基于PLC的組態(tài)王并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)

前言監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SupervisoryControlandDataAcquisition,SCADA）的軟件平臺(tái)工具，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。組態(tài)的含義來自英文Configuration，指的是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到使計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置，自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)，滿足使用者要求的目的。組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它融過程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)操作以及工廠資源管理于一體，將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。它基于MicrosoftWindowsXP/NT/2000操作系統(tǒng)，用戶可以在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的所有層次的各個(gè)位置上都可以及時(shí)獲得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。采用組態(tài)王軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強(qiáng)用戶生產(chǎn)控制能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)營管理和故障診斷，到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)。當(dāng)今操作系統(tǒng)領(lǐng)域，Unix、Linux以及微軟公司在Windows操作系統(tǒng)三足鼎立。因此，未來的組態(tài)軟件也要求能夠在多個(gè)操作系統(tǒng)平臺(tái)上使用。Unix是唯一可以在微、超微、小、超小型工作站和中大、小巨、巨型機(jī)上“全譜系通用”的系統(tǒng)。由于Unix的特殊背景，它強(qiáng)有力的功能，特別是它的可移植性以及目前硬件突飛猛進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)，吸引越來越多的廠家和用戶。Unix在多任務(wù)、實(shí)時(shí)性、聯(lián)網(wǎng)方面的處理能力優(yōu)于Windows，但圖形界面、即插即用、I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序數(shù)量方面趕不上Windows。90年代以來Unix的這些缺點(diǎn)已得到改進(jìn)，現(xiàn)在的Unix圖形界面，Windows和Unix的變種——Linux已經(jīng)具備了較好的圖形環(huán)境。嵌入式應(yīng)用是組態(tài)軟件發(fā)展的一個(gè)重要方向。嵌入式組態(tài)軟件以一定形式的硬件為載體，使用者是不會(huì)特意去了解其中嵌入的是何種操作系統(tǒng)。目前，有很多工控產(chǎn)品在采用嵌入式模式，例如帶圖形顯示界面的控制器等。組態(tài)軟件主要應(yīng)用于工業(yè)過程控制領(lǐng)域，其使用者是自動(dòng)化工程的設(shè)計(jì)人員。組態(tài)軟件的主要目的是使用者在生成適合自己需要的應(yīng)用系統(tǒng)是不需要過多地處理系統(tǒng)源代碼等內(nèi)容，其主要精力可集中于系統(tǒng)搭建和功能實(shí)現(xiàn)等方面。組態(tài)王軟件主要解決的問題：如何與采集、控制設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；如何使來自設(shè)備的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)圖形畫面上的各元素相關(guān)聯(lián)起來；處理數(shù)據(jù)報(bào)警及系統(tǒng)報(bào)警；存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)查詢；各類報(bào)表的生成和打印輸出；為使用者提供靈活、多變的組態(tài)工具，可以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求；最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性；具有與第三方應(yīng)用程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。