裝配圖機(jī)電一體化PLC控制電梯,裝配,機(jī)電,電機(jī),一體化,plc,控制,節(jié)制,電梯 上海師范大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文 三菱FX2N PLC在電梯控制中的應(yīng)用 摘 要 本文主要介紹可編程控制器（PLC）在電梯電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法和程序設(shè)計(jì)思路的介紹，給出了5層電梯邏輯控制部分的方法。主要涉及5層電梯的PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、組成及模塊化程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：PLC；電梯；邏輯控制；程序設(shè)計(jì) The Application of Mitsubishi FX2N PLC in Elevator Control Abstract The implement of PLC (Programmable Logic Controller) in elevator electric control system is presented in this paper. The method of logic control part of five-floor elevator is also described by providing system hardware design and program design clues. This paper include of main design method, composition, program design in this elevator control system. Key words: PLC; elevator; logic control; program design 33 三菱FX2N PLC在電梯控制中的應(yīng)用 隨著人口的增加，科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展，人們物質(zhì)文化生活水平的逐步提高，建筑業(yè)得以迅速發(fā)展，大批的高樓大廈拔地而起，十幾層至幾十層的賓館、飯店、辦公樓、住宅樓鱗次櫛比。伴隨建筑業(yè)的發(fā)展，為建筑內(nèi)提供上下交通運(yùn)輸?shù)碾娞莨I(yè)也在日新月異地發(fā)展著。電梯已不僅是一種生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要設(shè)備，更是一種工作和生活中的必需設(shè)備，完全可以預(yù)想到，隨著社會(huì)的發(fā)展，電梯產(chǎn)品在人們物質(zhì)文化生活中的地位將和汽車(chē)一樣，成為重要的運(yùn)輸設(shè)備之一。 一、電梯的概述 （一）電梯的發(fā)展簡(jiǎn)史 據(jù)國(guó)外有關(guān)資料介紹，公元前2800年在古代埃及，為了建筑當(dāng)時(shí)的金字塔，曾使用過(guò)由人力驅(qū)動(dòng)的升降機(jī)械。公元1765年瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)后，1858年美國(guó)研制出以蒸汽為動(dòng)力，并通過(guò)帶傳動(dòng)和蝸輪減速裝置驅(qū)動(dòng)的電梯。1878年英國(guó)的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。并隨著水壓梯的發(fā)展，淘汰了蒸汽梯。后來(lái)又出現(xiàn)了液壓泵和控制閥以及直接柱塞式和側(cè)柱塞式結(jié)構(gòu)的液壓梯。這種液壓梯至今仍為人們所采用。 但是，電梯得以興盛發(fā)展的根本原因在于采用了電力作為動(dòng)力來(lái)源。18世紀(jì)末發(fā)明了電機(jī)，并隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，19世紀(jì)初開(kāi)始使用交流異步單速和雙速電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的交流電梯，特別是交流雙速電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，顯著改善了電梯的工作性能。在20世紀(jì)初，美國(guó)奧的斯電梯公司首先使用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，生產(chǎn)出以槽輪式驅(qū)動(dòng)的直流電梯，從而為后來(lái)的高速度、高行程電梯的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)30年代美國(guó)紐約市的102層摩天大樓建成，美國(guó)奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了74臺(tái)速度為6.0m/s的電梯。從此以后，電梯這個(gè)產(chǎn)品，一直在日新月異地發(fā)展著。目前的電梯產(chǎn)品，不但規(guī)格品種多，自動(dòng)化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，可編程序控制器（PLC）和電子計(jì)算機(jī)成功地應(yīng)用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中去后，電梯產(chǎn)品的質(zhì)量和運(yùn)行效果顯著提高。 （二）電梯的運(yùn)行工作情況 一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機(jī)、控制柜／箱、導(dǎo)軌等主要部件組成。電梯在做垂直運(yùn)行的過(guò)程中，有起點(diǎn)站也有終點(diǎn)站。對(duì)于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點(diǎn)站和終點(diǎn)站之間還設(shè)有?？空尽Ｆ瘘c(diǎn)站設(shè)在一樓，終點(diǎn)站設(shè)在最高樓。 各站的廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點(diǎn)站和終點(diǎn)站上各設(shè)置一個(gè)按鈕，中間層站的召喚箱上各設(shè)置兩個(gè)按鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開(kāi)關(guān)或與層站對(duì)應(yīng)的按鈕，供司機(jī)或乘用人員控制電梯上下運(yùn)行。召喚箱上的按鈕稱(chēng)外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱(chēng)指令按鈕。 電梯的運(yùn)行工作情況和汽車(chē)有共同之處，但是汽車(chē)的起動(dòng)、加速、?？康热克緳C(jī)控制操作，而且在運(yùn)行過(guò)程中可能遇到的情況比較復(fù)雜，因此汽車(chē)司機(jī)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)和考核。而電梯的自動(dòng)化程度比較高，一般電梯的司機(jī)或乘用人員只需通過(guò)操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達(dá)一個(gè)指令信號(hào)，電梯就能自動(dòng)關(guān)門(mén)、定向、起動(dòng)、在預(yù)定的層站平層?？块_(kāi)門(mén)。對(duì)于自動(dòng)化程度高的電梯，司機(jī)或乘用人員一次還可下達(dá)一個(gè)以上的指令信號(hào)，電梯便能依次起動(dòng)和?？?，依次完成全部指令任務(wù)。 盡管電梯和汽車(chē)在運(yùn)算工作過(guò)程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運(yùn)行工作情況類(lèi)似公共汽車(chē)，在起點(diǎn)站和終點(diǎn)站之間往返運(yùn)行，在運(yùn)行方向前方的?？空旧嫌许樝虻闹噶钚盘?hào)時(shí)，電梯到站能自動(dòng)平層?？块_(kāi)門(mén)接乘客。而載貨電梯的運(yùn)行工作情況則類(lèi)似卡車(chē)，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機(jī)或乘用人員控制電梯上下運(yùn)行時(shí)一般一次只能下達(dá)一個(gè)指令任務(wù)，當(dāng)一個(gè)指令任務(wù)完成后才能再下達(dá)另一個(gè)指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，從一個(gè)層站出發(fā)到另一個(gè)層站時(shí)，假若中間層站出現(xiàn)順向指令信號(hào)，一般都不能自動(dòng)停靠，所以載貨電梯的自動(dòng)化程度比乘客電梯低。 