三層電梯模擬裝置控制系統設計

侯芳

摘 要 本程序設計利用SIEMENSS7─200系列CPU226的PLC進行編程實驗，通過任務下達、任務分析、控制系統框圖的設計、流程圖的設計、PLC的I/O分配、程序編制、梯形圖的繪制、程序的調試、程序的分析、功能實現等環節，已初步達到了設計任務的要求，此設計以SIEMENS S7─200系列CPU226 的PLC為控制主體，要求達到三層樓電梯控制，主要處理轎廂內呼梯信號和轎廂外呼梯信號，通過用梯形圖編程已實現了題目所要求的基本功能。

關鍵詞 可編程序邏輯控制 傳感器 電梯 梯形圖

中圖分類號：G718.2 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2014）02-0014-04

在工業生產的各個領域中，無論是過程控制系統還是電氣控制系統，都包含著大量的開關量和模擬量。隨著生產力的發展和科學技術的進步，人們對所用控制設備不斷提出新的要求，要求設備更加通用、靈活、易變、經濟、可靠，很顯然固定接線的傳統方式已經不能滿足新的要求了，這時可編程序邏輯控制器（簡稱PLC）就應時代的要求孕育而生了。

一、概述

可編程序控制器（PLC），1969年在美國DEC公司出現以來，經過20多年的發展，現在已經成為一種以微機為基礎發展起來的新一代工業控制裝置。它采用大規模集成電路、微型計算機技術和通信技術的發展成果，逐步形成具有多種優點的微型、小型、中型、大型等各種規格的PLC系列產品，應用于從繼電器控制系統到監控計算機之間的許多控制領域。它最適用于以開關量為主的控制功能；通過模/數（A/D）轉換器和數/模（D/A）轉換器，也可以控制模擬量，例如控制溫度、壓力、流量、成分等參數；還可與計算機組成控制功能更強的分布式控制系統（Distributed Control System，簡稱DCS），是實現工業自動化的理想工具之一，在世界上已得到極其廣泛的應用。

PLC專為工業場合設計，采用了典型的計算機結構，主要由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。結構圖如1所示。

PLC采用循環掃描工作方式，這個工作過程包括內部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執行、輸出處理，其工作過程如圖2所示。

我們采用的是SIMATIC S7—200系列的小型可編程序控制器，CPU采用226型，其主機輸入和輸出點數為40點，具有擴展功能，最大可擴展為248點數字量或35點模擬量，增加了通信口的數量，通信功能大大增強。表1給出了主機及I/O特性。

SIMATIC S7—200系統的掃描周期包含以下任務：

輸入處理、執行程序、處理通信請求、執行CPU自診斷測試和寫輸入。如圖3所示。

二、總設計方案

（一）系統組成框圖

系統組成框圖如圖4所示。

（二）系統工作原理

1.任務描述

在現代電梯控制系統中，旋轉編碼器的利用率很高。既可以利用它作為反饋量形成閉環系統，具體地說是用它與電梯拖動電機同軸連續，共同旋轉時產生的碼反饋給變頻器系統，變頻器根據傳給它的碼數控制速度。同時我們還可以利用這個旋轉編碼器產生的碼計算位移，本課題就是利用它的第二個作用計算電梯的行走距離，計算層間距，以達到準確停靠。

一臺實際的電梯控制是很復雜的，涉及的內容很多，需要的輸入/輸出點數也很多，一般教學上都是通過模擬裝置來完成課程設計。因為時間緊，在此次設計之前我們沒有開理論基礎課等因素。所以，這次設計中，我們去掉用旋轉編碼器控制行走距離這一環節，改成用傳感器決定層間距，即利用水平放在桌面上裝有原動機、傳感器的傳送帶來模擬垂直交通工具——電梯，再配上相應的呼梯按鈕，層標顯示裝置，繼電器，PLC程序，把有關的對外器件線路接好調試運行正常，再完成整體設計報告。

2.控制任務和要求

電梯共有三層，設三個站點，電梯每走到一層就設一個傳感器（因為是直流24V電機，轉速不是很快，所以停靠時，不需要減速過程就可以準確靠位）。

在某站停靠后，如果沒有別的層站呼叫，電梯轎廂就始終停靠在這里；如果已有登記的呼叫信號，那在本站停靠后，要等3秒后才能啟動繼續運行。這樣做的目的，就是模擬到站后上、下乘客及開、關過程。如果已過3秒鐘才有呼梯信號，那什么時候來信號，立即響應運行電梯。如果此時有本層呼梯信號，那其它層站要等3秒鐘后才能響應。

呼梯信號的響應原則是：優先響應最遠信號，順向截車，反向保號（記憶）。如在停靠等待過程中（3秒內）有呼梯信號，響應原則是轎內優先。這就是說此刻之前沒有定向，這時如果外呼與內選同時出現那就要內選優先。

層梯顯示用7段數碼管。電梯運行用鑰匙開關控制。所有的輸出點都要用上，用了11個輸入點。以上的控制任務和要求都已實現。

三、系統硬件設計

（一）統的I/O配置說明

其中線圈的一端與內選燈和外選燈的一端接直流24V的負極，而1L、2L、3L都接24V的正極。N與L1接交流220V。按鈕SB1—SB7與QS1—QS3的電源正極和SQ1的一端接在PLC上的L+上，而QS1—QS3的負極接在M上。

