基于PLC控制技术的电梯控制系统的设计与实现

摘 要:为了实现电梯的自动控制,使其运行灵活方便、稳定可靠、抗干扰能力强。本文基于PLC控制技术,介绍了PLC技术控制下的电梯系统组成和工作过程,并阐述了PLC技术控制下电梯系统实现的功能、设计思路、实现的语言和算法。

关键词:PLC技术电梯控制系统系统组成系统功能算法

中图分类号:TP311.1 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2010)09-0165-03

电梯作为现代智能建筑内的代步工具,越来越显示出它的重要作用。为了适应电梯的迅速发展,由PLC控制技术代替传统继电器控制已成为发展定局。PLC是集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。它通过易学易懂的梯形图语言编程实现,控制灵活方便,抗干扰能力强,运行稳定可靠。

1 基于PLC技术电梯控制系统的基本组成

PLC(Programmable logic Controller)简称可编程控制器,是指以计算机技术为基础的新型工业自动化控制装置。

PLC由中央处理器单元(CPU板)、输入接口部件、输出接口部件和电源部件等四部分组成,如图1所示。

1.1 中央处理器单元(CPU板)

CPU板是控制器的核心,其内部一般包括CPU单元、储存器、内部I/O通道等。为了减少对机内单片机内存容量要求的压力,许多PLC的CPU内部除数据存储器外,其程序储存器通常仅储存PLC系统管理程序,而用户程序则采用单片机片外扩展的方法来解决。

输入输出(I/O)部件是连接现场设备与CPU板之间的接口电路。PLC为了满足抗干扰方面要求,I/O部件通常需要针对工业环境等实际情况来采取必要的措施进行设计。

1.2 电源部件

电源部件为PLC内部其他各部件提供合适的电压稳定的电源。PLC电源部件可分为整体形式结构和模块形式结构。对于整体形式结构,四个基本部件部分安装在同一机壳内;对于模块式结构,四个基本部件各自独立封装,成为独立的模块,各模块之间通过机架和总线连接。小型PLC一般为整体式结构,大、中型PLC则多为模块式结构。

1.3 输入输出接口

PLC输入输出接口的主要功能是与外部设备联系。I/O接口技术对PLC能否在恶劣的工作环境中可靠工作起着关键的作用。PLC的I/O接口可分为开关I/O和模拟I/O两类。

1.3.1 开关量输入输出接口

开关量I/O又称为数字量I/O或离散量I/O。PLC以开关量顺序控制见长。任何一个生产设备或过程的控制与管理,几乎都是按步骤顺序进行的,工业控制中80%以上的工作都可以有开关量控制完成。

1.3.2 模拟量输入输出接口

模拟量I/O接口模板的主要功能是数据转换。输入数据有多路选择开关选定,经过A/D转换成为数字量,再经过光电隔离后送到输入锁存器供PLC调用。PLC处理的数字量由输出锁存器经光电隔离、D/A转换变成模拟量信号,再经过放大驱动输出到外接设备,其原理如图2所示。

1.3.3 功能模板和智能模板

功能模板通常指构成系统特殊功能所需的模板,主要有:人机对话、远程I/O、串行通讯、与上位机联网、高级语言、热度模板等。智能模板则是带自己独立的CPU芯片或相应控制的专用模板,有些智能模板还能在脱离PLC后正常工作,这类模板有:温度传感器输入、高速计算器、PID调节、凸轮模拟器、阈位控制、位置控制、电动机轴定位控制等。

2 PLC的工作过程

CPU不能同时处理多个操作任务,而只能按分时操作原理,每一时刻执行一个操作,一个操作完成后再接着执行下一个操作。这种分时操作过程称为CPU对程序的扫描过程。PLC的工作过程就是CPU扫描程序的过程,典型的PLC工作过程如图3所示。

3 PLC控制技术的电梯控制系统的设计与实现

3.1 系统功能

(1)下行选择由上电梯的人选择信号决定,顺向优先执行;

(2)行车途中如遇呼叫梯信号时,顺向截车反向不截车;

(3)选择信号(呼叫梯信号具有记忆功能)执行后清除;

(4)内选信号(呼叫梯信号)行车方向行车楼层位置均有信号指示灯;

(5)停层时延时自动开门(手动开门)本层顺向呼叫梯开门;

(6)有选择信号时自动关门,关门后延时自动行车;

(7)无选择信号时不能自动开门;

(8)行车时不能手动开门或本层呼叫梯开门“开门”不能行车;

