【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。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。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？

　　

【正文】 實(shí)際控制任務(wù)而編制的各種軟件。隨著 PLC 應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平的提高， PLC 應(yīng)用軟件也大大豐富起來了。 PLC 應(yīng)用軟件與一般計(jì)算機(jī)信息處理軟件相比，有很大不同， PLC 應(yīng)用軟件有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁 （ 1） 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)必須與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合。生產(chǎn)工藝要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生產(chǎn)過程，由于各種設(shè)備的工藝參數(shù)不一樣，控制實(shí)現(xiàn)的方式也不一樣。所以程序設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場(chǎng) ，嚴(yán)格尊守生產(chǎn)工藝的具體要求來設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。 （ 2） 應(yīng)用軟件與硬件緊密相關(guān)。軟件設(shè)計(jì)人員不能拋開硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)。 （ 3） PLC 應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)需要計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種知識(shí)。特別是 PLC 網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)， PLC 控制系統(tǒng)不再是一個(gè)單獨(dú)的裝置。在控制系統(tǒng)中，可能包括有多臺(tái)不同型號(hào)的 PLC，計(jì)算機(jī)，外圍設(shè)備等。因此在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)和處理某種控制功能都離不開計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制和通信技術(shù)。因此，應(yīng)用程序中不僅有 PLC 程序，還有計(jì) 算機(jī)程序和通信網(wǎng)絡(luò)程序等。 編程語言及編程支持工具軟件 PLC 有多種編程語言：梯形圖語言，助記符語言，邏輯功能圖語言，布爾代數(shù)語言和某些高級(jí)語言（ Basic， C 語言等）。但使用廣泛的還是梯形圖語言和助記符語言?，F(xiàn)在世界上各個(gè) PLC 生產(chǎn)廠家都研制了自己的 PLC 編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。用戶可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來改善軟件的開發(fā)環(huán)境，提高編程效率。 2． 4 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 30 幾年的迅速發(fā)展， PLC已不僅能進(jìn)行開關(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。現(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)目前正在開展的以河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 高新技術(shù)帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形式來看，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，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發(fā)出各種超小型微型的 PLC。例如德國(guó)西門子公司 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。隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，這種多分布式的 PLC 控制系統(tǒng)不再是單一的，除了控制功能外，還可以實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化，生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)調(diào)度，產(chǎn)品計(jì)劃，統(tǒng)計(jì)管理等功能，成為一種測(cè)，控，管一體化的多功能綜合系統(tǒng)。 （ 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)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河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁 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。