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PLC的电梯控制系统设计

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摘 要
在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增加，PLC则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。20世纪60年代末，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于PLC具有优良的技术性能,因此它一问世就很快得到了推广应用。现在PLC不但被用于工业生产，在生活中我们也能常常见到它的身影.例如电梯，随着城市化水平的提高,城市中的高层建筑也越来越多，电梯的应用也越来越广。而电梯的开关门、呼叫、显示等问题也就用到了PLC，利用PLC控制的电梯更加智能化、运行的可靠性更高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期短等优点，所以PLC备受人们重视,成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。为了追随时代的潮流，我设计的五层电梯控制系统就利用了PLC.

IV

目 录
摘 要 II
Abstract III
目 录 IV
第1章 绪论 6
1.1 PLC的概述 6
1.1。1 PLC的简介 6
1。1。2可编程控制器的定义 7
1。1.3 PLC的硬件进展 7
1.2 PLC的组成及工作原理 8
1.2.1 中心起“心脏”作用 8
1.2。2 存储器 8
1.2.3 输入/输出接口 9
1。2.4 编程器 9
1。2。5 PLC的基本工作原理 10
1。2.6 PLC与继电器控制系统、微机区别 10
1.2.7 梯形图语言特点 10

1。2。8 主要技术性能 11
1.3 PLC的功能及特点 11
1。3。1 PLC的功能 11
1。3.2 PLC的特点 11
第2章 电梯的概述 12
2。1电梯的发展简史 12
2.2电梯的运行工作情况 13
2.3电梯控制系统的组成 14
第3章。 三菱FX2N 系列可编程序控制器介绍 15
3.1可编程控制器的基础认识 15
3。2 可编程序控制器的工作方式及编程语言 17
3.3可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较 19
第4章.PLC控制单台电梯的分析 20
4.1电梯模型结构 21
4.2 PLC单台电梯控制系统功能介绍 23

