三菱FX2N-PLC在電梯控制中的應用設計畢業論文

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1、三菱FX2N PLC在電梯控制中的應用 摘 要 本文主要介紹可編程控制器（PLC）在電梯電氣控制系統中的應用，通過對系統硬件設計方法和程序設計思路的介紹，給出了5層電梯邏輯控制部分的方法。主要涉及5層電梯的PLC控制系統的總體設計方案、組成及模塊化程序設計。 關鍵詞：PLC；電梯；邏輯控制；程序設計 The Application of Mitsubishi FX2N PLC in Elevator Control Abstract The implement

2、 of PLC (Programmable Logic Controller) in elevator electric control system is presented in this paper. The method of logic control part of five-floor elevator is also described by providing system hardware design and program design clues. This paper include of main design method, composition, progr

3、am design in this elevator control system. Key words: PLC; elevator; logic control; program design 33 三菱FX2N PLC在電梯控制中的應用 隨著人口的增加，科學技術日新月異地發展，人們物質文化生活水平的逐步提高，建筑業得以迅速發展，大批的高樓大廈拔地而起，十幾層至幾十層的賓館、飯店、辦公樓、住宅樓鱗次櫛比。伴隨建筑業的發展，為建筑內提供上下交通運輸的電梯工業也在日新月異地發展著。電梯已不僅是一種生產環節中的重要設備，更是一種工作和生活中

4、的必需設備，完全可以預想到，隨著社會的發展，電梯產品在人們物質文化生活中的地位將和汽車一樣，成為重要的運輸設備之一。 一、電梯的概述 （一）電梯的發展簡史 據國外有關資料介紹，公元前2800年在古代埃及，為了建筑當時的金字塔，曾使用過由人力驅動的升降機械。公元1765年瓦特發明了蒸汽機后，1858年美國研制出以蒸汽為動力，并通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅動的電梯。1878年英國的阿姆斯特朗發明了水壓梯。并隨著水壓梯的發展，淘汰了蒸汽梯。后來又出現了液壓泵和控制閥以及直接柱塞式和側柱塞式結構的液壓梯。這種液壓梯至今仍為人們所采用。 但是，電梯得以興盛發展的根本原因在于采用了電力作為動力來源。

5、18世紀末發明了電機，并隨著電機技術的發展，19世紀初開始使用交流異步單速和雙速電動機作動力的交流電梯，特別是交流雙速電動機的出現，顯著改善了電梯的工作性能。在20世紀初，美國奧的斯電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產出以槽輪式驅動的直流電梯，從而為后來的高速度、高行程電梯的發展奠定了基礎。20世紀30年代美國紐約市的102層摩天大樓建成，美國奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了74臺速度為6.0m/s的電梯。從此以后，電梯這個產品，一直在日新月異地發展著。目前的電梯產品，不但規格品種多，自動化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。隨著電子工業的發展，可編程序控制器（PLC）和電子計算機成功地應

6、用到電梯的電氣控制系統中去后，電梯產品的質量和運行效果顯著提高。 （二）電梯的運行工作情況 一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜／箱、導軌等主要部件組成。電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內的電梯，起點站和終點站之間還設有?？空尽Ｆ瘘c站設在一樓，終點站設在最高樓。 各站的廳外設有召喚箱，箱上設置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點站和終點站上各設置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設置兩個按鈕。而電梯的轎廂內都設置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設置有手柄開關或與層站對應的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱

7、箱上的按鈕稱指令按鈕。 電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動、加速、停靠等全靠司機控制操作，而且在運行過程中可能遇到的情況比較復雜，因此汽車司機必須經過嚴格的培訓和考核。而電梯的自動化程度比較高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統下達一個指令信號，電梯就能自動關門、定向、起動、在預定的層站平層?？块_門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和?？?，依次完成全部指令任務。 盡管電梯和汽車在運算工作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運

8、行，在運行方向前方的停靠站上有順向的指令信號時，電梯到站能自動平層停靠開門接乘客。而載貨電梯的運行工作情況則類似卡車，執行任務為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指令任務，當一個指令任務完成后才能再下達另一個指令任務。在執行任務的過程中，從一個層站出發到另一個層站時，假若中間層站出現順向指令信號，一般都不能自動?？?，所以載貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。 本課題主要研究單臺五層電梯的PLC控制方法，分述其硬件設計和軟件設計過程。設計程序要求完成電梯控制系統主要達到以下要求： 1) PLC電梯控制系統應具備：有司機、無司機、消防三種工作模式。 2) 系統應具備自

9、動響應層樓召喚信號（含上召喚和下召喚）。 3) 具有轎廂層樓顯示（二進制方式或十進制方式）。能自動顯示電梯運行方向。 4) 具有電梯直駛功能和反向最遠停站功能。具有消防應急處理功能。 5) 電梯開門時間設為3秒，電梯關門時間也設定為3秒。 6) 具有應急手動開門、關門按鈕。 在單臺電梯控制系統的基礎上進一步探討用一臺PLC控制多臺電梯協調運行的實施方案。 （三）電梯控制系統的組成 電梯控制系統主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。 1. 電梯的電力拖動部分 電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直流G－M（即發電機－電動機組供電）拖動、晶閘管供電（SCR－M）的直流

10、拖動和交流雙速電動機拖動、交流調壓調速（AVCC）拖動、交流變頻調速（VVVF）等。因直流電梯的拖動電動機有電刷和換相器，維護量較大，可靠性低，現已被交流調速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動機在選定的調速方式下，電動機的輸出轉矩總能達到負載轉矩的要求?？紤]到電壓的波動、導軌不夠平直造成的運動阻力增大等因素，電動機轉矩還應有一定的裕度。 2. 電梯的電氣控制部分 電氣控制系統由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳引電動機等幾十個分散安裝在電梯井道內外和各相關電梯部件中的電器元件構成。電氣控制系統通過電路控制電力拖動系統工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。 電梯一

