基于PLC的五層電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第一章電梯簡(jiǎn)介1.1電梯的起源與發(fā)展追溯電梯的起源，在我國(guó)及國(guó)外都能找到其雛形。如我國(guó)公元前1700多年出現(xiàn)的桔槔，是一種用于提水的升降裝置。公元前1100多年出現(xiàn)的轱轆，是一種用于提水或升舉重物的升降裝置。在古代希臘，于公元前236年出現(xiàn)的阿基米德絞車，是一種升舉重物的升降裝置。它們的共同特點(diǎn)是都由支架、卷筒、繩索、搖桿、乘物裝置幾部分組成的最原始、最簡(jiǎn)潔的升降機(jī)械，由木（竹）材料制成，靠人力或畜力驅(qū)動(dòng)在很低速度下運(yùn)行。1889年美國(guó)的奧梯斯電梯公司首先運(yùn)用電動(dòng)機(jī)作為電梯動(dòng)力,這才出現(xiàn)名副其實(shí)的電梯,并使電梯趨于好用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺(tái)自動(dòng)扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯,首批4—6臺(tái)群控電梯在紐約的聯(lián)合國(guó)大廈被運(yùn)用。1955年出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)(真空管)限制電梯。1962年美國(guó)出現(xiàn)了速度達(dá)8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進(jìn)工業(yè)國(guó)只成了無(wú)觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯限制電梯。1967年可控硅應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)筒化，性能提高。1971年集成電路被應(yīng)用于電梯。其次年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機(jī)起先用于電梯，使電梯的電氣限制進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。由于早期的電梯及電氣限制方式存在故障率較高、牢靠性差、接線困難、一旦完成不易更改等缺點(diǎn)，所以須要開(kāi)發(fā)一種平安、高效的限制方式?？删幊滔拗破鳎碢LC）既保留了傳統(tǒng)繼電氣限制系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔易懂，而且具備限制精度高、牢靠性好、限制程序可隨工藝變更、易于與計(jì)算機(jī)接口連接、修理便利等諸多高品質(zhì)性能。因此，PLC在電梯限制領(lǐng)域得到了廣泛而深化的運(yùn)用。如今，電梯已成為人們進(jìn)出高層建筑不行或缺的交通工具，隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，人們對(duì)電梯在運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性、高速性、精確性、高效性等一系列靜、動(dòng)態(tài)性能提出了更高的要求。電梯今后的發(fā)展將主要呈現(xiàn)以下趨勢(shì):（1）超高速電梯。隨著人們生活節(jié)奏的加快，高層建筑的增加，全功能的塔式建筑將會(huì)促使超高速電梯接著成為探討方向，5m/s以上運(yùn)行速度的超高速電梯，成為人們關(guān)注的重點(diǎn)和市場(chǎng)發(fā)展的新趨向。（2）大型超載重電梯用導(dǎo)軌。隨著大型公共場(chǎng)所、購(gòu)物場(chǎng)所等公用建筑的增加，大型超載重電梯的運(yùn)用日益廣泛，對(duì)于垂直電梯、自動(dòng)扶梯的載重量和運(yùn)行平穩(wěn)性提出了新的要求。（3）新型自動(dòng)扶梯導(dǎo)軌。隨著社會(huì)進(jìn)步、城市化水平的提高以及越來(lái)越多的國(guó)家漸漸步入老齡化社會(huì)，各國(guó)政府對(duì)人文關(guān)懷日益重視，促使城市公共設(shè)施對(duì)自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的需求加速增長(zhǎng)。為實(shí)現(xiàn)公共場(chǎng)所的無(wú)障礙通行，大量的體育場(chǎng)館、地鐵、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、寫(xiě)字樓、賓館等須要加裝自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道。（4）無(wú)機(jī)房電梯導(dǎo)軌。對(duì)于高度在20層以下的民用建筑，可以通過(guò)變更曳引機(jī)的安裝方式去除電梯機(jī)房的設(shè)計(jì)，從而降低建筑總高度、保持整體造型、節(jié)約建筑成本。此外，人們要求電梯節(jié)能、電磁兼容性強(qiáng)、噪聲低、長(zhǎng)壽命、采納綠色裝潢材料、與建筑物協(xié)調(diào)等，甚至有人設(shè)想在大樓頂部的機(jī)房利用太陽(yáng)能作為電梯驅(qū)動(dòng)補(bǔ)充能源等等，而這些都會(huì)對(duì)電梯導(dǎo)軌的運(yùn)行技術(shù)不斷提出新的要求。