詳解PLC控制硬件設(shè)計(jì)（電梯為例）

　　目前，國(guó)內(nèi)外PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC品種已達(dá)數(shù)百個(gè)，其性能各有特點(diǎn)，價(jià)格也不盡相同。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)，首先要根據(jù)機(jī)型統(tǒng)一的原則來考慮，盡可能考慮采用與本企業(yè)正在使用的同系列的PLC機(jī)，以便于學(xué)習(xí)、掌握、維護(hù)的方便性，備品配件的通用性，且可減少編程的投資。

　　本文主要研究電梯的組成，電梯控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，以及電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　一、電梯控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 　　1.PLC控制技術(shù)

　　PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）頒布了對(duì)PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。

　　2.基于RS-485的通訊技術(shù)

　　RS-485總線接口是一種常用的串口，具有網(wǎng)絡(luò)連接方便、抗干擾性能好、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的，加上收發(fā)器具有高的靈敏度，能檢測(cè)到低達(dá)200mV的電壓，可靠通信的傳輸距離可達(dá)數(shù)千米。使用RS-485總線組網(wǎng)，只需一對(duì)雙絞線就可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、通信距離長(zhǎng)。

　　3.組態(tài)技術(shù)

　　“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中，PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)日趨明顯。這些優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。論文發(fā)表。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。

　　組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常能提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的HMI的概念，組態(tài)軟件是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件還將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。

　　二、電梯系統(tǒng)組成

　　電梯系統(tǒng)由本體及控制器組成。其中本體包括底座、立柱、轎廂及內(nèi)、外選控制面板等；控制器包括PLC、變頻器及開關(guān)電源等組成。電梯共分八層，每層有數(shù)碼顯示轎廂所處樓層數(shù)，外呼按鈕，外呼登記指示。轎廂內(nèi)呼面板包括1～8層內(nèi)呼按鈕，開、關(guān)門按鈕，內(nèi)呼登記顯示，電梯上、下行運(yùn)行指示。

　　三、電梯電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　轎廂內(nèi)的內(nèi)呼面板包括八個(gè)樓層呼叫按鈕及開關(guān)門按鈕；8個(gè)樓層內(nèi)呼登記顯示及電梯上行、下行顯示。各層外呼面板包括向上、向下呼叫按鈕及顯示。樓層數(shù)碼顯示電路選用CD4511來作為七段譯碼，比PLC直接譯碼可以節(jié)約PLC的3個(gè)輸出點(diǎn)。電梯每四層的樓層數(shù)碼顯示、外呼按鈕、外呼登記顯示設(shè)計(jì)在一塊狹長(zhǎng)的電路板上，八層安裝有二塊電路板。

　　PLC選用三菱FX2N-80MR，變頻器選用FR-S520S-0.4K-CH（R），直流供電選用有5V5A和24V1A兩組直流電壓輸出的開關(guān)電源。5V電源主要用于外呼、內(nèi)呼電路板以及語音報(bào)站電路小信號(hào)處理部分的供電。24V電源用于開關(guān)門電機(jī)以及語音報(bào)站電路OTL功放電路的供電。主控制板背部設(shè)有電源插座及保險(xiǎn)管座，保險(xiǎn)管規(guī)格為250V10A。電梯模型系統(tǒng)電源電壓為交流220V50Hz，使用帶保護(hù)接地的三芯單相插座。

　　1．電梯輸入信號(hào)及其意義

　?。?）位置信號(hào)。位置信號(hào)由安裝于電梯?？课恢玫?個(gè)傳感器XK1～XK8產(chǎn)生。平時(shí)為OFF，當(dāng)電梯運(yùn)行到該位置時(shí)ON。

　　（2）指令信號(hào)（內(nèi)呼）。指令信號(hào)有8個(gè)，分別由“1～8”（K11～K18）8個(gè)指令按鈕產(chǎn)生。按某按鈕，表示電梯內(nèi)乘客欲往相應(yīng)樓層。