11、般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉、停止等，這整個過程是由電氣控制系統來完成。具體地說電梯的控制主要是指對電動機的起動、停止、運行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內指令等進行處理。其操縱是實行各個控制環節的方式和手段。 電梯電氣控制系統與電力拖動系統比較，變化范圍比較大。當一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度確定后，電力拖動系統各零部件就基本確定了，而電氣控制系統則有比較大的選擇范圍，必須根據電梯安裝使用地點、乘載對象進行認真選擇，才能最大限度地發揮電梯的使用效益。 電氣控制系統決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。隨著科學技術的發展和技術引進工作的進一步開展，

12、電氣控制系統發展換代迅速。繼電器控制系統的電梯故障率高，大大降低了電梯的運行可靠性和安全性，所以基本上已經被淘汰。而PLC以其體積小、功能強、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養簡便、修改邏輯靈活、程序容易編制，易聯成控制網絡等諸多優點得到了廣泛的應用。 二、三菱FX2N 系列可編程序控制器介紹 （一）可編程控制器的基礎認識 1. 三菱FX2N PLC的主要特點： l 一個程序包的單元型可編程控制器 l 采用裝卸式端子臺 l 內裝RUN/STOP開關 l 程序存儲器 l 鐘表功能 l RUN寫入 l 元件注解 l 利用鍵盤保護程序（編程手冊，外圍設備手冊） l 豐富的

13、輸出入擴展設備 l 豐富的特殊擴展設備 l 用SFC表現的編程 l 簡便的應用指令群 l 高速處理 2. PLC的性能指標和分類 1) PLC的主要性能指標 l 輸入／輸出點數（I／O點數） I／O點數是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數的總和。它標志著可以接多少個開關、按鈕和可以控制多少個負載。 l 存儲容量 存儲容量是指可編程序控制器內部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以步為單位，二進制16位即一個字為一步。 l 掃描速度 一般以執行1000步指令所需時間來衡量，單位為ms/k步，也有以執行一步指令所需時間來計算的，單位用μs/步。 l 功能擴展能力 可編程

14、序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應各種特殊應用的需要，如A／D模塊、D／A模塊、位置控制模塊等。 l 指令系統 指令系統是指一臺可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強弱的主要指標。 2) PLC的分類 通常，PLC產品可按結構形式、控制規模等進行分類。按結構形式不同, 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規模大小、則可以分為小型、中型和大型PLC三種類型。 3. PLC系統的組成 PLC是一種以微處理器為核心的工業通用自動控制裝置，其硬件結構與微型計算機控制系統相似。PLC也是由硬件系統和軟件系統兩大部分組成的。 1) PLC的硬件結構 一

15、套PLC系統在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲器、輸入／輸出接口、內部電源）、I／O擴展單元及外部設備組成。圖2-1為PLC的硬件結構圖。 輸入電路 CPU EPROM RAM 輸出電路 基本單元 內部電源 擴展I/O接口 各種外設接口 輸出信號 現場輸入信號 主機 編程器 打印機 … PC機 … 輸入電路 輸出電路 擴展單元 … 輸出信號 擴展連接電纜 至其他擴展單元 … … 現場輸入信號 圖2-1 PLC的硬件結構圖 圖2-2為三菱FX2N小型PLC產品主機示意圖。本課題中FX2N－48MR為基本單元，帶有48個

16、I／O點(24入、24出)，M表示主機、R表示該單元為繼電器輸出型。 2) PLC的軟件 PLC的軟件系統指PLC所使用的各種程序的集合，它由系統程序（系統軟件）和用戶程序（應用軟件）組成。系統程序：包括監控程序、輸入譯碼程序及診斷程序等。用戶程序是用戶根據控制要求，用PLC的編程語言（如梯形圖）編制的應用程序。 圖2-2 三菱FX2N小型PLC產品主機示意圖 （二）可編程序控制器的工作方式及編程語言 1. PLC的工作方式 開始 內部處理 通信處理 RUN方式？ 輸入掃描 程序執行 輸出處理 N Y 1) PLC的掃描工作方式

17、 圖2-3 PLC的掃描過程 可編程序控制器在進入RUN狀態之后，采用循環掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執行程序，即按順序逐條執行程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描，并周而復始地重要進行。可編程序控制器工作時的掃描過程如圖2-3所示，包括五個階段：內部處理、通信處理、輸入掃描、程序執行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關。 2) PLC的程序執行過程 輸入端子 輸入映象寄存器 輸出映像寄存器 輸出鎖存器 輸出端

18、子 輸入 ………. 輸出 程序執行階段 輸入采樣階段 輸出刷新階段 X001 Y001 Y001 M1 讀 讀 ① ② ③ ④ ⑤ PLC的程序的執行過程一般可分為輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個主要階段，如圖2-4所示。 圖2-4 PLC的程序執行過程 3) PLC的掃描周期 在PLC的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應包含自診斷及與外設通信等時間。 4) PLC的I／O響應時間 PLC采用集中I／O刷新方式，在程序執行

19、階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發生變化，輸入映像寄存器區的內容也不會改變，還會影響本次循環的掃描結果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產生了PLC的輸入輸出響應滯后現象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。 2. PLC的編程語言 PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被采用。本課題所采用的編程語言為梯形圖語言。 （三）可編程序控制器與繼電器、微機在電梯控制中的應用比較 在電梯的電氣系統中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統必須起動各種控制信號和執行元件（如接觸器、繼電器、發光指示器、電動機以及電子元件、電

