【正文】 PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在 文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。實踐證明， PLC 可遍程控制器和 MCGS 組態(tài)軟件結(jié)合有利于 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計、檢測，具有良好的應(yīng)用價值。據(jù)統(tǒng)計，美國每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數(shù)。 1858 年以蒸汽機(jī)為動力的客梯，在美國出現(xiàn)，繼而有在英國出現(xiàn)水壓梯。 1955年出現(xiàn)了小型計算機(jī) (真空管 )控制電梯。 1971 年集成電路被應(yīng)用于電梯。主用與賓館，飯店，辦公樓，大型商店等客流量大的場合。 ⑵ 載貨電梯：為運(yùn)送貨物而設(shè)計的并通常有人伴隨的電梯。 ⑶ 住宅電梯：為提供住宅樓使用設(shè)計的電梯，一般采用下集選控制方式允許殘疾人的輪椅，童車及家具等乘坐。 ⑸ 船用電梯：固定安裝在船舶上為乘客和船員或其他人員使用的電梯。這種電梯的轎廂面積比較大結(jié)構(gòu)牢固，梯速不大于 1M/S。一般安裝在高大建筑物的外壁供乘客觀光建筑物的周圍外景。消防梯轎廂的有效面積應(yīng)不小于 M2。 ⑾ 扶梯：這類電梯裝于商業(yè)大廈，火車站，飛機(jī)場。如防爆電梯，防腐電梯等。 ⑶ 交流調(diào)速電梯：牽引電梯為電梯專用的單速或多速交流異步電機(jī)，而電動機(jī)的驅(qū)動控制系統(tǒng)在電梯的起動加速 穩(wěn)速 制動減速（或僅是制動減速）的過程中采用調(diào)壓調(diào)速或渦流制動器調(diào)速或變頻變壓調(diào) 速的方式，梯速 V≤ 2M/S，提升高度 h≤ 50M。 直流電梯，牽引電動機(jī)是電梯專用直流電動機(jī)有以下兩類： ⑴ 直流快速電梯：牽引電動機(jī)給減速箱后驅(qū)動電梯，梯速 V≤ 。 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 ⑵ 直流高速電梯：牽引電動機(jī)為電梯專用的低轉(zhuǎn)速直流電動機(jī)。梯速 V≤ 1M/S，一般提升高度 h≤ 20M。我國部頒標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了如下的電梯型號編制法。 （ 4）轎廂形式：有柵欄門，封閉式中分門，封閉式雙折 門。 （ 7）牽引方式：常用的有平繞 1:1 的吊索法。轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲繩的運(yùn)行速度。 （ 10）停層站數(shù)（站）：凡在建筑物內(nèi)各樓層用于出入轎廂的地點均為站。電梯的運(yùn)行速度越快，底坑一般越深。其調(diào)速方法是采用改變電梯牽引電動機(jī)的極對數(shù)，兩種或兩種不同級對數(shù)的繞組，其中極數(shù)少的繞組稱為高速繞組，極數(shù)多的繞組稱為低速繞組。由于電梯制動減速 性能要求較高，所以采用的制動方法也有所不用。調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速電梯（簡稱VVVF 電梯）的調(diào)速方法是調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組供電電壓的幅值及頻率。 VVVF 電梯由于其體積小。但它的缺點是舒適感較差，所以一般被用于載貨電梯上。它的舒適感好，平層準(zhǔn)確度高，而造價卻比直流電梯低，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)，多用于 2米 /秒以下的電梯。 (尤其是低速段 )應(yīng)此應(yīng)用較晚，它幾乎與微機(jī)同時應(yīng)用，比起電動機(jī) 發(fā)電機(jī)組形式的直流電梯，它有很多優(yōu)點。它采用交流電動機(jī)驅(qū)動，卻可以達(dá)到直流電動機(jī)的水平，目前控制速度已達(dá) 6米 /秒。 電梯在垂直運(yùn)行過程中，有起點站也有終點站。中間層站的召喚箱各設(shè)置兩只按鈕或觸鈕。外指令按鈕或觸鈕發(fā)出的電信號稱為外指令信號，內(nèi)指令按鈕或觸鈕發(fā)出的電信號成為內(nèi)指令信號。把電梯的廳門關(guān)閉妥當(dāng)后，自動切斷電梯控制電源或動力電源。因電動機(jī)產(chǎn)生的熱量相當(dāng)小，故在機(jī)房內(nèi)不需要專用的通風(fēng)降溫系統(tǒng)，沒有額外的能量損耗。