电梯可编程PLC控制器控制系统设计.docx
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电梯可编程PLC控制器控制系统设计
摘要
PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。
它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大要型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。
随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。
电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。
PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。
由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。
在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对升降的控制。
本文主要讨论研究利用C系列P型机对电梯的升降进行控制，形成电梯控制系统。
关键词：
PLC；电梯控制。
ABSTRACT
PLC（ProgrammableLogicalController）tookonekindmostimportant,theapplicationsituationmostindustriescontrolmicrocomputer,itisconvenient,operationsimpleinparticularbyitsprogrammingmeritandsoonredundantreliability,obtainedthewidespreadapplicationintheindustrialproductionprocess.Itappliesthelargescaleintegratedcircuit,theminiaturemachinetechnologyandthecommunicationtechnologydevelopmentachievement,graduallyformedhadthemanykindsofmeritsandminiature,medium,large-scale,ultralarge-scaleandsooneachkindofspecificationseriesproduct,appliedtomonitorsbetweenthecomputerfromthecontrolsystemmanycontrolsdomain.
Alongwithsociety'sunceasingdevelopment,thebuildingismoreandmorehigh,buttheelevatorbecamethehighlevelbuildingtohavetheequipment.Afterhumanity'smorethancenturiesunremittingendeavors,theelevatoralreadyfromthehandleswitchoperationelevator,thepush-buttoncontrolelevatordevelopstothepresentgroupcontrolelevator,hasmadetheindeliblecontributionforthehighleveltransportation.
PLCinthecontrolintheelevatortheapplicationmainlytomanifestinitslogicalswitchcontrolfunction.ThisfunctionenablePLCtohavethelogicoperation,countswithfixedtimeaswellasthedatafeedsoutputfunction.Risesandfallsintheprocessintheelevator,eachlogicalswitchcontrolandPLCverygoodunion,verygoodrealizationtofluctuationcontrol.
ThisarticlemaindiscussionstudiesusingOMRONonthecontroltotheelevatorfluctuation,formstheelevatorcontrolsystem
Keywords:
PLC;elevatorcontrol.
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第1章绪论
1.1引言
随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。
更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。
目前电梯控制系统主要有三种控制方式：
继电路控制系统（“早期安装的电梯多位继电器控制系统）、PLC控制系统、微机控制系统。
继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。
微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。
而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。
目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。
由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。
因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义。
电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。
PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。
PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。
由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。
因此在工业控制方面得到了广泛应用。
自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。
并形成了一系列的定型产品。
在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。
电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。
调速部分的性能对电梯运行是乘的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。
为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。
可编程控制器（ProgrammableLogiccontroller，简称PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。
它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的三大支柱之一。
所以，综上所述，本设计就以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。
1.2可编程控制器的由来与发展
第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。
当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。
这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。
第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。
这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。
尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准—梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。
在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。
到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。
70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。
在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。
在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的PLC，我国在1974年也开始研制。
70年代由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。
这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。
在功能上，PLC可以代替某些模拟控制装置和小型机DDC系统。
进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。
这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。
尽管PLC功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。
随着PLC的应用，经过了近４０年的发展，它对提高设备的运转率起到了重要的作用。
它在工业领域的应用非常广泛，既有单片机作为继电器逻辑电路的替代品，又有作为控制设备的核心部件。
随着自动化程序的提高，它既可以作为现场控制的部件，又可以作为现场更高一级管理的控制部件。
随着网络技术的发展，作为成熟技术，可编程序控制器已被广泛应用到机械，冶金，化工，石化，水泥，食品饮料，制药等各个领域，极大地提高了劳动生产率和自动化程度。
随着时间的推移，PLC已经不再局限于最初设计的逻辑和顺序控制领域，越来越多的PLC产品向着满足更多更复杂的控制需求迈进。
随着现场总线和工业以太网技术出现和推广，更加有力地促进了PLC产品在工业领域的广泛应用。
1.3电梯继电器控制系统简介
1.3.1电梯继电器控制系统的优点
1.3.2电梯继电器控制系统存在的问题
1.系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。
2.普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。
3.电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。
4.系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
5.由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高;而且检查故障困难，费时费工。
电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。
且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。
1.4可编程控制器（PLC）的特点
1.4.1硬件的可靠性
1.4.2编程简单，使用方便
1.4.3接线简单，通用性好
1.4.4易于安装，便于维护
1.5PLC的工作原理
PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。
微机一般采用等待命令的工作方式。
PLC则采用循环扫描工作方式。
在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。
如此周而不断循环。
