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1、辽宁师范大学硕士学位论文PLC控制系统在实验实训电梯中的应用研究姓名：吕奕申请学位级别：硕士专业：课程与教学论指导教师：赵静20040919P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究摘要P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究研究生：吕奕指导教师：赵静学科专业：课程与教学论由于国民经济的高速发展和多功能现代化的建筑不断涌现，全社会配备电梯的用户正在迅速增加，相应的就需要大量从事电梯生产、维侈方面的技术人才因此，开发计算机控1 I 的、具有较高技术水平的电梯实验实训设备，对于培养具有高素质和高技术水平的电梯行业人贯是十分必要的P L c(可辅程序控制器)作为新一代工业控制器和变频善相结
2、合，以其商可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到了日益广泛的应用，是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，成为当前电梯拉制与技术改造的热点之一本课意根据行业发晨方向，结合商职实践教学的特点，专门开发研制实训用教学电梯，使其具有客观的真实性、实用的操作性、教学的演示性、技术的先进性文中给出了实训用电梯P L C 控制系统的结构框图，提供了电梯P L C 控制系统设计思想，井对主要梯形圈程序设计进行7 分析关键词：电梯；P L C；控制系统；梯形图P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究1 1 课题的提出第1 章前言随着国民经济的高速发展和多功能现代化的建筑不断涌现，全社会
3、配备电梯的用户正在迅速增加。现代化的高层建筑离不开电梯，服务性和生产性的部门也同样需要不同类型的电梯。电梯是一种垂直交通运输设备，又是一种比较复杂的机、电结合成一体的大型工业产品，它既有完善的机械专用构造，又有复杂的电气控制部分。过去由继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入上世纪九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。目前电梯的继电器控制方式已经被可编程控制器(P L C)控制所代替。同时，由于电力电子技术和微电子技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的不断深入，特别是近
4、几年来，大规模式集成电路3 2位数据处理器和矢量控制理论的应用，使得通用变频器的性能得到了很大提高，电梯的拖动方式也由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，P L C 控制技术结合变频调速技术已成为现代电梯行业的一个热点。与传统的继电器控制系统相比P L C 在电梯控制中有以下优点：1、在电梯控制中采用P L C，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、P L C 可实现各种复杂的控制系统，方便的增加或改变控制功能。4、P L C 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，
5、以提高电梯运行效率。6、更改控制方案时不需改动硬件接线。电梯在使用中要能达到运行正常、乘坐舒适、不出或少出故障，并确保安全运行，避免人身事故，必须将先进的控制技术应用到电梯中，同时，电梯的维修人员也必须对电梯的结构、运行原理、性能特点、控制方式进行全面的认识和掌握。为了能够尽快地掌握现代化电梯的基本知识和系统地认识其内部内在地关系和运行规律，就需要培养一批具有专业素质的技术人员。目前市场上有一些电梯类的实训设备，如：上海华育教学设备有限公司的电梯透明教学模型、威士邦研制生产的“V e r a n t e(奥兰特)”透明电梯教学仿真模型、广东三向教学仪器公司的S X-7 0 2 型双控透明教学实
6、验电梯、中教仪器设备有限公司生产的I(D T“型三层教学电梯、天津市中教仪职教仪器厂生产的T v T 一9 9 A 电梯模型等等。这些设备普遗缺乏计算机控制、计算机通讯、自动化软件、不利于实训项目的拓展、真实仿真性较差、不能开展灵活的宴训教学、技术含量低，而且这些电梯教学模型的造-2 P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究价都是很昂贵的，一般在5 0，0 0 0 8 0，0 0 0 元之间，对于学校来讲投入很大。若进行自主开发，可有以下优点：1、设计开发自动化水平起点较高的电梯实训设备，具有更真实的仿真性。2、可以锻炼教师的实践工作能力。3、自主开发的实训设备，在组织实验实训教学方面具