本課題主要研究單臺(tái)五層電梯的PLC控制方法，分述其硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)程序要求完成電梯控制系統(tǒng)主要達(dá)到以下要求： 1) PLC電梯控制系統(tǒng)應(yīng)具備：有司機(jī)、無(wú)司機(jī)、消防三種工作模式。 2) 系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)響應(yīng)層樓召喚信號(hào)（含上召喚和下召喚）。 3) 具有轎廂層樓顯示（二進(jìn)制方式或十進(jìn)制方式）。能自動(dòng)顯示電梯運(yùn)行方向。 4) 具有電梯直駛功能和反向最遠(yuǎn)停站功能。具有消防應(yīng)急處理功能。 5) 電梯開(kāi)門(mén)時(shí)間設(shè)為3秒，電梯關(guān)門(mén)時(shí)間也設(shè)定為3秒。 6) 具有應(yīng)急手動(dòng)開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)按鈕。 在單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討用一臺(tái)PLC控制多臺(tái)電梯協(xié)調(diào)運(yùn)行的實(shí)施方案。 （三）電梯控制系統(tǒng)的組成 電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動(dòng)部分和電氣控制部分組成。 1. 電梯的電力拖動(dòng)部分 電梯主拖動(dòng)類(lèi)型有直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、直流G－M（即發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)組供電）拖動(dòng)、晶閘管供電（SCR－M）的直流拖動(dòng)和交流雙速電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、交流調(diào)壓調(diào)速（AVCC）拖動(dòng)、交流變頻調(diào)速（VVVF）等。因直流電梯的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)有電刷和換相器，維護(hù)量較大，可靠性低，現(xiàn)已被交流調(diào)速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動(dòng)機(jī)在選定的調(diào)速方式下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩總能達(dá)到負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求?？紤]到電壓的波動(dòng)、導(dǎo)軌不夠平直造成的運(yùn)動(dòng)阻力增大等因素，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩還應(yīng)有一定的裕度。 2. 電梯的電氣控制部分 電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳引電動(dòng)機(jī)等幾十個(gè)分散安裝在電梯井道內(nèi)外和各相關(guān)電梯部件中的電器元件構(gòu)成。電氣控制系統(tǒng)通過(guò)電路控制電力拖動(dòng)系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動(dòng)作功能，保證電梯安全運(yùn)行。 電梯一般是由電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)的，其運(yùn)行過(guò)程大多包括啟動(dòng)、正（反）轉(zhuǎn)、停止等，這整個(gè)過(guò)程是由電氣控制系統(tǒng)來(lái)完成。具體地說(shuō)電梯的控制主要是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止、運(yùn)行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內(nèi)指令等進(jìn)行處理。其操縱是實(shí)行各個(gè)控制環(huán)節(jié)的方式和手段。 電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當(dāng)一臺(tái)電梯的類(lèi)別、額定載重量和額定運(yùn)行速度確定后，電力拖動(dòng)系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據(jù)電梯安裝使用地點(diǎn)、乘載對(duì)象進(jìn)行認(rèn)真選擇，才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。 電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動(dòng)化程度和運(yùn)行可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)引進(jìn)工作的進(jìn)一步開(kāi)展，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展換代迅速。繼電器控制系統(tǒng)的電梯故障率高，大大降低了電梯的運(yùn)行可靠性和安全性，所以基本上已經(jīng)被淘汰。而PLC以其體積小、功能強(qiáng)、故障率低、壽命長(zhǎng)、噪聲低、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便、修改邏輯靈活、程序容易編制，易聯(lián)成控制網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。 二、三菱FX2N 系列可編程序控制器介紹 （一）可編程控制器的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí) 1. 三菱FX2N PLC的主要特點(diǎn)： l 一個(gè)程序包的單元型可編程控制器 l 采用裝卸式端子臺(tái) l 內(nèi)裝RUN/STOP開(kāi)關(guān) l 程序存儲(chǔ)器 l 鐘表功能 l RUN寫(xiě)入 l 元件注解 l 利用鍵盤(pán)保護(hù)程序（編程手冊(cè)，外圍設(shè)備手冊(cè)） l 豐富的輸出入擴(kuò)展設(shè)備 l 豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備 l 用SFC表現(xiàn)的編程 l 簡(jiǎn)便的應(yīng)用指令群 l 高速處理 2. PLC的性能指標(biāo)和分類(lèi) 1) PLC的主要性能指標(biāo) l 輸入／輸出點(diǎn)數(shù)（I／O點(diǎn)數(shù)） I／O點(diǎn)數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標(biāo)志著可以接多少個(gè)開(kāi)關(guān)、按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。 l 存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指可編程序控制器內(nèi)部用于存放用戶(hù)程序的存儲(chǔ)器容量，一般以步為單位，二進(jìn)制16位即一個(gè)字為一步。 l 掃描速度 一般以執(zhí)行1000步指令所需時(shí)間來(lái)衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時(shí)間來(lái)計(jì)算的，單位用μs/步。 l 功能擴(kuò)展能力 可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用的需要，如A／D模塊、D／A模塊、位置控制模塊等。 l 指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。 2) PLC的分類(lèi) 通常，PLC產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進(jìn)行分類(lèi)。按結(jié)構(gòu)形式不同, 可以分為整體式和模塊式兩類(lèi)。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型PLC三種類(lèi)型。 3. PLC系統(tǒng)的組成 PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似。