4.3 PLC控制单台电梯方案 25
4.4 PLC单台电梯控制系统基本功能梯形图分析 29
总结与展望 40
参考文献 41
致 谢 41

第1章 绪论
1。1 PLC的概述
1.1.1 PLC的简介
早期的工业生产中广泛使用的电气自动控制系统是继电器-接触器控制系统.它具有结构简单、价格低廉、容易操作和对维护技术要求不高的优点,特别适用于工作模式固定、控制要求比较简单的场合。随着工业生产的迅速发展，继电控制系统的缺点变得日益突出。由于其线路复杂，系统的可靠性难以提高且检查和修复相当困难。
1968年，美国通用汽车公司（GM）为适应汽车工业激烈的竞争，满足汽车型号不断更新的要求，向制造商公开招标,寻求一种取代传统继电器-接触器控制系统的新的控制装置，通用汽车公司对新型控制器提出的十大条件是:
1.编程简单，可在现场修改程序；
2.维护方便，采用插件式结构;
3.可靠性高于继电接触控制系统；
4。体积小于继电接触控制系统；
5.成本可与继电器控制柜竞争;
6。可将数据直接输入计算机;
7.输入是交流115V(美国标准系列电压值）；
8.输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀、交流接触器、小功率电机等；
9。通用性强,能扩展；
10.能存贮程序,存储器容量至少能扩展到4KB。
根据上述要求，美国数字设备公司（DEC）在1969年首先研制出第一台可编程控制器PDP—14，在汽车装配线上使用，取得了成功。接着，美国MODICON公司也开发出了可编程控制器084。1971年日本从美国引进了这项新技术，很快研制出日本第一台可编程控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。
早期的可编程控制器是为了取代继电器控制线路其功能基本上限于开关量逻揖控制，仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，一般称为可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC）。这种PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成,在硬件设计上特别注重适用于工业现场恶劣环境的应用，但编程需要由受过专门训练的人员来完成，这是第一代可编程控制器。
现代的PLC不仅能实现开关量的顺序逻辑的控制，而且具有数字运算、数据处理、运动控制以及模拟量控制,还具有远程I/O、网络通信和图像显示等功能,已成为实现生产自动化、管理自动化的重要支柱。
著名的PLC制造厂商有：美国Rockwell自动化公司所属的A—B（Allen&Bradly）公司、GE-Fanuc公司，德国的西门子（SIEMENS）公司和法国的施耐德（SCHNEIDER)自动化公司，日本的欧姆龙（OMRON）和三菱公司等。本文为互联网收集,请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途
1.1。2可编程控制器的定义
1987年，国际电工委员会IEC（InternationalElectricalCommittee）颁布了可编程序控制器最新的定义：
可编程控制器是一种能够直接应用于专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计.
可见，PLC的定义实际是根据PLC的硬件和软件技术进展而发展的。这些发展不仅改进了PLC的设计,也改变了控制系统的设计理念。这些改变，包括硬件和软件的。
1。1.3 PLC的硬件进展
（1） 采用新的先进的微处理器和电子技术达到快速的扫描时间；
（2）小型的、低成本的PLC,可以代替四到十个继电器，现在获得更大的发展动力。
（3)高密度的I/O系统，以低成本提供了节省空间的接口;
（4）基于微处理器的智能I/O接口扩展了分布式控制能力典型的接口如PID，网络，CAN总线,现场总线，ASCll通信，定位,主机通讯模块，和语言模块（如BASIC，PASCAL）等。
（5）包括输入输出模块和端子的结构设计改进，使端子更加集成.
（6）特殊接口允许某些器件可以直接接到控制器上，如热电偶、热电阻、应力测量、快速响应脉冲等；
(7）外部设备改进了操作员界面技术，系统文档功能成为了PLC的标准功能。
2。与硬件的发展相似，PLC的软件也取得了巨大的进展，大大强化了PLC的功能：
（1）PLC引入了面向对象的编程工具，并且根据国际电工委员会的IEC61131—3的标准形成了多种语言；
(2）小型PLC也提供了强大的编程指令，并且因此延伸了应用领域;
（3）高级语言，如BASIC，C在某些控制器模块中已经可以实现，在与外部通讯和处理数据时提供了更大的编程灵活性；
(4)梯形图逻辑中可以实现高级的功能块指令,可以使用户用简单的编程方法实现复杂的软件功能；
（5）诊断和错误检测功能从简单的系统控制器的故障诊断扩大到对所控制的机器和设备的过程和设备诊断；
(6）浮点算术可以进行控制应用中计量、平衡和统计等所牵涉的复杂计算；
（7)数据处理指令得到简化和改进,可以进行涉及大量数据存储、跟踪和存取的复杂控制和数据采集和处理功能.个人收集整理，勿做商业用途本文为互联网收集，请勿用作商业用途
1.2 PLC的组成及工作原理
1。2。1 中心起“心脏”作用
纵:当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中,然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序.
横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器.
组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
1。2.2 存储器
具有记忆功能的半导体电路.
分为系统程序存储器和用户存储器.
系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。
用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器(RAM）组成。用户使用的。断电内容消失.常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3～5年.
1.2.3 输入/输出接口
（1)输入接口：
光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成.
发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号.
光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关.在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系.
输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通.向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
（2）输出接口
PLC的继电器输出接口电路
工作过程：当内部电路输出数字信号1,有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压.当内部电路输出数字信号0,则没有电流流过，继电器线圈没有电流,然后常开触点断开，断开负载的电流或电压也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。
三种类型：
继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载
晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载
晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载
1.2.4 编程器