7、有更强的灵活性。4、可以大大降低设备成本(3 万元左右)，并且大量节约建设资金。由以上原因，我院已经决定自主研制开发计算机控制的、具有较高技术水平的电梯实验实训设备。1 2 应用背景1 2 1 电梯的发展电梯的初始形态是一种升降设备，起源于古代农业和建筑业中的原始起重升降机械，我国周朝时期人们提水用的辘轳就是木制的支架卷简、曲柄和绳索组成的卷扬机。在希腊，也曾于公元前2 3 6 年出现由阿基米德设计的人力驱动的卷筒式卷扬机安装在尼罗宫殿内。1 7 6 5 年，蒸汽机诞生了，也就出现了由蒸汽机拖动的升降机，1 8 4 6 年，英国汤姆逊制作了第一台水压式升降机械，这是现代液压式升降机(液压梯)的
8、雏形。现代电梯兴盛的根本原因是电力、电动机的作用。1 8 8 7 年德国出现了电力拖动的升降机电梯，到1 8 8 9 年纽约使用了由美国奥的斯公司推出的真正的电梯。随着电力技术的发展，电梯技术逐渐由交流感应式电动机拖动、双速电机拖动、直流调压电机、继电器接触器控制系统，发展为现在的计算机控制的交流变频电机拖动系统，这期间经历了1 0 0 多年的历史。在国外，电梯已经实现智能化，就是利用推理和模糊逻辑，采用专家系统方法指定运行规则，并对选定规则进一步处理以确定最佳的运行状态。同时向乘客通报电梯状态，满足乘客生理和心理要求实现高效的垂直输送。一般智能电梯是多微机控制系统，并与维修、消防、公安、电信
9、部门进行联网，做到节能、安全、环境优美、实现无人化管理。我国电梯业发展较晚，1 9 0 8 年上海安装了第一台进口电梯。1 9 4 9 年才1 0 0 多台，还不能制造。1 9 5 9 年上海电梯厂生产了我国第一台双人自动扶梯。改革开放以来我国电梯业才得以迅速发展，也有了许多自己的电梯制作公司。8 0 年代，我国生产出在交流双速电机基础上增加直流能耗制动的自动调速电梯。随着田产电子元器件生产能力的提高、进口技术市场的开放，我国又生产了使用P L C 控制的电梯9 0 年代，我国引进技术生产了具有较高技术性能、用计算机控制的电梯，并研制出使用计算机控制的、具有先进水平的变压电梯，使我国电梯业登上
10、了一个新的台阶。技术水平的发展体现在我们的生活中。在高楼林立的现代化大都市中，电梯的作用3 P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究是十分重要的。或者承担着货物的运输、或者担负着人员的交通。目前我国电梯生产厂家已经有2 0 0 多家，年生产电梯3 万余部，因此在这方面社会需求大量的技术应用性人才，特别是从事电梯安装、维护、维修专业技术人员。1 2 2 电梯实验实训设备的市场状况目前从事教具、教学专用设备生产的厂家很多，它们仪器设备在制作上是不错的，基本上是一个3 4 层的电梯模型和一个P L C 控制柜组成的模型。模型一般采用P L C 作为控制核心，进行电梯的信号处理，采用交流变频器作
11、为电动机的驱动部件，这些都是普通电梯的必备部件。同时在电梯上设置了低压电器、变频器、机械等常见的多项故障实验供学生动手实训。但这些设备过于偏向教学，而忽略了真实性，并且这些教学电梯普遍缺少计算机控制、计算机通讯、自动化软件控制、实训项目拓展等功能。而且这些电梯教学模型的造价都是很昂贵的，一般在5 0，0 0 0 8 0，0 0 0 元之间性价比低。这些缺点的存在使得这些设备已满足不了对电梯技术人员的培训要求。因为在众多的电梯中，由于设计和制造上的缺陷，再加上部分操作维护人员的素质不高，尚有很多的不安全因素。从全国各地发生的事故分析来看，主要原因如下：1、电梯设计制造缺陷。2、电梯的安装技术达不
12、到要求。3、维修维护的技术水平低。4、操作人员由于技术水平低，管理操作不当。5、无证上岗。从以上原因看，几乎都是与技术水平有关系的!由于电梯在使用方面、结构方面和技术覆盖面的特点决定，从事电梯行业的人员素质和技术水平亟待提高，而在人才培养方面，专门开设屯梯专业的学院和具有电梯实物教学的培训场所却很少，所以，进行实验实训方面的电梯开发具有非常广阔的市场前景。1 3 研究内窖电梯是工业自动化的综合应用设备，它主要包括运行过程自动化、故障诊断自动化、系统管理自动化等，因此实训电梯特别适合自动化方面的教学使用。它涉及到自动化技术、计算机技术、通信技术、先进制造技术和管理学箨诸多学科。因而自动化是各种先