PLC也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。 1) PLC的硬件結(jié)構(gòu) 一套PLC系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入／輸出接口、內(nèi)部電源）、I／O擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成。圖2-1為PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖。 輸入電路 CPU EPROM RAM 輸出電路 基本單元 內(nèi)部電源 擴(kuò)展I/O接口 各種外設(shè)接口 輸出信號(hào) 現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào) 主機(jī) 編程器 打印機(jī) … PC機(jī) … 輸入電路 輸出電路 擴(kuò)展單元 … 輸出信號(hào) 擴(kuò)展連接電纜 至其他擴(kuò)展單元 … … 現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào) 圖2-1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖 圖2-2為三菱FX2N小型PLC產(chǎn)品主機(jī)示意圖。本課題中FX2N－48MR為基本單元，帶有48個(gè)I／O點(diǎn)(24入、24出)，M表示主機(jī)、R表示該單元為繼電器輸出型。 2) PLC的軟件 PLC的軟件系統(tǒng)指PLC所使用的各種程序的集合，它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶(hù)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(hù)程序是用戶(hù)根據(jù)控制要求，用PLC的編程語(yǔ)言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。 圖2-2 三菱FX2N小型PLC產(chǎn)品主機(jī)示意圖 （二）可編程序控制器的工作方式及編程語(yǔ)言 1. PLC的工作方式 開(kāi)始 內(nèi)部處理 通信處理 RUN方式？ 輸入掃描 程序執(zhí)行 輸出處理 N Y 1) PLC的掃描工作方式 圖2-3 PLC的掃描過(guò)程 可編程序控制器在進(jìn)入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)的地址號(hào)遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開(kāi)始掃描，并周而復(fù)始地重要進(jìn)行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r(shí)的掃描過(guò)程如圖2-3所示，包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過(guò)程所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期。掃描周期的長(zhǎng)短與用戶(hù)程序的長(zhǎng)度和掃描速度有關(guān)。 2) PLC的程序執(zhí)行過(guò)程 輸入端子 輸入映象寄存器 輸出映像寄存器 輸出鎖存器 輸出端子 輸入 ………. 輸出 程序執(zhí)行階段 輸入采樣階段 輸出刷新階段 X001 Y001 Y001 M1 讀 讀 ① ② ③ ④ ⑤ PLC的程序的執(zhí)行過(guò)程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段，如圖2-4所示。 圖2-4 PLC的程序執(zhí)行過(guò)程 3) PLC的掃描周期 在PLC的實(shí)際工作過(guò)程中，每個(gè)掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段外，還要進(jìn)行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計(jì)算機(jī)）通信等處理。即一個(gè)掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時(shí)間。 4) PLC的I／O響應(yīng)時(shí)間 PLC采用集中I／O刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會(huì)改變，還會(huì)影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號(hào)的變化滯后于輸入信號(hào)的變化，這產(chǎn)生了PLC的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時(shí)間為2-3個(gè)掃描周期。 2. PLC的編程語(yǔ)言 PLC的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ)言、順序功能圖語(yǔ)言等。其中前兩種語(yǔ)言用得較多，順序功能圖語(yǔ)言也在許多場(chǎng)合被采用。本課題所采用的編程語(yǔ)言為梯形圖語(yǔ)言。 （三）可編程序控制器與繼電器、微機(jī)在電梯控制中的應(yīng)用比較 在電梯的電氣系統(tǒng)中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統(tǒng)必須起動(dòng)各種控制信號(hào)和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動(dòng)機(jī)以及電子元件、電力電子器件等），要達(dá)到這些控制目的，其方法有： 1. 繼電器—接觸器控制系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)是早期電梯多采用的一種控制系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：與其它控制系統(tǒng)比較，其簡(jiǎn)單、易于理解和掌握、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：動(dòng)合觸點(diǎn)易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統(tǒng)耗能大、動(dòng)作噪聲大；維修保養(yǎng)工作量大、費(fèi)用高。因此這種控制系統(tǒng)僅用于速度不高、性能要求也不高的電梯中。 2. 微機(jī)控制系統(tǒng) 電梯的微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過(guò)程序存貯器中的程序來(lái)完成的控制系統(tǒng)。因此對(duì)于有不同功能要求的電梯控制系統(tǒng)，只要改變程序存貯器中的程序指令即可，而無(wú)需變更或增減硬件系統(tǒng)的元件或布線(xiàn)。因此，十分方便于使用和管理，并提高系統(tǒng)的可靠性，減小控制系統(tǒng)體積，降低了能耗及其維修保養(yǎng)費(fèi)用。雖然微機(jī)控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優(yōu)越性。但是，對(duì)一般的電梯而言，應(yīng)用微機(jī)控制也有其局限性和不足之處。其缺點(diǎn)是：微型計(jì)算機(jī)是按數(shù)字運(yùn)算的需要而設(shè)計(jì)的，功能比較齊全，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；而一般的電梯控制只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算方式多為“與”、“或”、“非”幾種，運(yùn)算位數(shù)只需1位，即“1”與“0”。因此，使用微機(jī)就有“大材小用”之嫌。此外，微機(jī)的接口電路沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)件，而且一般不控制強(qiáng)電。但在電梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用電設(shè)備，如用戶(hù)專(zhuān)門(mén)配備接口電路既不方便又不可靠。綜上所述，造成用微機(jī)控制的成本、運(yùn)行和維修費(fèi)用均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機(jī)控制在經(jīng)濟(jì)上不合算。 3. PLC控制系統(tǒng) PLC充分利用了微型計(jì)算機(jī)的原理和技術(shù)，保留計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)，而克服了它的缺點(diǎn)。