三層電梯模擬裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

侯芳

摘 要 本程序設(shè)計(jì)利用SIEMENSS7─200系列CPU226的PLC進(jìn)行編程實(shí)驗(yàn)，通過任務(wù)下達(dá)、任務(wù)分析、控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)、流程圖的設(shè)計(jì)、PLC的I/O分配、程序編制、梯形圖的繪制、程序的調(diào)試、程序的分析、功能實(shí)現(xiàn)等環(huán)節(jié)，已初步達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，此設(shè)計(jì)以SIEMENS S7─200系列CPU226 的PLC為控制主體，要求達(dá)到三層樓電梯控制，主要處理轎廂內(nèi)呼梯信號(hào)和轎廂外呼梯信號(hào)，通過用梯形圖編程已實(shí)現(xiàn)了題目所要求的基本功能。

關(guān)鍵詞 可編程序邏輯控制 傳感器 電梯 梯形圖

中圖分類號(hào)：G718.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2014）02-0014-04

在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，無論是過程控制系統(tǒng)還是電氣控制系統(tǒng)，都包含著大量的開關(guān)量和模擬量。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對所用控制設(shè)備不斷提出新的要求，要求設(shè)備更加通用、靈活、易變、經(jīng)濟(jì)、可靠，很顯然固定接線的傳統(tǒng)方式已經(jīng)不能滿足新的要求了，這時(shí)可編程序邏輯控制器（簡稱PLC）就應(yīng)時(shí)代的要求孕育而生了。

一、概述

可編程序控制器（PLC），1969年在美國DEC公司出現(xiàn)以來，經(jīng)過20多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種以微機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置。它采用大規(guī)模集成電路、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點(diǎn)的微型、小型、中型、大型等各種規(guī)格的PLC系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的許多控制領(lǐng)域。它最適用于以開關(guān)量為主的控制功能；通過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器和數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器，也可以控制模擬量，例如控制溫度、壓力、流量、成分等參數(shù)；還可與計(jì)算機(jī)組成控制功能更強(qiáng)的分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，簡稱DCS），是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的理想工具之一，在世界上已得到極其廣泛的應(yīng)用。

PLC專為工業(yè)場合設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。結(jié)構(gòu)圖如1所示。

PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個(gè)工作過程包括內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖2所示。

我們采用的是SIMATIC S7—200系列的小型可編程序控制器，CPU采用226型，其主機(jī)輸入和輸出點(diǎn)數(shù)為40點(diǎn)，具有擴(kuò)展功能，最大可擴(kuò)展為248點(diǎn)數(shù)字量或35點(diǎn)模擬量，增加了通信口的數(shù)量，通信功能大大增強(qiáng)。表1給出了主機(jī)及I/O特性。

SIMATIC S7—200系統(tǒng)的掃描周期包含以下任務(wù)：

輸入處理、執(zhí)行程序、處理通信請求、執(zhí)行CPU自診斷測試和寫輸入。如圖3所示。

二、總設(shè)計(jì)方案

（一）系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)組成框圖如圖4所示。

（二）系統(tǒng)工作原理

1.任務(wù)描述

在現(xiàn)代電梯控制系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)編碼器的利用率很高。既可以利用它作為反饋量形成閉環(huán)系統(tǒng)，具體地說是用它與電梯拖動(dòng)電機(jī)同軸連續(xù)，共同旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的碼反饋給變頻器系統(tǒng)，變頻器根據(jù)傳給它的碼數(shù)控制速度。同時(shí)我們還可以利用這個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的碼計(jì)算位移，本課題就是利用它的第二個(gè)作用計(jì)算電梯的行走距離，計(jì)算層間距，以達(dá)到準(zhǔn)確?？?。

一臺(tái)實(shí)際的電梯控制是很復(fù)雜的，涉及的內(nèi)容很多，需要的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)也很多，一般教學(xué)上都是通過模擬裝置來完成課程設(shè)計(jì)。因?yàn)闀r(shí)間緊，在此次設(shè)計(jì)之前我們沒有開理論基礎(chǔ)課等因素。所以，這次設(shè)計(jì)中，我們?nèi)サ粲眯D(zhuǎn)編碼器控制行走距離這一環(huán)節(jié)，改成用傳感器決定層間距，即利用水平放在桌面上裝有原動(dòng)機(jī)、傳感器的傳送帶來模擬垂直交通工具——電梯，再配上相應(yīng)的呼梯按鈕，層標(biāo)顯示裝置，繼電器，PLC程序，把有關(guān)的對外器件線路接好調(diào)試運(yùn)行正常，再完成整體設(shè)計(jì)報(bào)告。

