【正文】 ....................... 66 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 緒 論 （ 1） 本課題的目的及意義 電梯的發(fā)展由來(lái)已久，現(xiàn)在 很多高層建筑物里面都會(huì)安裝電梯來(lái)方便 乘客。但是電梯的安全性和 造價(jià) 方面 卻都很昂貴，而且在控制技術(shù)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(xiàn)路也很復(fù)雜，給操作人員和維修人員也帶來(lái)了諸多不便。有的電梯沒(méi)有報(bào)警和手動(dòng)停止等功能，所以導(dǎo)致在控制方面上有很多不足之處，沒(méi)有考慮到乘客的安全。 所以 針對(duì)傳統(tǒng)電梯所存在的一些不合理問(wèn)題，提出 用 PLC 對(duì) 電梯 系統(tǒng)進(jìn)行改造的方案。 改進(jìn)方法 主要以歐姆龍 PLC 為核心，利用 PLC 強(qiáng)大的控制功能，實(shí)現(xiàn)了利用可編程邏輯控制器控制電梯的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止等功能。而且梯形圖程序在模擬調(diào)試時(shí) 可以很直觀(guān)的展現(xiàn)出四層電梯轎廂的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止、報(bào)警等過(guò)程。本設(shè)計(jì)還有一定的規(guī)律性，方便用于到其它樓層的控制。本設(shè)計(jì)調(diào)試結(jié)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(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，表明該設(shè)計(jì)方案是可行的。 該設(shè) 計(jì)不僅可以通過(guò)控制電梯的升降還可以滿(mǎn)足乘客遇到問(wèn)題時(shí)可以報(bào)警和自動(dòng)停止電梯的運(yùn)行等。 同時(shí)保證了乘客的安全，也節(jié)約了資源，控制技術(shù)上也有了提高，給操作人員和維修人員也帶來(lái)了很多方便。 （ 2） 電梯控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 電梯控制技術(shù)對(duì)乘客的安全非常重要，只有各個(gè)環(huán)節(jié)都能安 全運(yùn)行。乘客按下按鈕后，對(duì)電梯轎廂下達(dá)了命令，該命令經(jīng)處理后，會(huì)使乘客到達(dá)想要到達(dá)的地方，在運(yùn)行過(guò)程中，電梯會(huì)顯示樓層號(hào)和安全信號(hào)等 。 早期的國(guó)產(chǎn)電梯控制系統(tǒng)中，電梯信號(hào)的邏輯控制一般是由繼電器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，繼電器控制系統(tǒng)故障率高，降低了電梯的運(yùn)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(shù) 主要采用了兩種方式，一 種是采用微機(jī)作為控制單元， 電梯控制信號(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定 都是由其來(lái)完成的 ，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能；第二種控制方式 是 用可編程 邏輯 控制器（ PLC） 來(lái)取代微機(jī) 信號(hào)集選控制。目前，國(guó)內(nèi) 大多 數(shù)廠(chǎng)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(shè)計(jì)和制造危機(jī)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(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活、控制起來(lái)穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)規(guī)模較小、成本低，而且 抗干擾能力強(qiáng)以沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能等特點(diǎn)，因此 ，在國(guó)內(nèi)，對(duì)于一個(gè)中小型的電梯控制系統(tǒng) 來(lái)說(shuō)，大多都是采用 PLC 控制，用可編程邏輯 控制器（ PLC） 來(lái)取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制，所以 PLC 控制 電梯系統(tǒng)技術(shù)在 國(guó) 內(nèi) 電梯行業(yè)中得到了較廣泛的運(yùn)用。 國(guó)內(nèi)最開(kāi)始的電梯控制技術(shù)是采用繼電器控制方式，這 種硬布線(xiàn)的邏輯控制方式的特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、直觀(guān)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(yùn)行可靠性與安全性， 這種接線(xiàn)復(fù)雜、故障率高而且設(shè)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(guó)內(nèi)主要采用可編程邏輯控制器（ PLC）技術(shù)來(lái)控制電梯的運(yùn)行。