【正文】 同時(shí)，我在這里還要感謝我們組的成員虞倩、張擎柱，他們也在畢業(yè)設(shè)計(jì)方面給予了我很多幫助和關(guān)心。閆 老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無(wú)私的奉獻(xiàn) 精神使我受益匪淺。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的指導(dǎo)老師 閆光遠(yuǎn) 的悉心指導(dǎo)下完成 的?？梢哉f畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種進(jìn)步。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 致 謝 長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，回想整個(gè)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷，是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)題目、解決題目，努力汲取新知識(shí)來(lái)豐富自己的過程，讓我覺得分外充實(shí)。該系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯控制，即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號(hào)，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時(shí)的控制電梯的運(yùn)行。 本文以四層電梯控制為模型，以三菱 FX2N48MR001 系列 PLC 為基礎(chǔ)， 完成其硬件設(shè)計(jì)和軟件測(cè)試過程。 FX2N 是 FX 系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型 PLC，內(nèi)置用戶存儲(chǔ)器 8K 步，可擴(kuò)展到 16K 步，最大可擴(kuò)展到 256 個(gè) I/O 點(diǎn)，可有多種特殊功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)多種特殊控制功能（ PID、高速計(jì)數(shù)、 A/D、 D/A、等），有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集。 同時(shí)也 會(huì)為技術(shù)指標(biāo)的改善，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更新和推 廣提供極大的便利。從控制方式和性能上來(lái)說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 結(jié) 論 電梯是用電力拖動(dòng)，將具有乘客或載貨的轎廂，運(yùn)行于鉛垂的兩列剛性導(dǎo)軌之間，運(yùn)送乘客或貨物的固定設(shè)備。 (4)相鄰信號(hào)線絕緣降低，通過導(dǎo)線絕緣電阻引起的干擾。 (2)其他設(shè)備或空中強(qiáng)電場(chǎng)通過分布電容的耦合竄入控制系統(tǒng)引起的干擾。 (5)用數(shù)碼管顯示轎廂當(dāng)前所在的樓層，用指示燈指示上行還是下行。 (4)在上升或下降過程中，開關(guān)門按鈕無(wú)效。 (3)平層后開門，直至碰到開門到位行程開關(guān)，再經(jīng)過 3S 的延時(shí)后自動(dòng)關(guān)門。上升過程中，只執(zhí)行上行信號(hào)，下行信號(hào)不執(zhí)行且只保持相應(yīng)指示燈點(diǎn)亮 ，反之亦然。應(yīng)該是 X014的常閉 ，而程序中一直是 X015 的常閉，所以每次下行到二樓都會(huì)停一次（如圖 414 所示）。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 413 電梯上行響應(yīng)四樓內(nèi)呼信號(hào)時(shí)，一、二、三樓向上外呼信號(hào)互鎖 (5)出現(xiàn)的問題：在電梯上行過程中，最遠(yuǎn)反向呼功能是可以實(shí)現(xiàn)的，可是在電梯下行過程中，電梯每次到達(dá)二樓時(shí)總是要停一次，開關(guān)門后再下行至一樓。 圖 412 電梯響應(yīng)完二樓向下信號(hào)后，響應(yīng)軟元件清零 (4)出現(xiàn)的問題：在電梯上行過程中，同時(shí)按下幾個(gè)外呼信號(hào)和內(nèi)呼信號(hào)，電梯不能在中間信號(hào)處停下，而是一直上行到最遠(yuǎn)信號(hào)所在的樓層。原因：沒有將 M0 到 M29 清零，使得這些中間繼電器得電的一直自保持。解決的辦法：在程序中利用 Y016 和 Y017 將同向信號(hào)與反向信號(hào)進(jìn)行了區(qū)分（如圖 411 所示）。 圖 410 二樓內(nèi)呼信號(hào)存儲(chǔ)比較梯形圖 (2)出現(xiàn)的問題：在編寫第四個(gè)控制要求時(shí)需要有方向的判別，如果某一樓層向上向下按鈕都被按下，電梯在某一方向運(yùn)行時(shí)，反向信號(hào)也被清除。