【導(dǎo)讀】是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容。外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有關(guān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本。務(wù)；可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以營(yíng)利為目的的前提下，可以公布非涉密畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容。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。本文在闡述電梯的結(jié)構(gòu)和可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，針對(duì)4層電梯，和自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)、電梯的指層控制等功能。

　　

【正文】 用環(huán)形地線。系統(tǒng)地端子 (LG)是抗干擾的中性端子，通常不需要接地，可是，當(dāng)電磁干擾比較嚴(yán)重時(shí)，這個(gè)端子需與接大地的端子 (GR)連接。 PLC 的輸入、輸出設(shè)備 輸入電路是 PLC 接受開(kāi)關(guān)量、模擬量等輸入信號(hào)的端口，其元器件質(zhì)量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。以開(kāi)關(guān)量輸入為例，按鈕、行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)接觸要保持在良好狀態(tài)，接線要牢固可靠。機(jī)械限位開(kāi)關(guān)是容易產(chǎn)生故障的元件，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開(kāi)關(guān)代替機(jī)械限位開(kāi)關(guān) 。此外，按鈕觸點(diǎn)的選擇也影響到系統(tǒng)的可靠性。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)盡量選用可靠性高的元器件，對(duì)于模擬量輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)，常用的有 4～ 20mA、 0～ 20mA 直流電流信號(hào)； 0～ 5V、 0～10V 直流電壓信號(hào)，電源為直流 24V。 對(duì)于開(kāi)關(guān)量輸出來(lái)說(shuō)， PLC 的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，具體選擇哪種形式的輸出應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求來(lái)決定，選擇不當(dāng)會(huì)使系統(tǒng)可靠性降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。此外， PLC 的輸出端子帶負(fù)載能力是有限的，如果超過(guò)了規(guī)定的最 大限值，必須外接繼電器或接觸器，才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質(zhì)量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。常見(jiàn)的故障有線圈短路、機(jī)械故障造成觸點(diǎn)不動(dòng)或接觸不良。這一方面可以通過(guò)選用高質(zhì)量的元器件來(lái)提高可靠性，另一方面，在對(duì)系統(tǒng)可靠性及智能化要求較高的場(chǎng)合，可以根據(jù)電路中電流異常的情況對(duì)輸出單元的一些重點(diǎn)部位進(jìn)行診斷，當(dāng)檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)按程序自動(dòng)轉(zhuǎn)入故障處理，從而提高系統(tǒng)工作的可靠性。若 PLC輸出端子接有感性元件，則應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以保護(hù) PLC 的輸出觸點(diǎn)。 為了防止或減少外部配線的干 擾，交流輸入、輸出信號(hào)與直流輸入、輸出應(yīng)分別使用北華航 天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 各自的電纜；對(duì)于集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號(hào)線、必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)懸空，而在控制側(cè)接地， 其處理方式如圖 25。 圖 25 屏蔽電纜的處理 軟件抗干擾措施 硬件抗干擾措施的目的是盡可能地切斷干擾進(jìn)入控制系統(tǒng)，但由于干擾存在的隨機(jī)性，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，硬件抗干擾措施并不能將各種干擾完全拒之門(mén)外，這時(shí)，可以發(fā)揮軟件的靈活性與硬件措施相結(jié)合來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 利用 “ 看門(mén)狗 ” 方法對(duì)系統(tǒng)的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控 PLC 內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來(lái)設(shè)計(jì)一些程序，可以屏蔽輸入元件的錯(cuò)誤信號(hào)，防止輸出元件的誤動(dòng)作。在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，可以利用 看門(mén)狗 方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各組成部分運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。