13、进科学技术的集成，充分运用各种先进技术加以组合，这样才能得到整体最优。在这种情况下，我院组织教师进行了“P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究”，该实训设备包括实验电梯控制系统和计算机控制系统两部分。实验电梯控制系统由实物电梯、P L C、现场传感器、变频器等组成，可以独立运行。计算机控制系统采用组态编程方便地构成监控画面，以动画方式实时显示电梯的运行状态，具有报警功能，同时可以提供强大的演示功能。-4 P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究本次进行的“P L C 控制系统在实验实_ I I 电梯中的应用研究”，目的在于；以较低的成本开发出性能较优良的、更适合教学、可作劳动技能
14、鉴定考核使用的教学设备。本次研制的实训龟梯设备的主要特点是：电梯的真实性、实用的操作性、教学的演示性、技术的先进性。I、电梯的真实性本次研制的实训电梯设备采用4 层4 站结构，高度2 5 m，主要部件购买实际电梯的零部件，自主开发框架、机械连接、电气配电柜等。井道采用模拟的框架结构，配备机械小车代替轿箱运行，有配重、各类电子行程开关、层站、曳引机构、O M R O N、变频器等，除了框架尺寸缩减以外，其余均与实际电梯相同。层站的结构自己独立设计，符合电梯标准，节约成本。轿箱的结构采用实物轿箱，内部的控制结构、电器部件、通讯、消防、电信联络都是和正常使用的电梯是一样的。机房采用一台工业控制计算机
15、(工控机)，作为电梯的控制主体，和下位机P L c通讯，采样电梯现场情况，以组态形式反映在计算机上，直观地监视电梯运行，同时可以向P L C 下达运行指令，控制电梯的运行状态。2、实用的操作性本实训电梯设备主要用于教学和劳动技能鉴定，强调其可操作性能。学生在实训电梯上可进行安装、调试、运行、故障检测、维修维护等操作，因此本设备的部件都是可拆卸、可重新按照所需要的功能进行组合，以完成不同的实训项目，从多个方面提高学生的操作技能。3、教学的演示性教学的演示性体现在安装、调试、运行、故障检测、维修维护等项目的教学上灵活方便。主要是采用了自动化软件一组态王，应用组态王强大的动态监控、数据处理、酒面支持
16、、网络状态控制、丰富的文本提示等功能，实现在计算机上可以演示电梯的各种运行状态，使学生能够先通过软件演示，模拟现场，解决问题，再进行实际的操作，实时性更强，效果更好。4、技术的先进性在本次研制开发的实训电梯中除了一般电梯模型所具有的功能外，还增加了计算机控制系统、自动化软件(组态王)、计算机通讯等先进技术，可以模拟出各类电梯、群控电梯的状态，在先进性方面可以说是其它电梯模型所不具备的。P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究第2 章电梯设备与电梯发展动态随着科学技术日新月异地发展，人们物质文化水平的逐步提高，使建筑得以迅速的发展，电梯已经成为必不可少的运输工具。2 I 电梯概述2 1 1
17、 电梯的定义和种类1、电梯的定义根据国家标准 规定，电梯的定义：用电力拖动，具有乘客或载货轿厢，其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于1 5 度角的两侧刚性导轨之间，运送乘客和(或)货物的固定设备。另外，国家标准G B 7 5 8 8 8 7 电梯制造与安装规范，对电梯的技术含义作了如下叙述：乘客方便的进出，轿厢至少部分的在两根垂直的或与垂直方向成倾斜角小于1 5度的刚性导轨之间运行。从以上的两个条文可以理解电梯的含义：(1)电梯是由电力来驱(拖)动的。(2)电梯是沿着垂童方向运行的一种提升设备，可以是乘客的，也可以是载货的。(3)轿厢要方便于乘坐乘客或承载货物。2、电梯的种类(1)按运行速度分
18、类高速电梯(3 m s-l O m s 或更高的电梯，通常用于超高层建筑物内)。高速电梯(2 3 m s 的电梯。如2 m s、2 5 m s、3 m s 等；通常用在1 6 层以上的建筑物内)。快速电梯(I m s 而2 m s 的电梯。如1 5 m s、1 7 5 m s：通常用在1 0 层以上的建筑物内)。低速电梯(i m s 及以下的电梯。如0 2 5、0 5、0 7 5、I m s 通常用在1 0 层以下的建筑或客货两用电梯或货梯)。(2)按用途分类乘客电梯载货电梯代号：T K代号：T H病床电梯住宅电梯代号：T B代号：T Z船用电梯观光电梯代号：T C代号：T G6 客货(两用)
19、电梯代号：T L杂物电梯代号：T W车辆电梯代号：T OP L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究(3)按有无司机分类有司机电梯必须有专职司机操纵无司机电梯不需要专门司机，而由乘客自己操纵，具有集选功能。有无司机电梯根据电梯控制电路及客流量等，平时可改由乘客自己操纵电梯运行，客流大或必要时可由司机操纵。(4)按操纵控制方式分类手柄控制电梯按钮控制电梯信号控制电梯代号：S(手柄)代号：A(按钮)代号：埘(信控)集选控制电梯下(或)上集选控制电梯代号：J X(集选)并联控制电梯代号：B L(并联)梯群智能拄制电梯代号：w(微)(5)按拖动方式分类直流电梯代号；z齿轮齿条电梯梯群程序控制电梯代号
