裝配圖機電一體化PLC控制電梯,裝配,機電,電機,一體化,plc,控制,節(jié)制,電梯 上海師范大學機電學院畢業(yè)論文 附錄：三菱FX2N PLC單臺電梯控制系統(tǒng)梯形圖 45 上海師范大學機電學院畢業(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，通過對系統(tǒng)硬件設(shè)計方法和程序設(shè)計思路的介紹，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)計方案、組成及模塊化程序設(shè)計。 關(guān)鍵詞：PLC；電梯；邏輯控制；程序設(shè)計 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，成為重要的運輸設(shè)備之一。 一、電梯的概述 （一）電梯的發(fā)展簡史 據(jù)國外有關(guān)資料介紹，公元前2800年在古代埃及，為了建筑當時的金字塔，曾使用過由人力驅(qū)動的升降機械。公元1765年瓦特發(fā)明了蒸汽機后，1858年美國研制出以蒸汽為動力，并通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅(qū)動的電梯。1878年英國的阿姆斯特朗發(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力來源。18世紀末發(fā)明了電機，并隨著電機技術(shù)的發(fā)展，19世紀初開始使用交流異步單速和雙速電動機作動力的交流電梯，特別是交流雙速電動機的出現(xiàn)，顯著改善了電梯的工作性能。在20世紀初，美國奧的斯電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產(chǎn)出以槽輪式驅(qū)動的直流電梯，從而為后來的高速度、高行程電梯的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀30年代美國紐約市的102層摩天大樓建成，美國奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了74臺速度為6.0m/s的電梯。從此以后，電梯這個產(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）和電子計算機成功地應(yīng)用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中去后，電梯產(chǎn)品的質(zhì)量和運行效果顯著提高。 （二）電梯的運行工作情況 一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜／箱、導軌等主要部件組成。電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點站和終點站之間還設(shè)有?？空?。起點站設(shè)在一樓，終點站設(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。一般電梯在起點站和終點站上各設(shè)置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設(shè)置兩個按鈕。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)或與層站對應(yīng)的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。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。 電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動、加速、?？康热克緳C控制操作，而且在運行過程中可能遇到的情況比較復(fù)雜，因此汽車司機必須經(jīng)過嚴格的培訓和考核。而電梯的自動化程度比較高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關(guān)門、定向、起動、在預(yù)定的層站平層?？块_門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和停靠，依次完成全部指令任務(wù)。 盡管電梯和汽車在運算工作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行，在運行方向前方的?？空旧嫌许樝虻闹噶钚盘枙r，電梯到站能自動平層?？块_門接乘客。而載貨電梯的運行工作情況則類似卡車，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指令任務(wù)，當一個指令任務(wù)完成后才能再下達另一個指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過程中，從一個層站出發(fā)到另一個層站時，假若中間層站出現(xiàn)順向指令信號，一般都不能自動?？浚暂d貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。 本課題主要研究單臺五層電梯的PLC控制方法，分述其硬件設(shè)計和軟件設(shè)計過程。設(shè)計程序要求完成電梯控制系統(tǒng)主要達到以下要求： 1) PLC電梯控制系統(tǒng)應(yīng)具備：有司機、無司機、消防三種工作模式。 2) 系統(tǒng)應(yīng)具備自動響應(yīng)層樓召喚信號（含上召喚和下召喚）。 3) 具有轎廂層樓顯示（二進制方式或十進制方式）。能自動顯示電梯運行方向。 4) 具有電梯直駛功能和反向最遠停站功能。具有消防應(yīng)急處理功能。 5) 電梯開門時間設(shè)為3秒，電梯關(guān)門時間也設(shè)定為3秒。 6) 具有應(yīng)急手動開門、關(guān)門按鈕。 在單臺電梯控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進一步探討用一臺PLC控制多臺電梯協(xié)調(diào)運行的實施方案。 （三）電梯控制系統(tǒng)的組成 電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。 1. 電梯的電力拖動部分 電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直流G－M（即發(fā)電機－電動機組供電）拖動、晶閘管供電（SCR－M）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調(diào)壓調(diào)速（AVCC）拖動、交流變頻調(diào)速（VVVF）等。因直流電梯的拖動電動機有電刷和換相器，維護量較大，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，要求曳引電動機在選定的調(diào)速方式下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩總能達到負載轉(zhuǎn)矩的要求?？紤]到電壓的波動、導軌不夠平直造成的運動阻力增大等因素，電動機轉(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、召喚箱及曳引電動機等幾十個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)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。 電梯一般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉(zhuǎn)、停止等，這整個過程是由電氣控制系統(tǒng)來完成。具體地說電梯的控制主要是指對電動機的起動、停止、運行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內(nèi)指令等進行處理。其操縱是實行各個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。 電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度確定后，電力拖動系統(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、乘載對象進行認真選擇，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、自動化程度和運行可靠性。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)引進工作的進一步開展，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、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養(yǎng)簡便、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)認識 1. 