電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 附錄1：外文譯文 第十九屆世界大會(huì)論文集國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)開(kāi)普敦，南非。 2014年8月24日至29日 大型PLC程序中的定時(shí)方面的建模和正式驗(yàn)證 Borja Fernandez Adiego丹尼爾·達(dá)拉斯 Enrique Blanco Vi?nuela Jean-Charles Tournier V ctor M. Gonzalez Suarez Jan Olaf Blech CERN，歐洲核研究組織，CH-1211 Geneva 23，瑞士（電子郵件:fborja.fernandez.adiego,daniel.darva，enrique.blanco，jean-charles.tournierg@cern.ch）。 ISA，University of Oviedo，Campus de Viesques 33204 - Gijon，Spain（電子郵件：victor@isa.uniovi.es） RMIT大學(xué)，澳大利亞墨爾本（電子郵件：janolaf.blech@rmit.edu.au） 摘要：防止模型檢查在工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛使用的主要障礙之一是從PLC程序構(gòu)建正式模型的復(fù)雜性，特別是當(dāng)需要集成時(shí)序方面時(shí)。本文通過(guò)提出一種模擬和驗(yàn)證PLC程序的時(shí)序方面的方法來(lái)解決這個(gè)障礙。提出了兩種方法以允許用戶平衡模型的復(fù)雜性（即其狀態(tài)數(shù)）與可能被驗(yàn)證的規(guī)范的集合之間的貿(mào)易。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種支持該方法的工具，該方法允許直接從PLC程序產(chǎn)生用于不同模型檢查器的模型。 本文使用NuSMV提出了實(shí)際PLC程序的時(shí)序方面的驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞：PLC，定時(shí)器，正式驗(yàn)證，模型檢驗(yàn)，自動(dòng)機(jī)，抽象 1.引言 CERN，歐洲核研究組織，依靠大量的PLC（可編程邏輯控制器）應(yīng)用來(lái)操作其不同的粒子加速器。這些應(yīng)用對(duì)于CERN操作至關(guān)重要，因此保證其行為符合其規(guī)定是最重要的。正式驗(yàn)證，特別是模型檢查，似乎是一個(gè)有前途的技術(shù)，以確保PLC程序滿足其初始規(guī)格。然而，由于構(gòu)建PLC程序的形式模型的復(fù)雜性，這種技術(shù)在工業(yè)中沒(méi)有被廣泛使用，構(gòu)建這樣的形式模型需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模（硬件和軟件）以及基礎(chǔ)模型的深入知識(shí)檢查器。此外，當(dāng)需要考慮定時(shí)方面，即PLC時(shí)間和定時(shí)器時(shí)，模型化任務(wù)變得甚至更復(fù)雜，因?yàn)樗玫降哪Ｐ?，無(wú)需重新定義表示，通常在狀態(tài)空間而言過(guò)大而無(wú)法通過(guò)模型檢查器來(lái)處理。 在本文中，我們提出了一種方法來(lái)建立PLC時(shí)間和計(jì)時(shí)器。該方法被整合到Darvas等人描述的通用框架中（2013）允許從PLC程序自動(dòng)生成正式模型。提出了兩種方法來(lái)考慮定時(shí)方面：現(xiàn)實(shí)和抽象模型化。在現(xiàn)實(shí)的做法表示定時(shí)器的行為和時(shí)間在PLC的內(nèi)部表示高保真度。這種建模允許驗(yàn)證時(shí)間相關(guān)的屬性以確保給定的動(dòng)作將（或不會(huì)）在給定延遲之后或之后執(zhí)行（例如，在給定輸入被設(shè)置為真之后500ms后PLC輸出設(shè)置為真）。雖然這種模型化在表現(xiàn)力方面是強(qiáng)大的，但是它可能產(chǎn)生太大而不能由模型檢查器處理的模型，因此導(dǎo)致第二建模方法。抽象方法省略了時(shí)間本身的建模，并給出了一個(gè)非確定性的定時(shí)器模型。與第一種方法相比，這大大減少了生成模型的狀態(tài)空間，因此允許驗(yàn)證大型PLC程序，同時(shí)仍然提供驗(yàn)證一些時(shí)間相關(guān)規(guī)格的能力。可以通過(guò)應(yīng)用該第二建模來(lái)驗(yàn)證的屬性例如是活性屬性（例如，在其輸入被設(shè)置為假之后，PLC輸出將被設(shè)置為真）。使用抽象時(shí)間模型化驗(yàn)證的要求在現(xiàn)實(shí)模型上仍然有效，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)的方法是抽象的模型的重構(gòu)。最后，工具實(shí)現(xiàn)兩種類型的時(shí)間模型化，并產(chǎn)生正式型號(hào)為NuSMV（Cimatti等人（2002）），BIP（Basu等人（2011））和UPPAAL（Amnell等人（2001））已 開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于CERN的控制系統(tǒng)。 1.1相關(guān)工作 雖然以前在文獻(xiàn)中已經(jīng)研究了PLC程序的建模時(shí)序行為，但是它們都沒(méi)有提供允許自動(dòng)地生成包括時(shí)序方面的形式模型并且同時(shí)執(zhí)行對(duì)這些模型的驗(yàn)證的一般方法。此外，文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)的所有方法都限于特定的模型檢查器，從而阻止了不同類型的模型檢查器的優(yōu)點(diǎn)。 事實(shí)上，Mader和Wupper（1999）或Perin和Faure（2013）提出了一種使用定時(shí)自動(dòng)機(jī)模型對(duì)PLC定時(shí)器建模的方法，但不提供驗(yàn)證結(jié)果。由于時(shí)間被認(rèn)為是線性和單調(diào)函數(shù)，所以生成的模型將具有巨大的狀態(tài)空間，如果這種方法將被應(yīng)用于大型系統(tǒng)，使得驗(yàn)證是不可能的，因?yàn)槭窃贑ERN開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。類似地，Mokadem等人（2010）提出了一個(gè)案例研究，其中為驗(yàn)證目的創(chuàng)建了定時(shí)多任務(wù)PLC程序的全局模型。這種方法類似于由Mader和Wupper（1999）提出的方法，但是使用UPPAAL使用時(shí)鐘執(zhí)行驗(yàn)證，并且因此具有單調(diào)時(shí)間表示。在Wang et al（2013）中，使用基于組件的BIP框架對(duì)包括定時(shí)器的PLC控制系統(tǒng)的幾個(gè)方面進(jìn)行建模。在這種情況下，在這種情況下，它們假設(shè)xed PLC周期長(zhǎng)度是一個(gè)大的應(yīng)變，與實(shí)際的PLC定時(shí)器相比，定時(shí)器模型不夠精確。此外，不提供驗(yàn)證結(jié)果。 本文的其余部分結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)介紹了PLC中的時(shí)間和計(jì)時(shí)器的概念。第3節(jié)概述了所提出的方法，允許為PLC程序中的各種模型檢查器生成正式模型。第4節(jié)詳細(xì)介紹了對(duì)PLC程序時(shí)序方面進(jìn)行建模的兩種建議方法，以及應(yīng)用模型化的案例研究。此外，本節(jié)正式表明，現(xiàn)實(shí)的時(shí)間模型化是其抽象的一個(gè)要素。最后，第5節(jié)通過(guò)突出它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)來(lái)分析這兩種方法，并在文章結(jié)束。 2. 定時(shí)PLC控制系統(tǒng) 本節(jié)概述PLC控制系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹時(shí)序方面。此外，提出了一個(gè)案例研究，將用于其余部分，以說(shuō)明本文提出的模型化方法。 2.1 PLC的時(shí)序特性 PLC是執(zhí)行稱為掃描周期的同步和循環(huán)過(guò)程的工業(yè)計(jì)算機(jī)，包括以下主要步驟：（1）讀取存儲(chǔ)器的輸入值，（2）使用讀取數(shù)據(jù)解釋和執(zhí)行程序邏輯 ，以及（3）將計(jì)算的輸出值寫入實(shí)際輸出。 在標(biāo)準(zhǔn)PLC，即非安全PLC中，周期時(shí)間不是固定的，但是存在由看門狗模塊實(shí)施的上限。 如果PLC循環(huán)時(shí)間大于該上限，例如，由于PLC程序中的無(wú)限循環(huán)，PLC執(zhí)行負(fù)責(zé)處理定時(shí)錯(cuò)誤的程序的特殊部分。相比之下，安全PLC具有固定周期時(shí)間。 定時(shí)器操作，例如定時(shí)器，由IEC 61131定義，可以被認(rèn)為是延遲信號(hào)或產(chǎn)生脈沖的功能塊。 不同類型定時(shí)器可以在PLC中找到，最常見(jiàn)的定時(shí)器之一是TON（定時(shí)器打開(kāi)延遲）（見(jiàn)圖1）。該定時(shí)器有2個(gè)輸入變量：IN和PT。IN是一個(gè)布爾輸入信號(hào)，PT是延遲時(shí)間。定時(shí)器有2個(gè)輸出：Q和ET。Q是布爾輸出變量，當(dāng)IN執(zhí)行上升沿時(shí)，其值將在預(yù)定延遲（PT）后為真，如果IN為假，則其值為假。 ET是經(jīng)過(guò)的時(shí)間，其值增加到PT，當(dāng)IN上出現(xiàn)上升沿時(shí)開(kāi)始。 圖1.TON時(shí)間圖 PLC定時(shí)器使用特定的數(shù)據(jù)類型用于稱為TIME的定時(shí)操作。這種數(shù)據(jù)類型由IEC 61131定義為一個(gè)簡(jiǎn)單的變量，它說(shuō)明“這些數(shù)據(jù)類型中的值的范圍和表示的精度是依賴于實(shí)現(xiàn)的”。通過(guò)一個(gè)有限變量表示時(shí)間導(dǎo)致非單調(diào)的時(shí)間表示為變量可以溢出時(shí)（比較圖的上半部分圖2）。例如，在Siemens S7 PLC中，TIME數(shù)據(jù)類型定義為具有1毫秒相同精度的有符號(hào)32位整數(shù)（見(jiàn)Siemens（1998）），其上限約為+24天，下限為 的24天。然而，在Schneider和Beckho PLC中，TIME數(shù)據(jù)類型是無(wú)符號(hào)的32位整數(shù)，精度為1 ms。在本文中，我們考慮在西門子PLC中標(biāo)記的時(shí)間解釋。 圖2.有時(shí)間表示的后果 2.2案例研究 在本文的上下文中，把CERN開(kāi)發(fā)和使用的工業(yè)控制系統(tǒng)框架稱為UNICOS（Blanco等人（2011））作為一個(gè)案例研究。UNICOS提供了表示通用工業(yè)控制儀器（例如傳感器，執(zhí)行器，子系統(tǒng)）的基本對(duì)象的庫(kù)。這些對(duì)象在PLC代碼中表示為功能塊，使用ST（結(jié)構(gòu)化文本）語(yǔ)言，可以調(diào)用PLC上的不同功能塊。目前UNICOS被實(shí)現(xiàn)用于標(biāo)準(zhǔn)PLC，即其中周期時(shí)間不是固定的，并且取決于總體應(yīng)用。 在本文中，我們重點(diǎn)介紹由UNICOS庫(kù)為西門子PLC提供的OnO對(duì)象。該對(duì)象用于表示作為由數(shù)字信號(hào)（例如閥，加熱器，電動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器的物理設(shè)備。使用60個(gè)輸入變量（其中13個(gè)是參數(shù)），62個(gè)輸出變量，600行ST代碼和3個(gè)定時(shí)器實(shí)例，OnO對(duì)象在大小和復(fù)雜性方面代表其他UNICOS對(duì)象。 附錄2：外文文獻(xiàn) 30 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告 論 文 題 目： 電梯PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院 ：業(yè) 、 班 級(jí)： 生 姓 名： （職稱）： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告要求 開(kāi)題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù) 1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域； 2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題； 2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）； 3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通 過(guò)分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開(kāi)題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1. 開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開(kāi)始后的前四周內(nèi)完成； 2. 