操作人員可以在組態(tài)軟件的支持下完成如下任務(wù)：查看生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及流程畫面；自動(dòng)打印各種實(shí)時(shí)/歷史生產(chǎn)報(bào)表；自由瀏覽各個(gè)實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)曲線畫面；及時(shí)得到并處理各種過程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警；在需要時(shí)，認(rèn)為干預(yù)生產(chǎn)過程，修改生產(chǎn)過程參數(shù)和狀態(tài)；與管理部門的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，為管理部門提供生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成：工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個(gè)工程開發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動(dòng)畫鏈接、命令語言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。運(yùn)行系統(tǒng)：工程運(yùn)行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫設(shè)計(jì)顯示動(dòng)態(tài)畫面，實(shí)現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。

2控制方案設(shè)計(jì)以及調(diào)節(jié)器控制算法的形成2.1控制方案設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)方法2.1.1單回路控制方案設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)是基于組態(tài)王組態(tài)軟件的高級(jí)控制方案的設(shè)計(jì)，而比值控制、分程控制、選擇性控制方案都是在單回路控制方案的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，故而有必要介紹單回路控制方案。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)（單回路控制系統(tǒng)）是指由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)執(zhí)行器（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用負(fù)反饋控制原理，克服擾動(dòng)因素對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)被控變量的定值或隨動(dòng)跟蹤控制。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、目標(biāo)單一被稱為簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如圖2-1所示：圖2-1單回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖2.1.2比值控制方案設(shè)計(jì)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，要求兩種或多種物料流量成一定比例關(guān)系；一旦比例失調(diào)，會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，影響產(chǎn)品質(zhì)量，浪費(fèi)動(dòng)力，造成環(huán)境污染，甚至產(chǎn)生生產(chǎn)事故。在這種情況下，就產(chǎn)生了比值控制。比值控制系統(tǒng)是用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)按一定比例關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制的系統(tǒng)。比值控制系統(tǒng)就是為了實(shí)現(xiàn)從動(dòng)量Q2與主動(dòng)量Q1成一定比值關(guān)系，如K=Q2/Q1。在這里主要設(shè)計(jì)比值控制中的一種——雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的工藝流程圖以及原理框圖如圖2-2所示：圖2-2雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的工藝流程圖以及原理框圖做該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器需要關(guān)注原理框圖中的幾個(gè)量：給定值、流量比、主動(dòng)量測(cè)量值、從動(dòng)量測(cè)量值和調(diào)節(jié)器輸出。該系統(tǒng)控制部分由一個(gè)主動(dòng)量調(diào)節(jié)器、一個(gè)從動(dòng)量調(diào)節(jié)器和一個(gè)比值器構(gòu)成，主動(dòng)量測(cè)量值與流量比的乘積作為從動(dòng)量調(diào)節(jié)器的給定值，與從動(dòng)量測(cè)量值作偏差，作為輸入信號(hào)送給從動(dòng)量調(diào)節(jié)器，從動(dòng)量調(diào)節(jié)器再做PID算法給出輸出控制信號(hào)。