plc電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)2014最新版-第七章第二節(jié)

1、2024/3/19,1,哈爾濱理工大學(xué)周美蘭 周封 王岳宇,PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)第二版,第二節(jié) 五層樓電梯PLC控制與監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)一、電梯的基本功能 在進(jìn)行上位機(jī)程序以及下位機(jī)程序編寫之前，首先要做的工作是確定電梯本身所具有的功能和電梯在乘客進(jìn)行某種操作后應(yīng)具有的狀態(tài)。1．電梯內(nèi)部部件功能簡(jiǎn)介 在電梯內(nèi)部，應(yīng)該有五個(gè)樓層（1-5層）按鈕、開門和關(guān)門按鈕以及樓層顯示器、上升和下行顯示器。當(dāng)乘客進(jìn)入電梯后，電梯內(nèi)

2、應(yīng)該有能讓乘客按下的代表其要去目的地的樓層按鈕，稱為內(nèi)呼叫按鈕。,,電梯停下時(shí)，應(yīng)具有開門、關(guān)門的功能，即電梯門可以自動(dòng)打開，經(jīng)過一定的延時(shí)后，又可自動(dòng)關(guān)閉。而且，在電梯內(nèi)部也應(yīng)有控制電梯開門、關(guān)門的按鈕，使乘客可以在電梯停下時(shí)隨時(shí)地控制電梯的開門與關(guān)門。 電梯內(nèi)部還應(yīng)配有指示燈，用來顯示電梯現(xiàn)在所處的狀態(tài)，即電梯是上升還是下降以及電梯處在樓層的第幾層，這樣可以使電梯里的乘客清楚地知道自己所處的位置，離自己要到的樓層還有多遠(yuǎn)，電

3、梯是上升還是下降等。,2．電梯的外部部件功能簡(jiǎn)介 電梯的外部共分五層，每層都應(yīng)該有呼叫按鈕、呼叫指示燈、上升和下降指示燈，以及樓層顯示器。 呼叫按鈕是乘客用來發(fā)出呼叫的工具，呼叫指示燈在完成相應(yīng)的呼叫請(qǐng)求之前應(yīng)一直保持為亮，它和上升指示燈、下降指示燈、樓層顯示器一樣，都是用來顯示電梯所處的狀態(tài)的。 五層樓電梯中，一層只有上呼叫按鈕，五層只有下呼叫按鈕，其余三層都同時(shí)具有上呼叫和下呼叫按鈕。而上升、

4、下降指示燈以及樓層顯示器應(yīng)相同。,3．電梯的初始狀態(tài)、運(yùn)行中狀態(tài)和運(yùn)行后 狀態(tài)分析 1）電梯的初始狀態(tài)：設(shè)電梯位于一層待命，各層顯示器都被初始化，電梯處于以下狀態(tài)：a.各層呼叫燈均不亮；b.電梯內(nèi)部及外部各樓層顯示器顯示均為“1”；c.電梯內(nèi)部及外部各層電梯門均關(guān)。2）電梯在運(yùn)行過程中：a.按下某層呼叫按鈕（1-5層）后，該層呼叫燈亮，電梯響應(yīng)該層呼叫；b.電梯上行或下行直至該層；,c.各樓層顯示隨電梯移動(dòng)而改變，各層指示

5、燈也隨之而變；d.運(yùn)行中電梯門始終關(guān)閉，到達(dá)指定層時(shí)，門才打開；e.在電梯運(yùn)行過程中，支持其它呼叫。3) 電梯運(yùn)行后狀態(tài)：在到達(dá)指定樓層后，電梯會(huì)繼續(xù)待命，直至新命令產(chǎn)生。a.電梯在到達(dá)指定樓層后，電梯門會(huì)自動(dòng)打開，經(jīng)一段延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，在此過程中，支持手動(dòng)開門或關(guān)門；b.各樓層顯示值為該層所在位置，且上行與下行指示燈均滅 。,二、 實(shí)際運(yùn)行中的情況分析 1. 分類分析1) 電梯上行分析： 若電梯在上