解決的辦法：編寫程序應(yīng)該先統(tǒng)觀全局，先根據(jù)整體要求想出設(shè)計(jì)思路，然后再逐一實(shí)現(xiàn)各功能塊程序。 (6)全部調(diào)試結(jié)束以后，將程序固化在 EPROM 盒中保存。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 (4)將模擬調(diào)好的程序送入用戶存儲(chǔ)器進(jìn)行總調(diào)試，直到各部分的功能均正常，并能協(xié)調(diào)一致成為一個(gè)完整的整體控制為止。如果用戶程序還沒有送到機(jī)器里去，可用自行編寫的試驗(yàn)程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查，查找接線故障。用戶編寫的程序在總裝調(diào)試前要進(jìn)行模擬 調(diào)試，檢查程序無(wú)誤后可把PLC 接到系統(tǒng)里進(jìn)行總裝調(diào)試。第三個(gè)問題是根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定 PLC 的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 49 轎廂下行程序 梯形圖 程序調(diào)試 設(shè)計(jì)一個(gè) PLC 應(yīng)用系統(tǒng)，關(guān)鍵要解決的第一個(gè)問題是進(jìn)行 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)受控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 需 要注意的是：在最遠(yuǎn)反向呼程序里需要加入內(nèi)呼信號(hào)和外呼信號(hào)的互鎖， 梯形圖如圖 48 所示。外呼信號(hào)上行與內(nèi)呼信號(hào)上行原理相同，只是加上外呼信號(hào)之后，需要給外呼信號(hào)和內(nèi)呼信號(hào)之間加上互鎖。如果電梯在一樓或二樓，按下 X002 則 M6 接通， M41 得電并自鎖直到轎廂到達(dá)三樓時(shí)失電。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 47 開關(guān)門程序 梯形圖 轎廂上行程序 編程思路：在比較判斷出轎廂上行以后，執(zhí)行以下程序。當(dāng)電梯平層并且 C0 被清零時(shí)，C1 清零。 電梯平層以后，按下開門按鈕或者開門限位開關(guān)被觸發(fā)則 C0 得電；按下關(guān)門按鈕或者關(guān)門限位開關(guān)被觸發(fā)并且 C0 得電時(shí)， C1 得電。電梯平層時(shí)， M33 得電，轎廂門打開，延時(shí) 3S 后，自 動(dòng)關(guān)閉。 否則一旦轎廂停止上下行，電梯外面的人就無(wú)法進(jìn)入轎廂， 梯形圖如圖 46 所示。如果當(dāng) D1 到 D10 中任一數(shù)據(jù)寄存器中的值既有大于 D0 的， 又有小于 D0 的，則轎廂上下行以第一次按下按鈕所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中的值與 D0 的比較結(jié)果而得， 梯形圖如圖 55 所示。 圖 44 轎廂停于某層時(shí)，所在樓層存于 D0 并用數(shù)碼管顯示程序 梯形圖 比較判斷轎廂上下行程序 編程思路： (1)比較程序 :按下某樓層按鈕則將該按鈕所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中的值與轎廂所在樓層數(shù)據(jù)寄存器 D0 中的值進(jìn)行比較，從而可以判斷上下行。 Y006 失電時(shí)， D7 和 M1 M1 M20 被清零 ，梯形圖如圖 43 所示。如果此時(shí)電梯為下行，則 M10 Y017 常開閉合， Y006 得電并且在電梯下降過程中一直保持。當(dāng) Y000 失電時(shí)， D1 和 M0、 M M2 被清零， 梯形圖如圖 42 所示。 程序語(yǔ)句 外部信號(hào)輸入存儲(chǔ)程序 (1)內(nèi)呼信號(hào)輸入及存儲(chǔ)程序 編程思路：以一樓內(nèi)呼為例，按下 X000 按鈕，則 Y000 被接通并保持，直到電梯到達(dá)一樓時(shí)利用 X014 常閉觸點(diǎn)斷開 Y000。電梯到達(dá)四樓后，如果同時(shí)按下一樓向上按鈕、二樓向上按鈕、三樓向上按鈕，則轎廂首先下行至一樓響應(yīng)最遠(yuǎn)反向呼信號(hào)。如果在上行過程中按下二樓向下按鈕，由于是反向信號(hào)，所以電梯先去三樓，所有的上行信號(hào)均響應(yīng)以后再響應(yīng)下行哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 信號(hào)。然后就將 D9 中的值與 D0 中的值相比較，顯然 D9 大于 D0，電梯上行。 圖 41 程序流程圖 假設(shè)電梯停于一樓，則 D0 中的值為 1。 