【導(dǎo)讀】方式即繼電器控制、PLC控制和微機(jī)控制。其中繼電器控制系統(tǒng)具有故障率高、可靠。性差、接線復(fù)雜、通用性差等缺點(diǎn)。梯信號的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運(yùn)行功能?？亍⑼ㄓ嵉葟?fù)雜電梯控制功能更具優(yōu)越性，然而微機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾能力弱。本設(shè)計(jì)首先對電梯系統(tǒng)、PLC以及變頻器作了比較全面的總結(jié)和介紹。定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由PLC來實(shí)現(xiàn)電梯信號控制，由雙速電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。完成了電機(jī)、PLC以及變頻器的選型。最后是系統(tǒng)軟硬件開發(fā)以及PLC程序在測試。及調(diào)試時應(yīng)做的工作。

　　

【正文】 一、 編程器件 考慮到本次設(shè)計(jì)的電梯系統(tǒng)有 五 層，且開關(guān)量居多，模擬量較少 ， 對于開關(guān)量控制為主的系統(tǒng)而言，一般 PLC 的響應(yīng)速度足以滿足控制的要求 。 在小型 PLC 中整體式比模塊式的價格便宜，體積也小， 綜合考慮后，系統(tǒng)選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的NFX2 系列 PLC。 NFX2 是 FX 系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型可編程序控制器。它的基本指令執(zhí)行時間高達(dá) s， 每條指令遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 過了很多大 15 型可編程序控制 器。 用戶存儲器容量可擴(kuò)展到 16K 步，有 5 種模擬量輸入 /輸出模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、 4 種位置控制模塊、多種 RS232C/RS242/RS485 串行通信模塊或功能擴(kuò)展板，以及模擬定時器功能擴(kuò)展板，使用特殊功能模塊和功能擴(kuò)展板，可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 NFX2 系 列 PLC 具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：配置靈活，除主機(jī)單元外，還 有 可擴(kuò)展 I/O 模塊， A/D 模塊， D/A 模塊和其它特殊功能模塊； 指令功能豐富，有各種指令107 條，且指令執(zhí)行速度快 ；其 編程可用編程器，也可以在 PC 機(jī)上使用三菱公司的專用編程軟件包 MELSE MEDOC 來進(jìn)行 ； 編程語言可用梯形圖或指令表 ， 尤其是可用 PC 機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行 實(shí)時 監(jiān)控。 二、 NFX2 系列產(chǎn)品的一些編程元件及其功能。 （一）輸入繼電器 （ X） PLC 的輸入端子是從外部開關(guān)接 收 信號的窗口， PLC 內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器 X 是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號與接線端子編號一致（按八進(jìn)制輸入），線圈的吸合或釋放只取決于 PLC 外部觸 點(diǎn)的狀態(tài)。內(nèi)部有常開 /常閉兩種觸點(diǎn)供編程時隨時使用，且使用次數(shù)不限。輸入電路的時間常數(shù)一般小于 10ms。各基本單元都是八進(jìn)制輸入的地址，輸入為 X000 ～ X007， X010 ～ X017， X020 ～X027 ， 它們一般位于機(jī)器的上端。 （二）輸出繼電器（ Y） PLC 的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號的窗口。輸出繼電器的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點(diǎn)接到 PLC 的輸出端子上供外部負(fù)載使用，其余常開 /常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的電子常開 /常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限 ， 輸出電路的時間常數(shù)是固定的 ， 各基本單元都是八進(jìn)制輸出，輸出為 Y000 ～ Y00 Y010～Y01 Y020～ Y027， 它們一般位于機(jī)器的下端。 （三）輔助繼電器（ M） PLC 內(nèi)有很多的輔助繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由 PLC 內(nèi)各元件的觸點(diǎn)驅(qū)動。輔助繼電器也稱中間繼電器，只供內(nèi)部編程使用。它的電子常開 /常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不受限制。但是，這些觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動必須通 過輸出繼電器來實(shí)現(xiàn)。在 NFX2 中普遍采用 M000～ M499，共 500 點(diǎn)輔助繼電器，其 16 地址號按十進(jìn)制編號。輔 助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等，在這里就不一一介紹了。 （四）定時器（ T） 在 PLC 內(nèi)的定時器是根據(jù)時鐘脈沖的累積形式 工作的 ，當(dāng)所計(jì)時間達(dá)到設(shè)定值時，其輸出觸點(diǎn)動作，時鐘脈沖有 1ms、 10ms、 100ms。定時器可以用用戶程序存儲器內(nèi)的常數(shù) K 作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（ D）的內(nèi)容作為設(shè)定值。在后一種情況下，一般使用有掉電保護(hù)功能的數(shù)據(jù)寄存器。即使如此，若備用電池電壓降低時，定時器或計(jì)數(shù)器往往會發(fā)生誤動作。 每個定時器只有一個輸入，它與常規(guī)定時器一樣，線圈通電時開始 計(jì)時 ， 斷電時自動復(fù)位，不保存中間數(shù)值。定時器有兩個數(shù)據(jù)寄存器，一個為設(shè)定值寄存器，另一個是現(xiàn)時值寄存器，編程時由用戶設(shè)定累積值。 （五）計(jì)數(shù)器（ C） NFX2 中的 16 位計(jì)數(shù)器是 16 位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它是在計(jì)數(shù)信號的上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，它有兩個輸入，一個用于復(fù)位，一個用于計(jì)數(shù)。每一個計(jì)數(shù)脈沖上升沿使原來的數(shù)值減 1，當(dāng)現(xiàn)時值減到零時停止計(jì)數(shù)，同時觸點(diǎn)閉合。直到復(fù)位控制信號的上升沿輸入時，觸點(diǎn)才斷開，設(shè)定值又寫入，再進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。其設(shè)定值在 K1～ K32767范圍內(nèi)有效。設(shè)定值 K0 與 K1 含義相同，即在第一次計(jì)數(shù)時，其輸出觸點(diǎn)就動作。通用計(jì)數(shù)器的通道號： C00 ～ C99，共 100 點(diǎn)。保持用計(jì)數(shù)器的通道號： C100～ C199，共 100 點(diǎn)。通用與掉電保持用的計(jì)數(shù)器點(diǎn)數(shù)分配，可由參數(shù)設(shè)置而隨意更改。 （六）數(shù)據(jù)寄存器 數(shù)據(jù)寄存器是計(jì)算機(jī)必不可少的元件，用于存放各種數(shù)據(jù)。 NFX2 中每一個數(shù)據(jù)寄存器都是 16bit（最高位為正、負(fù)符號位），也可用兩個數(shù)據(jù)寄存器合并起來存儲 32 bit 數(shù)據(jù)（最高位為正、負(fù)符號位）。 通用數(shù)據(jù)寄存器 D 通道分配 D000～ D199，共 200 點(diǎn)。只要不寫入其他數(shù)據(jù)，已寫入的數(shù)據(jù)不會變化。但是，由 RUN→ STOP 時， 全部數(shù)據(jù)均清零（若特殊輔助繼電器 M8033 已被驅(qū)動，則數(shù)據(jù)不被清零）。 停電保持用寄存器 通道分配 D200～ D511，共 312 點(diǎn)，或 D200～ D999，共 800 點(diǎn)（由機(jī)器的具體 17 型號定） ， 基本上同通用數(shù)據(jù)寄存器。除非改寫，否則原有數(shù)據(jù)不會丟失，不論電源接通與否 、 PLC 運(yùn)行與否，其內(nèi)容也不變化。然而在 兩 臺 PLC 作點(diǎn)對的 通信時， D490～D509 被用作通信操作。 文件寄存器 通道分配 D1000～ D2999，共 2020 點(diǎn)。文件寄存器是在用戶程序存儲器（ RAM、EEPROM、 EPROM）內(nèi)的一個存儲區(qū)，以 500 點(diǎn)為一個單位，最多可在參數(shù)設(shè)置時到 2020 點(diǎn)。