在系統(tǒng)工作時(shí)，若主動(dòng)量受到干擾發(fā)生波動(dòng)，則主動(dòng)量回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使主動(dòng)量始終穩(wěn)定在給定值附近，同時(shí)從動(dòng)量控制回路也會(huì)隨主動(dòng)量的波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)從動(dòng)量受到擾動(dòng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，從動(dòng)量控制回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使從動(dòng)量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動(dòng)控制回路不受從動(dòng)量波動(dòng)的影響。因此，因擾動(dòng)而發(fā)生的主動(dòng)量和從動(dòng)量波動(dòng)利用各自控制回路分別實(shí)現(xiàn)實(shí)際值與給定值吻合，從而保證主、副物料流量的比值恒定。當(dāng)調(diào)節(jié)主動(dòng)量給定值時(shí)，主動(dòng)量控制回路調(diào)節(jié)主動(dòng)量實(shí)際值和給定值吻合；同時(shí)，根據(jù)主動(dòng)量與從動(dòng)量的比值及新的主動(dòng)量給定值，系統(tǒng)給出從動(dòng)量控制回路的輸入值。通過從動(dòng)控制回路的調(diào)節(jié)控制使從動(dòng)量的實(shí)際值與該輸入值吻合，即從動(dòng)控制量的實(shí)際值與主動(dòng)量變動(dòng)后的數(shù)值相對(duì)應(yīng)，保持主動(dòng)量和從動(dòng)量的比值不變?？梢娭鲃?dòng)量控制回路是一定值控制系統(tǒng)，而從動(dòng)量控制回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。2.1.3分程控制方案設(shè)計(jì)一臺(tái)控制器的輸出可以同時(shí)控兩只或兩只以上的控制閥，控制器的輸出被分割成若干個(gè)信號(hào)范圍段，而由每一段信號(hào)去控制一只控制閥。分程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖如圖2-3所示：圖2-3分程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖分程控制系統(tǒng)下的調(diào)節(jié)器和單回路控制系統(tǒng)下的調(diào)節(jié)器一樣，只不過調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分段，分別送給兩個(gè)調(diào)節(jié)閥，具體的用程序?qū)崿F(xiàn)，第三章有講到。2.1.4選擇性控制方案設(shè)計(jì)通常的自動(dòng)控制系統(tǒng)都是在生產(chǎn)過程處于正常工況時(shí)發(fā)揮作用的，如遇到不正常工況則往往要退出自動(dòng)控制而切換為手動(dòng)，待工況基本恢復(fù)后再投入自動(dòng)控制狀態(tài)?，F(xiàn)在石油化工等過程工業(yè)中，越來越多的生產(chǎn)裝置要求控制系統(tǒng)既能在正常工藝狀況下發(fā)揮控制作用，又能在非正常狀況下仍然起到自動(dòng)控制作用，使生產(chǎn)過程盡快恢復(fù)到正常工況，至少也是有助于或有待于工況恢復(fù)正常。這種非正常工況時(shí)的控制系統(tǒng)屬于安全保護(hù)措施，安保措施有兩大類：一是硬保護(hù)，二是軟保護(hù)。所謂硬保護(hù)措施就是當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí)，有聲、光報(bào)警產(chǎn)生。此時(shí)有操作工將控制器切換到手動(dòng)，進(jìn)行手動(dòng)操作、處理；或是通過專門設(shè)置的聯(lián)鎖保護(hù)線路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車，達(dá)到保護(hù)生產(chǎn)的目的。對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)過程來說，即使短暫的設(shè)備停車，也會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此這種硬保護(hù)措施已逐漸不為人們所歡迎，相應(yīng)地出現(xiàn)了軟保護(hù)措施。所謂軟保護(hù)措施就是當(dāng)生產(chǎn)工況超出一定范圍時(shí)，不是消極地連鎖保護(hù)甚至停車，而是自動(dòng)地切換到一種新控制系統(tǒng)中，這個(gè)新的控制系統(tǒng)取代了原來的控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，當(dāng)工況恢復(fù)時(shí)，又自動(dòng)地切換到原來的控制系統(tǒng)中。