交流雙速集選PLC控制系統(tǒng)的電梯的設(shè)計(jì)

PAGE50PAGE490前言進(jìn)入九十年代，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，使電控制技術(shù)也有很大的提高?，F(xiàn)代化的高層建筑離不開電梯，在國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和多功能現(xiàn)代化的建筑群不斷涌現(xiàn)過程中，電梯使用的數(shù)量正在迅速增加。電梯是一種垂直起重運(yùn)輸設(shè)備，又是比較復(fù)雜的機(jī)電一體化的大型工業(yè)產(chǎn)品，它既有完善的機(jī)械專用構(gòu)造，又有復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)，所以電梯控制技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，其應(yīng)用越來越廣。而電梯作為現(xiàn)代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關(guān)。在人們對(duì)電梯的安全性、可靠性的要求越來越高的情況下，繼電器控制的弱點(diǎn)就越來越明顯?？删幊绦蚩刂破?PLC)是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替[1]。PLC是一種用于自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī)。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修方便、編程簡單、靈活性強(qiáng)等特式點(diǎn)。同時(shí)，由于電機(jī)交流雙速調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流雙速調(diào)速。因此，PLC控制技術(shù)加交流雙速調(diào)速已成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。本文在已有的通用交流雙速電梯的基礎(chǔ)上，采用PLC對(duì)電梯進(jìn)行集選控制，通過合理的選擇和設(shè)計(jì)，提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運(yùn)行的可靠性、速度、舒適、豪華等方面的要求，使電梯達(dá)到了較為理想的控制效果[2]。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括電梯的拖動(dòng)和控制技術(shù)，電梯控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)等部分。1電梯的發(fā)展及其基本組成1.1電梯的歷史發(fā)展電梯進(jìn)入人們的生活已經(jīng)150年了。1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會(huì)上，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明。他站在裝滿貨物的升降梯平臺(tái)上，命令助手將平臺(tái)拉升到觀眾都能看得到的高度，然后發(fā)出信號(hào)，令助手用利斧砍斷了升降梯的提拉纜繩。令人驚訝的是，升降梯并沒有墜毀，而是牢牢地固定在半空中——奧的斯先生發(fā)明的升降梯安全裝置發(fā)揮了作用。“一切安全，先生們?！闭驹谏堤萜脚_(tái)上的奧的斯先生向周圍觀看的人們揮手致意。誰也不會(huì)想到，這就是人類歷史上第一部安全升降梯。人類利用升降工具運(yùn)輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔時(shí)就使用了最原始的升降系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的基本原理至今仍無變化：即一個(gè)平衡物下降的同時(shí)，負(fù)載平臺(tái)上升。早期的升降工具基本以人力為動(dòng)力。1203年，在法國海岸邊的一個(gè)修道院里安裝了一臺(tái)以驢子為動(dòng)力的起重機(jī)，這才結(jié)束了用人力運(yùn)送重物的歷史。英國科學(xué)家瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)后，起重機(jī)裝置開始采用蒸汽為動(dòng)力。緊隨其后，威廉·湯姆遜研制出用液壓驅(qū)動(dòng)的升降梯，液壓的介質(zhì)是水。在這些升降梯的基礎(chǔ)上，一代又一代富有創(chuàng)新精神的工程師們?cè)诓粩喔倪M(jìn)升降梯的技術(shù)。然而，一個(gè)關(guān)鍵的安全問題始終沒有得到解決，那就是一旦升降梯拉升纜繩發(fā)生斷裂時(shí)，負(fù)載平臺(tái)就一定會(huì)發(fā)生墜毀事故。奧的斯先生的發(fā)明徹底改寫了人類使用升降工具的歷史。從那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戲”了，升降梯在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。1889年12月，美國奧的斯電梯公司制造出了名副其實(shí)的電梯，它采用直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，通過蝸輪減速器帶動(dòng)卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。1892年，美國奧的斯公司開始采用按鈕操縱裝置，取代傳統(tǒng)的轎廂內(nèi)拉動(dòng)繩索的操縱方式，為操縱方式現(xiàn)代化開了先河。生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進(jìn)步。150年來，電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新——手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號(hào)控制、集選控制、人機(jī)對(duì)話等等，多臺(tái)電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運(yùn)輸能力的優(yōu)勢(shì)；變速式自動(dòng)人行道扶梯的出現(xiàn)大大節(jié)省了行人的時(shí)間；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。如今，以美國奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風(fēng)姿，仍在繼續(xù)進(jìn)行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務(wù)系統(tǒng)。調(diào)頻門控、智能遠(yuǎn)程監(jiān)控、主機(jī)節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復(fù)合鋼帶環(huán)?！豢羁罴{了人類在機(jī)械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域最新科研成果的新型電梯競相問世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點(diǎn)就越來越明顯?？删幊绦蚩刂破?PLC)是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。PLC控制技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。1.2我國電梯的發(fā)展?fàn)顩r我國電梯事業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。中國最早的一部電梯出現(xiàn)在上海，是由美國奧的斯公司于1901年安裝的。1932年由美國奧的斯公司安裝在天津利順德酒店的電梯至今還在安全運(yùn)轉(zhuǎn)著。1951年，黨中央提出要在天安門安裝一臺(tái)由我國自行制造的電梯，天津從慶生電機(jī)廠榮接此任，四個(gè)月后不辱使命，順利地完成了任務(wù)。十一屆三中全會(huì)后，沐浴著改革開放的春風(fēng)，我國電梯業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)期。如今，在我國任何一個(gè)城市，電梯都在被廣泛應(yīng)用著。電梯給人們的生活帶來了便利，也為我國現(xiàn)代化建設(shè)的加速發(fā)展提供了強(qiáng)大的保障。在控制技術(shù)方面，從手柄控制發(fā)展為按鈕信號(hào)控制。集選控制及多臺(tái)電梯機(jī)群管理控制；從繼電器—接觸器的信號(hào)或集選控制到計(jì)算機(jī)（電腦）控制；從調(diào)壓調(diào)速到調(diào)頻速度控制系統(tǒng)。