《三层电梯PLC吉》word版

前 言随着城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。一、 课程设计题目三层电梯模型PLC控制系统设计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年瓦特发明了蒸气机之后，1858年美国研制以蒸气为动力，并通过皮带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯，1878年英国的阿姆斯特发明了水压梯，并随着水压梯的发展淘汰了蒸气梯，后来又出现了采用液压泵的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。18世纪末发明了电机，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OTIS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。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。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。1、电梯的结构电梯是一个具有特种容载装置轿厢沿着恒定不变的铅垂导轨，在不同水平面间歇运动的用电力驱动的起重机械，它适宜于装置在二层以上的高层建筑物内，专供上下运送人员或货物之用。电梯的结构及其装备可分为机械、电气两大部分，现将组成电梯的主要部件按其安装部位的不同分别介绍，并说明其作用如下：一、机房部分：1、曳引机：电梯的起重机构，安装在专用承重钢梁上，其主要有下列部件组成： a. 驱动电动机采用变压变频（VVVF）驱动方式，对电机进行控制，电梯起动时，逆变部分使定子频率从零赫兹，按要求上升到额定频率，使转速相应从零速平滑地上升到额定值，电梯停站前电源频率从额定频率按要求下降，使转速平滑地下降为零速，实现电梯停层，保证了电梯具有良好的舒适感。 b.制动器闭式型电磁制动器，只有在制动器通电时松闸，或当电梯停驶时即时制动。并保持轿厢位置不变，即制动器通电松闸，关电制动，充分保证工作的可靠性。 c.减速器采用蜗轮蜗杆减速器或永磁同步驱动技术，蜗轮蜗杆减速器具有承载能力大，驱动平稳等特点，永磁同步驱动具有高效率及低噪音特点。 d.防振装置采用橡胶防振装置安装于曳引机与承重大梁之间，以消除或减小曳引机的振动，提高电梯运行时的舒适感。 2、限速器： 由限速器的制动装置和涨紧装置组成，它通过安全绳索与轿厢连接，把轿厢的运动传递给限速器随轿厢速度相应转动，当轿厢的运动速度超过允许的安全速度时，限速器即起作用，其过程分为： a. 首先通过超速限位开关，切断控制电路； b. 如果电梯继续超速，则限速器动作带动安全钳或夹绳器动作。 3、控制屏： 控制屏是电梯电气控制的中心，采用先进的微电子及电力电子元件，用现代的微机技术及变压变频技术对电梯进行电气控制。在操纵装置的配合下，使电梯正确地实现起动和停止、上行或下行、快速和慢速，以及达到设定的自动功能和安全性能。当按下厅外召唤或轿内指令按钮时，控制系统按原先编制设定的程序，通过输入输出接口电路将信号输入微处理器，根据电梯当时的状态确定电梯的运行，屏内装有自动/检修转换开关，以及上行/下行按钮，可对电梯实行机房控制。 4、主开关： 每台电梯单独装设一只能切断该电梯所供电电路（下列供电电路除外）的主动力开关，该开关不应切断下列供电电路。 a.轿厢照明、通风； b.轿顶电源插座； c.机房照明、电源插座； d.电梯井道照明； e.报警装置，该开关装于机房门内。电梯的控制要求控制要求： （1）开始时，电梯处于任意一层。（2）当有外呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门）（3）当有内呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门）（4）在电梯轿厢运行过程中，即轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信号均不响应，但如果反方向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。例如，电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在次过程中可以响应二层向上的外呼梯信号，但不响应二层向下的外呼梯信号。当到达二层，如果三层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应二层向下外呼梯信号。否则，电梯将继续运行至三楼，然后向下运行响应二层向下外呼梯信号。（5）电梯具有最远反向外呼梯功能。例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下呼梯，三层向下呼梯则电梯轿厢先去三楼响应三层向下外呼梯信号。（6）电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢停止运行后，按开门按钮轿厢开门，按关门按钮轿厢关门。 2、电梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。3、电梯的基本结构简介(1)电梯内部部件功能简介 在电梯内部，应该有三个楼层按钮、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三层，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。 三层楼电梯中，一层只有上呼叫按钮三层只有下呼叫按钮，二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。4、电梯的状态分析 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、总体方案设计1、方案1：采用常规继电器控制方法在过去的许多年，电气控制系统线路基本采用继电-接触器的控制方法，其线路简单、价格低廉，但是随着现代化工艺的发展，复杂的工作流程使其越来越不能胜任。虽然采用继电-接触器的控制虽然初期投入较少，但带来的问题是接线复杂、体积大、可靠性不高等一系列问题，且众多的接触控制件容易出现故障，维护不便。