【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信號(hào)會(huì)被記憶，同時(shí) 點(diǎn)亮相應(yīng)的 樓層 指示燈。外呼信號(hào)是指等在轎廂外的乘 客按下轎廂外 的上行或者下行 的樓層 指示按鈕。乘客的呼叫請(qǐng)求會(huì)顯示在 樓層 指示燈上，只有當(dāng)乘客到達(dá)所要去的樓層 之 后 才 會(huì) 自動(dòng) 消失數(shù)據(jù)。 （ 3）乘客上升和下降的呼叫請(qǐng)求 電梯 轎廂 的上行或者下行是根據(jù)乘客的呼叫請(qǐng)求而定的，通常 電梯 轎廂會(huì)滿足乘客先上后下的呼 叫請(qǐng)求。 在電梯上升的過(guò)程中， 電梯轎廂 只 能滿足向上乘客的呼叫請(qǐng)求，不能滿足先下乘客的呼叫請(qǐng)求，同理，在電梯 轎廂 下降的過(guò)程中， 電梯轎廂 只能滿足向下乘客的呼叫請(qǐng)求，不能滿足向上乘客的呼叫請(qǐng)求。 當(dāng)轎廂送完最遠(yuǎn) 樓層 的乘客后，才會(huì)反向再去響應(yīng) 其他 樓層向下 乘客的呼叫請(qǐng)求。 （ 4）轎廂的啟動(dòng)與停車(chē) 轎廂應(yīng)在啟動(dòng)之后才能開(kāi)始運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)故障等一系列問(wèn)題，所以應(yīng)該有手動(dòng)停車(chē)的功能。 （ 5）安全保護(hù) 電梯的安全保護(hù)很重要，這是為維修人員及乘客的安全所著想， 因此本設(shè)計(jì)中增加了啟動(dòng)按鈕、 故障按鈕 和停止按鈕 。 總之，電梯的控制 技術(shù) 是比較復(fù)雜的，最早我國(guó)是用繼電 器控制電梯，而隨著科技的發(fā)展，逐漸用可編程 邏輯 控制器來(lái)取代繼電器控制電梯 運(yùn)行 [7]。采用可編程 邏輯 控制器控制電梯 ， 使電梯更加穩(wěn)定可靠。 如圖 所設(shè)計(jì)的是四層電梯轎廂運(yùn)行組態(tài)圖，為了滿足乘客的方便，安裝了樓層指示燈 ： 按鈕 按鈕 按鈕 按鈕 4 表示的是樓層號(hào)。在轎廂 外等候的乘客可以按下按鈕上或者按鈕下來(lái)呼叫電梯。電梯轎廂上升或者下降時(shí) ， 會(huì)對(duì)來(lái)自乘客的 各種呼沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 叫請(qǐng)求進(jìn)行 綜合地分析和處理，然后 來(lái)確定所要達(dá)到的樓層。因此， 電梯轎廂自身會(huì)選擇所要運(yùn)行的方向，而且同向的乘客可以一起乘坐，到達(dá)每一樓層都會(huì)顯示該樓層號(hào) ，到達(dá)后會(huì)自動(dòng)消號(hào)，只顯示停在該樓層的 樓層 號(hào)。電梯到達(dá)乘客所要達(dá)到的樓層后會(huì)自動(dòng) 停止運(yùn)行（電梯轎廂開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén) 定時(shí)為 2 秒）。 圖 四層電梯 過(guò)程工藝圖 假設(shè)電梯轎廂 停 在最底層，當(dāng)有轎廂 外的乘客有呼叫請(qǐng)求時(shí)，電梯轎廂會(huì)響應(yīng) 該樓層乘客的呼叫請(qǐng)求，到達(dá) 該樓層 后，電梯轎廂 會(huì) 自動(dòng)停止 運(yùn)行 并開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)（定時(shí)為 2秒）。在電梯 轎廂 上升的過(guò)程中，只能滿足向上乘客的呼叫請(qǐng)求，不能滿足先下乘客的呼叫請(qǐng)求，同理，在電梯 轎廂 下降的過(guò)程中，只能滿足向下乘客的呼叫請(qǐng)求，不能滿足向上乘客的呼叫請(qǐng)求。假如在電梯 轎廂運(yùn)行的過(guò)程中 ， 電梯轎 廂運(yùn)行反方 前方?jīng)]有其他乘客的呼叫請(qǐng)求 信號(hào)時(shí) ，那么 電梯轎廂此時(shí)會(huì)響應(yīng) 該 樓層乘客的 呼叫請(qǐng)求 信號(hào) 。 硬件連接 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)所采用的是歐姆龍 CPM1A 系列型號(hào)的 PLC，該系列型號(hào)的 PLC 主機(jī)上只有 20 輸入和輸出，分別為 12 點(diǎn)輸入和 8 點(diǎn)輸出。因此還需要用到相應(yīng)的擴(kuò)展模塊上的輸入和輸出點(diǎn)。 該設(shè)計(jì) 主要 采用上位機(jī)和下位機(jī)組成自動(dòng)控制環(huán)節(jié)。上位機(jī) 主要是 負(fù)責(zé)對(duì)該控制系沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 統(tǒng)的工作運(yùn)行的狀況進(jìn)行監(jiān)視，下位機(jī)能直接控制電梯轎廂的工作運(yùn)行，其中上位機(jī)與PLC 之間的 通信是通過(guò) COM 端口用 RS232 相連接的 [8]。首先 要 將 PLC 接入 220V 的交流電源上，然后 再 將啟動(dòng)、停止各個(gè)開(kāi)關(guān)通過(guò) 24V 直流電源連接到 PLC 的輸入端口上（系統(tǒng)硬件接線圖見(jiàn)圖 所示）。 