機(jī)電一體化PLC控制電梯帶CAD圖,機(jī)電,一體化,PLC,控制,電梯,CAD 上海師范大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文 三菱FX2N PLC在電梯控制中的應(yīng)用 摘 要 本文主要介紹可編程控制器（PLC）在電梯電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法和程序設(shè)計(jì)思路的介紹，給出了5層電梯邏輯控制部分的方法。主要涉及5層電梯的PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、組成及模塊化程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：PLC；電梯；邏輯控制；程序設(shè)計(jì) The Application of Mitsubishi FX2N PLC in Elevator Control Abstract The implement of PLC (Programmable Logic Controller) in elevator electric control system is presented in this paper. The method of logic control part of five-floor elevator is also described by providing system hardware design and program design clues. This paper include of main design method, composition, program design in this elevator control system. Key words: PLC; elevator; logic control; program design 17 三菱FX2N PLC在電梯控制中的應(yīng)用 隨著人口的增加，科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展，人們物質(zhì)文化生活水平的逐步提高，建筑業(yè)得以迅速發(fā)展，大批的高樓大廈拔地而起，十幾層至幾十層的賓館、飯店、辦公樓、住宅樓鱗次櫛比。伴隨建筑業(yè)的發(fā)展，為建筑內(nèi)提供上下交通運(yùn)輸?shù)碾娞莨I(yè)也在日新月異地發(fā)展著。電梯已不僅是一種生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要設(shè)備，更是一種工作和生活中的必需設(shè)備，完全可以預(yù)想到，隨著社會(huì)的發(fā)展，電梯產(chǎn)品在人們物質(zhì)文化生活中的地位將和汽車一樣，成為重要的運(yùn)輸設(shè)備之一。 一、電梯的概述 （一）電梯的發(fā)展簡(jiǎn)史 據(jù)國(guó)外有關(guān)資料介紹，公元前2800年在古代埃及，為了建筑當(dāng)時(shí)的金字塔，曾使用過(guò)由人力驅(qū)動(dòng)的升降機(jī)械。公元1765年瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)后，1858年美國(guó)研制出以蒸汽為動(dòng)力，并通過(guò)帶傳動(dòng)和蝸輪減速裝置驅(qū)動(dòng)的電梯。1878年英國(guó)的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。并隨著水壓梯的發(fā)展，淘汰了蒸汽梯。后來(lái)又出現(xiàn)了液壓泵和控制閥以及直接柱塞式和側(cè)柱塞式結(jié)構(gòu)的液壓梯。這種液壓梯至今仍為人們所采用。 但是，電梯得以興盛發(fā)展的根本原因在于采用了電力作為動(dòng)力來(lái)源。18世紀(jì)末發(fā)明了電機(jī)，并隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，19世紀(jì)初開始使用交流異步單速和雙速電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的交流電梯，特別是交流雙速電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，顯著改善了電梯的工作性能。在20世紀(jì)初，美國(guó)奧的斯電梯公司首先使用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，生產(chǎn)出以槽輪式驅(qū)動(dòng)的直流電梯，從而為后來(lái)的高速度、高行程電梯的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)30年代美國(guó)紐約市的102層摩天大樓建成，美國(guó)奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了74臺(tái)速度為6.0m/s的電梯。從此以后，電梯這個(gè)產(chǎn)品，一直在日新月異地發(fā)展著。目前的電梯產(chǎn)品，不但規(guī)格品種多，自動(dòng)化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，可編程序控制器（PLC）和電子計(jì)算機(jī)成功地應(yīng)用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中去后，電梯產(chǎn)品的質(zhì)量和運(yùn)行效果顯著提高。 （二）電梯的運(yùn)行工作情況 一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機(jī)、控制柜／箱、導(dǎo)軌等主要部件組成。電梯在做垂直運(yùn)行的過(guò)程中，有起點(diǎn)站也有終點(diǎn)站。對(duì)于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點(diǎn)站和終點(diǎn)站之間還設(shè)有?？空尽Ｆ瘘c(diǎn)站設(shè)在一樓，終點(diǎn)站設(shè)在最高樓。 各站的廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點(diǎn)站和終點(diǎn)站上各設(shè)置一個(gè)按鈕，中間層站的召喚箱上各設(shè)置兩個(gè)按鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開關(guān)或與層站對(duì)應(yīng)的按鈕，供司機(jī)或乘用人員控制電梯上下運(yùn)行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕。 電梯的運(yùn)行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動(dòng)、加速、停靠等全靠司機(jī)控制操作，而且在運(yùn)行過(guò)程中可能遇到的情況比較復(fù)雜，因此汽車司機(jī)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)和考核。而電梯的自動(dòng)化程度比較高，一般電梯的司機(jī)或乘用人員只需通過(guò)操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達(dá)一個(gè)指令信號(hào)，電梯就能自動(dòng)關(guān)門、定向、起動(dòng)、在預(yù)定的層站平層?？块_門。對(duì)于自動(dòng)化程度高的電梯，司機(jī)或乘用人員一次還可下達(dá)一個(gè)以上的指令信號(hào)，電梯便能依次起動(dòng)和?？浚来瓮瓿扇恐噶钊蝿?wù)。 盡管電梯和汽車在運(yùn)算工作過(guò)程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運(yùn)行工作情況類似公共汽車，在起點(diǎn)站和終點(diǎn)站之間往返運(yùn)行，在運(yùn)行方向前方的停靠站上有順向的指令信號(hào)時(shí)，電梯到站能自動(dòng)平層停靠開門接乘客。而載貨電梯的運(yùn)行工作情況則類似卡車，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機(jī)或乘用人員控制電梯上下運(yùn)行時(shí)一般一次只能下達(dá)一個(gè)指令任務(wù)，當(dāng)一個(gè)指令任務(wù)完成后才能再下達(dá)另一個(gè)指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，從一個(gè)層站出發(fā)到另一個(gè)層站時(shí)，假若中間層站出現(xiàn)順向指令信號(hào)，一般都不能自動(dòng)?？浚暂d貨電梯的自動(dòng)化程度比乘客電梯低。 本課題主要研究單臺(tái)五層電梯的PLC控制方法，分述其硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)程序要求完成電梯控制系統(tǒng)主要達(dá)到以下要求： 1) PLC電梯控制系統(tǒng)應(yīng)具備：有司機(jī)、無(wú)司機(jī)、消防三種工作模式。 2) 系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)響應(yīng)層樓召喚信號(hào)（含上召喚和下召喚）。 3) 具有轎廂層樓顯示（二進(jìn)制方式或十進(jìn)制方式）。能自動(dòng)顯示電梯運(yùn)行方向。 4) 具有電梯直駛功能和反向最遠(yuǎn)停站功能。具有消防應(yīng)急處理功能。 5) 電梯開門時(shí)間設(shè)為3秒，電梯關(guān)門時(shí)間也設(shè)定為3秒。 6) 具有應(yīng)急手動(dòng)開門、關(guān)門按鈕。 在單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討用一臺(tái)PLC控制多臺(tái)電梯協(xié)調(diào)運(yùn)行的實(shí)施方案。 （三）電梯控制系統(tǒng)的組成 電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動(dòng)部分和電氣控制部分組成。 1. 電梯的電力拖動(dòng)部分 電梯主拖動(dòng)類型有直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、直流G－M（即發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)組供電）拖動(dòng)、晶閘管供電（SCR－M）的直流拖動(dòng)和交流雙速電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、交流調(diào)壓調(diào)速（AVCC）拖動(dòng)、交流變頻調(diào)速（VVVF）等。