使用PLC控制四層電梯系統(tǒng)(中英對(duì)照翻譯)

1、標(biāo)題：Control of a four-level elevator system usinga programmable logiccontroller摘自:<International Journal of Electrical Engineering Education> Volume 39 Issue 2 (April 2002)Editor: Ms Julie JohnsonISSN: 0020-7209paper 110-117原文：譯文：使用可編程邏輯控制器控制四層電梯系統(tǒng)L. Cheded1與Ma'an Al-Mulla21系統(tǒng)工程部門，KFUPM，沙特阿

2、拉伯2沙特阿美公司，達(dá)蘭，沙特阿拉伯電子郵件: .sa；maanmm摘要:本項(xiàng)目關(guān)于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于PLC控制器的四層電梯。使用是歐姆龍Sysmac型號(hào)C20K的12輸入和8輸出的PLC。本設(shè)計(jì)包括了一個(gè)把所有請(qǐng)求置于一個(gè)節(jié)能方式而非按隊(duì)列先后次序和滿額即止的智能控制器，和對(duì)如何擴(kuò)展超過四層的電梯系統(tǒng)控制問題提出了建議。關(guān)鍵詞:電梯控制；智能化控制；歐姆龍Sysmac；可編程邏輯控制器；狀態(tài)圖現(xiàn)今，包括電梯系統(tǒng)1,2在內(nèi)的許多工程系統(tǒng)都由可編程邏輯控制器(PLC) 控制，這都依賴于PLC的較高的可靠性和效率，在本文中，對(duì)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)由小型可編程邏輯控制器(PLC)控制

3、的四層電梯系統(tǒng)的問題進(jìn)行了探討。PLC可以被看作是一種專用計(jì)算機(jī)，類似于其他任何已知具有中央處理器單元(CPU)3,4基本結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，這是因?yàn)槠渚哂杏洃浌δ芎痛罅康妮斎牒洼敵龆俗?。用于PLC的編程軟件是基于一種被稱為梯形圖的特殊語言，梯形圖是一種很容易的編程語言，因?yàn)樗诓紶栠壿嫻δ?，這使得任何系統(tǒng)的修改任務(wù)變得更輕松、更有效率。當(dāng)PLC被選擇來控制程序時(shí)，其體積是需要考慮的因素之一，plc具有對(duì)應(yīng)不同功能的各種型號(hào)，從小型的有限輸入和輸出端口，用于控制小程序的控制器，到龐大的能提供更多的輸入和輸出端口，用來控制大得多的程序和操作過程的控制器，需要根據(jù)控制中所能識(shí)別的輸入和輸出端口的數(shù)量要

4、求來確定合適的PLC。PLC相對(duì)其他控制系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。它有著靈活性、成本低、運(yùn)行速度快、可靠、易編程、安全，和容易更改和糾正錯(cuò)誤，采用PLC控制電梯系統(tǒng)是其中的一個(gè)應(yīng)用。在KFUPM的系統(tǒng)工程部門，使用歐姆龍12輸入8輸出的PLC控制的一個(gè)高級(jí)項(xiàng)目被模擬仿真成功。本文顯示了基于PLC控制器包括硬件和軟件設(shè)計(jì)的成功運(yùn)行。 設(shè)計(jì)目標(biāo)由于歐姆龍可編程序控制器的輸入數(shù)量有限，設(shè)計(jì)限于四個(gè)層次是可行的，在后面會(huì)就如何擴(kuò)充超過四層電梯的系統(tǒng)提供一些建議，此外，設(shè)計(jì)并不是建立在一個(gè)按隊(duì)列先后次序和滿額即止的工作方式，因?yàn)檫@種方法不具有現(xiàn)實(shí)意義。為了能在實(shí)際能耗和反應(yīng)速度之間達(dá)到妥協(xié)，我們決定把所有的請(qǐng)求

5、朝一個(gè)方向(上升或下降),然后使它們按順序來處理，即實(shí)現(xiàn)以下方式:如果電梯往上走，所有的“向上”的請(qǐng)求會(huì)比“向下”的請(qǐng)求具有更高的優(yōu)先級(jí)，直到電梯往上到達(dá)最后目的，然后電梯再下來，此時(shí)則優(yōu)先處理“向下”的請(qǐng)求。在“軟件設(shè)計(jì)”章節(jié)會(huì)給予更詳細(xì)的信息。 硬件設(shè)計(jì) 3硬件設(shè)計(jì)的目的是構(gòu)建PLC、電梯系統(tǒng)與電梯控制面板之間的接口電路，包括內(nèi)部和外部的要求。這些要求通過當(dāng)PLC啟動(dòng)后，按鈕產(chǎn)生連續(xù)的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)按鈕被連接到LED燈來識(shí)別被請(qǐng)求的地點(diǎn)。然后，用四個(gè)LED燈來代表四層樓，一層樓一個(gè)LED。另外，安裝一個(gè)時(shí)鐘報(bào)警信號(hào)開關(guān)，當(dāng)其被激活時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。此設(shè)備還模擬了為了某種安全因素或是需求