6、行過程中，某樓層有呼叫產(chǎn)生時(shí)，可分以下兩種情況： a.若呼叫層處于電梯當(dāng)前運(yùn)行層之上目標(biāo)運(yùn)行層之下,則電梯應(yīng)在完成前一指令之前先上行至該層,完成該層呼叫后再由近至遠(yuǎn)的完成其它各個(gè)呼叫動(dòng)作； b.呼叫層處于電梯當(dāng)前運(yùn)行層之下，則電梯在完成前一指令之前不響應(yīng)該指令，直至電梯重新處于待命狀態(tài)為止。,2）電梯下行分析： 若電梯在下行過程中，樓層有呼叫產(chǎn)生時(shí)，分以下兩種情況： a. 若呼叫

7、層處于電梯當(dāng)前運(yùn)行層之下目標(biāo)運(yùn)行層之上，則電梯應(yīng)在完成前一指令之前先下行至該層，完成該層呼叫后再由近至遠(yuǎn)地完成其它各個(gè)呼叫動(dòng)作； b. 若呼叫層處于電梯運(yùn)行層之上，則電梯在完成前一指令之前不響應(yīng)該指令，直至電梯重新處于待命狀態(tài)為止。2.總結(jié)規(guī)律 由以上各種分析可以看出，電梯在接受指令后，總是由近至遠(yuǎn)地完成各個(gè)呼叫任務(wù)。電梯機(jī)制只要依此原則進(jìn)行設(shè)計(jì)動(dòng)作，就不會(huì)在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)電梯上下亂跑的情況了。,五層樓電梯控制

8、組態(tài)仿真界面,,左半部分是電梯的內(nèi)視圖，其中包括一個(gè)樓層顯示燈、開門按鈕、關(guān)門按鈕、一層到五層的呼叫按鈕以及電梯的上升和下降狀態(tài)指示燈等。兩扇電梯門打開后可以看到樓道的景象。 右半部分是五層樓宇電梯的外視圖，表示五層樓宇和一個(gè)電梯的轎箱。在電梯的外視圖中，一層有一個(gè)上呼叫按鈕五層有一個(gè)下呼叫按鈕，二、三和四層有上、下呼叫按鈕各一個(gè)，每個(gè)呼叫按鈕內(nèi)都有一個(gè)相應(yīng)的指示燈，用來表示該呼叫是否得到響應(yīng)。轎箱的電梯門和每層的電梯門都可以打

9、開。,3．仿真電梯的控制要求1）接受每個(gè)呼叫按鈕（包括內(nèi)部和外部的呼叫）的呼叫命令，并作出相應(yīng)的響應(yīng)。2）電梯停在某一層（例如3層）時(shí)，此時(shí)按動(dòng)該層（3層）的呼叫按鈕（上呼叫或下呼叫），則相當(dāng)于發(fā)出打開電梯門命令，進(jìn)行開門的動(dòng)作過程；若此時(shí)電梯的轎箱不在該層（在1、2、4、5層），則等到電梯關(guān)門后，按照不換向原則控制電梯向上或向下運(yùn)行。3）電梯運(yùn)行的不換向原則是指電梯優(yōu)先響應(yīng)不改變現(xiàn)在電梯運(yùn)行方向的呼叫，直到這些命令全部響應(yīng)完畢后

10、才響應(yīng)使電梯反方向運(yùn)行的呼叫。例如現(xiàn)在電梯的位置在一層和二層之間上行，此時(shí)出現(xiàn)了一層上呼叫、二層下呼叫和三層上呼叫，則電梯首先響應(yīng)三層上呼叫，然后再依次響應(yīng)二層下呼叫和一層上呼叫。,4）電梯在每一層都有一個(gè)行程開關(guān)，當(dāng)電梯碰到某層的行程開關(guān)時(shí)，表示電梯已經(jīng)到達(dá)該層。5）當(dāng)按動(dòng)某個(gè)呼叫按鈕后，相應(yīng)的呼叫指示燈亮并保持，直到電梯響應(yīng)該呼叫為止。6）當(dāng)電梯停在某層時(shí)，在電梯內(nèi)部按動(dòng)開門按鈕，則電梯門打開，按動(dòng)電梯內(nèi)部的關(guān)門按鈕，則電梯門關(guān)