因直流電梯的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)有電刷和換相器，維護(hù)量較大，可靠性低，現(xiàn)已被交流調(diào)速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動(dòng)機(jī)在選定的調(diào)速方式下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩總能達(dá)到負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求。考慮到電壓的波動(dòng)、導(dǎo)軌不夠平直造成的運(yùn)動(dòng)阻力增大等因素，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩還應(yīng)有一定的裕度。 2. 電梯的電氣控制部分 電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳引電動(dòng)機(jī)等幾十個(gè)分散安裝在電梯井道內(nèi)外和各相關(guān)電梯部件中的電器元件構(gòu)成。電氣控制系統(tǒng)通過(guò)電路控制電力拖動(dòng)系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動(dòng)作功能，保證電梯安全運(yùn)行。 電梯一般是由電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)的，其運(yùn)行過(guò)程大多包括啟動(dòng)、正（反）轉(zhuǎn)、停止等，這整個(gè)過(guò)程是由電氣控制系統(tǒng)來(lái)完成。具體地說(shuō)電梯的控制主要是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止、運(yùn)行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內(nèi)指令等進(jìn)行處理。其操縱是實(shí)行各個(gè)控制環(huán)節(jié)的方式和手段。 電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當(dāng)一臺(tái)電梯的類別、額定載重量和額定運(yùn)行速度確定后，電力拖動(dòng)系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據(jù)電梯安裝使用地點(diǎn)、乘載對(duì)象進(jìn)行認(rèn)真選擇，才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。 電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動(dòng)化程度和運(yùn)行可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)引進(jìn)工作的進(jìn)一步開展，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展換代迅速。繼電器控制系統(tǒng)的電梯故障率高，大大降低了電梯的運(yùn)行可靠性和安全性，所以基本上已經(jīng)被淘汰。而PLC以其體積小、功能強(qiáng)、故障率低、壽命長(zhǎng)、噪聲低、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便、修改邏輯靈活、程序容易編制，易聯(lián)成控制網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。 二、三菱FX2N 系列可編程序控制器介紹 （一）可編程控制器的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí) 1. 三菱FX2N PLC的主要特點(diǎn)： l 一個(gè)程序包的單元型可編程控制器 l 采用裝卸式端子臺(tái) l 內(nèi)裝RUN/STOP開關(guān) l 程序存儲(chǔ)器 l 鐘表功能 l RUN寫入 l 元件注解 l 利用鍵盤保護(hù)程序（編程手冊(cè)，外圍設(shè)備手冊(cè)） l 豐富的輸出入擴(kuò)展設(shè)備 l 豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備 l 用SFC表現(xiàn)的編程 l 簡(jiǎn)便的應(yīng)用指令群 l 高速處理 2. PLC的性能指標(biāo)和分類 1) PLC的主要性能指標(biāo) l 輸入／輸出點(diǎn)數(shù)（I／O點(diǎn)數(shù)） I／O點(diǎn)數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標(biāo)志著可以接多少個(gè)開關(guān)、按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。 l 存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指可編程序控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲(chǔ)器容量，一般以步為單位，二進(jìn)制16位即一個(gè)字為一步。 l 掃描速度 一般以執(zhí)行1000步指令所需時(shí)間來(lái)衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時(shí)間來(lái)計(jì)算的，單位用μs/步。 