（二）硬件配置

系統所用硬件如下：

SIMENS S7—200 CPU226可編程控制器PLC1個、MY2NJ繼電器2個、Ni10-Q25-AP6X傳感器2個、Ni8-M18-AP6X傳感器1個、NES—100BAS數碼管1個 、55ZYN001直流電動機1個、ZB2-BE101C鑰匙開關1個、A00371帶指示燈按鈕1個、傳送帶實驗模型1個、24V直流電源1個、220V交流電源1個、導線若干。

四、系統軟件分析及調試endprint

（一）程序分析及運行

本系統的程序是用梯形圖實現。

1.當鑰匙開關打開時，I0.0得電，電梯處于任意一層，程序在等待內呼或外呼信號。

2.當有外呼梯信號到來時，轎廂響應該呼梯信號，延時3秒后開始運行，到達該樓層時，轎廂停止運行，等待呼梯信號。

3.當有內呼梯或外呼梯信號到來時，轎廂響應該呼梯信號，到達該樓層時，轎廂停止運行。

4.在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應且保住該信號，但如果某反向外呼梯信號前方再無其它內、外呼梯信號時，則電梯響應該外呼梯信號。例如，電梯轎廂在一樓，將要運行到三樓，在此過程中可以響應二層向上外呼梯信號，但不響應二層向下外呼梯信號。如果電梯到達二層，如果三層沒有任何呼梯信號，則電梯可以響應二層向下外呼信號。否則，電梯轎廂將繼續運行至三樓，然后向下運行響應樓下外呼信號。

5.電梯應當具有最遠反向外呼梯響應功能。例如，電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，則電梯轎先去響應三層向下外呼梯。

6.在電梯得到其它有效呼機信號后，還沒運行前，按下本層外呼按鈕，會再延時3秒，再運行，若長按本層外呼按鈕則電梯停在本層不運行。

7.電梯有轎內優先功能。如轎廂停在二樓時同時按下1層內呼按鈕（SB1）和3層外呼按鈕（SB7）時則先響應1層內呼信號，再響應3層外呼信號，同理，如轎廂停在二樓時同時按下3層內呼按鈕（SB3）和1層外呼按鈕（SB4）時則先響應1層內呼信號，再響應3層外呼信號。

（二）出現的問題及解決方法

在梯形圖的設計時，遇到了很多問題，在老師的指導下都一一的解決了。

1.電梯有正向截車沒有反向保號，我們的解決方法是在梯形圖中，（如附錄中網絡8和網絡9）一一列舉出需要正向截車反向保號的情況，然后用M2.0和M2.1在需要保號時分別保2層向下外呼信號和2層向上外呼信號。

2.電梯沒有轎內優先的功能，但我們也解決了，方法是在梯形圖中（如附錄中網絡3和網絡4），用1層的內呼燈信號（Q0.7）的常閉觸頭串接在3層外呼運行信號M0.1的支路上，用3層的內呼燈信號（Q1.1）的常閉觸頭串接在1層外呼運行信號M0.3的支路上。

五、設計體會

經過本次三層電梯模擬裝置控制系統設計，從最初的了解到現在的熟悉乃至能夠獨立的編程實現所要求的控制功能，使我得到了很好的鍛煉。

在基礎程序設計與應用中，從最初對簡單指令的了解到高級指令的掌握，都凝聚了自己所付出的艱辛的汗水，把一個個的疑問在實際的應用中都到了解決，從真正意義上實現了理論與實踐的結合。

本次系統設計檢驗了我的所學所得，能夠驗證出自己的程序是否能在實際應用中得到很好的應用，經過自己親自動手的設計，在實際應用中會存在很多的問題，通過修改程序、調試程序、對電路的調整解決問題，很好地做到了理論與實踐的相結合。

在三層電梯模擬裝置程序設計中，接觸到了PLC在實際生活、生產應用中的例子。對于我來說，它的程序是比較復雜、也是比較難的，這個程序的實現對我而言真是一個很大的考驗。而且還要完成設計任務、系統組成或硬件配置、進行編程元件地址的分配、I/O接線圖的繪制及系統原理圖的繪制、梯形圖的繪制、程序的分析與操作說明等等，可以說初步接觸到了一些應用性的東西，為自己的教學積累了經驗。

通過本次的專業綜合課程設計，使我的專業知識得到了鞏固加深，尤其是編程方法及一些工程設計經驗等方面知識的靈活運用，使我在設計該系統時少走了很多彎路。

參考文獻：

[1]陳春雨，李景學.可編程控制器應用軟件設計方法與技巧[M].北京：電子工業出版社，1992.

[2]何衍慶，戴自祥，俞金壽.可編程序控制器原理及應用技巧[M].北京：化學工業出版社，1985，（8）.

[3]張進秋，陳永利，張中民.可編程控制器原理及應用實例[M].北京：機械工業出版社，2003，（11）.

（責任編輯 劉 馨）endprint