的運行等。 同時保證了乘客的安全，也節(jié)約了資源，控制技術上也有了提高，給操作人員和維修人員也帶來了很多方便。 （ 2） 電梯控制技術的國內外發(fā)展現(xiàn)狀 電梯控制技術對乘客的安全非常重要，只有各個環(huán)節(jié)都能安 全運行。乘客按下按鈕后，對電梯轎廂下達了命令，該命令經(jīng)處理后，會使乘客到達想要到達的地方，在運行過程中，電梯會顯示樓層號和安全信號等 。 早期的國產(chǎn)電梯控制系統(tǒng)中，電梯信號的邏輯控制一般是由繼電器電路來實現(xiàn)的，繼電器控制系統(tǒng)故障率高，降低了電梯的運行可靠性與安全性，因此目前已經(jīng)被逐步淘汰。 目前電梯的控制 技術 主要采用了兩種方式，一 種是采用微機作為控制單元， 電梯控制信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定 都是由其來完成的 ，實現(xiàn)電梯的自動調度和集選運行功能；第二種控制方式 是 用可編程 邏輯 控制器（ PLC） 來取代微機 信號集選控制。目前，國內 大多 數(shù)廠家都 選擇第二種 控制方式，其原因在于不僅生產(chǎn)規(guī)模較小而且 自己設計和制造危機控制裝置的成本 也非常較高；由于可編程邏輯 控制器（ PLC） 不僅具有程序設計簡單靈活、控制起來穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)規(guī)模較小、成本低，而且 抗干擾能力強以沈陽理工大學應用技術學院學士學位論文 2 及強大的網(wǎng)絡通訊功能等特點，因此 ，在國內，對于一個中小型的電梯控制系統(tǒng) 來說，大多都是采用 PLC 控制，用可編程邏輯 控制器（ PLC） 來取代微機實現(xiàn)信號集選控制，所以 PLC 控制 電梯系統(tǒng)技術在 國 內 電梯行業(yè)中得到了較廣泛的運用。 國內最開始的電梯控制技術是采用繼電器控制方式，這 種硬布線的邏輯控制方式的特點是原理簡單、直觀而且繼電器控制系統(tǒng)不僅故障率高、通用性差，而且降低了電梯的運行可靠性與安全性， 這種接線復雜、故障率高而且設備龐大的邏輯控制系統(tǒng)已經(jīng)逐步被淘汰 [1]。 隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在國內主要采用可編程邏輯控制器（ PLC）技術來控制電梯的運行。該控制方式替代了微機信號集選控制方式和繼電器控制方式。采用可編程邏輯控制器（ PLC）方式控制無需較大的生產(chǎn)規(guī)模，而且該程序設計具有編程簡單、控制方便靈活、運行可靠穩(wěn)定、成本低、抗干擾能力強以及強大的網(wǎng)絡通訊功能等特點。目前，國內大多數(shù)廠 家都選用可編程邏輯控制器（ PLC）來取代繼電器控制和微機信號集選控制，因此可編程邏輯控制器（ PLC）控制在國內電梯行業(yè)發(fā)展中得到了非常廣泛的運用。 國外最早也采用繼電器控制方式來控制電梯的運行，隨著科技的發(fā)展和進步， 逐漸淘汰了微機控制方式， 現(xiàn)在也采用了可編程邏輯控制器（ PLC） 來控制電梯的 運行。 電梯控制技術是核心部分，是一個非常重要 的邏輯控制系統(tǒng)，系統(tǒng)要在首 要保證乘客安全的基礎上，在一定時間內進行檢測和處理信號。 因此現(xiàn)在國內外一般都采用了可編程邏輯控制器（ PLC）來控制電梯 [2]。 （ 3） 本論文的主要內容 本次 設計 的重點是用歐姆龍 CPM1A 系列 型號 的 PLC 來 控制電梯的 啟動、運行、停止等功能。 本文第一章主要介紹有關 PLC 的簡介、未來展望、組成特點、四層電梯的工藝簡介、四層電梯過程分析、控制系統(tǒng)的控制要求以及硬件連接和器件選用等。第二章主要介紹 PLC 軟件的控制設計，包括系統(tǒng)流程圖、 I/O 口分配以及系統(tǒng)程序的具體分析等。第三章主要介紹組態(tài)設計方面包括組態(tài)的介紹和特點以及組態(tài)圖的說明等。 沈陽理工大學應用技術學院學士學位論文 3 1 四層電梯控制系統(tǒng)設計 PLC 簡介 PLC 的基本概念 PLC（ Programmable Logic Controller）中文名稱為可編程 邏輯控制器，是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計的一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng) [3]。 PLC 內部的存儲器可以處理來自輸入電路的的信息，然后轉換為所要求的輸出信息，再通過輸出電路的物理過程來完成對負載的控制而面向用戶 。 