該控制方式替代了微機(jī)信號(hào)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(wú)需較大的生產(chǎn)規(guī)模，而且該程序設(shè)計(jì)具有編程簡(jiǎn)單、控制方便靈活、運(yùn)行可靠穩(wěn)定、成本低、抗干擾能力強(qiáng)以及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能等特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠(chǎng) 家都選用可編程邏輯控制器（ PLC）來(lái)取代繼電器控制和微機(jī)信號(hào)集選控制，因此可編程邏輯控制器（ PLC）控制在國(guó)內(nèi)電梯行業(yè)發(fā)展中得到了非常廣泛的運(yùn)用。 國(guó)外最早也采用繼電器控制方式來(lái)控制電梯的運(yùn)行，隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步， 逐漸淘汰了微機(jī)控制方式， 現(xiàn)在也采用了可編程邏輯控制器（ PLC） 來(lái)控制電梯的 運(yùn)行。 電梯控制技術(shù)是核心部分，是一個(gè)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(chǔ)上，在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)和處理信號(hào)。 因此現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外一般都采用了可編程邏輯控制器（ PLC）來(lái)控制電梯 [2]。 （ 3） 本論文的主要內(nèi)容 本次 設(shè)計(jì) 的重點(diǎn)是用歐姆龍 CPM1A 系列 型號(hào) 的 PLC 來(lái) 控制電梯的 啟動(dòng)、運(yùn)行、停止等功能。 本文第一章主要介紹有關(guān) PLC 的簡(jiǎn)介、未來(lái)展望、組成特點(diǎn)、四層電梯的工藝簡(jiǎn)介、四層電梯過(guò)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(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)方面包括組態(tài)的介紹和特點(diǎn)以及組態(tài)圖的說(shuō)明等。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 1 四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 簡(jiǎn)介 PLC 的基本概念 PLC（ Programmable Logic Controller）中文名稱(chēng)為可編程 邏輯控制器，是專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) [3]。 PLC 內(nèi)部的存儲(chǔ)器可以處理來(lái)自輸入電路的的信息，然后轉(zhuǎn)換為所要求的輸出信息，再通過(guò)輸出電路的物理過(guò)程來(lái)完成對(duì)負(fù)載的控制而面向用戶(hù) 。 PLC 未來(lái)展望 目前， PLC 應(yīng)用到很多領(lǐng)域，在各個(gè)領(lǐng)域上都有著很重要的作用，給人類(lèi)帶了很多好處。 未來(lái)的 PLC 發(fā)展前景和空間非常 的 大，各國(guó)之間的相互的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)使 PLC 的發(fā)展速度更 加的 快 ，從而會(huì)出現(xiàn)更加完美和完善的產(chǎn)品而面 向用戶(hù)和消費(fèi)者。未來(lái)計(jì)算技術(shù)上的很多新成果都會(huì)運(yùn)用到 PLC 上，使其功能更加完善， 給用戶(hù)帶來(lái)方便，能 達(dá)到用戶(hù)的理 想要求。各國(guó)之間的編程語(yǔ)言會(huì)隨著國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，最終會(huì)出現(xiàn) 國(guó)際上通用的編程語(yǔ)言 [4]?？删幊踢壿嬁刂破?（ PLC） 會(huì)隨著科技發(fā)展的需求，而運(yùn)用到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。伴隨著計(jì)算機(jī)和可編程邏輯控制器的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，可編程 邏輯 控制器將 會(huì)成為未來(lái)不可缺少的重要組成部分，將 會(huì) 在很多領(lǐng)域發(fā)揮 著 越來(lái)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(lǐng)域 都會(huì)起到很大的作用 。因此中國(guó)電梯的發(fā)展應(yīng)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(diǎn) PLC 是一種新科技出現(xiàn)的編程軟件 。