l 功能擴(kuò)展能力 可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用的需要，如A／D模塊、D／A模塊、位置控制模塊等。 l 指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。 2) PLC的分類 通常，PLC產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進(jìn)行分類。按結(jié)構(gòu)形式不同, 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型PLC三種類型。 3. PLC系統(tǒng)的組成 PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似。PLC也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。 1) PLC的硬件結(jié)構(gòu) 一套PLC系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入／輸出接口、內(nèi)部電源）、I／O擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成。圖2-1為PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖。 輸入電路 CPU EPROM RAM 輸出電路 基本單元 內(nèi)部電源 擴(kuò)展I/O接口 各種外設(shè)接口 輸出信號(hào) 現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào) 主機(jī) 編程器 打印機(jī) … PC機(jī) … 輸入電路 輸出電路 擴(kuò)展單元 … 輸出信號(hào) 擴(kuò)展連接電纜 至其他擴(kuò)展單元 … … 現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào) 圖2-1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖 圖2-2為三菱FX2N小型PLC產(chǎn)品主機(jī)示意圖。本課題中FX2N－48MR為基本單元，帶有48個(gè)I／O點(diǎn)(24入、24出)，M表示主機(jī)、R表示該單元為繼電器輸出型。 2) PLC的軟件 PLC的軟件系統(tǒng)指PLC所使用的各種程序的集合，它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（應(yīng)用軟件）組成。系統(tǒng)程序：包括監(jiān)控程序、輸入譯碼程序及診斷程序等。用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用PLC的編程語(yǔ)言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。 圖2-2 三菱FX2N小型PLC產(chǎn)品主機(jī)示意圖 （二）可編程序控制器的工作方式及編程語(yǔ)言 1. PLC的工作方式 開始 內(nèi)部處理 通信處理 RUN方式？ 輸入掃描 程序執(zhí)行 輸出處理 N Y 1) PLC的掃描工作方式 圖2-3 PLC的掃描過(guò)程 可編程序控制器在進(jìn)入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)的地址號(hào)遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開始掃描，并周而復(fù)始地重要進(jìn)行。可編程序控制器工作時(shí)的掃描過(guò)程如圖2-3所示，包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過(guò)程所需的時(shí)間稱為掃描周期。掃描周期的長(zhǎng)短與用戶程序的長(zhǎng)度和掃描速度有關(guān)。 2) PLC的程序執(zhí)行過(guò)程 輸入端子 輸入映象寄存器 輸出映像寄存器 輸出鎖存器 輸出端子 輸入 ………. 輸出 程序執(zhí)行階段 輸入采樣階段 輸出刷新階段 X001 Y001 Y001 M1 讀 讀 ① ② ③ ④ ⑤ PLC的程序的執(zhí)行過(guò)程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段，如圖2-4所示。 圖2-4 PLC的程序執(zhí)行過(guò)程 3) PLC的掃描周期 在PLC的實(shí)際工作過(guò)程中，每個(gè)掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段外，還要進(jìn)行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計(jì)算機(jī)）通信等處理。即一個(gè)掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時(shí)間。 4) PLC的I／O響應(yīng)時(shí)間 PLC采用集中I／O刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會(huì)改變，還會(huì)影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號(hào)的變化滯后于輸入信號(hào)的變化，這產(chǎn)生了PLC的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時(shí)間為2-3個(gè)掃描周期。 