【正文】 PLC 結(jié)構(gòu)原理 PLC 的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PLC 是在繼電器控制和計算機控制的基礎(chǔ)開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展以微處理器為核心，集自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動裝置。國際電工委員會（ IEC）所作的定義為：可編程序控制器（ PLC）是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。 （ 1） CPU： CPU 板是 PLC 的核心部件， 它包括：微處理器 CPU、存儲器（ ROM、RAM）、并行接口（ PIO）、串行接口（ SIO）及時鐘控制電路等。時鐘及控制電路用于產(chǎn)生脈沖及各種控制信號。系統(tǒng)存儲器用來存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問和修改 這部分存儲器的內(nèi)容。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶存儲器部分也成為數(shù)據(jù)存儲區(qū)，它包括輸入 /輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、定時器 /計數(shù)區(qū)預(yù)置數(shù)和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)及當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)及存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。 （ 3）輸入 /輸出接口：輸入電路通常有兩種形式：直流輸入和交流輸入電路。 輸出電路的作用是將 PLC 的輸出控制信號送給外部輸出設(shè)備，通過輸出設(shè)備控制被控制對象工作。 根據(jù)輸入輸出點數(shù)的多少，可以將 PLC 分為小型、中型和大型三類。本設(shè)計中要求使用的三菱 FX2N 系列 PLC 就是小型機。外部連接的電源通過 PLC 內(nèi)部配有的一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交 /直流供電電源轉(zhuǎn)化為 PLC 內(nèi)部電路需要的工作電源（直流 5V、 177。驅(qū)動 PLC 負(fù)載的電源由用戶提供。編程器從結(jié)構(gòu)上可分為簡易編程器、圖形編程器和通用計算機編程器三種類型。 系統(tǒng)程序由 PLC 制造廠商設(shè)計編寫，并存入 PLC 的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。 PLC 的用戶程序是用戶自己利用 PLC 編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。 PLC 的工作原理 PLC 從 0000 號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，指導(dǎo) END 指令結(jié)束；然后再從頭開始執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)，指導(dǎo)停機或從運行（ RUN）切換到停止（ STOP）工作狀態(tài)。 PLC 的掃描工作方式主要分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài)（輸入信號）讀入輸入映像寄存器 中，然后開始執(zhí)行程序。 （ 2）程序執(zhí)行 在程序執(zhí)行階段， PLC 順序掃描用戶程序。 （ 3）輸出處理 當(dāng)全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構(gòu)成 PLC 的實際輸出并由輸出端子送出給 執(zhí)行器。 電梯作為一種多層次、長距離運行的大型設(shè)備，在井道、廳外及轎廂內(nèi)有大量的信號要進入 PLC。 廳外召喚按鈕： 1ASZ4ASZ、 2AXZ5AXZ，共 8 個，用于廳外乘客發(fā)出召喚信號。由上文分析可知，干簧管磁感應(yīng)器用于檢測轎廂所處樓層，它們所對應(yīng)的這五個 PLC 輸入信號端口安裝在井道中每層的平層位置附近，在轎廂上安裝有隔磁鋼板，當(dāng)電梯上行或下行，隔磁鋼板進入干簧管內(nèi)時，干簧管中的觸點動作發(fā)出控制信號。 平層感應(yīng)干簧管：有 SPG、 XPG、 MQG 共 3 個，安裝在轎廂頂部，在井道相應(yīng)位置上裝有隔磁鋼板。 門廳開關(guān) 1TMK5YMK，轎門開關(guān) JMK，共 6 個，分別安裝在廳門、轎門上。這 6 個開關(guān)沒有在 PLC的輸入輸出端口上，但是他們的閉合與否直接影響 PLC 的工作，從而決定電梯能否正確地運行。 強迫換速開關(guān) SHK、喜歡看，共 2 個。