1、编号00510321PLCPLC 控控 制制 电电 梯梯 论论 文文系别系别电电 气气 工工 程程 系系专业专业电电 器器 技技 术术 专专 业业班级班级学号学号姓名姓名完成时间：二零零五年六月十一日完成时间：二零零五年六月十一日18PLCPLC控控制制电电梯梯摘摘要要随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（即可编程控制器）在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC 是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生
2、产过程。18目录目录摘要摘要2前言前言PLCPLC 控制电梯的意义控制电梯的意义.4一一概述概述1PLC 的由来.52PLC 的分类和特点.63PLC 的应用领域与发展趋势84PLC 的工作原理.95PLC 程序的表达方式.106PLC 的工作方式.117PLC 中各种元件的介绍12二PLCPLC 控制电梯整体设计思路控制电梯整体设计思路1主回路原理.162楼层控制回路原理 173PLC 编程框图.18三讨论讨论参考文献.19编后语.20四四PLCPLC 梯形图及程序（注：最后）梯形图及程序（注：最后）18前前 言言PLCPLC 控制电梯的意义控制电梯的意义电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的
3、一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前 236 年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出-人力驱动的卷筒式卷扬机。1858 年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889 年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900 年还出现了
4、第一台自动扶梯。1949 年出现了群控电梯,首批 46 台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955 年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962 年美国出现了速度达 8 米/秒的超高速电梯。1963 年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967 年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971 年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976 年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。18一概述一概述1 1PLCPLC 的由来的由来在 60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导
5、致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969 年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：1.编程方便，现场可修改程序；2.维修方便，采用模块化结构；3.可靠性高于继电器控制装置；4.体积小于继电器控制装置；5.数据可直接送入管理计算机；6.成本可与继电器控制装置竞争；7.输入可以是交流 115V；8.输出为交流 115V，2A 以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9.在扩展时，原系统只要很小
6、变更；10.用户程序存储器容量至少能扩展到 4K。1969 年，美国数字设备公司(DEC)研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用到 1971 年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971 日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台 PLC。1973 年，西欧国家也研制出它们的第一台 PLC。我国从1974 年开始研制。于1977 年开始工业应18用。2.2.
7、PLCPLC 的分类与特点的分类与特点PLCPLC 的主要特点的主要特点1 1、高可靠性、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。12（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 2
8、、丰富的、丰富的 I/OI/O 接口模块接口模块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。3 3、采用模块化结构、采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，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