具有 A、應(yīng)用簡(jiǎn)便：（ 1）應(yīng)用靈活而且方便用戶(hù)安裝（ 2）編程簡(jiǎn)化易懂，用戶(hù)不需要對(duì)計(jì)算機(jī)有 太多 深入的 了解和 研究（ 3）用戶(hù)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(yīng)性 能力都 非常強(qiáng)D、功能完善 E、成熟的工控網(wǎng)絡(luò)體系，便于通信和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。 PLC 是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的，所以在數(shù)字處理、順序控制等方面 上 有一定的優(yōu)勢(shì) [5]。與繼電器相比性?xún)r(jià) 非常 強(qiáng)，主要體現(xiàn)在易于 操作人員在 現(xiàn)場(chǎng)更改程序而且使用、維護(hù)、維修起來(lái) 也 非常方便。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 PLC 的組成 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 輸入輸出部件、編程器等外部設(shè)備、電源是必不可少的。 （ 1） CPU 單元 PLC 的核心是 CPU，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線(xiàn)構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線(xiàn)接口及有關(guān)電路。 其 內(nèi)存主要用 來(lái) 存儲(chǔ)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(chǔ)器 可讀 /寫(xiě)操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 和 只讀存儲(chǔ)器 是 PLC 的兩大存儲(chǔ)器 。 PLC 存儲(chǔ)器的 主要 功能是 用于存放系統(tǒng)程序、 用戶(hù)程序 以 及工作數(shù)據(jù)。 CPU 速度和內(nèi)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(chǔ)器 相互 配合， 來(lái)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(gè)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(shè)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(guò)輸入 和輸出口來(lái) 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(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊 把 電信號(hào) 轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號(hào) 傳送給 PLC 控制 系統(tǒng)，輸出模塊 則正好 相反。 I/O 分為開(kāi)關(guān)量輸入（ DI），開(kāi)關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 開(kāi)關(guān)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(hào)類(lèi)型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等。 （ 4） 電源 PLC 自帶 開(kāi)關(guān)電源， 用來(lái) 供 應(yīng) 內(nèi)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(qiáng)。對(duì)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(nèi)波動(dòng)。許多 PLC 還向外提供直流 24V 穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器 的 供電 使用 。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)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(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠(chǎng)商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)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(jiǎn)介 在電梯控制系統(tǒng)中，所需要的設(shè)備很龐大，每個(gè)指令都需要配置一個(gè)數(shù)據(jù)線(xiàn)來(lái)傳遞數(shù)據(jù)信息，由于線(xiàn)路太多和 太 復(fù)雜，以及需要控制的閥門(mén)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(lái)了諸多的不便。另外，當(dāng)乘客下達(dá)命令后，由于指令 較 多，線(xiàn)路 也比較 混亂，可能會(huì)導(dǎo)致電梯沒(méi)有響應(yīng) 乘客的呼叫請(qǐng)求 ，或者出現(xiàn)突發(fā)故障，使乘客不能及時(shí)到達(dá)目的地。