三菱FX2N PLC的主要特點： l 一個程序包的單元型可編程控制器 l 采用裝卸式端子臺 l 內(nèi)裝RUN/STOP開關(guān) l 程序存儲器 l 鐘表功能 l RUN寫入 l 元件注解 l 利用鍵盤保護程序（編程手冊，外圍設(shè)備手冊） l 豐富的輸出入擴展設(shè)備 l 豐富的特殊擴展設(shè)備 l 用SFC表現(xiàn)的編程 l 簡便的應(yīng)用指令群 l 高速處理 2. PLC的性能指標和分類 1) PLC的主要性能指標 l 輸入／輸出點數(shù)（I／O點數(shù)） I／O點數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標志著可以接多少個開關(guān)、按鈕和可以控制多少個負載。 l 存儲容量 存儲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器容量，一般以步為單位，二進制16位即一個字為一步。 l 掃描速度 一般以執(zhí)行1000步指令所需時間來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時間來計算的，單位用μs/步。 l 功能擴展能力 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弱的主要指標。 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)通用自動控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機控制系統(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、存儲器、輸入／輸出接口、內(nèi)部電源）、I／O擴展單元及外部設(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 擴展I/O接口 各種外設(shè)接口 輸出信號 現(xiàn)場輸入信號 主機 編程器 打印機 … PC機 … 輸入電路 輸出電路 擴展單元 … 輸出信號 擴展連接電纜 至其他擴展單元 … … 現(xiàn)場輸入信號 圖2-1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖 圖2-2為三菱FX2N小型PLC產(chǎn)品主機示意圖。本課題中FX2N－48MR為基本單元，帶有48個I／O點(24入、24出)，M表示主機、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)品主機示意圖 （二）可編程序控制器的工作方式及編程語言 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的掃描過程 可編程序控制器在進入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，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始地重要進行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖2-3所示，包括五個階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關(guān)。 2) PLC的程序執(zhí)行過程 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)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖2-4所示。 圖2-4 PLC的程序執(zhí)行過程 3) PLC的掃描周期 在PLC的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時間。 4) PLC的I／O響應(yīng)時間 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，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產(chǎn)生了PLC的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。 2. PLC的編程語言 PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被采用。本課題所采用的編程語言為梯形圖語言。 （三）可編程序控制器與繼電器、微機在電梯控制中的應(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)必須起動各種控制信號和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動機以及電子元件、電力電子器件等），要達到這些控制目的，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：與其它控制系統(tǒng)比較，其簡單、易于理解和掌握、價格便宜。缺點：動合觸點易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統(tǒng)耗能大、動作噪聲大；維修保養(yǎng)工作量大、費用高。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. 微機控制系統(tǒng) 電梯的微機控制系統(tǒng)實質(zhì)上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過程序存貯器中的程序來完成的控制系統(tǒng)。因此對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)費用。雖然微機控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優(yōu)越性。但是，對一般的電梯而言，應(yīng)用微機控制也有其局限性和不足之處。其缺點是：微型計算機是按數(shù)字運算的需要而設(shè)計的，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行簡單的邏輯運算，運算方式多為“與”、“或”、“非”幾種，運算位數(shù)只需1位，即“1”與“0”。因此，使用微機就有“大材小用”之嫌。此外，微機的接口電路沒有標準件，而且一般不控制強電。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，造成用微機控制的成本、運行和維修費用均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機控制在經(jīng)濟上不合算。 3. PLC控制系統(tǒng) PLC充分利用了微型計算機的原理和技術(shù)，保留計算機控制的優(yōu)點，而克服了它的缺點。它具有強大的生命力，各工業(yè)部分紛紛用它來改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果。 總之，PLC是采用微機技術(shù)制造的通用自動控制設(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、并具有完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)、運算等功能，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械設(shè)備、流水線和各種設(shè)備的運行過程，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、微機控制，其中繼電器控制系統(tǒng)故障率高，微機控制系統(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)展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術(shù)改造的熱點之一。本課題采用三菱FX2N PLC對單臺五層電梯進行邏輯控制。 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 電動機 圖3-1為五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖。電梯主體包括升降電機、轎廂、滑輪、鋼絲繩、行程開關(guān)等。升降電機為交流可逆電動機，轎廂套在鋼絲繩上，電機帶動鋼絲繩正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，轎廂對應(yīng)上升或下降。每層樓均安裝行程開關(guān)，利用機械碰撞，給出各樓層的層信號。 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?？空?