20、力電子器件等），要達到這些控制目的，其方法有： 1. 繼電器—接觸器控制系統 這種控制系統是早期電梯多采用的一種控制系統。優點：與其它控制系統比較，其簡單、易于理解和掌握、價格便宜。缺點：動合觸點易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統耗能大、動作噪聲大；維修保養工作量大、費用高。因此這種控制系統僅用于速度不高、性能要求也不高的電梯中。 2. 微機控制系統 電梯的微機控制系統實質上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過程序存貯器中的程序來完成的控制系統。因此對于有不同功能要求的電梯控制系統，只要改變程序存貯器中的程序指令即可，而無需變更或增減硬件系統的元件或布線。因此，十分方便于使用和

21、管理，并提高系統的可靠性，減小控制系統體積，降低了能耗及其維修保養費用。雖然微機控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優越性。但是，對一般的電梯而言，應用微機控制也有其局限性和不足之處。其缺點是：微型計算機是按數字運算的需要而設計的，功能比較齊全，結構比較復雜；而一般的電梯控制只需要進行簡單的邏輯運算，運算方式多為“與”、“或”、“非”幾種，運算位數只需1位，即“1”與“0”。因此，使用微機就有“大材小用”之嫌。此外，微機的接口電路沒有標準件，而且一般不控制強電。但在電梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用電設備，如用戶專門配備接口電路既不方便又不可靠。綜上所述，造成用微

22、機控制的成本、運行和維修費用均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機控制在經濟上不合算。 3. PLC控制系統 PLC充分利用了微型計算機的原理和技術，保留計算機控制的優點，而克服了它的缺點。它具有強大的生命力，各工業部分紛紛用它來改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果。 總之，PLC是采用微機技術制造的通用自動控制設備，它能控制開關量、模擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強、并具有完成邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術、運算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設備。它不僅能用于控制機械設備、流水線和各種設備的運行過程，將PLC用于控制電梯各種操作和處理相關信息也是可行的。 三、PLC控制單

23、臺電梯的分析 電梯控制系統主要有三種控制方式：繼電器控制、PLC控制、微機控制，其中繼電器控制系統故障率高，微機控制系統抗干擾能力弱，而PLC作為新一代工業控制器，以其高可靠性和技術先進性，成為目前電梯系統中使用最多的控制方式，從而使電梯由傳統的繼電器控制方式發展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術改造的熱點之一。本課題采用三菱FX2N PLC對單臺五層電梯進行邏輯控制。 1. 電梯模型結構 1) 電梯模型的主體結構與控制柜 電動機 圖3-1為五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖。電梯主體包括升降電機、轎廂、滑輪、鋼絲繩、行程開關等。升降電機為交流可逆電動機，轎廂套在鋼絲繩

24、上，電機帶動鋼絲繩正轉或反轉時，轎廂對應上升或下降。每層樓均安裝行程開關，利用機械碰撞，給出各樓層的層信號。 減速器 行程開關 TCP/IP 1 2 3 4 5 RS232 轎廂 電梯控制柜 繼電器/接觸器 FX2N –48MR PLC RS422 配重 LED 顯示 電路 開關 電源 電梯控制柜 圖3-1五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖 電梯控制柜是電梯電氣控制系統完成各種主要任務，實現各種性能的中心。主要包括FX2N-48MR PLC

25、、繼電器/接觸器、顯示部分、開關電源。LED顯示部分主要包括轎廂運行方向顯示、樓層顯示。 2) 電梯層門 電梯層門是為了確保安全，而在各層樓的停靠站，通向井道的入口處，設置供司機、乘用人員和貨物等出入的門。 圖3-2為電梯層門示意圖。電梯層門旁裝有消防按鈕、上召喚按鈕和下召喚按鈕（最底層只有上召喚按鈕、最高層只有下召喚按鈕）,并有召喚登記指示燈。層門上方裝有LED數碼管，以顯示轎廂所在層樓位置，另外還有轎廂上行和下行指示燈。 ZXF 圖3-2 電梯層門示意圖 3) 轎廂內控制屏 轎廂內控制屏示意圖如圖3-3所示。其中包

26、括上行、下行顯示及LED層樓位置的顯示。另外還有1樓－5樓的指令按鈕及登記顯示和有司機／無司機的選擇按鈕。在有司機工作狀態下還有指令專用開關，即只響應指令信號，不響應召喚信號。此外，還有消防按鈕，當發生火災時，立即清除所有指令信號和召喚信號，電梯直達底樓后開門。需要說明的是，本實驗裝置在無司機狀態下，利用定時器控制開門、關門和上下客時間；有司機狀態下，則直接由司機控制開門、關門和上下客時間。 1 2 3 4 5 YSJ AJ 圖3-3 轎廂內控制屏示意圖 （二）PLC單臺電梯控制系統功能介紹

27、 1. PLC電梯控制系統三種工作方式介紹 電梯主要有三種工作方式——有司機方式、無司機方式、消防方式。 1) 有司機方式是指由專職司機操縱電梯運行。具有以下特點： ① 電梯上行／下行啟動由司機決定 ② 電梯開門、關門時間由司機控制 ③ 電梯是否直駛（不再響應外召喚）由司機決定 2) 無司機方式是指由乘客自己操縱電梯，這種電梯具有集選控制功能。具有以下特點： ① 電梯開門／關門／上、下客時間均由定時器定時 ② 只要電梯門關閉后自動定向 3) 消防方式是指大樓發生火災時，電梯運行控制的一種特殊工作方式。具有以下特點： ① 正在運行的電梯控制系統一旦收到消防信號： a) 處

