1、目 录摘要 (1)关键字 (1)Abstract (1)Keywords (1)引言 (2)1.概述 (2)1.1 PLC 的简介 (2)1.2 PLC 的特点 (2)1.3 PLC 的功能 (3)1.4 发展趋势 (3)2.PLC 控制电梯的设计 (4)2.1 电梯控制系统的组成 (4)2.2 系统结构 (4)2.3 硬件设计 (6)2.4 控制系统 (6)2.5 PLC 梯形图程序设计 (7)2.6 PLC 组态软件 (10)结论(11)致谢(11)参考文献(11)1电梯控制系统的 PLC 教学仪器实现作者姓名 * 指导教师 * 职称 讲师温州大学瓯江学院，浙江温州，325027摘 要：P
2、LC（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。这篇论文的主要目的是介绍和设计 4 层电梯的 PLC 控制系统，以及在进行了系统的安装和调试过程中 PLC 控制出现的问题。以及在制
3、作和应用教学模型方面的实际意义。关键词：PLC 控制器；PLC ；电梯；教学模型Elevator Control System PLC teaching Instruments Author :Huang Xiaohu Instructor : wulieOujiang College, Wenzhou University, Wenzhou Zhejiang, 325027Abstract : PLC (Programmable Logical Controller) took one kind most important, the application situation most i
4、ndustries control microcomputer, it is convenient, operation simple in particular by its programming merit and so on redundant reliability, obtained the widespread application in the industrial production process. It applies the large scale integrated circuit, the miniature machine technology and th
5、e communication technology development achievement, gradually formed had the many kinds of merits and miniature, medium, large-scale, ultra large-scale and so on each kind of specification series product, applied to monitors between the computer from the control system many controls domain. Along wi
6、th societys unceasing development, the building is more and more high, but the elevator became the high level building to have the equipment. After humanitys more than centuries unremitting endeavors, the elevator already from the handle switch operation elevator, the push-button control elevator de
7、velops to the present group control elevator, has made the indelible contribution for the high level transportation. The principal aim of this thesis is to introduce the designing plan and composition of the 4 floor elevators PLC control system ,PLC controlling plan and the problems that crop up whe
8、n the above control plan and programming design are carried out in the process of the systems installation and commissioning. As well as the practical meaning in making and applying the teaching models.。Key words：PLC controller ; PLC; Elevator ; Teachering modes2PLC 可编程控制器是一种具有控制逻辑的控制系统，其简易的梯形图编辑让使用
9、者更加方便。使用者可以通过梯形图快速的达到编辑、新增、删除的功能，可以说是工业控制中不可或缺的控制器。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。电梯质量的好坏在很大程度上取决于它的控制系统。而采用 PLC 组成的控制系统具有工作可靠性高、灵活性和通用性高、编程简单、使用方便、抗干扰能力强等优点。它使电梯运行更加安全、方便。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。随着 PLC 课程在高校中得到了广泛的开展，其相应的实验仪器模型却远远不能得到满足。为此自行设计并制作了专用 4 层电梯教学模型。目前普通电梯由曳引系统
10、、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、电气控制系统、安全保护系统等组成，整个系统较为复杂。而作为教学仪器，侧重于提高学生的实际动手能力，以模型的形式更加形象的表现出 PLC 在实际中的控制。所以本教学仪器所实现的是电梯的简单升降，优先选择和显示功能。此电梯模型是由三菱 FX2N PLC 作为核心控制器，并由传感器、传动电机、指示灯、显示模块、控制电机等共同组成的电梯模型。本系统具有外部连线简单，易于操作实验等特点。一 概述（一） PLC简介可程序逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller） ，乃是一种固态电子装置，主要利用输入输出装置的回授信号及储存程序，