開(kāi)題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)； 3. 開(kāi)題報(bào)告不合格或沒(méi)有做開(kāi)題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5. 開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。? 10 一、選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域 機(jī)電工程 2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 隨著城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代建筑物規(guī)模越來(lái)越大，樓層越來(lái)越多， 電梯作為一種重要的交通運(yùn)輸工具已與人們的日常生活密不可分，且成為城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。電梯在公辦大樓、公司、高層住宅、賓館等場(chǎng)所得到了廣泛應(yīng)用。電梯性能的好壞對(duì)人們生活的影響越來(lái)越顯著，因此必須努力提高電梯系統(tǒng)的性能，保證電梯運(yùn)行既高效節(jié)能又安全可靠，同時(shí)對(duì)電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性也提出了更高的要求。隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，建筑業(yè)的迅速發(fā)展以及高層建筑的不斷涌現(xiàn)，電梯則成為建筑內(nèi)提供上下交通運(yùn)輸?shù)墓ぞ?，而它的發(fā)展空間也在不斷擴(kuò)大。為使發(fā)展迅速的電梯產(chǎn)業(yè)得以穩(wěn)定發(fā)展、人們的日常生活得以正常進(jìn)行，電梯應(yīng)具有安全、可靠、高效、環(huán)保、方便控制等優(yōu)點(diǎn)。 可編程序控制器（Programmable Logic Controller,簡(jiǎn)稱 PLC）是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型控制器，是一種以微處理器為核心的用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、沖擊和振動(dòng)等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，已成為解決自動(dòng)控制問(wèn)題的最有效工具，是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一。 可編程控制器（PLC）是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置， 既保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)通信和維修方便等諸多高品質(zhì)性能，又采用一種可編程運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。因此，現(xiàn)在 PLC 在電梯控制領(lǐng)域得到了廣泛而深入的應(yīng)用。 通過(guò)可編程控制器可以實(shí)現(xiàn)由繼電器實(shí)現(xiàn)的邏輯控制功能，而且最主要的是可編 程控制器的可編程功能使得當(dāng)改變電梯的控制功能時(shí)，只要更改程序即可，而不需要像繼電器控制系統(tǒng)那樣改變硬件和接線。因而利用 PLC 進(jìn)行控制大大提高了電梯系統(tǒng)的安全性和可靠性同時(shí)也降低了成本。 現(xiàn)有的電梯控制技術(shù)仍存在缺點(diǎn)和不足之處，為進(jìn)一步改善運(yùn)輸?shù)男Ч?、提高運(yùn)行的效率、滿足乘客的需求，仍然需要更深入的探索和研究。因此運(yùn)用可編程控制器 （PLC）對(duì)電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)具有十分重大的意義。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) PLC 已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC﹑CAD/CAM﹑ROBOT）之一正在被人們廣泛應(yīng)用。電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖 動(dòng)控制則由變頻器來(lái)完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制。從控制方式和性能上來(lái)說(shuō)，這兩種方法并沒(méi)有太大的區(qū)別。但是由于 PLC 體積較小、可靠性高、程序設(shè)計(jì)方便靈、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種電梯運(yùn)行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更加復(fù)雜的控制任務(wù)，已成為電梯控制的發(fā)展方向，其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。PLC 的應(yīng)用廣度和深度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。 (1) 電梯 PLC 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本功能： ①電梯運(yùn)行到位后，具有手動(dòng)及自動(dòng)開(kāi)關(guān)門功能 ②電梯的每一層面均有升降及轎廂所在樓層的指示燈顯示 ③每層的樓廳均有輸入（分上行和下行）按鈕召喚電梯 ④具有自動(dòng)定向，順向截梯、反向保號(hào)，外呼記憶，自動(dòng)開(kāi)/ 關(guān)門，停梯消號(hào)， 自動(dòng)達(dá)層等功能 ⑤電梯能在一定條件下進(jìn)行啟動(dòng)，加速和換速(2)電梯技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì) 伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷深入，我國(guó)的電梯行業(yè)也正經(jīng)歷著一 個(gè)高速發(fā)展期。 據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2013-2017 年中國(guó)電梯行業(yè)市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)與轉(zhuǎn)型升級(jí)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電梯產(chǎn)量從 1990 年的 1.03 萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)到 2011 年的 40 多萬(wàn) 臺(tái)，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)近 20%，國(guó)內(nèi)電梯需求量從 2000 年的僅 3.72 萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)到 2011 年的 45 萬(wàn)臺(tái)，到 2011 年底，我國(guó)電梯保有量達(dá)到 201.06 萬(wàn)臺(tái)，超過(guò)全球總產(chǎn)量 60%; 中國(guó)電梯產(chǎn)品當(dāng)年出口超過(guò) 4.7 萬(wàn)臺(tái),已經(jīng)成為名副其實(shí)的產(chǎn)銷和保有量第一大國(guó)。伴隨著巨大的市場(chǎng)空間，使得行業(yè)成為外資較早進(jìn)入的行業(yè)之一，全球主要的電梯知名企業(yè)都在中國(guó)建立了獨(dú)資或合資企業(yè)，這些外資品牌的進(jìn)入為行業(yè)帶來(lái)了國(guó)際化的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理理念和經(jīng)營(yíng)模式，使得國(guó)產(chǎn)電梯快速步入國(guó)際化行列。從產(chǎn)業(yè)布局看， 國(guó)內(nèi)電梯行業(yè)聚集效應(yīng)明顯，電梯整機(jī)及零部件的制造基地主要集中在長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)，除了高端電梯零部件外，電梯零部件已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。盡管受房地產(chǎn)調(diào)控政策影響，電梯直接下游產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)回落，但電梯行業(yè)依然保持穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。電梯的普及給人們的生活帶來(lái)了極大的優(yōu)越性，而電梯技術(shù)也只有不斷的發(fā)展才能更好地滿足高層建筑及其群體的需要。展望未來(lái)，電梯的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)包括以下幾點(diǎn)： ①無(wú)機(jī)房電梯 無(wú)機(jī)房電梯不單單是電梯有無(wú)機(jī)房的簡(jiǎn)單局部改進(jìn)，而是涉及到一系列技術(shù)問(wèn) 題，如曳引系統(tǒng)、控制柜、限速器等的安裝位置以及轎廂、極限開(kāi)關(guān)、緩沖器等部件， 都要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，變更部件的尺寸與安裝位置也要重新考慮。它是電梯發(fā)展過(guò)程中的一次意義深遠(yuǎn)的變革，它所采用的一些關(guān)鍵技術(shù)將會(huì)被進(jìn)一步推廣用到其它電梯產(chǎn) 品上，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)電梯行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。 ②綠色電梯 綠色電梯的研究主要在電梯制造、配置及安裝、使用過(guò)程中節(jié)能和減少環(huán)境污染等方面。 ③遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，使得電梯狀態(tài)監(jiān)控的智能可以在監(jiān)控中心就可以監(jiān)測(cè)到電梯的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控中心隨時(shí)可以監(jiān)控電梯發(fā)生的故障，并且可以診斷出故障的類型和發(fā) 生的位置，使電梯維護(hù)更加安全、方便。 ④全微機(jī)化電梯 全微機(jī)化電梯的開(kāi)發(fā)和使用，是電梯發(fā)展趨勢(shì)的一個(gè)重要方向。全微機(jī)化電梯是指電梯的傳動(dòng)系統(tǒng)及操縱控制系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制的電梯。隨著現(xiàn)代微機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn) 步和完善，全微機(jī)化電梯(包括單微機(jī)控制電梯、多微機(jī)控制電梯及人工智能控制電梯) 必將全面滿足人們對(duì)電梯高質(zhì)量，高水平，高標(biāo)準(zhǔn)的要求。 除以上幾方面外，諸如 IC 卡的智能管理系統(tǒng)，應(yīng)用模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的群管理系統(tǒng)，以及數(shù)碼技術(shù)、聲控技術(shù)、載波技術(shù)等也將在電梯技術(shù)領(lǐng)域中得到推廣和發(fā)展。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題 (1) 電梯 PLC 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)(2)電梯 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) (3)電梯 PLC 控制梯形圖設(shè)計(jì)及模擬調(diào)試 2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路） 通過(guò)查閱資料，首先介紹說(shuō)明可編程控制器 PLC 的產(chǎn)生，以及國(guó)內(nèi)外可編程控制器 PLC 的現(xiàn)狀和以后的發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)突出分析可編程控制器 PLC 的優(yōu)越性。再對(duì)電梯 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行整體的規(guī)劃和設(shè)想，最后進(jìn)行電梯 PLC 控制梯形圖設(shè)計(jì)及模擬調(diào)試。 論文寫作大綱： 1.緒論 1.1 課題的背景 1.2 本題的研究?jī)?nèi)容 1.3 目前的研究概況和發(fā)展趨勢(shì)2.電梯的介紹和可編程控制器簡(jiǎn)介 2.1 電梯的介紹 2.2 可編程控制器簡(jiǎn)介3.電梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4. 