20、：O K(群控)微机控制电梯交流电梯代号：J螺杆式电梯2 1 2 电梯的主要组成部分液压电梯代号：Y直线电机驱动电梯电梯是把机和电合成一体的大型复杂产品，为了研究的方便，必须首先对电梯的总体结构有个概括的认识。1、电梯在空间上的组成一部电梯总体的组成有机房、井道、轿厢和层站四个部分，也可看成一部电梯占有了四大空间。(1)轿厢所属的主要构件：轿顶轮、轿厢架、轿厢底、轿厢门、自动门机构、自动安全触板、平层感应器、护脚板、导靴、对重、电话、绳头板。(2)井道所属的主要构件：轿厢导轨、对重导轨、导轨支架和压道板，对重对重轮、随线电缆、极限开关、端站限位开关、轿厢、中间接线盒。(3)机房所属的主要构件：
21、控制柜、承重梁、导向轮、限速器、选层器、极限开关。(4)层站所属的主要构件：层楼显示器、自动层门钥匙开关、手动钥匙开关、层门、层门门7 P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究锁、层门框、层门地坎、呼梯钮、到站钟。2、电梯在功能上的组成(1)导向系统功能：限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作上、下运动。组成的主要构件与装置：轿厢的导轨、对重的导轨及其导轨架。(2)曳引系统功能：输出与传送动力，驱动电梯运行。组成的主要构件与装置：曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮等。(3)轿厢功能：用以运送乘客和(或)货物的组件是电梯的工作部分。组成的主要构件与装置：轿厢架和轿厢体。(4
22、)门系统功能：乘客或货物的进出口，运行时层、轿门必须封闭，到站时才能打开。组成的主要构件与装置：轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等。(5)重量平衡系统功能：相对平衡轿厢重量以及补偿高层电梯中曳引绳长度的影响。组成的主要构件与装置：对重和重量补偿装置等。(6)电气控制系统功能：对电梯的运行实行操纵和控制。组成的主要构件与装置：操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等。(7)电力拖动系统功能：提供动力，对电梯实行速度控制。组成的主要构件与装置：曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等。(8)安全保护系统功能：保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。机械方面有：限
23、速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置等。电气方面有：超速保护装置、供电系统断相错相保护装置、超越上、下极限工作位置的保护装置、层门锁与轿门电气联锁装置等。2 1 3 电梯电气控制系统概述1、组成部分：电气控制系统一般由控制柜、操纵箱、选层器、换速平层装置、层楼指示及呼梯装置、开关门电机及开关门调速开关、曳引电动机、制动器线朗、电气安全保护装置及随行电缆、接线箱等几十个分散安装在电梯各部分的零部件组成。2、对电气控制系统的要求：对于不同类型的电梯，对它的控制线路也有不同的要求，但对电气控制系统的基本要求是相同的。根据电梯的运行特点，对电气控制系统有以下要求；P L C 控制系统在实验实训电梯中的应
24、用研究(1)安全可靠：捡验电梯性能的一个重要指标就是它的安全控制系统是否完善可靠。电气安全装置与机械安全装置共同构成了电梯的安全保护系统。(2)自动平层，且平层准确：电梯轿厢能够实现自动平层，而且平层准确。各类电梯轿厢平层准确度应达到规定值。(3)噪声小，震动小，起、制动平稳，乘坐舒适：电梯在运行中，控制线路的各元器件噪声和震动小，能适应频繁起动、停止，能重载起动，加、减速和等速运行平稳，速度曲线平滑。(4)控制线路简单、维修方便。(5)自动化程度高、便于操作。(6)有完善的闭锁和保护系统。(7)输送效率高、经济性能好。3、电气控制系统的功能：对电梯的运行实行操纵和控制。通过电路控制电力拖动系
25、统工作程序，完成各种电气动作功能，保证电梯安全运行。电梯一般是由电动机(原动机)来拖动的，其运行过程大多包括启动、正(反)转、加速、调速、稳速、减速、制动、停止等，这整个过程是由电气控制系统来完成。具体的控制主要是对电动机及开门机的起动?换速、停止、运行方向、指层显示、层站召唤、轿厢内指令、安全保护指令信号进行管理。2 1 4 电梯门系统概述1、门系统的组成：门系统主要包括轿门(轿厢门)、层门(厅门)及其附属的零部件。2、门系统的作用：层门和轿门都是为了防止人员和物品坠入井道或轿内乘客和物品与井道相擅而发生危险都是由电梯的重要安全保护设施。3、轿门、层门的相互关系：轿门是设置在轿厢入口的门，也