微電腦（或稱微機(jī)）在電梯控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，從而代替了傳統(tǒng)的數(shù)量眾多的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)，微電腦電梯的特點(diǎn)：運(yùn)行可靠、故障率低、耗能少；控制屏（柜）體積小，從而機(jī)房面積可相應(yīng)減??；設(shè)備投資費(fèi)減少；維修方便。調(diào)頻調(diào)壓的交流調(diào)速高速電梯也有了發(fā)展為了適應(yīng)電梯運(yùn)行的性能，再簡化驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的前提下，提高電梯運(yùn)行的性能，推出交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和低轉(zhuǎn)速直流電動(dòng)機(jī)，以便適應(yīng)于電梯的四象限運(yùn)行工作狀態(tài)的需要，因此，提高了電梯的平穩(wěn)性，使乘坐電梯的舒適感更好。在電梯速度方面，目前除了常見貨梯、客梯外，還開發(fā)了雙層轎廂和觀光電梯[2]。在材料和裝飾方面，特別在電梯的機(jī)械部件、控制器、轎廂及其屬件上將使用輕質(zhì)材料，使其在提高性能的同時(shí)，更便于操作，并能減少安裝費(fèi)用和節(jié)約機(jī)房空間。1.3電梯的組成曳引系統(tǒng):曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動(dòng)力，使電梯運(yùn)行。曳引系統(tǒng)主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪，反繩輪組成。導(dǎo)向系統(tǒng):導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。轎廂:轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。門系統(tǒng):門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機(jī)，門鎖裝置組成。重量平衡系統(tǒng):系統(tǒng)的主要功能是相對(duì)平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對(duì)重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動(dòng)正常。系統(tǒng)主要由對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置組成。電力拖動(dòng)系統(tǒng):電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功能是提供動(dòng)力，實(shí)行電梯速度控制。電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電動(dòng)機(jī)，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置等組成。電氣控制系統(tǒng):電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。安全保護(hù)系統(tǒng):保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由限速器，安全鉗，緩沖器，端站保護(hù)裝置組成。1.4電梯的分類根據(jù)建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而設(shè)置不同類型的電梯。目前電梯的基本分類方法大致如下。1）按用途分類乘客電梯，為運(yùn)送乘客設(shè)計(jì)的電梯，要求有完善的安全設(shè)施以及一定的轎內(nèi)裝飾。載貨電梯，主要為運(yùn)送貨物而設(shè)計(jì)，通常有人伴隨的電梯。醫(yī)用電梯，為運(yùn)送病床、擔(dān)架、醫(yī)用車而設(shè)計(jì)的電梯，轎廂具有長而窄的特點(diǎn)。雜物電梯，供圖書館、辦公樓、飯店運(yùn)送圖書、文件、食品等設(shè)計(jì)的電梯。觀光電梯，轎廂壁透明，供乘客觀光用的電梯。車輛電梯，用作裝運(yùn)車輛的電梯。船舶電梯，船舶上使用的電梯。建筑施工電梯，建筑施工與維修用的電梯。其它類型的電梯，除上述常用電梯外，還有些特殊用途的電梯，如冷庫電梯、防爆電梯、礦井電梯、電站電梯、消防員用電梯等。2）按驅(qū)動(dòng)方式分類交流電梯，用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力的電梯。根據(jù)拖動(dòng)方式又可分為交流單速、交流雙速、交流調(diào)壓調(diào)速、交流變壓變頻調(diào)速等。直流電梯，用直流電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力的電梯。這類電梯的額定速度一般在2.00m/s以上。液壓電梯，一般利用電動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)，由柱塞使轎廂升降的電梯。齒輪齒條電梯，將導(dǎo)軌加工成齒條，轎廂裝上與齒條嚙合的齒輪，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)使轎廂升降的電梯。螺桿式電梯，將直頂式電梯的柱塞加工成矩形螺紋，再將帶有推力軸承的大螺母安裝于油缸頂，然后通過電機(jī)經(jīng)減速機(jī)（或皮帶）帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，從而使螺桿頂升轎廂上升或下降的電梯。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯，其動(dòng)力源是直線電機(jī)。電梯問世初期，曾用蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力直接驅(qū)動(dòng)電梯，現(xiàn)已基本絕跡。3）按速度分類電梯無嚴(yán)格的速度分類，我國習(xí)慣上按下述方法分類。低速梯，常指低于1.00m/s速度的電梯。中速梯，常指速度在1.00～2.00m/s的電梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的電梯。超高速梯，速度超過5.00m/s的電梯。隨著電梯技術(shù)的不斷發(fā)展，電梯速度越來越高，區(qū)別高、中、低速電梯的速度限值也在相應(yīng)地提高。4）按電梯有無司機(jī)分類有司機(jī)電梯，電梯的運(yùn)行方式由專職司機(jī)操縱來完成。無司機(jī)電梯，乘客進(jìn)入電梯轎廂，按下操縱盤上所需要去的層樓按鈕，電梯自動(dòng)運(yùn)行到達(dá)目的層樓，這類電梯一般具有集選功能。有/無司機(jī)電梯，這類電梯可變換控制電路，平時(shí)由乘客操縱，如遇客流量大或必要時(shí)改由司機(jī)操縱。5）按操縱控制方式分類手柄開關(guān)操縱，電梯司機(jī)在轎廂內(nèi)控制操縱盤手柄開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電梯的起動(dòng)、上升、下降、平層、停止的運(yùn)行狀態(tài)。按鈕控制電梯：是一種簡單的自動(dòng)控制電梯，具有自動(dòng)平層功能，常見有轎外按鈕控制、轎內(nèi)按鈕控制兩種控制方式。信號(hào)控制電梯，這是一種自動(dòng)控制程度較高的有司機(jī)電梯。除具有自動(dòng)平層，自動(dòng)開門功能外，尚具有轎廂命令登記，層站召喚登記，自動(dòng)停層，順向截停和自動(dòng)換向等功能。集選控制電梯，是一種在信號(hào)控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的全自動(dòng)控制的電梯，與信號(hào)控制的主要區(qū)別在于能實(shí)現(xiàn)無司機(jī)操縱。并聯(lián)控制電梯，2～3臺(tái)電梯的控制線路并聯(lián)起來進(jìn)行邏輯控制，共用層站外召喚按鈕，電梯本身都具有集選功能。群控電梯，是用微機(jī)控制和統(tǒng)一調(diào)度多臺(tái)集中并列的電梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式[3]。1.5電梯的未來發(fā)展趨勢(shì)從環(huán)境污染的角度講，“綠色”新概念將成為21世紀(jì)的主流色調(diào)，一個(gè)全球性的綠色市場為企業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的空間，21世紀(jì)誰先推出綠色產(chǎn)品，搶占綠色營銷市場，誰就能撐握了競爭的主動(dòng)權(quán)。