，通向井道的入口處，設(shè)置供司機、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／無司機的選擇按鈕。在有司機工作狀態(tài)下還有指令專用開關(guān)，即只響應(yīng)指令信號，不響應(yīng)召喚信號。此外，還有消防按鈕，當發(fā)生火災(zāi)時，立即清除所有指令信號和召喚信號，電梯直達底樓后開門。需要說明的是，本實驗裝置在無司機狀態(tài)下，利用定時器控制開門、關(guān)門和上下客時間；有司機狀態(tài)下，則直接由司機控制開門、關(guān)門和上下客時間。 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——有司機方式、無司機方式、消防方式。 1) 有司機方式是指由專職司機操縱電梯運行。具有以下特點： ① 電梯上行／下行啟動由司機決定 ② 電梯開門、關(guān)門時間由司機控制 ③ 電梯是否直駛（不再響應(yīng)外召喚）由司機決定 2) 無司機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： ① 電梯開門／關(guān)門／上、下客時間均由定時器定時 ② 只要電梯門關(guān)閉后自動定向 3) 消防方式是指大樓發(fā)生火災(zāi)時，電梯運行控制的一種特殊工作方式。具有以下特點： ① 正在運行的電梯控制系統(tǒng)一旦收到消防信號： a) 處于上行時立即返回底樓停站開門 b) 處于下行時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，電梯不再響應(yīng)外召喚信號，電梯的關(guān)門起動運行和準備前往層站由消防員控制操作。當電梯就近到達某層站后，立即清除其它所有指令信號登記，是否繼續(xù)上行依火勢大小決定。 2. PLC單臺電梯控制系統(tǒng)的工作流程 圖3-4為PLC單臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖，從圖中可知控制一臺電梯正常工作，主要需要如下信號：控制信號、層樓信號、指令信號、召喚信號和消防信號。這些信號分別來自轎廂控制面板、井道行程開關(guān)、層面控制銨鈕和層面火警開關(guān)。來自井道行程開關(guān)的層樓信號進行層樓定位并參與自動定向，同時顯示所在層樓位置。來自轎廂控制面板的指令信號和來自層面控制按鈕的召喚信號分別進行指令登記和召喚登記，同時進行信號登記顯示。這兩種信號也參與自動定向，和層樓信號一同對電梯進行運行控制，包括開／關(guān)門、上／下行和停站。當來自層面的火警開關(guān)發(fā)出消防控制信號時，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，當有來自轎廂控制面板發(fā)出控制信號，如：有司機直駛狀態(tài)，則略過召喚信號，直接響應(yīng)指令信號。運行控制電梯的同時進行運行顯示和驅(qū)動電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，即電梯上行或下行。 控制信號 指令信號 召喚信號 層樓信號 層樓定位 指令登記 召喚登記 自動定向 運行控制（開/關(guān)門、上/下行、停站） 運行顯示 電動機驅(qū)動控制 消防控制 置位 置位 清除 清除 來自轎廂 控制面板 來自井道 行程開關(guān) 來自轎廂 控制面板 來自層面 控制按鈕 來自層面 火警開關(guān) 顯 示 顯 示 顯 示 圖3-4 PLC單臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖 （三）PLC控制單臺電梯方案 PLC電梯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC。哪些信號需要輸入PLC，PLC需要輸出哪些信號，以及采用何種編程方式都需要仔細推敲。輸入輸出點的確定是設(shè)計整個控制系統(tǒng)的首要問題，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)電梯操作的工藝過程及對控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號和輸出信號；然后根據(jù)PLC的輸入點和輸出點進行I/O地址分配，使每個輸入信號對應(yīng)PLC內(nèi)部的輸入繼電器，每個輸出信號對應(yīng)PLC內(nèi)部的輸出繼電器。 1) PLC輸入信號的確定 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。有司機時，應(yīng)有司機直駛專用開關(guān)和上行、下行按鈕，需3點輸入。 各樓層乘客召喚時，除底層和頂層只有一個召喚按鈕，其它各層均設(shè)上下兩個召喚按鈕，5層共需8個輸入按鈕。 5層電梯需5個行程開關(guān)來控制是否到了某一層，因此需5點輸入。 其它輸入有消防、有司機/無司機方式選擇等開關(guān)或觸點。 經(jīng)以上分析，可知共需23點開關(guān)量輸入端口。 表3-1 輸入地址分配表 輸入信號名稱 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/無司機選擇開關(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輸出信號的確定 控制電梯的上行、下行（即電機正、反轉(zhuǎn)）需2點輸出。 上、下行指示燈2點輸出。 開門、關(guān)門、門關(guān)閉、運行顯示需4點輸出。 由于采用二進制顯示方式，LED七段顯示器需3點輸出。 電梯轎廂內(nèi)輸出各層的指令信號登記顯示，共5點輸出。 各樓層乘客召喚時，除底層和頂層只有一個召喚登記顯示，其它各層均設(shè)上下兩個召喚登記顯示，5層共需8個輸出顯示。 經(jīng)分析共需24點開關(guān)量輸出端口。 表3-2 輸出地址分配表 輸出信號名稱 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 一樓指令信號登記顯示 2DJA Y014 二樓指令信號登記顯示 3DJA Y015 三樓指令信號登記顯示 4DJA Y016 四樓指令信號登記顯示 5DJA Y017 五樓指令信號登記顯示 1DAS Y020 一樓上召喚信號登記顯示 2DAS Y021 二樓上召喚信號登記顯示 2DAX Y022 二樓下召喚信號登記顯示 3DAS Y023 三樓上召喚信號登記顯示 3DAX Y024 三樓下召喚信號登記顯示 4DAS Y025 四樓上召喚信號登記顯示 4DAX Y026 四樓下召喚信號登記顯示 5DAX Y027 五樓下召喚信號登記顯示 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 M2 本站廳外開門 M3 消防時到過底樓開過門且在任意層樓停過 M4 消防時到過底樓開過門或非消防時 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 消防到過底樓開過門 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 有司機直駛狀態(tài) M17 關(guān)門時間（3秒） M20 開門時間（3秒） M18 無司機上、下客時間（4秒） M19 到站延時時間（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：二進制顯示、直接位置顯示、十進制顯示。但由于三菱FX2N-48MR PLC的I/O點數(shù)只有24點輸入和24點輸出。由于其硬件的限制，故采用二進制的顯示方式。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。模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試。如：定時器控制開／關(guān)門、外召喚、指令登記、上行、下行等。模塊間不完全獨立，它們之間存在著有機聯(lián)系，且編程時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單臺電梯控制系統(tǒng)的硬件接線圖見圖3-5。 （四）PLC單臺電梯控制系統(tǒng)基本功能梯形圖分析 1. 召喚信號登記響應(yīng)及清除功能 位于層樓面的乘客欲前往任意一層樓，可通過按下電梯層門旁的上／下召喚按喚來召喚電梯。當電梯到達乘客所召喚的那一層樓面時，立即清除該召喚信號。 圖3-6為一樓上召喚登記響應(yīng)及清除功能梯形圖。當在非消防狀態(tài)下，即常閉X016得電。X017為一樓上召喚按鈕輸入常開觸點，若此時有人按下此開關(guān)，X017得電，同時線圈Y020得電，常開Y020自保，即一樓上召喚信號登記顯示。若電梯此時就在一樓時，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 一樓上召喚信號登記響應(yīng)及清除功能梯形圖 2. 指令信號登記響應(yīng)及清除功能 當司梁延東.電梯控制技術(shù).