1.2電梯的分類按速度分類：低速電梯、快速電梯、高速電梯、超高速電梯。按用途分類：乘客電梯、住宅電梯、觀光電梯、載貨電梯、客貨兩用電梯、醫(yī)用電梯、服務(wù)電梯、車輛電梯。按拖動(dòng)方式分類：溝通電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條電梯、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯。按有無(wú)司機(jī)分類：有司機(jī)電梯、無(wú)司機(jī)電梯、有/無(wú)司機(jī)電梯。按限制方式分類：手柄操縱限制電梯、按鈕限制電梯、信號(hào)限制電梯、幾選限制電梯、并聯(lián)限制電梯、群控電梯、微機(jī)限制電梯。按曳引機(jī)構(gòu)分類：有齒曳引機(jī)電梯、無(wú)齒曳引機(jī)電梯。1.3電梯的組成電梯主要由曳引系統(tǒng)、轎廂、重量平衡系統(tǒng)、導(dǎo)軌、門(mén)系統(tǒng)、平安愛(ài)護(hù)系統(tǒng)、電力拖動(dòng)和電氣限制系統(tǒng)等部件組成。曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動(dòng)力，拖動(dòng)電梯運(yùn)行。曳引系統(tǒng)主要由曳引電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、曳引輪和電磁抱閘組成。曳引電動(dòng)機(jī)也稱主電機(jī)，通常采納溝通電動(dòng)機(jī)，目前大多采納變頻器對(duì)其進(jìn)行速度和轉(zhuǎn)矩限制。轎廂是運(yùn)輸乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂在井道中沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。井道側(cè)壁對(duì)應(yīng)各樓層的相應(yīng)位置裝有減速、平層的遮磁板，以便發(fā)送減速、停車信號(hào)。在井道中還設(shè)有各層的樓層編碼開(kāi)關(guān)的磁塊，用做樓層指示信號(hào)。轎廂內(nèi)門(mén)的操作盤(pán)上設(shè)有選層按鈕及相應(yīng)的指示燈，還有開(kāi)/關(guān)門(mén)按鈕等各種顯示電梯運(yùn)行狀態(tài)的指示燈。門(mén)系統(tǒng)由轎廂門(mén)、層門(mén)、開(kāi)門(mén)機(jī)、門(mén)鎖裝置組成。轎廂門(mén)的上方裝有開(kāi)門(mén)機(jī)，開(kāi)門(mén)機(jī)由一臺(tái)小電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)/關(guān)門(mén)動(dòng)作。在井道對(duì)應(yīng)各樓層候梯廳一側(cè)開(kāi)有廳門(mén)，廳門(mén)平常是關(guān)閉的，只有當(dāng)轎廂停穩(wěn)在該層時(shí)，廳門(mén)被轎門(mén)的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)一起打開(kāi)或關(guān)閉。在各層廳門(mén)的一側(cè)面裝有呼梯按鈕和樓層顯示裝置，呼梯按鈕通常有上行呼梯、下行呼梯各一個(gè)（最底層只有上行呼梯按鈕、最高層只有下行呼梯按鈕）。按鈕內(nèi)（有時(shí)在按鈕旁）裝有呼梯相應(yīng)指示燈，該燈亮表示呼梯信號(hào)被限制系統(tǒng)登記。樓層顯示裝置有時(shí)也設(shè)在廳門(mén)上方。電氣限制系統(tǒng)由PLC、變頻器、溝通電動(dòng)機(jī)、輸入/輸出電器部件和限制屏等組成，主要功能是對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和限制。電梯示意圖1—限制柜2—限速器3—門(mén)聯(lián)動(dòng)裝置4—轎門(mén)5—轎廂底板6—樓層地面7—層門(mén)8—補(bǔ)償繩9—驚慌裝置10—地坑11—緩沖器12—對(duì)重13—對(duì)重導(dǎo)軌14—轎廂導(dǎo)軌15—井道壁16—導(dǎo)靴17—導(dǎo)軌壓板18—轎廂19—平安鉗20—曳引繩端接裝置21—曳引繩22—曳引機(jī)23—機(jī)房本課題側(cè)重電梯的PLC限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，未能實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)的升降速度的調(diào)整以及平安愛(ài)護(hù)體統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。1.4電梯工作原理曳引繩兩端分別連著轎廂與對(duì)重（又稱配重），纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器變速后帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對(duì)重的升降運(yùn)動(dòng)，達(dá)到運(yùn)輸目的。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升降運(yùn)動(dòng)，防止轎廂在運(yùn)行中產(chǎn)生偏斜或搖擺。