PLC 未來展望 目前， PLC 應用到很多領域，在各個領域上都有著很重要的作用，給人類帶了很多好處。 未來的 PLC 發(fā)展前景和空間非常 的 大，各國之間的相互的競爭會使 PLC 的發(fā)展速度更 加的 快 ，從而會出現(xiàn)更加完美和完善的產(chǎn)品而面 向用戶和消費者。未來計算技術上的很多新成果都會運用到 PLC 上，使其功能更加完善， 給用戶帶來方便，能 達到用戶的理 想要求。各國之間的編程語言會隨著國家競爭的加劇而打破，最終會出現(xiàn) 國際上通用的編程語言 [4]?？删幊踢壿嬁刂破?（ PLC） 會隨著科技發(fā)展的需求，而運用到計算機控制系統(tǒng)中。伴隨著計算機和可編程邏輯控制器的網(wǎng)絡發(fā)展，可編程 邏輯 控制器將 會成為未來不可缺少的重要組成部分，將 會 在很多領域發(fā)揮 著 越來越大的作用，例如 在工業(yè)、紡織業(yè)、建筑等以及其他 的眾多領域 都會起到很大的作用 。因此中國電梯的發(fā)展應該在 保證 乘客 安全的前提下向節(jié)能型、智能化等方向發(fā)展 。 PLC 的特點 PLC 是一種新科技出現(xiàn)的編程軟件 。具有 A、應用簡便：（ 1）應用靈活而且方便用戶安裝（ 2）編程簡化易懂，用戶不需要對計算機有 太多 深入的 了解和 研究（ 3）用戶可以安全地操作而且維修容易。 B、可靠性高 C、抗干擾能力和環(huán)境適應性 能力都 非常強D、功能完善 E、成熟的工控網(wǎng)絡體系，便于通信和遠程實時監(jiān)控。 PLC 是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，所以在數(shù)字處理、順序控制等方面 上 有一定的優(yōu)勢 [5]。與繼電器相比性價 非常 強，主要體現(xiàn)在易于 操作人員在 現(xiàn)場更改程序而且使用、維護、維修起來 也 非常方便。 沈陽理工大學應用技術學院學士學位論文 4 PLC 的組成 CPU、存儲器、 I/O 輸入輸出部件、編程器等外部設備、電源是必不可少的。 （ 1） CPU 單元 PLC 的核心是 CPU，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。 其 內存主要用 來 存儲程序 和 數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元 之一 。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由 其 讀取指令、解釋指令 以 及執(zhí)行指令。 （ 2）存儲器 可讀 /寫操作的隨機存儲器 RAM 和 只讀存儲器 是 PLC 的兩大存儲器 。 PLC 存儲器的 主要 功能是 用于存放系統(tǒng)程序、 用戶程序 以 及工作數(shù)據(jù)。 CPU 速度和內存容量是 PLC的重要參數(shù) 之一 ， 其 決定著 PLC 的工作速度， I/O 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 PLC 中的 CPU 和 存儲器 相互 配合， 來共同 完成控制功能。采用 非常 快速的巡回掃描周期，一般 周期為 為 ，更快的則選用 50ms 或 者 更小的掃描周期。它是一個數(shù)字采樣控制 系統(tǒng)。 （ 3） 輸入 /輸出（ I/O）單元 I/O 單元是 PLC 和 外部設備 之間相互 聯(lián)系的窗口。 PLC 和 電氣回路 之間 的接口，是通過輸入 和輸出口來 完成的。 I/O 模塊 不僅 集成了 PLC 的 I/O 電路， 而且 其 輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊 把 電信號 轉換 成數(shù)字信號 傳送給 PLC 控制 系統(tǒng)，輸出模塊 則正好 相反。 I/O 分為開關量輸入（ DI），開關量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 開關量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC；按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等。 （ 4） 電源 PLC 自帶 開關電源， 用來 供 應 內部電路使用。與普通 的 電源相比， PLC 電源的穩(wěn)定性 不僅非常 好 而且其 抗干擾能力 也非常的 強。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值 177。