【文章內(nèi)容簡介】 進而主張電梯、扶梯應與大自然相協(xié)調(diào)，在扶梯的周圍種植花草；在轎廂壁和頂棚裝飾某些圖案甚至是有變化的圖案，并且在色彩調(diào)配上要令人賞心悅目；在轎廂內(nèi)播放優(yōu) 美的音樂，用以減少煩躁；在轎廂內(nèi)播放電視節(jié)目，乘客可收看天氣預報、新聞等。 課題研究的內(nèi)容 課題所研究的內(nèi)容主要是用可編程控制器（ PLC）自動控制 電梯 系統(tǒng)。由于大部分老式電梯的電控系統(tǒng)可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統(tǒng)進行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制技術進行研究，找出一條適合國產(chǎn)老式電梯的改造之路，并進而提高國產(chǎn)電梯的技術水平和質(zhì)量，具有十分重要的意義。 針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控 制器（ PLC）來控制電梯。 論文的主要內(nèi)容如下： 首先對電梯系統(tǒng)及可編程控制器（ PLC） 作了比較全面的總結和介紹。接著 根據(jù)電梯的控制要求，設計模擬控制模板，確定 PLC 所需的輸入 /輸出口的數(shù)量，確定 PLC 的型號，選定主機機型，并進行擴展。然后設計 PLC 的外部接線圖、流程圖等，編寫控制程序， 最后對 編寫的電梯控制程序進行仿真和 調(diào)試。 8 第 2 章 控制系統(tǒng)的 組成 PLC 控制系統(tǒng)組成 PLC 控制系統(tǒng)像一般的計算機控制系統(tǒng)一樣，也是由硬件和軟件兩個部分組成的，硬件是指 PLC本身及其外圍設備，軟件是指管理 PLC 的 系統(tǒng)軟件， PLC 的應用程序，編程語言和 編 程支持工具軟件。 圖 21 典型 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成圖 硬件的組成 圖 21為典型 PLC 控制系統(tǒng)的硬件組成圖。 PLC 控制系統(tǒng)的硬件是由 PLC，輸入 /輸出（ I/O）電路及外圍設備等組成的。系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕?jù)實際應用的需要而定，可大可小。下面對構成控制系統(tǒng)的主要部分簡要介紹。 主控模塊 除了早期生產(chǎn)的整體式 PLC（ PLC 的各個 部件 都在同一機殼內(nèi)）外，目前市場多數(shù)的 PLC 都已采用模塊化的結構（ PLC 的各個部件獨立封裝，稱之為模塊）。在 PLC中各個模塊均通過系統(tǒng)總線相互連接起來構成一個系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中最核心的模塊是主控模塊（也稱 CPU），它包括： CPU，存儲器，通信接口等部分。 輸入 /輸出模塊 PLC 的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程， PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，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)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 生產(chǎn)過程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開關量，繼電器狀態(tài)等，因此，需要有相應的 I/O 模塊作為 CPU 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的橋梁。且這些模塊應具有較好的抗干擾能力。目前，生產(chǎn)廠家已開發(fā)出各種型號的模塊供用戶選擇。對于輸入 /輸出模塊有：數(shù)字量輸入 /輸出模塊，開關量輸入 /輸出模塊，模擬量輸入 /輸出模塊，交流 信 號輸入 /輸出模塊， 220V 交流輸入 /輸出模塊。還有智能模塊， 9 它本身帶 CPU，存儲器和監(jiān)控系統(tǒng)，可獨立完成各種運算。智能模塊的種類很多，如高速計數(shù)模塊， PID 調(diào)節(jié)的模擬量控制模塊，閥門控制模塊，智能存儲模塊和智能 I/O 模塊。 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源 。 同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可 靠的 電源 ， 系統(tǒng)是無法正常工作的 。 因此 PLC 的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去 。 電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 I/O 電路 PLC 的基本功能就是控制，它采集被控對象的各種信號。經(jīng)過 PLC 處理后，通過執(zhí)行裝置實現(xiàn)控制。輸入電路就是被控對象（需要進行控制的 機器，設備和生產(chǎn)過程）進行檢測，采集，轉換和輸入。另外，安裝在控制臺上的按鈕，開關等也可以向 PLC 送控制指令。輸出電路的功能就是接受 PLC 輸出的控制信號，對被控 對象執(zhí)行控制任務。 PLC 的外圍設備很多，但基本功能不外乎對信息和數(shù)據(jù)的處理。常用的有編程器，可編程終端，打印機，條碼讀入機等等。編程器 是 PLC 的重要外圍設備之一，它可以將用戶編寫的程序送到 PLC的用戶程序存儲器。因此，它的主要任務是輸入程序，調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程?？