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 設(shè)備的選擇 4.2 電梯 PLC 系統(tǒng)的控制原理 4.3 電梯 PLC 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4.4 電梯 PLC 控制系統(tǒng)部件選配 4.5 電梯 PLC 控制梯形圖設(shè)計(jì)及模擬調(diào)試5.總結(jié) 3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 (1)電梯 PLC 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)(2)電梯 PLC 控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)(3)相關(guān)的 CAD 設(shè)計(jì)圖紙 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)） 對(duì) PLC 編程語(yǔ)言和程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，然后與電梯結(jié)合，設(shè)計(jì)適合的控制程序， 最終完成電梯 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 第 1 ～ 2 周:查閱相關(guān)材料，初步方案設(shè)計(jì)； 第 3 ～ 4 周:總體方案設(shè)計(jì),撰寫并完善開(kāi)題報(bào)告； 第 5 周:電梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 第 6 ～ 7 周:電梯 PLC 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)； 第 8 周:電梯 PLC 控制系統(tǒng)部件選配； 第 9 ～ 10 周:電梯 PLC 控制程序設(shè)計(jì)； 第 11 周:電梯 PLC 控制程序模擬調(diào)試； 第 12 ～ 13 周:繪制相關(guān) CAD 圖紙； 第 14 ～ 15 周:撰寫并完善畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書； 第 16 周:完善畢業(yè)設(shè)計(jì)各項(xiàng)內(nèi)容，準(zhǔn)備答辨； 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [1]周瑞軍,張梅.電梯技術(shù)與管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016. [2](三)電梯需求趨勢(shì)特點(diǎn) 3.綠色節(jié)能電梯[A]. .[C].:2014-2015.55. [3] 二、2011 年及未來(lái)電梯發(fā)展趨勢(shì) 4.藍(lán)牙技術(shù)在電梯上的應(yīng)用[A]. .[C].:2010- 2011.47. [4] 第二節(jié) 未來(lái)三年電梯行業(yè)需求量預(yù)測(cè) (一)未來(lái)三年電梯行業(yè)需求量預(yù)測(cè)[A]. .[C].: ,2014-2015.53.. [5] 王振臣.機(jī)床電氣控制技術(shù)[M]. 北京.第 5 版. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2012. [6]常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006. [7]張紅城.電梯 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].電子技術(shù)與軟件工程.2016,(02). [8] 潘先榮.基于S7-200PLC 控制的四層電梯模型設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī).2013,26(0 1)：95-96. [9] 尹黎明.電梯 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè).2015,(35):9-10. [10]朱國(guó)勇.電梯PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)初探[J].電子技術(shù)與軟件工程.2014,(03). [11]宋陽(yáng).基于西門子 PLC 控制系統(tǒng)的電梯運(yùn)行設(shè)備研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化.2012,(1 2). [12] Kornhauser, Alain L. Transportation Engineering and SmartDrivingCars Safety that Sells and the Elevator Analogy[J]. Institute of Transpor tation EngineersITE Journal, 2015, Vol.85 (8), pp.16-17. [13] Iulia Dumitru; Nicoleta Arghira; Ioana Fagarasan; Sergiu Iliescu. A fuzzy PLC control system for a servomechanism[J].IFAC Proceedings Vol umes, 2010, Vol.43 (22). [14] Vivek M. Koshti; Sangeeta M. Joshi. DESIGN OF HUMAN MACHINE INTERFAC E FOR PLC BASED AUTOMATION SYSTEM[J]. IFAC Proceedings Volumes, 2007, Vol.40 (18). 附：文獻(xiàn)綜述 文獻(xiàn)綜述 1、電梯的發(fā)展史 電梯進(jìn)入人們的生活已經(jīng) 150 多年了。一個(gè)半世紀(jì)的風(fēng)風(fēng)雨雨，翻天覆地的是歷史的變遷，永恒不變的是電梯提升人類生活質(zhì)量的承諾。人類利用升降工具運(yùn)輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前 2600 年，埃及人在建造金字塔時(shí)就使用了最原始的升降系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的基本原理至今仍無(wú)變化：即一個(gè)平衡物下降的同時(shí)，負(fù)載平臺(tái)上升。早期的升降工具基本以人力為動(dòng)力。1203 年，在法國(guó)海岸邊的一個(gè)修道院里安裝了一臺(tái)以驢子為動(dòng)力的起重機(jī)，這才結(jié)束了用人力運(yùn)送重物的歷史。英國(guó)科學(xué)家瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)后，起重機(jī)裝置開(kāi)始采用蒸汽為動(dòng)力。緊隨其后，威廉·湯姆遜研制出用液壓驅(qū)動(dòng)的升降梯，液壓的介質(zhì)是水。在這些升降梯的基礎(chǔ)上，一代又一代富有創(chuàng)新精神的工程師們?cè)诓粩喔倪M(jìn)升降梯的技術(shù)。然而，一個(gè)關(guān)鍵的安全問(wèn)題始終沒(méi)有得到解決，那就是一旦升降梯拉升纜繩發(fā)生斷裂時(shí)，負(fù)載平臺(tái)就一定會(huì)發(fā)生墜毀事故。生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進(jìn)步。150 多年來(lái)，電梯的材質(zhì)由黑白到彩色， 樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新——手柄開(kāi)關(guān)操縱、按鈕控制、信號(hào)控制、集選控制、人機(jī)對(duì)話等等，多臺(tái)電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運(yùn)輸能力的優(yōu)勢(shì)；變速式自動(dòng)人行道扶梯的出現(xiàn)大大節(jié)省了行人的時(shí)間；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。如今，以美國(guó)奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風(fēng)姿，仍在繼續(xù)進(jìn)行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務(wù)系統(tǒng)。調(diào)頻門控、智能遠(yuǎn)程監(jiān)控、主機(jī)節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復(fù)合鋼帶環(huán)保— —一款款集納了人類在機(jī)械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域最新科研成果的新型電梯競(jìng)相問(wèn)世， 冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。[1] 2、電梯技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 2.1 綠色環(huán)保 當(dāng)今世界,人獷潤(rùn)卜常清晰地認(rèn)識(shí)到生存與發(fā)展的關(guān)系:不環(huán)保就無(wú)法生存,沒(méi)有生存根本談不上發(fā)展。綠色理念已經(jīng)深入人心,成為全球電梯發(fā)展總趨勢(shì)。有專家預(yù)言“誰(shuí)最先推出綠色產(chǎn)品并搶占市場(chǎng),誰(shuí)就掌握市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)”。 綠色電梯的主要發(fā)展趨勢(shì)如下:不斷改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì),生產(chǎn)環(huán)保型低能耗、低噪聲、 無(wú)漏油、無(wú)漏水、無(wú)電磁干擾、無(wú)井道導(dǎo)軌油漬污染的電梯;電梯曳引采用尼龍合成纖維曳引繩,鋼皮帶等無(wú)潤(rùn)滑油污染曳引方式;電梯裝磺將采用無(wú)(少)環(huán)境污染材料; 電梯空載上升和滿載下行電機(jī)再生發(fā)電回收技術(shù);安裝電梯將無(wú)需安裝手腳架;電梯零件在生產(chǎn)和使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響(如剎車皮一定不能使用石棉)并且材料是可以回收的。[3] 2.2 電梯產(chǎn)業(yè)將信息化、網(wǎng)絡(luò)化 電梯控制系統(tǒng)如何與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合將是未來(lái)電梯設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)。在 21 世紀(jì)的今天,如何提供用戶滿意產(chǎn)品和服務(wù)已成為關(guān)系到各企業(yè)生死存亡問(wèn)題。電梯上網(wǎng)能確保為客戶提供更優(yōu)質(zhì)全程的服務(wù)。[6] 2.3 電梯智能群控系統(tǒng) 電梯智能群控系統(tǒng)將基于強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟硬件資源,如基于專家系統(tǒng)的群控、基于模糊邏輯的群控、基于計(jì)算機(jī)圖像監(jiān)控的群控、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的群控、基于遺傳基因法則的群控等,能適應(yīng)電梯交通的不確定性、控制目標(biāo)的多樣化、非線性表現(xiàn)等動(dòng)態(tài)特性。隨著智能建筑的發(fā)展,電梯的智能群控系統(tǒng)能與大樓所有的自動(dòng)化服務(wù)設(shè)備結(jié)合成整體智能系統(tǒng)。[6] 2.4 藍(lán)牙技術(shù)在電梯上的應(yīng)用 藍(lán)牙《lBuetoofh)技術(shù)是一種全球開(kāi)放的、短距無(wú)線通訊技術(shù)規(guī)范,它可通過(guò)短距離無(wú)線通訊把電梯各種電子設(shè)備連接起來(lái),無(wú)需縱橫交錯(cuò)的電纜線,可實(shí)現(xiàn)無(wú)線組網(wǎng)。這種技術(shù)將減少電梯的安裝周期和費(fèi)用,提高電梯的可靠性和控制精度,更好地解決電氣設(shè)備的兼容性,有利于把電梯歸納到大樓管理系統(tǒng)或智能化管理小區(qū)系統(tǒng)中。[5] 3.電梯控制系統(tǒng) 電梯控制系統(tǒng)主要有三種基本控制方式:繼電器控制、微機(jī)控制和 PLC 控制，其中繼電器控制系統(tǒng)具有線路直觀、維修方便、成本腳底等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有故障率高、可靠性差、接線復(fù)雜、通用性差等缺點(diǎn)，所以使用率的較低。1976 年微機(jī)開(kāi)始用于電梯，使電梯的電氣控制進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期。微機(jī)控制具有控制系統(tǒng)體積減小、節(jié)能、可靠性提高，尤其是對(duì)群控、通訊等復(fù)雜電梯控制功能更具優(yōu)越性，因此，微機(jī)控制系統(tǒng)多用于性能要求較高較高檔的客梯中。