基于PLC的电梯控制装置设计

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1、毕业设计说明书毕业生姓名：专业：学号：指导教师：所属系（部）：二一年六月iv摘 要电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，传统电梯控制系统主要有三种控制方式即继电器控制、PLC控制和微机控制。其中继电器控制系统具有故障率高、可靠性差、接线复杂、通用性差等缺点。微机控制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，具有控制系统体积小、节能、可靠性高等特点，尤其是对群控、通讯等复杂电梯控制功能更具优越性，然而微机控制系统抗干扰能力弱。可编程控制器(PLC)编程采用易学易懂的梯形图语言，具有控制灵活方便、抗干扰能力强

2、、运行稳定等优点，近来受到人们重视，目前已成为电梯控制系统中使用最多的控制方式。本设计首先对电梯系统、PLC以及变频器作了比较全面的总结和介绍。其次，确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，由双速电机实现调速。再次，完成了电机、PLC以及变频器的选型。最后是系统软硬件开发以及PLC程序在测试及调试时应做的工作。关键词： 三菱PLC 电梯 控制系统 AbstractElevator is divided into two parts mechanical system and control systems, the traditional elevator control syste

3、m there are three control methods that relay control, PLC control and computer control. which relay control system with high failure rate, poor reliability, wiring complexity, Common shortcomings and poor. Computer control is the use of computers as a signal control unit, the completion of the lift

4、signal acquisition, operation status and functioning, set, lift the automatic scheduling and achieving set Xuan run function, drag control by the inverter to complete, with control systems Ti Ji Jian small, energy saving, improved reliability, especially for group control, communications and other c

5、omplex elevator control has more advantages, however, weak anti-interference ability. Programmable Controller(PLC) learn to understand the use of the ladder programming language, with control of flexible, strong anti-interference ability, stable and reliable operation, etc, by people recently attent

6、ion has become the elevator control system of most of the control method.First, programming controller (PLC) and frequency transformer have assumed the comparatively all-round summary and have introduced that to the electric elevator originally. Secondly, have ascertained systematic population struc

7、ture, the signal controls from realizing an electric elevator coming PLC, the electric motor realizes speed regulation from pair of speed. Choice once again, having accomplished the electric motor, programming controller (PLC) and frequency transformer.The at last is a testing and debugging that sys

8、tem soft hardware develops as well as to PLC procedure.Keywords: Mitsubishi PLC elevator control system目 录摘 要iAbstractii第一章 绪论1第一节 基于PLC的电梯控制系统的意义1第二节 电梯的现状及发展1第二章 电梯的概况3第一节 电梯发展简史3第二节 电梯的基本结构4第三章 可编程序控制器的概况6第一节 PLC的概念及由来与发展6一、定义6二、产生于发展6第二节 可编程控制器(PLC)的特点7第三节 可编程序控制器的硬件9一、可编程序控制器的基本结构9二、编程工具11第四节 可

9、编程序控制器的工作方式12第五节 PLC编程语言和编程方法13一、PLC编程语言13二、编程方法14第六节 FX2N可编程序控制器简介14一、编程器件14二、FX2N系列产品的一些编程元件及其功能15三、FX2N系列的基本逻辑指令17四、梯形图的设计与编程方法18第四章 变频器的概况21第一节 变频器的构成与分类21一、变频器的基本构成21二、变频器的分类22第二节 变频器的工作原理23一、工作原理23二、电梯变频调速控制的特点23第五章 系统硬件设计部分24第一节 可编程控制器的选择24一、可编程控制器的机型选择24二、分配PLC的输入/输出端子27三、机型确定28第二节 变频器的选择30第

10、三节 五层电梯PLC控制硬件接线31第四节 电动机的选型32第五节 拖动电机主电路及电气元件33一、主电路33二、电气元件34三、门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路36第六章 系统软件设计37第一节 电梯控制要求37一、电梯位置的确定与显示37二、轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号37三、电梯自动运行时的信号响应37四、轿厢的启动与运行37五、轿厢的平层与停车37六、控制原理37第二节 开关门环节38一、开关门过程流程图38二、开关门过程分析38第三节 层楼信号的产生与清除环节40第四节 停层信号的登记与消除环节41第五节 外呼信号的登记与消除环节42第六节 电梯的定向环节43第七节 自动运

