【文章內(nèi)容簡介】 能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 （ 5）體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 第 2 章 電梯的概述 電梯的發(fā)展簡史 據(jù)國外有關(guān)資料介紹，公元前 2800 年在古代埃及，為了建筑當(dāng)時的金字 塔，曾使用過由人力驅(qū)動的升降機械。公元 1765 年瓦特發(fā)明了蒸汽機后， 1858 年美國研制出以蒸汽為動力，并通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅(qū)動的電梯。 1878 年英國的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。并隨著水壓梯的發(fā)展，淘汰了蒸汽梯。后來又出現(xiàn)了液壓泵和控制閥以及直接柱塞式和側(cè)柱塞式結(jié)構(gòu)的液壓梯。這種液壓梯至今仍為人們所采用。 但是，電梯得以興盛發(fā)展的根本原因在于采用了電力作為動力來源。 18 世紀末發(fā)明了電機，并隨著電機技術(shù)的發(fā)展， 19 世紀初開始使用交流異步單速和雙速電動機作動力的交流電梯，特別是交流雙速電動機的出現(xiàn)，顯著改善了 電梯的工作性能。在 20 世紀 13 初，美國奧的斯電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產(chǎn)出以槽輪式驅(qū)動的直流電梯，從而為后來的高速度、高行程電梯的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 20 世紀 30 年代美國紐約市的 102 層摩天大樓建成，美國奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了 74 臺速度為。從此以后，電梯這個產(chǎn)品，一直在日新月異地發(fā)展著。目前的電梯產(chǎn)品，不但規(guī)格品種多，自動化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，可編程序控制器（ PLC）和電子計算機成功地應(yīng)用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中去后，電梯產(chǎn)品的質(zhì)量和運行效果 顯著提高。 電梯的運行工作情況 一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜／箱、導(dǎo)軌等主要部件組成。電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點站和終點站之間還設(shè)有?？空?。起點站設(shè)在一樓，終點站設(shè)在最高樓。 各站的廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點站和終點站上各設(shè)置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設(shè)置兩個按鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開關(guān)或與層站對應(yīng)的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚 箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕。 電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動、加速、?？康热克緳C控制操作，而且在運行過程中可能遇到的情況比較復(fù)雜，因此汽車司機必須經(jīng)過嚴格的培訓(xùn)和考核。而電梯的自動化程度比較高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關(guān)門、定向、起動、在預(yù)定的層站平層?？块_門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和停靠，依次完成全部指令任務(wù)。 盡管電梯和汽車在運算工 作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行，在運行方向前方的?？空旧嫌许樝虻闹噶钚盘枙r，電梯到站能自動平層停靠開門接乘客。而載貨電梯的運行工作情況則類似卡車，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指令任務(wù)，當(dāng)一個指令任務(wù)完成后才能再下達另一個指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過程中，從一個層站出發(fā)到另一個層站時，假若中間層站出現(xiàn)順向指 14 令信號，一般都不能自動?？?，所以載貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。 本課題主要研究 單臺五層電梯的 PLC 控制方法，分述其硬件設(shè)計和軟件設(shè)計過程。 電梯控制系統(tǒng)的組成 電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。 1. 電梯的電力拖動部分 電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直流 G－ M（即發(fā)電機－電動機組供電）拖動、晶閘管供電（ SCR－ M）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調(diào)壓調(diào)速（ AVCC）拖動、交流變頻調(diào)速（ VVVF）等。因直流電梯的拖動電動機有電刷和換相器，維護量較大，可靠性低，現(xiàn)已被交流調(diào)速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動機在選定的調(diào)速方式下，電動機 的輸出轉(zhuǎn)矩總能達到負載轉(zhuǎn)矩的要求?？紤]到電壓的波動、導(dǎo)軌不夠平直造成的運動阻力增大等因素，電動機轉(zhuǎn)矩還應(yīng)有一定的裕度。 2. 電梯的電氣控制部分 電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳引電動機等幾十個分散安裝在電梯井道內(nèi)外和各相關(guān)電梯部件中的電器元件構(gòu)成。電氣控制系統(tǒng)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。 電梯一般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉(zhuǎn)、停止等，這整個過程是由電氣控制系統(tǒng)來完成。具體地說電梯的控制主要是指對電動機的起動、停止、運行方向 、層樓指示、層站召喚、轎廂內(nèi)指令等進行處理。其操縱是實行各個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。 電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當(dāng)一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度確定后，電力拖動系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據(jù)電梯安裝使用地點、乘載對象進行認真選擇，才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。 電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)引進工作的進一步開展，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展換代迅速。繼電器控制系統(tǒng)的電梯故障率高，大大降低了電梯的 運行可靠性和安全性，所以基本上已經(jīng)被淘汰。而 PLC 以其體積小、功能強、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養(yǎng)簡便、修改邏輯靈活、程序容 15 易編制，易聯(lián)成控制網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。 第 3 章 . 三菱 FX2N 系列可編程序控制器介紹 可編程控制器的基礎(chǔ)認識 1. 三菱 FX2N PLC的主要特點： ? 一個程序包的單元型可編程控制器 ? 