常閉式制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間松閘，使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在失電狀況下制動(dòng)，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止?fàn)顟B(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對(duì)重用來(lái)平衡轎廂載荷、削減發(fā)動(dòng)機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來(lái)補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動(dòng)中的張力和重量變更，使曳引電動(dòng)機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以精確?？俊ｋ姎庀到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)動(dòng)的限制，同時(shí)完成選層、平層工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時(shí)顯示轎廂的于東方向和所在樓層位置。可編程限制器2.1PLC的定義PLC是一種特地為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采納可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、依次運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，限制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)當(dāng)按易于與工業(yè)限制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。2.2PLC的特點(diǎn)（1）牢靠性高，抗干擾實(shí)力強(qiáng)PLC本身具有較強(qiáng)的自診斷功能，保證在“硬核“都正常的狀況下執(zhí)行用戶的限制程序。（2）編程簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)施工周期短PLC作為通用工業(yè)限制計(jì)算機(jī)，是面對(duì)工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口簡(jiǎn)潔，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯限制指令就可以便利地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟識(shí)電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人運(yùn)用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)限制打開(kāi)了便利之門(mén)。此外，PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大削減了限制設(shè)備外部的接線，使限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建立的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得簡(jiǎn)潔起來(lái)。（3）限制程序可變，硬件配置便利在生產(chǎn)工藝流程變更或者生產(chǎn)線設(shè)備更新的狀況下可通過(guò)硬件擴(kuò)充或少量的變更配置與接線，以及變更內(nèi)部程序來(lái)滿意要求，從而避開(kāi)大量的硬件線路更改與安裝工作。（4）功能完善現(xiàn)代PLC具有數(shù)字模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算，定時(shí)、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、依次限制、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄和顯示等功能，設(shè)備限制水平大大提高。（5）體積小，重量輕，能耗低。以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很簡(jiǎn)潔裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的志向限制設(shè)備。2.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化消遣等各個(gè)行業(yè)，運(yùn)用狀況大致可歸納為如下幾類：（1）開(kāi)關(guān)量的邏輯限制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯限制、依次限制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的限制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）模擬量限制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有很多連續(xù)變更的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程限制器處理模擬量，必需實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程限制器用于模擬量限制。