26、叫厅门，还称为梯井门，层门的开启，是由轿门带动的层门上装有电气、机械联锁装置的门锁。只有轿门开启才能带动层门的开启。所以轿门称为主动门，层门称为被动门。4、层门的安全保护：电梯层门，是乘客在使用电梯时首先看到或接触到的电梯部分。是电梯很重要的一个安全设施根据不完全统计，电梯发生的人身伤亡事故约有7 0 是由于层门的质量及使用不当等引起的。因此，层门的开闭与锁紧是使电梯使用者安全的首要条件。2 1 5 电梯的安全保护装置电梯是高层建筑物不可缺少的垂直运输工具，长时期地频繁地载人在空间上上下下的运行，必须有足够的安全性。为了确保在运行中的安全，电梯在设计时设置了多种的9 P L C 控制系统在实验
27、实训电梯中的应用研究机械安全装置和电气安全装置，这些装置共同组成了电梯安全保护系统。1、电梯可能发生的事赦隐患和故障(1)轿厢失控、超速运行：由于电磁制动器失灵，减速器中的蜗轮、蜗杆的轮齿、轴、销、键等折断以及曳引绳在曳引轮严重打滑等情况发生，那么正常的制动手段已无法使电梯停止运动，使轿厢失去控制，造成运行速度超过极限速度，即额定速度的1 1 5。(2)终端越位：由于平层控制电路出现故障，轿厢运行到顶层端站或底层端站时，不停而继续运行或超出正常的平层位置。(3)冲顶或蹲底：当上终端限位装置失灵等造成电梯冲向井道项部，称为冲项当下终端限位装置失灵或电梯失控，造成电梯轿厢跌落井道底坑，称为蹲底。(
28、4)不安全运行：由于限速器失效、选层器失灵、层门、轿门不能关闭或关闭不严或超载、电动机断相、错相等状态下运行。-(5)非正常停止：由于控制电路出现故障，安全钳误动作或电梯停电等原因，都会造成在运行中的电梯突然停止。(6)关门障碍：电梯在关门时，受到人或物的阻碍，使门无法关闭。2、电梯安全保护系统的基本组成(1)超载保护装置一超载开关，当超载时，轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。(2)超速保护装置一限速器、安全钳；(3)急停按钮一一装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源电磁制动器制动，电梯紧急停车。(4)超速上下极限工作位置的保护装置一一包括强迫减速开关、终端极限开关来达到强
29、追换速、切断控制电路、切断动力电源三级保护；(5)撞底(与冲顶)保护装置一缓冲器；(6)层门门锁与轿门电气联锁装置。确保门不关闭、电梯不能运行；(7)门的安全保护装置一层门、轿门设置门光电装置、门电子检测装置、门安全触板等；2 2 电梯的发展动态随着现代建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要标志，作为高层建筑的垂宣运载工具电梯得到了快速发展。-1 0 P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究2 2 1 电梯技术发展概况1、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器(P L C)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、群控等，电梯可
30、靠性得到很大提高。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，使得在低楼层场舍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，已由以前的变级调速(A C V P)发展成为调压调速(A C-V V)及调频调压调速(A C-V V V F)，使得电梯的速度、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、电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。4、电梯的管理功能不断加强，P L C 网络控制技术及总线技术被广泛采用，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、防搞
31、乱系统等。5、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。6、智能群控管理得到广泛应用。2 2 2 电梯发展展望1、结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着技术、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。2、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v v v F 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、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点
