【正文】 為例，電梯在一層時(shí)，若有轎廂內(nèi)指令 SB2～SB9 與外呼叫信號(hào)SB11～ SB25，則電梯上行。PLC 的部分程序如下：高速計(jì)數(shù)器初始化和位置脈沖點(diǎn)程序：圖 程序開(kāi)始與下行到一層高速計(jì)數(shù)器初始化程序圖 高速計(jì)數(shù)器初始化子程序高速計(jì)數(shù)器在程序開(kāi)始時(shí)及每次下行到一層時(shí)都必須進(jìn)行初始化，對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，并避免硬件導(dǎo)致的累計(jì)誤差。第 1層第 2層脈沖數(shù)：38400 → 上行換速爬行點(diǎn)脈沖數(shù)：57600 → 下行換速爬行點(diǎn)脈沖數(shù)：48000 → 二層平層點(diǎn)脈沖數(shù)：0 → 一層平層點(diǎn)脈沖數(shù)：96000 → 三層平層點(diǎn)脈沖數(shù)：86400 → 上行換速爬行點(diǎn)脈沖數(shù)：9600 → 下行換速爬行點(diǎn)圖 第二層脈沖計(jì)算圖客梯講究乘坐舒適，而舒適感與運(yùn)行時(shí)間和加速度有關(guān)。在電梯運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)、實(shí)時(shí)計(jì)算以下信號(hào):電梯所在層樓位置、換速點(diǎn)位置、平層點(diǎn)位置，從而進(jìn)行樓層計(jì)數(shù)、發(fā)出換速信號(hào)和平層信號(hào)。電梯的運(yùn)行過(guò)程可分為 5 個(gè)階段：加速段、高速運(yùn)行段、減速段 爬行運(yùn)行段和減速段 2。按照步驟最后在 P3900 中輸入 3 快速調(diào)試結(jié)束并進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)計(jì)算。考慮到轎廂是位勢(shì)負(fù)載，電梯下降時(shí)會(huì)有負(fù)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，為避免變頻器因過(guò)流或過(guò)壓故障而跳閘，變頻器須配置制動(dòng)電阻，當(dāng)電梯減速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能，抑制直流電壓升高。電梯主電路如圖 所示。在電梯控制系統(tǒng)中，采用的是閉環(huán)矢量控制。 如 果 仍 采基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計(jì) 21 用 普 通 功 率 開(kāi) 關(guān) 元 件 ， 其 開(kāi) 關(guān) 頻 率 比 六 拍 逆 變 器 也 高 不 了 多 少 ， 只 有 采 用 可 控 關(guān)斷 的 全 控 式 功 率 開(kāi) 關(guān) 元 件 以 后 ， 開(kāi) 關(guān) 頻 率 才 得 以 大 大 提 高 ， 逆 變 器 的 輸 出 波 形 幾乎 可 以 得 到 非 常 漂 亮 的 正 弦 波 ， 成 為 當(dāng) 前 有 發(fā) 展 前 途 的 一 種 調(diào) 壓 控 制 方 法 。繼電器—觸點(diǎn)的方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但調(diào)速過(guò)程不夠平滑、有沖擊，而且有大量的能量消耗在電阻上，不夠節(jié)能。S7200 CPU 可以通過(guò) EM277 ProfibusDP 擴(kuò)展模塊連接到 ProfibusDP 協(xié)議支持的網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)絡(luò)上所有的 Some200 CPU 都作為從站。為了完成比較復(fù)雜的控制功能，S7200 PLC 還有多種功能的擴(kuò)展模塊，如數(shù)字量的輸入和輸出擴(kuò)展模塊，模擬量的輸入和輸出模塊，溫度測(cè)量擴(kuò)展模塊，定位控制模塊，通信模塊等。在運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量方面，微機(jī)比 PLC 有較大的優(yōu)勢(shì)。PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 PLC 的工作流程PLC 是在系統(tǒng)軟件的控制和指揮下，采用循環(huán)順序掃描的方式工作的，其工作過(guò)程就是程序的執(zhí)行過(guò)程，一般分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，如圖 所示。 PLC 的特點(diǎn)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)：PLC 是專門為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣條件下使用而設(shè)計(jì)基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計(jì) 15 的，通過(guò)硬件的屏蔽、隔離、濾波等和軟件的故障檢測(cè)、數(shù)據(jù)保護(hù)和回復(fù)等措施，使 PLC 能夠在具有很強(qiáng)的電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)以及極端溫度和濕度的環(huán)境下安全的工作；功能完善、通用性強(qiáng)、使用方便：現(xiàn)代 PLC 即能控制開(kāi)關(guān)量，也能控制模擬量；即可以控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，也可控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。