2、方案2：采用计算机控制个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功能，有丰富的软件支持，但是它们是为办公室自动化和家庭设计的，对环境要求很高，抗干扰能力不强，一般不适合在工业现场使用。单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制，还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大，要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践经验。工业控制计算机（简称工控机）也是为工业控制设计的，目前比较流行的是PC总线工控机，它与个人计算机兼容。工控机采用总线式结构，各厂家产品的兼容性强。工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的，有实时操作系统的支持，因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。工控机的价格较高，将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。工控机的外部I/O接线一般都用多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。3、方案3：采用可编程控制器控制随着科学技术的发展，新的电气元件与控制装置不断涌现，使电气控制系统发生了很大的变化。PLC即可编程控制器控制就是随之发展起来的。它取代了继电-接触器的中间控制运算环节，如时间继电器、中间继电器、计数器等。4、方案论证性价比分析：方案1采用了常规的继电器控制方式，它不具有自诊断、监控和各种报警功能，方案2采用PLC控制方式它既可以进行顺序控制，又可以进行闭环回路的调节控制，特别是它具有体积轻、重量轻、耗电低、性价比高等优点。安全性分析：方案1中的安全系数不高，而方案2中采用PLC进行控制可以防止产生寄生电路的影响和一些不必要的失误，比如人工失误或者电机故障。采用PLC可以减少接点个数，进而可以减少环境对接点的影响，它还可以运行于条件恶劣的环境中，防止外界对系统的一些影响，使系统运行安全可靠。5、方案选择通过上面的方案选择和方案论证，可以得出选择方案2是最适合本次设计需要的，无论从稳定性、性价比、安全性方面考虑还是环境适应性考虑方案2采用的PLC控制方式是最适合的，所以我们选择具有高稳定性的PLC即可编程控制方式。6、PLC方案选择PLC控制系统设计方案又分为：(1)、经验设计法：采用这种方案，设计的梯形图较为简洁，程序较短，但各状态之间相互牵扯，相互影响。因此，这种方案设计程序显得脉络不清，前后相互影响，容易出问题。(2)、流程图法（顺序控制法STL）：这种方法是计算机程序设计时常用的方法。它用方框图描述控制过程，方框代表动作，圆圈代表起始位与终了位，连线代表流向，短横线代表状态转换条件。这种图可以把控制对象的工作状态及控制过程清晰地表示出来。使用此法能快速地编出复杂的程序，是一种优越的程序设计的方法，但使用这种方法编写的程序较长。(3)、方案选择根据新型控制器带来的新的设计理念，即在PLC的程序中，清晰性、可读性才是最关键的，而程序的长短并不重要，因此，选用流程图法设计控制系统的程序，这样便于在梯形图中发现问题，使系统的可靠性更高。7、可编程控制器简介可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC的基本设计思想是反映计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电器接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。(1) PLC的结构及各部分的作用可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输出输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。图1 PLC的结构组成1）中央处理单元（CPU）CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。2）存储器（RAM、ROM）存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。3）输入输出单元（I/O单元）I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。4）电源PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。5）编程器编程器是PLC的最重要外围设备。利用编辑器将用户程序送入PLC的存储器，还可以有用编辑器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。(2) PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回到第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。1）输入处理输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器与外界隔离， 即使输入信号发生变化，其映像寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。2）程序执行根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。3）输出处理程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。8、电梯PLC控制系统的构建1.机房机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房可以设置在井道顶部，也可设置在井由自部。当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方式。这种方式结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大，只有在机房无法顶置时才使用。