電梯能耗大約占大樓總能耗的3%～7%，它與大樓功能，樓層的高度，面積以及客流量有關(guān)。減少電梯能耗的措施是多方面的。主要包括：原材料的充分利用和再利用；選擇高效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電梯數(shù)量和電梯參數(shù)的優(yōu)化配置；減小電梯機(jī)械系統(tǒng)的慣性和磨擦阻力；合理運(yùn)用對(duì)重和平衡重；出入口的布置，客流量和運(yùn)貨的規(guī)劃，選用節(jié)能照明，這些都需要在電梯設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先優(yōu)化選擇和確定。

在停站較少的群梯布置中，一個(gè)主機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)轎廂分別上下運(yùn)行是一種節(jié)能的方案。而減少能耗的另一途徑是電梯運(yùn)行過程的能耗控制。利用電梯空載上行、滿載下行時(shí)電機(jī)處以發(fā)電狀態(tài)的特性，將再生能量反饋給電網(wǎng)，這種節(jié)能措施在高速梯上效果顯著。還有一種節(jié)能方案將在軟件控制中得以實(shí)現(xiàn)。如建立實(shí)時(shí)控制的交通模式，盡量以較少的運(yùn)行次數(shù)來運(yùn)載較多的乘客，使電梯的停站次數(shù)減至最少。電梯召喚與轎廂指令合一的樓層入口乘客登記方案是電梯控制方式的一項(xiàng)革命性技術(shù)，使原來層站上乘客未知的目的層變得一目了然，從而使控制系統(tǒng)的派梯效率達(dá)到最高。減少運(yùn)行過程能耗的另一措施是將電梯運(yùn)行中的加減速度模式設(shè)置成變參數(shù)，即電梯控制系統(tǒng)中運(yùn)行的速度、加速度以及加速度變化率曲線隨機(jī)運(yùn)行距離變化，也隨轎廂負(fù)載變化。通過仿真軟件模擬，確定出不同樓層之間的最佳運(yùn)行曲線。

利用電梯機(jī)房在樓頂?shù)膬?yōu)勢(shì)，充分利用太陽能作為電梯的補(bǔ)充能源也將是新的研究課題。

除了應(yīng)使電梯用油污染（液壓油、傳動(dòng)油、潤滑油等）減至最少外，另一個(gè)問題是電梯的電磁兼容性研究。由于電梯是唯一在大樓里頻繁啟動(dòng)的大容量電器，它是電磁干擾的元兇。電梯的電器和電子裝置產(chǎn)生的電磁輻射將影響大樓的辦公設(shè)備，如無線電、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、無繩電話等。另外電梯也不應(yīng)被環(huán)境中的電磁輻射所影響。特別是電梯的安全電路應(yīng)有可靠的隔離措施。目前歐共體已制定了電磁抗擾性CE標(biāo)準(zhǔn)，如在無線環(huán)境中，頻率范圍在30MHZ～230MHZ之間，允許的輻射水平是30dB，路程30m；在3～10ｍ范圍內(nèi)是40dB。而在有線傳輸環(huán)境中，其輻射水平與頻率和電流有關(guān)。如電流不大于25A，頻率范圍為0.15MHZ～0.50MHZ之間,允許的最大輻射水平是79dB。

