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2014/3/27Thursday1哈尔滨理工大学周美兰周封王岳宇第二节五层楼电梯PLC控制与监控组态设计一、电梯的基本功能在进行上位机程序以及下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定电梯本身所具有的功能和电梯在乘客进行某种操作后应具有的状态。1．电梯内部部件功能简介在电梯内部，应该有五个楼层（1-5层）按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器、上升和下行显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应该有能让乘客按下的代表其要去目的地的楼层按钮，称为内呼叫按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动打开，经过一定的延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也应有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还应配有指示灯，用来显示电梯现在所处的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。2．电梯的外部部件功能简介电梯的外部共分五层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯，以及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持为亮，它和上升指示灯、下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。五层楼电梯中，一层只有上呼叫按钮，五层只有下呼叫按钮，其余三层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器应相同。3．电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析1）电梯的初始状态：设电梯位于一层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态：a.各层呼叫灯均不亮；b.电梯内部及外部各楼层显示器显示均为“1”；c.电梯内部及外部各层电梯门均关。2）电梯在运行过程中：a.按下某层呼叫按钮（1-5层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫；b.电梯上行或下行直至该层；c.各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变；d.运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开；e.在电梯运行过程中，支持其它呼叫。3)电梯运行后状态：在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。a.电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，支持手动开门或关门；b.各楼层显示值为该层所在位置，且上行与下行指示灯均灭。二、实际运行中的情况分析1.分类分析1)电梯上行分析：若电梯在上行过程中，某楼层有呼叫产生时，可分以下两种情况：a.若呼叫层处于电梯当前运行层之上目标运行层之下,则电梯应在完成前一指令之前先上行至该层,完成该层呼叫后再由近至远的完成其它各个呼叫动作；b.呼叫层处于电梯当前运行层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。2）电梯下行分析：若电梯在下行过程中，楼层有呼叫产生时，分以下两种情况：a.若呼叫层处于电梯当前运行层之下目标运行层之上，则电梯应在完成前一指令之前先下行至该层，完成该层呼叫后再由近至远地完成其它各个呼叫动作；b.若呼叫层处于电梯运行层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。2.总结规律由以上各种分析可以看出，电梯在接受指令后，总是由近至远地完成各个呼叫任务。电梯机制只要依此原则进行设计动作，就不会在运行时出现电梯上下乱跑的情况了。五层楼电梯控制组态仿真界面左半部分是电梯的内视图，其中包括一个楼层显示灯、开门按钮、关门按钮、一层到五层的呼叫按钮以及电梯的上升和下降状态指示灯等。两扇电梯门打开后可以看到楼道的景象。右半部分是五层楼宇电梯的外视图，表示五层楼宇和一个电梯的轿箱。在电梯的外视图中，一层有一个上呼叫按钮五层有一个下呼叫按钮，二、三和四层有上、下呼叫按钮各一个，每个呼叫按钮内都有一个相应的指示灯，用来表示该呼叫是否得到响应。轿箱的电梯门和每层的电梯门都可以打开。3．仿真电梯的控制要求1）接受每个呼叫按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并作出相应的响应。2）电梯停在某一层（例如3层）时，此时按动该层（3层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿箱不在该层（在1、2、4、5层），则等到电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。3）电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。例如现在电梯的位置在一层和二层之间上行，此时出现了一层上呼叫、二层下呼叫和三层上呼叫，则电梯首先响应三层上呼叫，然后再依次响应二层下呼叫和一层上呼叫。4）电梯在每一层都有一个行程开关，当电梯碰到某层的行程开关时，表示电梯已经到达该层。5）当按动某个呼叫按钮后，相应的呼叫指示灯亮并保持，直到电梯响应该呼叫为止。6）当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内部的关门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。7）当电梯运行到某层后，相应的楼层指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。