（3）運(yùn)動(dòng)限制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的限制。從限制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期干脆用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般運(yùn)用專用的運(yùn)動(dòng)限制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置限制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)限制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。（4）過(guò)程限制過(guò)程限制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)限制。作為工業(yè)限制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的限制算法程序，完成閉環(huán)限制。PID調(diào)整是一般閉環(huán)限制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)整方法。大中型PLC都有PID模塊，目前很多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程限制在冶金、化工、熱處理、鍋爐限制等場(chǎng)合有特別廣泛的應(yīng)用。（5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成肯定的限制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型限制系統(tǒng)，如無(wú)人限制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程限制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型限制系統(tǒng)。（6）通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)限制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都特別重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信特別便利。2.4PLC的工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以肯定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入全部輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變更，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)變更。因此，假如輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必需大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何狀況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的依次依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的限制線路，并按先左后右、先上后下的依次對(duì)由觸點(diǎn)構(gòu)成的限制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后依據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特別功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變更，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變更，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。（3）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU依據(jù)I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新全部的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。2.5PLC的編程語(yǔ)言編程語(yǔ)言是PLC的重要組成部分，PLC為用戶供應(yīng)了完整的編程語(yǔ)言，以適應(yīng)用戶編程的須要。利用編程語(yǔ)言，依據(jù)不同的限制要求編寫(xiě)不同的限制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和變更幾點(diǎn)起的硬件接線線路，這就是所謂的4“可編程序”。程序由編程器送到PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，它也能便利地讀出、檢查與修改。PLC共有5種標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言，其中有三種圖形語(yǔ)言，即梯形圖、功能塊圖，和依次功能圖，兩種文本語(yǔ)言，即結(jié)構(gòu)化文本和指令表。其中梯形圖是最早運(yùn)用的一種PLC語(yǔ)言，也是現(xiàn)在最常用的編程語(yǔ)言。它是從繼電氣限制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演化而來(lái)的，它繼承了繼電氣限制系統(tǒng)中的基本工作原理和電器邏輯關(guān)系的表達(dá)方法，梯形圖預(yù)料電氣限制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一樣的，只是在運(yùn)用符號(hào)和表達(dá)方式上有肯定區(qū)分，所以在邏輯限制系統(tǒng)中得到了廣泛的運(yùn)用。它的最大特點(diǎn)就是直觀、清楚。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本次PLC限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：（1）分析限制要求（2）確定I/O點(diǎn)數(shù)（3）選擇PLC機(jī)型（4）選擇輸入、輸出設(shè)備，安排PLC的I/O（5）程序設(shè)計(jì)（包括梯形圖的繪制）（6）系統(tǒng)調(diào)試（7）編制相關(guān)技術(shù)文件其步驟如下圖所示：圖3.1PLC限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟3.1限制要求分析

此次設(shè)計(jì)所涉及的電梯模型共有五層，電梯的每一層面均有升降及轎廂所在樓層的指示燈顯示；1-5所對(duì)應(yīng)的指示燈表示樓層號(hào)，每層的樓廳均有輸入（分上行和下行）按鈕呼喚電梯。工作中的電梯主要對(duì)各種呼梯信號(hào)和當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，再確定下一個(gè)工作狀態(tài)，為此它要求具有自動(dòng)選向、順向截梯、反向保號(hào)，外呼記憶，自動(dòng)開(kāi)/關(guān)門(mén)狀態(tài)，停梯消號(hào)，自動(dòng)達(dá)層等功能。電梯的上/下行由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)(KM1)為電梯上升，反轉(zhuǎn)(KM2)為下降。另外，電梯門(mén)的開(kāi)關(guān)也由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2限制，電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)（KM3）為電梯開(kāi)門(mén)，反轉(zhuǎn)（KM4）為關(guān)門(mén)。分析以上限制要求，將電梯限制要實(shí)現(xiàn)的功能排列如下：（1）起先時(shí)，電梯處于隨意一層。（2）當(dāng)有外呼梯信號(hào)到來(lái)時(shí)電梯響應(yīng)當(dāng)呼梯信號(hào)，到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止運(yùn)行，電梯門(mén)打開(kāi)，延時(shí)三秒后自動(dòng)關(guān)門(mén)。（3）當(dāng)有內(nèi)呼梯信號(hào)到來(lái)時(shí)，電梯應(yīng)當(dāng)響應(yīng)當(dāng)呼梯信號(hào)，到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止運(yùn)行，電梯門(mén)打開(kāi)，三秒后開(kāi)門(mén)到位，再延時(shí)三秒后自動(dòng)關(guān)門(mén)，關(guān)門(mén)時(shí)間也為三秒。當(dāng)關(guān)門(mén)時(shí)，為了防止夾住乘客，在門(mén)兩側(cè)安裝了紅外線傳感器，有人進(jìn)出時(shí)，兩秒后才關(guān)門(mén)。（4）樓層呼叫按鈕及電梯內(nèi)按鈕按下，電梯未達(dá)到相應(yīng)樓層或未得到相應(yīng)的相應(yīng)時(shí)，相應(yīng)指示燈一干脆通指示。（5）電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。例如電梯在一樓，而同時(shí)有二層向下外呼梯，三