2. PLC的編程語(yǔ)言 PLC的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ)言、順序功能圖語(yǔ)言等。其中前兩種語(yǔ)言用得較多，順序功能圖語(yǔ)言也在許多場(chǎng)合被采用。本課題所采用的編程語(yǔ)言為梯形圖語(yǔ)言。 （三）可編程序控制器與繼電器、微機(jī)在電梯控制中的應(yīng)用比較 在電梯的電氣系統(tǒng)中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統(tǒng)必須起動(dòng)各種控制信號(hào)和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動(dòng)機(jī)以及電子元件、電力電子器件等），要達(dá)到這些控制目的，其方法有： 1. 繼電器—接觸器控制系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)是早期電梯多采用的一種控制系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：與其它控制系統(tǒng)比較，其簡(jiǎn)單、易于理解和掌握、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：動(dòng)合觸點(diǎn)易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統(tǒng)耗能大、動(dòng)作噪聲大；維修保養(yǎng)工作量大、費(fèi)用高。因此這種控制系統(tǒng)僅用于速度不高、性能要求也不高的電梯中。 2. 微機(jī)控制系統(tǒng) 電梯的微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過(guò)程序存貯器中的程序來(lái)完成的控制系統(tǒng)。因此對(duì)于有不同功能要求的電梯控制系統(tǒng)，只要改變程序存貯器中的程序指令即可，而無(wú)需變更或增減硬件系統(tǒng)的元件或布線。因此，十分方便于使用和管理，并提高系統(tǒng)的可靠性，減小控制系統(tǒng)體積，降低了能耗及其維修保養(yǎng)費(fèi)用。雖然微機(jī)控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優(yōu)越性。但是，對(duì)一般的電梯而言，應(yīng)用微機(jī)控制也有其局限性和不足之處。其缺點(diǎn)是：微型計(jì)算機(jī)是按數(shù)字運(yùn)算的需要而設(shè)計(jì)的，功能比較齊全，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；而一般的電梯控制只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算方式多為“與”、“或”、“非”幾種，運(yùn)算位數(shù)只需1位，即“1”與“0”。因此，使用微機(jī)就有“大材小用”之嫌。此外，微機(jī)的接口電路沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)件，而且一般不控制強(qiáng)電。但在電梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用電設(shè)備，如用戶專門配備接口電路既不方便又不可靠。綜上所述，造成用微機(jī)控制的成本、運(yùn)行和維修費(fèi)用均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機(jī)控制在經(jīng)濟(jì)上不合算。 3. PLC控制系統(tǒng) PLC充分利用了微型計(jì)算機(jī)的原理和技術(shù)，保留計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)，而克服了它的缺點(diǎn)。它具有強(qiáng)大的生命力，各工業(yè)部分紛紛用它來(lái)改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果。 總之，PLC是采用微機(jī)技術(shù)制造的通用自動(dòng)控制設(shè)備，它能控制開關(guān)量、模擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、并具有完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)、運(yùn)算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設(shè)備。它不僅能用于控制機(jī)械設(shè)備、流水線和各種設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程，將PLC用于控制電梯各種操作和處理相關(guān)信息也是可行的。 