用外部設(shè)備口進(jìn)行寫入操作 ， 在 PLC 運(yùn)行時，可用 BMOV 指令讀到通用數(shù)據(jù)寄存器中，但是不能用指令將數(shù)據(jù)寫入文件寄存器 。 用 BMOV將數(shù)據(jù)寫入 RAM后，再從 RAM 中讀出。將數(shù)據(jù)寫入 EEPROM 盒時，需要花費(fèi)一定的時間，務(wù)必請注意。 RAM 文件寄存器 通道分配 D6000～ D7999，共 2020 點(diǎn)。驅(qū)動特殊輔助繼電器 M8074，由于采用掃描被禁止，上述的數(shù)據(jù)寄存器可作為文件寄存器處理，用 BMOV 指令傳送數(shù)據(jù)（寫入或讀出）。 三、 NFX2 系列的基本邏輯指令 基本邏輯指令是 PLC 中最基本的編程語言，掌握了它也就初步掌握了 PLC 的使用方法 。 PLC 指令的組成有操作碼和操作數(shù)，操作碼用助記符表示，用來表明要執(zhí)行的功能；操作數(shù)是用來表示操作的對象，操作數(shù)一般是由標(biāo)識符和參數(shù)組成，標(biāo)識符表示操作數(shù)的類別，參數(shù)表明操作數(shù)的地址或設(shè)定一個預(yù)制值。 各種型號 PLC 的基本邏輯指令都大同小異，現(xiàn)在我們針對 NFX2 系列，逐條學(xué)習(xí)其指令的功能和使用方法。 （一）輸入輸出指令（ LD/LDI/OUT） LD 與 LDI 指令用于與母線相連的接點(diǎn)，此外還可用于分支電路的起點(diǎn)。 OUT 指令是線圈的驅(qū)動指令 ， 可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)寄存器等，但不能用于輸入繼電器。輸出指令用于并行輸出 ， 能連續(xù)使用多次。 （二）觸點(diǎn)串連指令（ AND/ANDI）、并聯(lián)指令（ OR/ORI） AND、 ANDI 指令 用于一個觸點(diǎn)的串聯(lián)，但串聯(lián)觸點(diǎn)的數(shù)量不限，這兩個指令可連續(xù)使用。 OR、 ORI 是用于一個 觸點(diǎn)的并聯(lián)連接指令。 （三）電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（ ORB、 ANB） 18 含有兩個以上觸點(diǎn)串聯(lián)連接的電路稱為“串聯(lián)連接塊 ”， 串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時，支路的起點(diǎn)以 LD 或 LDNOT 指令開始，而支路的終點(diǎn)要用 ORB 指令。 ORB 指令是一種獨(dú)立指令，其后不帶操作元件號，因此， ORB 指令不表示觸點(diǎn)，可以看成電路塊之間的一段連接線。如需要將多個電路塊并聯(lián)連接，應(yīng)在每個并聯(lián)電路塊之后使用一個 ORB 指令，用這種方法編程時并聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制 ， 也可將所有要并聯(lián)的電路塊依次寫出，然后在這些電路塊的末尾集中寫出 ORB 的指令，但 這時 ORB 指令最多使用 7 次。 將分支電路（并聯(lián)電路塊）與前面的電路串聯(lián)連接時使用 ANB 指令，各并聯(lián)電路塊的起點(diǎn)，使用 LD 或 LDNOT 指令 。 與 ORB 指令一樣， ANB 指令也不帶操作元件，如需要將多個電路塊串聯(lián)連接，應(yīng)在每個串聯(lián)電路塊之后使用一個 ANB 指令，用這種方法編程時串聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制，若集中使用 ANB 指令，最多使用 7次。 （四）程序結(jié)束指令（ END） 在程序結(jié)束處寫上 END 指令， PLC 只執(zhí)行第一步至 END 之間的程序，并立即輸出處理。若不寫 END 指令， PLC 將以用戶貯 存 器的第一步執(zhí)行到最 后一步，因此，使用 END 指令可縮短掃描周期。另外 ， 在調(diào)試程序時，可以將 END 指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動作，確認(rèn)無誤后，再依次刪去插入的 END 指令。 四 、 梯形圖的設(shè)計(jì)與編程方法 （一）確定各元件的編號，分配 I/O 地址 利用梯形圖編程，首先必須確定所使用的編程元件編號， PLC 是按編號來區(qū)別操作元件的 。 我們選用 三菱 2NFX 型號的 PLC，使用時一定要明確每個元件在同一時刻決不能擔(dān)任幾個角色。一般講，配置好的 PLC，其輸入點(diǎn)數(shù)與控制對象的輸入信號數(shù)總是相應(yīng)的，輸出點(diǎn)數(shù)與輸出的控制回路數(shù)也是相應(yīng)的（如果有模擬量，則模擬量的路數(shù)與實(shí)際的也要相當(dāng)），故 I/O 的分配實(shí)際上是把 PLC 的 輸 入、 輸 出點(diǎn)號分給實(shí)際的 I/O 電路，編程時按點(diǎn)號建立邏輯或控制關(guān)系，接線時按點(diǎn)號“對號入坐”進(jìn)行接線。 （二） PLC 程序設(shè)計(jì)的步驟 （其流程如圖 3– 2 所示） 對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件，對于簡單的控制系統(tǒng)也可省去這一步。 19 根據(jù)流程圖，將整個控制系統(tǒng)分成若干個基本功能塊，然后逐個設(shè)計(jì)基本功能塊的梯形圖，最后，把各個梯形圖按順序組 合起來。 根據(jù)梯形圖編制程序清單（語句表）。 用編程器將程序鍵入到 PLC 的 用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否 正 確。 對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。 待控制臺及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。如不滿足要求，再回去修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。 編制技術(shù)文件。 交付使用。 圖 3–2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 （三）梯形圖的注意事項(xiàng) 每個繼電器的線圈和它的觸點(diǎn)均用同一編號，每個元件的觸點(diǎn)使用時沒有數(shù)量限制。 梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊 。 20 線圈不能直接接在左邊母線上。 在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應(yīng)盡量避免。 在梯形圖中 沒有真實(shí)的電流流動，為了便于分析 PLC 的周 期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有“電流”流動，這個“電流”只能在梯形圖中單方向流動即從左向右流動，層次的改變只能從上向下。 觸點(diǎn)組與單個觸點(diǎn)相并聯(lián)時，應(yīng)將單個觸點(diǎn)放在下面。 梯形圖必須按照從左到右、從上到下的順序編寫，不允許在兩行之間垂直連接觸點(diǎn)。 21 第 四 章 變頻器的概況 第 一 節(jié) 變頻 器的構(gòu)成與分類 一、 變頻器 的基本構(gòu)成 把 50Hz的工頻交流電經(jīng)過處理后輸出頻率可調(diào)的交流電的電氣裝置叫變頻器。它由整流電路、濾波電路、再生制動電路、逆變電路和控制電路組成 ， 其在 PLC控制型電梯中的接線如圖 4– 1所示。 圖 4– 1 PLC 控制型電梯框圖 通用變頻器的基本構(gòu)成主要由主電路 (包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器 )和控制電路組成。 整流器 ， 電網(wǎng)側(cè)的變流器是整流器，它的作用是把三相 (也可以是單相 )交流電整流成直流電。 逆變器 ， 負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器 ， 最常 見的結(jié)構(gòu)形式是利用六個半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成三相橋式逆變電路。只要有規(guī)律地控制逆變器中主開關(guān)器件的通與斷， 22 就可以得到任意頻率的三相交流電輸出。 中間直流環(huán)節(jié) ， 由于逆變器的負(fù)載為異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載 ， 無論電動機(jī)處于電動狀態(tài)或是發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會為 1， 因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能組件(電容器或電抗器 )來緩沖 ， 所以又稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。 控制電路 ， 控制電路常由運(yùn)算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成 。 其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等。控制方法可以采用模擬控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前己經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，盡可能簡化硬件電路，主要依靠軟件來完成各種功能。 二 、 變頻器的分類 按變換的環(huán)節(jié)分類 ：