層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號(hào)。（6）電梯具有同向截車功能。（7）電梯未在平層或運(yùn)行時(shí)，開(kāi)門(mén)按鈕和關(guān)門(mén)按鈕均不起作用。平層且電梯停止運(yùn)行后，按開(kāi)門(mén)按鈕可使門(mén)打開(kāi)，按關(guān)門(mén)按鈕可使門(mén)關(guān)閉。（8）開(kāi)門(mén)時(shí)蜂鳴器響。3.2確定I/O點(diǎn)數(shù)依據(jù)電梯限制的特點(diǎn)，輸入信號(hào)應(yīng)當(dāng)包括以下幾個(gè)部分：（1）轎廂內(nèi)及各層門(mén)廳外呼按鈕轎廂內(nèi)的樓層選擇按鈕共有數(shù)字鍵1-5，各層門(mén)廳的外呼按鈕除第一層只有上升按鈕，第五層只有下降按鈕外，其余三層均設(shè)有上升、下降兩個(gè)按鈕，故一共須要13個(gè)輸入。（2）位置信號(hào)平層傳感器安裝于各樓層的電梯?？课恢玫奈鍌€(gè)傳感器，此傳感器主要用于檢測(cè)平層用的，平常為常開(kāi)，當(dāng)電梯運(yùn)行到平層時(shí)關(guān)閉。還有一個(gè)上下限位開(kāi)關(guān)，另外還有一組紅外線傳感器，此傳感器主要用于門(mén)機(jī)上愛(ài)護(hù)人或物不被夾傷的裝置。故位置信號(hào)一共須要8個(gè)輸入。（3）電梯門(mén)限制信號(hào)大部分電梯都具有開(kāi)門(mén)按鈕以及關(guān)門(mén)按鈕，以便利手動(dòng)開(kāi)門(mén)，故電梯門(mén)限制信號(hào)一共須要2個(gè)輸入。綜上所述，共須要輸入點(diǎn)23個(gè)。輸出信號(hào)應(yīng)當(dāng)包括：（1）內(nèi)呼指示信號(hào)內(nèi)呼指示信號(hào)有5個(gè)，分別表示1~5層的內(nèi)呼被接受，并在內(nèi)呼指令完成后，信號(hào)消逝。（2）外呼指示信號(hào)外乎信號(hào)共有8個(gè)，分別表示1-5層的外呼被接受，并在外呼指令完成后，信號(hào)消逝。（3）電梯上下行指示信號(hào)，共2個(gè)。（4）電動(dòng)機(jī)M1正反轉(zhuǎn)，共須要輸出點(diǎn)2個(gè)。（5）電動(dòng)機(jī)M2正反轉(zhuǎn)，共2個(gè)。（5）開(kāi)門(mén)蜂鳴器1個(gè)（6）LED層顯示段，共須要7段綜上所述，共需輸出點(diǎn)27個(gè)。PLC機(jī)型的選擇PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和限制室安裝兩類，按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度動(dòng)身，通?？砂聪拗乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型限制系統(tǒng)；模塊型PLC供應(yīng)多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置限制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展便利敏捷，一般用于大中型限制系統(tǒng)。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、運(yùn)用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)?？煽毓栎敵瞿K適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載實(shí)力較差。輸出模塊還有直流輸出、溝通輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一樣。PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220V電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一樣。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采納不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電，假如PLC本身帶有可運(yùn)用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)供應(yīng)的電流是否滿意應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源，為了防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離室必要的，有時(shí)也可采納簡(jiǎn)潔的二級(jí)管或熔絲管隔離。通過(guò)上述分析，且又知道此五層電梯程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行時(shí)需運(yùn)用23個(gè)輸入和27個(gè)輸出，又對(duì)PLC機(jī)型的選擇做了具體分析可得出對(duì)于電梯限制系統(tǒng)可以選用一些小型PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)，如日本三菱FX系列的PLC。三菱FX系列PLC擁有無(wú)以匹及的速度，高級(jí)的功能邏輯選件以及定位限制等特點(diǎn)；FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和全部便利都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小型程序裝置。