電梯運行到最高層或最低層時，如果正常的換速控制沒有起作用，則碰撞這兩個開關(guān)使 電梯強迫減速。 樓層指示燈 1ZD5ZD，共 5 個；自動開關(guān)門控制信號，共 2 個；廳外護體信號指示燈 1SZD4SZD、 2XZD5XZD，共 8 個。 表 1 電梯系統(tǒng) PLC 輸入 /輸出端口分配表 輸 入 輸 出 安全回路 X0 五層位置顯示燈 5ZD Y0 五層下召喚按鈕 5AXZ X1 四層位置顯示燈 4ZD Y1 四層下召喚按鈕 4AXZ X2 三層位置顯示燈 3ZD Y2 三層下召喚 按鈕 3AXZ X3 二層位置顯示燈 2ZD Y3 二層下召喚按鈕 2AXZ X4 一層位置顯示燈 1ZD Y4 上平層感應(yīng)干簧管 XPG X5 一層上召喚指示燈 1SZD Y5 下平層感應(yīng)干簧管 SPG X6 二層上召喚指示燈 2SZD Y6 門區(qū)感應(yīng)干簧管 MQG X7 三層上召喚指示燈 3SZD Y7 門連鎖回路 X10 四層上召喚指示燈 4SZD Y10 五層感應(yīng)干簧管 5G X11 二層下召喚指示燈 2XZD Y11 四層感應(yīng)干簧管 4G X12 三層下召喚指示燈 3XZD Y12 三層感應(yīng)干簧管 3G X13 四層下召喚指示燈 4XZD Y13 二層感應(yīng)干簧管 2G X14 五層下召喚指示燈 5XZD Y14 一層感應(yīng)干簧管 1G X15 自動開門輸出信號 Y15 五層轎內(nèi)指示按鈕 5AN X16 按鈕開門輸出信號 Y16 四層轎內(nèi)指示按鈕 4AN X17 上行接觸器 SC Y17 三層轎內(nèi)指示按鈕 3AN X20 下行接觸器 XC Y20 二層轎內(nèi)指示按鈕 2AN X21 快速接觸器 KC Y21 一層轎內(nèi)指示按鈕 1AN X22 快加速接觸器 KJC Y22 四層上召喚按鈕 4ASZ X23 第一慢加速接觸器 1MJC Y23 三層上召喚按鈕 3ASZ X24 第二慢加速接觸器 2MJC Y24 二層上召喚按鈕 2ASZ X25 一層上召喚按鈕 1ASZ X26 下強迫換速開關(guān) XHK X27 上強迫緩速開關(guān) SHK X30 開門按鈕 AKM X31 關(guān)門按鈕 AGM X32 檢修開關(guān) X33 轎內(nèi)電鎖 X34 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 PLC 設(shè)備型號的確定 由上面的分析可知，現(xiàn)場輸入信號共有 29 個，輸出信號共 22 個，可選擇三菱 FX2N64M 型 PLC，該型號的 PLC 基本單元輸入 32 點，輸出 32 點，屬于小型機，能夠滿足要求。 電梯控制系統(tǒng)接線圖如圖 4 所示： 圖 4 PLC 接線原理圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 5 電梯控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 電梯控制流程圖 根據(jù)電梯的工作原理與功能要求以及輸 I/O 點的地址分配表，繪制電梯的程序流程圖和設(shè)計電梯的程序梯形圖，電梯控制程序流程圖 5 所示。 圖 5 電梯控制程序流程圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 電 梯控制系統(tǒng)主要環(huán)節(jié) 樓層信號控制環(huán)節(jié) 根據(jù)控制的要求，樓層信號控制梯形圖如圖 6 所示。樓層顯示是連續(xù)變化的，電梯運行到是下一層樓層感應(yīng)器動作之前的任何位置，應(yīng)一直顯示上一層的樓層數(shù)。在其他各層時情況與此相同。 圖 7 轎廂內(nèi)信號控制環(huán)節(jié) 該環(huán)節(jié)可以實現(xiàn)轎廂內(nèi)指令的登記與消除。 本梯形圖對 M112M116 均采用 SET/RST 指令編程?，F(xiàn)在假設(shè)電梯在一層，處于停止?fàn)顟B(tài) ， Y17（ SC）為 OFF， Y20(XC)為 OFF；乘客按下 2AN、 4AN， 則 X21 為 ON， X17 為 ON，從而使 M115 為 ON， M113 為 ON，即 4 兩層的轎內(nèi)指令被登記。而 M113 由于其復(fù)位端的條件不具備，所以 4 層轎內(nèi)指令仍然保留，只有當(dāng)電梯到達第 4 層時，該信號才 被解除。 圖 8 廳外召喚信號控制環(huán)節(jié)梯形圖 廳外召喚信號控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)廳外召喚指令的登記及消除，編程形式與轎內(nèi)指令環(huán)節(jié)基本相似。于是 X23 為 ON， X4 為 ON，輸出繼電器Y6 為 ON， Y10 為 ON， 分別使呼梯信號燈 2SZD、 4SZD、 2XZD 亮。當(dāng)電梯到達 2 層?？繒r， Y3 為 ON，故 Y6 為 OFF， 2SZD 燈熄滅。