當(dāng)然微機(jī)控制也有其缺點(diǎn)，那就是微機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力弱，而 PLC 控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，編程簡(jiǎn)單，維修方便，抗干擾性強(qiáng)，已成為目前電梯系統(tǒng)中使用最多的控制方式。[7] PLC(Programmable Logic Controller)是一種可編程序的控制器，在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)備。伴隨著時(shí)間的推移以及微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC 從 1969 年的第一代經(jīng)歷的三次變革。現(xiàn)在的 PLC 更多地融入了計(jì)算機(jī)的功能，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯控制，而且具有了數(shù)據(jù)處理、通信和網(wǎng)絡(luò)等功能。它具有體積小、組裝維護(hù)方便、編程簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。[8] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在不斷的更新，對(duì)信號(hào)的處理技術(shù)、控制技術(shù)以及對(duì)用戶的需求都在不斷的提高，在對(duì)電梯 PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行研究中，該系統(tǒng)是一種可編程邏輯控制器?？删幊踢壿嬁刂破髦饕诳刂葡到y(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。該系統(tǒng)是集成繼電器控制的原理進(jìn)行發(fā)展而來(lái)的。在程邏輯控制器運(yùn)行時(shí)按照存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條進(jìn)行，最終完成工藝流程的具體要求。在該控制器中，裝有中央處理器，在內(nèi)部具有指示程序步存儲(chǔ)地質(zhì)的程序計(jì)數(shù)器，在控制器運(yùn)行中，每執(zhí)行一步，控制器就會(huì)增加。通常是由零開(kāi)始，在完成后，然后返回繼續(xù)執(zhí)行，在控制完成一次循環(huán)操作后就叫做一個(gè)掃描周期，掃描的周期按照不同型號(hào)的控制器來(lái)具體規(guī)定。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，能夠?qū)⑺械妮斎氘?dāng)成一種開(kāi)關(guān)量來(lái)具體處理。基本上是按照 16 位和 32 位作為一個(gè)模擬量最終將計(jì)算的結(jié)果輸送給邏輯控制器的控制器中。[9] 在電梯進(jìn)行正常的運(yùn)行中，主要是借助于外部的指示信號(hào)以及電梯本身的指示來(lái)完成的。但是在電梯 PLC 控制系統(tǒng)中，主要是人與電機(jī)之間的配合，當(dāng)電梯在運(yùn)行中,當(dāng)人發(fā)出指示后，PLC 系統(tǒng)就會(huì)迅速的發(fā)出指令，然后經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)邏輯計(jì)算后發(fā)出具體的指令。當(dāng) PLC 在接收到具體的指令后，決定電梯的走向，然后通過(guò)變頻器下達(dá)指令，具體的調(diào)節(jié)電梯的速度。在 PLC 控制系統(tǒng)中將程邏輯控制作為基礎(chǔ)， 在電梯的群控制技術(shù)中進(jìn)行有集選控制和隨機(jī)邏輯控制，采用 PLC 控制系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是：保證了電梯在正常運(yùn)行中的安全性能以及在節(jié)能方面有著重要的保障，為了促進(jìn)電梯在日常生活中更加方便人們的生活，這就需要電梯專業(yè)人員結(jié)合 PLC 控制系統(tǒng)對(duì)電梯的工作原理以及具體的性能進(jìn)行深入研究，全面控制電梯運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中以及在電梯的保養(yǎng)工作中不斷的提高技術(shù)。將 PLC 控制系統(tǒng)作為電梯控制系統(tǒng)的控制器，來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制，在安全系統(tǒng)中提高可靠性，來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)電梯運(yùn)行的效率。[10] 本設(shè)計(jì)選用西門子 PLC 控制系統(tǒng)通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制電梯。電梯采用 PLC 控制系統(tǒng)后,其控制系統(tǒng)中的硬件結(jié)構(gòu)將得到簡(jiǎn)化,而且采用“軟接線”形式的控制程序, 又確保了電梯運(yùn)行時(shí)的安全性、靈活性和可靠性。雖然電梯采用 PLC 控 制 系 統(tǒng) 的 前 期 投 入,要 比 采 用 繼 電器、微機(jī)的投入高,但是 PLC 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗干擾性、故障及時(shí)顯示等優(yōu)點(diǎn),是繼電器系統(tǒng)無(wú)法替代的。 壓縮包內(nèi)含CAD圖紙和三維建模及說(shuō)明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 摘 要 在21世紀(jì)里存在一種普遍的現(xiàn)象就是：人們出行大都以車代步，成年人基本人手一本駕照，這體現(xiàn)了隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)生活的方便快捷性有了更高的要求。不僅在外是以車代步，而且在同一棟高層建筑樓里也頻繁的使用電梯。由于人們的快節(jié)奏生活，對(duì)電梯的要求也越來(lái)越高。在辦公大樓里每天都有成千上萬(wàn)的人們?cè)陔娞堇镞M(jìn)進(jìn)出出，這足以看出電梯對(duì)人們的重要性。為了提高人們乘坐電梯時(shí)的舒適感，工程人員從未停止對(duì)電梯系統(tǒng)的研究。 由于電梯的誕生就是為了滿足人類的需求，所以在對(duì)電梯的改進(jìn)方面不僅是它的結(jié)構(gòu)，更重要的是它的控制系統(tǒng)。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)可以控制它的運(yùn)行速度、平層精度、運(yùn)行效率等這些都和乘客的乘坐體驗(yàn)息息相關(guān),所以這次設(shè)計(jì)的著力點(diǎn)就是設(shè)計(jì)一個(gè)比較合適且先進(jìn)的控制系統(tǒng)。由于之前的繼電器控制電梯系統(tǒng)有許多缺點(diǎn)，才使電梯PLC控制系統(tǒng)成為比較受歡迎的控制方法。要通過(guò)PLC來(lái)控制電梯，需要編程，而編程語(yǔ)言使用梯形圖來(lái)表示。 關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；電梯；梯形圖 Abstract In the 21st century there is a common phenomenon is: people travel most of the car travel, most adults have a driver's license which reflects the progress of the times, people's convenience of life has a higher demand. Not only outside the car to travel, but also in the same high-rise building also frequently use the elevator. As people's fast-paced life, the requirements of the elevator is getting higher and higher. In the office building every day tens of thousands of people in and out of the elevator, which is enough to see the importance of the elevator for people. In order to improve the comfort of people taking the elevator, engineers never stop the study of the elevator system. As the birth of the elevator is to meet the needs of mankind, the improvement of the elevator is not only its structure, more importantly, its control system. Because the control system can control its running speed, leveling accuracy, operational efficiency and so on and passengers ride experience is closely related, the focus of this design is to design a more appropriate and advanced control system. As the previous relay control elevator system has many shortcomings, so that the elevator PLC control system has become a more popular control method. To control the elevator through the PLC, you need to program, and the programming language is represented by a ladder diagram. Key words:PLC control system;Elevator; Ladder diagram 目錄 1.緒論 1 1.1 課題的研究背景 1 1.2 電梯的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2 1.3 PLC在電梯控制中的應(yīng)用以及發(fā)展前景 3 2.電梯概述 5 2.1 電梯的基本結(jié)構(gòu) 5 2.2 電梯的種類 7 3.電梯控制系統(tǒng)的選擇 9 3.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 9 3.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的比較 9 3.3可編程控制器（PLC）的選型 10 3.4 可編程序控制器的工作方式 10 4.三菱FX2N 系列可編程序控制器介紹 12 4.1 FX2N系列的基本邏輯指令 12 4.2三菱FX2N系列PLC介紹 13 5.電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 5.1電梯的主電路 15 5.2門機(jī)電路、抱閘電路、門鎖及安全運(yùn)行電路 16 5.3 電梯的控制系統(tǒng)輸入輸出設(shè)計(jì) 17 5.4 電梯梯形圖程序設(shè)計(jì) 22 5.5電梯程序調(diào)試 34 6.總結(jié) 36 參考文獻(xiàn) 37 致 謝 38 附錄1：外文譯文 39 附錄2：外文文獻(xiàn) 42 72 電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.緒論 1.1 課題的研究背景 電梯是高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉(cāng)庫(kù)等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來(lái)越大，樓層越來(lái)越多，對(duì)電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性提出了更高的要求。 電梯是集機(jī)電一體的復(fù)雜系統(tǒng)，不僅涉及機(jī)械傳動(dòng)、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學(xué)等問(wèn)題。而對(duì)現(xiàn)代電梯而言，應(yīng)具有高度的安全性。事實(shí)上，在電梯上已經(jīng)采用了多項(xiàng)安全保護(hù)措施。在設(shè)計(jì)電梯的時(shí)候，對(duì)機(jī)械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險(xiǎn)系數(shù)。然而，只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達(dá)到高質(zhì)量，才能全面保證電梯的最終高質(zhì)量。在國(guó)外，已“法規(guī)”實(shí)行電梯制造、安裝和維修一體化，實(shí)行由各制造企業(yè)認(rèn)可的、法規(guī)認(rèn)證的專業(yè)安裝隊(duì)伍維修單位，承擔(dān)安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗(yàn)，從而為電梯運(yùn)行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說(shuō)乘坐電梯更安全。