北京：中國建筑工業(yè)出版社,1997 上海師范大學機電學院畢業(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，通過對系統(tǒng)硬件設(shè)計方法和程序設(shè)計思路的介紹，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)計方案、組成及模塊化程序設(shè)計。 關(guān)鍵詞：PLC；電梯；邏輯控制；程序設(shè)計 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 33 三菱FX2N PLC在電梯控制中的應(yīng)用 隨著人口的增加，科學技術(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，成為重要的運輸設(shè)備之一。 一、電梯的概述 （一）電梯的發(fā)展簡史 據(jù)國外有關(guān)資料介紹，公元前2800年在古代埃及，為了建筑當時的金字塔，曾使用過由人力驅(qū)動的升降機械。公元1765年瓦特發(fā)明了蒸汽機后，1858年美國研制出以蒸汽為動力，并通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅(qū)動的電梯。1878年英國的阿姆斯特朗發(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力來源。18世紀末發(fā)明了電機，并隨著電機技術(shù)的發(fā)展，19世紀初開始使用交流異步單速和雙速電動機作動力的交流電梯，特別是交流雙速電動機的出現(xiàn)，顯著改善了電梯的工作性能。在20世紀初，美國奧的斯電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產(chǎn)出以槽輪式驅(qū)動的直流電梯，從而為后來的高速度、高行程電梯的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀30年代美國紐約市的102層摩天大樓建成，美國奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了74臺速度為6.0m/s的電梯。從此以后，電梯這個產(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）和電子計算機成功地應(yīng)用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中去后，電梯產(chǎn)品的質(zhì)量和運行效果顯著提高。 （二）電梯的運行工作情況 一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜／箱、導軌等主要部件組成。電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點站和終點站之間還設(shè)有停靠站。起點站設(shè)在一樓，終點站設(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。一般電梯在起點站和終點站上各設(shè)置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設(shè)置兩個按鈕。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)或與層站對應(yīng)的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。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。 電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動、加速、?？康热克緳C控制操作，而且在運行過程中可能遇到的情況比較復(fù)雜，因此汽車司機必須經(jīng)過嚴格的培訓和考核。而電梯的自動化程度比較高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關(guān)門、定向、起動、在預(yù)定的層站平層?？块_門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和停靠，依次完成全部指令任務(wù)。 盡管電梯和汽車在運算工作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行，在運行方向前方的?？空旧嫌许樝虻闹噶钚盘枙r，電梯到站能自動平層?？块_門接乘客。而載貨電梯的運行工作情況則類似卡車，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指令任務(wù)，當一個指令任務(wù)完成后才能再下達另一個指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過程中，從一個層站出發(fā)到另一個層站時，假若中間層站出現(xiàn)順向指令信號，一般都不能自動?？浚暂d貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。 本課題主要研究單臺五層電梯的PLC控制方法，分述其硬件設(shè)計和軟件設(shè)計過程。設(shè)計程序要求完成電梯控制系統(tǒng)主要達到以下要求： 1) PLC電梯控制系統(tǒng)應(yīng)具備：有司機、無司機、消防三種工作模式。 2) 系統(tǒng)應(yīng)具備自動響應(yīng)層樓召喚信號（含上召喚和下召喚）。 3) 具有轎廂層樓顯示（二進制方式或十進制方式）。能自動顯示電梯運行方向。 4) 具有電梯直駛功能和反向最遠停站功能。具有消防應(yīng)急處理功能。 5) 電梯開門時間設(shè)為3秒，電梯關(guān)門時間也設(shè)定為3秒。 6) 具有應(yīng)急手動開門、關(guān)門按鈕。 在單臺電梯控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進一步探討用一臺PLC控制多臺電梯協(xié)調(diào)運行的實施方案。 （三）電梯控制系統(tǒng)的組成 電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。 1. 電梯的電力拖動部分 電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直流G－M（即發(fā)電機－電動機組供電）拖動、晶閘管供電（SCR－M）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調(diào)壓調(diào)速（AVCC）拖動、交流變頻調(diào)速（VVVF）等。因直流電梯的拖動電動機有電刷和換相器，維護量較大，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，要求曳引電動機在選定的調(diào)速方式下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩總能達到負載轉(zhuǎn)矩的要求。考慮到電壓的波動、導軌不夠平直造成的運動阻力增大等因素，電動機轉(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、召喚箱及曳引電動機等幾十個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)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。 電梯一般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉(zhuǎn)、停止等，這整個過程是由電氣控制系統(tǒng)來完成。具體地說電梯的控制主要是指對電動機的起動、停止、運行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內(nèi)指令等進行處理。其操縱是實行各個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。 電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度確定后，電力拖動系統(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、乘載對象進行認真選擇，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、自動化程度和運行可靠性。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)引進工作的進一步開展，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、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養(yǎng)簡便、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)認識 1. 