删幊探K端是具有 I/O 功能的 PLC 人機界面產(chǎn)品。人可以通過觸摸屏幕將信息輸入 PLC 中同樣可編程終端也可以將 PLC 的輸入數(shù)據(jù)和信息顯示在屏幕上。 軟件的組成 PLC 控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應用軟件，編程語言及編程支持工具軟件幾個部分組成。 PLC 系統(tǒng)軟件與工作過程 PLC 系統(tǒng)軟件是 PLC 工作所必須的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持下 PLC對用戶程序進行逐條的解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結束，然后返回到程序的起始又開始新的一輪掃描。 PLC 的這種工作方式就稱之為循環(huán)掃描。 應用軟件 PLC控制系統(tǒng)的應用軟件是指為完成 PLC實際控制任務而編制的各種軟件。隨著 PLC 應 用領域范圍的不斷擴大，應用水平的提高， PLC 應用軟件也大大豐富起來了。PLC 應用軟件與一般計算機信息處理軟件相比，有很大不同， PLC 應用軟件有以下幾個特點： (1)應用軟件設計必須與生產(chǎn)工藝緊密結合。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，由于各種設備的工藝參數(shù)不一樣 ，控制實現(xiàn)的方式也不一樣。所以程序設計人員必須深入現(xiàn)場，嚴格遵守 生產(chǎn)工藝的具體要求來設計應用程序。 (2)應用軟件與硬件緊密相關。軟件設計人員不能拋開硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設計。設計必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實際情況 進行相應的程序設計。 (3)PLC 應用軟件的設計需要計算機，自動控制技術甚至網(wǎng)絡通信技術等多種知識。 10 特別是 PLC網(wǎng)絡的出現(xiàn)， PLC 控制系統(tǒng)不再是一個單獨的裝置。在控制系統(tǒng)中，可能包括有多臺不同型號的 PLC，計算機，外圍設備等。因此在進行軟件設計時，實現(xiàn)和處理某種控制功能都離不開計算機，自動控制和通信技術。因此，應用程序中不僅有 PLC 程序，還有計算機程序和通信網(wǎng)絡程序等。 編程語言及編程支持工具軟件 PLC 有多種編程語言：梯形圖語言，助記符語言，邏輯功能圖語言，布爾代數(shù)語言和某些高級語言（ Basic， C語言等）。但使用廣泛的還是梯形圖語言和助記符語言。現(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。用戶可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來改善軟件的開發(fā)環(huán)境，提高編程效率。 PLC 控制系統(tǒng)抗干擾措施 自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型 PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的各單機設備上，雖然它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，但 PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設計的控制裝置，在設計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應惡 劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用，但是由于它直接和現(xiàn)場的 I/O設備相連，外來干擾很容易通過電源線 或 I/O 傳輸線侵入，從而引起控制系統(tǒng)的誤動作。 PLC 受到的干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。在實際的生產(chǎn)環(huán)境下，外部干擾是隨機的，與系統(tǒng)結構無關，且干擾源是無法消除的，只能針對具體情況加以限制；內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結構有關，主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設計系統(tǒng)線路來削弱和抑制內(nèi)部干擾和防止外部干擾。要提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性，就 要從多方面提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 硬件抗干擾措施 PLC 控制系統(tǒng)的安裝和使用環(huán)境 PLC 是專為工業(yè)控制設計的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。但是在 PLC 控制系統(tǒng)中，如果環(huán)境過于惡劣，或安裝使用不當，會降低系統(tǒng)的可靠性。 PLC 使用環(huán)境溫度通常在 0℃ ～ 55℃范圍內(nèi)，應避免太陽光直接照射，安裝位置應遠離發(fā)熱量大的器件，同時應保證有足夠大的散熱空間和通風條件。環(huán)境濕度一般應小于 85%，以保證 PLC 有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合，需將 PLC 封閉安裝。此外， 如果 PLC 安裝位置有強烈的振動源，系統(tǒng)的可靠性也會降低，所以應采取相應的減振措施。 PLC 的電源與接地 PLC 本身的抗干擾能力一般都很強。