6、執(zhí)行維護(hù)使電梯立刻停止的情況。 為了獲得理想的設(shè)置效果，我們需要找到一種方式來獲得按鈕產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，也需確保PLC能識(shí)別這些信號(hào),以便它能正確完成要求的操作，如下面所解釋的，這兩個(gè)問題利用分別設(shè)置/重置觸發(fā)器和繼電器得到了解決。該系統(tǒng)框圖的布局如圖1所示，包括PLC界面和電梯系統(tǒng)的控制面板界面。接口電路描述使用的硬件部件如下面列出的項(xiàng)目:歐姆龍Sysmac C20K PLC74LS04，74LS156，74LS279，分別為反相器、SR觸發(fā)器和緩沖器供電電壓按鈕、led、電阻、繼電器、開關(guān)、及連接的電線因輸入輸出個(gè)數(shù)的需求，分別為12個(gè)和8個(gè)，使用提供最大匹配輸入輸出的PLC，不需要到多路技

7、術(shù)或多路解編操作，因此所有的輸入輸出課直接控制PLC使用。如圖2所示，按鈕連接SR觸發(fā)器， PLC需要處理按鈕發(fā)出所表明地點(diǎn)的連續(xù)脈沖信號(hào)。觸發(fā)器一直保持信號(hào)直到其被重置，觸發(fā)器重置是在第1層和第4層的位置，所以，當(dāng)電梯到達(dá)這兩層中的一個(gè)時(shí)就會(huì)有一個(gè)請(qǐng)求輸出來重置信號(hào)。然而第2層和第3層是用軟件重置，因?yàn)榈?層和第3層是中間層的原因。所以，當(dāng)電梯上下行時(shí)，要么就掠過該層到達(dá)正確的層數(shù)，要么就當(dāng)在該層為它提供正確指示時(shí)其為該層服務(wù)，在這種情況下，它之后還會(huì)重置與該層相關(guān)的請(qǐng)求?？刂泼姘宓拿枋?2輸入和8輸出在該項(xiàng)目的用途在下面表1所示。如圖3所示,電梯系統(tǒng)包括三個(gè)部分:內(nèi)部的請(qǐng)求、外部的請(qǐng)求和電

8、梯的位置。內(nèi)部的請(qǐng)求為在乘坐電梯時(shí),由四個(gè)按鈕(1-4)和一扇門打開(做)按鈕，由于數(shù)量有限的可用輸入，關(guān)門按鈕不包括在設(shè)計(jì)中。外部的請(qǐng)求為六個(gè)按鈕位于電梯外部，其分布根據(jù)于相應(yīng)的層和位置。電梯的位置由4個(gè)LED顯示，每一個(gè)LED都由PLC根據(jù)電梯位置及時(shí)的控制。軟件設(shè)計(jì)電梯系統(tǒng)可能運(yùn)行在兩個(gè)不同的控制模式：非智能控制和智能控制。為了實(shí)現(xiàn)完整的設(shè)計(jì)方案，電梯系統(tǒng)所有可能的轉(zhuǎn)換以及階段都被認(rèn)為是一個(gè)如所描述的完整流程。控制方式這這兩種不同的控制模式：非智能控制和智能控制，非智能控制不是很流行，因?yàn)樗遣粚?shí)際的，它通常是用于運(yùn)輸材料和建筑物里的設(shè)備,在那里所有的層都要連續(xù)和順序訪問。因此，下面討論

9、的只有智能模式的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。智能控制智能控制是基于把所有的請(qǐng)求和命令置于一個(gè)智能模式，就如前面所說的能在實(shí)際能耗和反應(yīng)速度之間達(dá)到妥協(xié)，狀態(tài)圖圖4包括了所有可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換。在圖4中，定義如下：狀態(tài)轉(zhuǎn)變Tij從第i層到第j層，i、j=1-4，ij，撇號(hào)（）表示“邏輯互補(bǔ)運(yùn)算”操作。如四個(gè)狀態(tài)，分別代表狀態(tài)Tii，i=1-4，它們也定義在圖4所示，每個(gè)狀態(tài)都簡(jiǎn)單的表示為（a）當(dāng)電梯在該層表示的狀態(tài)，在該層的LED會(huì)ON。（b）電梯門打開，如DO為ON，或是時(shí)鐘報(bào)警（AL）為ON，注意的是運(yùn)行后兩種情況下，如果這兩個(gè)條件為真則會(huì)阻止電梯離開該層。狀態(tài)轉(zhuǎn)換從第1層到第2、3和4層 5(狀態(tài)1)狀態(tài)從第