圖 PLC 硬件連線圖 器件選用 該設(shè)計(jì)采用兩級(jí)控制模式分別為工控機(jī)作為上位機(jī)， PLC 系統(tǒng)作為下位機(jī)。其中工控機(jī)作為監(jiān)控機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)使用， PLC 控制系統(tǒng)是該控制系統(tǒng)的核心。 1）上位機(jī) 工控機(jī)作為上位機(jī)，其功能主要是 用來(lái) 完成狀態(tài)的顯示、打印輸出、并且向 PLC傳遞各種分類(lèi)控制信號(hào)，同時(shí)進(jìn)行圖像處理等功能，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)該控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。 2）下位機(jī) 狀態(tài)的判別和輸出控制等工作是由 PLC 下位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下位機(jī)能直接控制電磁閥和繼電器，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)行元件的控制。本系統(tǒng)采用價(jià)格適中、可靠性高、維護(hù)方便且抗干擾能力強(qiáng)的可編程 邏輯 控制器歐姆龍 CPM1A 型 號(hào)系列的 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)四層電沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 梯 控制 工藝的控制要求的。電源、中央處理器和 I/O 元件是歐姆龍 PLC 必備的器件。歐姆龍 PLC 是一個(gè)嚴(yán)密高速的程序控制器，該編程軟件 不僅 易于用戶編程， 而且 其內(nèi)配有豐富的指令系統(tǒng)、豐富的特殊模塊和通信能力。該軟件也能滿足生產(chǎn)自動(dòng)化的多級(jí)要求。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用歐姆龍 CPMA1 型號(hào)的 PLC 是一種功 能完善且緊湊型的 PLC，其內(nèi)有大程序容量和存儲(chǔ)單位。另外 CPU 單元自帶 RS232C 接口，具有點(diǎn)到點(diǎn)接口、多點(diǎn)接口等通信協(xié)議 ， 能實(shí)現(xiàn)程序的傳遞，數(shù)據(jù)通信等功能。 歐姆龍 CPM1A 型系列 PLC 有 20 點(diǎn)輸入和輸出，分別為 12 點(diǎn)輸入和 8 點(diǎn)輸出，配有 CXProgrammer 軟件用于控制部分編程時(shí)使用。 3）通信方式 CPM1A CPU 支持點(diǎn)到點(diǎn)接口、多點(diǎn)接口。這些都是系統(tǒng)內(nèi)部通信的結(jié)構(gòu)模型，并且是異步、基于字符的協(xié)議。其中的點(diǎn)到點(diǎn)通信方式是非常簡(jiǎn)單方便的通信協(xié)議，用一根 RS232C 數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的傳送，不用 再另外再配置模塊和軟件。因此，本系統(tǒng)選擇點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式，簡(jiǎn)單而且能滿足通信的要求。歐姆龍 CPM1A 型號(hào)的 PLC上配有 RS232C 的通信接口，所以在不增加其他硬件的情況下，可以很方便地將計(jì)算機(jī)和歐姆龍 PLC 互聯(lián)。 通過(guò) RS232 使上位機(jī)和下位機(jī)連接構(gòu)成 HOST LINK 協(xié)議進(jìn)行通信 [9]。 RS232 是歐姆龍 PLC 最通用的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)，并且是點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式，只能連接兩個(gè)通訊設(shè)備。當(dāng)波特率為 19200 時(shí)，最大距離為 75 米，當(dāng)波特率為 9600 時(shí)，最大距離為900 米。計(jì)算機(jī)的串口是標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 接口 [10]。使用 RS232 轉(zhuǎn)換器能減少一個(gè) RS422串行接口板。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 2 控制系統(tǒng) PLC 軟件設(shè)計(jì) PLC 是通過(guò)程序?qū)ο到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的。因此在一定程度上能反映出該種機(jī)型其指令系統(tǒng)控制功能的強(qiáng)弱。本設(shè)計(jì)采用歐姆龍 CPM1A 系列的 PLC，雖然該系列 PLC 屬于小機(jī)型，但卻有非常豐富的指令系統(tǒng) [11]。 CPM1A 系列 PLC 的 基本指令 14 種 ，應(yīng)用指令有 79 種、 139 種 。 