9、接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4 4、编程简单易学、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，18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 5、安装简单，维修方便、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。PLCPLC 的分类的分类1 1、小型
10、、小型 PLCPLC小型 PLC 的 I/O点数一般在 128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量 I/O以外，还可以连接模拟量 I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。2 2、中型、中型 PLCPLC中型 PLC 采用模块化结构，其 I/O点数一般在 2561024 点之间。I/O的处理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快
11、。3 3、大型、大型 PLCPLC一般 I/O点数在 1024 点以上的称为大型 PLC。大型PLC 的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC 还可以采用三 CPU 构成表决式系统，使机器的可靠性更高。183 3PLCPLC 的应用领域与发展趋势的应用领域与发展趋势工业控制计算机(简称工控机)是以计算机技术为基础的新型工业控制装置,目前已成为工业控制的标准设备,被广泛地应用于各行各业,工控机是实现生产自动化的最佳配套产品,而工业可编程序控制器(PLC)则在工控领域中占有主要的地位。一、我国工业控制计算
12、机的发展一、我国工业控制计算机的发展20 世纪 40 年代末 50 年代初,我国的流程工业规模很小,设备陈旧,必要的调节主要靠最简单的测量仪表由人工操作运行。50 年代末 60 年代初,我国研制生产的传感器、变送器、调节器、执行器等,基本上能显示过程状态,实现调节意图,最终命令执行器完成对工艺流程的调节要求。70 年代初,我国自行研制的工控机开始应用于工业过程控制,它部分地取代了原来控制室内的仪表。但由于受当时电子器件性能的限制,工控机本身的可靠性远不如现在,工控机带来的控制集中引起“危险”集中。70 年代末,分散型控制系统(DCS)进入工控领域,解决了“危险”集中的问题,还解决了一些复杂的控
13、制。DCS 可建立通信网络,为大工厂生产带来许多方便,但其价格一直居高不下。80 年代初,适应性较强的总线型工控机(STD)应运而生,STD 总线技术的推广和应用,使工控机的功能更加强化。二、工业可编程序控制器二、工业可编程序控制器(PLC)(PLC)发展趋势发展趋势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。预计到 2000 年,销售额约为 86 亿美元,占工控机市场份额的 50%,PLC 将在工控机市场中占有主要地位,并保持继续上升
14、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:1.1.微型、小型微型、小型 PLCPLC 功能明显增强功能明显增强18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,6 个继电器输出),其尺寸仅为 58m
15、m89mm,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、旋转门和车辆等,甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。2.2.集成化发展趋势增强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 的模块交互存取数据。以 PC
16、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。3.3.向开放性转变向开放性转变PLC 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 正在规划中。4
17、4PLCPLC 的工作原理的工作原理PLC 虽然以微处理器为核心，并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和中断的工作方式，而PLC 则是采用顺序扫描、不断循环的方式进行工作的，包括输入采样、系统处理、用户程序执行和输出刷新四个阶段。完成上述四个阶段称为一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行这四个阶段。（1）输入采样阶段：顺序访问 PLC 的所有输入单元的信号状态，将其放入输入缓冲区内。（2）系统处理阶段：对系统工作状态进行检查，对连接的 I/O 单元及外部设18备进行定期服务。（3）用户程序执行阶段：执行预先设定的用户程