11、行时启动加速和稳定运行环节44第八节 停车制动环节45第七章 程序测试及调试运行部分48第一节 PLC系统的程序测试48第二节 PLC系统的程序调试49一、实验室调试49二、制造厂调试49三、现场调试50结束语52参考文献53附图一 程序指令表54附图二 电梯控制系统原理图63附图三 硬件接线图64英文文献65中文翻译68致 谢71第一章 绪论第一节 基于PLC的电梯控制系统的意义随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。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。电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，传统电梯的控制

12、系统主要有三种控制方式即继电器控制、PLC控制和微机控制，其中继电器控制系统具有故障率高、可靠性差、接线复杂、通用性差等缺点。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。微机控制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，具有控制系统体积小、节能、可靠性高等特点，尤其是对群控、通讯等复杂电梯控制功能更具优越性，因此，微机控制系统多用于性能要求较高的客梯中，然而微机控制系统抗干扰能力弱。可编程控制器(PLC)编程采用易学易懂的梯形图语言，具有控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等

13、优点，近来受到人们重视，目前已成为电梯控制系统中使用最多的控制方式。在电梯控制中采用PLC，用软件实现了对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高；去掉了选层器和大部分继电器，控制系统变得结构简单，外部线路大大简化；PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能；PLC可以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，更改控制方案时不需要改动硬件接线。第二节 电梯的现状及发展随着中国经济的快速发展，高层建筑的不断涌现，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用，电梯也会以更快的速度进入到我们的日常生活当中。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。当今世界，电

14、梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。在高层建筑中，电梯是不可或缺的重要设备，早期的电梯采用继电器接触控制系统，但由于电梯控制系统的复杂性，使继电器接触控制系统的接线复杂，可能使用成百上千的各式各样的继电器，由很多导线用复杂的方式连接起来。这样，如果某个继电器损坏或者触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障是非常困难的。继电器控制系统的可靠性较低，因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义。可编程控制器(PLC)作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用从而使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

15、方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。可编程控制器（Programmable Logic controller，简称PLC）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。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最有效的工具，是当前先进工业自动化的支柱之一。电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行和乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。第二章 电梯的概况第一节 电梯发

16、展简史1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用，以奥的斯名字命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。 20世纪初，美国出现了曳引式电梯，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力使轿厢与对重作一升一降的相反运动。显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的长度和股数均不受限，当然轿厢的载重以及提升高度就得到了提高，从而满足了人们对电梯的使用需求。因此，近一百年来曳引式电梯一直受到重视，并发展沿用至今。 在后来的几十年里，电梯的自

17、动平层控制系统以及通过变换电动机极数的调速方法来调整电梯的运行速度的技术相继研制成功，1933年世界上第一台运行速度为6m/s的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯、交流变频变压调速电梯。自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具电梯，其需求量日益增长。各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电

18、梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显的改善。进入20世纪80年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。在电梯的使用需求和新技术应用都进入到全面发展时期时，随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应注重提高舒适度，特别要从电梯运行控制智能化角度来考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式。合理的配置与使用远程监控与故障诊断

19、、节能以及减少环境污染等。第二节 电梯的基本结构电梯是机电合一的大型复杂产品，对于电梯的结构而言，传统的方法是分为机械部分和电气部分，机械部分相当于人的躯体，电气部分相当于人的神经。机与电的高度合一使电梯成了现代科学技术的综和产品，下面简单介绍电梯的结构，而我们的主要目的是怎样来控制它。（一）机房机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房可以设置在井道顶部，也可设置在井道底部。当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方式，这种方式结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大，只有在机房无法顶置时才使用。机房必须有足够的面积，高度、承重能力及良好的通风条件。 （二）曳引系统曳引系统主要由曳引机、曳