除輸入/輸出16-256點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個(gè)基本組件間的連接，模擬限制，定位限制等，是一套可以滿意多樣化廣泛須要的PLC。在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的敏捷輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采納最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？梢罁?jù)電源及輸出形式，自由選擇。因此本次設(shè)計(jì)所選擇的PLC為：FX2N—64MR。3.4PLC限制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)安排PLC五層電梯限制系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)安排表如下所示：表4.1

PLC輸入、輸出點(diǎn)安排表輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)信號(hào)輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)信號(hào)X1呼叫按鈕1↑Y0電梯上升（KM1）X2呼叫按鈕2↑Y1電梯下降（KM2）X3呼叫按鈕2↓Y2開(kāi)門(mén)（KM3）X4呼叫按鈕3↑Y3關(guān)門(mén)（KM4）X5呼叫按鈕3↓Y4上行指示X6呼叫按鈕4↑Y5下行指示X7呼叫按鈕4↓Y6蜂鳴器X10呼叫按鈕5↓Y7--X11內(nèi)呼按鈕去1樓Y101↑外呼指示X12內(nèi)呼按鈕去2樓Y112↑外呼指示X13內(nèi)呼按鈕去3樓Y122↓外呼指示X14內(nèi)呼按鈕去4樓Y133↑外呼指示X15內(nèi)呼按鈕去5樓Y143↓外呼指示X161樓平層信號(hào)傳感器Y154↑外呼指示X172樓平層信號(hào)傳感器Y164↓外呼指示X203樓平層信號(hào)傳感器Y175↓外呼指示X214樓平層信號(hào)傳感器Y20內(nèi)呼按鈕去1樓指示X225樓平層信號(hào)傳感器Y21內(nèi)呼按鈕去2樓指示X23上下限位Y22內(nèi)呼按鈕去3樓指示X24轎廂內(nèi)開(kāi)門(mén)按鈕Y23內(nèi)呼按鈕去4樓指示X25轎廂內(nèi)關(guān)門(mén)按鈕Y24內(nèi)呼按鈕去5樓指示X26紅外線傳感器（左）Y25LED層顯示a段X27紅外線傳感器（右）Y26LED層顯示b段Y27LED層顯示c段Y30LED層顯示d段Y31LED層顯示e段Y32LED層顯示f段Y33LED層顯示g段程序中運(yùn)用的內(nèi)部繼電器說(shuō)明見(jiàn)表4.2。表4.2內(nèi)部繼電器說(shuō)明M1011樓上升外呼按鈕用，用于記憶外呼按鈕呼梯信號(hào)，平層解除M111上升綜合信號(hào)M1022樓上升M112M1032樓下降M113M1043樓上升M114M1053樓下降M115下降綜合信號(hào)M1064樓上升M116M1074樓下降M117M1085樓下降M118M5011樓平層平層用，用于記憶平層信號(hào)，被其他平層信號(hào)解除M119上升記憶信號(hào)M5022樓平層M120下降記憶信號(hào)M5033樓平層M2261層有效開(kāi)門(mén)信號(hào)M5044樓平層M2272層有效開(kāi)門(mén)信號(hào)M5055樓平層M2283層有效開(kāi)門(mén)信號(hào)M201內(nèi)呼去1樓用于要去的樓層，平層時(shí)解除M2294層有效開(kāi)門(mén)信號(hào)M202內(nèi)呼去2樓M2305層有效開(kāi)門(mén)信號(hào)M203內(nèi)呼去3樓M240已正常開(kāi)關(guān)門(mén)記憶信號(hào)M204內(nèi)呼去4樓M2411層手動(dòng)開(kāi)門(mén)M205內(nèi)呼去5樓M2422層手動(dòng)開(kāi)門(mén)M2111樓上升開(kāi)關(guān)門(mén)有效外呼M2433層手動(dòng)開(kāi)門(mén)M2122樓上升M2444層手動(dòng)開(kāi)門(mén)M2132樓下降M2455層手動(dòng)開(kāi)門(mén)M2143樓上升M246各層手動(dòng)開(kāi)門(mén)信號(hào)綜合M2153樓下降T0開(kāi)門(mén)時(shí)間M2164樓上升T1關(guān)門(mén)時(shí)間M2174樓下降T2開(kāi)門(mén)延時(shí)時(shí)間M2185樓下降M221內(nèi)呼去1樓開(kāi)關(guān)門(mén)有效內(nèi)呼M222內(nèi)呼去2樓M223內(nèi)呼去3樓M224內(nèi)呼去4樓M225內(nèi)呼去5樓PLC外部硬件電路的設(shè)計(jì)3.51五層電梯的主電路圖圖3.2主電路圖PLCI/O接線圖呼叫按鈕1↑X1呼叫按鈕2↑X2呼叫按鈕2↓X3呼叫按鈕3↑X4呼叫按鈕3↓X5呼叫按鈕4↑X6呼叫按鈕4↓X7呼叫按鈕5↓X10內(nèi)呼按鈕去1樓X11內(nèi)呼按鈕去2樓X12內(nèi)呼按鈕去3樓X13內(nèi)呼按鈕去4樓X14FX2NPLC內(nèi)呼按鈕去5樓X151樓平層信號(hào)X162樓平層信號(hào)X173樓平層信號(hào)X204樓平層信號(hào)X215樓平層信號(hào