【文章內(nèi)容簡介】 及 PLC 的順序執(zhí)行程序的特點，編寫 PLC 程序主要是采取模塊化編程思想，即根據(jù)各功能實現(xiàn)的條件及原則編寫 各個功能模塊來實現(xiàn)。 方案選擇是通過多種方案的比較和對照，完成電梯控制系統(tǒng)中控制方法的選擇。 2 論 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點 （ 1） 所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。 （ 2） 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。 （ 3） 大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格便宜。 （ 4） 多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，已形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟 悉掌握的人員較多。 電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 （ 1） 系統(tǒng)觸點繁多接線線路復(fù)雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良， 因而故障率較高。 （ 2） 普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的 控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。 （ 3） 電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度 難以提高。 （ 4） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大。 （ 5） 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高；而且檢查故障困難，費時費工。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高 ，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚擾。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故 。 PLC 及其在電梯控制中的應(yīng)用特點 PLC 的特點 PLC 是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。PLC 與普通微機一樣。以通用或?qū)Ｓ? CPU 作為字處理器，實現(xiàn)字運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器（布爾處理器），進(jìn)行點（位）運算與控制。 PLC 控制一般具有可靠性高、易操作、維修。編程簡單、靈活性強等特點。 可靠性 對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。 3 （ 1） PLC 不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。 （ 2） PLC 采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進(jìn)行設(shè)計，例如，冗余設(shè)計，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了 MTTF（平均無故障時間），使可靠性提高。 （ 3） PLC 有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。 （ 4） PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程錯誤率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計的硬件使可靠性大大提高。 （ 5） 在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造；對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對電源的斷電保護(hù)；對存儲器內(nèi)容的保護(hù)等。 （ 6） PLC 的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波等；軟件自診斷；簡化編程語言等。 易操作性 PLC 的易操作性表現(xiàn)在下列幾個方面： （ 1） 操作方便 PLC 的操 作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù) PLC 采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的 PLC，編程器采用了 CRT 屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ遥缓筮M(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 上顯示。 （ 2） 編程方便 PLC 有多種程序設(shè)計語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語言，十分有助于編程人員的編程。 （ 3） 維修方便 PLC 具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求減低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。 靈活性 PLC 的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1） 編程的靈活性。 PLC 采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。 （ 2） 擴展的靈活性。 PLC 的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴展、功能的擴展、應(yīng)用和控制范圍的擴展。 4 （ 3） 操作的靈活性。 操作 十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易 PLC 控制電梯的優(yōu)點 （ 1） 在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。 （ 2） 去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。 （ 3） PLC 可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 （ 4） PLC 可進(jìn)行故障自動檢測報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。 （ 5） 用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。 （ 6） 更改控制方案時不需改動硬件接線。 此外，微機控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的 功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷而沒被廣泛采用。 PLC 控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設(shè)計和調(diào)試周期短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。 課題的提出 PLC 以其優(yōu)越的性能，在很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在電梯業(yè)也是如此，目前國內(nèi) 70～ 80 年代安裝完成的電梯絕大部分是繼電器控制，線路復(fù)雜，節(jié)點接線多，故障率高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大，嚴(yán)重地影響電梯運行質(zhì)量。應(yīng)對這些電梯進(jìn)行更新和 改造。但是更新需要大量資金，對使用單位來說有一定困難，所以對電梯進(jìn)行局部改造是經(jīng)濟(jì)的、實際的。近年來，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，取得了良好效果。