3.2 设计的思路

针对上述控制要求,选用MOV指令CMP指令为主,即先把轿厢所在楼层号传送到一个通道中,再把呼叫梯楼层号传送到另一个通道中,然后将这两个通道的内容进行比较。若呼叫梯楼号大于轿厢所在楼号则电梯上行(若呼叫梯楼号小于轿厢所在楼号则电梯下行(若两楼号的内容相等则电梯停在该楼层,对于电梯的这种控制方式是本例程序设计的主线,为了实现电梯顺向优先执行的功能,即当电梯在上行过程中有多个呼叫梯信号发出时,先接送轿厢所在楼层以上的乘客,直到轿厢以上楼层无呼叫梯信号或轿厢已到达建筑物顶层时,电梯才会往下行驶;当电梯在下行过程中有多个呼叫梯信号发出时,先接送轿厢所在楼层以下的乘客,直到轿厢以下楼层无呼叫梯信号或轿厢已到达建筑物底层时,电梯才会往上行驶;各楼层的指示灯一经点亮,就将本楼层号码实时传送到同一个通道中, 但由于PLC是至上而下扫描程序的,而且通道内的数据随着程序读取的进度在不断的改变,因此在所有点亮的指示灯中,只有最靠近程序末尾的指示灯传送的楼层号,才能最后保持在通道内并传送到输出,直到电梯到达该楼层熄灭指示灯后,通道内的数据才可能在输出时发生改变。这样就确保了PLC在读取呼叫梯信号时,始终按照程序段的排列顺序来读取。本例将传送呼叫梯楼层号的程序段分别按照从一楼到四楼和从四楼到一楼进行排列,中间设置JMP指令,当电梯处于上行状态时JMP指令将从四楼到一楼的程序段跳过,转而执行从一楼至四楼的程序段,这样以来,由于高楼层的程序段最靠近程序末尾,即最先被执行输出,于是电梯就优先执行上行信号,反之亦然。另外由于电梯是用来运载乘客的。因此,它的运行的可靠性要求很高。

3.3 实现的语言

不同厂家PLC的编程语言各不同,但从总体形式看,可分为两大类:梯形图语言和语句表语言。下面只介绍梯形图语言:梯形图语言采用的图形与实际继电接触器控制系统的梯形图(控制线路图)相似,具有很强的直观性和形象感。

在PLC梯形图中,内部存储器单元也形象地称为元件,但这是一个软元件。实际上,一个元件的线圈或触点是内部存储器单元中的一位来储存其状态。储存值为“1”,表示该元器件的线圈处于通电状态,元件的常开触点闭合,常闭触点断开。由于内部存储单元中的内容可被无限次调用(读取),因此在PLC中“线圈元件”的“触点个数”从理论上讲有无穷多个。由次可见,PLC梯形图表示的逻辑控制,实际上是采用程序软件取代实际硬件的控制。PLC梯形图中元件和连接线中实际并没有电流流过,编写程序时必须清楚这一点,它仅代表“线圈元件”与各“触点”间的逻辑关系。

PLC梯形图表示的元件种类主要有:继电器、定时/计数器以及其他功能元件。继电器元件最为简单,只有线圈和触点。定时/计数器元件除了线圈和触点外,还需要表示定时/计数值的参数,这时图形相当于汇编语言中的操作码,参数相当于操作数。PLC梯形图中的其他功能(中断、跳转、子程序调用和返回、I/O映像更新等),有的PLC还有高级指令功能。一般而言,功能元件(或称为功能指令)在PLC梯形图中也是用线圈符号加参数或带有参数的功能块来表示。有的PLC的一条功能指令可能用多个线圈表示,其中只有一个执行线圈,其他的都是参数设定线圈。

3.4 实现的算法

通过移臂调度算法实现,主要包括以下四种:

(1)先来先服务算法

根据访问者提出访问请求的先后次序来决定执行次序。

(2)最短寻找时间优先调度算法

从等待的访问者中挑选寻找时间最短的那个请求执行,而不管访问者的先后次序。

(3)电梯调度算法

从移动臂当前位置沿移动方向选择最近的那个柱面的访问者来执行,若该方向上无请求访问时,就改变移动方向再选择。

(4)单向扫描调度算法

从0柱面开始往里单向扫描,扫到哪个执行哪个。

参考文献

[1] 程周.电气控制与PLC原理及应用(欧姆龙机型).北京:电子工业出版社,2003.

[2] 戴一平.可编程序控制技术.北京:机械工业出版社,2001.

[3] 余雷声.电气控制与PLC应用.北京:机械工业出版社,1996.

[4] 王兆义.可编程控制教程.北京:机械工业出版社,2001.

[5] 徐德,孙同.可编程序控制器(PLC)应用技术.济南:山东科学技术出版社,1995.