对于绝大多数电梯，椭均设于井道顶部。机房必须有足够的面积，高度、承重能力及良好的通风条件。2.轿厢轿厢是用以运送乘客和货物的电梯组件。它由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架。是由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成；轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组成；轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。3.门厅每一层电梯门口装的门，门上带有机器锁及电气接点。客梯多为自动开关门，开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的，而轿厢门是由轿厢上的开关门装置驱动的。4.重量平衡系统该系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成，对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重；重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯设计影响的装置。5.电力拖动系统该系统由曳引机、供电系统、速度反馈装置、调速装置和变频器等组成。对电梯实行速度控制。曳引电动机是电梯的动力源，根据电梯的配置可用交流电动机或直流电动机；供电系统是为电动机提供电源的装置；速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号，一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电动机相连；调速装置对曳引电动机实行调速控制；变频器可以通过改变频率的大小来控制其运行速度的快慢。6.电器控制系统该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成，它起着操纵和控制电梯运行的作用。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急；位置显示装置是指轿内和层站的指层灯；层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站；控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件（或板）组成，是电梯实行电气控制的集中组件；选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。它可由机械式、继电器式或电子式组成。7.安全保护系统电梯上设有机械和电气的各类保护系统，以保证电梯安全使用。机械方面的有限速器和安全钳，起超速保护作用；缓冲器，起冲顶和撞底保护作用；切断总电源的极限保护。1）电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析a.电梯的初始状态假设电梯开始时处于第1 层待命、各层显示器都被初始化, 电梯处于以下状态:各层呼叫灯均不亮。电梯内部及外部各楼层显示器显示均为“1”。电梯内部及外部各楼电梯门均关闭。b.电梯运行过程中按下某层呼叫按钮( 13 层) 后, 该层呼叫灯亮, 电梯响应该层呼叫。电梯上行或下行直至该层。各楼层显示随电梯移动而改变,各层指示灯也随之而变运行中电梯门始终关闭, 到过指定层时, 门才打开。在电梯运行过程中, 支持其他呼叫。2)电梯运行后状态在到达指定楼层后, 电梯会继续待命, 直到新命令产生。电梯在到达指定楼层后, 电梯门会自动打开, 经过一段时间自动关闭, 在过程中, 支持手动开门或关门。各楼层显示值为该层所在位置, 且上行与下行指示灯均灭。三、单元模块设计 设计小组由贺金玉和吉梦然组成，由吉梦然负责硬件。1、PLC控制系统的设计基本原则1) 最大限度的满足被控对象的控制要求。2) 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。3) 保证控制系统安全可靠。4) 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留 有余量。2、总体设计步骤 设计分为硬件和软件设计，按图1工作流程首先确定PLC控制系统的总设计步骤如图2所示。由于PLC所有控制功能都是以程序的形式来体现的，因此PLC应用设计的大量工作将用在程序设计上，在这里需要注意几个关键性的问题。（1）、新型控制器带来的设计理念，即编梯形图首先要求是程序的可读性，以方便维修；（2）、充分利用好PLC的功能；（3）、采用了PLC之后，减少了外部电器的使用；（4）、节约输入输出口；（5）、编程方法的多样性。1、硬件部分电梯PLC的控制及系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成，图为电梯PLC控制系统基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操作盘、厢外操作盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机、操作盘、厢外操作盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储器在存储及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。(1)、PLC的选型 、物理结构的选择：整体/模块式、 特殊功能模块；、I/O点数的确定：准确统计I/O点数，留1020%余量；、存储器容量的选择：开关量（ I/O点数8），模拟输入/输出：200字节/路，应留有余量； 、PLC指令功能的选择：任何PLC均能满足开关量控制，如有其它控制则需注意选择。本系统需要21个输入点和15个输出点，根据选择选型原则选用FX2-48MR型PLC。FX2-48MR输入/输出点数均为24；工作电压：220V,50HZ/60HZ；输出类型：继电器输出；功率：40VA。数量于）. .(2)、空气断路器选用、空气断路器的额定电压和额定电流：应不小于电路的正常工作电压和工作电流；、热脱扣器的整定电流：应与所控制的电动机的额定电流或负载额定电流一致。 (3)、熔断器及熔体额定电流的选择、熔断器的额定电压必须大于或等于线路的工作电压；、熔断器的额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流；、对变压器、电炉、及照明等负载的短路保护，熔体的额定电流应稍大于线路负载的额定电流；、对一台电动机负载的短路保护，熔体的额定电流IRN应大于或等于1.52.5倍电机额定电流IN；、对几台电动机同时保护，熔体的额定电流应大于或等于其中最大容量的一台电动机的额定电流INmax的1.52.5倍加上其余电动机额定电流的总和。 在电动机功率较大而实际负载较小时，熔体额定电流可适当选小些，小到以起动时熔体不断为准。(4）、接触器的选择 、选择接触器的类型 根据所控制的电动机或负载电流类型来选择接触器的类型，即交流负载应使用交流接触器，直流负载使用直流接触器，如果控制系统中主要是交流电动机，而直流电动机或直流负载的容量比较小时，也可用交流接触器进行控制，但是触头的额定电流应适当地选用得大些； 、选择接触器的额定电压 通常选择接触器触头的额定电压大于或等于负载回路的额定电压； 、选择接触器主触头的额定电流 选用接触器的额定电流应大于或等于电动机的额定电流； 、选择接触器吸引线圈的电压 接触器吸引线圈电压一般从人身和设备安全角度考虑，可选择低一些；但当控制线路简单、用电不多时，为了节省变压器，则可选用380V； 、接触器的触头数量、种类选择 接触器的触头数量、种类等应满足控制线路的要求。（5）、热继电器的选择 、热继电器的额定电流和热元件的额定电流均应大于电流的额定电流；、在一般情况下，可选用两相结构的热继电器；但当电网电压的均衡性较差、工作环境恶劣或较少有人照管的电动机，可选用三相结构的；、电动机拖动的是冲击性负载（如冲床等），或电动机起动时间较长，或电动机所拖动的是设备不允许停电的情况下，选择热继电器元件的额定电流可比电动机的额定电流高1.11.15倍。（6）、电磁阀的选择ZDF多功能电磁阀通用于水、电、气、油、弗里昂等粉质较低，对铜不腐蚀的中性气和液体，进行强制调节。阀门开度和局部时间可调，有防止水蚀作用。选公称直径80mm,公称压力1.6mp.电流电压AC 220（+10%-15%），50HZ。（7）、数码管的选择数码管中LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近30%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。本设计选用八个高亮的共阴极七段数码管，其工作电压为2V、额定电流25mA（每段）。本设计使用直流12V电源供电，为了限制其供电电流，须加入限流电阻R，其电阻阻值为4千欧。（8）、蜂鸣器的选择蜂鸣器选择腾飞达公司生产的型号为KXG1212的压电无源插针蜂鸣器,其工作电压为12V。（9）、电梯的选择电梯选择上海三菱公司生产的型号为LEHY-II的电梯,其工作速度是1.0m/s，载重量是800Kg。其四大特点是：自由、环保、精确、扩展。（10）、压力传感器压力传感器是测量电梯载荷的装置，为控制系统提供电梯的载荷信号。工作原理是：将电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当的方式组成电桥，从而将物体的质量转换成电信号。主要由两部分组成，第一部分是弹性敏感元件，将被测物体的压力、质量转换为弹性体的应变值；第二部分是作为传感元件的电阻应变计他将弹性体的应变同步的转换为电阻值的变化在进行相应的转化后输出。4、软件部分1）PLC组件(1) CPU模块CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（CPU）和存储器组成。CPU的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成以下工作：1） 输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。2） 程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有关的电路，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。3） 输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。(2) I/O模块I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。CPU模块的工作电压一般是5V，而可编程序控制器的输入/输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使可编程序控制器不能正常工作，所以CPU模块不能直接与外部输入/输出装置相连。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与噪声隔离的作用。(3) 编程器编程器除了用来输入和编辑程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久地连续在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程序控制器公用。2）选择模块1、开关量I/O模块开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。电压等级有直流5V，12V，24V，48V和交流110V，220V等。输入输出电压的允许范围很宽，如某交流220V输入模块的允许低电压为070V，高电压为70256V，频率为4763HZ。各I/O点的通/断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上，外部I/O接线一般接在模块的接线端子上，某些模块使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部连线的情况下，可以迅速地更换模。开关量I/O模块可能4，8，16，32，64点。2、输入模块 2.3.1 a 直流输入电路输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型值为1020ms（信号上升沿）和2050ms（信号下降沿），输入电流约为10mA，上图2.3.1a是某直流输入模块的内部电路和外部接线图。