由于要對(duì)工況是否正常進(jìn)行判斷，要在兩個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中選擇，因此，稱為選擇性控制系統(tǒng)，又是也稱取代控制或超馳控制。本設(shè)計(jì)是選擇器位于調(diào)節(jié)器之后，對(duì)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的方框圖如圖2-4所示：圖2-4選擇性控制系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)含有取代調(diào)節(jié)器和正常調(diào)節(jié)器，兩者的輸出信號(hào)都送至選擇器。在生產(chǎn)正常狀況下，選擇器選出能適應(yīng)安全生產(chǎn)的控制信號(hào)送給調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制；當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)異常時(shí)，選擇器也能選出適應(yīng)安全生產(chǎn)狀況的控制信號(hào)，由取代調(diào)節(jié)器代替正常調(diào)節(jié)器工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)非正常生產(chǎn)過程下的自動(dòng)控制。一旦生產(chǎn)狀況恢復(fù)正常，選擇器則進(jìn)行自動(dòng)切換，使正常調(diào)節(jié)器控制生產(chǎn)的正常運(yùn)行。要構(gòu)成選擇性控制，生產(chǎn)操作必須有一定選擇性邏輯關(guān)系。而選擇性控制的實(shí)現(xiàn)則需要具有選擇功能的自動(dòng)選擇器(高值選擇器和低值選擇器)或有關(guān)切換裝置來完成。選擇器的類型可以根據(jù)生產(chǎn)處于不正常情況下、非正常情況控制器的輸出信號(hào)控制器的輸出信號(hào)高、低來確定；如果在非正常情況下它的輸出信號(hào)為高信號(hào)，應(yīng)選高選器；如果在這種情況下它的輸出信號(hào)為低信號(hào)，應(yīng)選低選器。本設(shè)計(jì)基于上述原理通過選擇器選擇兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出，此時(shí)調(diào)節(jié)器不再是正常調(diào)節(jié)器和取代調(diào)節(jié)器了，而在程序設(shè)計(jì)中改換為1號(hào)調(diào)節(jié)器和2號(hào)調(diào)節(jié)器，這樣更具有普遍性。2.2本設(shè)計(jì)中的調(diào)節(jié)器控制方案下調(diào)節(jié)器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-5所示：圖2-5單回路方案下調(diào)節(jié)器的基本結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)器主要是根據(jù)偏差，進(jìn)行PID運(yùn)算，得到控制信號(hào)，進(jìn)而控制調(diào)節(jié)閥開度變化，偏差是來自變送器的測(cè)量信號(hào)與給定值相比較所產(chǎn)生的，所以設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器上必須有給定值，測(cè)量信號(hào)，調(diào)節(jié)規(guī)律以及輸出控制信號(hào)。但是實(shí)際的調(diào)節(jié)器需要考慮的還不止這些：提供內(nèi)給定信號(hào)及內(nèi)、外給定的選擇當(dāng)控制器處于單回路定值控制系統(tǒng)時(shí)，給定信號(hào)常由控制器內(nèi)部提供，故稱作內(nèi)給定信號(hào)。它的范圍與測(cè)量值的范圍相同。在控制系統(tǒng)中，給定值的大小根據(jù)生產(chǎn)工藝參數(shù)的要求人為確定。當(dāng)控制器作為串級(jí)控制系統(tǒng)或者比值控制系統(tǒng)中的副控制器使用時(shí)，其給定信號(hào)來自控制器的外部，稱作外給定信號(hào)，它往往不是一個(gè)恒定值?？刂破鹘邮芡饨o定信號(hào)或者提供內(nèi)給定信號(hào)，是通過內(nèi)、外給定開關(guān)來選擇的。（2）手動(dòng)操作與手動(dòng)/自動(dòng)雙向切換因?yàn)檎{(diào)節(jié)器除了自動(dòng)運(yùn)行外，手動(dòng)操作功能也是必不可少的，所以所設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器還需要有手動(dòng)自動(dòng)切換功能。在自動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，往往先進(jìn)行手動(dòng)操作，來改變控制器的輸出信號(hào)，待系統(tǒng)基本穩(wěn)定后在切換為自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)控制器的自動(dòng)部分失靈后，也必須切換到手動(dòng)操作。