11、控制机械或程序的操作。在工厂自动化（FA）系统中，PLC因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，故一直为自动化业界所采用。近几年来，各PLC制造厂家无不致力于新机种的研发，所以在CPU 处理速度、扩展模块及通讯的功能上，相较于早期PLC控制器，已有长足的进展。（二） PLC 的主要特点1、高可靠性（1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的
12、自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2、丰富的 I/O接口模块PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。33、采用模块化结构为了适应各种工业控
13、制需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括 CPU，电源，I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4、编程简单易学PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5、安装简单，维修方便PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用
14、模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。（三） PLC 的功能1、逻辑控制2、定时控制3、计数控制4、步进(顺序)控制5、PID 控制6、数据控制：PLC 具有数据处理能力。7、通信和联网8、其它：PLC 还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT 模块（四） 发展趋势plc 作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计，当今世界 plc 生产厂家约 150 家，生产 300 多个品种。2000 年销售额约为 86 亿美元，占工控机市场
15、份额的 50%，plc 将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。 plc 在 60 年代末引入我国时，只用作离散量的控制，其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等，最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的 plc 具有 pid 调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域，广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但 plc 也面临着其它行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面： 1.微型、小型 plc功能明显增强 很多有名的 plc 厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的 plc。三菱的 fxos14 点(8个 24vdc 输入，
16、6 个继电器输出)，其尺寸仅为 58mm89mm，仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使 plc 的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和4车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。 2.集成化发展趋势增强 由于控制内容的复杂化和高难度化，使 plc 向集成化方向发展，plc 与 pc 集成、plc 与 dcs集成、plc 与 pid 集成等，并强化了通讯能力和网络化，尤其是以 pc 为基的控制产品增长率最快。plc 与 pc 集成，即将计算机、plc 及操作人员的人机接口结合在一起，使 plc 能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和 plc 的模块交互
17、存取数据。以 pc 机为基的控制容易编程和维护用户的利益，开放的体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产率。 3.向开放性转变 plc 曾存在严重的缺点，主要是 plc 的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，绝大多数的plc 是专用总线、专用通信网络及协议，编程虽多为梯形图，但各公司的组态、寻址、语文结构不一致，使各种 plc 互不兼容。国际电工协会(iec)在 1992 年颁布了 iec1131-3可编程序控制器的编程软件标准，为各 plc 厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以 pc 为基、在 windows 平台下，符合 iec1131-3 国际标准的新一代开放体系结构的 plc 正在
18、规划中。 我国的 plc 生产目前也有一定的发展，小型 plc 已批量生产；中型 plc 已有产品；大型 plc已开始研制。国内 plc 形成产品化的生产企业约 30 多家，国内产品市场占有率不超过 10%，主要生产单位有：苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。国内产品在价格上占有明显的优势。 随着微处理器、网络通信、人机界面技术的迅速发展，工业自动化技术日新月异，各种产品竞争激烈，新产品不断涌现。plc 也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与 dcs、pid 调节器
19、、工业 pc 等技术相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。 plc 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。二 PLC 控制电梯的设计（一） 电梯控制系统的组成电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。电力拖动部分由拽引电机和相应的开关电路组成。由于所设计的只是一个教学模型,梯速低于1. 5m/ s 。所以只要能实现电机的正反转即可,而不必考虑电机的机械特性。因此本模型未设置转速控制电路。制动时有可能会出现定位不准确的问题。制动过程为PLC直接输出信号控制电机的启动与停止。电气控制部分又称控制电路,它是电梯