本节的输入电路和输出电路都只画出了一路，COM是各路的公共点。图中的输入触点直接接在公共点和输入端（400是梯形图中输入继电器的编号）之间，不需要外接电源。有的可编程序控制器还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供24V电源。（如图2.3.1b）图2.3.1 b 输入电路当图2.3.1b中的外接触点接通时，光电耦合器中的发光二极管发光，光敏三极管导通，信号经内部电路传送给CPU模块。图2.3.1 c是交流输入电路。光电耦合器中有两个反并联的发光二极管，显示用的两个发光二极管也是反并联的，因此这个电路可以接收外部的交流输入电压。图2.3.1 c 交流输入电路3、输出模块输出模块的功率放大元件有大功率晶体管和磁效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动内交流负载）和小型继电器，后者可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为0.52A，负载电源由外部现场提供。输出电流的额定值与负载的性质有关，但是只能驱动100VA/22V的电感性负载和100W的白炽灯。额定负载电流还与温度有关，温度升高时额定负载电流减小，有的可编程序控制器提供了有关曲线。输出模块内可能设置有熔断器，并在模块面板上用发光二极管显示熔断器的状态。某些新式的模块用非破坏性的电子保护电路代替熔断器.4、可编程序控制器的工作原理可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。5、PLC的选型为了能够更好的选型，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。控制功能的选择该选择包括控制功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。（一)控制功能 控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。 (三)编程功能 PLC的编程有离线编程和在线编程两种，设计时应根据应用要求合理选用。离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。(四)诊断功能 PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。(五)处理速度 PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。6、PLC控制程序设计（1）PLC控制系统的设计基本原则1) 最大限度的满足被控对象的控制要求。2) 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。3) 保证控制系统安全可靠。4) 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留 有余量。PLC编程步骤具体编制一个PLC控制程序的基本步骤如下(其流程图见2.7)。 PLC提供的编程语言1) 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点；A.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。B.梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。C.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。D.PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当条件使用。2) 语句表语言，类似于汇编语言。3)逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能，左边画输入、右边画输出。将PLC的I/O位分配给输入输出设备确定系统必须完成的各项任务及其顺序编制PLC程序（梯形图或指令代码）检查程序有无错误运行程序有无错误通过PC机、GPC或FIT输入程序至PLC修改程序NOYESYES调整程序 程序投入使用NO 图2.7 PLC编程步骤（2）编程语言的形式 本教材采用最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。 虽然一些高档的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、专用的高级语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。 编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是完全相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。 指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统 程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。 2.4 PLC基本指令：（1）LD（取）、LDI取反）、OUT（输出）指令；LD（取）、LDI（取反）以电工的说法前者是常开、后者为常闭。这二条指令最常用于每条电路的第一个触点（即左母线第一个触点），当然它也可能在电路块与其它并联中的第一个触点中出现。 图2.4.1 PLC基本指令这是一张梯形图（不会运行）。左边的纵线称为左母线，右母线可以不表示。该图有三个梯级；第1梯级；左边第一个触点为常开，上标为X000，X表示为输入继电器，其后的000数据，可以这样认为它使用的是输入继电器中的编号为第000的触点（下同）。其指令的正确表示应为（如右图程序所示）：0、LD X000 （前头的0 即为从第0步开始，指令输入时无须理会，它会自动按顺序显示出）。 第2梯级；左边的第一个触点为常闭触点，上标为T0，T表示定时器（有时间长短不同，应注意），0则表示定时器中的编号为0的触点。其指令的正确表示应为：2、LDI T0（如程序所示）。 