通過控制器的手動(dòng)/自動(dòng)雙向切換開關(guān)，可以方便地進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)切換，而在切換過程中，都希望切換操作不會(huì)給控制系統(tǒng)帶來擾動(dòng)，即必須需要無擾動(dòng)切換。在手動(dòng)操作時(shí)，通?？刂破鞫季哂凶詣?dòng)輸出信號(hào)自動(dòng)跟蹤手動(dòng)輸出信號(hào)的功能，穩(wěn)態(tài)時(shí)兩者相等。這樣，當(dāng)控制器的偏差穩(wěn)定在零時(shí)，由手動(dòng)切換到自動(dòng)，控制器的輸出信號(hào)就不會(huì)突變，即可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，則視控制器是否具有手動(dòng)輸出信號(hào)自動(dòng)地跟蹤自動(dòng)輸出信號(hào)的功能，若無此功能，則由自動(dòng)切換到手動(dòng)之前，必須進(jìn)行預(yù)平衡操作，即調(diào)整手動(dòng)輸出信號(hào)使其等于自動(dòng)輸出信號(hào)，然后由自動(dòng)切換到手動(dòng)，方能達(dá)到無擾動(dòng)切換；若有自動(dòng)跟蹤功能，則由自動(dòng)切換到手動(dòng)不必進(jìn)行預(yù)平衡操作，便可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。（3）調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇根據(jù)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，考慮在斷電或斷氣情況下的安全性，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須選擇使用調(diào)節(jié)器的正、反作用形式。不管使用那種調(diào)節(jié)閥，為了構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，必須正確地確定控制器的正、反作用，否則整個(gè)控制系統(tǒng)就無法正常運(yùn)行。控制器的正、反作用，是通過正、反作用開關(guān)來選擇的。在本設(shè)計(jì)中我們?cè)诔绦蛑性O(shè)置比例增益Kp變量范圍為-100—100，可為正可為負(fù)，當(dāng)Kp為正時(shí)，調(diào)節(jié)器為反作用調(diào)節(jié)器，當(dāng)Kp為負(fù)時(shí)，調(diào)節(jié)器為正作用調(diào)節(jié)器。因?yàn)檎{(diào)節(jié)器正/反作用形式是根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出與測(cè)量值之間的變化關(guān)系而定的。調(diào)節(jié)器輸出隨測(cè)量值增加而增加的，為正作用形式；隨測(cè)量值增加而減小的，為反作用形式。由于偏差定義為給定值減測(cè)量值，故偏差隨測(cè)量值的減小而增加。因而Kp為正時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出隨測(cè)量值的減小而增加，即為反作用調(diào)節(jié)器。所以這里在調(diào)節(jié)器操作界面上就不需要用正反作用開關(guān)來選擇了。2.3調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇及調(diào)節(jié)器控制算法的形成2.3.1本設(shè)計(jì)控制方案下調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇控制器的控制規(guī)律就是控制器的輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)(偏差)變化的規(guī)律。對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，我們選擇控制器的控制規(guī)律可以有多種，比如P、PI、PD和PID，不同的控制規(guī)律，控制作用和特點(diǎn)也不一樣。只具有比例控制規(guī)律的控制器為比例控制器，其輸出與輸入成比例關(guān)系。對(duì)于比例作用的控制器來說，只要有偏差輸入，其輸出立即按比例變化，因此比例作用及時(shí)迅速；但只具有比例控制規(guī)律的控制系統(tǒng)，當(dāng)被控變量受擾動(dòng)影響而偏離給定值后，控制器的輸出必定要發(fā)生變化。而在系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)以后，為了克服擾動(dòng)的影響，控制器的輸出不是原來的數(shù)值。由于控制器的輸出與偏差成比例關(guān)系，被控變量也就不可能回到原來數(shù)值上，即存在參與偏差——余差。正因?yàn)楸壤刂破饔杏嗖钸@個(gè)缺點(diǎn)，故而在此系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加積分控制作用，可以消除控制系統(tǒng)的余差。但是比例積分控制規(guī)律存在一個(gè)積分飽和的問題，就是具有積分作用的控制器在單方向偏差信號(hào)的作用下，其輸出達(dá)到輸出范圍繼續(xù)進(jìn)行，從而使控制器脫離正常工作狀態(tài)上限值或下限值以后，積分作用將繼續(xù)進(jìn)行。