通常，只能將 PLC 的電源與系統(tǒng)的動力設備電源分開配線，對于電源線來的干擾，一般都有足夠強的抑制能力。但是，如果遇上特殊情況，電源干擾特別嚴重，可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設備與 11 地之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性 。如果一個系統(tǒng)中含有擴展單元，則其電源必須與基本單元共用一個開關控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時進行。良好的接地是保證PLC 安全可靠運行的重要條 件。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給 PLC接專用地線，并且接地點要與其它設備分開，如圖 22（ a）。若達不到這種要求，也可采用公共接地方式，如圖 22（ b）。但是禁止采用串聯(lián)接地方式，如圖 22（ c），因為它會使各設備間產(chǎn)生電位差而引入干擾。此外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接 地點應盡可能靠近 PLC 。 圖 22 PLC的接地 接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是 PLC控制系統(tǒng)抗干擾的重要措施之一。接地在消除干擾上起很大的作用。這里的接地是指決定系統(tǒng)電位的地，而不是信號系統(tǒng)歸路的接地。在 PLC 控制系統(tǒng)中有許多懸浮的金屬架，它們是 具有 空中干擾的空中線，需要有決定電位的地線。交流地是 PLC 控制系統(tǒng)供電所必需的，它通過變壓器中心點構成供電兩條回路之一。這條回路上的電流、各種諧波電流等是個嚴重的干擾源。因此交流地線、直流地線、模擬地和數(shù)字地等必須分開。數(shù)字地和模擬地的共點地最好置懸浮方式。地線各點之間的電位差盡可能小，盡量加粗地線，有條件可采用環(huán)形地線。系統(tǒng)地端子 (LG)是抗干擾的中性端子，通常不需要接地，可是，當電磁干擾比較嚴重時，這個端子需與接大地的端 子 (GR)連接。 PLC 的輸入、輸出設備 輸入電路是 PLC 接受開關量、模擬量等輸入信號的端口，其元器件質(zhì)量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。以開關量輸入為例，按鈕、行程開關的觸點接觸要保持在良好狀態(tài)，接線要牢固可靠。機械限位開關是容易產(chǎn)生故障的元件，設計時，應盡量選用可靠性高的接近開關代替機械限位開關。此外，按鈕觸點的選擇也影響到系統(tǒng)的可靠性。在設計電路時，應盡量選用可靠性高的元器件，對于模擬量輸入信號來說，常用的有 4～ 20mA、 0～ 20mA 直流電流信號； 0～ 5V、 0～10V 直流電壓信號，電源為直流 24V。 對于開關量輸出來說， PLC 的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，具體選擇哪種形式的輸出應根據(jù)負載要求來決定，選擇不當會使系統(tǒng)可靠性降低，嚴重時導致系統(tǒng)不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負載，晶體管輸出只能用于直流負載。此外， PLC 的輸出端子帶負載能力是有限的，如果超過了規(guī)定的最大限值，必須外接繼電 12 器或接觸器，才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質(zhì)量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機械故障造成觸點不動或接觸不良。這一方 面可以通過選用高質(zhì)量的元器件來提高可靠性，另一方面，在對系統(tǒng)可靠性及智能化要求較高的場合，可以根據(jù)電路中電流異常的情況對輸出單元的一些重點部位進行診斷，當檢測到異常信號時，系統(tǒng)按程序自動轉入故障處理，從而提高系統(tǒng)工作的可靠性。若 PLC輸出端子接有感性元件，則應采取相應的保護措施，以保護 PLC 的輸出觸點。 為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出應分別使用各自的電纜；對于集成電路或晶體管設備的輸入、輸出信號線、必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側懸空，而在控制側接地， 其處理方式如 圖 23。 圖 23 屏蔽電纜的處理 軟件抗干擾措施 硬件抗干擾措施的目的是盡可能地切斷干擾進入控制系統(tǒng)，但由于干擾存在的隨機性，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，硬件抗干擾措施并不能將各種干擾完全拒之門外，這時，可以發(fā)揮軟件的靈活性與硬件措施相結合來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 利用“看門狗”方法對系統(tǒng)的運動狀態(tài)進行監(jiān)控 PLC 內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來設計一些程序，可以屏蔽輸入元件的錯誤信號，防止輸出元件的誤動作。在設計應用程序時，可以利用 看門狗 方法實現(xiàn)對系統(tǒng)各組成部分運行狀態(tài)的監(jiān)控。如用 PLC 控制某一運動部件時，編程時可定義一個定時器作 “ 看門狗 ”用，對運動部件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視。定時器的設定值，為運動部件所需要的最大可能時間。在發(fā)出該部件的動作指令時，同時啟動 看門狗 定時器。若運動部件在規(guī)定時間內(nèi)達到指定位置，發(fā)出一