三菱FX2N PLC的主要特點： l 一個程序包的單元型可編程控制器 l 采用裝卸式端子臺 l 內(nèi)裝RUN/STOP開關(guān) l 程序存儲器 l 鐘表功能 l RUN寫入 l 元件注解 l 利用鍵盤保護程序（編程手冊，外圍設(shè)備手冊） l 豐富的輸出入擴展設(shè)備 l 豐富的特殊擴展設(shè)備 l 用SFC表現(xiàn)的編程 l 簡便的應(yīng)用指令群 l 高速處理 2. PLC的性能指標和分類 1) PLC的主要性能指標 l 輸入／輸出點數(shù)（I／O點數(shù)） I／O點數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標志著可以接多少個開關(guān)、按鈕和可以控制多少個負載。 l 存儲容量 存儲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器容量，一般以步為單位，二進制16位即一個字為一步。 l 掃描速度 一般以執(zhí)行1000步指令所需時間來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時間來計算的，單位用μs/步。 l 功能擴展能力 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弱的主要指標。 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)通用自動控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機控制系統(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、存儲器、輸入／輸出接口、內(nèi)部電源）、I／O擴展單元及外部設(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 擴展I/O接口 各種外設(shè)接口 輸出信號 現(xiàn)場輸入信號 主機 編程器 打印機 … PC機 … 輸入電路 輸出電路 擴展單元 … 輸出信號 擴展連接電纜 至其他擴展單元 … … 現(xiàn)場輸入信號 圖2-1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖 圖2-2為三菱FX2N小型PLC產(chǎn)品主機示意圖。本課題中FX2N－48MR為基本單元，帶有48個I／O點(24入、24出)，M表示主機、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)品主機示意圖 （二）可編程序控制器的工作方式及編程語言 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的掃描過程 可編程序控制器在進入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，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始地重要進行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖2-3所示，包括五個階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關(guān)。 2) PLC的程序執(zhí)行過程 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)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖2-4所示。 圖2-4 PLC的程序執(zhí)行過程 3) PLC的掃描周期 在PLC的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時間。 4) PLC的I／O響應(yīng)時間 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，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產(chǎn)生了PLC的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。 2. PLC的編程語言 PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被采用。本課題所采用的編程語言為梯形圖語言。 （三）可編程序控制器與繼電器、微機在電梯控制中的應(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)必須起動各種控制信號和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動機以及電子元件、電力電子器件等），要達到這些控制目的，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：與其它控制系統(tǒng)比較，其簡單、易于理解和掌握、價格便宜。缺點：動合觸點易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統(tǒng)耗能大、動作噪聲大；維修保養(yǎng)工作量大、費用高。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. 微機控制系統(tǒng) 電梯的微機控制系統(tǒng)實質(zhì)上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過程序存貯器中的程序來完成的控制系統(tǒng)。因此對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)費用。雖然微機控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優(yōu)越性。但是，對一般的電梯而言，應(yīng)用微機控制也有其局限性和不足之處。其缺點是：微型計算機是按數(shù)字運算的需要而設(shè)計的，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行簡單的邏輯運算，運算方式多為“與”、“或”、“非”幾種，運算位數(shù)只需1位，即“1”與“0”。因此，使用微機就有“大材小用”之嫌。此外，微機的接口電路沒有標準件，而且一般不控制強電。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，造成用微機控制的成本、運行和維修費用均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機控制在經(jīng)濟上不合算。 3. PLC控制系統(tǒng) PLC充分利用了微型計算機的原理和技術(shù)，保留計算機控制的優(yōu)點，而克服了它的缺點。它具有強大的生命力，各工業(yè)部分紛紛用它來改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果。 總之，PLC是采用微機技術(shù)制造的通用自動控制設(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、并具有完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)、運算等功能，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械設(shè)備、流水線和各種設(shè)備的運行過程，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、微機控制，其中繼電器控制系統(tǒng)故障率高，微機控制系統(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)展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術(shù)改造的熱點之一。本課題采用三菱FX2N PLC對單臺五層電梯進行邏輯控制。 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 電動機 圖3-1為五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖。電梯主體包括升降電機、轎廂、滑輪、鋼絲繩、行程開關(guān)等。升降電機為交流可逆電動機，轎廂套在鋼絲繩上，電機帶動鋼絲繩正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，轎廂對應(yīng)上升或下降。每層樓均安裝行程開關(guān)，利用機械碰撞，給出各樓層的層信號。 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?？空?，通向井道的入口處，設(shè)置供司機、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／無司機的選擇按鈕。