相信，隨著電梯技術(shù)的發(fā)展，高速高效，智能化，綠色化的電梯一定能為人類提供更好的服務(wù)，無齒輪，無機(jī)房電磁兼容性，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)將是電梯工業(yè)今后幾年的主要研究方向[4]。

2電梯的基本結(jié)構(gòu)和工作方式2.1電梯的基本結(jié)構(gòu)2.1.1空間考慮從空間考慮電梯一般劃分為4個(gè)部分。1）機(jī)房部分，包括電源開關(guān)、曳引機(jī)、控制柜（屏）、選層器、導(dǎo)向輪、減速器、限速器、極限開關(guān)、制動(dòng)抱閘裝置、機(jī)座等。2）井道部分，包括導(dǎo)軌、導(dǎo)軌支架、對(duì)重裝置、緩沖器、限速器張緊裝置、補(bǔ)償鏈、隨行電纜、底坑及井道照明等。3）層站部分，包括層門（廳門）、呼梯裝置（召喚盒）、門鎖裝置、層站開關(guān)門裝置、層樓顯示裝置等。4）轎廂部分，包括轎廂、轎廂門、安全嵌裝置、平層裝置、安全窗、導(dǎo)靴、開門機(jī)、轎內(nèi)操縱箱、指層燈、通信及報(bào)警裝置等。電梯的基本結(jié)構(gòu)見圖2-1。Fig.2-1thebasicstructureofthelift1-減速箱；2-曳引輪；3-曳引機(jī)底座；4-導(dǎo)向輪；5-限速器；6-機(jī)座；7-導(dǎo)軌支架；8-曳引鋼絲繩；9-開關(guān)碰鐵；10-緊急終端開關(guān)；11-導(dǎo)靴；12-轎架；13-轎門；14-安全鉗；15-導(dǎo)軌；16-繩頭組合；17-對(duì)重；18-補(bǔ)償鏈；19-補(bǔ)償鏈導(dǎo)輪；20-張緊裝置；21-緩沖器；22-底坑；23-層門；24-呼梯盒；25-層樓指示燈；26-隨行電纜；27-轎壁；28-轎內(nèi)操縱箱；29-開門機(jī)；30-井道傳感器；31-電源開關(guān)；32-控制柜；33-曳引電機(jī)；34-制動(dòng)器2.1.2系統(tǒng)考慮1）電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電動(dòng)機(jī)、速度反饋裝置、電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制和拖動(dòng)電源的等部分組成。其中曳引電動(dòng)機(jī)為電梯的運(yùn)行提供動(dòng)力；速度反饋裝置是為電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)提供電梯運(yùn)行速度實(shí)測信號(hào)的裝置；電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)是根據(jù)電梯啟動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)平層等要求，對(duì)曳引電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的電路系統(tǒng)；拖動(dòng)電源系統(tǒng)為電動(dòng)機(jī)提供所需的電源。2）電氣控制系統(tǒng)有控制裝置、操縱裝置、平層裝置和位置顯示裝置等部分組成。其中?？刂蒲b置根據(jù)電梯的運(yùn)行邏輯功能要求，控制電梯的運(yùn)行，設(shè)置在機(jī)房中的控制柜（屏）上；操縱裝置是指轎廂內(nèi)的按鈕箱和廳門門口的召喚按鈕，用來操縱電梯的運(yùn)行；平層裝置是發(fā)出平層控制信號(hào)，使電梯轎廂準(zhǔn)確平層的控制裝置；位置顯示裝置，指用來顯示電梯轎廂所在樓層位置的轎內(nèi)和廳門指層燈，廳門指層燈還用箭頭顯示電梯運(yùn)行方向。3）電梯安全保護(hù)系統(tǒng)電梯的安全性除了在結(jié)構(gòu)的合理性、可靠性，電氣控制和拖動(dòng)的可靠性方面充分考慮外，還針對(duì)各種可能發(fā)生的危險(xiǎn)，設(shè)置專門的安全裝置。

a.防超越行程的保護(hù)

為防止電梯由于控制方面的故障，轎廂超越頂層或底層端站繼續(xù)運(yùn)行，必須設(shè)置保護(hù)裝置以防止發(fā)生嚴(yán)重的后果和結(jié)構(gòu)損壞。

防止越層的保護(hù)裝置一般是由設(shè)在井道內(nèi)上下端站附近的強(qiáng)迫換速開關(guān)、限位開關(guān)和極限開關(guān)組成。防止越層的保護(hù)裝置只能防止在運(yùn)行中控制故障造成的越程，若是由于曳引繩打滑、制動(dòng)器失效或制動(dòng)力不足造成轎廂越程，該保護(hù)裝置無能為力。

b.防電梯超速和斷繩的保護(hù)