這樣的話當(dāng)偏差反向時(shí)就很容易造成控制作用不及時(shí)，從而使控制品質(zhì)變壞，甚至危及安全。微分作用的輸出與偏差變化的速度成正比，輸入偏差變化的速度越大，則微分作用的輸出越大，然而對(duì)于一個(gè)固定不變的偏差，不管這個(gè)偏差有多大，微分作用的輸出總是零。所以微分作用一般不單獨(dú)使用。比例微分控制規(guī)律具有超前作用。而PID（比例積分微分）控制規(guī)律則把比例、積分、微分的優(yōu)點(diǎn)集合到一起，發(fā)揮出來，控制品質(zhì)更高。其中，為了改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，通常在系統(tǒng)中引入偏差的比例調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的快速性；引入偏差的積分調(diào)節(jié)，以提高控制精度；引入偏差的微分調(diào)節(jié)，以消除系統(tǒng)慣性的影響，這樣就形成了按偏差PID調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。因此，在這里三種控制方案的調(diào)節(jié)器均選為PID控制規(guī)律的調(diào)節(jié)器。2.3.2調(diào)節(jié)器控制算法的形成所謂PID控制就是比例(Proportional)、積分(Integral)和微分(Differential)控制。模擬控制器的控制規(guī)律及傳遞函數(shù)為：（2-1）其中：Kp：為比例系數(shù)；Ti：積分時(shí)間常數(shù)：Td：微分時(shí)間常數(shù)。用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制，即把模擬PID控制規(guī)律數(shù)字化：求和代替積分，后向差分代替微分。積分計(jì)算：（2-2）微分計(jì)算：（2-3）這樣我們就可以得到離散PID控制運(yùn)算式。PID離散控制原理如圖2-6所示：圖2-6PID控制原理圖離散PID控制算法分為位置式PID、增量式PID和速度式PID控制算法三種。位置式PID控制算式：（2-4）增量式PID控制算式：（2-5）式中：Kp——比例增益即Kp；KI——積分系數(shù)即T/Ti；KD——微分系數(shù)即Td/T；e(k)——系統(tǒng)t=kT時(shí)刻的控制偏差。速度式PID控制算法一般很少用，增量式PID控制算法是在位置式PID控制算法基礎(chǔ)上改進(jìn)的，應(yīng)用廣泛。這里我們采用的PID控制算法均為增量式的PID控制算法，因?yàn)槠渑c位置式PID控制算法比較，有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）增量型算法不需做累加，計(jì)算誤差或計(jì)算精度問題對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。位置型算法用到過去的誤差的累加，容易產(chǎn)生較大的累加誤差。（2）增量型算法得出的是控制的增量，誤動(dòng)作影響小，必要時(shí)通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會(huì)影響系統(tǒng)的工作。位置型算法的輸出是控制量的全部輸出，誤動(dòng)作影響大。（3）增量式算法易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無沖擊切換。

3電梯控系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)是基于組態(tài)王的三層電梯控制，電梯控制程序由三菱PLC編程軟件GXDeveloper開發(fā)，人機(jī)界面由組態(tài)王開發(fā)。電梯控制要求如表1所示。輸入點(diǎn)分配如表2所示。輸出點(diǎn)分配如表3-1所示。表3-1三層電梯控制要求序號(hào)輸入輸出原停層呼叫層運(yùn)行方向運(yùn)行結(jié)果113升上升到3層同時(shí)開門，4s后關(guān)門223升上升到3層同時(shí)開門，4s后關(guān)門333停開門，4s后關(guān)門412升上升到2層同時(shí)開門，4s后關(guān)門522停開門，4s后關(guān)門632降下降到2層同時(shí)開門，4s后關(guān)門711停開門，4s后關(guān)門821降下降到1層同時(shí)開門，4s后關(guān)門931降下降到1層同時(shí)開門，4s后關(guān)門1012,3升先上升到2層，開門，4s后關(guān)門；再上升到3層開門，4s后再關(guān)門112先1后3先降后升先下降到1層，開門，4s后關(guān)門；再上升到3層開門，4s后再關(guān)門122先3后1先升后降先上升到3層開門，4s后再關(guān)門；再下降到1層，開門，4s后關(guān)門1332,1降先下降到2層，開門，4s后關(guān)門；再下降到1層開門，4s后再關(guān)門14任意報(bào)警任意報(bào)警指示燈亮15在轎廂運(yùn)行期間不能開門16轎廂關(guān)好門后，才允許運(yùn)行17按下轎廂開門按鈕，開門（只在電梯停在樓層時(shí)動(dòng)作）18按下轎廂關(guān)門按鈕，立即關(guān)門（不需要等待4s）19電梯運(yùn)行期間，暫時(shí)不接受呼叫指令，等待到達(dá)指定樓層，開門、關(guān)好門后，才接受下一次的呼叫指令。