20、引钢丝绳、导向轮组成。曳引机由电动机联轴器、制动器、减速器、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源；曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重装置（或者两端固定在机座房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢的升降；导向轮的作用是分开轿厢和对重的装置，采用复绕型时还可增加曳引能力，导向轮安装在曳引机架上或重梁上。当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢和对重架上应增设反绳轮。（三）导向系统导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。其主要功能是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升降运动。导轨固定在导轨架上，导轨架是支承导轨的组件，与井道壁联接，导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和

21、对重的运动服从于导轨的直立方向。（四）轿厢轿厢是用以运送乘客和货物的电梯组件，它由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成；轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组成；轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客量决定。（五）重量平衡系统重量平衡系统主要由对重和重量补偿装置组成，其主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。（六）电力拖动系统电力拖动系统由曳引机、供电系统、速度反馈装置、调速装置和变频器等组成，对电梯实行速度控制。曳引电动机是电梯的动力源，根据电梯的

22、配置可用交流电动机或直流电动机；供电系统是为电动机提供电源的装置；速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号，一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电动机相连；调速装置对曳引电动机实行调速控制；变频器可以通过改变频率的大小来控制其运行速度的快慢。电梯的拖动控制系统经历了从简单到复杂的过程，到目前为止应用于电梯的拖动系统主要有：1、单/双速交流电动机拖动系统。 2、交流电动机定子调压调速拖动系统。 3、直流发电机电动机可控硅励磁拖动系统。 4、可控硅直接供电拖动系统。 5、VVVF变频变压调速拖动系统。（七）电气控制系统该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成，它起着操纵

23、和控制电梯运行的作用。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急；位置显示装置是指轿内和层站的指层灯，层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站；控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件（或板）组成，是电梯实行电气控制的集中组件；选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用，它可由机械式、继电器式或电子式组成。（八）安全保护系统安全保护系统用来保证电梯的安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生，由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置组成。电梯上设有机械和电气的各类保护系统，以保证电梯安全使用。第三章 可编程序控制器的概况第一节 PL

24、C的概念及由来与发展 一、定义可编程控制器(Programmable Controller)是以自动控制技术、微计算机技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前已被广泛应用于各个领域。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，主要用微处理器作为其控制核心。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。 二、产生于发展首先提出PLC概念的是美国最大的汽车制造厂家

25、通用汽车公司。1968年该公司提出用一种新型控制装置替代继电器控制，这种控制装置要把计算机的通用、灵活、功能完备等优点与继电器控制的简单、易懂、操作方便等特点结合起来而且要使那些不太熟悉计算机的人也能方便使用。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。在短时

26、间内PLC在其他工业部门也得到应用。到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和8位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制，提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的PLC，我国在1974年也开始研制。目前，PLC的软硬件功能进一步得到加强，已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统。能与其他设备通信、生成报表、调度产生、可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC符合今天对高质量

27、高产出的要求。尽管PLC的功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，使之适应大、中、小型企业的不同需要，PLC产品大致向两个方向发展：小型PLC向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之更广泛地取代继电器控制、更便于实现机电一体化；大中型PLC向高可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，将PLC系统的控制功能和信息管理功能融为一体，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。 第二节 可编程控制器(PLC)的特点PLC的优越性能主要表现在以下几个方面（一）灵活性和通用性强继电器控制系统的控制电路要使用大量的控制电器

28、，需要通过人工布线、焊接、组装来完成电路的连接。其致命的缺点是，如果工艺要求稍有改变，控制电路必须随之做相应的变动，耗时且费力。PLC是利用存储在机内的程序实现各种控制功能的，因此，在PLC控制的系统中当控制功能改变时只需修改程序即可，PLC外部接线改动极少，甚至不必改动。其灵活性和通用性是继电器控制电路所无法比拟的。（二）抗干扰能力强、可靠性高PLC控制系统中大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，而且PLC在硬件和软件方面都采取了强有力的措施，使产品具有极高的可靠性和抗干扰能力。 (1) 硬件的可靠性PLC是为在工业环境恶劣的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