18、序，将处理结果分别放入动态数据区和输出缓冲区。（4）输出刷新阶段：将输出缓冲区的所有信号送到输出单元，刷新输出单元锁存器的原有状态。5.5.PLCPLC 程序的表达方式程序的表达方式一、梯形图一、梯形图线圈常开触点常闭触点梯形图是一种图形语言，它与传统的继电器电路非常相似，它仍沿用继电器的触点、线圈、串并联等术语，所不同的是，梯形图中每个元件的名称和编号有 PLC 的特别规定；二、指令（语句表）二、指令（语句表）指令就是用助记符来表达 PLC 的各种功能，它类似于计算机的汇编语言，但又较之简单得多。这种程序表达方式，编程设备简单，逻辑紧凑，目前各种PLC 均有指令的编程功能。三、逻辑功能图三、
19、逻辑功能图这种方式基本上是采用半导体逻辑电路的逻辑方块图来表达的。对每一种逻辑功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。常用“与”、“或”、“非”三种逻辑功能表达控制逻辑。有关的输入均画在方块的左边，输出画在方块的右边。对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的人来说，用这种方式编程感到较方便。四、高级语言四、高级语言大型 PLC 中，为了进行数据处理、完成 PID 调节等较为复杂的控制。也采用 BASIC、PASCAL等高级语言编程。目前，各类型 PLC 都具有两种或两种以上编程语言，其中以梯形图和指令较为常用。186 6、PLCPLC 的工作方式的工作方式PLC 是通过一种周期工作方
20、式来完成控制的，每个工作周期分为输入扫描、程序执行、输出刷新三个阶段。输入扫描阶段输入扫描阶段：当 PLC 开始周期工作时，CPU 首先以扫描方式读入所有输入端的开关信号状态（闭合为“1”，断开为“0”），并逐一存入输入映像区（寄存器）。输入映像区的位数与输入端子数目相对应，输入采样结束后转入程序执行阶段。程序执行阶段程序执行阶段：组成程序的每条指令是按顺序依次存入存储器中的，这个顺序号称为步序，在程序执行时，从0 步开始顺序执行程序指令。执行指令时，若涉及输入或输出状态，就从输入映像区或输出映像区的某对应位读入，然后进行逻辑运算，运行结果存入各元件的映像区中。输出刷新阶段输出刷新阶段：在所有
21、的指令执行完毕后，将输出映像区中各输出继电器的0/1 状态传送至输出锁存区，驱动微型功率继电器形成 PLC 的实际输出。PLC 经过这三个阶段的工作过程，称为一个工作周期，之后，步序恢复为 0，PLC 又重新执行上述过程，周而复始的进行。从 PLC 的工作过程可知，当 PLC工作进入程序执行阶段时，即使输入状态变化，输入映像区的内容也不会变化，这些变化只能在下一工作周期的输入采样阶段才被读入。同理，存于输出映像区中的输出继电器信号，要待输出刷新阶段才能输出给输出部件。因此，输入输出的改变，需要经过一个工作周期，或者说，输入、输出状态的保持为一个工作周期。PLC 工作周期的长短，主要取决于程序长
22、短，一般 PLC 工作周期为 2040毫秒，这对一般工作设备没有什么影响，例如用接触器控制一台电动机，从电流流入接触器线圈，使触头完成动作需要 3040 毫秒左右，因此，PLC 的周期工作方式在实际应用中其速度在多数情况下是不成问题的。从 PLC 的周期工作方式可见，PLC 与继电接触器控制的工作方式不同，对于继电接触器电路，全部电器动作可以看成是平行执行的，或者说是同时执行的；而PLC 是以周期方式工作，即串行方式工作，PLC 的电器动作按串行工作方式可避免继电接触器控制方式的触点“竞争”和“时序失配”问题187 7PLCPLC 中各种元件的介绍中各种元件的介绍一输入继电器一输入继电器XX0
23、-X7 X10-X17 X20-X27 X30-X37共 32 点二、输出继电器二、输出继电器YY0-Y7 Y10-Y17 Y20-Y27 Y30-Y37共 32 点注：X、Y 还有无数个常开、常闭触点供编程使用。Y 外部分仅有一个常开触点供带动负载使用。可以看出每组都是 8 个输入输出点数根据实际工程需要来确定。可采用主机+扩展的方式来使用，扩展的编号依次编下去。三、辅助继电器三、辅助继电器 M（1）通用辅助继电器M0-M499（共 500 个），关闭电源后重新启动后，通用继电器不能保护断电前的状态。（2）掉电保持辅助继电器M500-M1023（共 524 个），PLC 断电后再运行时，能保
24、持断电前的工作状态，采用锂电池作为 PLC 掉电保持的后备电源。（3）特殊辅助继电器M8000-M8255（共 156 点），有特殊用途，将在其它章节中另作介绍。辅助继电器都有无数个常开、常闭触点供编程使用，只能作为中间继电器使用，不能作为外部输出负载使用。18四、状态继电器四、状态继电器 S（1）通用状态继电器 S0-S499（2）掉电保持型状态继电器 S499-S899（3）供信号报警用：S900-S999状态继电器 S 是对工作步进控制进行简易编程的重要元件，这里不作进一步的介绍。五、定时器五、定时器 T（1）定时器T0-T199（200 只）：时钟脉冲为 100ms 的定时器，即当设定
25、值 K=1 时，延时 100ms。设定范围为 0.1-3276.7 秒。T200-T245（46 只）：时钟脉冲为 10ms 的定时器，即当设定值 K=1 时，延时10mS。设定范围为 0.01-327.67 秒。（2）积算定时器T246-T249（4 只）：时钟脉冲为 1ms 的积算定时器。设定范围：0.001-32.767 秒。T250-T255(6 只)：时钟脉冲为 100ms 的积算定时器。设定范围：0.1-3267.7 秒。积算定时器的意义：当控制积算定时器的回路接通时，定时器开始计算延时时间，当设定时间到时定时器动作，如果在定时器未动作之前控制回路断开或掉电，积算定时器能保持已经计