每一个循环称为一个扫描周期。
一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。
所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。
这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O（输出）刷新”。
由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。
反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。
由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。
扫描周期的长短主要取决于这几个因数：
一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。
对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。
因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。
但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。
应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。
1.6采用PLC控制电梯的优点
（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。
（4）PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
1.7PLC的编程语言
PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。
利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。
程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。
PLC提供的编程语言通常由三种：
梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。
梯形图（LadderProgramming）是应用最广的，梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。
它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。
梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。
它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。
PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。
PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。
功能图编程（FunctionChartProgramming）是一种较新的编程方法。
它的作用使用功能图来表达一个顺序控制过程。
布尔逻辑编程（BooleanLogicProgramming）包括“与”（AND）、或（OR）、非（NOT）以及定时器、计数器、触发器等。
每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。
1.8电梯的发展动态
1.电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。
2.电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。
逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。
交流拖动电梯更是得到迅速的发展，己由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。
3.电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器—接触器控制发展为可编程序控制（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大提高。
4.电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。
如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。
5.智能群控管理得到广泛应用。
6.机械传动方面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。
7.结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。
同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。
8.技术含量更高，性能更好
电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁挣、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流:
由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。
另外，网络控制和智能群控系统.以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。
9.安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式;随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。
此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保—安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。
1.9 电梯简介
1.9.1电梯分类
电梯的分类有各式各样:
（1）按用途分类有客梯、货梯、医用梯等。
（2）按速度低速电梯1m/s以下。
中速电梯1-2m/s
高速电梯2m/s以上
超高速电梯4m/s以上
（3）按驱动电源分类交流电梯速度一般小于2m/s;直流电梯速度一般大于2m/s。
（4）按控制方式分类有/无司机控制、群控、有层间控制、简易集选控制、集选控制等。
1.9.2电梯的主要组成部分
1.9.3电梯的安全保护装置
第二章基本方案分析
2.１ 可编程控制器控制系统设计方法
图解法编程
图解法是靠画图进行。
常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。
（1）梯形图法：
梯形图法是用梯形图语言去编制。
这是一种模仿继电器的。
其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。
这种很容易地就可以把原继电器控制电路移植成的梯形图语言。
这对于熟悉继电器控制的人来说，是最方便的一种。
（2）逻辑流程图法：
逻辑流程图法是用逻辑框图表示的执行过程，反应输入与输出的关系。
逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。
这种编制的控制逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。
逻辑流程图会使整个脉络清楚，便于分析控制，便于查找故障点，便于调试和维修。
有时对一个复杂的，直接用语句表和用梯形图可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制应用。
（3）时序流程图法：
时序流程图法使首先画出的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的框图，最后把框图写成。
时序流程图法很适合于以时间为基准的的。
（4）步进顺控法：
步进顺控法是在顺控指令的配合下复杂的控制。
一般比较复杂的，都可以分成若干个功能比较简单的段，一个段可以看成整个控制过程中的一步。
从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。
系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。
为此，不少生产厂家在自己的中增加了步进顺控指令。
在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制。
经验法
经验法是运用自己的或别人的经验进行。
多数是前先选择与自己工艺要求相近的，把这些看成是自己的“试验”。
结合自己工程的情况，对这些“试验”逐一修改，使之适合自己的工程要求。
这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的经验，就需要日积月累，善于总结。
2.2电梯控制系统设计流程图
在系统设计之前,我们对系统的控制流程与设计的步骤做一个思想的统筹,以下是我们的设计一个电梯控制系统的流程图。
图2-1电梯控制流程图
2.3系统流程图分解
（1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求
a．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。
b．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。
对较复杂的，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于和调试。
（2）确定I/O设备
根据被控对象对的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。
常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。
（3）选择合适的类型
根据已确定的用户I/O设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的类型，包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。
（4）分配I/O点
分配的输入输出点，编制出输入/输出分配表或者画出输入/输出端子的接线图。
接着就可以进行，同时可进行控制柜或操作台的和现场施工。
（5）应用系统梯形图
根据工作功能图表或状态流程图等出梯形图即。
这一步是整个应用系统的最核心工作，也是比较困难的一步，要好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气的实践经验。
（6）将输入
当使用简易器将输入时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。
当使用可序控制器的辅助软件在计算机上时，可通过上下位机的连接电缆将下载到中去。
（7）进行软件测试
输入后，应先进行测试工作。
因为在过程中，难免会有疏漏的地方。
因此在将连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。
（8）应用系统整体调试
在软硬件和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。
调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。
（9）编制技术文件
系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、梯形图。
2.4设计所用PLC机型的介绍
本设计选择SYSMAC系列CPM2AH机型。
CPU的输入输出总数是40。
CPM系列PLC包括CPM1A、CPM2A、CPM2C、CPM2AH、CPM2AH-S。
广泛使用的是CPM1A型可编程控制器。
CPM2AH机型的功能比CPM1A机型的功能更强。
所以CPM1A具有的功能CPM2AH都具有。
1．CPM1A的特点
升级会员 