所需的緊急供電裝置的尺寸也比較小。由于元器件性能可靠性可靠，工藝先進(jìn)，經(jīng)久耐用。故乘坐電梯舒適感極好。曲線卡的輸入信號有起動信號，轉(zhuǎn)換信號。因為其系統(tǒng)中采用了高時鐘頻率。 直流調(diào)速方式有 GM 調(diào)速，相位控制調(diào)壓調(diào)速和斬波控制（ PWM）調(diào)壓調(diào)速等不同的電氣驅(qū)動技術(shù)。其他四種調(diào)速方式都可以達(dá)到很高的性能。 電梯的工作原理 當(dāng) 曳引 機(jī)組的 曳引 輪旋轉(zhuǎn)時，依靠嵌在 曳引 輪槽中的鋼絲繩與 曳引 槽之間的摩擦力，驅(qū)動鋼絲繩來升降轎廂， 曳引 鋼絲繩一端掛著轎廂，另一端懸掛對重，產(chǎn)生拉力分別為 S1和 S2。f 鋼絲繩與 曳引 輪槽間的當(dāng)量摩擦系數(shù)，它的大小與輪槽的形型尺寸及鋼絲繩和輪間的摩擦系數(shù) f 有關(guān)，常取 ～f ? ff ???? ?? ???? ?? 2s in2s in22 )s in( s in439。 （ 2）當(dāng)轎廂空載時，以額定速度上升制動時， ?fSS ??21 （式 3） , )/1(1 gGs ??? ， )/1(2 gWs ??? 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 2 PLC 可編程序控制器 PLC 的起源與發(fā)展 在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，繼電器控制系統(tǒng)通?？梢钥闯杏奢斎腚娐?，控制電路，輸出電路和生產(chǎn)現(xiàn)場這 4 個部分組成的。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。顯然，這樣的控制系統(tǒng)完全無法滿足日新月異且競爭激烈的市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。所以人們將可遍程序控制器稱之為 PCL（ Programmable Logical Controller） ，即可編程序邏輯控制器 。值得注意的是，因為個人計算機(jī)的簡稱也是 PC（ Personal Computer） ，有時為了避免混淆，人們習(xí)慣上仍將可編程序控制器簡稱 PLC（盡管這是早期的 名稱）。為了使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化?！? 綜上所述， PLC 是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。繼電器控制系統(tǒng)是控制功能是通過采用硬件接線的方式來實現(xiàn)的，而 PLC 控制系統(tǒng)的控制功能是通過存儲程序來實現(xiàn)的，不僅可以實現(xiàn)開關(guān)量控制，還可以進(jìn)行模擬量控制，順序控制?，F(xiàn)在以集中型的 PLC 控制系統(tǒng)為例說明集中型 PLC 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有那些相同和不同之處，這對初學(xué)者理解 PLC 控制系統(tǒng)的工作原理是有幫助的。正是上述原因， PLC 控制系統(tǒng)除了可以完成傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)所具有的全部功能外，還可以實現(xiàn)模擬量控制，開環(huán)或閉環(huán)過程控制，甚至多級分布式控制?？繖C(jī)械動作實現(xiàn) 極快。 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 表 22 PLC 與計算機(jī)系統(tǒng)比較表 比較項目 通用計算機(jī)系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng) 工作目的 科學(xué)計算，數(shù)據(jù)管理等 工業(yè)自動控制 工作環(huán)境 對工作環(huán)境要求比較高 對環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場工作 工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式 系統(tǒng)軟件 需配備功能較強(qiáng)的系統(tǒng)的軟件 一般只需要簡單的監(jiān)控程序 采用的特殊措施 掉電保護(hù)等一般性措施 