20、控制系统的核心。它包含两部分:拖动控制电路和信号控制电路。拖动控制电路因电梯的拖动方式不同而各异。可以是接触器线圈及其相关的控制电路,也可以是电力电子器件的门极控制电路,对于有速度闭环控制的系统,还必须考虑含有电源、电压、速度检测电路和调节电路。信号控制电路与拖动的方式关系不大,主要与程序能够实现的功能有直接的关系。因此,不同的拖动方式的电梯可以采用同一信号控制电路。（二）系统结构电梯控制系统原理框图PLC控制器按钮电路 编码器位置传感器电梯其他输入信号电梯警报装置控制电机七段码显示电路5电梯控制系统由众多呼叫按钮、传感器、指示灯、LED 七段数码管和控制部分的核心器件（PLD）等组成。位置传
21、感器实现电梯位置检测。PLC 集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。四层电梯 PLC 自动控制模拟图图中： SIN1SIN4为四只控制电梯的行程开关（又名霍尔开关）分别接于PLC的四个输入点，当电梯未经过霍尔开关时，开关闭合，输出为“1”，当电梯经过霍尔开关时，开关断开，输出为“0”，使电梯准确的停止在指定的位置。P01P06为6只呼叫按钮，用来表示一到四层的呼叫信号。L1L6为6只LED发光管，指示呼叫信号。P01、L1为一层向上呼叫按钮与一层向上呼叫信号P02、L2为二层向上呼叫按钮与二层向上呼叫信号P06、L6为二层向下呼叫按钮与二层向下呼
22、叫信号P03、L3为三层向上呼叫按钮与三层向上呼叫信号P05、L5为三层向下呼叫按钮与三层向下呼叫信号P04、L4为四层向下呼叫按钮与四层向下呼叫信号各层门的顶端的数码管LED用于电梯当前所在楼层位置显示。电梯的升降是依靠PLC控制直流电机带动皮带传动来实现的。由于教学仪器模型比较小，因此通过降低电压的方式来控制电机转动的速度，从而降低电梯升降的速度使电梯的定位更加准确。电机的“启动”“顺/逆”是直流电机的两个控制信号。控制要求：楼层显示 LEDSin1Sin2Sin3Sin4P01P02P03P06P05P04L1L2L36（1） 电梯上升。电梯停在某层，当有高层信号呼叫时，电梯上升到呼叫层
23、停止，当有多个高层信号同时呼叫时，电梯上升到低呼叫层，停3S后，继续上升到高呼叫层后停止。（2） 电梯下降。电梯停在某层，当有低层信号呼叫时，电梯下降到呼叫层停止，当有多个低层信号同时呼叫时，电梯下降到高呼叫层，停3S后，继续下降到低呼叫层后停止。（3） 电梯在上升或下降的过程中，任何反向的呼叫均无效，即是电梯在上升时，下降的呼叫无效，电梯在下降时，上升的呼叫无效。（4） LED数码管应显示电梯即时楼层的位置。（三）硬件设计用PLC 组成的控制系统, 省掉了接口电路的制作, 系统结构简单、紧凑, 可靠性高。直接将电梯的内外呼梯信号、层位检测信号、限位信号、开门关门信号等开关量接到PLC 的开关
24、量输入端, PLC 提供的24V 直流电源可作为指示灯的电源, 用PLC 的输出点直接控制变频器, 实现电机的正转、反转、停和多段速控制等。（四） 控制系统ABCDEFG启动升/降L1L2L3L4L5L6X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17SIN1SIN2SIN3SIN4P01P02P03P04P05P06COM0COM5COM COMPLC7用PLC 构成的控制系统可以把主要精力用于软件编程, 实现系统的控制功能。现在市面上的各种PLC 都有比较强的软件功能, 尤其是各类功能指令(或称应用指令) , 其功能更
25、为丰富。三菱FX2 系列用以替代继电器、接触器控制系统的基本逻辑指令有20 条, 但其功能指令就有100 条之多, 可以直接进行各种数据的算术运算、逻辑运算、传送比较、移位循环等, 还有一些直接的外部I/O 指令(如10 键输入、16 键输入、打印等) , 编程的灵活性毫不比单片机逊色, 但由于采用梯形图编程, 程序的编制、检查、调试极为方便, SFC 的使用更使得各种联锁、分枝、选择等易于实现, 大大减轻了程序编制的工作量, 缩短了控制系统的研制开发时间。下图给出了I/O地址分配表现场器件 软继电器地址功能名称 现场器件 软继电器地址 功能名称SIN1 X0 一层行程控制 D Y3 LED楼
26、层显示SIN2 X1 二层行程控制 E Y4 LED楼层显示SIN3 X2 三层行程控制 F Y5 LED楼层显示SIN4 X3 四层行程控制 G Y6 LED楼层显示P01 X4 一层向上呼叫 L1 Y12 一层上升呼叫指示P02 X5 二层向上呼叫 L2 Y13 二层上升呼叫指示P03 X6 三层向下呼叫 L3 Y14 三层上升呼叫指示P04 X7 四层向下呼叫 L4 Y15 四层下降呼叫指示P05 X10 三层向下呼叫 L5 Y16 三层下降呼叫指示输入P06 X11 二层向下呼叫 L6 Y17 二层下降呼叫指示A Y0 LED楼层显示 启动 Y10 电梯启动指示B Y1 LED楼层显示
27、 升降 Y11 电梯升/降指示输出C Y2 LED楼层显示输出程序梯形图与指令：S1S4 呼叫信号软继电器 S11S14 楼层信号软继电器M0 上升信号软继电器 M1 下降信号软继电器M2 中间软继电器，用于驱动计时器T1（3S定时器）（五） PLC 梯形图程序设计根据PLC 控制功能流程图及PLC 的输入/ 输出地址分配表,进行梯形图程序设计工作。下面以电梯的选层定向控制为例介绍梯形图程序的设计。电梯的选层定向是根据电梯轿厢内乘客的目的层站指令和各层楼召唤信号与电梯所处层楼的位置信号进行比较,凡是在电梯位置信号上方的轿内指令和层站召唤信号,令电梯定上行,反之定下行,电梯到达顶层或底层时自动停
28、止并变换运行方向。8NN开始楼层信号显示楼层等待有无呼梯？Y定向启动运行到站？上行下行控制呼梯内选记忆Y制动选层定向控制梯形图下图所示：我们选定第三层的控制方法，X2=ON（SIN3动作），此时霍尔传感器探测到电梯到达三层位置，使S13（3层楼层信号软继电器）置1，S11、S12、S14置0，S13=ON，当电梯到达三层、若T1=ON停3S、S3置0 ，楼层呼叫结束。当S13=ON或S14=ON电梯停在三层或四层，M0=ON，电梯上升X2（SIN3）常闭闭合，电梯离开三层，也使S3复位为0（三层呼叫无效）当S13=ON、或S12=ON、或S11=ON，电梯停在三层或二层或一曾，M1=ON，电梯
29、从该层下降X2（SIN3）常闭闭合，都使S3复位为0（三层呼叫无效）当X7=ON，四层向下呼叫。X3（SIN4）常闭闭合。M1常闭闭合，电梯不在下降、使S4置1（四层呼叫有效）9楼层显示模块代码：LD S12OR S13OUT Y0 ； S12、S13=1，Y0=1 显示A段LD S11OR S12OR S13OR S14OUT Y1 ； S11、S12 、 S13、S14=1 ，Y1=1 显示B 段LD S11OR S13OR S14OUT Y2 ；S11、S13 、S14=1，Y2=1 显示C段LD S12OR S13OUT Y3 ； S12、S13 =1，Y3=1 显示D段LD S12OUT Y4 ； S12 =1，Y4=1 显示E段LD S14OUT Y5 ； S14=1，Y1=1 显示F段LD S12OR S13OR S14OUT Y6 ； S12、S13 、S14=1，Y1=1 显示G段