32、，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w V F 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。3、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。P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究第3 章电梯基本控制电器的选择3 1 可编程序控制器概述3 1 1 可编程序控制器
33、(P L C)的产生可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的。在可编程控制器诞生之前，工业电气自动化控制主要采用传统的继电器控制方式，这种方式往往需要在多种低压电器之间进行复杂的硬件接线，才能实现某一固定的逻辑功能。若想改变其控制功能就必须改变继电控制电路的硬件接线，显然这样的控制电路使用起来既不灵活，也很麻烦。可编程控制器(P r o g r a m m a b l eC o n t r o l l e r)简称P c 或P L C。它是一种新型通用的自动控制装置。它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有功能强、可靠性高、通用性好、编
34、程方便、体积小、重量轻、设计、施工和调试周期短等优点，因此在工业控制方面的应用极为广泛。目前P L C 技术、c A D c A h I 技术和机器人技术已经发展成为现代工业自动化的三大支柱。可编程控制器的出现开创了以微电子技术为核心的数字化电气控制技术的新局面。1 9 6 9 年美国数字设备公司(D E C)研制出了世界上第一台可编程控制器，并在美国通用汽车公司的生产线上试用，取得了满意的效果，可编程控制器由此诞生。可编程控制器的出现开创了以微电子技术为核心的数字化电气控制技术的新局面，此后这一全新的技术便以很快的速度发展起来。1 9 8 0 年美国电气制造协会(N a t i o n a
35、lE l e c t r i c a lM a n u f a c t o r e r sA s s o c i a t i o n 简称N E M A)把这种新的控制设备正式命名为可编程序控制器，由于早期的可编程控制器主要用于开关量的逻辑控制，且为了和个人计算(P e r s o n a lC o m p u t e r)相区别，人们把可编程控制器缩写为P L C(P r o g r a m m a b l eL o g i cC o n t r o l l e r)，一直沿用至今。1 9 8 7年2 月美国电气制造协会对可编程控制器作了如下的规定：“可编过程控制器是一种数字运算操作的电子系
36、统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编过程控制器及其有关设备。都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。应该强调指出的是：可编程控制器与继电器式的控制器在“可编程”方面有着本质的区别，后者是通过硬件或硬接线的变更来改变程序，而P L C 引入了微处理器、半导体存储器等新一代的微电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。展望未来可编程控制器在规模和功能上将向两大方向发展：一
37、是大型可编程控制器12 P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究向高速、大容量和高性能方向发展，P L C 已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其它过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算P I D 调节。温度控制，精确定位，步进驱动，报表统计等e 从这种意义上说，P L C 系统与D C S(集散控制系统)的差别已经越来越小了。用P L C 同样可以构成一个过程控制系统。二是发展简易经济的超小型可编程控制器，以适应单机及小型设备自动化的需要。当今的P L C 功能越来越丰富，而体积则越来越小比如三菱的F X-O N 系列P
