【文章內(nèi)容簡介】 降，并在指定層站上維持靜止狀態(tài)，以供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，配重用來平衡轎廂載荷、減少發(fā)動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確?？俊ｋ姎庀到y(tǒng)實現(xiàn)對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、報警工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。2 方案論證 電梯控制方式的論證隨著科學目前，電梯行業(yè)在我國迅速的發(fā)展，在一定程度上占有很大的市場。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)(“早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng))、微機控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)。而在今天選擇控制電梯運動的設(shè)備已經(jīng)從傳統(tǒng)的繼電器—接觸器轉(zhuǎn)變成可編程控制器（PLC） 。繼電器控制系統(tǒng)由于線路復雜，接線多，故障率高，維修保養(yǎng)難，許多已處于閑置狀態(tài)，其曳引系統(tǒng)多采用交流雙速電機系統(tǒng)換速，由于效率低，調(diào)速性能指標較差等缺點，嚴重影響電梯運行質(zhì)量，目前已逐漸被淘汰。微機控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗干擾性差，系統(tǒng)設(shè)計復雜，一般的技術(shù)維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而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)試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造中?？删幊炭刂破鳎≒LC）與其他計算機控制相比較：個人計算機有很強的數(shù)據(jù)處理功能和圖形顯示功能，有豐富的軟件支持，但它們是為辦公室自動化和家庭設(shè)計的，對環(huán)境要求很高，抗干擾能力不強，一般不適合在工業(yè)現(xiàn)場使用。單片機只是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連。要將它用于工業(yè)控制，還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設(shè)計、制作和程序設(shè)計的工作量相當大，要求設(shè)計者具有較強的計算機領(lǐng)域的理論知識和實踐經(jīng)驗。工業(yè)控制計算機（簡稱工控機）也是為工業(yè)控制設(shè)計的，目前比較流行的是PC總線工控機，它與個人計算機兼容。工控機一般是在通用微機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有實時操作系統(tǒng)的支持，因此在要求快速、實時性強、功能復雜的領(lǐng)域均占有優(yōu)勢。工控機的外部I/O接線一般都用多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如可編程控制器的接線端子方便可靠。以上各種計算機用于控制的程序一般都是用匯編語言編寫的，可編程控制器不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電氣維護人員的技能和習慣，摒棄了常用的計算機編程語言的表達方式，獨具風格的形成了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編寫清晰直觀、調(diào)試和查錯都很容易進行?？删幊炭刂破魇菍楣S現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的，結(jié)構(gòu)上采取整體密封或插件組合型，對印刷電路板、電源、機架、插座的制造和安裝，均采用了嚴密的措施。由于可編程控制器具有上述的各種優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有不可比擬的競爭力。當然可編程控制器在電梯的控制領(lǐng)域也具有重要的地位，把可編程控制器用于電梯運動的核心部分是很合理的選擇，而且可編程控制器現(xiàn)在在市場上也是一種成熟的產(chǎn)品?？傊?，經(jīng)上述比較可得，確定選用PLC控制電梯的運行。在PLC中相比較，主要為西門子與三菱的競爭。由于西門子編程的靈活性是三菱沒法比擬的，有很多功能西門子很容易實現(xiàn)，三菱就不行。 再加上題目的要求，我們選用西門子S7200PLC設(shè)計電梯控制系統(tǒng)。 可編程控制器用于控制電梯的特點可靠性高所有的I/O輸入輸出信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（1）為了消除信號噪聲,在輸入接口內(nèi)設(shè)置了多種濾波電路。（2）為了PLC的信號處理,輸入接口內(nèi)有電平轉(zhuǎn)換及信號鎖存電路。（3）為了便于與現(xiàn)場信號的連接,在輸入接口外部設(shè)有接線端子排。（4）良好的自診斷功能，一但電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴大。大型控制器還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),以及實現(xiàn)電源模塊冗余、IO模塊冗余，使可靠性更進一步提高。實時性強信號處理時間短，速度快。信號處理和程序運行的速度快。能滿足各種型號電梯的控制目標。編程方便PLC的設(shè)計是面向工業(yè)企業(yè)中一般電氣工程技術(shù)人員的,它采用易于理解和掌握的梯形圖語言,以及面向工業(yè)控制的簡單指令。這種梯形圖語言繼承了傳統(tǒng)繼電器控制線路的表達式,又考慮到工業(yè)企業(yè)電氣技術(shù)人員的看圖習慣和微機應(yīng)用水平，因此得到了廣大電氣技術(shù)人員的歡迎。安裝簡單，維修方便可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。