28、于上行時立即返回底樓停站開門 b) 處于下行時立即直駛底樓停站開門 c) 處于底樓以外停站開門的電梯立即關門返回底樓停站開門 ② 電梯返回底樓并在底樓開門后，電梯處于消防工作狀態。此時，電梯不再響應外召喚信號，電梯的關門起動運行和準備前往層站由消防員控制操作。當電梯就近到達某層站后，立即清除其它所有指令信號登記，是否繼續上行依火勢大小決定。 2. PLC單臺電梯控制系統的工作流程 圖3-4為PLC單臺電梯控制系統工作流程圖，從圖中可知控制一臺電梯正常工作，主要需要如下信號：控制信號、層樓信號、指令信號、召喚信號和消防信號。這些信號分別來自轎廂控制面板、井道行程開關、層面控制銨鈕和層面

29、火警開關。來自井道行程開關的層樓信號進行層樓定位并參與自動定向，同時顯示所在層樓位置。來自轎廂控制面板的指令信號和來自層面控制按鈕的召喚信號分別進行指令登記和召喚登記，同時進行信號登記顯示。這兩種信號也參與自動定向，和層樓信號一同對電梯進行運行控制，包括開／關門、上／下行和停站。當來自層面的火警開關發出消防控制信號時，立即消除指令登記和召喚登記，直接控制電梯下行至底樓并開門。此外，當有來自轎廂控制面板發出控制信號，如：有司機直駛狀態，則略過召喚信號，直接響應指令信號。運行控制電梯的同時進行運行顯示和驅動電動機正轉或反轉，即電梯上行或下行。 控制信號 指令信號 召喚信號 層樓信號 層樓

30、定位 指令登記 召喚登記 自動定向 運行控制（開/關門、上/下行、停站） 運行顯示 電動機驅動控制 消防控制 置位 置位 清除 清除 來自轎廂 控制面板 來自井道 行程開關 來自轎廂 控制面板 來自層面 控制按鈕 來自層面 火警開關 顯 示 顯 示 顯 示 圖3-4 PLC單臺電梯控制系統工作流程圖 （三）PLC控制單臺電梯方案 PLC電梯控制系統的控制核心是PLC。哪些信號需要輸入PLC，PLC需要輸出哪些信號，以及采用何種編程方式都需要仔細推敲。輸入輸出點的確定是設

31、計整個控制系統的首要問題，決定系統的程序及硬件線路的方案。 1. PLC I/O地址分配 根據電梯操作的工藝過程及對控制系統的要求，首先歸納本系統中所有輸入信號和輸出信號；然后根據PLC的輸入點和輸出點進行I/O地址分配，使每個輸入信號對應PLC內部的輸入繼電器，每個輸出信號對應PLC內部的輸出繼電器。 1) PLC輸入信號的確定 先考察電梯轎廂內的操作。操作面板上應有各層的選層指令按鈕，5層共有5個。有司機時，應有司機直駛專用開關和上行、下行按鈕，需3點輸入。 各樓層乘客召喚時，除底層和頂層只有一個召喚按鈕，其它各層均設上下兩個召喚按鈕，5層共需8個輸入按鈕。 5層電梯需5個行程

32、開關來控制是否到了某一層，因此需5點輸入。 其它輸入有消防、有司機/無司機方式選擇等開關或觸點。 經以上分析，可知共需23點開關量輸入端口。 表3-1 輸入地址分配表 輸入信號名稱 PLC輸入地址 含義 AYS X000 向上行駛按鈕 AYX X001 向下行駛按鈕 JSJ X002 有/無司機選擇開關 1YC X003 一樓行程開關 2YC X004 二樓行程開關 3YC X005 三樓行程開關 4YC X006 四樓行程開關 5YC X007 五樓行程開關 A1J X010 一樓指令按鈕 A2J X011 二樓指令按

33、鈕 A3J X012 三樓指令按鈕 A4J X013 四樓指令按鈕 A5J X014 五樓指令按鈕 AJ X015 指令專用開關（直駛） ZXF X016 置消防開關 A1S X017 一樓上召喚按鈕 A2S X020 二樓上召喚按鈕 A2X X021 二樓下召喚按鈕 A3S X022 三樓上召喚按鈕 A3X X023 三樓下召喚按鈕 A4S X024 四樓上召喚按鈕 A4X X025 四樓下召喚按鈕 A5X X026 五樓下召喚按鈕 2) PLC輸出信號的確定 控制電梯的上行、下行（即電機正、反轉）需2點輸出。

34、 上、下行指示燈2點輸出。 開門、關門、門關閉、運行顯示需4點輸出。 由于采用二進制顯示方式，LED七段顯示器需3點輸出。 電梯轎廂內輸出各層的指令信號登記顯示，共5點輸出。 各樓層乘客召喚時，除底層和頂層只有一個召喚登記顯示，其它各層均設上下兩個召喚登記顯示，5層共需8個輸出顯示。 經分析共需24點開關量輸出端口。 表3-2 輸出地址分配表 輸出信號名稱 PLC輸出地址 含義 KM Y000 開門顯示 GM Y001 關門顯示 MGB Y002 門關閉顯示 DCS Y003 上行顯示 DCX Y004 下行顯示 S Y005 上行繼電

35、器 X Y006 下行繼電器 YX Y007 運行顯示 A Y010 LED七段顯示器A段發光二極管 G Y011 LED七段顯示器G段發光二極管 D Y012 LED七段顯示器D段發光二極管 1DJA Y013 一樓指令信號登記顯示 2DJA Y014 二樓指令信號登記顯示 3DJA Y015 三樓指令信號登記顯示 4DJA Y016 四樓指令信號登記顯示 5DJA Y017 五樓指令信號登記顯示 1DAS Y020 一樓上召喚信號登記顯示 2DAS Y021 二樓上召喚信號登記顯示 2DAX Y022 二樓下召喚