　　（3）呼梯信號(hào)。論文發(fā)表。呼梯信號(hào)有14個(gè)，分別由14個(gè)（K21～K34）呼梯按鈕產(chǎn)生。按呼梯按鈕，表示電梯外乘客欲乘電梯。例如，按K23則表示二樓乘客欲往上，按K24則表示三樓乘客欲往下。

　?。?）開、關(guān)門控制信號(hào)2個(gè)，開門、關(guān)門到位信號(hào)2個(gè)。

　?。?）光電編碼器脈沖信號(hào)。

　　2.電梯輸出信號(hào)及其意義

　?。?）運(yùn)行方向信號(hào)。運(yùn)行方向信號(hào)有兩個(gè)，由兩個(gè)箭頭指示燈組成，顯示電梯運(yùn)行方向。

　　（2）指令登記信號(hào)（內(nèi)呼）。指令登記信號(hào)有8個(gè)，分別由8個(gè)（L11～L18）指示燈組成，表示相應(yīng)的指令信號(hào)已被接受（登記）。指令執(zhí)行完后，信號(hào)消失（消號(hào)）。例如，電梯在二樓，按“3”表示電梯內(nèi)乘客欲往三樓，則L13亮表示該呼叫已被接受。電梯向上運(yùn)行到三樓?？浚藭r(shí)L13滅。

　?。?）呼梯登記信號(hào)。呼梯登記信號(hào)有14個(gè)，分別由14個(gè)（L21～L34）指示燈組成，其意義與上述指令登記信號(hào)相類似。

　　（4）樓層數(shù)顯信號(hào)。用4點(diǎn)輸出BCD碼，經(jīng)CD4511譯碼后送七段數(shù)碼管顯示，表示電梯目前所在的樓層位置。LEDa～LEDg分別代表七段數(shù)碼顯示各段筆劃。

　　（5）開門、關(guān)門動(dòng)作信號(hào)2個(gè)。電梯上升、下降動(dòng)作信號(hào)、高速、中速控制信號(hào)4個(gè)，送變頻器。

　?。?）語音報(bào)站控制信號(hào)。

　　（7）報(bào)警鈴響輸出信號(hào)。

　　3．PLC輸入/輸出端口分配與外部接線

　　對(duì)電梯系統(tǒng)所有的各種信號(hào)分配PLC輸入/輸出端口。其中，X0為高速計(jì)數(shù)C235的輸入信號(hào)，接旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號(hào)A相。接線圖中變頻器的控制采用I/O控制方式。連接好所有的電源、信號(hào)線、輸入/輸出接線。檢查有無電源斷路，確保正常后通電檢查。檢查所有PLC輸入信號(hào)是否正常：按動(dòng)平層開關(guān)，檢查相應(yīng)的輸入指示燈是否點(diǎn)亮；按動(dòng)內(nèi)呼、外呼按鈕，檢查相應(yīng)的輸入指示燈是否點(diǎn)亮。檢查所有PLC輸出對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)是否正常：編寫簡(jiǎn)單的檢查程序，分別掃描各個(gè)輸出端口，查看被控制對(duì)象是否正常工作。如有問題，查出原因，加以更正。為了防止超出1～8層的正常運(yùn)行范圍，在8層平層開關(guān)上方和1層平層開關(guān)下方安裝有極限開關(guān)。當(dāng)由于程序出錯(cuò)，電梯到達(dá)8層后繼續(xù)上升或到達(dá)1層后繼續(xù)下降，則會(huì)碰到極限開關(guān)，使極限開關(guān)動(dòng)作。把極限開關(guān)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)進(jìn)變頻器的控制信號(hào)共公端（SD）。一旦碰到極限，控制變頻器運(yùn)行的信號(hào)被切斷，變頻器停止工作。從而保證了轎廂不會(huì)超層。