26、算的时间，待控制回路重新接通时，积算定时器从已积算的值开始计算。积算定时器可以用 RST 命令复位。18六、数据寄存器六、数据寄存器 DD0-D199（200 只）：通用型数据寄存器，即掉电时全部数据均清零。D200-D511（312 只）：掉电保护型数据寄存器七、变址寄存器七、变址寄存器8.PLC8.PLC 的基本指令的基本指令（1）触点取用与线圈输出指令 LDLD、LDILDI、OUTOUT（2）单个触点串联指令 ANDAND、ANIANI（3）单个触点并联指令 OROR、ORIORI（4）串联电路块的并联 ORBORB（5）并联电路块的串联 ANBANB(6)多重输出电路 MPSMPS、
27、MRDMRD、MPPMPP(7)主控及主控复位指令 MCMC、MCRMCR(8)脉冲输出 PLSPLS、PLFPLF(9)自保持与解除(10)计数器、定时器线圈输出和复位指令 OUTOUT、RSTRST(11)空操作指令 NOPNOP(12)程序结束指令 ENDEND18二二PLCPLC 控制电梯整体设计思路控制电梯整体设计思路本系统为有司机操作系统。在轿内操纵箱装有对应层站数的指令按钮。各层厅门外装有一只召唤盒。底层只有一只向上方向的召唤按钮。顶层也装有一只向下方向的召唤按钮。中间层站各装有两只，分别为向上和向下召唤按钮。当厅外有人需要搭乘电梯，就根据目的地要求按下向上或向下召唤按钮，召唤信
28、号就被登记。同时轿内操纵箱上就有显示某层有召唤请求，并且蜂鸣器鸣叫。司机按照召唤请求需要，按下相应的层站指令按钮。层站指令被登记并显示。梯控制系统根据当前轿厢的位置与指令的要求，自动判断出运行方向，并在操纵箱的方向按钮上显示。司机根据方向显示，按向上或向下的方向按钮，电梯开始关门，待门全部关好，电梯向上运行，通过压降起动、加速后进入稳速快车运行。电梯运行过程中，装在厅门外的楼层显示器不断刷新当前轿厢的位置。当电梯到达目的层时，自动由快车转为慢车，并通过回馈制动使电梯速度逐级下降。电梯到达平层位置停止运行，制动器抱闸。随即电梯开门，完成了一个电梯运行的过程。电梯检修状态的运行：电梯操纵箱、轿顶、
29、机房都装有一只检修开关和上行、下行按钮，当处于检修位时，电梯切断自动定向、快车启动等回路，使电梯只能运行于慢车状态。检修人员只要按下向上或向下按钮，电梯即慢速上行或下行。但检修有优先级别，即轿顶操作权最优先。主回路主回路1.1.主回路原理图主回路原理图182 2、原理说明、原理说明（1)电梯开始向上启动运行时，快车接触器 K 吸合，向上方向接触器S 吸合。因为刚启动时接触器 1A 还未吸合，所以 380V 通过电阻电抗 RQA、XQ 接通电动机快车绕阻，使电动机降压起动运行。（2）约经过2 秒左右延时，接触器1A 吸合，短接电阻电抗，使电动机电压上升到 380V。电梯再经过一个加速最后达到稳速
30、快车运行状态。（3）电梯运行到减速点时，上方向接触器S 仍保持吸合，而快车 K 释放，1A 释放，慢车 M 吸合。因为此时电动机仍保持高速运转状态，电机进入发电制动状态。如果慢车绕阻直接以 380V 接入，则制动力矩太强，而使电梯速度急速下降，舒适感极差。所以必需要分级减速。最先让电源串联电阻电抗，减小慢车线圈对快速运行电动机的制动力。经过一定时间，接触器 2A 吸，短接一部分电阻，使制动力距增加一些。然后再 3A、4A 也分级吸合，使电梯速度逐级过渡到稳速慢车运行状态。（4）电梯进入平层点，S、M、2A、3A、4A 同时释放，电动机失电，制动器抱闸，使电梯停止运行。楼层控制回路楼层控制回路1
31、 1、原理图原理图182 2 原理说明原理说明在电梯井道内每层都装有一只永磁感应器，分别为 1YG、2YG、3YG、4YG、5YG，而在轿厢侧装有一块长条的隔磁铁板，假如电梯从 1 楼向上运行，则隔磁铁板依次插入感应器。当隔磁铁板插入感应器时，该感应器内干簧触点闭合，控制相应的楼层继电器 1JZ5JZ 吸合。根据 1JZ5JZ 的动作，控制 1JZ15JZ1 相应的动作。从电路中看出 1JZ15JZ1 都有吸合自保持功能，所以 1JZ15JZ1 始终有且只有一只吸合。PLCPLC 编程整体框图编程整体框图18在传统的电梯电路中，通常是用楼层感应器的信号来进行楼层的翻转。这样井道中每个楼层至少要
32、装一个感应器，占用 PLC 的输入点数多。由于 PLC 的编程功能十分丰富，所以可以采取利用上行换速和下行换速信号来进行楼层的翻转，这样只需要在轿厢侧装两只感应器，便可实现电梯楼层的翻转及减速信号的发出，既给安装带来方便又节约了成本。18参考文献参考文献：1 1张建华张建华电气控制与可编程序控制器的原理及应用电气控制与可编程序控制器的原理及应用机械工业出版社机械工业出版社 1998 10 1998 102 2李亚伯李亚伯电气控制系统与可编程控制器电气控制系统与可编程控制器高等教育出版社高等教育出版社 1993 5 1993 53.3.叶致诚叶致诚电梯制造、安装施工电梯制造、安装施工机械工业出版社机械工业出版社4 4.电梯控制技术电梯控制技术冶金工业出版社冶金工业出版社5.5.王斌王斌王虹王虹可编程控制器可编程控制器四四 编后语编后语向大家提供具有最高的可靠性，最低的故障率，最强的安全保障系统，和具有最令人满意的舒适感的优质电梯，是我这次设计的理想，但我的设计离我的想法还有千里之遥，但我不会因为这样而放弃。我想我在今后的工作中会更加关注与学习，也希望读者看到有不对之处，请多多指出，我会全力改过和学习！18