36、信號登記顯示 3DAS Y023 三樓上召喚信號登記顯示 3DAX Y024 三樓下召喚信號登記顯示 4DAS Y025 四樓上召喚信號登記顯示 4DAX Y026 四樓下召喚信號登記顯示 5DAX Y027 五樓下召喚信號登記顯示 3) 內部繼電器的確定 表3-3 內部繼電器地址分配表 PLC內部繼電器地址 功能 M0 指令優于召喚 M1 停站信號 M2 本站廳外開門 M3 消防時到過底樓開過門且在任意層樓停過 M4 消防時到過底樓開過門或非消防時 M5 關門條件 M6 清一樓指令登記 M7 清二樓指令登記 M8 清

37、三樓指令登記 M9 清四樓指令登記 M10 清五樓指令登記 M40 清一樓上召喚登記 M41 清二樓上召喚登記 M42 清二樓下召喚登記 M43 清三樓上召喚登記 M31 轎廂到二樓 M33 轎廂到四樓 M35 中間繼電器 M44 清三樓下召喚登記 M45 清四樓上召喚登記 M46 清四樓下召喚登記 M47 清五樓下召喚登記 M13 消防到過底樓開過門 M14 轎廂不在任何層樓面上 M15 轎廂位于某層樓面后，延遲1秒斷開 M16 有司機直駛狀態 M17 關門時間（3秒） M20 開門時間（3秒） M18 無司機上

38、、下客時間（4秒） M19 到站延時時間（1秒）——形成停站脈沖用 M21 未定向 M22 未定向 M30 轎廂到一樓 M32 轎廂到三樓 M34 轎廂到五樓 4) 轎廂層樓位置顯示方式的確定 目前常用的轎廂層樓位置的顯示方式有：二進制顯示、直接位置顯示、十進制顯示。但由于三菱FX2N-48MR PLC的I/O點數只有24點輸入和24點輸出。由于其硬件的限制，故采用二進制的顯示方式。即“1”表示亮，“0”表示暗。共可顯示23種，即0~7（000~111），應用在電梯轎廂層樓顯示中，即可顯示第1層~ 7層，本系統顯示第1~5層。 5) PLC控制程序的編制方法 P

39、LC梯形圖的編制采用模塊化設計。模塊化程序結構清晰、便于調試。如：定時器控制開／關門、外召喚、指令登記、上行、下行等。模塊間不完全獨立，它們之間存在著有機聯系，且編程時要考慮各條指令間的邏輯關系。 2. PLC I/O硬件連接圖 三菱FX2N系列PLC單臺電梯控制系統的硬件接線圖見圖3-5。 （四）PLC單臺電梯控制系統基本功能梯形圖分析 1. 召喚信號登記響應及清除功能 位于層樓面的乘客欲前往任意一層樓，可通過按下電梯層門旁的上／下召喚按喚來召喚電梯。當電梯到達乘客所召喚的那一層樓面時，立即清除該召喚信號。 圖3-6為一樓上召喚登記響應及清除功能梯形圖。當在非消防狀態下，即常閉X

40、016得電。X017為一樓上召喚按鈕輸入常開觸點，若此時有人按下此開關，X017得電，同時線圈Y020得電，常開Y020自保，即一樓上召喚信號登記顯示。若電梯此時就在一樓時，直接清除一樓上召喚登記顯示。若電梯不在一樓，則下行到達一樓后，一樓行程開關X003得電后，線圈M40得電，常閉M40變常開，線圈Y020就失電，清除一樓上召喚登記顯示。若在消防狀態下，常開X016變常閉得電，直接清除一樓上召喚登記顯示。 X017 M16 M40 X016 Y020 Y020 Y003 X003 M1 M40 X016 圖3-6 一樓上召喚信號登記響應及

41、清除功能梯形圖 2. 指令信號登記響應及清除功能 當司機／乘客／消防人員進入到電梯轎廂中時，就要用到轎廂內控制屏上的指令按鈕。當電梯到達乘客所要去的那一層樓面時，立即清除該指令登記信號。 圖3-7為一樓指令登記及清除梯形圖。從圖中可知，要使指令登記信號有效必須滿足兩個條件： 1) 消防到過底樓開過門； 2) 非消防時； 當電梯處于非消防狀態時，線圈M4直接得電，滿足指令登記信號有效的條件。當電梯處于消防狀態時，常開X016變常閉。電梯到達一樓時，一樓行程開關X003得電，此時線圈M13得電，與開門信號相配合，電梯此時處于消防到過底樓開過門的狀態。常開M13變常閉，線圈M4得電，也

42、滿足使指令登記信號有效的條件。 M13 M13 Y002 X003 X016 M13 M13 M4 X016 M4 M6 Y013 X010 Y013 X003 M3 X016 M6 圖3-7 一樓指令信號登記響應及清除功能梯形圖 此時，電梯開始接收指令登記信號。如果此時電梯不在一樓時，按下到一樓指令按鈕，一樓指令按鈕X010得電，線圈Y013得電，常開Y013自保，完成一樓指令登記顯示。電梯下行到一樓時，一樓行程開關X003得電，線圈M6得電，常閉M6變常開，即清除了一樓指令登記。如果此時電梯就在一樓，

43、按下一樓指令按鈕的同時就清除一樓指令登記，因為電梯此時就在一樓。電梯處于消防工作狀態且沒有到達底樓開過門，常開X016變常閉，線圈M6也得電，電梯也清除指令登記，只有當電梯到達底樓開過門后，線圈M13得電，常閉M13變常開，才不清除指令登記。需要說明的是當常開M3得電變常閉時，電梯也清除指令登記。M3是消防到達底樓開過門并在任何層樓面停過站且有停站信號，就清除所有指令登記。這樣做是為了當電梯到達某層后，消防人員可以依火勢大小決定是否繼續上行，如果不及時清除所有指令登記，電梯會繼續上行，這樣就不是非常安全。圖3-8為實現此功能的梯形圖。 X003 M13 M1 M3 X004 X00