29、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。 (2) 编程

30、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，目前大多数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。（三）PLC控制系统的设计、调试周期短由于PLC是通过程序实现对系统的控制，所以设计人员可以在实验室里设计和修改程序。更为方便的是可以在实验室里进行系统的模拟运行调试，使现场工作量大为减少。而继电器控制系统是靠调整控制电路的接线来改变控制功能的，调试时费时又费力

31、。（四）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连向已有接线端，其改换很方便，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或双扭线连向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。（五）PLC与外部设备的连接简单，使用方便PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开

32、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。（六）PLC体积小、重量轻、易于实现机电一体化PLC内部电路主要采用半导体集成电路，具有结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低的特点并且有很强的抗干扰能力，能适应恶劣的环境。第三节 可编程序控制器的硬件一、可编程序控制器的基本结构PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，PLC是一种工业控制用的计算机，

33、是由硬件系统和软件系统两大部分组成，其内部结构如图31所示。图31 PLC内部结构框图 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。1、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的核心部件，能指挥PLC按照预先编好的系统程序完成各种任务。其作用有以下几点：（1）接收、存储由编程工具输入的用户程序和数据，并可通过显示器显示出程序的内容和存储地址。（2）检查、校验用户程序。对正在输入的用户程序进行检查，发现语法错误立即报警，并停止输入；在程序运行过程中若发现错误，则立即报警或停止程序的执行。（3）接收、调用现场信息。将接收到现场输入的数据保存起来，在需要该数

34、据的时候将其调出并输送到需要该数据的地方。（4）执行用户程序。当PLC进入运行状态后，CPU根据用户程序存放的先后顺序，逐条读取、解释和执行程序，完成用户程序中规定的各种操作，并将程序执行的结果送至输出端，以驱动PLC外部的负载。（5）故障诊断。诊断电源、PLC内部电路的故障，根据故障或错误的类型，通过显示器显示出相应的信息，以提示用户及时排除故障或纠正错误。2、电源PLC中一般配有开关式稳压电源为内部电路供电。开关电源的输入电压的范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。有的PLC能向外部提供24V的直流电源，可给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。3、扩展端口大部分PLC都有扩展口。

35、主机可以通过扩展端口连接I/O扩展单元来增加I/O点数，也可以通过扩展端口连接各种特殊功能单元以扩展PLC的功能。4、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。（1）PLC常用的存储器类型a、RAM （Random Assess Memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。b、EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。c、EEPROM(Electrical

36、Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。（2）PLC存储空间的分配虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：a、系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC的性能。b、系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备如：逻辑线圈、数据

37、寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等存储器。I/O映象区：由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）。因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区，模拟量I/O映象区。系统软设备存储区 ：除了I/O映象区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存

38、储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。c、用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。5、外部设备端口一般PLC都有外部设备端口。通过外部设备端口，PLC可以与各种外部设备连接。例如，连接编程器可以输入、修改用户程序或监控程序的运行；可以连接终端设备PT进行程序的设计、调试和系统监控；连接打印机可以打印用户程序、打印PLC运行过程中的状态、打印故障报警的种类和时间等；连接EPROM，以免被误改动等；有的PLC可以通过外部设备端口与其他PLC

39、、上位计算机进行通信或加入各种网络等。二、编程工具编程工具是开发应用和检查维护PLC以及监控系统运行不可缺少的外部设备。编程工具的主要作用是用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试PLC的内部状态和参数，与PLC进行人机对话等。编程工具可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机。1、专用编程器专用编程器是生产厂家提供的与该厂家PLC配套的编程工具。专用编程器分为简易编程器和图形编程器两种。简易编程器的优点是价格低、体积小、重量轻、方便携带。但简易编程器不能直接输入梯形图程序，只能输入语句表程序。用简易编程器编程时，简易编程器必须与PLC相连接。有的简易编程器可以直接