采用裝卸式端子臺 ? 內(nèi)裝 RUN/STOP開關(guān) ? 程序存儲器 ? 鐘表功能 ? RUN寫入 ? 元件注解 ? 利用鍵盤保護程序（編程手冊，外圍設(shè)備手冊） ? 豐富的輸出入擴展設(shè)備 ? 豐富的特殊擴展設(shè)備 ? 用 SFC表 現(xiàn)的編程 ? 簡便的應(yīng)用指令群 ? 高速處理 2. PLC的性能指標和分類 1) PLC的主要性能指標 ? 輸入／輸出點數(shù)（ I／ O 點數(shù)） I／ O點數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標志著可以接多少個開關(guān)、按鈕和可以控制多少個負載。 ? 存儲容量 存儲容量是指可編程序控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以步為單位，二進制 16位即一個字為一步。 16 ? 掃描速度 一般以執(zhí)行 1000 步指令所需時間來衡量，單位為 ms/k 步，也有以執(zhí)行一步指令所需時間來計算的，單位用 181。s/步。 ? 功能擴展能力 可編程序控制器除了主模塊之外，通常都 可配備一些可擴展模塊，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用的需要，如 A／ D 模塊、 D／ A 模塊、位置控制模塊等。 ? 指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指一臺可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強弱的主要指標。 2) PLC 的分類 通常， PLC 產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進行分類。按結(jié)構(gòu)形式不同 , 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型 PLC 三種類型。 3. PLC 系統(tǒng)的組成 PLC 是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機控制系統(tǒng)相似。 PLC 也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。 1) PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 一套 PLC 系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲器、輸入／輸出接口、內(nèi)部電源）、 I／ O 擴展單元及外部設(shè)備組成。圖 21 為 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)圖。 21 圖 22 為三菱 FX2N小型 PLC 產(chǎn)品主機示意圖。本課題中 FX2N－ 48MR 為基本單元，帶有 48 個 I／ O 點 (24 入、 24 出 )， M 表示主機、 R 表示該單元為繼電器輸出型。 輸入電路 CPU EPROM RAM 輸出電路 基本單元 內(nèi)部電源 擴展 I/O接口 各種外設(shè)接口 輸出信號 現(xiàn)場輸入信 號 主機 編程器 打印機 … PC 機 … 輸入電路 輸出電路 擴展單元 … 輸出信號 擴展連接電纜 至其他擴展單元 … … 現(xiàn)場輸入信號 17 2) PLC 的軟件 PLC 的軟件系統(tǒng)指 PLC 所使用的各種程序的集合，它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（應(yīng)用軟件）組成。 系統(tǒng)程序：包括監(jiān)控程序、輸入譯碼程序及診斷程序等。用 戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用 PLC 的編程語言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。 圖 22 三菱 FX2N 小型 PLC 產(chǎn)品主機示意圖 可編程序控制器的工作方式及編程語言 1. PLC 的工作方式 1) PLC 的掃描工作方式 18 圖 23 PLC 的掃描過程 可編程序控制器在進入 RUN 狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始地重要進行?？删幊?序控制器工作時的掃描過程如圖 23 所示，包括五個階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。 PLC 完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關(guān)。 2) PLC 的程序執(zhí)行過程 PLC 的程序的執(zhí)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖 24 所示。 開始 內(nèi)部處理 通信處理 RUN 方式？ 輸入掃描 程序執(zhí)行 輸出處理 N Y 19 圖24 PLC的程序執(zhí)行過程 3) PLC 的掃描周期 在 PLC 的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計算機 ）通信等處理。即一個掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時間。 4) PLC 的 I／ O 響應(yīng)時間 PLC 采用集中 I／ O 刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產(chǎn)生了 PLC 的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時間為 23 個掃描周期。 2. PLC 的編程語言 PLC 的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被采用。本課題所采用的編程語言為梯形圖語言。 可編程序控制器與繼電器、微機在電梯控制中的應(yīng)用比較 在電梯的電氣系統(tǒng)中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統(tǒng)必須起動各種控制信號和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動機以及電子元件、電力電子器件等），要 達到這些控制目的，其方法有： 1. 繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)是早期電梯多采用的一種控制系統(tǒng)。優(yōu)點：與其它控制系統(tǒng)比較，其簡單、易于理解和掌握、價格便宜。缺點：動合觸點易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統(tǒng)耗能大、動作噪聲大；維修保養(yǎng)工作量大、費用高。因此這種控制系統(tǒng)僅用于速度不高、性能要求 也不高的電梯中。 輸入端子 輸入映象寄存器 輸出映像寄存器 輸出鎖存器 輸出端子 輸入 ………. 輸出 程序執(zhí)行階段 輸入采樣階段 輸出刷新階段 X001 Y001 Y001 M1 讀 讀 ① ② ③ ④ ⑤ 20 2. 微機控制系統(tǒng) 電梯的微機控制系統(tǒng)實質(zhì)上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過程序存貯器中的程序來完成的控制系統(tǒng)。因此對于有不同功能要求的電梯控制系統(tǒng)，只要改變程序存貯器中的程序指令即可，而無需變更或增減硬件系統(tǒng)的元件或布線。因此，十分方便于使用和管理，并提高系統(tǒng)的可靠性，減小控制系統(tǒng)體積，降低了能耗及其維修保養(yǎng)費用。雖然微機控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的 優(yōu)越性。但是，對一般的電梯而言，應(yīng)用微機控制也有其局限性和不足之處。其缺點是：微型計算機是按數(shù)字運算的需要而設(shè)計的，功能比較齊全，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；而一般的電梯控制只需要進行簡單的邏輯運算，運算方式多為“與 ”、“或”、“非”幾種，運算位數(shù)只需 1 位，即“ 1”與“ 0”。因此，使用微機就有“大材小用”之嫌。此外，微機的接口電路沒有標準件，而且一般不控制強電。但在電梯控制中，往往要求能直接控制 110V 或 220V 的用電設(shè)備，如用戶專門配備接口電路既不方便又不可靠。綜上所述，造成用微