44、5 X006 X007 圖3-8 消防到達底樓開過門并在任何層樓面停站 則清除所有指令登記功能梯形圖 3. 自動定向功能 電梯的換向即改變電梯的運行方向，實際就是改變電動機的旋轉方向。電梯在無司機工作狀態下，由程序決定上行或下行。當電梯發出召喚信號或指令信號時，PLC自動根據轎廂目前所在層樓位置，來判定是上行還是下行。 若 召喚或指令要到的層樓 ＞ 轎廂目前所在層樓 電梯上行 召喚或指令要到的層樓 ＜ 轎廂目前所在層樓 電梯下行 召喚或指令要到的層樓 ＝ 轎廂目前所在層樓 無法定向 圖

45、3-9為電梯自動定向功能（部分）梯形圖。無司機工作狀態下，當三樓有指令信號Y015或上下召喚信號Y023、Y024發出時，PLC首先判斷轎廂當前是否在三樓，如果就在三樓，則轎廂在三樓的常閉M32變常開，線圈Y003、Y004都不得電，電梯既不上行也不下行。如果電梯在一樓或二樓，則轎廂在三樓、四樓、五樓的常閉觸點M32、M33、M34不得電，仍為常閉，且在非消防狀態下，X016常閉得電，則線圈Y003得電，電梯定向為上行。如果電梯在四樓或五樓，則轎廂在一樓、二樓、三樓的常閉觸點M30、M31、M32不得電，仍為常閉，則線圈Y004得電，電梯定向為下行。 有司機工作狀態下，X002變常閉，這時需

46、由司機按下X000上行啟動按鈕，電梯才能上行。同樣若司機按下X001下行啟動按鈕，電梯則下行。 在消防工作狀態下，常閉X016變常開，電梯停止上行；常開X016變常閉，線圈Y004得電，電梯下行到底樓。當電梯消防時到達底樓且開過門后M13常閉變常開，電梯不再下行。 上行和下行同時有互鎖常閉Y003和常閉Y004。在有司機工作狀態下，如果電梯有運行信號Y007，則不再接收上行或下行信號。M0是一個特殊中間繼電器，要求在無司機、門未關閉、既非上行也非下行條件下，指令優于召喚參加定向，這是為了在既有召喚信號也有指令信號的情況下，優先滿足轎廂內的乘客需要。 M32 Y023 M0 M33

47、 M34 Y004 X016 Y003 M0 Y024 Y015 Y024 M0 Y023 Y015 M32 M31 M30 Y003 X002 X000 Y007 M13 M13 X002 Y007 X001 M13 Y002 Y004 X002 Y003 Y004 M13 X016 圖3-9 自動定向功能（部分）梯形圖 4. 停站控制功能 圖3-10為停站及1秒停站脈沖形成功能（部分）梯形圖。從圖中可知，停站信號形成有

48、幾種情況： 1) 非消防及非有司機直駛時一樓到； 2) 非消防及非有司機直駛時五樓到； 3) 非消防時指令信號或召喚信號所指的層樓到； 4) 非上行也非下行時，即未定向時； 5) 消防時下行到達底樓開過門； 6) 運行中且沒有到達任何一層面； X003 M15 X016 X004 M16 Y021 Y005 M1 Y022 Y006 Y014 M13 M14 X003 Y003 Y004 M35 X007 X006 X005 X004 X003 M14 M15 M19 M15 M15 M14 T3 K10 T3 M

49、19 M35 X007 圖3-10 停站及1秒停站脈沖形成功能（部分）梯形圖 非消防時，當上行繼電器Y005和二樓上召喚按鈕Y021或下行繼電器Y006和二樓下召喚按鈕Y022或二樓指令登記顯示有任意一組同時滿足時，且轎廂到達二樓時，二樓行程開關常開X004變常閉，1秒停站停沖脈沖形成后，停站信號線圈M1得電。消防時，電梯下行到底樓開過門后，常開M13變常閉，一樓行程開關常開X003變常閉，1秒停站脈沖形成后，停站信號線圈M1得電。同時如果一樓到X003變常閉，五樓到X007變常閉，

50、未定向時，停站信號線圈M1也得電。 1秒停站脈沖形成過程是這樣的：如果轎廂既不在一樓、二樓、三樓、四樓、五樓時，線圈M14得電，常開M14變常閉，線圈M15得電，常開M15自保，啟動定時器T3，定時1秒鐘后，線圈M19得電，常閉M19變常開，M15失電。這樣做的目的是，如果在停站信號中直接使用不延時1秒鐘的常開M15，一旦電梯到達某一層面時，線圈M14失電，線圈M15失電，停站線路中仍為常開M15，與前面的任何層面的行程開關變常閉有所矛盾，這樣線圈M1無法得電，電梯也就無法停站。因此，采用延時1秒鐘的辦法，讓任何層面的行程開關先得電，M19也得電，延時1秒鐘后再斷開，讓線圈M1能夠得電，這樣

51、電梯就能順利的停站。 5. 廳外開門功能 所謂廳外開門是指在無司機狀態下，轎廂既非上行也非下行（未定向）且停在某層時，如果這層恰好有召喚登記信號，則自動開門。 X020 X004 X002 M20 Y004 Y003 M2 X021 圖3-11 二樓廳外開門功能梯形圖 圖3-11為二樓廳外開門功能梯形圖。在非上行顯示常閉Y003、非下行顯示常閉Y004、無司機常閉X002、無上／下客常閉M20都得電時，二樓有向上或向下召喚登記，則電梯定向到達二樓，二樓行程開關常開X004得電變常閉，廳外開門M2線圈得電，實現廳外開門。 6. 開門時間、上／下客時