圖 32 PLC 輸入輸出接線圖 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)有關(guān)電梯硬件設(shè)計(jì)加以介紹和分析，包括 PLC 的選型，并介紹了 PLC的各項(xiàng)指標(biāo)及數(shù)據(jù)對(duì)電梯工作中的影響，并設(shè)計(jì)出模型圖，助于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。 X000～ X023 為輸入信號(hào)， Y000～ Y026 為輸出信號(hào)，其中 Y020～ Y026 分別按順序接數(shù)碼管的 A～ G顯示轎廂所在樓層。 輸出信號(hào)有：內(nèi)呼信號(hào)指示 4 個(gè)，外呼信號(hào)指示 6 個(gè)，轎廂上下行 2 個(gè)，轎廂上下行指示 2 個(gè)，門電機(jī)開關(guān) 2 個(gè)，轎廂所在樓層指示 6 個(gè)，共計(jì) 23 個(gè)。 輸入輸出分配表 表 31 為該課題的輸入輸出分配表。 面板上的輸出信號(hào)端子有外呼指示燈、轎廂上升下降控制、內(nèi)選指示燈、廂門控制，公共端 Ⅱ 等共計(jì) 18 個(gè)，控制時(shí)應(yīng)分別與 PLC 主機(jī)輸出端連接，公共端 Ⅱ 與主機(jī)輸出 COM連接。 轎廂在模型的左側(cè)，由小型直流電機(jī)來(lái)控制它的上升和下降，轎廂門模擬在裝置的右上方，可進(jìn)行開門和關(guān)門控制。電源開關(guān)設(shè)置在底座上面。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 電梯模型 的確定 該裝置由底座、立柱及面板、主電路板等組成。 安裝存儲(chǔ)盒后，最大可以擴(kuò)展到 16000 步 。對(duì) 6 種基本單元，可以以最小 8 點(diǎn)為單位連接輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，最大可以擴(kuò)展輸入輸出 256 點(diǎn)。 FX2N48MR001 系列 PLC 的功能 (1)集成型 amp。輸出模塊的電流值必須大于負(fù)載電流的額定值。頻繁、電感性、低功率因數(shù)的負(fù)載，推薦使用晶閘管輸出模塊，但缺點(diǎn)是模塊價(jià)格高，過載能力差。門檻電平值越大，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也就越遠(yuǎn)。一般講，同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)不得超過60%。根據(jù)設(shè)備與模塊之間的遠(yuǎn)近程度選擇電壓的大小，一般 5V、 12V、 24V 屬低電平，傳輸距離不宜太遠(yuǎn)，例如 5V的輸入模塊最遠(yuǎn)不能超過 l0m，也就是說，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓的模擬比較可靠。可編程序控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠的接收持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號(hào)。一般來(lái)說，對(duì)初編者應(yīng)多留一些內(nèi)存余量，而有經(jīng)驗(yàn)者可少留一些余量 綜上所述，推薦下面的經(jīng)驗(yàn)公哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 式：存儲(chǔ)器總數(shù) =開關(guān)量 I／ 0 總點(diǎn)數(shù) 10+模擬量點(diǎn)數(shù) 150 然后按計(jì)算結(jié)果的 25％ 余量。在模擬量 I／ 0 同時(shí)存在的情況下，就要進(jìn)行較復(fù)雜的運(yùn)算，一般是閉環(huán)控制，內(nèi)存要比只有模擬量輸入的需要量大：在模擬處理中，常常把模擬量讀入、濾波及輸出編成子程序使用，這使所占內(nèi)存大大減少，特別是在模擬量路數(shù)比較多時(shí)，每一路模擬量所需的內(nèi)存會(huì)明顯減少，下面給出一般情況下的經(jīng)驗(yàn)公式： 只有模擬量輸入時(shí)：內(nèi)存系數(shù) =模擬量點(diǎn)數(shù) 100 模擬量 I／ O 同時(shí)存在時(shí)：內(nèi)存系數(shù) =模擬量點(diǎn)數(shù) 200 這些經(jīng)驗(yàn)公式的算法是在模擬量點(diǎn)數(shù) 10 點(diǎn)左右，當(dāng)點(diǎn)數(shù)小于 10 時(shí)，就適當(dāng)加大，點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，可適當(dāng)減少。 (2)開關(guān)量 I／ 0 點(diǎn)數(shù)：可編程控制器開關(guān)量 I／ 0 總點(diǎn)數(shù)是計(jì)算所需內(nèi)存儲(chǔ)器容量的重要依據(jù)，一般系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入輸出的比為 6： 4，然后根據(jù) I／ 0 點(diǎn)數(shù)來(lái)估算所需內(nèi)存量，經(jīng)驗(yàn)公式為所需內(nèi)存總數(shù) =開關(guān)量 (輸入十輸出 )總點(diǎn)數(shù) 10 (3)模擬量 I／ 0 總數(shù)：具有模擬量控制的系統(tǒng)就要用到數(shù)學(xué)傳送和運(yùn)算的功能指令，這些功能指令內(nèi)存利用率較低，因此所占內(nèi)存數(shù)要增大。同樣的程序，在不同廠家的產(chǎn)品中，所需的內(nèi)存量不同，把一個(gè)程序段中接點(diǎn)數(shù)與存放該程序所代表的機(jī)器語(yǔ)言所需的內(nèi)存字?jǐn)?shù)的比值稱為內(nèi)存利用率。 I／ 0 點(diǎn)數(shù)是衡量 PLC 規(guī)模大小的重要指標(biāo)，選擇相應(yīng)規(guī)模的 PLC 需要留有余量。根據(jù)機(jī) 型的選擇，再對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行 I／ 0 點(diǎn)數(shù)的估算，根據(jù)被控對(duì)象 I／ O 信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，考慮留有 15％～ 20％ 的備用量以調(diào)整和擴(kuò)充。在估算系統(tǒng)的 I／ O 點(diǎn)數(shù)和種類時(shí)，要全面考慮輸入、輸出信號(hào)的個(gè)數(shù)， I／ O 信號(hào)類型 (數(shù)字量／模擬量 )，電流、電壓等級(jí)，是否有其他特殊控制要求等因素。 整體設(shè)計(jì)流程的確定 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟 (1)確定控制對(duì)象和控制范圍 (2)可編程控制器的機(jī)型選擇 (3)制定控制方案 (4)硬件與程序設(shè)計(jì) (5)總裝調(diào)試 本章小結(jié) 本章重點(diǎn)基于三菱 FX2N 系列 PLC 電梯的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析， 介紹了電梯速度曲線產(chǎn)生的方法，對(duì)電梯的加速度和減速度詳細(xì)的描述，說明 PLC 在電梯運(yùn)行中起到的關(guān)鍵作用，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟加以概況。同時(shí)，每層樓設(shè)置一個(gè)接近開關(guān)用于檢測(cè)系統(tǒng)的樓層信號(hào)。即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號(hào)，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時(shí)的控制電梯的運(yùn)行。例如在距離平層點(diǎn)的某一距離 L 處，速度應(yīng)降為 Vm/s，而實(shí)際轉(zhuǎn)速高為 Vm/s，則說明所加的制動(dòng)轉(zhuǎn)距不夠，因此計(jì)算出此處的給定減速度值 ag 后，使其再加上一個(gè)負(fù)偏差 ε，即使此處的減速度給定值修正為 （ ag+ε）使給定減速度與實(shí)際速度負(fù)偏差加大，從而加大了制動(dòng)轉(zhuǎn)距，使速度很快降到標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降到 120r/min 以后，此時(shí)轎廂距平層只有十幾厘米，電梯的運(yùn)行速度很低，哈爾濱工業(yè)大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 為防止未到平層區(qū)就停車的現(xiàn)象出現(xiàn)，以使電梯能較快 地進(jìn)入平層區(qū)，在此段采用比例調(diào)節(jié)，并采用時(shí)間優(yōu)化控制，以保證電梯準(zhǔn)確及時(shí)地進(jìn)入平層區(qū)，以達(dá)到準(zhǔn)確可靠平層。 在系統(tǒng)的制動(dòng)段，即要對(duì)減速度進(jìn)行必要的控制，以保證舒適感，又要嚴(yán)格地按電梯運(yùn)行的速度和距離的關(guān)系來(lái)控制，以保證平層的精度。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)樵诜€(wěn)速段，速度為恒值控制波動(dòng)較小，加速度變化不大，且采用速度閉環(huán)控制可以使穩(wěn)態(tài)速度保持一定的精度，為制動(dòng)段的精確平層創(chuàng)造條件。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。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。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。 (3)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。 起動(dòng)加速運(yùn)行由定周期中斷服務(wù)程序完成