電梯由于控制失靈、曳引力不足、制動(dòng)器失靈或制動(dòng)力不足以及超載拖動(dòng)繩斷裂等原因都會(huì)造成轎廂超速和墜落，因此，必須有可靠的保護(hù)措施。

防超速和斷繩的保護(hù)裝置是安全鉗－限速器系統(tǒng)。

安全鉗是一種使轎廂（或?qū)χ兀┩Ｖ瓜蛳逻\(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置，凡是由鋼絲繩或鏈條懸掛的電梯轎廂均應(yīng)設(shè)置安全鉗。當(dāng)?shù)卓酉掠腥四苓M(jìn)入的空間時(shí)，對(duì)重也可設(shè)安全鉗。安全鉗一般都安裝在轎架的底梁上，成對(duì)地同時(shí)作用在導(dǎo)軌上。

限速器是限制電梯運(yùn)行速度的裝置，一般安裝在機(jī)房。當(dāng)轎廂上行或下行超速時(shí)，通過電氣觸電使電梯停止運(yùn)行，當(dāng)下行超速電氣觸點(diǎn)動(dòng)作仍不能使電梯停止，速度達(dá)到一定值后，限速器機(jī)械動(dòng)作，拉動(dòng)安全鉗夾住導(dǎo)軌將轎廂制停；當(dāng)斷繩造成轎廂（或?qū)χ兀嬄鋾r(shí)，也由限速器的機(jī)械動(dòng)作拉動(dòng)安全鉗，使轎廂制停在導(dǎo)軌上。安全鉗和限速器動(dòng)作后，必須將轎廂（或?qū)χ兀┨崞?，并?jīng)專業(yè)人員調(diào)整后方可恢復(fù)使用。

c.防人員剪切和墜落的保護(hù)

在電梯事故中人員被運(yùn)動(dòng)的轎廂剪切或墜入井道的事故所占的比例較大，而且這些事故后果都十分嚴(yán)重，所以防止人員剪切和墜落的保護(hù)十分重要。

防人員墜落和剪切的保護(hù)主要由門、門鎖和門的電氣安全觸點(diǎn)聯(lián)合承擔(dān)。

d.緩沖裝置

電梯由于控制失靈、曳引力不足或制動(dòng)失靈等發(fā)生轎廂或?qū)χ囟椎讜r(shí)，緩沖器將吸收轎廂或?qū)χ氐膭?dòng)能，提供最后的保護(hù)，以保證人員和電梯結(jié)構(gòu)的安全。

e.報(bào)警和救援裝置

電梯發(fā)生人員被困在轎廂內(nèi)時(shí)，通過報(bào)警或通信裝置應(yīng)能將情況及時(shí)通知管理人員并通過救援裝置將人員安全救出轎廂。

a）報(bào)警裝置。電梯必須安裝應(yīng)急照明和報(bào)警裝置，并由應(yīng)急電源供電。

b）救援裝置。電梯困人的救援以往主要采用自救的方法，即轎廂內(nèi)的操縱人員從上部安全窗爬上轎頂將層門打開。隨著電梯的發(fā)展，無人員操縱的電梯廣泛使用，再采用自救的方法不但十分危險(xiǎn)而且?guī)缀醪豢赡堋Ｒ虼爽F(xiàn)在電梯從設(shè)計(jì)上就確定了救援必須從外部進(jìn)行。救援裝置包括曳引機(jī)的緊急手動(dòng)操作裝置和層門的人工開鎖裝置。

f.停止開關(guān)和檢修運(yùn)行裝置

a）停止開關(guān)一般稱急停開關(guān)，按要求在轎頂、底坑和滑輪間必須裝設(shè)停止開關(guān)。

b）檢修運(yùn)行是便于檢修和維護(hù)而設(shè)置的運(yùn)行狀態(tài)，由安裝轎頂或其它地方的檢修運(yùn)行裝置進(jìn)行控制。

g.消防功能

發(fā)生火災(zāi)時(shí)井道往往是煙氣和火焰蔓延的通道，而且一般層門在70℃以上時(shí)也不能正常工作。為了乘客的安全，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)必須使所有電梯停止應(yīng)答召喚信號(hào)，直接返回撤離層站，即具有火災(zāi)自動(dòng)返基站功能。

消防員在用電梯或有消防員操作功能的電梯（一般稱消防電梯），除具備火災(zāi)自動(dòng)返基站功能外，還要供消防員滅火和搶救人員使用。

消防電梯的布置應(yīng)能在火災(zāi)時(shí)避免暴露于高溫的火焰下，還能避免消防水流入井道。一般電梯層站宜與樓梯平臺(tái)相鄰并包含樓梯平臺(tái)，層站外有防火門將層站隔離，層站內(nèi)還有防火門將樓梯平臺(tái)隔離，這樣在電梯不能使用時(shí)，消防員還可利用樓梯通道返回。

h.防機(jī)械傷害的保護(hù)

電梯很多運(yùn)動(dòng)部分在人接近時(shí)可能會(huì)發(fā)生撞擊、擠壓、絞碾等危險(xiǎn)，在工作場地由于地面的高低差也可能會(huì)產(chǎn)生摔跌等危險(xiǎn)，所以必須采取保護(hù)。