38、 L C，最小的机型体积仅为6 0 x 9 0 7 0 m m 3，相当于一个继电器的大小，但却具有高速计数、交替输出、1 6 位四则运算、可调电位器时间设定等功能。3 1 2 可缡程序控制器(P L C)的组成可编程控制器是一种以微型计算机为主体、具有强大控制功自g 和抗干扰能力的工业控制装置。所以它的组成与一般计算机系统基本一致，有中央处理器(C P U)、存储器、I 0 接口部分、电源、通信接口、编程工具等。其结构框图如图3 1 所示。图3 I 可编程控制器结构3 1 3 可编程序控制器(P L C)的分类由于P L C 的品种、型号、规格、功能各不相同。要按统一的标准对它们进行分类十分
39、困难。通常备类P L C 产品可按结构形式、I 0 点数以及所具备的功能等三个方面进行分类：按结构型式分类可分为整体式和模块式。按I O 点数和存储容量分类可分为小型机、中型机、大型机。按功能划分可分为低档机、中档机、高档机。P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究3 1 4 可编程序控制嚣(P L C)的工作原理可编过程控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。因为专门在工业环境下应用，所以采用了循环扫描的工作方式，整个工作过程如翻3 2 所示。在正常情况下，一个用户程序扫描周期由三个阶段组成。P L C 通上电后。C P U 首先使U O 状态表清零，然后进行自诊断。当确认其
40、硬件工作正常后，就采用循环扫描工作方式执行用户程序。兰个阶段的工作过程是：1 输入处理阶段又称为输入采样。在此阶段，C P U 对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息关到I 0 状态表中存放。在同一扫描周期内，某个输入点的状态在I 0 状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。2 程序处理阶段又称为程序执行。当输入状态信息全部进入I 0 状态表后，C P U 工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编过程控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各 0 状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入I O 状态表的输
41、出状态寄存器中。3 输出处理阶段又称为输出刷新。这个阶段C P U 对用户程序已扫描处理完毕并将运算结果写入到I 0 状态袭中的输出状态暂存器中。此时将输出信号从输出状态寄存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被图3 2 可编程控制器工作过程图控设备进行各种相应的动作。然后，C P U 又返回执行下一个循环的扫描周期。P L C 的一个工作周期主要有上述三个阶段，但严格说还应该包括下述四个过程：(1)系统自监测。(2)与编程器交换信息。(3)与数字处理器交换信息。(4)网络通信。值得注意的是在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入处理阶段进行。当C P U 进入程序处理阶段
42、后，输入端被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行新的扫描这就是所谓集中采样，即在C P U 工作的一个扫描周期内，定时集中对输入状态进行扫描。在用户程序中如果对输出多次赋值，则最后一次有效。在一个1 4 F L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究扫描周期内，只是在输出处理阶段将输出信息从输出寄存嚣中送出去，而在其它阶段，输出值一童保留在输出寄存中，即输出也采取集中定时输出的方式。输出寄存器中的状态在用户程序中也可作为中间结果或输入条件来使用。可编过程控制器所采用的集中采样，集中输出的工作方式，使得C P U 工作时的大多数时间与外设隔离，因而从根本上提高了它的抗干扰能力，
43、增强了可靠性，但响应滞后、速度慢，也就是说P L C 以降低速度求得高可靠性。3 1 5F L C 的性能指标P L C 的性能，通常是用以下多种指标综合表述，不同品种规格的P L C 其性能指标是不尽相同的，要根据具体情况来分析。1 编程语言常用的有梯形图语言、助记符语言、控制系统流程图及某些高级语言等。不同的P L C 可能采用不同的编程语言。2 用户程序存贮容量用户程序存贮器用以存贮通过编程输入的用户程序其存贮容量通常是以字为单位来计算。约定1 6 位二进制数为一个字，每1 0 2 4 个字为1 K 字。中、小型的P L C 存贮容量一般在8 K 以下，大型的P L C 存贮量有的已达到
