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详解PLC控制硬件设计_电梯为例

目前，国内外PLC生产厂家生产的PLC品种已达数百个，其性能各有特点，价格也不尽相同 。所以，在设计时，首先要根据机型统一的原则来考虑，尽可能考虑采用与本企业正在使用的同系列的PLC机，以便于学习、掌握、维护的方便性，备品配件的通用性，且可减少编程的投资 。
本文主要研究电梯的组成，电梯控制系统的关键技术，以及电气控制系统的设计 。
一、电梯控制系统的关键技术1.PLC控制技术PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、定时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统 。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：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，它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程 。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计 。
2.基于RS-485的通讯技术RS-485总线接口是一种常用的串口，具有网络连接方便、抗干扰性能好、传输距离远等优点 。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的，加上收发器具有高的灵敏度，能检测到低达200mV的电压，可靠通信的传输距离可达数千米 。使用RS-485总线组网，只需一对双绞线就可实现多系统联网构成分布式系统，设备简单、价格低廉、通信距离长 。
3.组态技术“组态”的概念是伴随着集散型控制系统的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的 。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显 。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持 。论文发表 。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位 。
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具 。组态软件能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常能提供分布式数据管理和网络功能 。对应于原有的HMI的概念，组态软件是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境 。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制 。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统 。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件还将会不断被赋予新的内容 。
二、电梯系统组成电梯系统由本体及控制器组成 。其中本体包括底座、立柱、轿厢及内、外选控制面板等；控制器包括PLC、变频器及开关电源等组成 。电梯共分八层，每层有数码显示轿厢所处楼层数，外呼按钮，外呼登记指示 。轿厢内呼面板包括1～8层内呼按钮，开、关门按钮，内呼登记显示，电梯上、下行运行指示 。
三、电梯电气控制系统的设计轿厢内的内呼面板包括八个楼层呼叫按钮及开关门按钮；8个楼层内呼登记显示及电梯上行、下行显示 。各层外呼面板包括向上、向下呼叫按钮及显示 。楼层数码显示电路选用CD4511来作为七段译码，比PLC直接译码可以节约PLC的3个输出点 。电梯每四层的楼层数码显示、外呼按钮、外呼登记显示设计在一块狭长的电路板上，八层安装有二块电路板 。
PLC选用三菱FX2N-80MR，变频器选用FR-S520S-0.4K-CH（R），直流供电选用有5V5A和24V1A两组直流电压输出的开关电源 。5V电源主要用于外呼、内呼电路板以及语音报站电路小信号处理部分的供电 。24V电源用于开关门电机以及语音报站电路OTL功放电路的供电 。主控制板背部设有电源插座及保险管座，保险管规格为250V10A 。电梯模型系统电源电压为交流220V50Hz，使用带保护接地的三芯单相插座 。
1．电梯输入信号及其意义（1）位置信号 。位置信号由安装于电梯停靠位置的8个传感器XK1～XK8产生 。平时为OFF，当电梯运行到该位置时ON 。
（2）指令信号（内呼） 。指令信号有8个，分别由“1～8”（K11～K18）8个指令按钮产生 。按某按钮，表示电梯内乘客欲往相应楼层 。
（3）呼梯信号 。论文发表 。呼梯信号有14个，分别由14个（K21～K34）呼梯按钮产生 。按呼梯按钮，表示电梯外乘客欲乘电梯 。例如，按K23则表示二楼乘客欲往上，按K24则表示三楼乘客欲往下 。
（4）开、关门控制信号2个，开门、关门到位信号2个 。
（5）光电编码器脉冲信号 。
2.电梯输出信号及其意义（1）运行方向信号 。运行方向信号有两个，由两个箭头指示灯组成，显示电梯运行方向 。
（2）指令登记信号（内呼） 。指令登记信号有8个，分别由8个（L11～L18）指示灯组成，表示相应的指令信号已被接受（登记） 。指令执行完后，信号消失（消号） 。例如，电梯在二楼，按“3”表示电梯内乘客欲往三楼，则L13亮表示该呼叫已被接受 。电梯向上运行到三楼停靠，此时L13灭 。
（3）呼梯登记信号 。呼梯登记信号有14个，分别由14个（L21～L34）指示灯组成，其意义与上述指令登记信号相类似 。
（4）楼层数显信号 。用4点输出BCD码，经CD4511译码后送七段数码管显示，表示电梯目前所在的楼层位置 。LEDa～LEDg分别代表七段数码显示各段笔划 。
（5）开门、关门动作信号2个 。电梯上升、下降动作信号、高速、中速控制信号4个，送变频器 。
（6）语音报站控制信号 。
（7）报警铃响输出信号 。
3．PLC输入/输出端口分配与外部接线【详解PLC控制硬件设计_电梯为例】对电梯系统所有的各种信号分配PLC输入/输出端口 。其中，X0为高速计数C235的输入信号，接旋转编码器的脉冲信号A相 。接线图中变频器的控制采用I/O控制方式 。连接好所有的电源、信号线、输入/输出接线 。检查有无电源断路，确保正常后通电检查 。检查所有PLC输入信号是否正常：按动平层开关，检查相应的输入指示灯是否点亮；按动内呼、外呼按钮，检查相应的输入指示灯是否点亮 。检查所有PLC输出对负载的驱动是否正常：编写简单的检查程序，分别扫描各个输出端口，查看被控制对象是否正常工作 。如有问题，查出原因，加以更正 。为了防止超出1～8层的正常运行范围，在8层平层开关上方和1层平层开关下方安装有极限开关 。当由于程序出错，电梯到达8层后继续上升或到达1层后继续下降，则会碰到极限开关，使极限开关动作 。把极限开关的常闭触点串联进变频器的控制信号共公端（SD） 。一旦碰到极限，控制变频器运行的信号被切断，变频器停止工作 。从而保证了轿厢不会超层 。

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