采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護(hù)，可在線維修 編程語言 匯編語言，高級語言 梯形圖，助記符語言， SFC 標(biāo)準(zhǔn)化語 言 對操縱人員的要求 需專門培訓(xùn)，并具有一定的計算機(jī)基礎(chǔ) 一般技術(shù)人員，稍加培訓(xùn)即可操作使用 對內(nèi)存的要求 容量大 容量小 價格 價格高 價格較低 其他 若用于控制，一般需自行設(shè)計 機(jī)種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng) 結(jié)論：一般情況下，在工業(yè)自動化工程中采用 PLC 可靠，方便，易于維護(hù)。 ⑵ 內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。 ⑸ 對采用的器件都進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選和簡化，排除了因器件問題而造成的故障。一般PLC 的平均無故障時間可達(dá)到幾萬小時以上。因此， PLC 在工業(yè)控制方面獲得了極大成功，成為工業(yè)控制中的主流。 PLC 控制系統(tǒng)與集散型控制系統(tǒng)的比較 由前所述可知， PLC 是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。隨著 PLC 網(wǎng)絡(luò)通信功能不斷增強(qiáng)， PLC 與 PLC 及計算機(jī)的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)告訴公路上（ Data Highway） 掛接在線通用計算機(jī)，實現(xiàn)在線組態(tài)，編程和下裝，進(jìn)行在線監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，這樣就已具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上 PLC 的價格和可靠性優(yōu)勢，使之可以與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競爭。下面對構(gòu)成控制系統(tǒng)的主要部分簡要介紹。 ① CPU： CPU 是 PLC 的控制中樞，它由控制器和運(yùn)算器組成。 CPU 的具體作用如下： 執(zhí)行接受，存儲用戶程序的操作指令。 響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器，打印機(jī)）的請求。這是一種增強(qiáng)型 8位微處理器。 ② 存儲器： PLC 系統(tǒng)中的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。 存儲器區(qū)：工作數(shù)據(jù)是 PLC 運(yùn)行過程中經(jīng)常變化的，需要隨機(jī)存取的一些數(shù)據(jù)。一般采用 EPROM 或 EEPROM 存儲器，用戶可檫寫重新編程。 （ 2）輸入 /輸出模塊 PLC 的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過 I/O 模塊實現(xiàn)的。對于輸入 /輸出模塊有：數(shù)字量輸入 /輸出模塊，開關(guān)量輸入 /輸出模塊，模擬量輸入 /輸出模塊，交流新號輸入 /輸出模塊， 220V 交流輸入 /輸出模塊。它的好壞直接影響到 PLC 的功能和可靠性。經(jīng)過 PLC 處理后，通過執(zhí)行裝置實現(xiàn)控制。 PLC 外圍設(shè)備 PLC 的外圍設(shè)備很多，但基本功能不外乎對信息和數(shù)據(jù)的處理。可編程終端是具有 I/O 功能的 PLC 人機(jī)界面產(chǎn)品。在系統(tǒng)軟件的支持西， PLC 對用戶程序進(jìn)行逐條的解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然后返回到程序的起始又開始新的一輪掃描。并且 PLC 掃描一次用戶程序的時間即掃描周期與擁護(hù)程序的長短和掃描速度有關(guān)，一般為 1ms 至幾十毫秒。上述操作完成后，將時間監(jiān)視定時復(fù)位，才允許掃描用戶程序。它包括兩種操作：一是采樣輸入信號（即刷新輸入狀態(tài)的內(nèi)容）；二是送出處理結(jié)果（即按輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路） PLC 數(shù)據(jù) I/O 示意圖如下 。