40、插在PLC主机的编程器插座上，有的简易编程器必须用专用电缆与PLC相连。图形编程器的优点是屏幕大，显示功能强，但是其价格昂贵。图形编程器可以直接输入梯形图程序，分为手持式和台式。台式图形编程器具有用户程序存储器，可以把用户输入的程序存放在自己的存储器中，也可以把用户程序下载到PLC中。一般还能提供合适的磁带录音机接口和打印机接口，可将用户程序转存到磁带上或打印出来，有的还带有磁盘驱动器，可将程序转存到磁盘上。2、计算机辅助编程许多厂家对自己的PLC产品设计了计算机辅助编程软件。当PLC与装有编程软件的计算机连接通信时，可进行计算机的辅助编程。如今编程软件的功能已经非常强，可以编辑、修改用户的程

41、序，监控系统运行，采集和分析数据，在屏幕上显示系统运行状况，对工业现场和系统进行仿真、实现计算机和PLC之间的程序传送，打印文件等。 第四节 可编程序控制器的工作方式PLC是采用循环扫描的工作方式，在PLC执行用户程序时，CPU对梯形图自上而下、自左向右地逐次进行扫描，程序的执行是按语句排列的先后顺序进行的。这样，PLC梯形图中各线圈状态的变化在时间上是串行的，不会出现多个线圈同时改变状态的情况，这是PLC控制与继电气控制最主要的区别。1、 PLC的循环扫描工作方式 PLC的循环扫描工作方式可以看成是一种由系统软件支持的扫描设备，不论用户程序运行与否，CPU都要周而复始地进行循环扫描，并执行系

42、统程序所规定的任务。每个循环所经历的时间称为一个扫描周期。一次循环扫描可分为以下几个阶段：（1）公共处理阶段。在每一次扫描开始之前，CPU都要进行复位监视定时器、硬件检查、用户内存检查等操作。（2）执行用户程序阶段。在此阶段，CPU对用户程序按先左后右、先上后下的顺序逐条地进行解释和执行。（3）扫描周期计算处理阶段。若预先设定扫描周期为固定值则进入等待状态，直至达到该设定值时扫描再往下进行。若设定扫描周期为不定的，则要进行扫描周期的计算。（4）I/O刷新阶段。在此阶段CPU要做两件事，其一，从输入电路中读取各输入点的状态，并将此状态写入输入映像寄存器中，也就是刷新输入映像寄存器的内容。其二，将

43、所有输出继电器的元件映像寄存器的状态传送到相应的输出锁存电路中，再经输出电路的隔离和功率放大部分传送到PLC的输出端，驱动外部执行元件动作。（5）外部设备端口服务阶段。这个阶段里，CPU完成与外部设备端口连接的外围设备的通信处理。2、PLC的I/O滞后现象 由于PLC采用循环扫描的工作方式，而且对输入和输出信号只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入并集中输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号的滞后现象。扫描周期越长，滞后现象越严重。但是一般扫描周期只有十几毫秒，最多几十毫秒，因此在慢速控制系统中，可以认为输入信号一旦变化就立即能进入输入映像寄存器中，其对应的输出信号也可以认为是及时的；而在

44、要求快速响应的控制中就就成了需要解决的问题。第五节 PLC编程语言和编程方法一、PLC编程语言可编程控制器是通过程序实现控制的，所以各种机型的PLC都有自己的编程语言。它既不同于高级语言，也不同于汇编语言。但PLC语言面向一般工程技术人员，应用场合是工业过程。所以编程语言要满足易于编写和易于调试两方面的要求。最常用的编程语言有语句表和梯形图，语句表表示法最接近于机器内部的控制程序，因此更适合在简单的编程器上使用，梯形图表示法很近似于继电接触器系统电气控制原理图，因此它很容易被一般的电气设计人员接受。除上述两种编程语言外，还有一些例如控制系统流程图、逻辑方程式以及高等语言等。采用何种语言，用户可