三、PLC控制單臺(tái)電梯的分析 電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電器控制、PLC控制、微機(jī)控制，其中繼電器控制系統(tǒng)故障率高，微機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾能力弱，而PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，成為目前電梯系統(tǒng)中使用最多的控制方式，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)重要方向，成為當(dāng)前電梯控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。本課題采用三菱FX2N PLC對(duì)單臺(tái)五層電梯進(jìn)行邏輯控制。 1. 電梯模型結(jié)構(gòu) 1) 電梯模型的主體結(jié)構(gòu)與控制柜 電動(dòng)機(jī) 圖3-1為五層電梯的簡(jiǎn)化模型和控制柜示意圖。電梯主體包括升降電機(jī)、轎廂、滑輪、鋼絲繩、行程開關(guān)等。升降電機(jī)為交流可逆電動(dòng)機(jī)，轎廂套在鋼絲繩上，電機(jī)帶動(dòng)鋼絲繩正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，轎廂對(duì)應(yīng)上升或下降。每層樓均安裝行程開關(guān)，利用機(jī)械碰撞，給出各樓層的層信號(hào)。 減速器 行程開關(guān) TCP/IP 1 2 3 4 5 RS232 轎廂 電梯控制柜 繼電器/接觸器 FX2N –48MR PLC RS422 配重 LED 顯示 電路 開關(guān) 電源 電梯控制柜 圖3-1五層電梯的簡(jiǎn)化模型和控制柜示意圖 電梯控制柜是電梯電氣控制系統(tǒng)完成各種主要任務(wù)，實(shí)現(xiàn)各種性能的中心。主要包括FX2N-48MR PLC、繼電器/接觸器、顯示部分、開關(guān)電源。LED顯示部分主要包括轎廂運(yùn)行方向顯示、樓層顯示。 2) 電梯層門 電梯層門是為了確保安全，而在各層樓的停靠站，通向井道的入口處，設(shè)置供司機(jī)、乘用人員和貨物等出入的門。 圖3-2為電梯層門示意圖。電梯層門旁裝有消防按鈕、上召喚按鈕和下召喚按鈕（最底層只有上召喚按鈕、最高層只有下召喚按鈕）,并有召喚登記指示燈。層門上方裝有LED數(shù)碼管，以顯示轎廂所在層樓位置，另外還有轎廂上行和下行指示燈。 ZXF 圖3-2 電梯層門示意圖 3) 轎廂內(nèi)控制屏 轎廂內(nèi)控制屏示意圖如圖3-3所示。其中包括上行、下行顯示及LED層樓位置的顯示。另外還有1樓－5樓的指令按鈕及登記顯示和有司機(jī)／無(wú)司機(jī)的選擇按鈕。在有司機(jī)工作狀態(tài)下還有指令專用開關(guān)，即只響應(yīng)指令信號(hào)，不響應(yīng)召喚信號(hào)。此外，還有消防按鈕，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，立即清除所有指令信號(hào)和召喚信號(hào)，電梯直達(dá)底樓后開門。需要說(shuō)明的是，本實(shí)驗(yàn)裝置在無(wú)司機(jī)狀態(tài)下，利用定時(shí)器控制開門、關(guān)門和上下客時(shí)間；有司機(jī)狀態(tài)下，則直接由司機(jī)控制開門、關(guān)門和上下客時(shí)間。 1 2 3 4 5 YSJ AJ 圖3-3 轎廂內(nèi)控制屏示意圖 （二）PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)功能介紹 1. PLC電梯控制系統(tǒng)三種工作方式介紹 電梯主要有三種工作方式——有司機(jī)方式、無(wú)司機(jī)方式、消防方式。 1) 有司機(jī)方式是指由專職司機(jī)操縱電梯運(yùn)行。具有以下特點(diǎn)： ① 電梯上行／下行啟動(dòng)由司機(jī)決定 ② 電梯開門、關(guān)門時(shí)間由司機(jī)控制 ③ 電梯是否直駛（不再響應(yīng)外召喚）由司機(jī)決定 2) 無(wú)司機(jī)方式是指由乘客自己操縱電梯，這種電梯具有集選控制功能。具有以下特點(diǎn)： ① 電梯開門／關(guān)門／上、下客時(shí)間均由定時(shí)器定時(shí) ② 只要電梯門關(guān)閉后自動(dòng)定向 3) 消防方式是指大樓發(fā)生火災(zāi)時(shí)，電梯運(yùn)行控制的一種特殊工作方式。具有以下特點(diǎn)： ① 正在運(yùn)行的電梯控制系統(tǒng)一旦收到消防信號(hào)： a) 處于上行時(shí)立即返回底樓停站開門 b) 處于下行時(shí)立即直駛底樓停站開門 c) 處于底樓以外停站開門的電梯立即關(guān)門返回底樓停站開門 ② 電梯返回底樓并在底樓開門后，電梯處于消防工作狀態(tài)。此時(shí)，電梯不再響應(yīng)外召喚信號(hào)，電梯的關(guān)門起動(dòng)運(yùn)行和準(zhǔn)備前往層站由消防員控制操作。當(dāng)電梯就近到達(dá)某層站后，立即清除其它所有指令信號(hào)登記，是否繼續(xù)上行依火勢(shì)大小決定。 2. PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)的工作流程 圖3-4為PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)工作流程圖，從圖中可知控制一臺(tái)電梯正常工作，主要需要如下信號(hào)：控制信號(hào)、層樓信號(hào)、指令信號(hào)、召喚信號(hào)和消防信號(hào)。這些信號(hào)分別來(lái)自轎廂控制面板、井道行程開關(guān)、層面控制銨鈕和層面火警開關(guān)。