梯形圖、語(yǔ)句表、邏輯功能圖、邏輯方程式等都是 PLC 中常見(jiàn)的編程語(yǔ)言，而最常用的就是梯形圖。歐姆龍 CPM1A 型號(hào)的 PLC 采用的是梯形圖編程語(yǔ)言，該語(yǔ)言不僅簡(jiǎn)單容易掌握，而且也很直觀的可以看到程序的執(zhí)行結(jié)果。梯形圖語(yǔ)言邏輯性比 C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言都強(qiáng)，而且指令簡(jiǎn)單易懂，讓人很容易記住。 歐姆龍 PLC 控制程序用 CXProgrammer 編程軟件開(kāi)發(fā)。 CXProgrammer 是歐姆龍公司 PLC 的軟件編程﹑調(diào)試的工具程序，其運(yùn)行在 Windows 操作系統(tǒng)下，具有非常豐富、簡(jiǎn)捷的操作環(huán)境和強(qiáng)大的編程、調(diào)試功能 [12]?？蓪?shí) 現(xiàn)梯形圖的編程、監(jiān)視和控制以及隨時(shí)更改程序等功能，可以進(jìn)行大量程序的編寫(xiě)工作 。 CXProgrammer 編程軟件支持模塊化設(shè)計(jì)，可以通過(guò) RS232C 將編寫(xiě)好的程序傳送到 PLC 上來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng) 的設(shè)備。電梯控制程序正常工作時(shí)程序存放在存儲(chǔ)卡中， 假如要修改原程序，需要先將 PLC 設(shè)定在停止的狀態(tài)下，上位機(jī)與下位機(jī)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 進(jìn)行串口通信的， 運(yùn)行CXProgrammer 編程軟件，打開(kāi)電梯控制程序，即可在線調(diào)試，也可以用編程器對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。 本設(shè)計(jì)采用歐姆龍 CPM1A 系列 PLC，其主要功能有豐富的指令系統(tǒng)、模擬設(shè)定電位器功能、輸入時(shí)間常數(shù)設(shè)定功能、高速計(jì)數(shù)器功能、外部輸入中斷功能、脈沖輸出功能等等。 CPM1A 系列 PLC 的主機(jī)按 I/O 點(diǎn)數(shù)分有 10 點(diǎn)， 20 點(diǎn)， 30 點(diǎn)， 40 點(diǎn)四種；按使用電源類(lèi)型分，有 AC 型和 DC 型兩種；按輸出方式分，有繼電器輸出型和晶體管輸出型兩種 [13] [14]。 系統(tǒng)流程圖 電梯 的智能化控制，分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式。 在自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)系統(tǒng)通電后，轎廂 得電，當(dāng)按下按鈕后，轎廂 會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟 運(yùn)行 。 在系 統(tǒng)有特殊要求時(shí)。只要系統(tǒng)處于得電狀態(tài)，就能手動(dòng)的控制轎廂的運(yùn)行、停止、報(bào)警等 ，既節(jié)能又方便。流程圖見(jiàn) 所示。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 流程圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 系統(tǒng) I/O 地址分配 本 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)需使用 14 個(gè)輸入點(diǎn)， 12 個(gè)輸出點(diǎn)來(lái)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行輸出指示。具體分配表見(jiàn)表 表 系統(tǒng)輸入 /輸出 I/O 地址分配表 輸入 功能 輸出 功能 00000 開(kāi)始按鈕 01000 開(kāi)始燈 00001 啟動(dòng)按鈕 01001 啟動(dòng)燈 00002 一樓上按鈕 01002 轎廂上升燈 00003 二樓上按鈕 01003 轎廂下降燈 00004 三樓上按鈕 01004 電梯一層燈 00005 四樓下按鈕 01005 電梯二層燈 00006 三樓下按鈕 01006 電梯三層燈 00007 二樓下按鈕 01007 電梯四層燈 00008 轎廂內(nèi)按下一樓 01102 開(kāi)門(mén) 00009 轎廂內(nèi)按下二樓 01103 關(guān)門(mén) 00010 轎廂內(nèi)按下三樓 01100 故障燈 00011 轎廂內(nèi)按下四樓 01101 停止燈 00012 故障 00013 停止 系 統(tǒng)程序的具體分析 PLC 的基本工作如下 : （ 1） 輸入現(xiàn)場(chǎng)信息 :在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài) 。 （ 2） 執(zhí)行程序 :順次掃描用戶程序中的 指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算 。 （ 3） 輸出控制信號(hào) :根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所要求的邏輯控制功能。 