表3-2輸入點(diǎn)分配序號(hào)名稱輸入點(diǎn)0轎廂內(nèi)，呼1層按鈕X0001轎廂內(nèi)，呼2層按鈕X0012轎廂內(nèi)，呼3層按鈕X0023轎廂內(nèi)，開門按鈕X0034轎廂內(nèi)，關(guān)門按鈕X0045轎廂內(nèi)，報(bào)警按鈕X0056第1層，上行按鈕X0067第2層，下行按鈕X0078第2層，上行按鈕X0209第3層，下行按鈕X02110第1層限位開關(guān)X02211第2層限位開關(guān)X02312第3層限位開關(guān)X02413開門限位開關(guān)X02514關(guān)門限位開關(guān)X026表3-3輸出點(diǎn)分配序號(hào)名稱輸出點(diǎn)0電梯上行Y0001電梯下行Y0012上行指示燈Y0023下行指示燈Y0034開門Y0045關(guān)門Y0056報(bào)警指示燈Y006其中X005，Y006為擴(kuò)展任務(wù)預(yù)留I/O分配。3.1功能設(shè)計(jì)要求（1）在三菱軟件GXDeveloper8.0中設(shè)計(jì)出三層電梯的梯形圖控制程序；（2）在組態(tài)王軟件中設(shè)計(jì)出三層電梯模擬控制的人機(jī)界面；（3）將組態(tài)王運(yùn)行界面與PLC程序聯(lián)合仿真調(diào)試，模擬出電梯控制。3.2設(shè)計(jì)所需軟件平臺(tái)3.2.1GXDeveloper8.0PLC編程軟件；GXDeveloper8.0PLC編程軟件是用來對(duì)三菱可編程控制器進(jìn)行軟件開發(fā)仿真的軟件，它主要的功能有程序開發(fā)、維護(hù)，編程，項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理，在線監(jiān)控、診斷等。仿真則通過計(jì)算機(jī)的虛擬軟元件進(jìn)行。3.2.2MXOPCServer軟件；OPC軟件是用于聯(lián)接控制元件與設(shè)備的軟件，能將兩邊的實(shí)時(shí)變化連接起來，相互反饋，反映出控制過程的真實(shí)情況。3.2.3組態(tài)王6.53軟件。組態(tài)王軟件可提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于實(shí)驗(yàn)人員實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，方便地設(shè)計(jì)監(jiān)控仿真畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。

4設(shè)計(jì)思路及梯形圖程序根據(jù)任務(wù)書的電梯控制要求對(duì)電梯控制程序進(jìn)行分析，將控制要求拆分成多個(gè)部分來設(shè)計(jì)，現(xiàn)將程序分成以下幾個(gè)部分：4.1開門、關(guān)門的控制部分如圖1所示：手動(dòng)開門時(shí)：當(dāng)電梯運(yùn)行到位后，按開門按鈕，開門常開觸點(diǎn)閉合，開門線圈Y004得電打開電梯門直至門到位，開門限位開關(guān)接通開門過程結(jié)束；自動(dòng)開門時(shí)：電梯運(yùn)行到位后，相應(yīng)的樓層限位開關(guān)閉合，運(yùn)行到位輔助繼電器得電接通，開門線圈得電動(dòng)作；手動(dòng)關(guān)門時(shí)：按下關(guān)門按鈕，斷開開門線圈，接通關(guān)門線圈關(guān)門；自動(dòng)關(guān)門時(shí)：開門到位后，定時(shí)器接通計(jì)時(shí)到4秒，常開觸點(diǎn)閉合，關(guān)門線圈得電開始關(guān)門直到關(guān)門限位開關(guān)閉合；M12的作用：用于輔助電梯運(yùn)行到位的判斷；圖4-14.2電梯到站指示如圖4-2所示：M10、M11是單雙數(shù)樓層聯(lián)鎖中間繼電器。 Y11表示電梯在一樓，Y12表示電梯在二樓，Y13表示電梯在三樓。圖4-24.3樓層呼叫指示及轎廂內(nèi)去某層指示控制曾呼叫指示控制，即當(dāng)乘客在電梯外層按下呼叫按鈕是，電梯經(jīng)過上下行判斷，開始向相應(yīng)呼叫層運(yùn)行，到達(dá)該層，相應(yīng)樓層接近開關(guān)閉合，自動(dòng)開門，同時(shí)呼叫指令撤銷。箱內(nèi)去某層時(shí)，同樣經(jīng)過上下行判斷開始執(zhí)行。樓層呼叫指示如圖4-3所示，轎廂內(nèi)去某層指示控制如圖4-4所示，上下行控制判斷如圖4-5所示。圖4-3圖4-4圖4-54.4電梯上下行運(yùn)行當(dāng)電梯完成上下行判斷，輔助繼電器M19接通，控制電梯上行或下行。Y006是報(bào)警按鈕，當(dāng)按下X005，線圈Y006接通，所有常閉出點(diǎn)斷開，停止電梯的運(yùn)行，開、關(guān)門的動(dòng)作，以保證人身安全。當(dāng)按下報(bào)警取消按鈕X027，Y006線圈斷電，所有動(dòng)作恢復(fù)正常，控制程序如圖4.6所示，圖4-65組態(tài)王人機(jī)界面設(shè)計(jì)打開組態(tài)王軟件，新建一個(gè)工程，然后在畫面窗口進(jìn)行電梯仿真圖的繪制，按照任務(wù)書的要求將電梯的基本畫面及基本操作按鈕繪制出來，電梯仿真界面如圖。