在有司機工作狀態(tài)下還有指令專用開關(guān)，即只響應(yīng)指令信號，不響應(yīng)召喚信號。此外，還有消防按鈕，當發(fā)生火災(zāi)時，立即清除所有指令信號和召喚信號，電梯直達底樓后開門。需要說明的是，本實驗裝置在無司機狀態(tài)下，利用定時器控制開門、關(guān)門和上下客時間；有司機狀態(tài)下，則直接由司機控制開門、關(guān)門和上下客時間。 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——有司機方式、無司機方式、消防方式。 1) 有司機方式是指由專職司機操縱電梯運行。具有以下特點： ① 電梯上行／下行啟動由司機決定 ② 電梯開門、關(guān)門時間由司機控制 ③ 電梯是否直駛（不再響應(yīng)外召喚）由司機決定 2) 無司機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： ① 電梯開門／關(guān)門／上、下客時間均由定時器定時 ② 只要電梯門關(guān)閉后自動定向 3) 消防方式是指大樓發(fā)生火災(zāi)時，電梯運行控制的一種特殊工作方式。具有以下特點： ① 正在運行的電梯控制系統(tǒng)一旦收到消防信號： a) 處于上行時立即返回底樓停站開門 b) 處于下行時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，電梯不再響應(yīng)外召喚信號，電梯的關(guān)門起動運行和準備前往層站由消防員控制操作。當電梯就近到達某層站后，立即清除其它所有指令信號登記，是否繼續(xù)上行依火勢大小決定。 2. PLC單臺電梯控制系統(tǒng)的工作流程 圖3-4為PLC單臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖，從圖中可知控制一臺電梯正常工作，主要需要如下信號：控制信號、層樓信號、指令信號、召喚信號和消防信號。這些信號分別來自轎廂控制面板、井道行程開關(guān)、層面控制銨鈕和層面火警開關(guān)。來自井道行程開關(guān)的層樓信號進行層樓定位并參與自動定向，同時顯示所在層樓位置。來自轎廂控制面板的指令信號和來自層面控制按鈕的召喚信號分別進行指令登記和召喚登記，同時進行信號登記顯示。這兩種信號也參與自動定向，和層樓信號一同對電梯進行運行控制，包括開／關(guān)門、上／下行和停站。當來自層面的火警開關(guān)發(fā)出消防控制信號時，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，當有來自轎廂控制面板發(fā)出控制信號，如：有司機直駛狀態(tài)，則略過召喚信號，直接響應(yīng)指令信號。運行控制電梯的同時進行運行顯示和驅(qū)動電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，即電梯上行或下行。 控制信號 指令信號 召喚信號 層樓信號 層樓定位 指令登記 召喚登記 自動定向 運行控制（開/關(guān)門、上/下行、停站） 運行顯示 電動機驅(qū)動控制 消防控制 置位 置位 清除 清除 來自轎廂 控制面板 來自井道 行程開關(guān) 來自轎廂 控制面板 來自層面 控制按鈕 來自層面 火警開關(guān) 顯 示 顯 示 顯 示 圖3-4 PLC單臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖 （三）PLC控制單臺電梯方案 PLC電梯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC。哪些信號需要輸入PLC，PLC需要輸出哪些信號，以及采用何種編程方式都需要仔細推敲。輸入輸出點的確定是設(shè)計整個控制系統(tǒng)的首要問題，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)電梯操作的工藝過程及對控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號和輸出信號；然后根據(jù)PLC的輸入點和輸出點進行I/O地址分配，使每個輸入信號對應(yīng)PLC內(nèi)部的輸入繼電器，每個輸出信號對應(yīng)PLC內(nèi)部的輸出繼電器。 1) PLC輸入信號的確定 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。有司機時，應(yīng)有司機直駛專用開關(guān)和上行、下行按鈕，需3點輸入。 各樓層乘客召喚時，除底層和頂層只有一個召喚按鈕，其它各層均設(shè)上下兩個召喚按鈕，5層共需8個輸入按鈕。 5層電梯需5個行程開關(guān)來控制是否到了某一層，因此需5點輸入。 其它輸入有消防、有司機/無司機方式選擇等開關(guān)或觸點。 經(jīng)以上分析，可知共需23點開關(guān)量輸入端口。 表3-1 輸入地址分配表 輸入信號名稱 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/無司機選擇開關(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輸出信號的確定 控制電梯的上行、下行（即電機正、反轉(zhuǎn)）需2點輸出。 上、下行指示燈2點輸出。 開門、關(guān)門、門關(guān)閉、運行顯示需4點輸出。 由于采用二進制顯示方式，LED七段顯示器需3點輸出。 電梯轎廂內(nèi)輸出各層的指令信號登記顯示，共5點輸出。 各樓層乘客召喚時，除底層和頂層只有一個召喚登記顯示，其它各層均設(shè)上下兩個召喚登記顯示，5層共需8個輸出顯示。 經(jīng)分析共需24點開關(guān)量輸出端口。 表3-2 輸出地址分配表 輸出信號名稱 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 一樓指令信號登記顯示 2DJA Y014 二樓指令信號登記顯示 3DJA Y015 三樓指令信號登記顯示 4DJA Y016 四樓指令信號登記顯示 5DJA Y017 五樓指令信號登記顯示 1DAS Y020 一樓上召喚信號登記顯示 2DAS Y021 二樓上召喚信號登記顯示 2DAX Y022 二樓下召喚信號登記顯示 3DAS Y023 三樓上召喚信號登記顯示 3DAX Y024 三樓下召喚信號登記顯示 4DAS Y025 四樓上召喚信號登記顯示 4DAX Y026 四樓下召喚信號登記顯示 5DAX Y027 五樓下召喚信號登記顯示 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 M2 本站廳外開門 M3 消防時到過底樓開過門且在任意層樓停過 M4 消防時到過底樓開過門或非消防時 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 消防到過底樓開過門 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 有司機直駛狀態(tài) M17 關(guān)門時間（3秒） M20 開門時間（3秒） M18 無司機上、下客時間（4秒） M19 到站延時時間（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：二進制顯示、直接位置顯示、十進制顯示。但由于三菱FX2N-48MR PLC的I/O點數(shù)只有24點輸入和24點輸出。由于其硬件的限制，故采用二進制的顯示方式。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。模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試。如：定時器控制開／關(guān)門、外召喚、指令登記、上行、下行等。模塊間不完全獨立，它們之間存在著有機聯(lián)系，且編程時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單臺電梯控制系統(tǒng)的硬件接線圖見圖3-5。 （四）PLC單臺電梯控制系統(tǒng)基本功能梯形圖分析 1. 召喚信號登記響應(yīng)及清除功能 位于層樓面的乘客欲前往任意一層樓，可通過按下電梯層門旁的上／下召喚按喚來召喚電梯。當電梯到達乘客所召喚的那一層樓面時，立即清除該召喚信號。 圖3-6為一樓上召喚登記響應(yīng)及清除功能梯形圖。當在非消防狀態(tài)下，即常閉X016得電。X017為一樓上召喚按鈕輸入常開觸點，若此時有人按下此開關(guān)，X017得電，同時線圈Y020得電，常開Y020自保，即一樓上召喚信號登記顯示。若電梯此時就在一樓時，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 一樓上召喚信號登記響應(yīng)及清除功能梯形圖 2. 指令信號登記響應(yīng)及清除功能 當司機／乘客／消防人員進入到電梯轎廂中時，就要用到轎廂內(nèi)控制屏上的指令按鈕。當電梯到達乘客所要去的那一層樓面時，立即清除該指令登記信號。 圖3-7為一樓指令登記及清除梯形圖。