编程器分为两种,一种是手持编程器，方便.我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP—GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。
1.2.5 PLC的基本工作原理
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
(1）每次扫描过程。集中对输入信号进行采样.集中对输出信号进行刷新。
(2）输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时,输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
(3)一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
(4）元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
(5)扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2)指令本身占有的时间（3)指令条数
（6)由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟.
1。2。6 PLC与继电器控制系统、微机区别
（1)PLC与继电器控制系统区别
前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行"
前者用“软件”，后者用“硬件"。
(2）PLC与微机区别
前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断"
PLC 编程方式
PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”.
PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等.尤其前两者为常用。
1。2。7 梯形图语言特点
（1）每个梯形图由多个梯级组成。
（2）梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过.
（3）继电器线圈只能出现一次,而它的常开、常闭触点可以出现无数次.
(4）每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用.
(5）输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。
1。2。8 主要技术性能
用户程序存储容量：是衡量可存储用户应用程序多少的指标。通常以字或K字为单位。16位二进制数为一个字,每1024个字为1K字。PLC以字为单位存储指令和数据。一般的逻辑操作指令每条占1个字。定时/计数，移位指令占2个字。数据操作指令占2~4个字。
1.3 PLC的功能及特点
1.3。1 PLC的功能
PLC是工业上专门用来控制各种工艺操作的可编程逻辑控制设备,功能非常强大,可以执行逻辑运算,定时,顺序控制，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它其实就是一台工控电脑，不过需要专业的编程人员对其编程才能实现相应的过程控制。
1。3.2 PLC的特点
(1)可靠性高,抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长.从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
（2)配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域.近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易.
（3)易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
（4)系统的设计、建造工作量小,维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
（5）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150g，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.
第2章 电梯的概述
2.1电梯的发展简史
据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸汽机后，1858年美国研制出以蒸汽为动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。并随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又出现了液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯。这种液压梯至今仍为人们所采用。
但是，电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。18世纪末发明了电机,并随着电机技术的发展，19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能.在20世纪初,美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为后来的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础.20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为6。0m/s的电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品,不但规格品种多,自动化程度高,而且安全可靠,乘坐舒适。随着电子工业的发展，可编程序控制器(PLC）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运行效果显著提高。
2.2电梯的运行工作情况
一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜／箱、导轨等主要部件组成。电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站.起点站设在一楼，终点站设在最高楼。
各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外)操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮.
电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门.对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务.
尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行,在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车,执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号,一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。
本课题主要研究单台五层电梯的PLC控制方法，分述其硬件设计和软件设计过程。
2。3电梯控制系统的组成
电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成.
1. 电梯的电力拖动部分
电梯主拖动类型有直流电动机拖动、交流电动机拖动、直流G－M(即发电机－电动机组供电）拖动、晶闸管供电（SCR－M）的直流拖动和交流双速电动机拖动、交流调压调速（AVCC）拖动、交流变频调速（VVVF）等。因直流电梯的拖动电动机有电刷和换相器，维护量较大，可靠性低，现已被交流调速电梯所取代.为了得到较好的舒适感，要求曳引电动机在选定的调速方式下，电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素，电动机转矩还应有一定的裕度。
2. 电梯的电气控制部分
电气控制系统由控制柜、操纵箱、层楼指示、召唤箱及曳引电动机等几十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。电气控制系统通过电路控制电力拖动系统工作程序，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来拖动的，其运行过程大多包括启动、正（反）转、停止等，这整个过程是由电气控制系统来完成。具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。其操纵是实行各个控制环节的方式和手段。
电梯电气控制系统与电力拖动系统比较,变化范围比较大.当一台电梯的类别、额定载重量和额定运行速度确定后,电力拖动系统各零部件就基本确定了，而电气控制系统则有比较大的选择范围,必须根据电梯安装使用地点、乘载对象进行认真选择,才能最大限度地发挥电梯的使用效益。
电气控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。随着科学技术的发展和技术引进工作的进一步开展,电气控制系统发展换代迅速。继电器控制系统的电梯故障率高，大大降低了电梯的运行可靠性和安全性，所以基本上已经被淘汰。而PLC以其体积小、功能强、故障率低、寿命长、噪声低、维护保养简便、修改逻辑灵活、程序容易编制，易联成控制网络等诸多优点得到了广泛的应用。
第3章。 三菱FX2N 系列可编程序控制器介绍
3。1可编程控制器的基础认识
1. 三菱FX2N PLC的主要特点：
l 一个程序包的单元型可编程控制器
l 采用装卸式端子台
l 内装RUN/STOP开关
l 程序存储器
l 钟表功能
l RUN写入
l 元件注解
l 利用键盘保护程序(编程手册,外围设备手册)
l 丰富的输出入扩展设备
l 丰富的特殊扩展设备
l 用SFC表现的编程
l 简便的应用指令群
l 高速处理
2. PLC的性能指标和分类
1) PLC的主要性能指标
l 输入／输出点数(I／O点数）
I／O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和.它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。
l 存储容量
存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量,一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。
l 扫描速度
一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用µs/步。
l 功能扩展能力
可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如A／D模块、D／A模块、位置控制模块等。
l 指令系统
指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标.
2) PLC的分类
通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同， 可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。
3. PLC系统的组成
PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。
1) PLC的硬件结构
一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入／输出接口、内部电源）、I／O扩展单元及外部设备组成。图2—1为PLC的硬件结构图。