10、2層到第1、3和4層（狀態(tài)2）狀態(tài)從第3層到第1、2和4層（狀態(tài)3）狀態(tài)從第4層到第1、2和3層（狀態(tài)4）要注意在沒有任何請(qǐng)求的階段，設(shè)計(jì)的智能控制不允許電梯在四層樓之間循環(huán)的運(yùn)行，這種重復(fù)的循環(huán)就像之前表述的“非智能控制”。電梯在智能控制操作下的描述電梯起始于第1層，它打開門5秒鐘，然后檢查向上的命令要求，從一層樓到另一層樓的動(dòng)作用定時(shí)器表示，在兩層樓間的轉(zhuǎn)變時(shí)間為8秒，當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求開始服務(wù)時(shí)，門打開5秒讓乘客進(jìn)入，然后持續(xù)到下一個(gè)請(qǐng)求開始服務(wù)。當(dāng)電梯進(jìn)過一層樓時(shí)，其指示燈會(huì)閃爍1秒鐘來指示電梯在往目的地的途中所進(jìn)過的位置，請(qǐng)求的方向（向上或向下）與當(dāng)前電梯運(yùn)行方向一致，在電梯（到達(dá)頂端）改變

11、為相反方向之前一直運(yùn)行，無論哪一個(gè)先施行，系統(tǒng)會(huì)采用相同的方式繼續(xù)執(zhí)行剩下的服務(wù)。任何時(shí)候電梯無請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，電梯會(huì)停留再其最后所在的層數(shù)，打開門5秒鐘后開門等待請(qǐng)求。然而要用編程來使門口在兩層樓之間不打開，當(dāng)報(bào)警時(shí)鐘信號(hào)開始閃爍，電梯會(huì)停止在下一個(gè)最接近的樓層地點(diǎn)，把門口打開并凍結(jié)所有請(qǐng)求命令直到報(bào)警時(shí)鐘重新關(guān)閉。一個(gè)用智能控制系統(tǒng)的電梯例子說明如下解釋：假定有下列請(qǐng)求：有2D，3U，4D要執(zhí)行，電梯當(dāng)前在第1層，PLC將執(zhí)行以下順序：第一，所有向上的命令被服務(wù)，在這種情況下只有3U被執(zhí)行；接下來電梯達(dá)到第4層執(zhí)行4D，最后服務(wù)執(zhí)行剩下的向下請(qǐng)求，此時(shí)情況只有2D。智能模式中完整的梯形圖和程序

12、可以在文獻(xiàn)5中發(fā)現(xiàn)。把當(dāng)前系統(tǒng)擴(kuò)大超過4層電梯系統(tǒng)的建議在這個(gè)項(xiàng)目中電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)限制于4層，這個(gè)限制僅僅是由于所使用的PLC的有限輸入和輸出端口，然而，對(duì)于延長(zhǎng)超過四層的系統(tǒng)提出了相關(guān)建議如下： 建議1使用一個(gè)功能更加強(qiáng)大的PLC，PLC有著不同功能的不同型號(hào)，當(dāng)增加電梯系統(tǒng)的層數(shù)，設(shè)計(jì)人員選擇能夠識(shí)別更多輸入和輸出端口數(shù)量的合適PLC。建議2使用兩個(gè)歐姆龍PLC一起工作，一個(gè)可以致力于下方4層的控制而另一個(gè)上面3層。從下面4層切換到上面3層或反過來切換的信息，可以從一個(gè)PLC通過信息線C12和C21傳輸?shù)搅硪粋€(gè)PLC，如圖5所示。PLC1從上面3層（F5-F7）發(fā)送的信息將通過C12

13、傳送到PLC2，一旦與下面四層（F1-F4）關(guān)聯(lián)的請(qǐng)求被執(zhí)行，相同功能的傳送靠C21來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，不是只有12輸入8輸出而是22輸入和14輸出被需求，如圖5所示。建議3使用一種更精細(xì)的輸入/輸出接口板連一個(gè)單一的歐姆龍PLC值得研究，應(yīng)該牢記，在這種情況下，總體系統(tǒng)的成本要低于先前兩個(gè)建議。結(jié)論在本文中，討論了使用一個(gè)小型教育型PLC成功設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)智能控制的四層電梯系統(tǒng)。這個(gè)設(shè)計(jì)包括了一個(gè)簡(jiǎn)單的針對(duì)在實(shí)際能耗和反應(yīng)速度之間達(dá)到妥協(xié)而不需要額外電路的方案。也給出了一些怎樣擴(kuò)展數(shù)量較大的樓層的方案的建議。最后，希望這個(gè)工作已經(jīng)表明，盡管小型教育型PLC有限的控制能力，當(dāng)完全利用時(shí)，的

14、確可以解決工業(yè)控制中小量工作的一種低成本的方法。參考文獻(xiàn)1 G. C. Barney and S. M. Dos Santos, Lift Traffic Analysis: Design and Control (Peter Peregrinus,1977).2 G. R. Srtakosh, Vertical Transportation: Elevators and Escalators (JohnWiley, New York, 1967).3 I. Warnock, Programmable Controllers (Prentice Hall, Englewood Cliffs,1988).4 J. W. Webb, Programmable Logic Cont