利用 PLC 和變頻器對舊電梯進(jìn)行改造，不但可以增加電梯的舒適感、安全性、可靠性，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減少運行費用。 課題的主要討論內(nèi)容 課題所研究的內(nèi)容主要是用可編程控制器（ PLC）改造在用電梯自動控制系統(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(jìn)行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制 技術(shù)進(jìn)行研究，找出一條適合國產(chǎn)老式電梯的改造之路，并進(jìn)而提高國產(chǎn)電梯的技術(shù)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(jié)和介紹。接著闡述了電梯控制系統(tǒng)的分類及特點，電梯的控制系統(tǒng)分為調(diào)速和信號控制兩大部分。5 確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由 PLC 來實現(xiàn)電梯信號控制，有雙速電機實現(xiàn)調(diào)速，完成了電機 和可編程控制器（ PLC）的選擇。然后是系統(tǒng)硬件開發(fā)，完成了 PLC 的選型、 I/O 點數(shù)分配與 PLC 的連接。在分析了電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法基礎(chǔ)上，設(shè)計出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，介紹了系統(tǒng)的軟件開發(fā)。最后對改造后的電梯系統(tǒng)進(jìn)行模擬調(diào)試。 電梯的功能要求 （ 1）電梯運行到指定位置后應(yīng)具有手動或自動開 /關(guān)門的功能。 （ 2）利用指示燈顯示電梯轎廂外的呼喚信號、電梯轎廂內(nèi)的指令信號和電梯的到達(dá)信號。 （ 3）能自動判斷電梯的運行方向，并發(fā)出響應(yīng)的指示信號。 （ 4）電梯的上行下行有一臺交流雙速電機 牽引。電機正傳，電梯上升；電梯反轉(zhuǎn)，電梯下降。 （ 5）電梯轎廂門由另一臺小功率電機驅(qū)動。電機正傳，轎廂門打開；電機反轉(zhuǎn)，轎廂門關(guān)閉。 （ 6）每一層樓設(shè)有呼叫按鈕；轎廂內(nèi)設(shè)有開關(guān)轎廂門按鈕；轎廂內(nèi)的層面指令按 （ 7）電梯啟動、運行、到站實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。 （ 8）行車時，廳門和轎廂都不能開門。開門之后不能行車，有門連鎖保護(hù)。 平層時可自動開門、手動開門，夾人時自動開門。 6 FX2N 系列可編程序控制器介紹 1. 三菱 FX2N PLC 的主要特點： 1)集成型高性能。 CPU、電源、輸入輸出三為一體。 對 6 種基本單元，可以以最小 8 點為單元連接輸入輸出擴展設(shè)備，最大可以擴展輸入輸出 256 點。 2)高速運算 基本指令： s／指令 應(yīng)用指令： ～幾百μ s／指令 3)安全、寬裕的存儲器規(guī)格 內(nèi)置 8000 步 RAM 存貯器 安裝存儲盒后，最大可以擴展到 16000 步。 4)豐富的軟元件范圍 輔助繼電器： 3072 點，定時器： 256 點，計數(shù)： 235 點 數(shù)據(jù)寄存器； 8000 點 5)除了具有輸入輸出 16～ 256 點的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控 制。 6)面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格 為大量實際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能： 開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要 模擬 I／ O，高速計數(shù)器。對每一個 FX2N 主單元可配置總計達(dá) 8 個特殊功能模塊。 2. PLC 的性能指標(biāo)和分類 1) PLC 的主要性能指標(biāo) (1)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(biāo)志著可以接多少個開關(guān)、按鈕和可以控制多少個負(fù)載。 (2)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(jìn)制 16 位即一個字為一步。 (3)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。 (4)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7 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。 (5)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(biāo)。 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(jìn)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。 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。 8 可編程序控制器的工作方式 1. PLC 的掃描工作方式 圖 21 PLC 的掃描過程 可編程序控制器在進(jìn)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)始地重復(fù)進(jìn)行。可編程序控制器工作時的掃描過程 如圖 21 所示，包括五個階開始 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 9 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 22 所示。 圖 22 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(jìn)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。 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。 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 10 （ 1） .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(dá)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。 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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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，造成用微機控制的成本、運行和維修費用均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機控制在經(jīng)濟(jì)上不合算。 3. PLC 控制系統(tǒng) PLC 充分利用了微型計算機的原 理和技術(shù)，保留計算機控制的優(yōu)點，而克服了它的缺點。它具有強大的生命力，各工業(yè)部門紛紛用它來改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果?？傊?， PLC 是采用微機技術(shù)制造的通用自動控制設(shè)備，它能控制開關(guān)量、模擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強、并具有完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)、運算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設(shè)備。它不僅能用于控制機械設(shè)備、流水線和各種設(shè)備的運行過程，將 PLC 用于控制電梯各種操作和處理相關(guān)信息也是可行的。 11 電梯的出現(xiàn)及發(fā)展 1854 年，在紐 約水晶宮舉行的世界博覽會上，