人在操作、維護(hù)中可以接近的旋轉(zhuǎn)部件，尤其是傳動(dòng)軸上突出的鎖銷和螺釘；鋼帶、鏈條、皮帶；齒輪、鏈輪；電動(dòng)機(jī)的外伸軸；甩球式限速器等必須有安全網(wǎng)罩或柵欄，以防無意中觸及。曳引輪、盤車手輪、飛輪等光滑圓形部件可不加防護(hù)，但應(yīng)部分或全部涂成黃色以示提醒。

轎頂和對(duì)重的反繩輪，必須安裝防護(hù)罩。防護(hù)罩要能防止人員的肢體或衣服被絞入，還要能防止異物落入和鋼絲繩脫出。

在底坑中對(duì)重運(yùn)行的區(qū)域和裝有多臺(tái)電梯的井道中不同電梯的運(yùn)動(dòng)部件之間均應(yīng)設(shè)隔障。

機(jī)房地面高度差大于0.5m時(shí)，在高處應(yīng)設(shè)欄桿并安設(shè)梯子。

在轎頂邊緣與井道壁水平距離超過0.32m時(shí)，應(yīng)在轎頂設(shè)護(hù)欄，護(hù)欄的安設(shè)應(yīng)不影響人員安全和方便地通過入口進(jìn)入轎頂。

i.電氣安全保護(hù)

對(duì)電梯的電氣裝置和線路必須采取安全保護(hù)措施，以防止發(fā)生人員觸電和設(shè)備損毀事故。按GB7588—1995的要求，電梯應(yīng)采取以下電氣安全保護(hù)措施。

a）直接觸電保護(hù)。絕緣是防止發(fā)生直接觸電和電氣短路的基本措施。

b）間接觸電的防護(hù)。間接觸電是指人接觸正常時(shí)不帶電而故障時(shí)帶電的電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分，如金屬外殼、金屬線管、線槽等發(fā)生的觸電。在電源中性點(diǎn)直接接地的供電系統(tǒng)中，防止間接觸電最常用的防護(hù)措施是將故障時(shí)可能帶電的電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分與供電變壓器的中性點(diǎn)進(jìn)行電氣連接。

c）電氣故障防護(hù)。按規(guī)定交流電梯應(yīng)有電源相序保護(hù)，直接與電源相連的電動(dòng)機(jī)和照明電路應(yīng)有短路保護(hù)，與電源直接相連的電動(dòng)機(jī)還應(yīng)有過載保護(hù)。