美國(guó)一家保險(xiǎn)公司對(duì)電梯的安全性做過(guò)認(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計(jì)算，其結(jié)論是：乘電梯比走樓梯安全5倍。掘資料統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)乘其他交通工具的人數(shù)每年約為80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有540億人次之多。目前，由可編程序控制器(PLC)和微機(jī)組成的電梯運(yùn)行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。采用PLC控制的電梯可靠性高、維護(hù)方便、開(kāi)發(fā)周期短，這種電梯運(yùn)行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復(fù)雜的控制任務(wù)，己成為電梯控制的發(fā)展方向。 可編程序控制器，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。自1969年針對(duì)工業(yè)自動(dòng)控制的特點(diǎn)和需要而開(kāi)發(fā)的第一臺(tái)PLC問(wèn)世以來(lái)，迄今己30多年，它的發(fā)展雖然包含了前期控制技術(shù)的繼承和演變，但又不同于順序控制器和通用的微機(jī)控制裝置。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來(lái)滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，摒棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的表達(dá)方式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語(yǔ)言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào)試和查錯(cuò)都很容易。用戶買到所需PLC后，只需按說(shuō)明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可靈活而方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試不需要具有專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)。這樣就破除了“電腦”的神秘感，推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破鱌LC在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能，易與計(jì)算機(jī)接口、能對(duì)模擬量進(jìn)行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，同益取代由大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)的繼電一接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。PLC的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。 總之，電梯的控制是比較復(fù)雜的，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。PLC是專門為工業(yè)過(guò)程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，隨著PLC應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過(guò)程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性能增強(qiáng)、機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起。因此，它已經(jīng)成為電梯運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)。 1.2 電梯的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，樓的高度已和經(jīng)濟(jì)發(fā)展同樣的速度成長(zhǎng)起來(lái)。電梯作為建筑物內(nèi)的主要運(yùn)輸工具已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€(gè)不可缺少的組成部分。一個(gè)國(guó)家的電梯需求總量，主要受其經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度、城市化水平、人口密度及數(shù)量、國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等綜合因素的影響。我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)以較高的速度持續(xù)增長(zhǎng)，城市化水平不斷提高。這從客觀上導(dǎo)致了我國(guó)電梯行業(yè)的空前繁榮景象，我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的電梯市場(chǎng)。上世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，我國(guó)電梯需求量越來(lái)越大?？傏厔?shì)是上升的，進(jìn)入了“第三次浪潮”，2004年總產(chǎn)量超過(guò)了8萬(wàn)臺(tái)，而且目前還沒(méi)有減速的跡象。從1949年建國(guó)以來(lái)全國(guó)共生產(chǎn)安裝了6l萬(wàn)多臺(tái)電梯。盡管如此，我國(guó)的電梯遠(yuǎn)未達(dá)到飽和的程度。全世界平均1000人有l(wèi)臺(tái)電梯，我國(guó)如果要達(dá)到這個(gè)水準(zhǔn)，還需要增加70萬(wàn)臺(tái)。到那時(shí)候，全國(guó)在用電梯將達(dá)到130萬(wàn)臺(tái)，每年僅報(bào)廢更新就需要6萬(wàn)臺(tái)。到2005年，中國(guó)電梯的年產(chǎn)量達(dá)到13．5萬(wàn)臺(tái)，與1980年相比，25年增長(zhǎng)了59倍，產(chǎn)量每年平均增長(zhǎng)17．8％。2005年安裝驗(yàn)收電梯124465臺(tái)，截至05年底，我國(guó)的在用電梯總數(shù)已達(dá)651794臺(tái)。如此龐大的市場(chǎng)需求為我國(guó)電梯行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的舞臺(tái)! 我國(guó)電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強(qiáng)的生產(chǎn)能力。興旺的電梯市場(chǎng)吸引了全世界所有的知名電梯公司，美國(guó)奧的斯、瑞士迅達(dá)、芬蘭通力、德國(guó)蒂森、日本三菱、日立、東芝、富士達(dá)等13家大型外商投資公司在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額達(dá)到了74％。先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)管理的引進(jìn)對(duì)國(guó)內(nèi)電梯企業(yè)產(chǎn)生了強(qiáng)大的推動(dòng)作用。蘇州江南、山東百斯特、浙江巨人、上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要的電梯產(chǎn)品，我國(guó)電梯行業(yè)幾乎全部可以生產(chǎn)，不但大量替代了進(jìn)口，而且有一定的出口。國(guó)產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。自1985年我國(guó)參加了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TCl78以來(lái)，先后等同或等效采用了一批國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的高起點(diǎn)使我國(guó)電梯行業(yè)在技術(shù)上居于有利地位。許多新技術(shù)和新產(chǎn)品，如無(wú)機(jī)房電梯、無(wú)齒輪曳引機(jī)、永磁同步拖動(dòng)技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等，國(guó)際上也是剛剛出現(xiàn)，我國(guó)就有許多企業(yè)可以生產(chǎn)了。國(guó)產(chǎn)電梯以其高質(zhì)量，低成本的優(yōu)勢(shì)贏得了越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外客戶，為逐步進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)創(chuàng)造了有利條件。 中國(guó)電梯在亞洲市場(chǎng)占有越來(lái)越重要的位置，每年銷售量己達(dá)l萬(wàn)臺(tái)左右，約占亞洲市場(chǎng)的1/50，一些合資企業(yè)在出口創(chuàng)匯方面也做出了貢獻(xiàn)。當(dāng)今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。在一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，電梯的使用相當(dāng)普遍。 世界上有名的幾家電梯公司，諸如：美國(guó)奧的斯公司、瑞士迅達(dá)公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產(chǎn)量已占世界市場(chǎng)的51％。其中，奧的斯公司和三菱公司是世界上最大的電梯生產(chǎn)企業(yè)。目前，國(guó)外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來(lái)越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成走電梯家族中新的組成部分。 1.3 PLC在電梯控制中的應(yīng)用以及發(fā)展前景 目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、PLC控制和微型計(jì)算機(jī)控制三種。而PLC實(shí)際上是一種專用計(jì)算機(jī)，它采用循回掃描的方式分時(shí)處理各項(xiàng)任務(wù)，而且依靠程序運(yùn)行，這就保證只有正確的程序才能運(yùn)行，否則電梯不會(huì)工作；又由于PLC中的內(nèi)部輔助繼電器及保持繼電器等實(shí)際上是PLC系統(tǒng)內(nèi)存工作單元，即無(wú)線圈又無(wú)觸點(diǎn)，使用次數(shù)不受限制，屬無(wú)觸點(diǎn)運(yùn)行，因此，它比繼電器控制有著明顯的優(yōu)越性，運(yùn)行壽命更長(zhǎng)，工作更加可靠安全，自動(dòng)化水平更高。PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、實(shí)用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)。 隨著科技的進(jìn)步，電梯也更加安全、舒適。然而，人們的追求并沒(méi)有就此停止下來(lái)，仍在不斷地進(jìn)行研究改進(jìn)。綠色是和平，綠色是天然，綠色是和諧。電梯是載人的機(jī)電設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)“綠色”，也就是強(qiáng)調(diào)電梯更舒適、更安全地為人類的生產(chǎn)和生活服務(wù)，強(qiáng)調(diào)電梯與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。 目前意義上的“綠色”，一般是強(qiáng)調(diào)“天然”的一面，強(qiáng)調(diào)與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。電梯屬于純粹的工業(yè)產(chǎn)品，其天然性應(yīng)表現(xiàn)為對(duì)環(huán)境影響的盡可能小，與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，以及電梯本身的人性化。這也應(yīng)是綠色電梯的發(fā)展方向。 (1)智能化。我們這罩所說(shuō)的智能化電梯是傳統(tǒng)的人工智能是無(wú)法勝任的。傳統(tǒng)的智能控制是一種技術(shù)的事先安排，說(shuō)到底是一種程序控制，是一種周期性的系統(tǒng)自動(dòng)控制，實(shí)際上還算不上智能。而真正的智能電梯應(yīng)更具人性化特點(diǎn)，不僅具有傳統(tǒng)的人工智能的所有優(yōu)點(diǎn)，而且還有傳統(tǒng)的人工智能無(wú)法比擬的東西，具有動(dòng)念和隨機(jī)處理各種問(wèn)題的能力，諸如能根據(jù)轎廂內(nèi)的情況和各層的候梯信息，自動(dòng)地制定每次最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)速度和停車政策；自動(dòng)選擇運(yùn)動(dòng)方面；雙向語(yǔ)音交流；到達(dá)目的層的語(yǔ)音提示等，讓乘客有更多的主動(dòng)性，使大樓交通運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)真正的人機(jī)對(duì)話。