從圖中可知，要使指令登記信號有效必須滿足兩個條件： 1) 消防到過底樓開過門； 2) 非消防時； 當電梯處于非消防狀態(tài)時，線圈M4直接得電，滿足指令登記信號有效的條件。當電梯處于消防狀態(tài)時，常開X016變常閉。電梯到達一樓時，一樓行程開關(guān)X003得電，此時線圈M13得電，與開門信號相配合，電梯此時處于消防到過底樓開過門的狀態(tài)。常開M13變常閉，線圈M4得電，也滿足使指令登記信號有效的條件。 M13 M13 Y002 X003 X016 M13 M13 M4 X016 M4 M6 Y013 X010 Y013 X003 M3 X016 M6 圖3-7 一樓指令信號登記響應(yīng)及清除功能梯形圖 此時，電梯開始接收指令登記信號。如果此時電梯不在一樓時，按下到一樓指令按鈕，一樓指令按鈕X010得電，線圈Y013得電，常開Y013自保，完成一樓指令登記顯示。電梯下行到一樓時，一樓行程開關(guān)X003得電，線圈M6得電，常閉M6變常開，即清除了一樓指令登記。如果此時電梯就在一樓，按下一樓指令按鈕的同時就清除一樓指令登記，因為電梯此時就在一樓。電梯處于消防工作狀態(tài)且沒有到達底樓開過門，常開X016變常閉，線圈M6也得電，電梯也清除指令登記，只有當電梯到達底樓開過門后，線圈M13得電，常閉M13變常開，才不清除指令登記。需要說明的是當常開M3得電變常閉時，電梯也清除指令登記。M3是消防到達底樓開過門并在任何層樓面停過站且有停站信號，就清除所有指令登記。這樣做是為了當電梯到達某層后，消防人員可以依火勢大小決定是否繼續(xù)上行，如果不及時清除所有指令登記，電梯會繼續(xù)上行，這樣就不是非常安全。圖3-8為實現(xiàn)此功能的梯形圖。 X003 M13 M1 M3 X004 X005 X006 X007 圖3-8 消防到達底樓開過門并在任何層樓面停站 則清除所有指令登記功能梯形圖 3. 自動定向功能 電梯的換向即改變電梯的運行方向，實際就是改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。電梯在無司機工作狀態(tài)下，由程序決定上行或下行。當電梯發(fā)出召喚信號或指令信號時，PLC自動根據(jù)轎廂目前所在層樓位置，來判定是上行還是下行。 若 召喚或指令要到的層樓 ＞ 轎廂目前所在層樓 電梯上行 召喚或指令要到的層樓 ＜ 轎廂目前所在層樓 電梯下行 召喚或指令要到的層樓 ＝ 轎廂目前所在層樓 無法定向 圖3-9為電梯自動定向功能（部分）梯形圖。無司機工作狀態(tài)下，當三樓有指令信號Y015或上下召喚信號Y023、Y024發(fā)出時，PLC首先判斷轎廂當前是否在三樓，如果就在三樓，則轎廂在三樓的常閉M32變常開，線圈Y003、Y004都不得電，電梯既不上行也不下行。如果電梯在一樓或二樓，則轎廂在三樓、四樓、五樓的常閉觸點M32、M33、M34不得電，仍為常閉，且在非消防狀態(tài)下，X016常閉得電，則線圈Y003得電，電梯定向為上行。如果電梯在四樓或五樓，則轎廂在一樓、二樓、三樓的常閉觸點M30、M31、M32不得電，仍為常閉，則線圈Y004得電，電梯定向為下行。 有司機工作狀態(tài)下，X002變常閉，這時需由司機按下X000上行啟動按鈕，電梯才能上行。同樣若司機按下X001下行啟動按鈕，電梯則下行。 在消防工作狀態(tài)下，常閉X016變常開，電梯停止上行；常開X016變常閉，線圈Y004得電，電梯下行到底樓。當電梯消防時到達底樓且開過門后M13常閉變常開，電梯不再下行。 上行和下行同時有互鎖常閉Y003和常閉Y004。在有司機工作狀態(tài)下，如果電梯有運行信號Y007，則不再接收上行或下行信號。M0是一個特殊中間繼電器，要求在無司機、門未關(guān)閉、既非上行也非下行條件下，指令優(yōu)于召喚參加定向，這是為了在既有召喚信號也有指令信號的情況下，優(yōu)先滿足轎廂內(nèi)的乘客需要。 M32 Y023 M0 M33 M34 Y004 X016 Y003 M0 Y024 Y015 Y024 M0 Y023 Y015 M32 M31 M30 Y003 X002 X000 Y007 M13 M13 X002 Y007 X001 M13 Y002 Y004 X002 Y003 Y004 M13 X016 圖3-9 自動定向功能（部分）梯形圖 4. 停站控制功能 圖3-10為停站及1秒停站脈沖形成功能（部分）梯形圖。從圖中可知，停站信號形成有幾種情況： 1) 非消防及非有司機直駛時一樓到； 2) 非消防及非有司機直駛時五樓到； 3) 非消防時指令信號或召喚信號所指的層樓到； 4) 非上行也非下行時，即未定向時； 5) 消防時下行到達底樓開過門； 6) 運行中且沒有到達任何一層面； X003 M15 X016 X004 M16 Y021 Y005 M1 Y022 Y006 Y014 M13 M14 X003 Y003 Y004 M35 X007 X006 X005 X004 X003 M14 M15 M19 M15 M15 M14 T3 K10 T3 M19 M35 X007 圖3-10 停站及1秒停站脈沖形成功能（部分）梯形圖 非消防時，當上行繼電器Y005和二樓上召喚按鈕Y021或下行繼電器Y006和二樓下召喚按鈕Y022或二樓指令登記顯示有任意一組同時滿足時，且轎廂到達二樓時，二樓行程開關(guān)常開X004變常閉，1秒停站停沖脈沖形成后，停站信號線圈M1得電。消防時，電梯下行到底樓開過門后，常開M13變常閉，一樓行程開關(guān)常開X003變常閉，1秒停站脈沖形成后，停站信號線圈M1得電。同時如果一樓到X003變常閉，五樓到X007變常閉，未定向時，停站信號線圈M1也得電。 1秒停站脈沖形成過程是這樣的：如果轎廂既不在一樓、二樓、三樓、四樓、五樓時，線圈M14得電，常開M14變常閉，線圈M15得電，常開M15自保，啟動定時器T3，定時1秒鐘后，線圈M19得電，常閉M19變常開，M15失電。這樣做的目的是，如果在停站信號中直接使用不延時1秒鐘的常開M15，一旦電梯到達某一層面時，線圈M14失電，線圈M15失電，停站線路中仍為常開M15，與前面的任何層面的行程開關(guān)變常閉有所矛盾，這樣線圈M1無法得電，電梯也就無法停站。因此，采用延時1秒鐘的辦法，讓任何層面的行程開關(guān)先得電，M19也得電，延時1秒鐘后再斷開，讓線圈M1能夠得電，這樣電梯就能順利的停站。 5. 廳外開門功能 所謂廳外開門是指在無司機狀態(tài)下，轎廂既非上行也非下行（未定向）且停在某層時，如果這層恰好有召喚登記信號，則自動開門。 X020 X004 X002 M20 Y004 Y003 M2 X021 圖3-11 二樓廳外開門功能梯形圖 圖3-11為二樓廳外開門功能梯形圖。在非上行顯示常閉Y003、非下行顯示常閉Y004、無司機常閉X002、無上／下客常閉M20都得電時，二樓有向上或向下召喚登記，則電梯定向到達二樓，二樓行程開關(guān)常開X004得電變常閉，廳外開門M2線圈得電，實現(xiàn)廳外開門。 6. 開門時間、上／下客時間、關(guān)門時間、門關(guān)閉控制功能 電梯到站后，首先開門3秒，然后上／下客4秒，最后關(guān)門3秒。時間均為定時器控制。 1) 開門時間控制功能 Y000 M1 X016 M20 T1 K30 M2 X003 Y000 M13 T1 M20 圖3-12 開門時間控制功能梯形圖 圖3-12為開門時間控制功能梯形圖。在無司機狀態(tài)下，由定時器控制開門時間。從圖中可知，滿足開門條件有以下幾種情況： ① 非消防時有停站開門信號； ② 非消防時有廳外開門信號； ③ 消防時到達底樓； 在非消防狀態(tài)時，PLC一旦發(fā)出停站開門信號或廳外開門信號，即常開M1變常閉或常開M2變常閉，開門信號線圈Y000得電，常開Y000自保，同時啟動定時器T1，定時時間為3秒，3秒后線圈M20得電，常閉M20變常開，定時器復(fù)位，取消開門信號。 在消防狀態(tài)時，電梯下行至底樓開門，一樓行程開關(guān)X003得電，常開M13得電，PLC發(fā)出開門信號。 2) 上／下客時間控制功能 圖3-13為上／下客時間控制功能梯形圖。在無司機狀態(tài)下，由定時器控制上／下客時間。 T2 K40 X002 Y000 Y001 Y002 T2 M18 圖3-13 上／下客時間控制功能梯形圖 在無司機狀態(tài)下，X002常閉；無開門顯示，Y000常閉；非關(guān)門顯示，Y001常閉；門未關(guān)閉：Y002常閉；定時器線圈T2得電，定時時間為4秒，4秒后，M18線圈得電，上／下客時間結(jié)束，啟動關(guān)門信號。 3) 關(guān)門時間控制功能 Y003 Y000 M18 M13 X002 M5 X002 X000 Y004 X001 M13 M5 X016 M13 Y001 Y002 Y000 M17 Y001 T0 K30 T0 M17 圖3-14 關(guān)門時間控制功能梯形圖 圖3-14為關(guān)門時間控制功能梯形圖。從圖中可知，滿足關(guān)門條件有以下幾種情況： ① 無司機狀態(tài)下，消防未到過底樓開過門，上／下客4秒鐘后； ② 有司機狀態(tài)下，在上行／下行顯示情況下，按下上行／下行駛按鈕，； ③ 消防到過底樓開過門后，響應(yīng)指令登記信號，由消防人員控制電梯上行； 關(guān)門條件線圈M5得電后，關(guān)門顯示線圈Y001得電，開門Y000和門關(guān)閉Y002互鎖，同時定時器線圈T0得電，定時3秒后，線圈M17得電，常閉M17變常開，關(guān)門顯示線圈Y001失電，定時器復(fù)位。