52、間、關門時間、門關閉控制功能 電梯到站后，首先開門3秒，然后上／下客4秒，最后關門3秒。時間均為定時器控制。 1) 開門時間控制功能 Y000 M1 X016 M20 T1 K30 M2 X003 Y000 M13 T1 M20 圖3-12 開門時間控制功能梯形圖 圖3-12為開門時間控制功能梯形圖。在無司機狀態下，由定時器控制開門時間。從圖中可知，滿足開門條件有以下幾種情況： ① 非消防時有停站開門信號； ② 非消防時有廳外開門信號； ③ 消防時到達底樓； 在非消防狀態時，PLC一旦發出停站開門信號或廳

53、外開門信號，即常開M1變常閉或常開M2變常閉，開門信號線圈Y000得電，常開Y000自保，同時啟動定時器T1，定時時間為3秒，3秒后線圈M20得電，常閉M20變常開，定時器復位，取消開門信號。 在消防狀態時，電梯下行至底樓開門，一樓行程開關X003得電，常開M13得電，PLC發出開門信號。 2) 上／下客時間控制功能 圖3-13為上／下客時間控制功能梯形圖。在無司機狀態下，由定時器控制上／下客時間。 T2 K40 X002 Y000 Y001 Y002 T2 M18 圖3-13 上／下客時間控制功能梯形圖 在無司機狀態下，X002常閉；無開門顯

54、示，Y000常閉；非關門顯示，Y001常閉；門未關閉：Y002常閉；定時器線圈T2得電，定時時間為4秒，4秒后，M18線圈得電，上／下客時間結束，啟動關門信號。 3) 關門時間控制功能 Y003 Y000 M18 M13 X002 M5 X002 X000 Y004 X001 M13 M5 X016 M13 Y001 Y002 Y000 M17 Y001 T0 K30 T0 M17 圖3-14 關門時間控制功能梯形圖 圖3-14為關門時間控制功能梯形圖。從圖中可知，滿足關門條件

55、有以下幾種情況： ① 無司機狀態下，消防未到過底樓開過門，上／下客4秒鐘后； ② 有司機狀態下，在上行／下行顯示情況下，按下上行／下行駛按鈕，； ③ 消防到過底樓開過門后，響應指令登記信號，由消防人員控制電梯上行； 關門條件線圈M5得電后，關門顯示線圈Y001得電，開門Y000和門關閉Y002互鎖，同時定時器線圈T0得電，定時3秒后，線圈M17得電，常閉M17變常開，關門顯示線圈Y001失電，定時器復位。消防且未到過底樓開過門的情況下，也要進行關門。 4) 門關閉控制功能 關門3秒后，電梯門關閉。圖3-15為門關閉控制功能梯形圖。關門3秒后M17得電變常閉，且無開門信號，關閉線圈Y

56、002得電，常開Y002自保。 M17 Y000 Y002 Y002 圖3-15 門關閉控制功能梯形圖 7. 有司機直駛控制功能 圖3-16為有司機直駛控制功能梯形圖。有司機狀態下，常開X002變常閉；指令狀態下，常開X015變常閉，有司機直駛線圈M16得電，即只響應指令召喚。 X002 X015 M16 圖3-16 有司機直駛控制功能梯形圖 8. 轎廂定位功能 轎廂由行程開關給出所在層樓位置信號。 X004 X005 X003 M31 M31 圖3-17 轎廂定位在二樓功能梯形圖 圖3-17為轎

57、廂定位在二樓功能梯形圖。當二樓行程開關X004得電，轎廂在二樓線圈M31得電，常開M31自保。轎廂在一樓、三樓行程開關X003、X005互鎖。 9. 層樓位置顯示功能 由于三菱FX2N-48MR PLC輸入輸出點數的限制，層樓位置顯示采用二進制顯示方法。利用LED七段顯示器的A、D、G三段發光二極管來顯示一至五樓層樓位置，如圖3-18所示。 一樓 五樓 四樓 三樓 二樓 A B C D E F G A段 G段 D段 一樓 0 0 1 二樓 0 1 0 三樓 0 1 1 四樓 1 0 0 五樓 1 0 1

58、 圖3-18 LED數碼管顯示層樓位置示意圖 圖3-19為LED A段顯示功能梯形圖。當轎廂到四樓,常開M33得電；或轎廂到五樓，常開M34得電，則LED A段發光二極管線圈Y010得電。 M34 M33 Y010 圖3-19 LED A段顯示功能梯形圖 10. 馬達上行／下行、運行顯示控制功能 M1 Y006 Y003 Y002 Y005 Y004 Y005 Y006 Y006 Y005 Y007 圖3-20 馬達上行／下行、運行顯示控制功能梯形圖 圖3-2

59、0為馬達上行／下行、運行顯示控制功能梯形圖。在門關閉Y002得電為常閉情況下，且非停站，M1常閉，有上行顯示Y003得電，則線圈Y005得電，馬達上行；有下行顯示Y004得電，則線圈Y006得電，馬達下行。馬達上行和下行均有互鎖。 在馬達上行或下行過程中，電梯運行顯示線圈Y007得電。 四、PLC控制多臺電梯的分析 隨著高層、大型建筑的發展，一座建筑物內往往需要裝多臺電梯，將多臺電梯集中起來形成群梯。對這種梯群進行統一的控制，采取合理的調度方式，可以大大提高電梯的運行效率、節省能源、減少乘客的等待時間。本課題將實現采用一臺可編程序控制器同時控制兩臺五層電梯的功能。 （一）PLC控制兩臺