它具有強(qiáng)大的生命力，各工業(yè)部分紛紛用它來(lái)改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果。 總之，PLC是采用微機(jī)技術(shù)制造的通用自動(dòng)控制設(shè)備，它能控制開(kāi)關(guān)量、模擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、并具有完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)、運(yùn)算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設(shè)備。它不僅能用于控制機(jī)械設(shè)備、流水線(xiàn)和各種設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程，將PLC用于控制電梯各種操作和處理相關(guān)信息也是可行的。 三、PLC控制單臺(tái)電梯的分析 電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電器控制、PLC控制、微機(jī)控制，其中繼電器控制系統(tǒng)故障率高，微機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾能力弱，而PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，成為目前電梯系統(tǒng)中使用最多的控制方式，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)重要方向，成為當(dāng)前電梯控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。本課題采用三菱FX2N PLC對(duì)單臺(tái)五層電梯進(jìn)行邏輯控制。 1. 電梯模型結(jié)構(gòu) 1) 電梯模型的主體結(jié)構(gòu)與控制柜 電動(dòng)機(jī) 圖3-1為五層電梯的簡(jiǎn)化模型和控制柜示意圖。電梯主體包括升降電機(jī)、轎廂、滑輪、鋼絲繩、行程開(kāi)關(guān)等。升降電機(jī)為交流可逆電動(dòng)機(jī)，轎廂套在鋼絲繩上，電機(jī)帶動(dòng)鋼絲繩正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，轎廂對(duì)應(yīng)上升或下降。每層樓均安裝行程開(kāi)關(guān)，利用機(jī)械碰撞，給出各樓層的層信號(hào)。 減速器 行程開(kāi)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(kāi)關(guān) 電源 電梯控制柜 圖3-1五層電梯的簡(jiǎn)化模型和控制柜示意圖 電梯控制柜是電梯電氣控制系統(tǒng)完成各種主要任務(wù)，實(shí)現(xiàn)各種性能的中心。主要包括FX2N-48MR PLC、繼電器/接觸器、顯示部分、開(kāi)關(guān)電源。LED顯示部分主要包括轎廂運(yùn)行方向顯示、樓層顯示。 2) 電梯層門(mén) 電梯層門(mén)是為了確保安全，而在各層樓的停靠站，通向井道的入口處，設(shè)置供司機(jī)、乘用人員和貨物等出入的門(mén)。 圖3-2為電梯層門(mén)示意圖。電梯層門(mén)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(mén)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(mén)示意圖 3) 轎廂內(nèi)控制屏 轎廂內(nèi)控制屏示意圖如圖3-3所示。其中包括上行、下行顯示及LED層樓位置的顯示。另外還有1樓－5樓的指令按鈕及登記顯示和有司機(jī)／無(wú)司機(jī)的選擇按鈕。在有司機(jī)工作狀態(tài)下還有指令專(zhuān)用開(kāi)關(guān)，即只響應(yīng)指令信號(hào)，不響應(yīng)召喚信號(hào)。此外，還有消防按鈕，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，立即清除所有指令信號(hào)和召喚信號(hào)，電梯直達(dá)底樓后開(kāi)門(mén)。需要說(shuō)明的是，本實(shí)驗(yàn)裝置在無(wú)司機(jī)狀態(tài)下，利用定時(shí)器控制開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)和上下客時(shí)間；有司機(jī)狀態(tài)下，則直接由司機(jī)控制開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)和上下客時(shí)間。 1 2 3 4 5 YSJ AJ 圖3-3 轎廂內(nèi)控制屏示意圖 （二）PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)功能介紹 1. PLC電梯控制系統(tǒng)三種工作方式介紹 電梯主要有三種工作方式——有司機(jī)方式、無(wú)司機(jī)方式、消防方式。 1) 有司機(jī)方式是指由專(zhuān)職司機(jī)操縱電梯運(yùn)行。具有以下特點(diǎn)： ① 電梯上行／下行啟動(dòng)由司機(jī)決定 ② 電梯開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)時(shí)間由司機(jī)控制 ③ 電梯是否直駛（不再響應(yīng)外召喚）由司機(jī)決定 2) 無(wú)司機(jī)方式是指由乘客自己操縱電梯，這種電梯具有集選控制功能。具有以下特點(diǎn)： ① 電梯開(kāi)門(mén)／關(guān)門(mén)／上、下客時(shí)間均由定時(shí)器定時(shí) ② 只要電梯門(mén)關(guān)閉后自動(dòng)定向 3) 消防方式是指大樓發(fā)生火災(zāi)時(shí)，電梯運(yùn)行控制的一種特殊工作方式。具有以下特點(diǎn)： ① 正在運(yùn)行的電梯控制系統(tǒng)一旦收到消防信號(hào)： a) 處于上行時(shí)立即返回底樓停站開(kāi)門(mén) b) 處于下行時(shí)立即直駛底樓停站開(kāi)門(mén) c) 處于底樓以外停站開(kāi)門(mén)的電梯立即關(guān)門(mén)返回底樓停站開(kāi)門(mén) ② 電梯返回底樓并在底樓開(kāi)門(mén)后，電梯處于消防工作狀態(tài)。此時(shí)，電梯不再響應(yīng)外召喚信號(hào)，電梯的關(guān)門(mén)起動(dòng)運(yùn)行和準(zhǔn)備前往層站由消防員控制操作。當(dāng)電梯就近到達(dá)某層站后，立即清除其它所有指令信號(hào)登記，是否繼續(xù)上行依火勢(shì)大小決定。 2. PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)的工作流程 圖3-4為PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)工作流程圖，從圖中可知控制一臺(tái)電梯正常工作，主要需要如下信號(hào)：控制信號(hào)、層樓信號(hào)、指令信號(hào)、召喚信號(hào)和消防信號(hào)。這些信號(hào)分別來(lái)自轎廂控制面板、井道行程開(kāi)關(guān)、層面控制銨鈕和層面火警開(kāi)關(guān)。來(lái)自井道行程開(kāi)關(guān)的層樓信號(hào)進(jìn)行層樓定位并參與自動(dòng)定向，同時(shí)顯示所在層樓位置。來(lái)自轎廂控制面板的指令信號(hào)和來(lái)自層面控制按鈕的召喚信號(hào)分別進(jìn)行指令登記和召喚登記，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)登記顯示。這兩種信號(hào)也參與自動(dòng)定向，和層樓信號(hào)一同對(duì)電梯進(jìn)行運(yùn)行控制，包括開(kāi)／關(guān)門(mén)、上／下行和停站。當(dāng)來(lái)自層面的火警開(kāi)關(guān)發(fā)出消防控制信號(hào)時(shí)，立即消除指令登記和召喚登記，直接控制電梯下行至底樓并開(kāi)門(mén)。此外，當(dāng)有來(lái)自轎廂控制面板發(fā)出控制信號(hào)，如：有司機(jī)直駛狀態(tài)，則略過(guò)召喚信號(hào)，直接響應(yīng)指令信號(hào)。運(yùn)行控制電梯的同時(shí)進(jìn)行運(yùn)行顯示和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，即電梯上行或下行。 