11、閉。但在電梯行進(jìn)期間電梯門是不能被打開的。7）當(dāng)電梯運(yùn)行到某層后，相應(yīng)的樓層指示燈亮，直到電梯運(yùn)行到前方一層時(shí)樓層指示燈改變。,三、設(shè)計(jì)部分 首先，應(yīng)該做上位機(jī)與下位機(jī)之間的任務(wù)分工： 上位機(jī)主要用來完成仿真界面的制作及動(dòng)畫連接工作。 下位機(jī)則主要用來完成PLC程序的編寫。 其實(shí)，上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作是密切配合的。它們無(wú)論在通訊中使用的變量，還是在進(jìn)行界面仿真時(shí)控制的

12、對(duì)象都應(yīng)該是一致的?？傮w上講，仿真界面是被控對(duì)象，PLC是存儲(chǔ)運(yùn)行程序的裝置，而控制指令則由仿真界面中的仿真控制器件發(fā)出。另一方面，仿真界面中仿真電梯的運(yùn)動(dòng)，門的運(yùn)動(dòng)等，都是由力控組態(tài)軟件所提供的命令語(yǔ)言來完成的。,1．PLC程序中I/O點(diǎn)的定義 在編程過程中，所用到的I/O地址分配如下表所示。編程過程可分為電梯內(nèi)部和電梯外部?jī)刹糠诌M(jìn)行。,I/O分配表,（續(xù)上表）,2. 電梯內(nèi)部的PLC編程1）五層樓的內(nèi)呼叫燈PLC程序

13、 電梯內(nèi)部的五個(gè)呼叫按鈕，指定的是電梯的運(yùn)行目標(biāo)。因此在電梯未達(dá)到指定目標(biāo)時(shí)，該層呼叫燈應(yīng)一直有顯示（為綠），因此輸出時(shí)就應(yīng)該使用保持繼電器。另外，當(dāng)電梯達(dá)到指定樓層時(shí)，呼叫燈應(yīng)該滅掉，即保持繼電器斷開。 先以一層內(nèi)呼叫燈為例，所得的程序如下圖所示。,,五層樓內(nèi)呼叫燈的PLC梯形圖程序如下圖:,,2）電梯內(nèi)的樓層顯示器 樓層顯示器是以電梯是否碰到行程開關(guān)來決定的。顯示器同樣有保持特性。另外要替

14、換某一顯示器的值，需要電梯接觸到其上層或下層的行程開關(guān)。 綜合以上因素可得程序如下圖所示（以第二層顯示器為例）。,,3）電梯內(nèi)的電梯升降顯示器 升降顯示器的狀態(tài)共三種：顯示上升、顯示下降、或都不顯示。另外，無(wú)論上升還是下降，都與電梯的呼叫有密切關(guān)系。上升包括了從第一層到第五層的上升運(yùn)動(dòng)，下降也同樣如此。因此程序應(yīng)從最基本、簡(jiǎn)單的過程入手?，F(xiàn)以電梯從第四層到第五層的上升為例。 若五層有呼叫，包括兩種情況：電梯

15、內(nèi)呼叫、電梯外呼叫。若電梯由第四層上行至第五層，此時(shí)Y10亮,Y11滅,下降觸點(diǎn)YF斷開，上升觸點(diǎn)YE閉合。并列的條件還有四層外部上呼叫閉合、五層下呼叫閉合、五層呼叫按鈕的閉合，這些條件同樣使得四層顯示器改變，因此在編程時(shí)都要考慮。,,,四層升至五層的升降顯示器PLC程序如下圖：,由三層升至五層的升降顯示器PLC程序如下圖：,,由上面的分析可以看出，整個(gè)電梯上升顯示程序即是對(duì)各層的上升程序取程序塊并聯(lián)邏輯操作。 電梯下降指示燈的

16、程序編寫方法與上升指示燈的編寫方法是一樣的。,3. 電梯到達(dá)樓層后的停止 由于在電梯外部有上升呼叫和下降呼叫，所以當(dāng)呼叫方向與電梯運(yùn)行方向相同時(shí)，電梯才能停止。 下面以向下呼叫停止R201為例說明。而上升呼叫停止R200的編程思路與下降呼叫停止R201相似。,,,電梯到達(dá)呼叫樓層后停止的PLC程序如下圖所示。,當(dāng)電梯一直顯示向下運(yùn)行，即Y11接通時(shí)，只有當(dāng)每層樓的向下呼叫即Y3、Y5、Y7和該層的行程開