整體式的 PLC 將電源、CPU、I/O 電路都集中在以個(gè)機(jī)箱內(nèi)。其發(fā)展的明顯趨勢(shì)是集成度越來(lái)越高、工作速度越來(lái)越快、功能越來(lái)越多、工作越來(lái)越可靠、使用越來(lái)越方便。早期的 PLC 是以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)的，在硬件上簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的內(nèi)部電路，裝置中的器件主要采用分離原件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器，接口電路適合工業(yè)控制的要求，編程軟件和方法都比計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單，出現(xiàn)了面向問(wèn)題的接近“自然語(yǔ)言”的編程方式。西門子 S7200 系列 PLC 為小型 PLC，它可靠性高，指令功能強(qiáng)，易于掌握，有較好的通信功能，在中小型控制系統(tǒng)中能充分發(fā)揮作用。有了該裝置后，萬(wàn)一遇到停電情況，電梯卡在層樓一段時(shí)間后，就利用緊急平層裝置起動(dòng)電梯，運(yùn)行到最近層停靠后，自動(dòng)開(kāi)門放客，保證了乘客的安全；（3）轎廂內(nèi)無(wú)用呼叫信號(hào)的自動(dòng)消除：有的乘客在乘電梯時(shí)，亂按了許多內(nèi)呼叫按鈕，如果沒(méi)有特別的操作，這些被登記的無(wú)用呼叫將使電梯空跑許多時(shí)間，即浪費(fèi)電能，又影響了電梯對(duì)其他乘客的服務(wù)效率。因此必須具有換站?？康墓δ埽喝绻娞萃Ｕ?，自動(dòng)開(kāi)關(guān)門動(dòng)作持續(xù)一段時(shí)間后，門尚未開(kāi)足，就作關(guān)門動(dòng)作，待門關(guān)閉后，根據(jù)轎廂內(nèi)指令或外部召喚運(yùn)行到其他層站開(kāi)門放客。供電系統(tǒng)為電梯的電動(dòng)機(jī)提供電源，電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置對(duì)曳引機(jī)和門機(jī)實(shí)行調(diào)速。無(wú)齒輪曳引機(jī)用在運(yùn)行速度 v2m/s 的高速電梯上，這種曳引機(jī)的曳引輪緊固在曳引電機(jī)軸上，沒(méi)有機(jī)械減速機(jī)構(gòu)，整機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。按拖動(dòng)方式分：① 交流電梯：曳引電動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)；② 直流電梯：曳引電動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)；③ 液壓電梯：靠液壓傳動(dòng)的電梯，分為柱塞直頂式和柱塞側(cè)置式；基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計(jì) 6 ④ 齒輪齒條式電梯：靠齒輪在齒條上的爬行來(lái)驅(qū)動(dòng)轎廂的電梯。采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯也有較大研究空間。我國(guó)的中小城市和大學(xué)企業(yè)在 20 世紀(jì) 90 年代前后也安裝了很多電梯。我國(guó)從 1908 年在上海匯中飯店等一些高層建筑安裝了第一批進(jìn)口電梯起，到新中國(guó)成立以前的 1949 年，全國(guó)各大城市中安裝的電梯已有數(shù)百臺(tái)。1878 年英國(guó)的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓電梯，隨后水壓電梯的使用淘汰了蒸汽電梯。本次設(shè)計(jì)選用西門子公司的 S7200 系列 PLC，它可靠性高，指令功能強(qiáng)，易于掌握，有較好的通信功能和性價(jià)比，在中小型控制系統(tǒng)中能充分發(fā)揮作用。 Governor。該方法基于電氣集選控制原則，以 PLC 和變頻器為控制器和調(diào)速器，以交流異步電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，利用脈沖編碼器取代傳統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置進(jìn)行位置反饋，通過(guò) PLC 與變頻器之間的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)主電機(jī)與門電機(jī)的起停與調(diào)速控制。設(shè)計(jì)了主電路與關(guān)鍵的控制電路原理圖，并給出主要軟件的流程圖和部分程序代碼。電梯控制系統(tǒng)目前多采用兩種方式：一是 PLC 加變頻器控制系統(tǒng)，二是微機(jī)加變頻器控制系統(tǒng)。這種卷筒式卷?yè)P(yáng)機(jī)被認(rèn)為是現(xiàn)代電梯的鼻祖。當(dāng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)是直流電機(jī)，使用時(shí)具有控制困難、平層不準(zhǔn)確等問(wèn)題，為了消除這些缺點(diǎn)，人們采用發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)組的直流變壓方式，從而實(shí)現(xiàn)了電梯的高速化。