【文章內(nèi)容簡介】 電梯進行改造，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 ，河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 7 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 行 改 造 ，以 節(jié) 約 資 金 。因 此 ，對 電 梯 控制 技 術(shù) 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(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 。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。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 （ 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。 平層時可自動開門、手動開門，夾人時自動開門。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 9 第 2 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(rèn)識 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 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)） 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 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 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)。 （ 6） 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 。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 11 （ 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。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 12 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 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 行 ?？?編 程 序控 制 器 工 作 時 的 掃 描 過 程 如 圖 21 所 示 ，包 括 五 個 階 段 ：內(nèi) 部 處 理 、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 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 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 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 ，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 X 0 0 1 Y0 0 1 Y0 0 1 M1 讀 讀 ① ② ③ ④ ⑤ 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 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。 （ 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 令河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 15 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(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)濟上