繪制三個(gè)矩形作為樓層，再繪制兩個(gè)小矩形作為電梯門，右側(cè)的矩形代表電梯箱體。圖5-1繪制完電梯仿真界面后，對(duì)界面進(jìn)行MXOPCServer軟件建立連接。選擇GXDeveloper作為輸出端，CPU型號(hào)選擇FX2N，時(shí)間為100ms，如圖7所示。名稱及數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)如圖所示。圖5-2圖5-3圖5-4建立完文件后，設(shè)置聯(lián)接端口如圖5-5所示。圖5-5圖5-6設(shè)置完后即開始建立數(shù)據(jù)詞典，如圖所示。圖5-7圖5-8圖5-9數(shù)據(jù)詞典設(shè)置完后，開始動(dòng)畫連接的設(shè)置：圖5-10是開關(guān)門動(dòng)畫連接設(shè)置；圖5-10圖5-11是電梯升降的動(dòng)畫設(shè)置；圖5-11圖5-12是樓層顯示燈的動(dòng)畫設(shè)置；圖5-12圖5-13是上下行指示按鈕動(dòng)畫設(shè)置；圖5-13以下圖是呼叫按鈕的動(dòng)畫設(shè)置；圖5-14圖5-15設(shè)置完動(dòng)畫聯(lián)接后，對(duì)組態(tài)王命令語言進(jìn)行編輯，示例如圖5-16所示。具體命令語言見附錄3；圖5-16

完成所有設(shè)置后，可以對(duì)界面進(jìn)行美化，設(shè)置一些優(yōu)美的背景。圖5-17

6調(diào)試運(yùn)行調(diào)試：電梯初始位置設(shè)為三樓，當(dāng)按下一樓呼叫按鈕，，下行線圈Y001和下行指示燈得電，電梯下行。，圖6-1圖6-2圖6-3下行到位后開始開門，4秒后自動(dòng)關(guān)門；圖6-4圖6-5軟元件仿真正確后，通過OPC與組態(tài)王聯(lián)機(jī)進(jìn)行仿真，一樓呼叫仿真界面如圖6-6所示；圖6-6

運(yùn)行到一樓后，電梯門自動(dòng)打開，如圖6-7所示；二樓呼叫仿真界面如圖6-8所示；圖6-7圖6-8圖6-9為報(bào)警按鈕按下以后，電梯停止下行，報(bào)警指示燈閃爍。圖6-97結(jié)果及分析開始在plc程序調(diào)試過程中，電梯可以成功的從1樓上到2樓，從3摟按鈕到2樓，2樓到3樓等樓層方向都可以順利運(yùn)行。但是，對(duì)于開關(guān)門這一部分卻出了問題，然后到程序中找錯(cuò)誤，在這一環(huán)節(jié)花費(fèi)了很大的精力，查閱了很多圖書館的資料，然后反復(fù)調(diào)試才解決問題。最終符合控制要求。在組態(tài)王中調(diào)試電梯動(dòng)態(tài)畫面時(shí)，因?yàn)槊钫Z言參數(shù)設(shè)置剛開始出現(xiàn)問題，結(jié)果仿真時(shí)，電梯門全部不見了（實(shí)際是全部打開了）。然后在命令語言程序中尋找錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)初始值有錯(cuò)，并且再次調(diào)試運(yùn)行時(shí)開門程序。經(jīng)過一次次的調(diào)試，直到符合控制要求。同時(shí)電梯上下行的無法實(shí)現(xiàn)，原因是由于粗心大意把命令語言運(yùn)行時(shí)的高度變量變化換成了上下行變量，最后經(jīng)過想當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才找到問題之所在。最后調(diào)試結(jié)果都符合三層電梯控制要求。致謝本論文是在XXX老師的諄諄教誨和指導(dǎo)下完成的，論文從選題、構(gòu)思到定稿無不滲透著導(dǎo)師的心血和汗水；教授淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)使我受益終身，在此表示深深的敬意和感謝。我還要感謝含辛茹苦、任勞任怨、望子成龍、不圖回報(bào)的父母的養(yǎng)育之恩，他們給予我的愛和支持讓我順利地完成了自己的學(xué)業(yè)。最后，因本人水平有限，在文中難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。

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附錄2//開關(guān)門限位開關(guān)判斷0if(\\本站點(diǎn)\一樓開關(guān)門程度（新）==0||\\本站點(diǎn)\二樓開關(guān)門程度（新）==0||\\本站點(diǎn)\三樓開關(guān)門程度（新）==0){\\本站點(diǎn)\開門限位開關(guān)=1;}else{\\本站點(diǎn)\開門限位開關(guān)=0;}if(\\本站點(diǎn)\一樓開關(guān)門程度（新）==500&&\\本站點(diǎn)\二樓開關(guān)門程度（新）==500&&\\本站點(diǎn)\三樓開關(guān)門程度（新）==500){\\本站點(diǎn)\關(guān)門限位開關(guān)=1;}else{\\本站點(diǎn)\關(guān)門限位開關(guān)=0;}//電梯門if(\\本站點(diǎn)\電梯開門==1&&\\本站點(diǎn)\第一層限位開關(guān)==1){\\本站點(diǎn)\一樓開關(guān)門程度（新）=\\本站點(diǎn)\一樓開關(guān)門程度（新）-50;}if(\\本站點(diǎn)\電梯開門==1&&\\本站