智能化要求電梯有自動(dòng)安全檢測(cè)功能，讓電梯自己能夠檢測(cè)到電梯的故障所在，并及時(shí)報(bào)警予以排除。 (2)安全。運(yùn)行安全是電梯的根本和關(guān)鍵?？梢哉f(shuō)，電梯的全部其他工作都是以此為中心展開(kāi)的，使電梯安全運(yùn)行更有保障。運(yùn)行安全不僅要消除電梯啟動(dòng)時(shí)較強(qiáng)的電磁輻射，使用安全材料和運(yùn)行穩(wěn)定，而且要有一種良好的視覺(jué)效果，讓每一位乘客在寬敞、明亮轎廂內(nèi)有安全、舒適的好心情。同時(shí)，電梯運(yùn)行安全也要求電梯在運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，不但要使乘客容易與外界溝通聯(lián)系，而且電梯本身應(yīng)當(dāng)能自動(dòng)播放讓乘客感到放松的音樂(lè)，徹底消除產(chǎn)生緊張不安的情緒。當(dāng)小孩和老人乘坐時(shí)，電梯對(duì)他們應(yīng)給予一種如同家人般的照顧，不但讓老人和孩子感到方便和舒適，而且更讓其家人感到放心。電梯運(yùn)行安全還要求電梯有自動(dòng)休眠功能，使電梯在保證運(yùn)行效率最高的同時(shí)，使電梯能最大限度地得到休眠。 (3)與環(huán)境的協(xié)調(diào)和平衡，包括以下幾個(gè)方面： ①視覺(jué)協(xié)調(diào)。有人曾經(jīng)做過(guò)環(huán)境色彩是否對(duì)人有影響的研究。該研究發(fā)展：視覺(jué)不協(xié)調(diào)的環(huán)境色彩對(duì)人的情緒、精神影響非常大。國(guó)內(nèi)的許多電梯公司對(duì)此的重視是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，甚至不少通過(guò)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的電梯也顯露出一副土生土長(zhǎng)的容貌。 ②消除電磁輻射。如前所述，由于電梯是大樓里頻繁起制動(dòng)的大容量電器是電磁干擾的元兇，所以綠色電梯必須是一個(gè)達(dá)到自身對(duì)大樓電磁干擾最小，而又不被其他電磁干擾影響的建筑機(jī)電設(shè)備。這樣不僅可以保證乘客的身心健康，而且也可以保證大樓、大廈中的大樓的辦公自動(dòng)化(OA)、樓宇自動(dòng)化(BA)、通訊自動(dòng)化(CA)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 ③舒適感。通過(guò)采用高載頻波矢量靜音變頻器，可降低噪聲變換頻率及電壓。以CPU控制電壓及頻率的連續(xù)變換方式，按人體生理適應(yīng)要求，利用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)而成的理想運(yùn)行曲線，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定、更舒適的運(yùn)行。 對(duì)現(xiàn)代化電梯性能的衡量，主要著重于可靠性、安全性和乘坐的舒適性。此外，對(duì)經(jīng)濟(jì)性、能耗、噪聲等級(jí)等方面也有相應(yīng)要求。 2.電梯概述 2.1 電梯的基本結(jié)構(gòu) 電梯的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 圖2-1 電梯的基本結(jié)構(gòu) 1 控制柜(屏) 2 曳引機(jī) 3 曳引鋼絲繩 4 限速器 5 限速器鋼繩 6 限速器張緊裝置 7 轎廂 8 安全鉗 9 轎廂門安全觸板 10 導(dǎo)軌 11 對(duì)重 12 廳門 13 緩沖器 (1)曳引系統(tǒng) 電梯能夠?qū)崿F(xiàn)正常的運(yùn)行，必須得有一個(gè)可以驅(qū)動(dòng)電梯的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)就是電梯的曳引系統(tǒng)。由于通過(guò)此系統(tǒng)可以輸出動(dòng)力和傳遞動(dòng)力，所以它就實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的一個(gè)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。要實(shí)現(xiàn)電梯的驅(qū)動(dòng)，此系統(tǒng)也需要有多個(gè)部件組成。其中包括為了實(shí)現(xiàn)電梯的正常運(yùn)行必須要有的一個(gè)動(dòng)力來(lái)源，這個(gè)來(lái)源就是曳引機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)它的這個(gè)功能，它必須要有電磁制動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、連軸器、曳引輪、減速箱這幾個(gè)至關(guān)重要的配件。毗連轎廂和對(duì)重的是對(duì)應(yīng)曳引鋼絲的兩頭，來(lái)實(shí)現(xiàn)轎廂的起落功效的是鋼絲繩和曳引輪之間的磨擦。實(shí)現(xiàn)電梯的正常運(yùn)行光有曳引機(jī)是不夠的，因?yàn)殡娞菡＿\(yùn)行時(shí)，轎廂和對(duì)重之間必須要有一定的間距，導(dǎo)向輪就能滿足此需求。 (2)導(dǎo)向系統(tǒng) 電梯在正常運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，轎廂和對(duì)重只能有一個(gè)自由度，否則電梯將出現(xiàn)安全隱患。為了滿足這個(gè)要求，特意設(shè)定了導(dǎo)向系統(tǒng)，它可以保持轎廂和對(duì)重只有一個(gè)自由度。 (3)門系統(tǒng) 電梯的門系統(tǒng)正如我們?nèi)粘Ｉ钪兴?jiàn)到的那樣由轎廂門，層門，開(kāi)門，連動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。其中層門顧名思義就設(shè)定在層站入口處，而轎廂門也在轎廂入口，作為轎廂和層門動(dòng)力源的開(kāi)門機(jī)則在轎廂上。 (4)轎廂 設(shè)計(jì)電梯的初衷就是為了方便人們，節(jié)約人們上下樓梯的時(shí)間，減輕人們需要上下樓梯的費(fèi)力度。就像人們乘坐火車時(shí)需要到車廂里一樣，電梯也有相應(yīng)的“車廂”，就是轎廂。 (5)重量平衡系統(tǒng) 此系統(tǒng)的功能是為了保證電梯的運(yùn)行的平穩(wěn)和正常。 (6)電力拖動(dòng)系統(tǒng) 電梯設(shè)計(jì)出來(lái)最終的目的都是為了滿足社會(huì)大眾的需求，再此基礎(chǔ)上還需增加乘客乘坐電梯時(shí)有一個(gè)好的體驗(yàn)。盡量少的去減少電梯運(yùn)行的速度變化率，讓電梯在運(yùn)行中速度保持比較平穩(wěn)，平層精度也比較好的系統(tǒng)就是電力拖動(dòng)系統(tǒng)。 (7)電氣控制系統(tǒng) 之前的那些系統(tǒng)都是電梯的一些硬件系統(tǒng)，但是光有那些硬件系統(tǒng)沒(méi)有一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)電梯功能的軟件控制系統(tǒng)也是不行的。就像人只有身體卻沒(méi)有思想和靈魂如同行尸走肉一般。所以電梯的“思想和靈魂”就是能夠?qū)崿F(xiàn)它正常運(yùn)行的一個(gè)軟件控制系統(tǒng)即電氣控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)的控制裝置，顧名思義就是為了控制電梯的運(yùn)行并且是根據(jù)電梯的運(yùn)行邏輯功能要求來(lái)的，把它設(shè)置在機(jī)房中的控制柜上。能夠?qū)崿F(xiàn)人們對(duì)電梯的操作，所以特意有了一個(gè)操作裝置。而且，就像人們乘坐公交車在能看到車窗外風(fēng)景的情況下還是在廣播里播報(bào)到站的地點(diǎn)就為了提醒乘客繼而方便乘客一樣，電梯也擁有有類似的功能的一個(gè)位置顯示裝置去提醒人們想要知道的信息。 (8)安全保護(hù)系統(tǒng) 每個(gè)物體的使用，都存在一定的安全性。所以每個(gè)產(chǎn)品在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)該考慮到一個(gè)安全保護(hù)的系統(tǒng)，電梯也不列外。 2.2 電梯的種類 (1)按用途分類 乘客電梯：在日常生活中為了方便人們的上下樓梯，節(jié)約時(shí)間，特意需要乘坐電梯的乘客設(shè)計(jì)的電梯。 載貨電梯：為了滿足一部分人員往高層運(yùn)送貨物的需求，降低那些需要運(yùn)送貨物的乘客的費(fèi)力度，特意設(shè)計(jì)了專門運(yùn)送貨物的電梯，且乘客也得在上面照看他們的貨物。 醫(yī)用電梯：為了方便病人、醫(yī)護(hù)人員需使用的某些醫(yī)療器械而專門為那些醫(yī)療器械而設(shè)計(jì)的長(zhǎng)而窄的電梯。 雜物電梯：專供那些需要運(yùn)送到指定地點(diǎn)的雜貨而實(shí)際的電梯。 觀光電梯：在一些旅游勝地或游樂(lè)場(chǎng)之類的場(chǎng)所，特意為游客們?cè)O(shè)計(jì)的，便于他們欣賞外面怡人的風(fēng)景。 車輛電梯：在一些特殊的場(chǎng)合，特意為運(yùn)送車輛而設(shè)計(jì)的電梯。 船舶電梯：有一些船上也設(shè)計(jì)了好幾層的空間，為了減少人們的費(fèi)力度而特意設(shè)計(jì)的。 建筑施工電梯：在一些還沒(méi)有完成建設(shè)的施工現(xiàn)場(chǎng)，專門為方便施工人員而設(shè)計(jì)的“交通工具”。 生活中還有很多各種各樣用途的電梯，只要哪里需要哪里就會(huì)有的。 (2)按驅(qū)動(dòng)方式分類 交流電梯：生活中電流都會(huì)有交流和直流之分，電梯也不例外。用交流電源驅(qū)動(dòng)的電梯就叫做交流電梯。 直流電梯：同上，用直流電源驅(qū)動(dòng)的叫直流電梯。 齒輪齒條電梯：利用齒輪齒條的嚙合來(lái)驅(qū)動(dòng)的電梯。 (3)按速度分類 就如人們正常生活中的交通工具一樣：有火車、動(dòng)車、高鐵、飛機(jī)等。這幾種方式最后都能到達(dá)目的地，但需花費(fèi)的價(jià)錢不一樣。原因就在于它們的速度不同，同樣的路程所花費(fèi)的時(shí)間不一樣。同理，根據(jù)人們生活中的不同需求，電梯也有快慢之分。 超高速梯：以目前的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，V≥5.00m/s的電梯就屬于超高速了。 高速梯：2.00m/s≤V≤5.00m/s的電梯。 中速梯：1.00m/s≤V≤5.00m/s的電梯。 低速梯： V≤1.00m/s的電梯。 (4)按電梯有無(wú)司機(jī)分類 有司機(jī)電梯：這種電梯不能根據(jù)乘客的需求和喜好來(lái)自己控制，像我們坐火車需要司機(jī)駕駛一樣，它也得由專職司機(jī)來(lái)控制。 無(wú)司機(jī)電梯：此電梯的運(yùn)行方式可根據(jù)乘客的需求和喜好隨心所欲的操作。 有/無(wú)司機(jī)電梯：此類電梯是以上兩類電梯的綜合，可以由專職司機(jī)操縱來(lái)完成，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 3.電梯控制系統(tǒng)的選擇 3.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器控制系統(tǒng)是比較早出現(xiàn)的一個(gè)控制系統(tǒng)，相應(yīng)地它也曾被應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)當(dāng)中。但是隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，電梯也隨著人們對(duì)生活水平要求的提高而凸顯出繼電氣控制電梯系統(tǒng)的種種不足和無(wú)法達(dá)到大眾所期望的程度。 由于可編程邏輯控制器即PLC可以運(yùn)用一些數(shù)字量或模擬量的輸入輸出且聯(lián)合計(jì)算機(jī)科學(xué)的一些性能來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能。況且繼電器控制系統(tǒng)的某些不足，所以PLC越來(lái)越多地被應(yīng)用于好多需要控制的系統(tǒng)中包括電梯控制系統(tǒng)。同時(shí)，由于社會(huì)的進(jìn)步和各個(gè)科學(xué)家的努力專研，我們的機(jī)電交流變頻調(diào)速技術(shù)也逐漸發(fā)展起來(lái)。所以，為了社會(huì)的進(jìn)步我們也把此調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電梯上。綜上可得，把以上兩種比較先進(jìn)的技術(shù)都應(yīng)用于電梯上是現(xiàn)在社會(huì)的一大熱點(diǎn)。 選擇PLC控制代替繼電器控制系統(tǒng)，是因?yàn)槔^電器控制系統(tǒng)存在很多的問(wèn)題，滿足不了當(dāng)前社會(huì)大眾的要求。并且它的系統(tǒng)比較復(fù)雜，接線線路也很復(fù)雜，還實(shí)現(xiàn)不了比較復(fù)雜的控制功能，很難提高技術(shù)水平，容易出現(xiàn)故障，維修浪費(fèi)時(shí)間不說(shuō)還得花費(fèi)一大筆金錢。所以用繼電器控制系統(tǒng)控制的電梯，可用率不高，有時(shí)還有可能對(duì)我們的人身安全造成威脅。 然而用PLC控制電梯，它具有很多繼電器控制系統(tǒng)沒(méi)有的諸多優(yōu)點(diǎn)。