消防且未到過底樓開過門的情況下，也要進行關(guān)門。 4) 門關(guān)閉控制功能 關(guān)門3秒后，電梯門關(guān)閉。圖3-15為門關(guān)閉控制功能梯形圖。關(guān)門3秒后M17得電變常閉，且無開門信號，關(guān)閉線圈Y002得電，常開Y002自保。 M17 Y000 Y002 Y002 圖3-15 門關(guān)閉控制功能梯形圖 7. 有司機直駛控制功能 圖3-16為有司機直駛控制功能梯形圖。有司機狀態(tài)下，常開X002變常閉；指令狀態(tài)下，常開X015變常閉，有司機直駛線圈M16得電，即只響應(yīng)指令召喚。 X002 X015 M16 圖3-16 有司機直駛控制功能梯形圖 8. 轎廂定位功能 轎廂由行程開關(guān)給出所在層樓位置信號。 X004 X005 X003 M31 M31 圖3-17 轎廂定位在二樓功能梯形圖 圖3-17為轎廂定位在二樓功能梯形圖。當二樓行程開關(guān)X004得電，轎廂在二樓線圈M31得電，常開M31自保。轎廂在一樓、三樓行程開關(guān)X003、X005互鎖。 9. 層樓位置顯示功能 由于三菱FX2N-48MR PLC輸入輸出點數(shù)的限制，層樓位置顯示采用二進制顯示方法。利用LED七段顯示器的A、D、G三段發(fā)光二極管來顯示一至五樓層樓位置，如圖3-18所示。 一樓 五樓 四樓 三樓 二樓 A B C D E F G A段 G段 D段 一樓 0 0 1 二樓 0 1 0 三樓 0 1 1 四樓 1 0 0 五樓 1 0 1 圖3-18 LED數(shù)碼管顯示層樓位置示意圖 圖3-19為LED A段顯示功能梯形圖。當轎廂到四樓,常開M33得電；或轎廂到五樓，常開M34得電，則LED A段發(fā)光二極管線圈Y010得電。 M34 M33 Y010 圖3-19 LED A段顯示功能梯形圖 10. 馬達上行／下行、運行顯示控制功能 M1 Y006 Y003 Y002 Y005 Y004 Y005 Y006 Y006 Y005 Y007 圖3-20 馬達上行／下行、運行顯示控制功能梯形圖 圖3-20為馬達上行／下行、運行顯示控制功能梯形圖。在門關(guān)閉Y002得電為常閉情況下，且非停站，M1常閉，有上行顯示Y003得電，則線圈Y005得電，馬達上行；有下行顯示Y004得電，則線圈Y006得電，馬達下行。馬達上行和下行均有互鎖。 在馬達上行或下行過程中，電梯運行顯示線圈Y007得電。 四、PLC控制多臺電梯的分析 隨著高層、大型建筑的發(fā)展，一座建筑物內(nèi)往往需要裝多臺電梯，將多臺電梯集中起來形成群梯。對這種梯群進行統(tǒng)一的控制，采取合理的調(diào)度方式，可以大大提高電梯的運行效率、節(jié)省能源、減少乘客的等待時間。本課題將實現(xiàn)采用一臺可編程序控制器同時控制兩臺五層電梯的功能。 （一）PLC控制兩臺電梯協(xié)調(diào)運行的原則 兩臺電梯同時運行，共同享用一套外召喚按鈕和外召喚信號登記顯示以及底樓的消防開關(guān)。如果沒有協(xié)調(diào)控制好，有可能出現(xiàn)以下情況：某一大樓內(nèi)并排設(shè)置了兩臺電梯均獨自運行、則當某一層有乘客需向下至底樓，按下兩臺電梯在這一層的兩個召喚按鈕箱中的向下召喚按鈕，則兩臺電梯均會同時響應(yīng)而到達該層站。此時可能其中一臺先行到站，把乘客接走，而另外一臺電梯在失去的召喚登記信號后，可能會一下子停在井道任意一處，而沒有準確平層，這是絕對不允許出現(xiàn)的。 因此，要使PLC控制兩臺電梯協(xié)調(diào)運行，必須滿足一個原則：當兩臺電梯同時去響應(yīng)外召喚信號登記時，兩臺電梯自動定向啟動前往相應(yīng)樓層，當某一臺電梯先行到達指定層樓時，另外一臺電梯必須就近?？科綄?，不得懸空在中間。 當?shù)讟怯邢佬盘枙r，兩臺電梯必須同時立即下行至底樓開門。 （二）PLC控制兩臺電梯協(xié)調(diào)運行系統(tǒng)的功能 1. 兩臺電梯各自獨立控制的部分 1) 兩臺電梯各自有兩種工作方式----有司機工作方式、無司機工作方式。 這兩種工作方式各自獨立控制，不受任何約束和影響。包括有／無司機選擇開關(guān)以及有司機工作方式中司機專用的向上行駛按鈕、向下行駛按鈕和指令專用開關(guān)這些輸入信號也各自擁有一套。這兩種工作方式的控制要領(lǐng)與PLC單臺電梯控制的工作方式中的有司機方式、無司機方式一樣。 2) 指令信號登記的響應(yīng) 兩臺電梯的轎廂內(nèi)各自有1－5層樓的指令按鈕與指令信號登記顯示。兩臺電梯各自響應(yīng)各自的指令信號登記，前往指定樓層，滿足各自轎廂內(nèi)司機和乘客的需要。 3) LED顯示及其它 兩臺電梯各自有開門顯示、關(guān)門顯示、門關(guān)閉顯示、上行顯示、下行顯示、運行顯示、LED七段顯示器顯示層樓位置也各自擁有一套，獨立運行，相互不受影響。兩臺電梯各自有1－5樓的行程開關(guān)、上行繼電器、下行繼電器。 2. 兩臺電梯協(xié)調(diào)運行控制的部分 1) 消防信號的共同響應(yīng) 當?shù)讟堑闹孟篱_關(guān)為ON時，即電梯處于消防工作狀態(tài)，兩臺電梯共同響應(yīng)消防信號，均下行至底樓開門。 2) 召喚登記信號的共同響應(yīng) 雖然有兩臺電梯同時工作，但在每一層樓面只安裝一套召喚按鈕及召喚信號登記顯示。當層樓面的乘客欲前往某一層樓時，按下該層樓面的外召喚按鈕，兩臺電梯均要及時響應(yīng)，并投入運行，前往指定樓層，當某一臺電梯先行到達指定樓層時，另外一臺電梯就近停靠。 3. PLC兩臺電梯控制系統(tǒng)的工作流程 圖4-1為PLC兩臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖。從圖中可以看出，兩臺電梯只有消防和外召喚是合用一套的，其它均各自獨立工作。各自獨立工作的部分與PLC單臺電梯控制系統(tǒng)中的工作流程一模一樣，這里不再做介紹。在此主要分析兩臺電梯共用部分，即消防和外召喚的工作過程。 當來自層面控制按鈕發(fā)出召喚信號后，兩臺電梯同時進行召喚登記，并顯示。召喚登記信號與兩臺電梯各自的指令信號與層樓定位信號共同參與各自的定向，驅(qū)動電梯前往指定的層樓，當兩臺電梯中的任意一臺先行抵達后，立即清除召喚登記信號，并進行停站、開門3秒、上下客4秒、關(guān)門3秒、門關(guān)閉這一系列動作。而此時另一臺電梯雖然也在同一時刻失去了召喚登記信號，但是不能立即停站，必須經(jīng)過最近的行程開關(guān)后，就近平層靠站。 當來自底樓層面控制開關(guān)發(fā)出消防信號后，立即清除兩臺電梯各自的指令登記信號和共用的召喚登記信號，驅(qū)動電梯下行至底樓開門。 共用部分 2# 電梯 1# 電梯 來自層面 控制按鈕 來自轎廂 控制面板 來自井道 行程開關(guān) 來自轎廂 控制面板 來自層面 火警開關(guān) 來自轎廂 控制面板 來自井道 行程開關(guān) 來自轎廂 控制面板 指令信號 層樓信號 指令信號 控制信號 層樓信號 召喚信號 控制信號 置位 置位 置位 消防控制 層樓定位 指令登記 召喚登記 指令登記 層樓定位 顯 示 顯 示 顯 示 顯 示 顯 示 清除 清除 清除 自動定向 自動定向 運行控制（開/關(guān)門、上/下行、停站） 運行控制（開/關(guān)門、上/下行、停站） 圖4-1 PLC兩臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖 （三）PLC控制兩臺電梯協(xié)調(diào)運行方案 1. PLC I/O地址分配 根據(jù)兩臺電梯協(xié)調(diào)控制的工藝過程及對控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號和輸出信號；然后根據(jù)PLC的輸入點和輸出點進行I/O地址分配，使每個輸入信號對應(yīng)PLC內(nèi)部的輸入繼電器，每個輸出信號對應(yīng)PLC內(nèi)部的輸出繼電器。 1) PLC輸入信號的確定 在上一章節(jié)經(jīng)過對PLC控制單臺電梯系統(tǒng)的輸入信號的分析可知，單臺電梯共需23點開關(guān)量的輸入，其中包括兩臺電梯共用的置消防開關(guān)和1－5樓的外召喚按鈕9點。這樣可知，PLC控制兩臺電梯系統(tǒng)的輸入共需37點。但三菱FX2N－48MR只有24點輸入，因此，需加擴展模塊，選用FX2N－32ER，增加16點輸入，這樣一共有40點輸入和40點輸出，滿足系統(tǒng)37點輸入的要求。 2) PLC輸出信號的確定 在上一章節(jié)經(jīng)過對PLC控制單臺電梯系統(tǒng)的輸出信號的分析可知，單臺電梯共需24點開關(guān)量的輸出，其中包括兩臺電梯共用的1－5樓外召喚信號登記顯示8點。這樣可知，PLC控制兩臺電梯系統(tǒng)的輸出共需40點。 表4-1 輸入地址分配表 輸入符號 1#電梯 2#電梯 含義 AYS X000 X030 向上