2.控制任務(wù)和要求

電梯共有三層，設(shè)三個(gè)站點(diǎn)，電梯每走到一層就設(shè)一個(gè)傳感器（因?yàn)槭侵绷?4V電機(jī)，轉(zhuǎn)速不是很快，所以停靠時(shí)，不需要減速過程就可以準(zhǔn)確靠位）。

在某站?？亢?，如果沒有別的層站呼叫，電梯轎廂就始終停靠在這里；如果已有登記的呼叫信號(hào)，那在本站?？亢螅?秒后才能啟動(dòng)繼續(xù)運(yùn)行。這樣做的目的，就是模擬到站后上、下乘客及開、關(guān)過程。如果已過3秒鐘才有呼梯信號(hào)，那什么時(shí)候來信號(hào)，立即響應(yīng)運(yùn)行電梯。如果此時(shí)有本層呼梯信號(hào)，那其它層站要等3秒鐘后才能響應(yīng)。

呼梯信號(hào)的響應(yīng)原則是：優(yōu)先響應(yīng)最遠(yuǎn)信號(hào)，順向截車，反向保號(hào)（記憶）。如在停靠等待過程中（3秒內(nèi)）有呼梯信號(hào)，響應(yīng)原則是轎內(nèi)優(yōu)先。這就是說此刻之前沒有定向，這時(shí)如果外呼與內(nèi)選同時(shí)出現(xiàn)那就要內(nèi)選優(yōu)先。

層梯顯示用7段數(shù)碼管。電梯運(yùn)行用鑰匙開關(guān)控制。所有的輸出點(diǎn)都要用上，用了11個(gè)輸入點(diǎn)。以上的控制任務(wù)和要求都已實(shí)現(xiàn)。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（一）統(tǒng)的I/O配置說明

其中線圈的一端與內(nèi)選燈和外選燈的一端接直流24V的負(fù)極，而1L、2L、3L都接24V的正極。N與L1接交流220V。按鈕SB1—SB7與QS1—QS3的電源正極和SQ1的一端接在PLC上的L+上，而QS1—QS3的負(fù)極接在M上。

（二）硬件配置

系統(tǒng)所用硬件如下：

SIMENS S7—200 CPU226可編程控制器PLC1個(gè)、MY2NJ繼電器2個(gè)、Ni10-Q25-AP6X傳感器2個(gè)、Ni8-M18-AP6X傳感器1個(gè)、NES—100BAS數(shù)碼管1個(gè) 、55ZYN001直流電動(dòng)機(jī)1個(gè)、ZB2-BE101C鑰匙開關(guān)1個(gè)、A00371帶指示燈按鈕1個(gè)、傳送帶實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?個(gè)、24V直流電源1個(gè)、220V交流電源1個(gè)、導(dǎo)線若干。

四、系統(tǒng)軟件分析及調(diào)試endprint

（一）程序分析及運(yùn)行

本系統(tǒng)的程序是用梯形圖實(shí)現(xiàn)。

1.當(dāng)鑰匙開關(guān)打開時(shí)，I0.0得電，電梯處于任意一層，程序在等待內(nèi)呼或外呼信號(hào)。

2.當(dāng)有外呼梯信號(hào)到來時(shí)，轎廂響應(yīng)該呼梯信號(hào)，延時(shí)3秒后開始運(yùn)行，到達(dá)該樓層時(shí)，轎廂停止運(yùn)行，等待呼梯信號(hào)。

3.當(dāng)有內(nèi)呼梯或外呼梯信號(hào)到來時(shí)，轎廂響應(yīng)該呼梯信號(hào)，到達(dá)該樓層時(shí)，轎廂停止運(yùn)行。

4.在電梯轎廂運(yùn)行過程中，轎廂上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號(hào)均不響應(yīng)且保住該信號(hào)，但如果某反向外呼梯信號(hào)前方再無其它內(nèi)、外呼梯信號(hào)時(shí)，則電梯響應(yīng)該外呼梯信號(hào)。例如，電梯轎廂在一樓，將要運(yùn)行到三樓，在此過程中可以響應(yīng)二層向上外呼梯信號(hào)，但不響應(yīng)二層向下外呼梯信號(hào)。如果電梯到達(dá)二層，如果三層沒有任何呼梯信號(hào)，則電梯可以響應(yīng)二層向下外呼信號(hào)。否則，電梯轎廂將繼續(xù)運(yùn)行至三樓，然后向下運(yùn)行響應(yīng)樓下外呼信號(hào)。