15% 的范圍內波動。許多 PLC 還向外提供直流 24V 穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器 的 供電 使用 。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），沈陽理工大學應用技術學院學士學位論文 5 直流電源（常用的為 24VDC）。 （ 5）通訊單元 聯(lián)網(wǎng)和通信 PLC 通信含 PLC 間的通信 以 及 PLC 與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(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)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便 [6]。 四層電梯工藝簡介 在電梯控制系統(tǒng)中，所需要的設備很龐大，每個指令都需要配置一個數(shù)據(jù)線來傳遞數(shù)據(jù)信息，由于線路太多和 太 復雜，以及需要控制的閥門數(shù)量 也非常 繁多，在控制系統(tǒng)的 維修方面給維修人員帶來了諸多的不便。另外，當乘客下達命令后，由于指令 較 多，線路 也比較 混亂，可能會導致電梯沒有響應 乘客的呼叫請求 ，或者出現(xiàn)突發(fā)故障，使乘客不能及時到達目的地。因此，電梯的規(guī)范化、自動化，不僅能減輕操作人員和維修人員的勞動強度， 同時也能優(yōu)化控制系統(tǒng)，節(jié)約能源。 因此，只有 改善 電梯的 控制系統(tǒng) 才能保障乘客的生命安全。 本設計采用歐姆龍 CPM1A 型號系列的 PLC 編程軟件，對國內傳統(tǒng)電梯控制方式加以 改進和 更新，設計出一款高效、廉價、安全、能手動停止和自動運行的電梯控制系統(tǒng) 。電梯有內選信號和外呼信號，乘客可以下達命令來實現(xiàn)電梯的運行，同時來滿足所要到達的樓層。 PLC 電梯控制系統(tǒng) 主要是由上位機和下位機這兩大 部分組成，可編程邏輯控制器（ PLC）控制系統(tǒng)是該控制系統(tǒng) 的核心。該 控制 系統(tǒng)能 夠 實現(xiàn)電梯的啟動、運行、停止和報警等功能。 四層電梯 總體分析 典型的 四層電梯 如圖 所示： （ 1）開始 時，假設電梯轎廂 停 在一樓 。 （ 2）當轎廂 外面的乘客按下按鈕后，轎廂 會 響應 該 乘客的呼叫 請求 信號， 然后轎廂達到 該 乘客這一 樓層時，轎廂 會自動停止運行 （轎廂會自動開門和關門，此期間定時為 2 秒 ） 。 （ 3）當有轎廂內的乘客按下按鈕后，轎廂 會響應該乘客的呼叫請求信號 ， 然后 轎廂達到乘客所要到的樓層后 ，轎廂 會自動 停止運行 （ 轎廂會自動開門和關門，此期間定沈陽理工大學應用技術學院學士學位論文 6 時為 2 秒 ） 。 （ 4）在轎廂上升或者下降的時候，一種情況是轎廂上升的過程 中，任何反方向下降的外呼梯請求信號 均不 會響應； 另一種情況是轎廂下降的過程中，任何反向上升的外呼梯請求信號 均 不 會 響應。假如 電梯轎廂 在運行過程中，再無任何來自反方向乘客的呼叫 請求信號時，電梯轎廂會自動響應該樓層 等候的乘客。假如 電梯轎廂 開始的時候在一樓， 在 去三樓接送乘客的過程中，可以滿足二樓向 上 乘客的的呼叫請求，但不能滿足 向下 乘客的呼叫請求。當乘客按下按鈕到達三樓后，假如四樓沒有乘客呼叫請求，那么 電梯 轎廂可以滿足三樓 乘客向下 和 二樓乘客向下的呼叫請求。相反，轎廂會一直到達最頂樓，然后再去響應 乘客向下運行的 呼叫 請求 。 （ 5）電梯的轎廂應該能滿足最遠反向乘客的呼叫請求。假設 轎廂 最開始停在一樓，而這時有二樓乘客呼叫向下的請求 ，三樓乘客呼叫向下的請求， 四樓乘客呼叫向下的請求，那么電梯轎廂應該先去四樓接乘客，然后再響應三樓和二樓乘客向下的呼叫請求 。 （ 6）電梯轎廂只有在到達乘客所要到達的樓層后會 自動 停下來，然后轎廂門會 自動開門和關 門 （ 轎廂開門和關門的時間為 2 秒 ）。 圖 四層電梯過程示意圖 沈陽理工大學應用技術學院學士學位論文 7 控制系統(tǒng)的控制要求 電梯控制 要求： （ 1） 確定轎廂的位置和樓層號 無論乘客在什么位置，都想知道轎廂此時此刻 轎廂 的位置 以及轎廂所處的樓層 ， 因此， 為了方便乘客 ，電梯轎廂的內外 都會安裝樓層顯示器 。 （ 2）乘客呼叫請求信號的確定 呼叫 請求分 為 兩種情況，一種是轎廂 外的乘客 的 呼叫請求，另一種是轎廂內的乘客的 呼叫請求 。內選信號是指乘客可 以按下轎廂內的選層按鈕來選定所要達到的樓層。當乘客按下按鈕之后，該