如用 PLC 控制某一運(yùn)動(dòng)部件時(shí)，編程時(shí)可定義一個(gè)定時(shí)器作 “ 看門(mén)狗 ” 用，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。定時(shí)器的設(shè)定值，為運(yùn)動(dòng)部件所需要的最大可能時(shí)間。在發(fā)出該部件的動(dòng)作指令時(shí)，同時(shí)啟動(dòng) 看門(mén)狗 定時(shí)器。若運(yùn)動(dòng)部件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到指定位置，發(fā)出一個(gè)動(dòng)作完成信號(hào)，使定時(shí)器清零，說(shuō)明監(jiān)控對(duì)象工 作正常；否則，說(shuō)明監(jiān)控對(duì)象工作不正常，發(fā)出報(bào)警或停止工作信號(hào)。 消抖 在振動(dòng)環(huán)境中，行程開(kāi)關(guān)或按鈕常常會(huì)因?yàn)槎秳?dòng)而發(fā)出誤信號(hào)，一般的抖動(dòng)時(shí)間都比較短，針對(duì)抖動(dòng)時(shí)間短的特點(diǎn)，可用 PLC 內(nèi)部計(jì)時(shí)器經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)，得到消除抖動(dòng)后的可靠有效信號(hào)，從而達(dá)到抗干擾的目的。 用軟件數(shù)字濾波的方法提高輸入信號(hào)的信噪比 為了提高輸入信號(hào)的信噪比，常采用軟件數(shù)字濾波來(lái)提高有用信號(hào)真實(shí)性。對(duì)于有大幅度隨機(jī)干擾的系統(tǒng)，采用程序限幅法，即連續(xù)采樣五次，若某一次采樣值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它幾次采樣的幅值，那 么就舍去之。對(duì)于流量、壓力、液面、位移等參數(shù)，往往會(huì)在一定范圍內(nèi)頻繁波動(dòng)，則采用算術(shù)平均法。即用 n次采樣的平均值來(lái)代替當(dāng)前值。一般認(rèn)為：流量 n= 12，壓力 n=4 最合適。對(duì)于緩慢變化信號(hào)如溫度參數(shù)，可連續(xù)三次采樣，選取居中的采樣值作為有效信號(hào)。對(duì)于具有積北華航 天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 分器 A/D 轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)，采樣時(shí)間應(yīng)取工頻周期 (20ms)的整數(shù)倍。實(shí)踐證明其抑制工頻干擾能力超過(guò)單純積分器的效果。 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) PLC 當(dāng)初是針對(duì)工業(yè)順序控制發(fā)展而研制的。經(jīng)過(guò) 30幾年的迅速發(fā)展， PLC 已不僅能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制，而且還能進(jìn)行模擬 量控制，位置控制。特別是 PLC 的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得 PLC 如虎添翼，由單機(jī)控制向多機(jī)控制，由集中控制向多層次分布式控制系統(tǒng)發(fā)展?，F(xiàn)在 PLC 的足跡已遍布了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，形成了滿(mǎn)足各種需要的 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)。 今后 PLC 控制系統(tǒng)將朝什么方向發(fā)展呢？在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的今天，產(chǎn)品的發(fā)展取決于市場(chǎng)的需求。 PLC 的主要應(yīng)用領(lǐng)域是自動(dòng)化。不同的企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的要求，規(guī)模以及投資數(shù)額都不相同，存在著不同的層次需求。從我國(guó)目前正在開(kāi)展的以高新技術(shù)帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形式來(lái)看，我們不僅要大力發(fā)展適合于大，中型企業(yè)的高水準(zhǔn)的 PLC 網(wǎng)絡(luò)，而且也要發(fā)展合適小型企業(yè)該找的性能價(jià)格比高的小型 PLC 控制系統(tǒng)。所以今后 PLC 控制系統(tǒng)將朝著兩個(gè)方向發(fā)展：一是向小型化，微型化系統(tǒng)方向發(fā)展。作為控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備， PLC將朝著體積更小，速度更快，功能更強(qiáng)，價(jià)格更低的方向發(fā)展。二是向大型化，網(wǎng)絡(luò)化，多功能的方向發(fā)展。 (1)小型化、高性能、低成本、簡(jiǎn)單使用 。 近年來(lái)，小型 PLC 應(yīng)用十分普遍，超小型 PLC 的需求日趨增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)機(jī)床行業(yè)應(yīng)用超小型 PLC 幾乎占據(jù)了市場(chǎng)的 1/4，國(guó)外許多 PLC 廠家正在積極地研制開(kāi)發(fā)出各種超小型微型的 PLC。例如德國(guó)西門(mén) 子公司的 S7200 既可以單機(jī)運(yùn)行也可以聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。 