45、以根据具体情况加以选择。PLC编程指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是完全相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图，易为电气工作人员所接受。一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富

46、，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统。二、编程方法PLC的四种编程方法：（1）调用子程序方法。PLC的工作原理是从上到下、由左往右的循环扫描程序，周而复始。对于复杂的控制系统，程序的执行时间可能会超出主机的扫描周期，影响主机的正常工作，对应于某一设备设计的某段子程序，以隐含的方式存放于存储器中，当某个输入点的状态变化时，扫描程序调用相应的数据字，并由此去调用相应的子程序。这种调用子程序的方法，节约了主机的扫描时间，提高了主机的运行速度和处理数据的能力。（2）矩阵式编程方法，有些生产流程需要任意组合，采用矩阵式编程方法设计PLC控制程序，非常方便地实现流程的组合和控制，这适

47、用于连锁顺序需要变化的场合。（3）步进式编程方法，其特点是程序按步执行，只在一步之内存在相关信号的连锁关系。步进编程方法可将逻辑设计分步进行，简化了逻辑的连锁关系，减少错误。另外，当需要改变工艺时，只需改动相应的程序段，对整个程序不会影响。（4）功能表图编程方法，功能表图也称为状态转移图。它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC顺序控制功能的工具。功能表图是在梯形图、控制系统流程图、指令表和高级语言之上的图形语言。 第六节 FX2N可编程序控制器简介一、编程器件考虑到本次设计的电梯系统有五层，且开关量居多，模拟量较少，对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足

48、以满足控制的要求。在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的系列PLC。是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。它的基本指令执行时间高达0.08s，每条指令远远超过了很多大型可编程序控制器。用户存储器容量可扩展到16K步，有5种模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-242/RS-485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。系列 PLC 具有以下几方面的优点：配置灵活，除主机单元外，还有可扩

49、展 I/O 模块，A/D 模块，D/A模块和其它特殊功能模块；指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快；其编程可用编程器，也可以在 PC 机上使用三菱公司的专用编程软件包 MELSE MEDOC 来进行；编程语言可用梯形图或指令表，尤其是可用 PC 机对系统进行实时监控。二、系列产品的一些编程元件及其功能。（一）输入继电器 （X） PLC的输入端子是从外部开关接收信号的窗口，PLC 内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不

50、限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000 X007，X010 X017，X020 X027 ，它们一般位于机器的上端。（二）输出继电器（Y） PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限，输出电路的时间常数是固定的，各基本单元都是八进制输出，输出为Y000 Y007、Y010Y017、Y020Y027，它们一般位于机器的下端。（三）辅助继电器（M）PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与

51、输出继电器一样，由PLC内各元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。在中普遍采用M000M499，共500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。（四）定时器（T）在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式工作的，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定

52、值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。 每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时开始计时，断电时自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时由用户设定累积值。（五）计数器（C） 中的16位计数器是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再进入计数状态。其设

53、定值在K1K32767范围内有效。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。通用计数器的通道号：C00 C99，共100点。保持用计数器的通道号：C100C199，共100点。通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。（六）数据寄存器 数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。中每一个数据寄存器都是16bit（最高位为正、负符号位），也可用两个数据寄存器合并起来存储32 bit数据（最高位为正、负符号位）。1、通用数据寄存器D 通道分配 D000D199，共200点。只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。但是，由RUNSTOP时，全部数据均清零

54、（若特殊辅助继电器M8033已被驱动，则数据不被清零）。2、停电保持用寄存器通道分配D200D511，共312点，或D200D999，共800点（由机器的具体型号定），基本上同通用数据寄存器。除非改写，否则原有数据不会丢失，不论电源接通与否、PLC运行与否，其内容也不变化。然而在两台PLC作点对的通信时，D490D509被用作通信操作。 3、文件寄存器 通道分配D1000D2999，共2000点。文件寄存器是在用户程序存储器（RAM、EEPROM、EPROM）内的一个存储区，以500点为一个单位，最多可在参数设置时到2000点。用外部设备口进行写入操作，在PLC运行时，可用BMOV指令读到通用