控制信號(hào) 指令信號(hào) 召喚信號(hào) 層樓信號(hào) 層樓定位 指令登記 召喚登記 自動(dòng)定向 運(yùn)行控制（開(kāi)/關(guān)門(mén)、上/下行、停站） 運(yùn)行顯示 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 消防控制 置位 置位 清除 清除 來(lái)自轎廂 控制面板 來(lái)自井道 行程開(kāi)關(guān) 來(lái)自轎廂 控制面板 來(lái)自層面 控制按鈕 來(lái)自層面 火警開(kāi)關(guān) 顯 示 顯 示 顯 示 圖3-4 PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)工作流程圖 （三）PLC控制單臺(tái)電梯方案 PLC電梯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC。哪些信號(hào)需要輸入PLC，PLC需要輸出哪些信號(hào)，以及采用何種編程方式都需要仔細(xì)推敲。輸入輸出點(diǎn)的確定是設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)的首要問(wèn)題，決定系統(tǒng)的程序及硬件線(xiàn)路的方案。 1. PLC I/O地址分配 根據(jù)電梯操作的工藝過(guò)程及對(duì)控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)和輸出信號(hào)；然后根據(jù)PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)進(jìn)行I/O地址分配，使每個(gè)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸入繼電器，每個(gè)輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸出繼電器。 1) PLC輸入信號(hào)的確定 先考察電梯轎廂內(nèi)的操作。操作面板上應(yīng)有各層的選層指令按鈕，5層共有5個(gè)。有司機(jī)時(shí)，應(yīng)有司機(jī)直駛專(zhuān)用開(kāi)關(guān)和上行、下行按鈕，需3點(diǎn)輸入。 各樓層乘客召喚時(shí)，除底層和頂層只有一個(gè)召喚按鈕，其它各層均設(shè)上下兩個(gè)召喚按鈕，5層共需8個(gè)輸入按鈕。 5層電梯需5個(gè)行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制是否到了某一層，因此需5點(diǎn)輸入。 其它輸入有消防、有司機(jī)/無(wú)司機(jī)方式選擇等開(kāi)關(guān)或觸點(diǎn)。 經(jīng)以上分析，可知共需23點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入端口。 表3-1 輸入地址分配表 輸入信號(hào)名稱(chēng) PLC輸入地址 含義 AYS X000 向上行駛按鈕 AYX X001 向下行駛按鈕 JSJ X002 有/無(wú)司機(jī)選擇開(kāi)關(guān) 1YC X003 一樓行程開(kāi)關(guān) 2YC X004 二樓行程開(kāi)關(guān) 3YC X005 三樓行程開(kāi)關(guān) 4YC X006 四樓行程開(kāi)關(guān) 5YC X007 五樓行程開(kāi)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(zhuān)用開(kāi)關(guān)（直駛） ZXF X016 置消防開(kāi)關(guān) A1S X017 一樓上召喚按鈕 A2S X020 二樓上召喚按鈕 A2X X021 二樓下召喚按鈕 A3S X022 三樓上召喚按鈕 A3X X023 三樓下召喚按鈕 A4S X024 四樓上召喚按鈕 A4X X025 四樓下召喚按鈕 A5X X026 五樓下召喚按鈕 2) PLC輸出信號(hào)的確定 控制電梯的上行、下行（即電機(jī)正、反轉(zhuǎn)）需2點(diǎn)輸出。 上、下行指示燈2點(diǎn)輸出。 開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、門(mén)關(guān)閉、運(yùn)行顯示需4點(diǎn)輸出。 由于采用二進(jìn)制顯示方式，LED七段顯示器需3點(diǎn)輸出。 電梯轎廂內(nèi)輸出各層的指令信號(hào)登記顯示，共5點(diǎn)輸出。 各樓層乘客召喚時(shí)，除底層和頂層只有一個(gè)召喚登記顯示，其它各層均設(shè)上下兩個(gè)召喚登記顯示，5層共需8個(gè)輸出顯示。 經(jīng)分析共需24點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出端口。 表3-2 輸出地址分配表 輸出信號(hào)名稱(chēng) PLC輸出地址 含義 KM Y000 開(kāi)門(mén)顯示 GM Y001 關(guān)門(mén)顯示 MGB Y002 門(mén)關(guān)閉顯示 DCS Y003 上行顯示 DCX Y004 下行顯示 S Y005 上行繼電器 X Y006 下行繼電器 YX Y007 運(yùn)行顯示 A Y010 LED七段顯示器A段發(fā)光二極管 G Y011 LED七段顯示器G段發(fā)光二極管 D Y012 LED七段顯示器D段發(fā)光二極管 1DJA Y013 一樓指令信號(hào)登記顯示 2DJA Y014 二樓指令信號(hào)登記顯示 3DJA Y015 三樓指令信號(hào)登記顯示 4DJA Y016 四樓指令信號(hào)登記顯示 5DJA Y017 五樓指令信號(hào)登記顯示 1DAS Y020 一樓上召喚信號(hào)登記顯示 2DAS Y021 二樓上召喚信號(hào)登記顯示 2DAX Y022 二樓下召喚信號(hào)登記顯示 3DAS Y023 三樓上召喚信號(hào)登記顯示 3DAX Y024 三樓下召喚信號(hào)登記顯示 4DAS Y025 四樓上召喚信號(hào)登記顯示 4DAX Y026 四樓下召喚信號(hào)登記顯示 5DAX Y027 五樓下召喚信號(hào)登記顯示 3) 內(nèi)部繼電器的確定 表3-3 內(nèi)部繼電器地址分配表 PLC內(nèi)部繼電器地址 功能 M0 指令優(yōu)于召喚 M1 停站信號(hào) M2 本站廳外開(kāi)門(mén) M3 消防時(shí)到過(guò)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)且在任意層樓停過(guò) M4 消防時(shí)到過(guò)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)或非消防時(shí) M5 關(guān)門(mén)條件 M6 清一樓指令登記 M7 清二樓指令登記 M8 清三樓指令登記 M9 清四樓指令登記 M10 清五樓指令登記 M40 清一樓上召喚登記 M41 清二樓上召喚登記 M42 清二樓下召喚登記 M43 清三樓上召喚登記 M31 轎廂到二樓 M33 轎廂到四樓 M35 中間繼電器 M44 清三樓下召喚登記 M45 清四樓上召喚登記 M46 清四樓下召喚登記 M47 清五樓下召喚登記 M13 消防到過(guò)底樓開(kāi)過(guò)門(mén) 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(kāi) M16 有司機(jī)直駛狀態(tài) M17 關(guān)門(mén)時(shí)間（3秒） M20 開(kāi)門(mén)時(shí)間（3秒） M18 無(wú)司機(jī)上、下客時(shí)間（4秒） M19 到站延時(shí)時(shí)間（1秒）——形成停站脈沖用 M21 未定向 M22 未定向 M30 轎廂到一樓 M32 轎廂到三樓 M34 轎廂到五樓 4) 轎廂層樓位置顯示方式的確定 目前常用的轎廂層樓位置的顯示方式有：二進(jìn)制顯示、直接位置顯示、十進(jìn)制顯示。但由于三菱FX2N-48MR PLC的I/O點(diǎn)數(shù)只有24點(diǎn)輸入和24點(diǎn)輸出。由于其硬件的限制，故采用二進(jìn)制的顯示方式。即“1”表示亮，“0”表示暗。共可顯示23種，即0~7（000~111），應(yīng)用在電梯轎廂層樓顯示中，即可顯示第1層~ 7層，本系統(tǒng)顯示第1~5層。 5) PLC控制程序的編制方法 PLC梯形圖的編制采用模塊化設(shè)計(jì)。模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試。如：定時(shí)器控制開(kāi)／關(guān)門(mén)、外召喚、指令登記、上行、下行等。模塊間不完全獨(dú)立，它們之間存在著有機(jī)聯(lián)系，且編程時(shí)要考慮各條指令間的邏輯關(guān)系。 2. PLC I/O硬件連接圖 三菱FX2N系列PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)的硬件接線(xiàn)圖見(jiàn)圖3-5。 （四）PLC單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)基本功能梯形圖分析 1. 