例如：（1）由于用PLC控制系統(tǒng)不需要那么多的硬件，也就少了很多硬件故障的可能性，從而提高其控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。（2）沒(méi)有那么繁瑣的各種硬件和連接硬件的線，相當(dāng)簡(jiǎn)潔。（3）對(duì)比繼電器控制，利用PLC可以輕易地實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制，也可以很方便快捷地增加或改變控制功能。（4）PLC還具有自我檢測(cè)的功能，可以自動(dòng)的進(jìn)行故障排查，不用工作人員時(shí)時(shí)刻刻的觀察。（5）由于PLC可以很簡(jiǎn)單地控制比較復(fù)雜系統(tǒng)，所以它可以一物多用，可用率比較大，運(yùn)行效率也比較高。（6）只通過(guò)改變軟件的參數(shù)就可以改變我們的控制系統(tǒng)，而不需重新接線，大大減少了繁瑣程度。 3.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的比較 得益于世界上那些偉大科學(xué)家的專研，計(jì)算機(jī)技術(shù)有了很大的發(fā)展，因此計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也流行起來(lái)。其中應(yīng)用于機(jī)械建筑裝置的是由于此系統(tǒng)具有可以在環(huán)境非常不好的情況下也能正常工作的工控機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是由于工控機(jī)并不適用于全部惡劣的工業(yè)環(huán)境下，并且一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，維修的人員需要擁有大量的知識(shí)儲(chǔ)備，必須是比較資深的專業(yè)維修人才才可以進(jìn)行一個(gè)維修，對(duì)維修人員的要求也相當(dāng)高。可是以我國(guó)目前的發(fā)展情況來(lái)看并不現(xiàn)實(shí)。所以可編程邏輯控制器對(duì)它進(jìn)行了一定量的修改，是它成為一個(gè)專用的工控機(jī)，能在惡劣工況下正常的運(yùn)行和工作。 3.3可編程控制器（PLC）的選型 通過(guò)對(duì)自己大學(xué)四年里學(xué)到的知識(shí)貯備量的評(píng)估和考量，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)最后決定設(shè)計(jì)一個(gè)可以控制六層電梯的控制系統(tǒng)。根據(jù)本設(shè)計(jì)此電梯系統(tǒng)的一個(gè)要求，具體情況具體分析，此次選擇平常的一個(gè)PLC的響應(yīng)速度就已經(jīng)足夠滿足它的控制要求了。通過(guò)對(duì)性能和價(jià)格還有自己的知識(shí)貯備的一番考量，最后決定應(yīng)用日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N系列 PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)六層電梯系統(tǒng)的控制。 FX2N 系統(tǒng) PLC 具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： (1)應(yīng)用FX2N的時(shí)候具有很高的靈活性，可以根據(jù)設(shè)計(jì)人員的需求來(lái)隨意變換。 (2)FX2N具有很快的執(zhí)行速度，不僅如此，還有很豐富的功能。 (3)FX2N可以用各種元件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如：輔助繼電器 M，狀態(tài)繼電器 S，定時(shí)器 T，寄存器 D，計(jì)數(shù)器 C 等。 (4)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)FX2N的編程，不僅可以用編程器來(lái)進(jìn)行編程，也可以在電腦上使用三菱公司GX Developer來(lái)進(jìn)行編程。 3.4 可編程序控制器的工作方式 3.4.1. PLC的掃描工作方式 每一種工具在工作時(shí)都有一定的工作順序和工作方式，都需要跟著它的工作方式一步步循序漸進(jìn)的進(jìn)行，可編程序控制器也不例外。它的掃描工作方式如右圖所示，首先輸入第一條指令開(kāi)始，然后經(jīng)過(guò)PLC的一個(gè)內(nèi)部處理和通信處理之后，需要PLC的處理器自己判斷它是否處于“Run”狀態(tài)，如果是就輸入進(jìn)去進(jìn)行掃描，掃描之后才執(zhí)行程序，最后輸出結(jié)果；如果不是“Run”狀態(tài) ，又回到需要進(jìn)行內(nèi)部處理和通信處理的步驟，就這樣循環(huán)往復(fù)進(jìn)行下去。 圖3-1 掃描過(guò)程 3.4.2. PLC的程序執(zhí)行過(guò)程 PLC的程序的執(zhí)行過(guò)程如圖3-2所示。首先是輸入采樣階段，通過(guò)外部輸入相應(yīng)的信號(hào)和指令到輸入端子；然后是程序執(zhí)行階段：通過(guò)輸入映像寄存器對(duì)輸入信號(hào)做相應(yīng)的處理，如果輸入端是屬于常開(kāi)狀態(tài)輸入進(jìn)去之后就閉合傳到輸出端，還有可能出現(xiàn)自鎖的一個(gè)現(xiàn)象；最后是輸出刷新階段：通過(guò)上一階段的輸出信號(hào)傳到輸出映像寄存器再傳到輸出鎖存器，還需要傳到輸出端子，最后輸出結(jié)果。 圖3-2 PLC的程序執(zhí)行過(guò)程 3.4.3. PLC的掃描周期 完成每一次全部的PLC控制都需要一定的時(shí)間，但PLC的掃描周期并不僅僅只是那樣的一段時(shí)間。因?yàn)镻LC的功能很強(qiáng)大，自然它的任務(wù)也就繁多，它的掃描周期也應(yīng)該包含它完成自我檢測(cè)和完成與外面的設(shè)備通信所需的一個(gè)時(shí)間段。 3.4.4. PLC的I／O響應(yīng)時(shí)間 它的定義就是：通過(guò)外部輸入相應(yīng)的信號(hào)和指令到輸入端子開(kāi)始算起一直到完成PLC的執(zhí)行，最后通過(guò)輸出端子輸出信號(hào)時(shí)結(jié)束，這期間所花費(fèi)的時(shí)間就是PLC的I／O響應(yīng)時(shí)間。 4.三菱FX2N 系列可編程序控制器介紹 4.1 FX2N系列的基本邏輯指令 如果我們想利用PLC對(duì)電梯系統(tǒng)進(jìn)行控制，首先需要做的第一步就是了解怎么去編寫程序。那么編程的第一步就是需要了解哪些基本的邏輯指令，因?yàn)榛镜倪壿嬛噶钍荘LC中最基本需要了解的編程語(yǔ)言，就像你在正常生活中想要和外國(guó)人交流就必需要懂得他們的語(yǔ)言一樣。由于基本邏輯指令對(duì)于各種型號(hào)的PLC來(lái)說(shuō)都大同小異，考慮到這次是利用FX2N來(lái)編程，所以我這次專門對(duì)FX2N系列的編程語(yǔ)言做一個(gè)詳細(xì)的說(shuō)明和闡述。 下面把LD/LDI/OUT三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說(shuō)明： 表4-1 輸入輸出指令表 表4-2 線圈串聯(lián)和并聯(lián)指令表 表4-3 電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令表 表4-4程序結(jié)束指令表 因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員在編程的過(guò)程中，是遵循從左到右從上到下的原則編程，并且編程完成的一個(gè)最重要的標(biāo)志就是最后這個(gè)END指令和符號(hào)，不然系統(tǒng)自認(rèn)為你的編程并沒(méi)有完成。 4.2三菱FX2N系列PLC介紹 4.2.1. 三菱FX2N PLC的主要特點(diǎn)： (1)集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。 (2)高速運(yùn)算 基本指令：0.08μs／指令 應(yīng)用指令：1.52～幾百μs／指令 (3)安全、寬裕的存儲(chǔ)器規(guī)格 內(nèi)置8000步RAM存貯器 安裝存儲(chǔ)盒后，最大可以擴(kuò)展到16000步。 (4)豐富的軟元件范圍 輔助繼電器：3072點(diǎn)，定時(shí)器：256點(diǎn)，計(jì)數(shù)：235點(diǎn) 數(shù)據(jù)寄存器；8000點(diǎn) (5)面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格 為大量實(shí)際應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的特殊功能： 4.2.2. PLC的性能指標(biāo)和分類 (1) PLC的主要性能指標(biāo) ①輸入／輸出點(diǎn)數(shù)（I／O點(diǎn)數(shù)） 這個(gè)點(diǎn)數(shù)是根據(jù)設(shè)計(jì)人員的要求而去決定選擇哪款PLC編程的。這個(gè)點(diǎn)數(shù)就是這個(gè)系統(tǒng)的輸入和輸出有多少個(gè)，把它們的總和相加起來(lái)的結(jié)果。 ②存儲(chǔ)容量 就像使用的很多電子設(shè)備、可移動(dòng)磁盤、網(wǎng)上云盤等都有一個(gè)儲(chǔ)存容量一樣，它的意思就是此設(shè)備最多能夠存儲(chǔ)的文件的最大容量。 ③掃描速度 速度的定義就是路程除以時(shí)間，而同理的是這個(gè)PLC的掃描速度一般是以執(zhí)行1000步指令所需時(shí)間來(lái)衡量，單位為ms/k步。 ④功能擴(kuò)展能力 設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)一款軟件時(shí)，肯定會(huì)對(duì)它的一個(gè)拓展能力做一個(gè)考量。此系統(tǒng)也不例外，此系統(tǒng)增加了很多其他的應(yīng)用模塊，以方便一些特殊人士的功能要求。 ⑤指令系統(tǒng) 此系統(tǒng)最主要的功能就是利用各種指令來(lái)進(jìn)行編程并且使它實(shí)現(xiàn)所要求的功能，所以指令系統(tǒng)是PLC最重要的因素。 (2) PLC的分類 市面上的PLC種類有很多，根據(jù)它的生產(chǎn)廠家的不同，可以分為西門子公司的、三菱公司的、歐姆龍等；根據(jù)大的輸入輸出點(diǎn)數(shù)分類，可以分為小、中、大型；根據(jù)它的結(jié)構(gòu)形式有整體式和分散式等。 5.電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1電梯的主電路 圖5-1 主電路圖 5.2門機(jī)電路、抱閘電路、門鎖及安全運(yùn)行電路 圖5-2 門機(jī)、抱閘、門鎖及安全運(yùn)行電路 5.3 電梯的控制系統(tǒng)輸入輸出設(shè)計(jì) 為了對(duì)此電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一個(gè)比較好的說(shuō)明和闡述，也便于自己以后檢查設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，以下列出了此系統(tǒng)中的各種電器元件的含義。 表5-1 電器元件表 根據(jù)此電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，也對(duì)照日常生活中人們對(duì)電梯的種種需求，經(jīng)過(guò)一番精心的計(jì)算和考量，PLC需要的I/O接口為73左右。73個(gè)接口剛好在三菱公司FX2N-64和FX2N-80之間，接口只能多不能少，故使用FX2N-80系列的PLC，其接線圖如圖5-3所示。 圖5-3 I/O接線圖 5.3.1 系統(tǒng)流程圖 圖5-4系統(tǒng)流程圖 5.3.2繼電器的詳細(xì)說(shuō)明 圖5-5 繼電器 5.4 電梯梯形圖程序設(shè)計(jì)   5.5電梯程序調(diào)試 GX-Developer的功能很強(qiáng)大，不僅可以用它編程，還可以用它來(lái)調(diào)試自己編寫的程序。進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試之后，根據(jù)它的提醒來(lái)改正已經(jīng)編好的程序，如圖5-6、5-7、5-8。 圖5-6 程序的調(diào)試及監(jiān)控 圖5-7 程序的調(diào)試及監(jiān)控 圖5-8 程序的調(diào)試及監(jiān)控 6.總結(jié) 從2016年最后的那兩個(gè)星期開(kāi)始，一直都在準(zhǔn)備大學(xué)四年里的最后一個(gè)最重要的學(xué)習(xí)成果。除去假期的翻譯外文文獻(xiàn)的時(shí)間，大概花了近三個(gè)月的時(shí)間來(lái)做這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我對(duì)PLC控制電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了更深入的了解，也讓我學(xué)會(huì)了活學(xué)活用，把課堂上學(xué)到的關(guān)于那些PLC的知識(shí)點(diǎn)去應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中。 自從確定了畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是PLC控制電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，“電梯”這兩字就潛移默化的影響著我，在生活中乘坐電梯時(shí)總是會(huì)去觀察它的工作方式和結(jié)構(gòu)。