S7200 的最小配置是 8 個(gè)數(shù)字量輸入和 6 個(gè)數(shù)字量輸出，還可以根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)展 2～ 7個(gè)模塊，最多可達(dá)到 128個(gè)輸入和 120輸出，此外 S7200 還可以進(jìn)行模擬量控制，是一種性能價(jià)格比較好的微型 PLC (2)大型化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能 。 多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)，組態(tài)也更為靈活方便，地域分布也廣，是當(dāng)前控制系統(tǒng)發(fā)展的主要潮流。為了適應(yīng)這種發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化，世界上各 PLC 生產(chǎn)廠家不斷地研制開(kāi)發(fā)功能更強(qiáng)的 PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種PLC 網(wǎng)絡(luò)一般是多級(jí)的，網(wǎng)絡(luò)的最底層是現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)，網(wǎng)絡(luò)的最上層為組織管理級(jí)。現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)可以由多個(gè) PLC 或遠(yuǎn)程 I/O 工作站所組成，中間一級(jí)由 PLC 或計(jì)算機(jī)構(gòu)成。最高一級(jí)一般由高性能的計(jì)算機(jī)組成。它們之間采用工業(yè)以太網(wǎng)， MAP 網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線相連構(gòu)成一個(gè)多級(jí)分布式 PLC。 (3)PLC 控制系統(tǒng)將與智能控制系統(tǒng)更進(jìn)一步地相互滲透和結(jié)合 。 目前， PLC 與計(jì)算機(jī)已成為地結(jié)合并廣泛應(yīng)用， PLC 不再是單獨(dú)的一個(gè)控制裝置，它成為控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分和環(huán)節(jié)。隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)北華航 天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 展，今后的 PLC 將更加注重它與智能控制系統(tǒng)的結(jié)合。許多 PLC 開(kāi)發(fā)商已經(jīng)注意到了 PLC的兼容性，不僅是 PLC 與 PLC 的兼容，而且還注意到 PLC 與計(jì)算機(jī)的兼容，使之可以充分地利用計(jì)算機(jī)現(xiàn)有的軟件資源。今后 PLC 將采用速度更快，功能更強(qiáng)的 CPU，容量更大的存儲(chǔ)器。并將更充分地利用計(jì)算機(jī)資源。 PLC 與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，集散控制系統(tǒng)，嵌入式計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)還將進(jìn)一步滲透與結(jié)合，這必將更進(jìn)一步拓寬 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域和空間。 (4)實(shí)現(xiàn)軟，硬件的標(biāo)準(zhǔn)化 。 長(zhǎng)期以來(lái)， PLC 走的是專(zhuān)門(mén)化的道路，使其在獲得成功的同時(shí)也帶來(lái)諸多的不便。例如各個(gè)公 司的 PLC 都有通信聯(lián)網(wǎng)的能力，但各個(gè)公司的 PLC 之間還無(wú)法通信聯(lián)網(wǎng)，因此制定 PLC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已是今后的發(fā)展趨勢(shì)。從 1978 年起國(guó)際電工委員會(huì) IEC 在其下設(shè) TC65的 SC65B 中轉(zhuǎn)設(shè) WGT工作組制定 PLC 的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 北華航 天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 第 3 章 PLC 的選型 輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 本系統(tǒng) 控制 四層電梯 ,采用集選控制方式。為了完成設(shè)定的控制任務(wù) ,主要根據(jù)電梯輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)確定 PLC 的機(jī)型。 根據(jù)電梯控制的要求， 電梯應(yīng)具有內(nèi)呼和 外呼按鈕、行程開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)門(mén)按鈕，以及相應(yīng)的指示燈， 估算所需 I/O 口的數(shù)量， 并 繪制 I/O 口分配表 ，見(jiàn) 表 31。 