召喚信號(hào)登記響應(yīng)及清除功能 位于層樓面的乘客欲前往任意一層樓，可通過(guò)按下電梯層門(mén)旁的上／下召喚按喚來(lái)召喚電梯。當(dāng)電梯到達(dá)乘客所召喚的那一層樓面時(shí)，立即清除該召喚信號(hào)。 圖3-6為一樓上召喚登記響應(yīng)及清除功能梯形圖。當(dāng)在非消防狀態(tài)下，即常閉X016得電。X017為一樓上召喚按鈕輸入常開(kāi)觸點(diǎn)，若此時(shí)有人按下此開(kāi)關(guān)，X017得電，同時(shí)線(xiàn)圈Y020得電，常開(kāi)Y020自保，即一樓上召喚信號(hào)登記顯示。若電梯此時(shí)就在一樓時(shí)，直接清除一樓上召喚登記顯示。若電梯不在一樓，則下行到達(dá)一樓后，一樓行程開(kāi)關(guān)X003得電后，線(xiàn)圈M40得電，常閉M40變常開(kāi)，線(xiàn)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(kāi)X016變常閉得電，直接清除一樓上召喚登記顯示。 X017 M16 M40 X016 Y020 Y020 Y003 X003 M1 M40 X016 圖3-6 一樓上召喚信號(hào)登記響應(yīng)及清除功能梯形圖 2. 指令信號(hào)登記響應(yīng)及清除功能 當(dāng)司機(jī)／乘客／消防人員進(jìn)入到電梯轎廂中時(shí)，就要用到轎廂內(nèi)控制屏上的指令按鈕。當(dāng)電梯到達(dá)乘客所要去的那一層樓面時(shí)，立即清除該指令登記信號(hào)。 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(hào)有效必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件： 1) 消防到過(guò)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)； 2) 非消防時(shí)； 當(dāng)電梯處于非消防狀態(tài)時(shí)，線(xiàn)圈M4直接得電，滿(mǎn)足指令登記信號(hào)有效的條件。當(dāng)電梯處于消防狀態(tài)時(shí)，常開(kāi)X016變常閉。電梯到達(dá)一樓時(shí)，一樓行程開(kāi)關(guān)X003得電，此時(shí)線(xiàn)圈M13得電，與開(kāi)門(mén)信號(hào)相配合，電梯此時(shí)處于消防到過(guò)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)的狀態(tài)。常開(kāi)M13變常閉，線(xiàn)圈M4得電，也滿(mǎn)足使指令登記信號(hào)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(hào)登記響應(yīng)及清除功能梯形圖 此時(shí)，電梯開(kāi)始接收指令登記信號(hào)。如果此時(shí)電梯不在一樓時(shí)，按下到一樓指令按鈕，一樓指令按鈕X010得電，線(xiàn)圈Y013得電，常開(kāi)Y013自保，完成一樓指令登記顯示。電梯下行到一樓時(shí)，一樓行程開(kāi)關(guān)X003得電，線(xiàn)圈M6得電，常閉M6變常開(kāi)，即清除了一樓指令登記。如果此時(shí)電梯就在一樓，按下一樓指令按鈕的同時(shí)就清除一樓指令登記，因?yàn)殡娞荽藭r(shí)就在一樓。電梯處于消防工作狀態(tài)且沒(méi)有到達(dá)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)，常開(kāi)X016變常閉，線(xiàn)圈M6也得電，電梯也清除指令登記，只有當(dāng)電梯到達(dá)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)后，線(xiàn)圈M13得電，常閉M13變常開(kāi)，才不清除指令登記。需要說(shuō)明的是當(dāng)常開(kāi)M3得電變常閉時(shí)，電梯也清除指令登記。M3是消防到達(dá)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)并在任何層樓面停過(guò)站且有停站信號(hào)，就清除所有指令登記。這樣做是為了當(dāng)電梯到達(dá)某層后，消防人員可以依火勢(shì)大小決定是否繼續(xù)上行，如果不及時(shí)清除所有指令登記，電梯會(huì)繼續(xù)上行，這樣就不是非常安全。圖3-8為實(shí)現(xiàn)此功能的梯形圖。 X003 M13 M1 M3 X004 X005 X006 X007 圖3-8 消防到達(dá)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)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(dòng)定向功能 電梯的換向即改變電梯的運(yùn)行方向，實(shí)際就是改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。電梯在無(wú)司機(jī)工作狀態(tài)下，由程序決定上行或下行。當(dāng)電梯發(fā)出召喚信號(hào)或指令信號(hào)時(shí)，PLC自動(dòng)根據(jù)轎廂目前所在層樓位置，來(lái)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(wú)法定向 圖3-9為電梯自動(dòng)定向功能（部分）梯形圖。無(wú)司機(jī)工作狀態(tài)下，當(dāng)三樓有指令信號(hào)Y015或上下召喚信號(hào)Y023、Y024發(fā)出時(shí)，PLC首先判斷轎廂當(dāng)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(kāi)，線(xiàn)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(diǎn)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(xiàn)圈Y003得電，電梯定向?yàn)樯闲?。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(diǎn)M30、M31、M32不得電，仍為常閉，則線(xiàn)圈Y004得電，電梯定向?yàn)橄滦小? 有司機(jī)工作狀態(tài)下，X002變常閉，這時(shí)需由司機(jī)按下X000上行啟動(dòng)按鈕，電梯才能上行。同樣若司機(jī)按下X001下行啟動(dòng)按鈕，電梯則下行。 在消防工作狀態(tài)下，常閉X016變常開(kāi)，電梯停止上行；常開(kāi)X016變常閉，線(xiàn)圈Y004得電，電梯下行到底樓。當(dāng)電梯消防時(shí)到達(dá)底樓且開(kāi)過(guò)門(mén)后M13常閉變常開(kāi)，電梯不再下行。 上行和下行同時(shí)有互鎖常閉Y003和常閉Y004。在有司機(jī)工作狀態(tài)下，如果電梯有運(yùn)行信號(hào)Y007，則不再接收上行或下行信號(hào)。M0是一個(gè)特殊中間繼電器，要求在無(wú)司機(jī)、門(mén)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(hào)也有指令信號(hào)的情況下，優(yōu)先滿(mǎn)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(dòng)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(hào)形成有幾種情況： 1) 非消防及非有司機(jī)直駛時(shí)一樓到； 2) 非消防及非有司機(jī)直駛時(shí)五樓到； 3) 非消防時(shí)指令信號(hào)或召喚信號(hào)所指的層樓到； 4) 非上行也非下行時(shí)，即未定向時(shí)； 5) 消防時(shí)下行到達(dá)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)； 6) 運(yùn)行中且沒(méi)有到達(dá)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(shí)，當(dāng)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(shí)滿(mǎn)足時(shí)，且轎廂到達(dá)二樓時(shí)，二樓行程開(kāi)關(guān)常開(kāi)X004變常閉，1秒停站停沖脈沖形成后，停站信號(hào)線(xiàn)圈M1得電。消防時(shí)，電梯下行到底樓開(kāi)過(guò)門(mén)后，常開(kāi)M13變常閉，一樓行程開(kāi)關(guān)常開(kāi)X003變常閉，1秒停站脈沖形成后，停站信號(hào)線(xiàn)圈M1得電。