這次使用的編程軟件是日本三菱公司的GX Developer，為了實(shí)現(xiàn)編程特意去找各種資源，網(wǎng)上自學(xué)視頻教程，還好之前有學(xué)過(guò)plc的基礎(chǔ)，所以學(xué)起來(lái)也比較順利，最后完成了這次畢設(shè)。 作為一名學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)電方向的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要成果有：電梯的CAD結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、控制電梯系統(tǒng)的PLC控制程序。 參考文獻(xiàn) [1]王庭有編著，《可編程控制器原理及應(yīng)用》.第二版. 國(guó)防工業(yè)出版社.2008 [2]許曉峰主編，《電機(jī)及拖動(dòng)》.第三版.高等教育出版社.2007 [3]肖軍 孟令軍編著，《可編程控制器原理及應(yīng)用》 清華大學(xué)出版社.2008 [4]高欽和編著，《PLC應(yīng)用開(kāi)發(fā)案例精選》.第二版. 人民郵電出版社.2008 [5]李惠昇主編，《電梯控制技術(shù)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [6]宋伯生主編，《PLC編程實(shí)用指南》 機(jī)械工業(yè)出版社， 2007 [7]廖常初主編，《FX系列PLC編程及應(yīng)用》 機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [8]張培志主編，《電氣控制與可編程序控制器》 化學(xué)工業(yè)出版社，2007 [9]謝劍 賈青著，《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》第3版. 國(guó)防工業(yè)出版社,2001. 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Gonzalez Suarez Jan Olaf Blech CERN，歐洲核研究組織，CH-1211 Geneva 23，瑞士（電子郵件:fborja.fernandez.adiego,daniel.darva，enrique.blanco，jean-charles.tournierg@cern.ch）。 ISA，University of Oviedo，Campus de Viesques 33204 - Gijon，Spain（電子郵件：victor@isa.uniovi.es） RMIT大學(xué)，澳大利亞墨爾本（電子郵件：janolaf.blech@rmit.edu.au） 摘要：防止模型檢查在工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛使用的主要障礙之一是從PLC程序構(gòu)建正式模型的復(fù)雜性，特別是當(dāng)需要集成時(shí)序方面時(shí)。本文通過(guò)提出一種模擬和驗(yàn)證PLC程序的時(shí)序方面的方法來(lái)解決這個(gè)障礙。提出了兩種方法以允許用戶平衡模型的復(fù)雜性（即其狀態(tài)數(shù)）與可能被驗(yàn)證的規(guī)范的集合之間的貿(mào)易。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種支持該方法的工具，該方法允許直接從PLC程序產(chǎn)生用于不同模型檢查器的模型。 本文使用NuSMV提出了實(shí)際PLC程序的時(shí)序方面的驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞：PLC，定時(shí)器，正式驗(yàn)證，模型檢驗(yàn)，自動(dòng)機(jī)，抽象 1.引言 CERN，歐洲核研究組織，依靠大量的PLC（可編程邏輯控制器）應(yīng)用來(lái)操作其不同的粒子加速器。這些應(yīng)用對(duì)于CERN操作至關(guān)重要，因此保證其行為符合其規(guī)定是最重要的。正式驗(yàn)證，特別是模型檢查，似乎是一個(gè)有前途的技術(shù)，以確保PLC程序滿足其初始規(guī)格。然而，由于構(gòu)建PLC程序的形式模型的復(fù)雜性，這種技術(shù)在工業(yè)中沒(méi)有被廣泛使用，構(gòu)建這樣的形式模型需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模（硬件和軟件）以及基礎(chǔ)模型的深入知識(shí)檢查器。此外，當(dāng)需要考慮定時(shí)方面，即PLC時(shí)間和定時(shí)器時(shí)，模型化任務(wù)變得甚至更復(fù)雜，因?yàn)樗玫降哪Ｐ?，無(wú)需重新定義表示，通常在狀態(tài)空間而言過(guò)大而無(wú)法通過(guò)模型檢查器來(lái)處理。 在本文中，我們提出了一種方法來(lái)建立PLC時(shí)間和計(jì)時(shí)器。該方法被整合到Darvas等人描述的通用框架中（2013）允許從PLC程序自動(dòng)生成正式模型。提出了兩種方法來(lái)考慮定時(shí)方面：現(xiàn)實(shí)和抽象模型化。在現(xiàn)實(shí)的做法表示定時(shí)器的行為和時(shí)間在PLC的內(nèi)部表示高保真度。這種建模允許驗(yàn)證時(shí)間相關(guān)的屬性以確保給定的動(dòng)作將（或不會(huì)）在給定延遲之后或之后執(zhí)行（例如，在給定輸入被設(shè)置為真之后500ms后PLC輸出設(shè)置為真）。雖然這種模型化在表現(xiàn)力方面是強(qiáng)大的，但是它可能產(chǎn)生太大而不能由模型檢查器處理的模型，因此導(dǎo)致第二建模方法。抽象方法省略了時(shí)間本身的建模，并給出了一個(gè)非確定性的定時(shí)器模型。與第一種方法相比，這大大減少了生成模型的狀態(tài)空間，因此允許驗(yàn)證大型PLC程序，同時(shí)仍然提供驗(yàn)證一些時(shí)間相關(guān)規(guī)格的能力。可以通過(guò)應(yīng)用該第二建模來(lái)驗(yàn)證的屬性例如是活性屬性（例如，在其輸入被設(shè)置為假之后，PLC輸出將被設(shè)置為真）。使用抽象時(shí)間模型化驗(yàn)證的要求在現(xiàn)實(shí)模型上仍然有效，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)的方法是抽象的模型的重構(gòu)。最后，工具實(shí)現(xiàn)兩種類型的時(shí)間模型化，并產(chǎn)生正式型號(hào)為NuSMV（Cimatti等人（2002）），BIP（Basu等人（2011））和UPPAAL（Amnell等人（2001））已 開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于CERN的控制系統(tǒng)。 1.1相關(guān)工作 雖然以前在文獻(xiàn)中已經(jīng)研究了PLC程序的建模時(shí)序行為，但是它們都沒(méi)有提供允許自動(dòng)地生成包括時(shí)序方面的形式模型并且同時(shí)執(zhí)行對(duì)這些模型的驗(yàn)證的一般方法。此外，文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)的所有方法都限于特定的模型檢查器，從而阻止了不同類型的模型檢查器的優(yōu)點(diǎn)。 事實(shí)上，Mader和Wupper（1999）或Perin和Faure（2013）提出了一種使用定時(shí)自動(dòng)機(jī)模型對(duì)PLC定時(shí)器建模的方法，但不提供驗(yàn)證結(jié)果。由于時(shí)間被認(rèn)為是線性和單調(diào)函數(shù)，所以生成的模型將具有巨大的狀態(tài)空間，如果這種方法將被應(yīng)用于大型系統(tǒng)，使得驗(yàn)證是不可能的，因?yàn)槭窃贑ERN開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。類似地，Mokadem等人（2010）提出了一個(gè)案例研究，其中為驗(yàn)證目的創(chuàng)建了定時(shí)多任務(wù)PLC程序的全局模型。這種方法類似于由Mader和Wupper（1999）提出的方法，但是使用UPPAAL使用時(shí)鐘執(zhí)行驗(yàn)證，并且因此具有單調(diào)時(shí)間表示。在Wang et al（2013）中，使用基于組件的BIP框架對(duì)包括定時(shí)器的PLC控制系統(tǒng)的幾個(gè)方面進(jìn)行建模。在這種情況下，在這種情況下，它們假設(shè)xed PLC周期長(zhǎng)度是一個(gè)大的應(yīng)變，與實(shí)際的PLC定時(shí)器相比，定時(shí)器模型不夠精確。此外，不提供驗(yàn)證結(jié)果。 本文的其余部分結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)介紹了PLC中的時(shí)間和計(jì)時(shí)器的概念。第3節(jié)概述了所提出的方法，允許為PLC程序中的各種模型檢查器生成正式模型。第4節(jié)詳細(xì)介紹了對(duì)PLC程序時(shí)序方面進(jìn)行建模的兩種建議方法，以及應(yīng)用模型化的案例研究。此外，本節(jié)正式表明，現(xiàn)實(shí)的時(shí)間模型化是其抽象的一個(gè)要素。最后，第5節(jié)通過(guò)突出它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)來(lái)分析這兩種方法，并在文章結(jié)束。 2. 定時(shí)PLC控制系統(tǒng) 本節(jié)概述PLC控制系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹時(shí)序方面。此外，提出了一個(gè)案例研究，將用于其余部分，以說(shuō)明本文提出的模型化方法。 2.1 PLC的時(shí)序特性 PLC是執(zhí)行稱為掃描周期的同步和循環(huán)過(guò)程的工業(yè)計(jì)算機(jī)，包括以下主要步驟：（1）讀取存儲(chǔ)器的輸入值，（2）使用讀取數(shù)據(jù)解釋和執(zhí)行程序邏輯 ，以及（3）將計(jì)算的輸出值寫入實(shí)際輸出。 在標(biāo)準(zhǔn)PLC，即非安全PLC中，周期時(shí)間不是固定的，但是存在由看門狗模塊實(shí)施的上限。 如果PLC循環(huán)時(shí)間大于該上限，例如，由于PLC程序中的無(wú)限循環(huán)，PLC執(zhí)行負(fù)責(zé)處理定時(shí)錯(cuò)誤的程序的特殊部分。相比之下，安全PLC具有固定周期時(shí)間。 定時(shí)器操作，例如定時(shí)器，由IEC 61131定義，可以被認(rèn)為是延遲信號(hào)或產(chǎn)生脈沖的功能塊。 不同類型定時(shí)器可以在PLC中找到，最常見(jiàn)的定時(shí)器之一是TON（定時(shí)器打開(kāi)延遲）（見(jiàn)圖1）。該定時(shí)器有2個(gè)輸入變量：IN和PT。IN是一個(gè)布爾輸入信號(hào)，PT是延遲時(shí)間。定時(shí)器有2個(gè)輸出：Q和ET。Q是布爾輸出變量，當(dāng)IN執(zhí)行上升沿時(shí)，其值將在預(yù)定延遲（PT）后為真，如果IN為假，則其值為假。 ET是經(jīng)過(guò)的時(shí)間，其值增加到PT，當(dāng)IN上出現(xiàn)上升沿時(shí)開(kāi)始。 圖1.TON時(shí)間圖 PLC定時(shí)器使用特定的數(shù)據(jù)類型用于稱為TIME的定時(shí)操作。這種數(shù)據(jù)類型由IEC 61131定義為一個(gè)簡(jiǎn)單的變量，它說(shuō)明“這些數(shù)據(jù)類型中的值的范圍和表示的精度是依賴于實(shí)現(xiàn)的”。通過(guò)一個(gè)有限變量表示時(shí)間導(dǎo)致非單調(diào)的時(shí)間表示為變量可以溢出時(shí)（比較圖的上半部分圖2）。例如，在Siemens S7 PLC中，TIME數(shù)據(jù)類型定義為具有1毫秒相同精度的有符號(hào)32位整數(shù)（見(jiàn)Siemens（1998）），其上限約為+24天，下限為 的24天。然而，在Schneider和Beckho PLC中，TIME數(shù)據(jù)類型是無(wú)符號(hào)的32位整數(shù)，精度為1 ms。在本文中，我們考慮在西門子PLC中標(biāo)記的時(shí)間解釋。 圖2.有時(shí)間表示的后果 2.2案例研究 在本文的上下文中，把CERN開(kāi)發(fā)和使用的工業(yè)控制系統(tǒng)框架稱為UNICOS（Blanco等人（2011））作為一個(gè)案例研究。UNICOS提供了表示通用工業(yè)控制儀器（例如傳感器，執(zhí)行器，子系統(tǒng)）的基本對(duì)象的庫(kù)。這些對(duì)象在PLC代碼中表示為功能塊，使用ST（結(jié)構(gòu)化文本）語(yǔ)言，可以調(diào)用PLC上的不同功能塊。目前UNICOS被實(shí)現(xiàn)用于標(biāo)準(zhǔn)PLC，即其中周期時(shí)間不是固定的，并且取決于總體應(yīng)用。 在本文中，我們重點(diǎn)介紹由UNICOS庫(kù)為西門子PLC提供的OnO對(duì)象。該對(duì)象用于表示作為由數(shù)字信號(hào)（例如閥，加熱器，電動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器的物理設(shè)備。使用60個(gè)輸入變量（其中13個(gè)是參數(shù)），62個(gè)輸出變量，600行ST代碼和3個(gè)定時(shí)器實(shí)例，OnO對(duì)象在大小和復(fù)雜性方面代表其他UNICOS對(duì)象。 附錄2：外文文獻(xiàn)