d2.2集選控制電梯特點(diǎn)該電梯是一種乘客自己操作或有時(shí)也可以有專職司機(jī)操作的自動(dòng)電梯。電梯在底層和頂層分別設(shè)有一個(gè)向上或向下的，而在其它層站設(shè)有向上、下兩個(gè)召喚按鈕。（集選控制）轎廂操作箱上則設(shè)有與停站數(shù)相等的相應(yīng)的指令按鈕，當(dāng)進(jìn)入轎廂的乘客按下指令按鈕，指令信號(hào)就被登記。電梯在向上過程中按登記的指令信號(hào)和向上召喚信號(hào)逐一?？?，直到有這些信號(hào)登記的最高層站和有向下召喚登記的最底層為止，然后又反向向下安置指令及向下召喚信號(hào)逐一?？俊Ｃ看瓮？繒r(shí)電梯自動(dòng)進(jìn)行減速、平層、開門集選控制電梯的性能很完善，如果采用傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)，其電路原理圖相當(dāng)復(fù)雜。若采用PLC取代傳統(tǒng)控制技術(shù)的中間控制繼電器，其電路原理圖就比較簡單，電梯故障率也明顯降低，而且采用PLC內(nèi)的定時(shí)器取代傳統(tǒng)的電磁式延時(shí)繼電器后，調(diào)整范圍大，性能穩(wěn)定，調(diào)試方便，因此電梯起制動(dòng)過程的舒適感會(huì)有所改善。集選控制電梯，功能齊全，操作簡便，便于控制，所以本文著重的集選控制電梯進(jìn)行研究。2.3雙速電梯的基本組成與運(yùn)行原理2.3.1交流雙速電梯的主電路圖2-2是交流雙速電梯的主電路圖。圖中，M1為YYTD系列電梯專用型雙速籠型異步電動(dòng)機(jī)（4\16極）；KM1,KM2為電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)接觸器，用以實(shí)現(xiàn)電梯上、下行控制；KM3,KM4為電梯高、低速運(yùn)行接觸器，用以實(shí)現(xiàn)電梯的高速或低速運(yùn)行；KM5為啟動(dòng)加速接觸器；KM6、KM7、KM8為減速制動(dòng)時(shí)的接觸器；L1、L2與R1、R2為串入電動(dòng)機(jī)定子電路中的電抗與電阻，與KM5~KM8配合實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的加、減速控制。當(dāng)KM1或KM2與KM3通電吸合時(shí)，電梯將進(jìn)行上行或下行啟動(dòng)，延時(shí)后KM5通電吸合，切除R1、L1，電梯將轉(zhuǎn)為上行或下行的穩(wěn)速運(yùn)行；當(dāng)電梯接收到停層指令后，KM3斷電釋放，KM4通電吸合，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為低速接法，串入阻抗制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上升與下降的低速運(yùn)行，且KM6~KM8依次通電吸合，用來控制制動(dòng)過程的強(qiáng)度，提高停車制動(dòng)的舒適感；至平層位置時(shí)，接觸器全部斷電釋放，機(jī)械抱閘，電梯停止運(yùn)行。在檢修狀態(tài)時(shí)，電梯只能在低速接法下點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行[1]。圖2-2雙速電梯主電路圖Fig.2-2themaincircuitofTwo-speedlift2.3.2電梯的主要電氣設(shè)備曳引電機(jī),齒輪曳引系統(tǒng)作為電梯的提升機(jī)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電磁制動(dòng)器（也稱電磁抱閘）、減速器及曳引輪組成。自動(dòng)門機(jī)，用來完成電梯的開門與關(guān)門：電梯的門有廳門（每層站一個(gè)）和轎門（只有一個(gè)）。只有當(dāng)電梯?？吭谀硨诱緯r(shí)，此層廳門才允許開啟（由門機(jī)拖動(dòng)轎門，轎門帶動(dòng)廳門完成）；也只有當(dāng)廳門、轎門全部關(guān)閉后才允許啟動(dòng)運(yùn)行（檢修狀態(tài)時(shí)，可以在不關(guān)門狀態(tài)下運(yùn)行）。層樓指示，層樓指示也叫層顯，過去常由低壓燈泡構(gòu)成，安裝在每層站廳門的上方和轎廂內(nèi)，我的設(shè)計(jì)是用數(shù)碼管顯示，實(shí)際中與呼梯盒、運(yùn)行方向指示做成一體結(jié)構(gòu)。呼梯盒,也叫召喚按鈕箱或外呼盒,用以在每層站召喚電梯.常安裝在廳門外,離地面1米左右的墻壁上.基站與頂站只有一個(gè)按鈕,中間層站由由上呼與下呼兩個(gè)按鈕組成.按鈕帶有呼梯記憶燈,燈亮?xí)r表示呼梯信號(hào)已被記憶;當(dāng)電梯滿足呼梯要求并停層開門時(shí),呼梯記憶燈熄滅.基站的呼梯盒上,常帶有鑰匙開關(guān),供電梯管理員開關(guān)電梯操縱箱,安裝在轎廂內(nèi),供司機(jī)及乘客對(duì)電梯發(fā)布動(dòng)作命令.有上,下行啟動(dòng)按鈕(帶上,下行指示記憶等,檢修時(shí)用),開,關(guān)門按鈕，急停按鈕，電梯運(yùn)行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)（選擇電梯是自動(dòng)運(yùn)行，還是檢修狀態(tài)）以及風(fēng)扇，照明等的控制開關(guān)。平層及開門裝置，該裝置如圖2-3所示，由磁鐵板和上下平層感應(yīng)器1KR,2KR組成。上行時(shí)，1KR首先插入隔磁鐵板，發(fā)出減速信號(hào)，電梯開始減速，至2KR插入隔磁鐵板時(shí)，發(fā)出停車及開門信號(hào)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，機(jī)械抱閘；下行時(shí)，2KR首先插入隔磁鐵板，發(fā)出減速信號(hào)至1KR插入隔磁鐵板時(shí)，發(fā)出停車及開門信號(hào)。停層裝置，如圖2-3所示，在電梯的井道內(nèi)每層站裝有一只磁鐵板，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)層站時(shí)，磁鐵板插入平層感應(yīng)器內(nèi)，以此檢測電梯所處位置和產(chǎn)生平層信號(hào)。圖2-3電梯停層、平層裝置示意圖Fig.2-3Elevatorstoplayer,flat-floorsetup安全窗及其開關(guān)，安全鉗及其開關(guān)，限速器及其開關(guān)，上、下限位開關(guān)，上、下強(qiáng)迫停止開關(guān)，極限開關(guān)。電梯的轎廂頂部開有安全窗，供緊急情況下疏散乘客，當(dāng)安全窗打開時(shí)，電梯不允許運(yùn)行。安全鉗是為防止電梯曳引鋼絲繩斷裂及超速運(yùn)行的機(jī)械裝置，用以在上述情況下將轎廂夾持在導(dǎo)軌上。限速器是用以檢測電梯運(yùn)行速度的機(jī)械裝置，當(dāng)電梯超速運(yùn)行時(shí)，限速器動(dòng)作，帶動(dòng)安全鉗使電梯停止運(yùn)行。以上三種裝置的動(dòng)作通過其相應(yīng)開關(guān)來檢測。當(dāng)電梯運(yùn)行至上、下極限位置時(shí)仍不停車，上、下限位開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出停車信號(hào)，若仍不能停車，將壓下上下強(qiáng)迫停止開關(guān)，強(qiáng)迫電梯停止運(yùn)行；若還不能停車，將通過機(jī)械裝置帶動(dòng)極限開關(guān)SQ0動(dòng)作，切斷電梯曳引電動(dòng)機(jī)的電源，以達(dá)到停車的目的，避免電梯出現(xiàn)沖頂與墩底事故[1]。交流雙速、集選控制電梯的電氣控制系統(tǒng)，多被用在速度V<1.0m/s以下的乘客電梯上。采用這種電氣控制系統(tǒng)的電梯，有著信號(hào)控制和轎內(nèi)、外按鈕控制電梯的綜合性能。因此在單臺(tái)運(yùn)行的交流雙速電梯中，這種電梯有著最完善的性能，最高的自動(dòng)化程度。這種電梯操縱箱與信號(hào)控制電梯比較，其鑰匙開關(guān)具有“有、無、檢”三個(gè)工作狀態(tài)，管理人員或司機(jī)可以根據(jù)情況和需要，用專用鑰匙扭動(dòng)這只鑰匙開關(guān)，使電梯分別處在“有司機(jī)控制、無司機(jī)控制（由乘用人員自行控制）、檢修慢速運(yùn)行控制”等三種運(yùn)行工作狀態(tài)下。