PLC 的掃描周期通常為幾十毫秒。 歐姆龍 PLC 采用循環(huán)掃描的的工作方式，這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按 照 用戶程序 來(lái) 進(jìn)行運(yùn)算 和 處理，然后 依次 向各輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)， 而且在 任一時(shí)刻 它只能執(zhí)行一條指令，這就是說(shuō) PLC 是以 ―串行 ‖方式沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 工作的，它能 非常 有效地避免繼電接觸器控制系統(tǒng)中 所容 易出現(xiàn)的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配等 問(wèn)題。 PLC 執(zhí)行用戶程序 時(shí) 是從梯形圖 的 左母線開(kāi)始由上至下， 然后 由左向右逐個(gè)掃描 各個(gè) 梯級(jí)的每個(gè)元素，進(jìn)行運(yùn)算，此時(shí) CPU 只是與映象區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，讀取輸入數(shù)據(jù)，送出輸出信號(hào)。當(dāng) CPU 執(zhí)行到 END 指令時(shí)，表示程序段結(jié)束，則此次掃描用戶程序結(jié)束。 （ 1） 開(kāi)始啟動(dòng)過(guò)程 若 常開(kāi)觸點(diǎn) 導(dǎo)通， 表示開(kāi)始啟動(dòng)， 則內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通 后 ，并一直保持 著 該狀態(tài) ，表示系統(tǒng)啟動(dòng)，同時(shí)輸出 線圈 導(dǎo)通，表示 該 系統(tǒng)開(kāi)始 運(yùn)行 。 若 常開(kāi)觸點(diǎn) 導(dǎo)通后輸入 觸點(diǎn) 導(dǎo)通，則內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通后并一直保持 著 該狀態(tài) ，表示用戶按下按鈕成功 ，同時(shí)輸出 線圈 導(dǎo)通，表示用戶按下按鈕 成功，能夠啟動(dòng) 該系統(tǒng) 。 用戶成功按下按鈕 后，若 常閉觸點(diǎn) 導(dǎo)通，則內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通并一直保持 著 該狀態(tài) ，表示系統(tǒng)啟動(dòng)，所有的自保持點(diǎn)只有在故障，停止，復(fù)位及設(shè)備上電時(shí)（ F_Fist_Cycle 導(dǎo)通）復(fù)位。 （ 2） 一樓上升 若啟動(dòng)標(biāo)志為 1，若常開(kāi)觸點(diǎn) 導(dǎo)通，則內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通后并一直保持著該狀態(tài) ，在導(dǎo)通的上升沿，內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通并一直保持著該導(dǎo)通狀態(tài) ，表示一樓上升按鈕按下。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 （ 3） 二樓上升 若啟動(dòng)標(biāo)志為 1，若常開(kāi)觸點(diǎn) 導(dǎo)通，則內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通并一直保持著導(dǎo)通的狀態(tài) ，在導(dǎo)通的上升沿，內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通并一直 保持 著導(dǎo)通的狀態(tài) ，表示二樓上升按鈕按下。 （ 4） 二樓下降 若啟動(dòng)標(biāo)志為 1，若常開(kāi)觸點(diǎn) 導(dǎo)通，則內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通一直保持著導(dǎo)通的狀態(tài) ，在導(dǎo)通的上升沿，內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通并保持著導(dǎo)通的 狀態(tài) ，表示二樓下降升按鈕按下。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 （ 5） 電梯上升下降判斷 若一樓 乘客有 上升按鈕按下，或者二樓 有 乘客 上升按鈕按下，或者三樓 有 乘客 上升按鈕按下，則內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通，表示有乘客按下上升按鈕 。 若四樓有乘客按下下降按鈕，或者三樓有乘客按下下降按鈕 ，或者二樓 有乘客按下下降按鈕 ，則內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通，表示有乘客按下下降按鈕 。 若有上升按鈕按下，內(nèi)部繼電器 線圈 導(dǎo)通，并保持著導(dǎo)通的狀態(tài)，表示電梯 上升開(kāi)始。 沈陽(yáng)