高层建筑电梯的可编程序控制

电梯控制摘要经过短短几十年的发展，可编程序控制器已经成为现代自动的控制工业的三大支柱之一，并广泛地应用于自动控制领域之中。

随着时代的发展，传统继电器已经不能适应现代工业的生产和发展，所以它必定会被可编程序控制器所取代。

PLC来控制电梯是可编程序控制器技术的又一应用，它利用了可编程序控制器的定时器和逻辑运算来控制电梯的运行。

这样使它更易于控制，安全性好，可靠性高，维修方便。

本设计以研究PLC 在电梯的应用为方向,以三层电梯的硬件部分作分析，估计I/O点数，确定所选三菱PLC可编程控制器机型，然后设计PLC控制程序的梯形图，写出指令表语句，从而研究PLC对电梯的开门、关门、到层指示、层呼叫指示灯、起动和方向选择及变速等进行控制。

关键词：可编程序控制器；定时器；逻辑运算；电梯；控制；应用.前言可编程序控制器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。

目前PLC已基本替代了传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，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。

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。

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,自动扶梯等。

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。

实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。

从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。

国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而利用PLC控制电梯可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强，运行稳定，维修方便。

1 可编程序控制器的基础知识1.1 可编程控制器的特点可编程序控制器，英文称Programmable Controller,简称PC。

但是由于PC 容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯的用PLC作为可编程序控制器的缩写。

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器能如此迅速发展的原因是由于它有其他顺序控制装置不同的特点。

（1）硬件的可靠性高，抗干扰能力强PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。

在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。

例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，又提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。

由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。

（2）编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。

PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。

例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。

这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。

（3）接线简单，通用性好，深受工程技术人员欢迎PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。

接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。

PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。

这种性能使PLC具有很高的经济效益。

用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。

（4）可连接为控制网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。

网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为500—2500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M—10Mbps，传输距离为500—1000m，网上结点可达1024个。

这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。

（5）易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。

在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。

长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。

从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。

由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。

PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。

一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。

（6）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150克，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

1.2PLC的主要性能指标虽然各厂家所生产的PLC产品的型号、规格和性能各不相同，通常可以按照以下6种指标来描述PLC的主要性能。

（1）I/O总点数I/O总点数是指PLC输入信号和输出信号的数量，也就是输入、输出的端子数总和。

不过其他的端子，如电源、各COM等端子是不能作为PLC的输入/输出端子计入的。

I/O总点数是描述PLC性能的重要技术指标。

（2）存储容量存储容量是指在PLC中的用户程序存储器的容量，也就是用户RAM的存储容量。

目前PLC中的用户RAM大多数使用EPROM既能在线檫写，又能断电断电保持，给用户存取程序提供了方便。

在PLC中存储容量除了用通常的KB作单位之外，更多的是用“步”作单位。

（3）扫描速度扫描速度是指PLC扫描1000步用户指令所需的时间，通常以毫秒/千步为单位表示，也有用扫描1步指令所需要的微秒数来表示。

（4）内部寄存器PLC内部寄存器用以存放输入/输出变量的状态、逻辑运算的中间结果、定时器/计数器的数据。

内部寄存器的种类多少、容量大小，将影响到用户编程的效率。

因此，内部寄存器的配置及容量也是衡量PLC硬件功能的一个指标。

（5）编程语言与指令系统PLC的编程语言一般有梯形图、助词符、SFC以及高级语言等。

PLC的编程语言越多，用户编程的选择性越大。

一般PLC大多具有梯形图和助记符两种编程语言，但是不同的PLC厂家，采用的编程语言往往并不兼容。

采用IEC标准的SFC，又称状态转移图，多用于复杂的顺控系统的编程。

在PLC的指令系统中，包含的指令种类越多，其功能就越强。

（6）特殊功能模块PLC除了基本单元外，还可以选配各种各样的特殊功能模块。

PLC的特殊功能模块越多，其适应性就越强。

常用的特殊功能模块有A/D和D/A转换模块、通讯模块、高速记数模块、位置和速度控制模块、温控模块、诊断监控模块和高级模块等。

1.3 PLC的应用PLC的应用广阔，目前PLC已经广泛应用于汽车装配、数控机床、机械制造、电力石化、冶金钢铁、交通运输、轻工纺织等各行各业。

但归纳起来，PLC的主要应用有以下5个方面。

（1）开关量逻辑控制这是PLC最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。

如机床电气控制、电动机控制、注塑机控制等。

总之，PLC既可用于单机控制，也可用于多机群和生产线的控制。

（2）模拟量过程控制除了数字量之外，PLC还能控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量、电压等均为模拟量。

通过各种传感器将相应的模拟量转化为电信号，然后通过A/D摸块将它们转换为数字量送PLC内部CUP处理，处理后的数字量再经过D/A转换为模拟量进行输出控制。

若使用专用的智能PID模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。

（3）机械件位置控制位置控制是指PLC使用专用的位置控制模块来控制步进电动机或伺服电动机，从而实现对各种机械构件的运动控制，如控制构件的速度、位移、运动方向等。

PLC的位置控制典型应用有：机器人的运动控制、机械手的位置控制、电梯运动控制等；PLC还可与计算机数控（CNC）装置组成数控机床，以数字控制方式控制零件的加工、金属的切削等，实现了高精度的加工。

（4）现场数据采集处理PLC都具有数据处理指令、数据传送指令、算术与逻辑运算指令和循环移位与移位指令，所以由PLC构成的监控系统，可以方便地对生产现场的数据进行采集、分析和加工处理。

数据处理通常用于诸如柔性制造系统、机器人和机械手的控制系统等大、中型控制系统中。

（5）通信联网、多级控制PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信，要采用其专用通信模块，并利用RS-232或RS-422接口，用双绞线或同轴电缆或光缆将它们连成网络。