例如西門子的S7300 采用 SIMATICS7 的模塊，它的軟件編程，監(jiān)控都可以在 Windows 操作平臺(tái)上操作和運(yùn)行。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， PLC 走的是專門化的道路，使其在獲得成功的同時(shí)也帶來諸多的不便。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)。 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁 3 PLC 控制電梯的設(shè)計(jì) 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實(shí)際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號(hào)以及自身控制規(guī)律等運(yùn)行的，而呼叫是隨機(jī)的，電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)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(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（ PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國(guó)內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計(jì)和制造微機(jī)控制裝置成本較高；而 PLC 可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。 電梯運(yùn)行的理想曲線 根據(jù)大量的研究和實(shí)驗(yàn)表明，人可接受的最大加速度為 am≤ ，加速度變化率ρ m≤ 3m/s3，電 梯的理想運(yùn)行曲線按加速度可劃分為三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲線實(shí)現(xiàn)較為困難，而三角形曲線最大加速度和在啟動(dòng)及制動(dòng)段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處的加速度變化率均大于梯形曲線，即 +ρ m跳變到 ρ m或由ρ m 跳變到 +ρ m 的加速度變化率，故很少采用，因梯形曲線容易實(shí)現(xiàn)并且有良好加速度變化率頻繁指標(biāo)，故被廣泛采用，采用梯形加速度曲線電梯的理想運(yùn)行曲線如圖 31所示 。 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁 智能變頻器是為電梯的靈活調(diào)速、控制及高精度平層等要求而專門設(shè)計(jì)的電梯專用變頻器，可配用通用的三相異步電動(dòng)機(jī)，并具有智能化軟件、標(biāo)準(zhǔn)接口、菜單提示、輸入 電梯曲線及其它關(guān)鍵參數(shù)等功能。其具有調(diào)試方便快捷，而且能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)單多層功能，并具有自動(dòng)優(yōu)化減速曲線的功能，由其組成的調(diào)速系統(tǒng)的爬行時(shí)間少，平層距離短，不論是雙繞組電動(dòng)機(jī)，還是單繞組電動(dòng)機(jī)均可適用，其最高設(shè)計(jì)速度可達(dá) 4m/s，其獨(dú)特的電腦監(jiān)控軟件，可選擇串行接口實(shí)現(xiàn)輸入 /輸出信號(hào)的無觸點(diǎn)控制。變頻器構(gòu)成的電梯系統(tǒng)，當(dāng)變頻器接收到控制器發(fā)出的呼梯方向信號(hào)，變頻器依據(jù)設(shè)定的速度及加速度值，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，達(dá)到最大速度后，勻速運(yùn)行，在到達(dá)目的層的減速點(diǎn)時(shí)，控制器發(fā)出切斷高速度信號(hào)，變頻器以設(shè)定的減速度將最大速度減至爬行 速度，在減速運(yùn)行過程中，變頻器的能夠自動(dòng)計(jì)算出減速點(diǎn)到平層點(diǎn)之間的距離，并計(jì)算出優(yōu)化曲線，從而能夠按優(yōu)化曲線運(yùn)行，使低速爬行時(shí)間縮短至 ，在電梯的平層過程中變頻器通過調(diào)整平層速度或制動(dòng)斜坡來調(diào)整平層精度。即當(dāng)電梯停得太早時(shí)，變頻器增大低速度值或減少制動(dòng)斜坡值，反之則減少低速度值或增大制動(dòng)斜坡值，在電梯到距平層位置 4— 10cm 時(shí)，有平層開關(guān)自動(dòng)斷開低速信號(hào)，系統(tǒng)按優(yōu)化曲線實(shí)現(xiàn)高精度的平層，從而達(dá)到平層的準(zhǔn)確可靠。 ① 電梯速度曲線：電梯運(yùn)行的舒適性取決于其運(yùn)行過程中加速度 a 和 加速度變化率 p 的大小，過大的加速度或加速度變化率會(huì)造成乘客的不適感。同時(shí)，為保證電梯的運(yùn)行效率， a、 p的值不宜過小。能保證 a、 p 最佳取值的電梯運(yùn)行曲線稱為電梯的理想運(yùn)行曲線。電梯運(yùn)行的理想曲線應(yīng)是拋物線 直線綜合速度曲線，即電梯的加、減過程由拋物線和直線構(gòu)成。