)X22上下限位X23轎廂內(nèi)開(kāi)門(mén)按鈕X24轎廂內(nèi)關(guān)門(mén)按鈕X25紅外線傳感器（左）X26紅外線傳感器（右）X27.COM24圖3.3輸入回路接線圖Y6蜂鳴器Y4上行指示Y5下行指示Y101↑外呼指示Y112↑外呼指示Y122↓外呼指示Y133↑外呼指示Y143↓外呼指示Y154↑外呼指示Y164↓外呼指示Y175↓外呼指示Y20內(nèi)呼去1樓指示FX2NPLCY21內(nèi)呼去2樓指示Y22內(nèi)呼去3樓指示Y23內(nèi)呼去4樓指示Y24內(nèi)呼去5樓指示Y25LED層顯示a段Y26LED層顯示b段Y27LED層顯示c段Y30LED層顯示d段Y31LED層顯示e段Y32LED層顯示f段Y33LED層顯示g段COM1AC24VFU2COM2COM3C0M4COM5Y0KM1Y1KM2Y2KM3Y3KM4COM0AC220VFU1圖3.4輸出回路接線圖3.6樓層位置顯示功能圖3.5轎廂內(nèi)限制屏示意圖gfabecdA段B段C段D段E段F段G段一樓0110000二樓1101101三樓1111001四樓1110001五樓1011011圖3.6LED數(shù)碼管顯示層樓示意圖3.7設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程如下圖所示：圖3.7

PLC系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由電梯運(yùn)動(dòng)流程圖可以看出電梯的運(yùn)動(dòng)限制中最須要關(guān)注的主要部分是：開(kāi)關(guān)轎廂門(mén)的限制，電梯的自動(dòng)選向，轎廂的內(nèi)呼和樓層外呼信號(hào)記憶和指示。將各部分分為單獨(dú)的模塊分別進(jìn)行編程，繪制梯形圖，不僅條理清楚，提高編程效率，而且能更為便利的進(jìn)行程序的調(diào)試。圖4.1-圖4.12為五層電梯的邏輯限制主要程序。限制程序的進(jìn)入由MCMCR主控指令限制，X000為允許電梯自動(dòng)限制的開(kāi)關(guān)。4.1廳門(mén)（外呼）按鈕呼梯信號(hào)記憶和顯示樓層外呼指示程序比較困難，按下外呼按鈕，則對(duì)應(yīng)的外呼指示置位，在取消置位時(shí)，一層和五層因?yàn)橹挥幸环N運(yùn)動(dòng)方向，因此干脆平層后門(mén)電機(jī)打開(kāi)就能取消置位。而二、三、四層則不同，因?yàn)檫@三層均有兩種運(yùn)動(dòng)方向，只有電梯運(yùn)動(dòng)方向與外呼運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，才能取消置位。以下程序?yàn)楦鳂菍油夂舭粹o按下之后所對(duì)應(yīng)的外呼指示，其梯形圖如下圖所示：圖4.1廳門(mén)（外呼）按鈕呼梯信號(hào)記憶和顯示平層信號(hào)記憶及信號(hào)解除轎廂未達(dá)到目標(biāo)平層時(shí)的信號(hào)記憶及達(dá)到平層時(shí)信號(hào)解除的梯形圖如下圖所示：圖4.2平層信號(hào)記憶及信號(hào)解除轎廂內(nèi)呼按鈕呼梯信號(hào)記憶和顯示轎廂內(nèi)呼較為簡(jiǎn)潔，當(dāng)按下內(nèi)呼按鈕，內(nèi)呼指示即置位，達(dá)到指定樓層后，電梯門(mén)打開(kāi)，內(nèi)呼指示取消置位。梯形圖如下圖所示：圖4.3轎廂內(nèi)呼按鈕呼梯信號(hào)記憶和顯示廳門(mén)開(kāi)關(guān)門(mén)有效信號(hào)所繪制的梯形圖如下圖所示：圖4.4廳門(mén)開(kāi)關(guān)門(mén)有效信號(hào)轎廂內(nèi)呼開(kāi)關(guān)門(mén)有效信號(hào)所繪制的梯形圖如下圖所示：圖4.5轎廂內(nèi)呼開(kāi)關(guān)門(mén)有效信號(hào)開(kāi)關(guān)門(mén)限制的梯形圖如下圖所示：圖4.6開(kāi)關(guān)門(mén)限制的限制程序4.7電梯轎廂上/下行電梯上/下行的條件如下圖所示：圖4.7電梯轎廂上下行流程圖4．71電梯轎廂上行由圖4.7知電梯在滿意以下條件時(shí)上行（1）電梯在一層時(shí)，無(wú)論什么狀況均上行；同理，電梯在第五層時(shí)無(wú)論什么狀況均不上行。（2）電梯在二層，且有二層外呼上指示，三層外呼下指示，三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，三層內(nèi)呼指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示。（3）電梯在三層，且有三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示。（4）電梯在四層，且有四層外呼上指示，五層外呼下指示，五層內(nèi)呼指示。滿意以上條件同時(shí)不滿意電梯下行條件時(shí)，電梯上行，繪制梯形圖如下：圖4.8上升信號(hào)4.72電梯轎廂下行同樣，當(dāng)滿意以下條件，且不滿意電梯上行條件時(shí)，電梯下行：（1）電梯在二層，且有二層外呼下指示，一層外呼上指示，一層內(nèi)呼指示。（2）電梯在三層，且有三層外呼下指示，二層外呼上指示，二層外呼下指示，一層外呼上指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示。（3）電梯在四層，且有四層外呼下指示，三層外呼上指示，