17、關(guān)接通時(shí)，電梯到達(dá)各層后R201才接通，否則并不接通。 另外，如果電梯一直停在某一層，不顯示上升與下降，該層的上呼叫接通時(shí)R201也接通。,4. 電梯的開、關(guān)門程序 以電梯的開門Y12程序?yàn)槔f明。 首先，只有當(dāng)電梯既不上升也不下降時(shí)才能進(jìn)行開門，即Y12才能輸出。無(wú)論電梯的上升停止或下降停止，只要R200或R201有一個(gè)輸出，電梯經(jīng)過延時(shí)后都會(huì)自動(dòng)開門。如果電梯停在某一層，按下該層的外部呼叫也

18、會(huì)輸出R200或R201，電梯門也會(huì)打開。當(dāng)開門Y12輸出時(shí)，關(guān)門Y13斷開。如果關(guān)門Y13接通時(shí)，Y12也應(yīng)立即斷開。,,電梯開門的PLC梯形圖程序如下圖 ：,5． 電梯外部操作與顯示的PLC程序1）外部呼叫 電梯外部呼叫與內(nèi)部呼叫是類似的。一個(gè)呼叫燈的接通對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的外部呼叫接通，其關(guān)閉條件為相應(yīng)行程開關(guān)閉合，相應(yīng)升降指示燈閉合。另外，外部呼叫同樣有保持特性，故也應(yīng)使用保持繼電器作為輸出。需要指出的是第一、第五層的

19、呼叫是單向的，故其關(guān)閉條件也相應(yīng)變?yōu)樾谐涕_關(guān)閉合“AND”電梯升降斷開。,,,a.2層—4層以2層為例：,b. 1層、5層以1層為例：,1層電梯外部呼叫梯形圖,2層電梯外部上呼叫梯形圖,下呼叫與上呼叫類似，不同之處在于關(guān)閉條件中的Y10（上升指示）應(yīng)換為Y11（下降指示）。2）樓層的電梯位置指示燈 外部樓層的電梯位置指示燈與電梯內(nèi)的位置指示燈相同。3）電梯的上升與下降 設(shè)電梯從一層到五層上升。 由

20、于電梯在第一層，此時(shí)構(gòu)成電梯上升的因素包括：二層上/下呼叫、三層上/下呼叫、四層上/下呼叫、五層下呼叫、內(nèi)二層呼叫燈、內(nèi)三層呼叫燈、內(nèi)四層呼叫燈、內(nèi)五層呼叫燈，這11種條件對(duì)于電梯的上升是一種邏輯“OR”的關(guān)系，而這些條件的產(chǎn)生的前提條件則是電梯此時(shí)在一層，即一層位燈Y9有輸出。可見，Y9與前11個(gè)“OR”邏輯是“AND”的關(guān)系。,電梯從一層到五層上升的梯形圖如下圖：,,電梯由二層上升到五層、三層上升到五層、四層上升到五層的編程思路與一

21、層上升到五層相似，不同之處為上升條件同某層位燈邏輯“AND”運(yùn)算之后還應(yīng)排除電梯下降指示的情況，這里將電梯下降指示Y11的常閉觸點(diǎn)與之串聯(lián)。另外由于電梯上升，電梯門應(yīng)關(guān)門，電梯下降線圈YF應(yīng)斷電，這又是和以上程序塊取邏輯“AND”與的過程。 電梯下降程序的編寫方法與上升程序的編寫方法相似。 需要指出的是：電梯上升與下降都是建立在開門和關(guān)門繼電器線圈不接通的情況下。因此，在電梯上升與下降的過程中要將這兩個(gè)因素考

22、慮在內(nèi)。,四、五層樓電梯PLC控制參考程序 五層樓電梯仿真系統(tǒng)的PLC控制參考程序如教材圖7-32所示。由于篇幅的限制，有關(guān)五層樓電梯仿真系統(tǒng)界面的制作、腳本程序的編寫、仿真系統(tǒng)的運(yùn)行過程以及系統(tǒng)編程時(shí)易出現(xiàn)的問題和解決辦法在這兒就不詳細(xì)地?cái)⑹隽恕Ｗx者可把本書配套光盤中的應(yīng)用程序“五層樓電梯”裝載到自己的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行，通過實(shí)際操作了解電梯的基本功能，仔細(xì)分析該仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，從中學(xué)習(xí)利用監(jiān)控組態(tài)軟件進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的