第3梯级；左边第一个触点为常闭，上标为M0, M为辅助继电器（该继电器有多种，注意类别），其指令的正确表示应为：4、LDI M0（如程序所示）。本梯级的第2行第一个触点为常开，上标为Y000，Y表示输出继电器，由于该触点与后面Y001触点呈串联关系，形成了所谓的电路块，故而其触点的指令应为 5、LD Y000。总之LD与LDI指令从上面可以看出，它们均是左母线每一梯级第一触点所使用的指令。而梯级中的支路（即第3梯级的第2行）有二个或二个以上触点呈串联关系，其第一触点同样按LD或LDI指令。可使用LD、LDI指令的元件有：输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。OUT为线圈驱动指令，该指令不能出现在左母线第一位。驱动线圈与驱动线圈不能串联，但可并联。同一驱动线圈只能出现一次，并安排在每一梯级的最后一位。如上图中的1、OUT Y000，3、OUT Y001，Y为输出继电器，其线圈一旦接获输出信号，可以这样认为，线圈将驱动其相应的触点而接通外部负载（外部负载多为接触器、中间继电器等）。而上图8、OUT T0 K40 为定时器驱动线圈指令，其中的K为常数40为设定值（类似电工对时间继电器的整定）。可使用OUT指令元件有：输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。（2）触点的串联指令AND（与）ANI（与非）；前者为常开，后者为常闭。二者均用于单个触点的串联。二指令可重复出现，不受限制，。如下图所示。 图 触点的串联指令AND( 与）ANI（与非)800)this.width=800 border=0 由第1梯级来看；X000、T0、Y001三触点成串联关系，即T0的常闭串接于X000的后端，而Y001的常闭则串接于T0常闭的后端。由于都是常闭故用ANI指令。现来看第2梯级；X000、M0、Y001，同样三触点也是串联关系，M0的常闭接点串接于X001的后端，而Y000的常开接点则串接于M0的后端。故M0的指令用ANI，而Y000的指令则用AND（具体编程详上图），一句话只要是串联后面是常开的用AND，是常闭的则用ANI。可使用AND、ANI指令元件有：输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。（3）触点并联指令OR（或）、ORI（或反）；触点并联时，不管梯级中有几条支路，只要是单个触点与上一支路并联，是常开的用OR，是常闭的则用ORI。如下图所示。 图触点并联指令OR 可以看出上图的X000、X001、M0三者处于并联关系。由于X000下面二条支路均为单个触点，因X001是常开触点，故用OR指令。而M0是常闭触点，则用ORI指令。三接点并联后又与M1串联，串联后又与Y000并联，而Y000也是单个触点，所以仍采用OR指令。可使用OR、ORI指令元件有：输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。（4）串联电路块的并联指令ORB（或）；任一梯级中有多（或单支路）支路与上一级并联，只要是本支路中是二个以上的触点成串联关系（即所谓的：串联电路块），则应使用ORB指令。如下图所示。 图串联电路块的并联指令 由上图可以看出，第一支路X003的常开触点与M1的常开触点成串联关系（在这样的情况下，形成了块的关系），它是与上一行的X000与M0串联后相并联，此时程序的编写，如步序号0、1、2、3、4所示。4所出现的第一个ORB指的是与上一行并。而第二支路，常闭Y001与M2同样是串联关系。也是一个块结构，其串联后再与第一支路并。故步序7再次出现ORB。ORB指令并无梯形图与数据的显示。可以这样认为；它是下一行形成电路块的情况下与上一行并联的一条垂直直线（如图中所示的二条粗线）。（5）并联电路块与块之间的串联指令ANB；如左下图虚线框内所示的二电路块相串，各电路块先并好后再用ANB指令进行相串。左图的梯形图可以用右图进行简化。程序的编写如下图所示。ANB指令并无梯形图与数据的显示。可以这样认为；它是形成电路块与电路块之间的串联联接关系，是一条横直线。 图2.25 并联电路块与块之间的串联指令ANB （6）进栈指令MPS、读栈指令MRD、出栈指令MPP和程序结束指令END；MPS、MRD、MPP这是一组堆栈指令。如下图使用的二种堆栈形式；在堆栈形式下MPS应与MPP成对出现使用。如在第一堆栈形式下，则采用MPS、MPP指令。若在MPS、MPP指令中间还有支路出现，则增加MRD指令，如下图的第二堆栈所示。应知道MPS、MPP成对出现的次数应少于11次，而MRD的指令则可重复使用，但不得超过24次。要知道这一组指令，同样并无梯形图与数据的显示。可以这样认为；MPS是堆栈的起始点，它起到承上启下的联接点作用，而支路的MRD、MPP则与之依次联接而已。而END指令则是结束指令，它在每一程序的结束的末端出现。2.5 梯形图设计规则 1触点的安排 梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。2串、并联的处理 在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。3线圈的安排 不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。4不准双线圈输出 如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。5重新编排电路 如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。6编程顺序 对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。10、程序总体结构（3）电梯上下控制程序分析比较呼叫信号D1、楼层限位 D2里面的数值，以比较结果指挥电梯动作。D1D2：电梯在下，呼叫在上，电梯此时应该上升。D1=D2：电梯与呼叫在同一位置，可根据不同的楼层 位置驱动不同的门进行开关。6、梯形图7、语句表四、系统调试系统设计完成后进行必要的硬件、软件调试。本系统程序调试采用了GX Simulator Version6 PLC模拟调试软件及GX Developer Version 7 PLC设计/维护工具进行了防真调试，限位开关及温度传感检测用调试程序中的模拟开关代替，经调试，本程