44、2 5 6 K 及2 M。在编程时，每一条指令所占的存贮容量是1 个字、2 个字等。通常，对于一般的逻辑操作指令每条指令占1 个字，计时计数、移位指令占2 个字，对于一般的数据操作指令，每条指令占2 个字。也有的P L C，用户程序的存贮容量是用编程的步数来表示，每编一条语句为一步。3 I O 总点数P L C 的输入和输出薰有开关量和模拟量两种。对于开关量I 0，其I O 总数用最大I 0 点数袭示：对于模拟量I O，其I 0 总数用最大I O 通道路数表示。4 扫描速度以m s K 字为单位表示。例如l O m s K 表示扫描l K 字的用户程序所需的时间为l O m s。5 指令种类数
45、和总条数用以表示P L C 的编程和控制功能。6 内部继电器的种类和点数包括输入继电器、输出继电器、辅助继电器(无断电记忆和带断电记忆的)、计时器计数器、移位寄存器、特殊继电器等。而每种继电器点数也不一样。7 工作环境一般都能在下列环境条件下工作：温度O 5 5 摄氏度，湿度小于8 5(无结露)。8 特种功能有的P L C 还具有某些特种功能，例如自诊断功能，通信联网功能，监控功能，特殊功能模块，远程I 0 能力等。9 其它除以上基本的性能指标以外，对于不同的P L C，还可能列出其它一些指标，如输入15 P L c 控制系统在实验实训电梯中的应用研究，输出方式、一些主要硬件(如C P U、存
46、贮器)的型号以及P L C 的环境适应性能等。3 1 6 可编程序控制器(P L C)的特点可编程控制器最初是为了替代继电器控制系统而研制的，其自身又是一个计算机系统，所以它除了具备继电器控制系统和微型计算机系统的原有功能外，还有其自己的特点：1、P L C 与继电接触控制系统的比较(1)继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制：P L C 内部用“软”电器、“软”触点和“软”线连接，为软件控制。(2)继电接触控制系统体积大；P L C 控制系统机构紧凑，体积小。(3)继电接触控制功能改变，需拆线、甚至更换元器件，麻烦；P L C 控制功能改变，只修改程序即可，很方便。(4
47、)继电接触控制全为机械式触点，动作慢；P L C 内部全为“软接点”，动作快。(5)P L C 控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。(6)P L C 控制的自检和监控功能比继电接触控制系统强。(7)P L C 的适用范围比继电接触控制的广泛。(8)P L C 可靠性比继电接触控制的高。2、P L C 与微型机算机的比较(1)P L C 输入输出接口较多，中大型P L C 输入输出接口更多，便于多路多点控制。(2)P L C 编程直观、简单。而计算机使用汇编语言或其他高级语言编程，比P L C编程复杂。(3)P L C 可靠性高、抗干扰能力强。(4)P L C 技术较容易掌握，使
48、用维护方便，对使用者的技术水平要求低。(5)P L C 采用扫描方式进行工作，加上其他原因，所以P L C 输入输出响应比计算机慢。(6)P L C 体积小，调试周期短。3、P L C 控制电梯的优点(1)在电梯控制中采用了P L C，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)P L C 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)P L C 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)用于群呼调配和管理，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。3 1 7 可编程序
49、控制器(P L C)的应用可编程控制器作为工业自动化的核心设备其应用极为广泛，可以说只要有工厂，有控制要求，就会有P L C 的应用。以前都使用电梯继电器控制系统，虽然，该系统存在1 6 P L C 控制系统在实验实训电梯中的应用研究一定的优点：(1)所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。(2)系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。(3)大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。(4)多年来我国一直生产这类电梯。技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。但也存在一定的问题：(1)
50、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。目前典型的P L C 应用主要有以下几个