输入电路
CPU
EPROM
RAM
输出电路
基本单元
内部电源
扩展I/O接口
各种外设接口
输出信号
现场输入信号
主机
编程器
打印机

…
PC机
…

输入电路
输出电路
扩展单元
…
输出信号
扩展连接电缆
至其他扩展单元
…
…
现场输入信号
2-1
图2-2为三菱FX2N小型PLC产品主机示意图。本课题中FX2N－48MR为基本单元,带有48个I／O点（24入、24出)，M表示主机、R表示该单元为继电器输出型.
2) PLC的软件
PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件)和用户程序（应用软件）组成。系统程序：包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。用户程序是用户根据控制要求，用PLC的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。
图2—2 三菱FX2N小型PLC产品主机示意图
3.2 可编程序控制器的工作方式及编程语言
1. PLC的工作方式
1) PLC的扫描工作方式

开始
内部处理
通信处理
RUN方式？
输入扫描
程序执行
输出处理
N
Y

图2—3 PLC的扫描过程
可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下,按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重要进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-3所示,包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期.扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。
2) PLC的程序执行过程
PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-4所示。

输入端子
输入映象寄存器
输出映像寄存器
输出锁存器
输出端子
输入
……….
输出
程序执行阶段
输入采样阶段
输出刷新阶段
X001
Y001
Y001
M1
读
读
①
②
③
④
⑤
图2-4 PLC的程序执行过程
3) PLC的扫描周期
在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理.即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间.
4) PLC的I／O响应时间
PLC采用集中I／O刷新方式,在程序执行阶段和输出刷新阶段,即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2—3个扫描周期.
2. PLC的编程语言
PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。本课题所采用的编程语言为梯形图语言。
3.3可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较
在电梯的电气系统中,逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方法有：
1. 继电器—接触器控制系统
这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。优点：与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜.缺点：动合触点易磨损，且电接触不良；体积大;控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。
2. 微机控制系统
电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。因此对于有不同功能要求的电梯控制系统,只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线.因此,十分方便于使用和管理,并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。但是，对一般的电梯而言,应用微机控制也有其局限性和不足之处。其缺点是:微型计算机是按数字运算的需要而设计的,功能比较齐全,结构比较复杂；而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需1位，即“1”与“0”.因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。但在电梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此,如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。
3. PLC控制系统
PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点.它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果.
总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能,可以取代继电器为主的各种控制设备。它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。
第4章。PLC控制单台电梯的分析
电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制、PLC控制、微机控制，其中继电器控制系统故障率高，微机控制系统抗干扰能力弱，而PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，成为目前电梯系统中使用最多的控制方式,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方向,成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。本课题采用三菱FX2N PLC对单台五层电梯进行逻辑控制.
4.1电梯模型结构
1) 电梯模型的主体结构与控制柜
电动机
图3-1为五层电梯的简化模型和控制柜示意图.电梯主体包括升降电机、轿厢、滑轮、钢丝绳、行程开关等.升降电机为交流可逆电动机,轿厢套在钢丝绳上，电机带动钢丝绳正转或反转时，轿厢对应上升或下降。每层楼均安装行程开关，利用机械碰撞,给出各楼层的层信号。
减速器

行程开关

TCP/IP

1
2
3
4
5
RS232

轿厢
电梯控制柜

继电器/接触器

FX2N –48MR PLC

RS422

配重
LED
显示
电路
开关
电源

电梯控制柜

图3-1电梯的简化模型和控制柜示意图
电梯控制柜是电梯电气控制系统完成各种主要任务,实现各种性能的中心。主要包括FX2N—48MR PLC、继电器/接触器、显示部分、开关电源。LED显示部分主要包括轿厢运行方向显示、楼层显示。
2) 电梯层门
电梯层门是为了确保安全，而在各层楼的停靠站,通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门.
图3—2为电梯层门示意图。电梯层门旁装有消防按钮、上召唤按钮和下召唤按钮（最底层只有上召唤按钮、最高层只有下召唤按钮）,并有召唤登记指示灯。层门上方装有LED数码管，以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯.
ZXF

图3—2 电梯层门示意图
3) 轿厢内控制屏
轿厢内控制屏示意图如图3—3所示。其中包括上行、下行显示及LED层楼位置的显示。另外还有1楼－5楼的指令按钮及登记显示和有司机／无司机的选择按钮。在有司机工作状态下还有指令专用开关，即只响应指令信号，不响应召唤信号.此外，还有消防按钮，当发生火灾时，立即清除所有指令信号和召唤信号，电梯直达底楼后开门。需要说明的是，本实验装置在无司机状态下,利用定时器控制开门、关门和上下客时间；有司机状态下,则直接由司机控制开门、关门和上下客时间。