來(lái)自井道行程開關(guān)的層樓信號(hào)進(jìn)行層樓定位并參與自動(dòng)定向，同時(shí)顯示所在層樓位置。來(lái)自轎廂控制面板的指令信號(hào)和來(lái)自層面控制按鈕的召喚信號(hào)分別進(jìn)行指令登記和召喚登記，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)登記顯示。這兩種信號(hào)也參與自動(dòng)定向，和層樓信號(hào)一同對(duì)電梯進(jìn)行運(yùn)行控制，包括開／關(guān)門、上／下行和停站。當(dāng)來(lái)自層面的火警開關(guān)發(fā)出消防控制信號(hào)時(shí)，立即消除指令登記和召喚登記，直接控制電梯下行至底樓并開門。此外，當(dāng)有來(lái)自轎廂控制面板發(fā)出控制信號(hào)，如：有司機(jī)直駛狀態(tài)，則略過(guò)召喚信號(hào)，直接響應(yīng)指令信號(hào)。運(yùn)行控制電梯的同時(shí)進(jìn)行運(yùn)行顯示和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，即電梯上行或下行。 控制信號(hào) 指令信號(hào) 召喚信號(hào) 層樓信號(hào) 層樓定位 指令登記 召喚登記 自動(dòng)定向 運(yùn)行控制（開/關(guān)門、上/下行、停站） 運(yùn)行顯示 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 消防控制 置位 置位 清除 清除 來(lái)自轎廂 控制面板 來(lái)自井道 行程開關(guān) 來(lái)自轎廂 控制面板 來(lái)自層面 控制按鈕 來(lái)自層面 火警開關(guān) 顯 示 顯 示 顯 示 圖3-4 PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)工作流程圖 （三）PLC控制單臺(tái)電梯方案 PLC電梯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC。哪些信號(hào)需要輸入PLC，PLC需要輸出哪些信號(hào)，以及采用何種編程方式都需要仔細(xì)推敲。輸入輸出點(diǎn)的確定是設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)的首要問(wèn)題，決定系統(tǒng)的程序及硬件線路的方案。 1. PLC I/O地址分配 根據(jù)電梯操作的工藝過(guò)程及對(duì)控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)和輸出信號(hào)；然后根據(jù)PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)進(jìn)行I/O地址分配，使每個(gè)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸入繼電器，每個(gè)輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸出繼電器。 1) PLC輸入信號(hào)的確定 先考察電梯轎廂內(nèi)的操作。操作面板上應(yīng)有各層的選層指令按鈕，5層共有5個(gè)。有司機(jī)時(shí)，應(yīng)有司機(jī)直駛專用開關(guān)和上行、下行按鈕，需3點(diǎn)輸入。 各樓層乘客召喚時(shí)，除底層和頂層只有一個(gè)召喚按鈕，其它各層均設(shè)上下兩個(gè)召喚按鈕，5層共需8個(gè)輸入按鈕。 5層電梯需5個(gè)行程開關(guān)來(lái)控制是否到了某一層，因此需5點(diǎn)輸入。 其它輸入有消防、有司機(jī)/無(wú)司機(jī)方式選擇等開關(guān)或觸點(diǎn)。 經(jīng)以上分析，可知共需23點(diǎn)開關(guān)量輸入端口。 表3-1 輸入地址分配表 輸入信號(hào)名稱 PLC輸入地址 含義 AYS X000 向上行駛按鈕 AYX X001 向下行駛按鈕 JSJ X002 有/無(wú)司機(jī)選擇開關(guān) 1YC X003 一樓行程開關(guān) 2YC X004 二樓行程開關(guān) 3YC X005 三樓行程開關(guān) 4YC X006 四樓行程開關(guān) 5YC X007 五樓行程開關(guān) A1J X010 一樓指令按鈕 A2J X011 二樓指令按鈕 A3J X012 三樓指令按鈕 A4J X013 四樓指令按鈕 A5J X014 五樓指令按鈕 AJ X015 指令專用開關(guān)（直駛） ZXF X016 置消防開關(guān) A1S X017 一樓上召喚按鈕 A2S X020 二樓上召喚按鈕 A2X X021 二樓下召喚按鈕 A3S X022 三樓上召喚按鈕 A3X X023 三樓下召喚按鈕 A4S X024 四樓上召喚按鈕 A4X X025 四樓下召喚按鈕 A5X X026 五樓下召喚按鈕 2) PLC輸出信號(hào)的確定 控制電梯的上行、下行（即電機(jī)正、反轉(zhuǎn)）需2點(diǎn)輸出。 上、下行指示燈2點(diǎn)輸出。 開門、關(guān)門、門關(guān)閉、運(yùn)行顯示需4點(diǎn)輸出。 由于采用二進(jìn)制顯示方式，LED七段顯示器需3點(diǎn)輸出。 電梯轎廂內(nèi)輸出各層的指令信號(hào)登記顯示，共5點(diǎn)輸出。 