三、设计部分首先，应该做上位机与下位机之间的任务分工：上位机主要用来完成仿真界面的制作及动画连接工作。下位机则主要用来完成PLC程序的编写。其实，上位机与下位机的设计工作是密切配合的。它们无论在通讯中使用的变量，还是在进行界面仿真时控制的对象都应该是一致的。总体上讲，仿真界面是被控对象，PLC是存储运行程序的装置，而控制指令则由仿真界面中的仿真控制器件发出。另一方面，仿真界面中仿真电梯的运动，门的运动等，都是由力控组态软件所提供的命令语言来完成的。1．PLC程序中I/O点的定义在编程过程中，所用到的I/O地址分配如下表所示。编程过程可分为电梯内部和电梯外部两部分进行。说明对应PLC地址说明对应PLC地址外部一层上呼叫按钮R101外部一层上呼叫灯Y1外部二层上呼叫按钮R102外部二层上呼叫灯Y2外部二层下呼叫按钮R103外部二层下呼叫灯Y3外部三层上呼叫按钮R104外部三层上呼叫灯Y4外部三层下呼叫按钮R105外部三层下呼叫灯Y5外部四层上呼叫按钮R106外部四层上呼叫灯Y6外部四层下呼叫按钮R107外部四层下呼叫灯Y7外部五层下呼叫按钮R108外部五层下呼叫灯Y8一层行程开关R109一层位灯Y9二层行程开关R10A二层位灯YA三层行程开关R10B三层位灯YB四层行程开关R10C四层位灯YC五层行程开关R10D五层位灯YDI/O分配表内部一层呼叫按钮R10E电梯上升YE内部二层呼叫按钮R10F电梯下降YF内部三层呼叫按钮R110上升指示灯Y10内部四层呼叫按钮R111下降指示灯Y11内部五层呼叫按钮R112电梯开门Y12开门呼叫按钮R113电梯关门Y13关门呼叫按钮R114开门行程开关R115关门行程开关R116内部一层呼叫灯RE内部二层呼叫灯RF内部三层呼叫灯R10内部四层呼叫灯R11内部五层呼叫灯R12（续上表）2.电梯内部的PLC编程1）五层楼的内呼叫灯PLC程序电梯内部的五个呼叫按钮，指定的是电梯的运行目标。因此在电梯未达到指定目标时，该层呼叫灯应一直有显示（为绿），因此输出时就应该使用保持继电器。另外，当电梯达到指定楼层时，呼叫灯应该灭掉，即保持继电器断开。先以一层内呼叫灯为例，所得的程序如下图所示。五层楼内呼叫灯的PLC梯形图程序如下图:2）电梯内的楼层显示器楼层显示器是以电梯是否碰到行程开关来决定的。显示器同样有保持特性。另外要替换某一显示器的值，需要电梯接触到其上层或下层的行程开关。综合以上因素可得程序如下图所示（以第二层显示器为例）。3）电梯内的电梯升降显示器升降显示器的状态共三种：显示上升、显示下降、或都不显示。另外，无论上升还是下降，都与电梯的呼叫有密切关系。上升包括了从第一层到第五层的上升运动，下降也同样如此。因此程序应从最基本、简单的过程入手。现以电梯从第四层到第五层的上升为例。若五层有呼叫，包括两种情况：电梯内呼叫、电梯外呼叫。若电梯由第四层上行至第五层，此时Y10亮,Y11灭,下降触点YF断开，上升触点YE闭合。并列的条件还有四层外部上呼叫闭合、五层下呼叫闭合、五层呼叫按钮的闭合，这些条件同样使得四层显示器改变，因此在编程时都要考虑。四层升至五层的升降显示器PLC程序如下图：由三层升至五层的升降显示器PLC程序如下图：由上面的分析可以看出，整个电梯上升显示程序即是对各层的上升程序取程序块并联逻辑操作。电梯下降指示灯的程序编写方法与上升指示灯的编写方法是一样的。3.电梯到达楼层后的停止由于在电梯外部有上升呼叫和下降呼叫，所以当呼叫方向与电梯运行方向相同时，电梯才能停止。下面以向下呼叫停止R201为例说明。而上升呼叫停止R200的编程思路与下降呼叫停止R201相似。电梯到达呼叫楼层后停止的PLC程序如下图所示。当电梯一直显示向下运行，即Y11接通时，只有当每层楼的向下呼叫即Y3、Y5、Y7和该层的行程开关接通时，电梯到达各层后R201才接通，否则并不接通。另外，如果电梯一直停在某一层，不显示上升与下降，该层的上呼叫接通时R201也接通。4.电梯的开、关门程序以电梯的开门Y12程序为例说明。首先，只有当电梯既不上升也不下降时才能进行开门，即Y12才能输出。无论电梯的上升停止或下降停止，只要R200或R201有一个输出，电梯经过延时后都会自动开门。如果电梯停在某一层，按下该层的外部呼叫也会输出R200或R201，电梯门也会打开。当开门Y12输出时，关门Y13断开。如果关门Y13接通时，Y12也应立即断开。电梯开门的PLC梯形图程序如下图：5．电梯外部操作与显示的PLC程序1）外部呼叫电梯外部呼叫与内部呼叫是类似的。一个呼叫灯的接通对应于相应的外部呼叫接通，其关闭条件为相应行程开关闭合，相应升降指示灯闭合。另外，外部呼叫同样有保持特性，故也应使用保持继电器作为输出。需要指出的是第一、第五层的呼叫是单向的，故其关闭条件也相应变为行程开关闭合“AND”电梯升降断开。a.2层—4层以2层为例：b.1层、5层以1层为例：1层电梯外部呼叫梯形图2层电梯外部上呼叫梯形图下呼叫与上呼叫类似，不同之处在于关闭条件中的Y10（上升指示）应换为Y11（下降指示）。2）楼层的电梯位置指示灯外部楼层的电梯位置指示灯与电梯内的位置指示灯相同。3）电梯的上升与下降设电梯从一层到五层上升。由于电梯在第一层，此时构成电梯上升的因素包括：二层上/下呼叫、三层上/下呼叫、四层上/下呼叫、五层下呼叫、内二层呼叫灯、内三层呼叫灯、内四层呼叫灯、内五层呼叫灯，这11种条件对于电梯的上升是一种逻辑“OR”的关系，而这些条件的产生的前提条件则是电梯此时在一层，即一层位灯Y9有输出。可见，Y9与前11个“OR”逻辑是“AND”的关系。电梯从一层到五层上升的梯形图如下图：电梯由二层上升到五层、三层上升到五层、四层上升到五层的编程思路与一层上升到五层相似，不同之处为上升条件同某层位灯逻辑“AND”运算之后还应排除电梯下降指示的情况，这里将电梯下降指示Y11的常闭触点与之串联。另外由于电梯上升，电梯门应关门，电梯下降线圈YF应断电，这又是和以上程序块取逻辑“AND”与的过程。电梯下降程序的编写方法与上升程序的编写方法相似。需要指出的是：电梯上升与下降都是建立在开门和关门继电器线圈不接通的情况下。因此，在电梯上升与下降的过程中要将这两个因素考虑在内。四、五层楼电梯PLC控制参考程序五层楼电梯仿真系统的PLC控制参考程序如教材图7-32所示。由于篇幅的限制，有关五层楼电梯仿真系统界面的制作、脚本程序的编写、仿真系统的运行过程以及系统编程时易出现的问题和解决办法在这儿就不详细地叙述了。读者可把本书配套光盘中的应用程序“五层楼电梯”装载到自己的计算机中运行，通过实际操作了解电梯的基本功能，仔细分析该仿真系统的设计过程，从中学习利用监控组态软件进行PLC系统设计的方法和技巧。完