設(shè)計、施工、調(diào)試周期短PLC完成一項控制工程中,由于其硬 軟件齊全,設(shè)計和施工可同時進行。由于用軟件編程取代了繼電器硬接線實現(xiàn)控制功能,使得控制柜的設(shè)計及安裝接線工作量大為減少,縮短了施工周期。同時,由于用戶程序大都可以在實驗室模擬調(diào)試好后，再將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進行聯(lián)機統(tǒng)調(diào),因此大大縮短了設(shè)計和投入運行的周期。綜上所述，可編程控制器非常適用于交流電梯控制系統(tǒng)。 整體設(shè)計流程的確定綜上所述，本設(shè)計就以PLC作為工具對升降電梯的各種操作進行控制。對五層電梯的硬件部分作分析，看需要什么樣的開關(guān)，電機，信號燈等。然后，估計一下I/O點數(shù)，這樣可以確定所選機型，再進行軟件設(shè)計，寫出梯形圖，利用力控組態(tài)軟件畫出電梯系統(tǒng)控制面板，最后是進行調(diào)試，看看此程序是否可行。3 硬件及軟件的概述 PLC簡介 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)和微機是基本一致的。如下圖所示：編 程 器中央處理單元（CPU）輸入電路 輸出電路系統(tǒng)程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)電源圖 31 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器實際是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機控制系統(tǒng)相似?？删幊炭刂破髦饕蒀PU（中央處理單元） 、存儲器（RAM和EPROM） 、輸入/輸出模塊（簡稱I/O模塊） 、編程器和電源五大部分組成。CPU模塊CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微機處理器（CPU）和存儲器組成。CPU的作用類似于人類的大腦和心臟。它采用循環(huán)掃描方式工作，并且每一次掃描要完成以下工作：輸入處理：將現(xiàn)場的開關(guān)量輸入信號和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號控制相關(guān)的電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。輸出處理：將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負載。I/O模塊可編程控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程控制器控制的另一類外部負載有指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而可編程控制器的輸入/輸出信號電壓一般較高，比如直流24V和交流220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使可編程控制器不能正常工作，所以CPU模塊不能直接與外部輸入/輸出裝置相連。I/O模塊除了傳遞信號外，還具有電平轉(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用。開關(guān)量模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態(tài)。電壓等級有直流5V，12V，24V，48V和交流110V，220V等。輸入輸出電壓的允許范圍很寬，如某交流220V輸入模塊的允許低電壓為0~70V，高電壓為70~256V，頻率為47~63HZ。各I/O點的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管或其它元器件顯示在面板上，外部I/O接線一般接在模塊的接線端子上。某些模塊使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部連線的情況下，可以迅速地更換模。開關(guān)量I/O模塊可能有4，8，16，32，64點。編程器編程器除了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監(jiān)視可編程控制器運行時梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器可以永久地連續(xù)在可編程控制器上，將其取下來后可編程控制器也一樣可以運行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺可編程控制器公用。 PLC的性能特點硬件的可靠性PLC是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應(yīng)用而設(shè)計的，一個設(shè)計良好的PLC能置于有很強的電噪聲、電磁干擾、機械振動、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。在硬件設(shè)計方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡化安裝，使它易于抗振動沖擊，對印制電路板的設(shè)計、加工及焊接都采取了極為嚴格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨特的方式。例如，在輸入/輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，用提高了抗干擾性能；各個I/O端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進行在線插拔、調(diào)試時不會影響各機的正常運行。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入/輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開關(guān)、光電開關(guān)、電磁電機等外圍裝置上。編程簡單，使用方便用微機實現(xiàn)自動控制，常使用匯編語言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。