【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 降，并在指定層站上維持靜止?fàn)顟B(tài)，以供人員和貨物出入。轎廂是運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，配重用來(lái)平衡轎廂載荷、減少發(fā)動(dòng)機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來(lái)補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動(dòng)中的張力和重量變化，使曳引電動(dòng)機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確?？?。電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)動(dòng)的控制，同時(shí)完成選層、平層、報(bào)警工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時(shí)顯示轎廂的運(yùn)動(dòng)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(xué)目前，電梯行業(yè)在我國(guó)迅速的發(fā)展，在一定程度上占有很大的市場(chǎng)。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(jī)控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)。而在今天選擇控制電梯運(yùn)動(dòng)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(fù)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(jī)系統(tǒng)換速，由于效率低，調(diào)速性能指標(biāo)較差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行質(zhì)量，目前已逐漸被淘汰。微機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗干擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)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(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng),設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)算機(jī)控制相比較：個(gè)人計(jì)算機(jī)有很強(qiáng)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(dòng)化和家庭設(shè)計(jì)的，對(duì)環(huán)境要求很高，抗干擾能力不強(qiáng)，一般不適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用。單片機(jī)只是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號(hào)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(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大，要求設(shè)計(jì)者具有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱工控機(jī)）也是為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，目前比較流行的是PC總線工控機(jī)，它與個(gè)人計(jì)算機(jī)兼容。工控機(jī)一般是在通用微機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，因此在要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域均占有優(yōu)勢(shì)。工控機(jī)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(jì)算機(jī)用于控制的程序一般都是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，可編程控制器不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來(lái)滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，摒棄了常用的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的表達(dá)方式，獨(dú)具風(fēng)格的形成了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語(yǔ)言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編寫(xiě)清晰直觀、調(diào)試和查錯(cuò)都很容易進(jìn)行?？删幊炭刂破魇菍楣S現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)上采取整體密封或插件組合型，對(duì)印刷電路板、電源、機(jī)架、插座的制造和安裝，均采用了嚴(yán)密的措施。由于可編程控制器具有上述的各種優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有不可比擬的競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)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(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(yùn)行。在PLC中相比較，主要為西門子與三菱的競(jìng)爭(zhēng)。由于西門子編程的靈活性是三菱沒(méi)法比擬的，有很多功能西門子很容易實(shí)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(jì)電梯控制系統(tǒng)。 可編程控制器用于控制電梯的特點(diǎn)可靠性高所有的I/O輸入輸出信號(hào)均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)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(hào)處理,輸入接口內(nèi)有電平轉(zhuǎn)換及信號(hào)鎖存電路。（3）為了便于與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)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(kuò)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(shí)現(xiàn)電源模塊冗余、IO模塊冗余，使可靠性更進(jìn)一步提高。實(shí)時(shí)性強(qiáng)信號(hào)處理時(shí)間短，速度快。信號(hào)處理和程序運(yùn)行的速度快。能滿足各種型號(hào)電梯的控制目標(biāo)。編程方便PLC的設(shè)計(jì)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(yǔ)言,以及面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令。這種梯形圖語(yǔ)言繼承了傳統(tǒng)繼電器控制線路的表達(dá)式,又考慮到工業(yè)企業(yè)電氣技術(shù)人員的看圖習(xí)慣和微機(jī)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(jiǎn)單，維修方便可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)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(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短PLC完成一項(xiàng)控制工程中,由于其硬 軟件齊全,設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。由于用軟件編程取代了繼電器硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能,使得控制柜的設(shè)計(jì)及安裝接線工作量大為減少,縮短了施工周期。同時(shí),由于用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試好后，再將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào),因此大大縮短了設(shè)計(jì)和投入運(yùn)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(jì)流程的確定綜上所述，本設(shè)計(jì)就以PLC作為工具對(duì)升降電梯的各種操作進(jìn)行控制。對(duì)五層電梯的硬件部分作分析，看需要什么樣的開(kāi)關(guān)，電機(jī)，信號(hào)燈等。然后，估計(jì)一下I/O點(diǎn)數(shù)，這樣可以確定所選機(jī)型，再進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，寫(xiě)出梯形圖，利用力控組態(tài)軟件畫(huà)出電梯系統(tǒng)控制面板，最后是進(jìn)行調(diào)試，看看此程序是否可行。3 硬件及軟件的概述 PLC簡(jiǎn)介 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)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(chǔ)區(qū) 用戶程序存儲(chǔ)區(qū)電源圖 31 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器實(shí)際是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似?？