各樓層乘客召喚時(shí)，除底層和頂層只有一個(gè)召喚登記顯示，其它各層均設(shè)上下兩個(gè)召喚登記顯示，5層共需8個(gè)輸出顯示。 經(jīng)分析共需24點(diǎn)開關(guān)量輸出端口。 表3-2 輸出地址分配表 輸出信號(hào)名稱 PLC輸出地址 含義 KM Y000 開門顯示 GM Y001 關(guān)門顯示 MGB Y002 門關(guān)閉顯示 DCS Y003 上行顯示 DCX Y004 下行顯示 S Y005 上行繼電器 X Y006 下行繼電器 YX Y007 運(yùn)行顯示 A Y010 LED七段顯示器A段發(fā)光二極管 G Y011 LED七段顯示器G段發(fā)光二極管 D Y012 LED七段顯示器D段發(fā)光二極管 1DJA Y013 一樓指令信號(hào)登記顯示 2DJA Y014 二樓指令信號(hào)登記顯示 3DJA Y015 三樓指令信號(hào)登記顯示 4DJA Y016 四樓指令信號(hào)登記顯示 5DJA Y017 五樓指令信號(hào)登記顯示 1DAS Y020 一樓上召喚信號(hào)登記顯示 2DAS Y021 二樓上召喚信號(hào)登記顯示 2DAX Y022 二樓下召喚信號(hào)登記顯示 3DAS Y023 三樓上召喚信號(hào)登記顯示 3DAX Y024 三樓下召喚信號(hào)登記顯示 4DAS Y025 四樓上召喚信號(hào)登記顯示 4DAX Y026 四樓下召喚信號(hào)登記顯示 5DAX Y027 五樓下召喚信號(hào)登記顯示 3) 內(nèi)部繼電器的確定 表3-3 內(nèi)部繼電器地址分配表 PLC內(nèi)部繼電器地址 功能 M0 指令優(yōu)于召喚 M1 停站信號(hào) M2 本站廳外開門 M3 消防時(shí)到過(guò)底樓開過(guò)門且在任意層樓停過(guò) M4 消防時(shí)到過(guò)底樓開過(guò)門或非消防時(shí) M5 關(guān)門條件 M6 清一樓指令登記 M7 清二樓指令登記 M8 清三樓指令登記 M9 清四樓指令登記 M10 清五樓指令登記 M40 清一樓上召喚登記 M41 清二樓上召喚登記 M42 清二樓下召喚登記 M43 清三樓上召喚登記 M31 轎廂到二樓 M33 轎廂到四樓 M35 中間繼電器 M44 清三樓下召喚登記 M45 清四樓上召喚登記 M46 清四樓下召喚登記 M47 清五樓下召喚登記 M13 消防到過(guò)底樓開過(guò)門 M14 轎廂不在任何層樓面上 M15 轎廂位于某層樓面后，延遲1秒斷開 M16 有司機(jī)直駛狀態(tài) M17 關(guān)門時(shí)間（3秒） M20 開門時(shí)間（3秒） M18 無(wú)司機(jī)上、下客時(shí)間（4秒） M19 到站延時(shí)時(shí)間（1秒）——形成停站脈沖用 M21 未定向 M22 未定向 M30 轎廂到一樓 M32 轎廂到三樓 M34 轎廂到五樓 4) 轎廂層樓位置顯示方式的確定 目前常用的轎廂層樓位置的顯示方式有：二進(jìn)制顯示、直接位置顯示、十進(jìn)制顯示。但由于三菱FX2N-48MR PLC的I/O點(diǎn)數(shù)只有24點(diǎn)輸入和24點(diǎn)輸出。由于其硬件的限制，故采用二進(jìn)制的顯示方式。即“1”表示亮，“0”表示暗。共可顯示23種，即0~7（000~111），應(yīng)用在電梯轎廂層樓顯示中，即可顯示第1層~ 7層，本系統(tǒng)顯示第1~5層。 5) PLC控制程序的編制方法 PLC梯形圖的編制采用模塊化設(shè)計(jì)。模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試。如：定時(shí)器控制開／關(guān)門、外召喚、指令登記、上行、下行等。模塊間不完全獨(dú)立，它們之間存在著有機(jī)聯(lián)系，且編程時(shí)要考慮各條指令間的邏輯關(guān)系。 2. PLC I/O硬件連接圖 三菱FX2N系列PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)的硬件接線圖見圖3-5。 （四）PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)基本功能梯形圖分析 1. 召喚信號(hào)登記響應(yīng)及清除功能 位于層樓面的乘客欲前往任意一層樓，可通過(guò)按下電梯層門旁的上／下召喚按喚來(lái)召喚電梯。當(dāng)電梯到達(dá)乘客所召喚的那一層樓面時(shí)，立即清除該召喚信號(hào)。 圖3-6為一樓上召喚登記響應(yīng)及清除功能梯形圖。當(dāng)在非消防狀態(tài)下，即常閉X016得電。X017為一樓上召喚按鈕輸入常開觸點(diǎn)，若此時(shí)有人按下此開關(guān)，X017得電，同時(shí)線圈Y020得電，常開Y020自保，即一樓上召喚信號(hào)登記顯示。若電梯此時(shí)就在一樓時(shí)，直接清除一樓上召喚登記顯示。若電梯不在一樓，則下行到達(dá)一樓后，一樓行程開關(guān)X003得電后，線圈M40得電，常閉M40變常開，線圈Y020就失電，清除一樓上召喚登記顯示。若在消防狀態(tài)下，常開X016變常閉得電，直接清除一樓上召喚登記顯示。 X017 M16 M40 X016 Y020 Y020 Y003 X003 M1 M40 X016 圖3-6 一樓上召喚信號(hào)登記響應(yīng)及清除功能梯形圖 2. 指令信號(hào)登記響應(yīng)及清除功能 當(dāng)司梁延?xùn)|.電梯控制技術(shù).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997