我國(guó)從 20 世紀(jì) 50 年達(dá)開(kāi)始生產(chǎn)電梯，用我國(guó)生產(chǎn)的電梯產(chǎn)品先后裝備了人民基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計(jì) 4 大會(huì)堂、北京飯店等政府機(jī)關(guān)和國(guó)家賓館。① 更加智能：電梯智能群控技術(shù)不斷出現(xiàn)，如基于專家系統(tǒng)的群控、基于模糊邏輯的群控、基于計(jì)算機(jī)圖像監(jiān)控的群控、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的群控、基于遺傳基因法則的群控等。④ 更加綠色環(huán)保：世界資源與能源問(wèn)題的不斷突出，要求電梯在環(huán)保方面做出改變。機(jī)械部分由曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、機(jī)械安全保護(hù)系統(tǒng)等組成。在電梯的曳引機(jī)上一般裝有電磁式直流制動(dòng)器?；?PLC 的電梯控制器設(shè)計(jì) 9 3 總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 標(biāo)準(zhǔn)功能基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)必須具備以下標(biāo)準(zhǔn)功能：（1）開(kāi)關(guān)門：到達(dá)指定樓層平層后自動(dòng)開(kāi)門，并有一定的開(kāi)門保持時(shí)間，以保證所有乘客進(jìn)出轎廂后再自動(dòng)關(guān)門，門有格擋時(shí)重復(fù)開(kāi)門，直到門關(guān)閉為止。（10）制動(dòng)功能：當(dāng)電梯平層停站時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)抱閘等形式使電梯固定在一定位置，確保電梯和乘客的安全，并在突然停電時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，再次來(lái)電時(shí)，必須由操作人員停止制動(dòng)系統(tǒng)后才能電梯再可以再次起動(dòng)。除了上述功能外，有的電梯還具有自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站、上下班高峰服務(wù)、節(jié)能運(yùn)行、自動(dòng)學(xué)習(xí)、貴賓層服務(wù)等功能，這里不作一一介紹。不能小也不能太大，太大不但造成成本的上升，而且導(dǎo)致控制精度的降低。自 PLC 問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)三十幾年的發(fā)展，在歐美、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家 PLC 已經(jīng)成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，其應(yīng)用幾乎覆蓋所有工業(yè)企業(yè)。 PLC 的主要性能指標(biāo)輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)：I/O 點(diǎn)數(shù)是 PLC 最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，因?yàn)樵谶x用 PLC 時(shí)，要根據(jù)控制對(duì)象的被檢測(cè)信號(hào)輸入的個(gè)數(shù)和控制量輸出的個(gè)數(shù)來(lái)確定機(jī)型；基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計(jì) 14 存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)容量決定了 PLC 可以容納用戶程序的長(zhǎng)度；掃描速度；掃描速度是 PLC 執(zhí)行程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)，例如，西門子 S7200 系列 PLC 執(zhí)行一條布爾指令所用的時(shí)間為 ，這在微型機(jī)中屬于較快速度的；編程指令的種類和條數(shù)：一般來(lái)說(shuō)，PLC 的編程指令的種類和條數(shù)越多，說(shuō)明它的軟件功能越強(qiáng)，即處理能力和控制能力就越強(qiáng)；擴(kuò)展能力和功能模塊種類：PLC 的擴(kuò)展能力取決于主機(jī) CPU 的尋址能力和電源容量。一般大、中型 PLC 采用模塊式結(jié)構(gòu)；按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少，可分為微型機(jī)、小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)和超大型機(jī)等類型。在被控對(duì)象的硬件配置確定以后，可以編寫不同的用戶程序，方便快捷地改變工藝流程；編程方法簡(jiǎn)單、容易掌握：PLC 最基本的編程語(yǔ)言都是采用源于繼電器控制線路的梯形圖，這種圖形化的語(yǔ)言不需要使用者具備專門的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)，極易被一般工程技術(shù)人員理解和掌握。此后，輸入映像寄存器與外界隔離，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，都不會(huì)再影響輸入映像寄存器，其內(nèi)容將一直保持到下一掃描周期的輸入采樣階段，才會(huì)被重新刷新；程序執(zhí)行階段： 在掃描周期的執(zhí)行程序階段里，CPU 執(zhí)行用戶程序總是按由上而下的順序依次地掃描，直到最后一條指令結(jié)束，除非遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。