電梯給定曲線是否理想，直接影響實(shí)際的運(yùn)行曲線。 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁 ② 速度曲線產(chǎn)生方法：采用的 FX264MRPLC，并考慮輸入輸出點(diǎn)要求增加了FX8EYT、 FX16EYR、 FX8EYR 三個(gè)擴(kuò)展模塊和 FX240AW 雙絞線通信適配器，F(xiàn)X240AW 用于系統(tǒng)串行通信。利用 PLC 擴(kuò)展功能模塊 D/A 模塊實(shí)現(xiàn)速度理想曲線輸出，事先將數(shù)字化的理想速度曲線存入 PLC 寄存器，程序運(yùn)行時(shí)，通過查表方式寫入 D/A，由 D/A 轉(zhuǎn)換成模擬量后將速度理想曲線輸出。 ③ 加速給定曲線的產(chǎn)生： 8位 D/A 輸出 0～ 5V/0～ 10V，對(duì)應(yīng)數(shù)字值為 16 進(jìn)制數(shù) 00～ FF，共 255 級(jí)。若電梯加速時(shí)間在 ～ 3秒之間。按保守值計(jì)算，電梯加速過程中每次查表的時(shí)間間隔不宜超過 10ms。由于電梯邏輯控制部分程序最大，而 PLC 運(yùn)行采用周期掃描機(jī)制，因而采用通 常的查表方法，每次查表的指令時(shí)間間隔過長(zhǎng)，不能滿足給定曲線的精度要求。在 PLC 運(yùn)行過程中，其 CPU 與各設(shè)備之間的信息交換、用戶程序的執(zhí)行、信號(hào)采集、控制量的輸出等操作都是按照固定的順序以循環(huán)掃描的方式進(jìn)行的，每個(gè)循環(huán)都要對(duì)所有功能進(jìn)行查詢、判斷和操作。這種順序和格式不能人為改變。通常一個(gè)掃描周期，基本要完成六個(gè)步驟的工作，包括運(yùn)行監(jiān)視、與編程器交換信息、與數(shù)字處理器交換信息、與通訊處理器交換信息、執(zhí)行用戶程序和輸入輸出接口服務(wù)等。在一個(gè)周期內(nèi)， CPU 對(duì)整個(gè)用戶程序只執(zhí)行一遍。這種機(jī)制有其方便的一面，但實(shí)時(shí)性 差。過長(zhǎng)的掃描時(shí)間，直接影響系統(tǒng)對(duì)信號(hào)響應(yīng)的效果，在保證控制功能的前提下，最大限度地縮短 CPU的周期掃描時(shí)間是一個(gè)很復(fù)雜的問題。一般只能從用戶程序執(zhí)行時(shí)間最短采取方法。電梯邏輯控制部分的程序掃描時(shí)間已超過 10ms，盡管采取了一些減少程序掃描時(shí)間的辦法，但仍無法將掃描時(shí)間降到 10ms 以下。同時(shí)，制動(dòng)段曲線采用按距離原則，每段距離到的響應(yīng)時(shí)間也不宜超過 10ms。為滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，在速度曲線的產(chǎn)生方式中，采用中斷方法，從而有效地克服了 PLC 掃描機(jī)制的限制。起動(dòng)加速運(yùn)行由定周期中斷服務(wù)程序完成。這種中斷不能由 程序進(jìn)行開關(guān)，一旦設(shè) 定，就一直按設(shè)定時(shí)間間隔循環(huán)中斷，所以，起動(dòng)運(yùn)行條件需放在中斷服務(wù)程序中，在不滿足運(yùn)行條件時(shí)，中斷即返回。 ④ 減速制動(dòng)曲線的產(chǎn)生：為保證制動(dòng)過程的完成，需在主程序中進(jìn)行制動(dòng)條件判斷和減速點(diǎn)確定。在減速點(diǎn)確定之前，電梯一直處于加速或穩(wěn)速運(yùn)行過程中。加速過程由固定周期中斷完成，加速到對(duì)應(yīng)模式的最大值之后，加速程序運(yùn)行條河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 38 頁 件不再滿足，每次中斷后，不再執(zhí)行加速程序，直接從中斷返回。電梯以對(duì)應(yīng)模式的最大值運(yùn)行，在該模式減速點(diǎn)到后，產(chǎn)生高速計(jì)數(shù)中斷，執(zhí)行減速服務(wù)程序。在該 中斷服務(wù)程序中修改計(jì)數(shù)器設(shè)定值的條件，保證下次中斷執(zhí)行。在 PLC 的內(nèi)部寄存器中，減速曲線表的數(shù)值由大到小排列，每次中斷都執(zhí)行一次“表指針加 1”操作，則下一次中斷的查表值將小于本次中斷的查表值。門區(qū)和平層區(qū)的判斷均由外部信號(hào)給出，以保證減速過程的可靠性。 電梯控制系統(tǒng)特性 在電梯運(yùn)行曲線中的啟動(dòng)段是關(guān)系到電梯運(yùn)行舒適感指標(biāo)的主要環(huán)節(jié)，而舒適感又與加速度直接相關(guān)，根據(jù)控制理論，要使某個(gè)量按預(yù)定規(guī)律變化必須對(duì)其進(jìn)行直接控制，對(duì)于電梯控制系統(tǒng)來說，要使加速度按理想曲線變化就必須采用加速度反饋，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的力 矩方程式 :M— MZ=Δ M=J（ dn/dt），可見加速度的變化率反映了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)距的變化，控制加速度就控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)距Δ M=M— MZ。故在此段采用加速度的時(shí)間控制原則，當(dāng)啟動(dòng)上升段速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的 90%時(shí)，將系統(tǒng)由加速度控制切換到速度控制，因?yàn)樵?