侯芳

摘 要 本程序設(shè)計利用SIEMENSS7─200系列CPU226的PLC進行編程實驗，通過任務(wù)下達、任務(wù)分析、控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計、流程圖的設(shè)計、PLC的I/O分配、程序編制、梯形圖的繪制、程序的調(diào)試、程序的分析、功能實現(xiàn)等環(huán)節(jié)，已初步達到了設(shè)計任務(wù)的要求，此設(shè)計以SIEMENS S7─200系列CPU226 的PLC為控制主體，要求達到三層樓電梯控制，主要處理轎廂內(nèi)呼梯信號和轎廂外呼梯信號，通過用梯形圖編程已實現(xiàn)了題目所要求的基本功能。

關(guān)鍵詞 可編程序邏輯控制 傳感器 電梯 梯形圖

中圖分類號：G718.2 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2014）02-0014-04

在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中，無論是過程控制系統(tǒng)還是電氣控制系統(tǒng)，都包含著大量的開關(guān)量和模擬量。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，人們對所用控制設(shè)備不斷提出新的要求，要求設(shè)備更加通用、靈活、易變、經(jīng)濟、可靠，很顯然固定接線的傳統(tǒng)方式已經(jīng)不能滿足新的要求了，這時可編程序邏輯控制器（簡稱PLC）就應(yīng)時代的要求孕育而生了。

一、概述

可編程序控制器（PLC），1969年在美國DEC公司出現(xiàn)以來，經(jīng)過20多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種以微機為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置。它采用大規(guī)模集成電路、微型計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點的微型、小型、中型、大型等各種規(guī)格的PLC系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多控制領(lǐng)域。它最適用于以開關(guān)量為主的控制功能；通過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器和數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器，也可以控制模擬量，例如控制溫度、壓力、流量、成分等參數(shù)；還可與計算機組成控制功能更強的分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，簡稱DCS），是實現(xiàn)工業(yè)自動化的理想工具之一，在世界上已得到極其廣泛的應(yīng)用。

PLC專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。結(jié)構(gòu)圖如1所示。

PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程包括內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖2所示。

我們采用的是SIMATIC S7—200系列的小型可編程序控制器，CPU采用226型，其主機輸入和輸出點數(shù)為40點，具有擴展功能，最大可擴展為248點數(shù)字量或35點模擬量，增加了通信口的數(shù)量，通信功能大大增強。表1給出了主機及I/O特性。

SIMATIC S7—200系統(tǒng)的掃描周期包含以下任務(wù)：

輸入處理、執(zhí)行程序、處理通信請求、執(zhí)行CPU自診斷測試和寫輸入。如圖3所示。

二、總設(shè)計方案

（一）系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)組成框圖如圖4所示。

（二）系統(tǒng)工作原理

1.任務(wù)描述

在現(xiàn)代電梯控制系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)編碼器的利用率很高。既可以利用它作為反饋量形成閉環(huán)系統(tǒng)，具體地說是用它與電梯拖動電機同軸連續(xù)，共同旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的碼反饋給變頻器系統(tǒng)，變頻器根據(jù)傳給它的碼數(shù)控制速度。同時我們還可以利用這個旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的碼計算位移，本課題就是利用它的第二個作用計算電梯的行走距離，計算層間距，以達到準確?？?。

一臺實際的電梯控制是很復(fù)雜的，涉及的內(nèi)容很多，需要的輸入/輸出點數(shù)也很多，一般教學(xué)上都是通過模擬裝置來完成課程設(shè)計。因為時間緊，在此次設(shè)計之前我們沒有開理論基礎(chǔ)課等因素。所以，這次設(shè)計中，我們?nèi)サ粲眯D(zhuǎn)編碼器控制行走距離這一環(huán)節(jié)，改成用傳感器決定層間距，即利用水平放在桌面上裝有原動機、傳感器的傳送帶來模擬垂直交通工具——電梯，再配上相應(yīng)的呼梯按鈕，層標顯示裝置，繼電器，PLC程序，把有關(guān)的對外器件線路接好調(diào)試運行正常，再完成整體設(shè)計報告。

2.控制任務(wù)和要求

電梯共有三層，設(shè)三個站點，電梯每走到一層就設(shè)一個傳感器（因為是直流24V電機，轉(zhuǎn)速不是很快，所以?？繒r，不需要減速過程就可以準確靠位）。

在某站停靠后，如果沒有別的層站呼叫，電梯轎廂就始終?？吭谶@里；如果已有登記的呼叫信號，那在本站?？亢?，要等3秒后才能啟動繼續(xù)運行。這樣做的目的，就是模擬到站后上、下乘客及開、關(guān)過程。如果已過3秒鐘才有呼梯信號，那什么時候來信號，立即響應(yīng)運行電梯。如果此時有本層呼梯信號，那其它層站要等3秒鐘后才能響應(yīng)。

呼梯信號的響應(yīng)原則是：優(yōu)先響應(yīng)最遠信號，順向截車，反向保號（記憶）。如在?？康却^程中（3秒內(nèi)）有呼梯信號，響應(yīng)原則是轎內(nèi)優(yōu)先。這就是說此刻之前沒有定向，這時如果外呼與內(nèi)選同時出現(xiàn)那就要內(nèi)選優(yōu)先。