因此，電梯雖然目前武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 在 2 層，但這層下行召喚信號 Y11 仍然不能清除，燈 2XZD 仍然亮。這就實現(xiàn)了只清除與電梯運行方向一致的召喚信號這一控制要求。自動選向控制環(huán)節(jié)的梯形圖如圖 9 所示。下面分析其選向原理： 設(shè)電梯位于 1 層，轎內(nèi)乘客欲前往 3 層和 5 層，按下 3AN、 5AN， X21 為 ON，X16 為 ON，由轎內(nèi)指令環(huán)節(jié)知 M114 為 ON， M112 為 ON。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 接著電梯向上運行到第 3 層停下來， Y2 為 ON，轎內(nèi)指令 M114 為 OFF，但M112 仍然登記。只有電梯達到 5 層以后， Y0 為 ON，才使 M130 為 OFF，這時電梯便執(zhí)行完全部上行命令。 電梯運行到達目的層站的換速點時，應(yīng)將高速繞組斷開，同時接通低速繞組，使電梯慢速運行。 啟動控 制梯形圖如圖 10 所示 圖 10 啟動控制梯形圖 換速控制環(huán)節(jié)梯形圖如圖 11 所示。若各層們軍官好，則 X10 為 ON，于是運行中間繼電器 M143 為 ON，有下述過程： M143 為 ON→Y21 為 ON（ KC 接通快速繞組） →T0 開始計時 (T0 為 ON)→Y23 為 ON（ KJC 動作，切除啟動電抗器的 XQ） 顯然，在 T0 延時的過程中，電動機是串入 XQ 進行降壓啟動的。例如，有 3 層轎內(nèi)指令登記， Y2 為 ON，只有當(dāng)電梯運行到 3 層時， M134 為 ON，發(fā)出換速命令，于是有下述換速過程： M143 為 ON→M143 為 OFF→Y21 為 OFF（快速繞組回路斷開）； Y22 為 ON（ MC 動作，使慢速繞組回路接通） →T1 開始定時（ T1 為 ON） →Y24為 ON（ 1MJC 動作，切除電阻 R） →T452 開始定時（ T452 為 ON） →Y25 為 ON（ 2MJC 動作，切除電抗器 XJ）。 一是端站強迫換速，例如，如果電梯上行（ M130 為 ON）到最高層還沒有正常換速，會碰上限位開關(guān) SHK，則 X30為 ON，于是 M143 為 OFF，電梯換速。 另外，在圖 12 中，為了避免換速繼電器 M143 在一次換速后一直為 ON，故用 Y17 和 Y20 動作觸點串聯(lián)后作為 M134 的復(fù)位條件，電梯一旦停止， M134 就復(fù)位，為電梯下次運行做好準(zhǔn)備。 圖 13 電梯平層控制環(huán)節(jié)梯形圖 其中， X X X7 分別為下平層信號、門區(qū)信號和上平層信號。當(dāng)電梯位于平層位置時， M1 M141 和 M142 均為 ON， Y1 Y20 均變?yōu)?OFF，即電動機脫離三相電源并施以抱閘制動 。相應(yīng)的開關(guān)門控制梯形圖如圖 14 所示。由 PLC 接線圖 4 可知 Y15為 ON 意味著 27 號線與 01 號線接通，因此，開門繼電器 KMJ 得電，電梯自動開門。 X32 是關(guān)門按鈕輸入，當(dāng)乘客按下 AGM 時， X32 為 ON， Y16 為 ON。設(shè)計的題目是 PLC 在電梯控制系統(tǒng)中的作用，實際就是利用 PLC 設(shè)計一個電梯控制系統(tǒng)。整個電梯系統(tǒng)包括電力拖動部分、轎廂、廳門、井道、電氣設(shè)備、平衡系統(tǒng)、平層設(shè)備，以及保護裝置。根據(jù)所 設(shè)計的軟件流程圖，用梯形圖語言進行編程，以實現(xiàn)電梯系統(tǒng)的全部功能。所以，雖然這是一個非常貼近實際的課題，但實際所做的工作仍然停留在理論階段，缺少與實踐的結(jié)合。每一個困難的解決不只是一個知識和經(jīng)驗積累的過程，還讓我明白了真正設(shè)計出成果的不易， 更加認(rèn)識到知識的力量，讓我在以后的工作和學(xué)習(xí)過程中可以時刻提醒自己。在進行畢業(yè)設(shè)計的初期，我對本設(shè)計所涉及的專業(yè)知識掌握不是很牢固，在徐老師和劉佳學(xué)長的指導(dǎo)下，我查閱了大量的相關(guān)資料，在遇到問題時，徐老師和劉佳學(xué)長對我的提問總是能不厭其煩、非常耐心地為我講解。在為人方面，我懂得了做人要積極樂觀、正直、樂于助人；在處事方面，要堅持不懈、無私奉獻；在科研方面，要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、腳踏實地、勤于動腦、勤于動手。 感謝父母的養(yǎng)育之恩！感謝老師們的悉心教誨！感謝自動化學(xué)院本科 2021 級同學(xué)們的幫助！ 最后，對論文評審組的各位老師表示衷心的感謝！ 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 參考文獻 [1]初航 .零基礎(chǔ)學(xué)三菱 FX 系列 :機械工業(yè) 出版社 ,2021. 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