當(dāng) CPU 采樣時，輸入信號由緩沖區(qū)進(jìn)入映象區(qū)。即認(rèn)為輸入信號一旦變化，就能立即進(jìn)入輸入映象的存儲器內(nèi)。同樣，對于變化較慢的控制過程來說，因為兩次刷新的時間間隔和輸出電路的慣性時間常數(shù)一般才幾十毫秒，可以認(rèn)為輸出信號是及時的。正常時，執(zhí)行完用戶程序多用的時間不會超過 T1，在程序復(fù)位 WDT，即執(zhí)行程序并開始計時：執(zhí)行完用戶程序后立即令 WDT 復(fù)位，表示程序執(zhí)行正常。用戶程序是放在用戶程序存儲器中的，掃描時，按順 序從零步開始，逐步解釋和執(zhí)行，直到執(zhí)行 END 指令才結(jié)束對用戶程序的掃描。生產(chǎn)工藝要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生產(chǎn)過程，由于各種設(shè)備的工藝參數(shù)不一樣，控制實現(xiàn)的方式也不一樣。設(shè)計必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實際情況進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計。因此在進(jìn)行軟件設(shè)計時，實現(xiàn)和處理某種控制功能都離不開計算機(jī)，自動控制和通信技術(shù)?，F(xiàn)在世界上各個 PLC 生產(chǎn)廠家都研制了自己的 PLC 編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。特別是 PLC 的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得 PLC 如虎添翼，由單機(jī)控制向多機(jī)控制，由集中控制向多層次分布式控制系統(tǒng)發(fā)展。不同的企業(yè)對自動化的要求，規(guī)模以及投資數(shù)額都不相同，存在著不同的層次需求。二是向大型化，網(wǎng)絡(luò)化，多功能的方向發(fā)展。 S7200 的最小配置是 8 個數(shù)字量輸入和 6 個數(shù)字量輸出，還可以根據(jù)實際情況擴(kuò)展 2～ 7 個模塊，最多可達(dá)到 128 個輸入和 120 輸出，此外 S7200 還可以進(jìn)行模擬量控制，是一種性能價格比較好的微型 PLC （ 2） 大型化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能 多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性?，F(xiàn)場執(zhí)行級可以由多個 PLC 或遠(yuǎn)程 I/O 工作站所組成，中間一級由 PLC 或計算機(jī)構(gòu)成。 （ 3） PLC 控制系統(tǒng)將與智能控制系統(tǒng)更進(jìn) 一步地相互滲透和結(jié)合 目前， PLC 與計算機(jī)已成為地結(jié)合并廣泛應(yīng)用， PLC 不再是單獨的一個控制裝置，它成為控制系統(tǒng)中的一個重要的組成部分和環(huán)節(jié)。今后 PLC 將采用速度更快 ，功能更強(qiáng)的 CPU，容量更大的存儲器。例如各個公司的 PLC 都有通信聯(lián)網(wǎng)的能力，但各個公司的 PLC 之間還無法通信聯(lián)網(wǎng)，因此制定 PLC 國際標(biāo)準(zhǔn)已是今后的發(fā)展趨勢。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運(yùn)行的，而呼叫是隨機(jī)的，電梯實際上是一個人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯方式控制。 電梯運(yùn)行的理想曲線 根據(jù)大量的研究和實驗表明，人可接受的最大加速度為 am≤ ，加速度變化率ρ m≤ 3m/s3，電 梯的理想運(yùn)行曲線按加速度可劃分為三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲線實現(xiàn)較為困難，而三角形曲線最大加速度和在啟動及制動段的轉(zhuǎn)折點處的加速度變化率均大于梯形曲線，即 +ρ m跳變到 ρ m或由ρ m 跳變到 +ρ m 的加速度變化率，故很少采用，因梯形曲線容易實現(xiàn)并且有良好加速度變化率頻繁指標(biāo)，故被廣泛采用，采用梯形加速度曲線電梯的理想運(yùn)行曲線如圖 31所示 。即當(dāng)電梯停得太早時，變頻器增大低速度值或減少制動斜坡值，反之則減少低速度值或增大制動斜坡值，在電梯到距平層位置 4