1
2
3
4
5
YSJ

AJ

图3—3 轿厢内控制屏示意图
4。2 PLC单台电梯控制系统功能介绍
1. PLC电梯控制系统三种工作方式介绍
电梯主要有三种工作方式——有司机方式、无司机方式、消防方式。
1) 有司机方式是指由专职司机操纵电梯运行。具有以下特点：
① 电梯上行／下行启动由司机决定
② 电梯开门、关门时间由司机控制
③ 电梯是否直驶(不再响应外召唤）由司机决定
2) 无司机方式是指由乘客自己操纵电梯，这种电梯具有集选控制功能。具有以下特点：
① 电梯开门／关门／上、下客时间均由定时器定时
② 只要电梯门关闭后自动定向
3) 消防方式是指大楼发生火灾时,电梯运行控制的一种特殊工作方式.具有以下特点：
① 正在运行的电梯控制系统一旦收到消防信号:
a) 处于上行时立即返回底楼停站开门
b) 处于下行时立即直驶底楼停站开门
c) 处于底楼以外停站开门的电梯立即关门返回底楼停站开门
② 电梯返回底楼并在底楼开门后,电梯处于消防工作状态.此时，电梯不再响应外召唤信号，电梯的关门起动运行和准备前往层站由消防员控制操作。当电梯就近到达某层站后，立即清除其它所有指令信号登记，是否继续上行依火势大小决定。
2. PLC单台电梯控制系统的工作流程
控制信号
指令信号
召唤信号
层楼信号
层楼定位
指令登记
召唤登记
自动定向
运行控制（开/关门、上/下行、停站）
运行显示
电动机驱动控制
消防控制
置位
置位
清除
清除
来自轿厢
控制面板
来自井道
行程开关
来自轿厢
控制面板
来自层面
控制按钮
来自层面
火警开关
显
示
显
示
显
示
图3—4为PLC单台电梯控制系统工作流程图，从图中可知控制一台电梯正常工作，主要需要如下信号：控制信号、层楼信号、指令信号、召唤信号和消防信号。这些信号分别来自轿厢控制面板、井道行程开关、层面控制铵钮和层面火警开关.来自井道行程开关的层楼信号进行层楼定位并参与自动定向,同时显示所在层楼位置。来自轿厢控制面板的指令信号和来自层面控制按钮的召唤信号分别进行指令登记和召唤登记，同时进行信号登记显示。这两种信号也参与自动定向，和层楼信号一同对电梯进行运行控制，包括开／关门、上／下行和停站。当来自层面的火警开关发出消防控制信号时，立即消除指令登记和召唤登记，直接控制电梯下行至底楼并开门。此外，当有来自轿厢控制面板发出控制信号，如：有司机直驶状态，则略过召唤信号，直接响应指令信号。运行控制电梯的同时进行运行显示和驱动电动机正转或反转，即电梯上行或下行。

图3—4 PLC单台电梯控制系统工作流程图

4。3 PLC控制单台电梯方案
PLC电梯控制系统的控制核心是PLC。哪些信号需要输入PLC,PLC需要输出哪些信号，以及采用何种编程方式都需要仔细推敲。输入输出点的确定是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序及硬件线路的方案。
1. PLC I/O地址分配
根据电梯操作的工艺过程及对控制系统的要求，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的输入点和输出点进行I/O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。
1) PLC输入信号的确定
先考察电梯轿厢内的操作。操作面板上应有各层的选层指令按钮,5层共有5个。有司机时，应有司机直驶专用开关和上行、下行按钮需3点输入。
各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮，其它各层均设上下两个召唤按钮，5层共需8个输入按钮。
5层电梯需5个行程开关来控制是否到了某一层，因此需5点输入.
其它输入有消防、有司机/无司机方式选择等开关或触点。
经以上分析，可知共需23点开关量输入端口。
表3-1 输入地址分配表
输入信号名称
PLC输入地址
含义
AYS
X000
向上行驶按钮
AYX
X001
向下行驶按钮
JSJ
X002
有/无司机选择开关
1YC
X003
一楼行程开关
2YC
X004
二楼行程开关
3YC
X005
三楼行程开关
4YC