3電梯的控制方案的選擇3.1繼電器控制3.1.1繼電器控制電梯的特點(diǎn)及存在的問題1）所有控制功能及信號(hào)處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。2）系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。3）大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價(jià)格較便宜。4）多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。3.1.2電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題1）系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。2）普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。3）電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大。5）由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高;而且檢查故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會(huì)造成電梯機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。3.2PLC控制電梯PLC控制為存儲(chǔ)程序控制，其工作程序存放在存儲(chǔ)器中，系統(tǒng)要完成的控制任務(wù)是通過存儲(chǔ)器中程序來實(shí)現(xiàn)的。其程序是由程序語言來表達(dá)的?？刂瞥绦虻男薷耐ㄟ^編程器來改變存儲(chǔ)器中一些語句的內(nèi)容就可實(shí)現(xiàn)。3.2.1PLC的特點(diǎn)1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸頭的電子存儲(chǔ)器件來完成，大部分繼電器和繁雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活在PLC的構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需要在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號(hào)線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而又復(fù)雜的硬接線線路。工作量大大減少。用同一個(gè)PLC裝置用于不同的控制對(duì)象，只是輸入、輸出組件和應(yīng)用軟件不同而已。3）編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖簡單易懂，直觀、容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言。近年來又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語言，也稱功能圖，是編程更加簡單方便。4）功能完善，擴(kuò)展能力強(qiáng)5）PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便6）維修方便，維修量小7）結(jié)構(gòu)緊湊體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。3.2.2PLC控制電梯的優(yōu)點(diǎn)1）在電梯控制中采用了PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高。2）去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。3）PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。4）PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。5）用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運(yùn)行效率。6）更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。通過以上比較，本設(shè)計(jì)采用PLC控制。4PLC的概述4.1PLC的產(chǎn)生PLC的產(chǎn)生，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController(PC)。個(gè)人計(jì)算機(jī)(簡稱PC)發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController(PLC)。上世紀(jì)80年代至90年代中期是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的[5]。4.2PLC的結(jié)構(gòu)4.2.1PLC硬件的結(jié)構(gòu)PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入(DI)，開關(guān)量輸出(DO)，模擬量輸入(AI)，模擬量輸出(AO)等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0~10V，0~5V，-10~10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊[6]。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。4.3PLC的發(fā)展趨勢(shì)21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競爭的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。世界主流的PLC主要分三個(gè)大部分，美國PLC、歐洲PLC、日本PLC。日本的小型PLC最具特色，在小型機(jī)領(lǐng)域中頗具盛名，某些用歐美的中型機(jī)或大型機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的控制，日本的小型機(jī)就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機(jī)。而本文就以日本的三菱FX系列的PLC來完成整個(gè)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)[7]。4.4三菱FX系列PLC4.4.1各編程元件的選擇表4-1FX系列PLC的內(nèi)部軟繼電器及編號(hào)Table4-1FXSeriesPLC'sinternalsoft-relayandnumberPLC型號(hào)編程元件種類FX0SFX1SFX0NFX1NFX2N（FX2NC）輸入繼電器X(按8進(jìn)制編號(hào))X0~X17(不可擴(kuò)展)X0～X17(不可擴(kuò)展)X0～X43(可擴(kuò)展)X0～X43(可擴(kuò)展)X0～X77(可擴(kuò)展)輸出繼電器Y(按8進(jìn)制編號(hào))Y0～Y15(不可擴(kuò)展)Y0～Y15(不可擴(kuò)展)Y0～Y27(可擴(kuò)展)Y0～Y27(可擴(kuò)展)Y0～Y77(可擴(kuò)展)輔助繼電器M普通用M0～M495M0～M383M0～M383M0～M383M0～M499保持用M496～M511M384～M511M384～M511M384～M1535M500～M3071特殊用M8000～M8255狀態(tài)寄存器S初始狀態(tài)用S0～S9S0～S9S0～S9S0～S9S0～S9返回原點(diǎn)用S10～S19普通用S10～S63S10~S127S10~S127S10～S999S20～S499保持用-S0～S127S0～S127S0～S999S500~S899信號(hào)報(bào)警用S900~S999定時(shí)器T100msT0～T49T0～T62T0～T62T0～T199T0～T19910msT24～T49T32～T62T32～T62T200~T245T200~T2451ms-T63--1ms累積-T63-T246~T249T246~T249100ms累積T250~T255T250~T255計(jì)數(shù)器C16位增計(jì)數(shù)（普通）C0～C13C0～C15C0～C15C0～C15C0～C9916位增計(jì)數(shù)（保持）C14~C15C16～C31