繼電器控制系統(tǒng)唯一的優(yōu)勢(shì)就是價(jià)格比較便宜；PLC 與單片機(jī)控制系統(tǒng)比較：?jiǎn)纹瑱C(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。CPU 模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以便對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制任務(wù)或過(guò)程進(jìn)行控制。靈活多樣的通信功能，使 S7200 PLC 易于實(shí)現(xiàn)分散的、多級(jí)控制系統(tǒng)。如果設(shè)備是 S7200 CPU，則建立的是主/從連接，因?yàn)樗械?S7200 CPU 但是網(wǎng)絡(luò)主站。自由口通信協(xié)議是指由用戶定義通信協(xié)議，用戶可以通過(guò)設(shè)置特殊存儲(chǔ)器的參數(shù)改變通信口的數(shù)據(jù)傳輸率、數(shù)據(jù)格式，以適用不同的通信協(xié)議。 輸 出 環(huán) 節(jié) 多 采 用 由功 率 開(kāi) 關(guān) 元 件 組 成 的 三 相 六 拍 逆 變 器 ， 輸 出 的 諧 波 較 大 ， 這 是 該 形 式 的 主 要 缺 點(diǎn) ； 用 不 可 控 整 流 器 整 流 ， 斬 波 器 調(diào) 壓 ： 這 種 方 式 是 在 主 回 路 增 設(shè) 的 斬 波 器上 用 脈 寬 調(diào) 壓 ， 而 整 流 環(huán) 節(jié) 采 用 二 極 管 不 可 控 整 流 。 也 可 用 兩 組 晶 體 管 變 流 器 構(gòu) 成 可 逆 變 流 器 ， 由 于 其 功 率 方 向 可 逆 ， 可 以 進(jìn)行 再 生 運(yùn) 轉(zhuǎn) ； 平 波 回 路 ： 在 整 流 器 整 流 后 的 直 流 電 壓 中 ， 含 有 一 定 脈 動(dòng) 電 壓 ， 此 外 逆變 流 器 產(chǎn) 生 的 脈 動(dòng) 電 流 也 使 直 流 電 壓 波 動(dòng) 。通過(guò) MM440 驅(qū)動(dòng)異步曳引機(jī)構(gòu)成的電梯系統(tǒng)完全滿足國(guó)標(biāo) GB75882020《電梯制造與安裝規(guī)范》 ，GB/T100581997《電梯技術(shù)條件》的要求。PLC 與數(shù)碼管連接，串聯(lián)一個(gè)電阻。另外還需要 Encoder脈沖編碼器計(jì)數(shù)模塊。M icromaster 440 變頻器采用多段速運(yùn)行方式，PLC 根據(jù)呼叫信號(hào)計(jì)算出運(yùn)行方向，向變頻器發(fā)出上行、下行命令，使變頻器建立勵(lì)磁，輸出轉(zhuǎn)矩。S7200 各個(gè)高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)頻率高達(dá) 30kHz。為防止計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)脈沖高電平期間重復(fù)計(jì)數(shù)，采用樓層計(jì)數(shù)信號(hào)上沿觸發(fā)樓層計(jì)數(shù)。這里取加速至滿速時(shí)間為 ，減速至爬行速度時(shí)間為1s，平層時(shí)間為 。通過(guò) PLC 的編碼 ENCO 與段碼 SEG 指令來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管使之作相應(yīng)的樓層位置顯示。長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)門時(shí)判定門有物體阻礙并報(bào)警，當(dāng)電梯處于停站狀態(tài)且有手動(dòng)開(kāi)關(guān)門信號(hào)時(shí)不管開(kāi)門保持時(shí)間響應(yīng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計(jì) 34 圖 USS 協(xié)議初始化圖 電梯運(yùn)行PLC 在有門鎖信號(hào)的前提下，置變頻器頻率為 50Hz，輸出慢速運(yùn)行，上行與下行互鎖。USS 協(xié)議是主從結(jié)構(gòu)的協(xié)議，在 USS協(xié)議總線上可以有一個(gè)主站和最多 30 個(gè)從站。電梯首次運(yùn)行時(shí)以及每次下行到一層停車后必須給高速計(jì)數(shù)器復(fù)位，以避免曳引鋼絲繩打滑等硬件導(dǎo)致的計(jì)數(shù)器誤差累計(jì)。運(yùn)行前通過(guò)自學(xué)習(xí)方式，用高速計(jì)數(shù)器（HSC0）測(cè)出相應(yīng)樓層高度脈沖數(shù)，對(duì)應(yīng) 9 層電梯的位置信息如換速點(diǎn)位置、平層點(diǎn)位置、制動(dòng)停車點(diǎn)位置等所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，分別存入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。NNNNNYYYYY開(kāi)始輸入外召喚信號(hào)置初始狀態(tài)輸入內(nèi)指令信號(hào)啟動(dòng)關(guān)門啟動(dòng)、滿速運(yùn)行關(guān)門結(jié)束？層樓到？換速嗎？開(kāi)門平層減速平層位置到？停止運(yùn)行？停止