同時(shí)如果一樓到X003變常閉，五樓到X007變常閉，未定向時(shí)，停站信號(hào)線(xiàn)圈M1也得電。 1秒停站脈沖形成過(guò)程是這樣的：如果轎廂既不在一樓、二樓、三樓、四樓、五樓時(shí)，線(xiàn)圈M14得電，常開(kāi)M14變常閉，線(xiàn)圈M15得電，常開(kāi)M15自保，啟動(dòng)定時(shí)器T3，定時(shí)1秒鐘后，線(xiàn)圈M19得電，常閉M19變常開(kāi)，M15失電。這樣做的目的是，如果在停站信號(hào)中直接使用不延時(shí)1秒鐘的常開(kāi)M15，一旦電梯到達(dá)某一層面時(shí)，線(xiàn)圈M14失電，線(xiàn)圈M15失電，停站線(xiàn)路中仍為常開(kāi)M15，與前面的任何層面的行程開(kāi)關(guān)變常閉有所矛盾，這樣線(xiàn)圈M1無(wú)法得電，電梯也就無(wú)法停站。因此，采用延時(shí)1秒鐘的辦法，讓任何層面的行程開(kāi)關(guān)先得電，M19也得電，延時(shí)1秒鐘后再斷開(kāi)，讓線(xiàn)圈M1能夠得電，這樣電梯就能順利的停站。 5. 廳外開(kāi)門(mén)功能 所謂廳外開(kāi)門(mén)是指在無(wú)司機(jī)狀態(tài)下，轎廂既非上行也非下行（未定向）且停在某層時(shí)，如果這層恰好有召喚登記信號(hào)，則自動(dòng)開(kāi)門(mén)。 X020 X004 X002 M20 Y004 Y003 M2 X021 圖3-11 二樓廳外開(kāi)門(mén)功能梯形圖 圖3-11為二樓廳外開(kāi)門(mén)功能梯形圖。在非上行顯示常閉Y003、非下行顯示常閉Y004、無(wú)司機(jī)常閉X002、無(wú)上／下客常閉M20都得電時(shí)，二樓有向上或向下召喚登記，則電梯定向到達(dá)二樓，二樓行程開(kāi)關(guān)常開(kāi)X004得電變常閉，廳外開(kāi)門(mén)M2線(xiàn)圈得電，實(shí)現(xiàn)廳外開(kāi)門(mén)。 6. 開(kāi)門(mén)時(shí)間、上／下客時(shí)間、關(guān)門(mén)時(shí)間、門(mén)關(guān)閉控制功能 電梯到站后，首先開(kāi)門(mén)3秒，然后上／下客4秒，最后關(guān)門(mén)3秒。時(shí)間均為定時(shí)器控制。 1) 開(kāi)門(mén)時(shí)間控制功能 Y000 M1 X016 M20 T1 K30 M2 X003 Y000 M13 T1 M20 圖3-12 開(kāi)門(mén)時(shí)間控制功能梯形圖 圖3-12為開(kāi)門(mén)時(shí)間控制功能梯形圖。在無(wú)司機(jī)狀態(tài)下，由定時(shí)器控制開(kāi)門(mén)時(shí)間。從圖中可知，滿(mǎn)足開(kāi)門(mén)條件有以下幾種情況： ① 非消防時(shí)有停站開(kāi)門(mén)信號(hào)； ② 非消防時(shí)有廳外開(kāi)門(mén)信號(hào)； ③ 消防時(shí)到達(dá)底樓； 在非消防狀態(tài)時(shí)，PLC一旦發(fā)出停站開(kāi)門(mén)信號(hào)或廳外開(kāi)門(mén)信號(hào)，即常開(kāi)M1變常閉或常開(kāi)M2變常閉，開(kāi)門(mén)信號(hào)線(xiàn)圈Y000得電，常開(kāi)Y000自保，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T1，定時(shí)時(shí)間為3秒，3秒后線(xiàn)圈M20得電，常閉M20變常開(kāi)，定時(shí)器復(fù)位，取消開(kāi)門(mén)信號(hào)。 在消防狀態(tài)時(shí)，電梯下行至底樓開(kāi)門(mén)，一樓行程開(kāi)關(guān)X003得電，常開(kāi)M13得電，PLC發(fā)出開(kāi)門(mén)信號(hào)。 2) 上／下客時(shí)間控制功能 圖3-13為上／下客時(shí)間控制功能梯形圖。在無(wú)司機(jī)狀態(tài)下，由定時(shí)器控制上／下客時(shí)間。 T2 K40 X002 Y000 Y001 Y002 T2 M18 圖3-13 上／下客時(shí)間控制功能梯形圖 在無(wú)司機(jī)狀態(tài)下，X002常閉；無(wú)開(kāi)門(mén)顯示，Y000常閉；非關(guān)門(mén)顯示，Y001常閉；門(mén)未關(guān)閉：Y002常閉；定時(shí)器線(xiàn)圈T2得電，定時(shí)時(shí)間為4秒，4秒后，M18線(xiàn)圈得電，上／下客時(shí)間結(jié)束，啟動(dòng)關(guān)門(mén)信號(hào)。 3) 關(guān)門(mén)時(shí)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(mén)時(shí)間控制功能梯形圖 圖3-14為關(guān)門(mén)時(shí)間控制功能梯形圖。從圖中可知，滿(mǎn)足關(guān)門(mén)條件有以下幾種情況： ① 無(wú)司機(jī)狀態(tài)下，消防未到過(guò)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)，上／下客4秒鐘后； ② 有司機(jī)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(guò)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)后，響應(yīng)指令登記信號(hào)，由消防人員控制電梯上行； 關(guān)門(mén)條件線(xiàn)圈M5得電后，關(guān)門(mén)顯示線(xiàn)圈Y001得電，開(kāi)門(mén)Y000和門(mén)關(guān)閉Y002互鎖，同時(shí)定時(shí)器線(xiàn)圈T0得電，定時(shí)3秒后，線(xiàn)圈M17得電，常閉M17變常開(kāi)，關(guān)門(mén)顯示線(xiàn)圈Y001失電，定時(shí)器復(fù)位。消防且未到過(guò)底樓開(kāi)過(guò)門(mén)的情況下，也要進(jìn)行關(guān)門(mén)。 4) 門(mén)關(guān)閉控制功能 關(guān)門(mén)3秒后，電梯門(mén)關(guān)閉。圖3-15為門(mén)關(guān)閉控制功能梯形圖。關(guān)門(mén)3秒后M17得電變常閉，且無(wú)開(kāi)門(mén)信號(hào)，關(guān)閉線(xiàn)圈Y002得電，常開(kāi)Y002自保。 M17 Y000 Y002 Y002 圖3-15 門(mén)關(guān)閉控制功能梯形圖 7. 有司機(jī)直駛控制功能 圖3-16為有司機(jī)直駛控制功能梯形圖。有司機(jī)狀態(tài)下，常開(kāi)X002變常閉；指令狀態(tài)下，常開(kāi)X015變常閉，有司機(jī)直駛線(xiàn)圈M16得電，即只響應(yīng)指令召喚。 X002 X015 M16 圖3-16 有司機(jī)直駛控制功能梯形圖 8. 轎廂定位功能 轎廂由行程開(kāi)關(guān)給出所在層樓位置信號(hào)。 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(dāng)二樓行程開(kāi)關(guān)X004得電，轎廂在二樓線(xiàn)圈M31得電，常開(kāi)M31自保。轎廂在一樓、三樓行程開(kāi)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(diǎn)數(shù)的限制，層樓位置顯示采用二進(jìn)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(lái)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L(zhǎng)ED A段顯示功能梯形圖。當(dāng)轎廂到四樓,常開(kāi)M33得電；或轎廂到五樓，常開(kāi)M34得電，則LED A段發(fā)光二極管線(xiàn)圈Y010得電。 M34 M33 Y010 圖3-19 LED A段顯示功能梯形圖 10. 馬達(dá)上行／下行、運(yùn)行顯示控制功能 M1 Y006 Y003 Y002 Y005 Y004 Y005 Y006 Y006 Y005 Y007 圖3-20 馬達(dá)上行／下行、運(yùn)行顯示控制功能梯形圖 圖3-20為馬達(dá)上行／下行、運(yùn)行顯示控制功能梯形圖。在門(mén)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(xiàn)圈Y005得電，馬達(dá)上行；有下行顯示Y004得電，則線(xiàn)圈Y006得電，馬達(dá)下行。馬達(dá)上行和下行均有互鎖。 在馬達(dá)上行或下行過(guò)程中，電梯運(yùn)行顯示線(xiàn)圈Y007得電。 四、PLC控制多臺(tái)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(tái)電梯，將多臺(tái)電梯集中起來(lái)形成群梯。