表 31 I/O口分配表 序號(hào) 名 稱(chēng) 輸入點(diǎn) 序號(hào) 名 稱(chēng) 輸出點(diǎn) 0 一層內(nèi)呼 0 一層內(nèi)呼指示 1 二層內(nèi)呼 1 二層內(nèi)呼指示 2 三層內(nèi)呼 2 三層內(nèi)呼指示 3 四層內(nèi)呼 3 四層內(nèi)呼指示 4 一層外呼上 4 一層外呼上指示 5 二層外呼下 5 二層外呼下指示 6 二層外呼上 6 二層外呼上指示 7 三層外呼下 7 三層外呼下指示 8 三層外呼上 8 三層外呼上指示 9 四層外呼下 9 四層外聽(tīng)下指示 10 開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān) 10 電梯上行 門(mén) 11 關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān) 11 電梯下行 門(mén) 12 一層平層 12 門(mén)電機(jī)開(kāi) 13 二層平層 13 門(mén)電機(jī)關(guān) 14 三層平層 14 電梯上行指示 15 四層平層 15 電梯下行指示 16 開(kāi)門(mén)限位 16 超重指示 17 關(guān)門(mén)限位 17 警報(bào) 器 18 電梯上升極限位 18 一層指示 19 電梯下降極限位 19 二層指示 20 超重 20 三層指示 21 警報(bào) 器 按鈕 21 四層指示 22 激光傳感器 22 北華航 天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21 機(jī)型 的 確定 主控制器 的選擇 目前比較多用的 PLC主要有西門(mén)子系列， OMRON 系列，三菱系列，松下系列等等，各類(lèi)型有缺點(diǎn)分別如下： OMRON系列 的 PLC程序 代號(hào)太繁瑣 ； PLC編程器結(jié)構(gòu)太大 (帶 24V變壓 ),像個(gè)箱子一樣 ,遠(yuǎn)沒(méi)有松下 ,KEYENCE 的小巧 ； 數(shù)據(jù)線因針孔相插的原因 ,容易損壞 ； OMRON PLC 實(shí)在是比較貴 ,除了一些重要的設(shè)備上使用外 ,真的不如用其它 PLC。 OMRON 一般只能使用在重型機(jī)械的控制及要求穩(wěn)點(diǎn)性能高的設(shè)備上 。 三菱 PLC 有自帶 24V變壓和外置 24V 變壓兩種 。 外置變壓的結(jié)構(gòu)與 KEYENCE 的較為相似 ,比較矮 ， 內(nèi)置變壓的比較高 。 三菱 PLC 性能比較穩(wěn)定 ,燒點(diǎn)的現(xiàn)象沒(méi)有 KEYENCE 那么嚴(yán)重 ， 但也 有發(fā)生 。 三菱 PLC 程序代號(hào)較為簡(jiǎn)單 (如 :輸入點(diǎn) 1 用 X1,輸出點(diǎn) 1用 Y1,內(nèi)部斷電器有 M1等 )成本方面較 OMRON， KEYENCE 便宜 . 松 下系列 老型號(hào)的 PLC 體積很小 ,輸入輸出的點(diǎn)都是積中在一起與 OMRON 的擴(kuò)展口有點(diǎn)相似 ， 新型號(hào)的在模仿 KEYENCE 及三菱等 PLC 的輸入輸出用一個(gè)一個(gè)的接線點(diǎn)表示 。 松下 PLC優(yōu)缺 點(diǎn) 并存 ,優(yōu)點(diǎn)在于體積小 ,價(jià)格低 ； 缺點(diǎn)在于 ,容易燒點(diǎn) ,這種 PLC 有時(shí) ,你接到設(shè) 備 上閑置一段時(shí)間都有可能燒點(diǎn) 。 西門(mén)子 PLC與之上各 PLC相比 ， 西門(mén)子 PLC 有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)配置簡(jiǎn)單。各種機(jī)型均可采用 相同配置，簡(jiǎn)化設(shè)備采購(gòu)和倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存管理。 (2)編程方便。用戶(hù)可根據(jù)不同機(jī)型的流程要求編制程序，程序調(diào)試和修改都非常簡(jiǎn)便，能根據(jù)客戶(hù)需求進(jìn)行變化；程序可采用密碼保護(hù)，保護(hù)自己的勞動(dòng)成果。而且 PLC采用的梯形圖語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，容易上手，不 像 單片機(jī)控制系統(tǒng)那樣復(fù)雜而且一旦定型不易修改，不能根據(jù)客戶(hù)需求變化。 (3)系統(tǒng)能非常方便地連接到 PC 機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或其他系統(tǒng)如樓宇自控系統(tǒng)中，根據(jù)應(yīng)用情況，有時(shí)可無(wú)須增加額外硬件就能實(shí)現(xiàn)；增加適當(dāng)硬件可連接到互聯(lián)網(wǎng)上。 (4)系統(tǒng)外觀高檔，控制靈活，精確度高；故障率極低，節(jié)省維護(hù)成 本。 綜上所述，在本次設(shè)計(jì)中選用西門(mén)子 PLC 進(jìn)行過(guò)程控制。 再結(jié)合學(xué)院的實(shí)驗(yàn)條件以及編程的可操作性和簡(jiǎn)易型 ， 選用 S7200CN 進(jìn)行編程和仿真調(diào)試。 S7200CNCPU 型號(hào) 包括CPU222CN， CPU224CN,CPU226CN 等 。 S7200CN 針對(duì)低性能要求的小型 PLC， 它能夠控制各種設(shè)備以滿(mǎn)足自動(dòng)化控制需求 ， 緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使 S7200 成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。 根據(jù)電梯控制的要求，需要 22個(gè)輸入 21 個(gè)輸出點(diǎn)，可選用 CPU224CN 作為主控制器。它 集成 14輸入 /10 輸出 ， 共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)； 可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展 168路數(shù)字量 I/O點(diǎn)或 35路模擬量 I/O 點(diǎn) ；具有 12K 字節(jié)程序和 8K 字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和 6個(gè)獨(dú)北華航 天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 22 立的 30KHZ 高速計(jì)數(shù)器，兩路獨(dú)立的 20KHZ 高速脈沖輸出，具有 PDF 控制， 1 個(gè) RS485 通訊 /編程口。是具有較強(qiáng)控制力的控制器， 用于控制電梯的運(yùn)行。 圖 41為 CPU224CN 的外觀 圖 。 圖 3