因此，電梯的規(guī)范化、自動(dòng)化，不僅能減輕操作人員和維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度， 同時(shí)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(shè)計(jì)采用歐姆龍 CPM1A 型號(hào)系列的 PLC 編程軟件，對(duì)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)電梯控制方式加以 改進(jìn)和 更新，設(shè)計(jì)出一款高效、廉價(jià)、安全、能手動(dòng)停止和自動(dòng)運(yùn)行的電梯控制系統(tǒng) 。電梯有內(nèi)選信號(hào)和外呼信號(hào)，乘客可以下達(dá)命令來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯的運(yùn)行，同時(shí)來(lái)滿(mǎn)足所要到達(dá)的樓層。 PLC 電梯控制系統(tǒng) 主要是由上位機(jī)和下位機(jī)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(shí)現(xiàn)電梯的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止和報(bào)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(kāi)始 時(shí)，假設(shè)電梯轎廂 停 在一樓 。 （ 2）當(dāng)轎廂 外面的乘客按下按鈕后，轎廂 會(huì) 響應(yīng) 該 乘客的呼叫 請(qǐng)求 信號(hào)， 然后轎廂達(dá)到 該 乘客這一 樓層時(shí)，轎廂 會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行 （轎廂會(huì)自動(dòng)開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)，此期間定時(shí)為 2 秒 ） 。 （ 3）當(dāng)有轎廂內(nèi)的乘客按下按鈕后，轎廂 會(huì)響應(yīng)該乘客的呼叫請(qǐng)求信號(hào) ， 然后 轎廂達(dá)到乘客所要到的樓層后 ，轎廂 會(huì)自動(dòng) 停止運(yùn)行 （ 轎廂會(huì)自動(dòng)開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)，此期間定沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 時(shí)為 2 秒 ） 。 （ 4）在轎廂上升或者下降的時(shí)候，一種情況是轎廂上升的過(guò)程 中，任何反方向下降的外呼梯請(qǐng)求信號(hào) 均不 會(huì)響應(yīng)； 另一種情況是轎廂下降的過(guò)程中，任何反向上升的外呼梯請(qǐng)求信號(hào) 均 不 會(huì) 響應(yīng)。假如 電梯轎廂 在運(yùn)行過(guò)程中，再無(wú)任何來(lái)自反方向乘客的呼叫 請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，電梯轎廂會(huì)自動(dòng)響應(yīng)該樓層 等候的乘客。假如 電梯轎廂 開(kāi)始的時(shí)候在一樓， 在 去三樓接送乘客的過(guò)程中，可以滿(mǎn)足二樓向 上 乘客的的呼叫請(qǐng)求，但不能滿(mǎn)足 向下 乘客的呼叫請(qǐng)求。當(dāng)乘客按下按鈕到達(dá)三樓后，假如四樓沒(méi)有乘客呼叫請(qǐng)求，那么 電梯 轎廂可以滿(mǎn)足三樓 乘客向下 和 二樓乘客向下的呼叫請(qǐng)求。相反，轎廂會(huì)一直到達(dá)最頂樓，然后再去響應(yīng) 乘客向下運(yùn)行的 呼叫 請(qǐng)求 。 （ 5）電梯的轎廂應(yīng)該能滿(mǎn)足最遠(yuǎn)反向乘客的呼叫請(qǐng)求。假設(shè) 轎廂 最開(kāi)始停在一樓，而這時(shí)有二樓乘客呼叫向下的請(qǐng)求 ，三樓乘客呼叫向下的請(qǐng)求， 四樓乘客呼叫向下的請(qǐng)求，那么電梯轎廂應(yīng)該先去四樓接乘客，然后再響應(yīng)三樓和二樓乘客向下的呼叫請(qǐng)求 。 （ 6）電梯轎廂只有在到達(dá)乘客所要到達(dá)的樓層后會(huì) 自動(dòng) 停下來(lái)，然后轎廂門(mén)會(huì) 自動(dòng)開(kāi)門(mén)和關(guān) 門(mén) （ 轎廂開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)的時(shí)間為 2 秒 ）。 圖 四層電梯過(guò)程示意圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)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(hào) 無(wú)論乘客在什么位置，都想知道轎廂此時(shí)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(nèi)外 都會(huì)安裝樓層顯示器 。 （ 2）乘客呼叫請(qǐng)求信號(hào)的確定 呼叫 請(qǐng)求分 為 兩種情況，一種是轎廂 外的乘客 的 呼叫請(qǐng)求，另一種是轎廂內(nèi)的乘客的 呼叫請(qǐng)求 。內(nèi)選信號(hào)是指乘客可 以按下轎廂內(nèi)的選層按鈕來(lái)選定所要達(dá)到的樓層。當(dāng)乘客按下按鈕之后，該