例如，目前打多數(shù)PLC均采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又顧及了大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習慣及應(yīng)用微機的水平很容易被電氣技術(shù)人員所接受，易于編程，程序改變時也容易修改，很靈活方便。接線簡單，通用性好PLC的接線只需將輸入信號的設(shè)備（按鈕、開關(guān)等）與PLC輸入端子連接，將接受輸出信號執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與PLC輸出端子連接。接線簡單、工作最少，省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩。PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線網(wǎng)絡(luò)” ，這樣生產(chǎn)線的自動化過程就能隨意改變。這種性能使PLC具有很高的經(jīng)濟效益。用于連接現(xiàn)場設(shè)備的硬件接口實際上是PLC的組成部分，模塊化的自診斷接口電路能指出故障，并易于排除故障與替換故障部件，這樣的軟硬件設(shè)計就使現(xiàn)場電氣人員與技術(shù)人員易于使用。可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可分為兩類：一類是低速網(wǎng)絡(luò)，采用主從方式通信，傳輸速率從幾千波特到上萬波特，傳輸距離為500—2500m；另一類為高速網(wǎng)絡(luò)，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率為1M—10Mbps，傳輸距離為500—1000m，網(wǎng)上結(jié)點可達1024個。這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級連，網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和計算機，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。易于安裝，便于維護PLC安裝簡單而且功能有效，其相對小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方，在從繼電器系統(tǒng)改換到PLC系統(tǒng)的情況下，PLC小的模塊結(jié)構(gòu)使之能安裝在繼電器附近并將連線向已有接線端，其實改換很方便，只要將輸入/輸出設(shè)備連向接線端即可。在大型安裝中，長距離輸入/輸出站點安放在最優(yōu)地點。長距離站通過同軸電纜獲雙扭線連向CPU，這種配置大大減少了物料和勞力，長距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達安裝場地前由PLC制造商預(yù)先連好線，這一方法大大減少了電氣技術(shù)人員的現(xiàn)場安裝時間。從一開始，PLC便以易維護作為設(shè)計目標。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護時只需更換模塊級插入式部件，故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于編程設(shè)備可見輸入/輸出是ON還是OFF，還可寫編程指令來報告故障。PLC的這些及其他特性使之成為任何一個控制系統(tǒng)的有益部分。一旦安裝后，其作用立即顯現(xiàn)，其收益也馬上實現(xiàn)，向其他智能設(shè)備一樣,PLC的潛在優(yōu)點還取決于應(yīng)用時的創(chuàng)造性。 PLC的工作原理PLC具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。PLC則是采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而不斷的進行循環(huán)。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。一個掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個階段。所謂I/O刷新即對PLC的輸入進行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入PLC中存入內(nèi)部寄存器，同時將新的運算結(jié)果送到輸出端。這實際是將輸入、輸出的寄存器中的內(nèi)容進行一次更新，故稱為“I（輸入）/O(輸出) 刷新” 。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出端也會相應(yīng)的發(fā)生變化，或者說輸出對輸入產(chǎn)生了響應(yīng)。反之，若在本次I/O刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應(yīng)，而要到下一次掃描期間輸出才會產(chǎn)生響應(yīng)。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對輸入的響應(yīng)速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取決于這幾個因數(shù)：CPU執(zhí)行指令的速度、每條指令占用的時間、指令條數(shù)的多少，即程序的長短。對于慢速控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度常常不是主要的，故這種方式不但沒有壞處反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。因為干擾常是脈沖式的、短時的，而由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，常常要幾個掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起的誤動作將會大大減少，故增加了抗干擾能力。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計思路根據(jù)電梯的工作過程要求設(shè)計由PLC構(gòu)成的電梯控制裝置，本裝置以西門子S7200 PLC 為控制