對(duì)這種梯群進(jìn)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(yùn)行效率、節(jié)省能源、減少乘客的等待時(shí)間。本課題將實(shí)現(xiàn)采用一臺(tái)可編程序控制器同時(shí)控制兩臺(tái)五層電梯的功能。 （一）PLC控制兩臺(tái)電梯協(xié)調(diào)運(yùn)行的原則 兩臺(tái)電梯同時(shí)運(yùn)行，共同享用一套外召喚按鈕和外召喚信號(hào)登記顯示以及底樓的消防開(kāi)關(guān)。如果沒(méi)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(tái)電梯均獨(dú)自運(yùn)行、則當(dāng)某一層有乘客需向下至底樓，按下兩臺(tái)電梯在這一層的兩個(gè)召喚按鈕箱中的向下召喚按鈕，則兩臺(tái)電梯均會(huì)同時(shí)響應(yīng)而到達(dá)該層站。此時(shí)可能其中一臺(tái)先行到站，把乘客接走，而另外一臺(tái)電梯在失去的召喚登記信號(hào)后，可能會(huì)一下子停在井道任意一處，而沒(méi)有準(zhǔn)確平層，這是絕對(duì)不允許出現(xiàn)的。 因此，要使PLC控制兩臺(tái)電梯協(xié)調(diào)運(yùn)行，必須滿(mǎn)足一個(gè)原則：當(dāng)兩臺(tái)電梯同時(shí)去響應(yīng)外召喚信號(hào)登記時(shí)，兩臺(tái)電梯自動(dòng)定向啟動(dòng)前往相應(yīng)樓層，當(dāng)某一臺(tái)電梯先行到達(dá)指定層樓時(shí)，另外一臺(tái)電梯必須就近?？科綄?，不得懸空在中間。 當(dāng)?shù)讟怯邢佬盘?hào)時(shí)，兩臺(tái)電梯必須同時(shí)立即下行至底樓開(kāi)門(mén)。 （二）PLC控制兩臺(tái)電梯協(xié)調(diào)運(yùn)行系統(tǒng)的功能 1. 兩臺(tái)電梯各自獨(dú)立控制的部分 1) 兩臺(tái)電梯各自有兩種工作方式----有司機(jī)工作方式、無(wú)司機(jī)工作方式。 這兩種工作方式各自獨(dú)立控制，不受任何約束和影響。包括有／無(wú)司機(jī)選擇開(kāi)關(guān)以及有司機(jī)工作方式中司機(jī)專(zhuān)用的向上行駛按鈕、向下行駛按鈕和指令專(zhuān)用開(kāi)關(guān)這些輸入信號(hào)也各自擁有一套。這兩種工作方式的控制要領(lǐng)與PLC單臺(tái)電梯控制的工作方式中的有司機(jī)方式、無(wú)司機(jī)方式一樣。 2) 指令信號(hào)登記的響應(yīng) 兩臺(tái)電梯的轎廂內(nèi)各自有1－5層樓的指令按鈕與指令信號(hào)登記顯示。兩臺(tái)電梯各自響應(yīng)各自的指令信號(hào)登記，前往指定樓層，滿(mǎn)足各自轎廂內(nèi)司機(jī)和乘客的需要。 3) LED顯示及其它 兩臺(tái)電梯各自有開(kāi)門(mén)顯示、關(guān)門(mén)顯示、門(mén)關(guān)閉顯示、上行顯示、下行顯示、運(yùn)行顯示、LED七段顯示器顯示層樓位置也各自擁有一套，獨(dú)立運(yùn)行，相互不受影響。兩臺(tái)電梯各自有1－5樓的行程開(kāi)關(guān)、上行繼電器、下行繼電器。 2. 兩臺(tái)電梯協(xié)調(diào)運(yùn)行控制的部分 1) 消防信號(hào)的共同響應(yīng) 當(dāng)?shù)讟堑闹孟篱_(kāi)關(guān)為ON時(shí)，即電梯處于消防工作狀態(tài)，兩臺(tái)電梯共同響應(yīng)消防信號(hào)，均下行至底樓開(kāi)門(mén)。 2) 召喚登記信號(hào)的共同響應(yīng) 雖然有兩臺(tái)電梯同時(shí)工作，但在每一層樓面只安裝一套召喚按鈕及召喚信號(hào)登記顯示。當(dāng)層樓面的乘客欲前往某一層樓時(shí)，按下該層樓面的外召喚按鈕，兩臺(tái)電梯均要及時(shí)響應(yīng)，并投入運(yùn)行，前往指定樓層，當(dāng)某一臺(tái)電梯先行到達(dá)指定樓層時(shí)，另外一臺(tái)電梯就近停靠。 3. PLC兩臺(tái)電梯控制系統(tǒng)的工作流程 圖4-1為PLC兩臺(tái)電梯控制系統(tǒng)工作流程圖。從圖中可以看出，兩臺(tái)電梯只有消防和外召喚是合用一套的，其它均各自獨(dú)立工作。各自獨(dú)立工作的部分與PLC單臺(tái)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(tái)電梯共用部分，即消防和外召喚的工作過(guò)程。 當(dāng)來(lái)自層面控制按鈕發(fā)出召喚信號(hào)后，兩臺(tái)電梯同時(shí)進(jìn)行召喚登記，并顯示。召喚登記信號(hào)與兩臺(tái)電梯各自的指令信號(hào)與層樓定位信號(hào)共同參與各自的定向，驅(qū)動(dòng)電梯前往指定的層樓，當(dāng)兩臺(tái)電梯中的任意一臺(tái)先行抵達(dá)后，立即清除召喚登記信號(hào)，并進(jìn)行停站、開(kāi)門(mén)3秒、上下客4秒、關(guān)門(mén)3秒、門(mén)關(guān)閉這一系列動(dòng)作。而此時(shí)另一臺(tái)電梯雖然也在同一時(shí)刻失去了召喚登記信號(hào)，但是不能立即停站，必須經(jīng)過(guò)最近的行程開(kāi)關(guān)后，就近平層靠站。 當(dāng)來(lái)自底樓層面控制開(kāi)關(guān)發(fā)出消防信號(hào)后，立即清除兩臺(tái)電梯各自的指令登記信號(hào)和共用的召喚登記信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電梯下行至底樓開(kāi)門(mén)。 共用部分 2# 電梯 1# 電梯 來(lái)自層面 控制按鈕 來(lái)自轎廂 控制面板 來(lái)自井道 行程開(kāi)關(guān) 來(lái)自轎廂 控制面板 來(lái)自層面 火警開(kāi)關(guān) 來(lái)自轎廂 控制面板 來(lái)自井道 行程開(kāi)關(guān) 來(lái)自轎廂 控制面板 指令信號(hào) 層樓信號(hào) 指令信號(hào) 控制信號(hào) 層樓信號(hào) 召喚信號(hào) 控制信號(hào) 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(dòng)定向 自動(dòng)定向 運(yùn)行控制（開(kāi)/關(guān)門(mén)、上/下行、停站） 運(yùn)行控制（開(kāi)/關(guān)門(mén)、上/下行、停站） 圖4-1 PLC兩臺(tái)電梯控制系統(tǒng)工作流程圖 （三）PLC控制兩臺(tái)電梯協(xié)調(diào)運(yùn)行方案 1. PLC I/O地址分配 根據(jù)兩臺(tái)電梯協(xié)調(diào)控制的工藝過(guò)程及對(duì)控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)和輸出信號(hào)；然后根據(jù)PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)進(jìn)行I/O地址分配，使每個(gè)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸入繼電器，每個(gè)輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸出繼電器。 1) PLC輸入信號(hào)的確定 在上一章節(jié)經(jīng)過(guò)對(duì)PLC控制單臺(tái)電梯系統(tǒng)的輸入信號(hào)的分析可知，單臺(tái)電梯共需23點(diǎn)開(kāi)關(guān)量的輸入，其中包括兩臺(tái)電梯共用的置消防開(kāi)關(guān)和1－5樓的外召喚按鈕9點(diǎn)。這樣可知，PLC控制兩臺(tái)電梯系統(tǒng)的輸入共需37點(diǎn)。但三菱FX2N－48MR只有24點(diǎn)輸入，因此，需加擴(kuò)展模塊，選用FX2N－32ER，增加16點(diǎn)輸入，這樣一共有40點(diǎn)輸入和40點(diǎn)輸出，滿(mǎn)足系統(tǒng)37點(diǎn)輸入的要求。 2) PLC輸出信號(hào)的確定 在上一章節(jié)經(jīng)過(guò)對(duì)PLC控制單臺(tái)電梯系統(tǒng)的輸出信號(hào)的分析可知，單臺(tái)電梯共需24點(diǎn)開(kāi)關(guān)量的輸出，其中包括兩臺(tái)電梯共用的1－5樓外召喚信號(hào)登記顯示8點(diǎn)。這樣可知，PLC控制兩臺(tái)電梯系統(tǒng)的輸出共需40點(diǎn)。 表4-1 輸入地址分配表 輸入符號(hào) 1#電梯 2#電梯 含義 AYS X000 X030 向上