60、電梯協調運行的原則 兩臺電梯同時運行，共同享用一套外召喚按鈕和外召喚信號登記顯示以及底樓的消防開關。如果沒有協調控制好，有可能出現以下情況：某一大樓內并排設置了兩臺電梯均獨自運行、則當某一層有乘客需向下至底樓，按下兩臺電梯在這一層的兩個召喚按鈕箱中的向下召喚按鈕，則兩臺電梯均會同時響應而到達該層站。此時可能其中一臺先行到站，把乘客接走，而另外一臺電梯在失去的召喚登記信號后，可能會一下子停在井道任意一處，而沒有準確平層，這是絕對不允許出現的。 因此，要使PLC控制兩臺電梯協調運行，必須滿足一個原則：當兩臺電梯同時去響應外召喚信號登記時，兩臺電梯自動定向啟動前往相應樓層，當某一臺電梯先行到達指

61、定層樓時，另外一臺電梯必須就近?？科綄?，不得懸空在中間。 當底樓有消防信號時，兩臺電梯必須同時立即下行至底樓開門。 （二）PLC控制兩臺電梯協調運行系統的功能 1. 兩臺電梯各自獨立控制的部分 1) 兩臺電梯各自有兩種工作方式----有司機工作方式、無司機工作方式。 這兩種工作方式各自獨立控制，不受任何約束和影響。包括有／無司機選擇開關以及有司機工作方式中司機專用的向上行駛按鈕、向下行駛按鈕和指令專用開關這些輸入信號也各自擁有一套。這兩種工作方式的控制要領與PLC單臺電梯控制的工作方式中的有司機方式、無司機方式一樣。 2) 指令信號登記的響應 兩臺電梯的轎廂內各自有1－5層樓的指

62、令按鈕與指令信號登記顯示。兩臺電梯各自響應各自的指令信號登記，前往指定樓層，滿足各自轎廂內司機和乘客的需要。 3) LED顯示及其它 兩臺電梯各自有開門顯示、關門顯示、門關閉顯示、上行顯示、下行顯示、運行顯示、LED七段顯示器顯示層樓位置也各自擁有一套，獨立運行，相互不受影響。兩臺電梯各自有1－5樓的行程開關、上行繼電器、下行繼電器。 2. 兩臺電梯協調運行控制的部分 1) 消防信號的共同響應 當底樓的置消防開關為ON時，即電梯處于消防工作狀態，兩臺電梯共同響應消防信號，均下行至底樓開門。 2) 召喚登記信號的共同響應 雖然有兩臺電梯同時工作，但在每一層樓面只安裝一套召喚按鈕及召

63、喚信號登記顯示。當層樓面的乘客欲前往某一層樓時，按下該層樓面的外召喚按鈕，兩臺電梯均要及時響應，并投入運行，前往指定樓層，當某一臺電梯先行到達指定樓層時，另外一臺電梯就近?？?。 3. PLC兩臺電梯控制系統的工作流程 圖4-1為PLC兩臺電梯控制系統工作流程圖。從圖中可以看出，兩臺電梯只有消防和外召喚是合用一套的，其它均各自獨立工作。各自獨立工作的部分與PLC單臺電梯控制系統中的工作流程一模一樣，這里不再做介紹。在此主要分析兩臺電梯共用部分，即消防和外召喚的工作過程。 當來自層面控制按鈕發出召喚信號后，兩臺電梯同時進行召喚登記，并顯示。召喚登記信號與兩臺電梯各自的指令信號與層樓定位信號共

64、同參與各自的定向，驅動電梯前往指定的層樓，當兩臺電梯中的任意一臺先行抵達后，立即清除召喚登記信號，并進行停站、開門3秒、上下客4秒、關門3秒、門關閉這一系列動作。而此時另一臺電梯雖然也在同一時刻失去了召喚登記信號，但是不能立即停站，必須經過最近的行程開關后，就近平層靠站。 當來自底樓層面控制開關發出消防信號后，立即清除兩臺電梯各自的指令登記信號和共用的召喚登記信號，驅動電梯下行至底樓開門。 共用部分 2# 電梯 1# 電梯 來自層面 控制按鈕 來自轎廂 控制面板 來自井道 行程開關 來自轎廂 控制面板 來自層面 火警開關 來自轎廂 控制面板 來自井

65、道 行程開關 來自轎廂 控制面板 指令信號 層樓信號 指令信號 控制信號 層樓信號 召喚信號 控制信號 置位 置位 置位 消防控制 層樓定位 指令登記 召喚登記 指令登記 層樓定位 顯 示 顯 示 顯 示 顯 示 顯 示 清除 清除 清除 自動定向 自動定向 運行控制（開/關門、上/下行、停站） 運行控制（開/關門、上/下行、停站） 圖4-1 PLC兩臺電梯控制系統工作流程圖 （三）PLC控制兩臺電梯協調運行方案 1. PLC I/O地址分配

66、 根據兩臺電梯協調控制的工藝過程及對控制系統的要求，首先歸納本系統中所有輸入信號和輸出信號；然后根據PLC的輸入點和輸出點進行I/O地址分配，使每個輸入信號對應PLC內部的輸入繼電器，每個輸出信號對應PLC內部的輸出繼電器。 1) PLC輸入信號的確定 在上一章節經過對PLC控制單臺電梯系統的輸入信號的分析可知，單臺電梯共需23點開關量的輸入，其中包括兩臺電梯共用的置消防開關和1－5樓的外召喚按鈕9點。這樣可知，PLC控制兩臺電梯系統的輸入共需37點。但三菱FX2N－48MR只有24點輸入，因此，需加擴展模塊，選用FX2N－32ER，增加16點輸入，這樣一共有40點輸入和40點輸出，滿足系統37點輸入的要求。 2) PLC輸出信號的確定 在上一章節經過對PLC控制單臺電梯系統的輸出信號的分析可知，單臺電梯共需24點開關量的輸出，其中包括兩臺電梯共用的1－5樓外召喚信號登記顯示8點。這樣可知，PLC控制兩臺電梯系統的輸出共需40點。 表4-1 輸入地址分配表 輸入符號 1#電梯 2#電梯 含義 AYS X000 X030 向上行駛按鈕 AYX X001