5.電梯應(yīng)當(dāng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。例如，電梯轎廂在一樓，而同時(shí)有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，則電梯轎先去響應(yīng)三層向下外呼梯。

6.在電梯得到其它有效呼機(jī)信號(hào)后，還沒運(yùn)行前，按下本層外呼按鈕，會(huì)再延時(shí)3秒，再運(yùn)行，若長按本層外呼按鈕則電梯停在本層不運(yùn)行。

7.電梯有轎內(nèi)優(yōu)先功能。如轎廂停在二樓時(shí)同時(shí)按下1層內(nèi)呼按鈕（SB1）和3層外呼按鈕（SB7）時(shí)則先響應(yīng)1層內(nèi)呼信號(hào)，再響應(yīng)3層外呼信號(hào)，同理，如轎廂停在二樓時(shí)同時(shí)按下3層內(nèi)呼按鈕（SB3）和1層外呼按鈕（SB4）時(shí)則先響應(yīng)1層內(nèi)呼信號(hào)，再響應(yīng)3層外呼信號(hào)。

（二）出現(xiàn)的問題及解決方法

在梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)，遇到了很多問題，在老師的指導(dǎo)下都一一的解決了。

1.電梯有正向截車沒有反向保號(hào)，我們的解決方法是在梯形圖中，（如附錄中網(wǎng)絡(luò)8和網(wǎng)絡(luò)9）一一列舉出需要正向截車反向保號(hào)的情況，然后用M2.0和M2.1在需要保號(hào)時(shí)分別保2層向下外呼信號(hào)和2層向上外呼信號(hào)。

2.電梯沒有轎內(nèi)優(yōu)先的功能，但我們也解決了，方法是在梯形圖中（如附錄中網(wǎng)絡(luò)3和網(wǎng)絡(luò)4），用1層的內(nèi)呼燈信號(hào)（Q0.7）的常閉觸頭串接在3層外呼運(yùn)行信號(hào)M0.1的支路上，用3層的內(nèi)呼燈信號(hào)（Q1.1）的常閉觸頭串接在1層外呼運(yùn)行信號(hào)M0.3的支路上。

五、設(shè)計(jì)體會(huì)

經(jīng)過本次三層電梯模擬裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從最初的了解到現(xiàn)在的熟悉乃至能夠獨(dú)立的編程實(shí)現(xiàn)所要求的控制功能，使我得到了很好的鍛煉。

在基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，從最初對簡單指令的了解到高級指令的掌握，都凝聚了自己所付出的艱辛的汗水，把一個(gè)個(gè)的疑問在實(shí)際的應(yīng)用中都到了解決，從真正意義上實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合。

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)了我的所學(xué)所得，能夠驗(yàn)證出自己的程序是否能在實(shí)際應(yīng)用中得到很好的應(yīng)用，經(jīng)過自己親自動(dòng)手的設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)存在很多的問題，通過修改程序、調(diào)試程序、對電路的調(diào)整解決問題，很好地做到了理論與實(shí)踐的相結(jié)合。

在三層電梯模擬裝置程序設(shè)計(jì)中，接觸到了PLC在實(shí)際生活、生產(chǎn)應(yīng)用中的例子。對于我來說，它的程序是比較復(fù)雜、也是比較難的，這個(gè)程序的實(shí)現(xiàn)對我而言真是一個(gè)很大的考驗(yàn)。而且還要完成設(shè)計(jì)任務(wù)、系統(tǒng)組成或硬件配置、進(jìn)行編程元件地址的分配、I/O接線圖的繪制及系統(tǒng)原理圖的繪制、梯形圖的繪制、程序的分析與操作說明等等，可以說初步接觸到了一些應(yīng)用性的東西，為自己的教學(xué)積累了經(jīng)驗(yàn)。

通過本次的專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)，使我的專業(yè)知識(shí)得到了鞏固加深，尤其是編程方法及一些工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等方面知識(shí)的靈活運(yùn)用，使我在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)少走了很多彎路。

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（責(zé)任編輯 劉 馨）endprint