删幊炭刂破髦饕蒀PU（中央處理單元） 、存儲(chǔ)器（RAM和EPROM） 、輸入/輸出模塊（簡(jiǎn)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(jī)處理器（CPU）和存儲(chǔ)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(chǎng)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)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(hào)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(yùn)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(fù)載。I/O模塊可編程控制器通過(guò)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(fù)載有指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)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(hào)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(hào)外，還具有電平轉(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用。開(kāi)關(guān)量模塊的輸入輸出信號(hào)僅有接通和斷開(kāi)兩種狀態(tài)。電壓等級(jí)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(diǎn)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(kāi)關(guān)量I/O模塊可能有4，8，16，32，64點(diǎn)。編程器編程器除了用來(lái)輸入和編輯程序外，還可以用來(lái)監(jiān)視可編程控制器運(yùn)行時(shí)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(lái)后可編程控制器也一樣可以運(yùn)行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時(shí)使用，一臺(tái)編程器可供多臺(tái)可編程控制器公用。 PLC的性能特點(diǎn)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(jì)的，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的PLC能置于有很強(qiáng)的電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。在硬件設(shè)計(jì)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(jiǎn)化安裝，使它易于抗振動(dòng)沖擊，對(duì)印制電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)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(dú)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(gè)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(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號(hào)；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線插拔、調(diào)試時(shí)不會(huì)影響各機(jī)的正常運(yùn)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(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、電磁電機(jī)等外圍裝置上。編程簡(jiǎn)單，使用方便用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，常使用匯編語(yǔ)言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。PLC采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌握。例如，目前打多數(shù)PLC均采用的梯形圖語(yǔ)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(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)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(shí)也容易修改，很靈活方便。接線簡(jiǎn)單，通用性好PLC的接線只需將輸入信號(hào)的設(shè)備（按鈕、開(kāi)關(guān)等）與PLC輸入端子連接，將接受輸出信號(hào)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(jiǎn)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(dòng)化過(guò)程就能隨意改變。這種性能使PLC具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬件接口實(shí)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(jì)就使現(xiàn)場(chǎng)電氣人員與技術(shù)人員易于使用?？蛇B接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)PLC可連成功能很強(qiáng)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(wàn)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(diǎn)可達(dá)1024個(gè)。這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級(jí)連，網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和計(jì)算機(jī)，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(hù)PLC安裝簡(jiǎn)單而且功能有效，其相對(duì)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(shí)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(zhǎng)距離輸入/輸出站點(diǎn)安放在最優(yōu)地點(diǎn)。長(zhǎng)距離站通過(guò)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(zhǎng)距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達(dá)安裝場(chǎng)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(chǎng)安裝時(shí)間。從一開(kāi)始，PLC便以易維護(hù)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護(hù)時(shí)只需更換模塊級(jí)插入式部件，故障檢測(cè)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(jiàn)輸入/輸出是ON還是OFF，還可寫(xiě)編程指令來(lái)報(bào)告故障。PLC的這些及其他特性使之成為任何一個(gè)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(shí)現(xiàn)，向其他智能設(shè)備一樣,PLC的潛在優(yōu)點(diǎn)還取決于應(yīng)用時(shí)的創(chuàng)造性。 PLC的工作原理PLC具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)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(kāi)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(jìn)行循環(huán)。每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個(gè)階段。所謂I/O刷新即對(duì)PLC的輸入進(jìn)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(shí)將新的運(yùn)算結(jié)果送到輸出端。這實(shí)際是將輸入、輸出的寄存器中的內(nèi)容進(jìn)行一次更新，故稱為“I（輸入）/O(輸出) 刷新” 。由此可見(jiàn)，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(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，或者說(shuō)輸出對(duì)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(huì)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(duì)輸入的響應(yīng)速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于這幾個(gè)因數(shù)：CPU執(zhí)行指令的速度、每條指令占用的時(shí)間、指令條數(shù)的多少，即程序的長(zhǎng)短。對(duì)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(méi)有壞處反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。因?yàn)楦蓴_常是脈沖式的、短時(shí)的，而由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，常常要幾個(gè)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(dòng)作將會(huì)大大減少，故增加了抗干擾能力。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路根據(jù)電梯的工作過(guò)程要求設(shè)計(jì)由PLC構(gòu)成的電梯控制裝置，本裝置以西門子S7200 PLC 為控制