55、数据寄存器中，但是不能用指令将数据写入文件寄存器。用BMOV将数据写入RAM后，再从RAM中读出。将数据写入EEPROM盒时，需要花费一定的时间，务必请注意。4、RAM文件寄存器 通道分配D6000D7999，共2000点。驱动特殊辅助继电器M8074，由于采用扫描被禁止，上述的数据寄存器可作为文件寄存器处理，用BMOV指令传送数据（写入或读出）。三、系列的基本逻辑指令基本逻辑指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法。PLC指令的组成有操作码和操作数，操作码用助记符表示，用来表明要执行的功能；操作数是用来表示操作的对象，操作数一般是由标识符和参数组成，标识符表示操

56、作数的类别，参数表明操作数的地址或设定一个预制值。各种型号PLC的基本逻辑指令都大同小异，现在我们针对系列，逐条学习其指令的功能和使用方法。（一）输入输出指令（LD/LDI/OUT）LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。OUT指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次。 （二）触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI） AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。 （三）电

57、路块的并联和串联指令（ORB、ANB）含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制，也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令最多使用7次。将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDN

58、OT指令。与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。 （四）程序结束指令（END） 在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。若不写END指令，PLC将以用户贮存器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。另外，在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。 四、梯形图的设计与编程方法（一）确定各元件的编号，分配I/O地址利

59、用梯形图编程，首先必须确定所使用的编程元件编号，PLC是按编号来区别操作元件的。我们选用三菱型号的PLC，使用时一定要明确每个元件在同一时刻决不能担任几个角色。一般讲，配置好的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相应的，输出点数与输出的控制回路数也是相应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当），故I/O的分配实际上是把PLC的输入、输出点号分给实际的I/O电路，编程时按点号建立逻辑或控制关系，接线时按点号“对号入坐”进行接线。（二）PLC程序设计的步骤（其流程如图32所示）1、对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件，对于简单的控制系统也可省

60、去这一步。2、根据流程图，将整个控制系统分成若干个基本功能块，然后逐个设计基本功能块的梯形图，最后，把各个梯形图按顺序组合起来。3、根据梯形图编制程序清单（语句表）。4、用编程器将程序键入到PLC的用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。5、对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。6、待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。如不满足要求，再回去修改程序或检查接线，直到满足要求为止。7、编制技术文件。8、交付使用。图32 PLC控制系统设计步骤（三）梯形图的注意事项 1、每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。2、梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边

61、。3、线圈不能直接接在左边母线上。4、在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。5、在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。6、触点组与单个触点相并联时，应将单个触点放在下面。7、梯形图必须按照从左到右、从上到下的顺序编写，不允许在两行之间垂直连接触点。第四章 变频器的概况第一节 变频器的构成与分类一、变频器的基本构成把50Hz的工频交流电经过处理后输出频率可调的交流电的电气装置叫变频器。它由整流电路

62、、滤波电路、再生制动电路、逆变电路和控制电路组成，其在PLC控制型电梯中的接线如图41所示。图41 PLC控制型电梯框图通用变频器的基本构成主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。1、整流器，电网侧的变流器是整流器，它的作用是把三相(也可以是单相)交流电整流成直流电。2、逆变器，负载侧的变流器为逆变器，最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成三相桥式逆变电路。只要有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，就可以得到任意频率的三相交流电输出。3、中间直流环节，由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，无论电动机处于电动状态或是发电制动状态，其功率因数总不会为1，因此

63、，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能组件(电容器或电抗器)来缓冲，所以又称中间直流环节为中间直流储能环节。4、控制电路，控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。高性能的变频器目前己经采用微型计算机进行全数字控制，尽可能简化硬件电路，主要依靠软件来完成各种功能。二、变频器的分类1、按变换的环节分类：可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器；交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频