層梯顯示用7段數(shù)碼管。電梯運行用鑰匙開關(guān)控制。所有的輸出點都要用上，用了11個輸入點。以上的控制任務(wù)和要求都已實現(xiàn)。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計

（一）統(tǒng)的I/O配置說明

其中線圈的一端與內(nèi)選燈和外選燈的一端接直流24V的負極，而1L、2L、3L都接24V的正極。N與L1接交流220V。按鈕SB1—SB7與QS1—QS3的電源正極和SQ1的一端接在PLC上的L+上，而QS1—QS3的負極接在M上。

（二）硬件配置

系統(tǒng)所用硬件如下：

SIMENS S7—200 CPU226可編程控制器PLC1個、MY2NJ繼電器2個、Ni10-Q25-AP6X傳感器2個、Ni8-M18-AP6X傳感器1個、NES—100BAS數(shù)碼管1個 、55ZYN001直流電動機1個、ZB2-BE101C鑰匙開關(guān)1個、A00371帶指示燈按鈕1個、傳送帶實驗?zāi)Ｐ?個、24V直流電源1個、220V交流電源1個、導(dǎo)線若干。

四、系統(tǒng)軟件分析及調(diào)試endprint

（一）程序分析及運行

本系統(tǒng)的程序是用梯形圖實現(xiàn)。

1.當(dāng)鑰匙開關(guān)打開時，I0.0得電，電梯處于任意一層，程序在等待內(nèi)呼或外呼信號。

2.當(dāng)有外呼梯信號到來時，轎廂響應(yīng)該呼梯信號，延時3秒后開始運行，到達該樓層時，轎廂停止運行，等待呼梯信號。

3.當(dāng)有內(nèi)呼梯或外呼梯信號到來時，轎廂響應(yīng)該呼梯信號，到達該樓層時，轎廂停止運行。

4.在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)且保住該信號，但如果某反向外呼梯信號前方再無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該外呼梯信號。例如，電梯轎廂在一樓，將要運行到三樓，在此過程中可以響應(yīng)二層向上外呼梯信號，但不響應(yīng)二層向下外呼梯信號。如果電梯到達二層，如果三層沒有任何呼梯信號，則電梯可以響應(yīng)二層向下外呼信號。否則，電梯轎廂將繼續(xù)運行至三樓，然后向下運行響應(yīng)樓下外呼信號。

5.電梯應(yīng)當(dāng)具有最遠反向外呼梯響應(yīng)功能。例如，電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，則電梯轎先去響應(yīng)三層向下外呼梯。

6.在電梯得到其它有效呼機信號后，還沒運行前，按下本層外呼按鈕，會再延時3秒，再運行，若長按本層外呼按鈕則電梯停在本層不運行。

7.電梯有轎內(nèi)優(yōu)先功能。如轎廂停在二樓時同時按下1層內(nèi)呼按鈕（SB1）和3層外呼按鈕（SB7）時則先響應(yīng)1層內(nèi)呼信號，再響應(yīng)3層外呼信號，同理，如轎廂停在二樓時同時按下3層內(nèi)呼按鈕（SB3）和1層外呼按鈕（SB4）時則先響應(yīng)1層內(nèi)呼信號，再響應(yīng)3層外呼信號。

（二）出現(xiàn)的問題及解決方法

在梯形圖的設(shè)計時，遇到了很多問題，在老師的指導(dǎo)下都一一的解決了。

1.電梯有正向截車沒有反向保號，我們的解決方法是在梯形圖中，（如附錄中網(wǎng)絡(luò)8和網(wǎng)絡(luò)9）一一列舉出需要正向截車反向保號的情況，然后用M2.0和M2.1在需要保號時分別保2層向下外呼信號和2層向上外呼信號。

2.電梯沒有轎內(nèi)優(yōu)先的功能，但我們也解決了，方法是在梯形圖中（如附錄中網(wǎng)絡(luò)3和網(wǎng)絡(luò)4），用1層的內(nèi)呼燈信號（Q0.7）的常閉觸頭串接在3層外呼運行信號M0.1的支路上，用3層的內(nèi)呼燈信號（Q1.1）的常閉觸頭串接在1層外呼運行信號M0.3的支路上。

五、設(shè)計體會

經(jīng)過本次三層電梯模擬裝置控制系統(tǒng)設(shè)計，從最初的了解到現(xiàn)在的熟悉乃至能夠獨立的編程實現(xiàn)所要求的控制功能，使我得到了很好的鍛煉。

在基礎(chǔ)程序設(shè)計與應(yīng)用中，從最初對簡單指令的了解到高級指令的掌握，都凝聚了自己所付出的艱辛的汗水，把一個個的疑問在實際的應(yīng)用中都到了解決，從真正意義上實現(xiàn)了理論與實踐的結(jié)合。

本次系統(tǒng)設(shè)計檢驗了我的所學(xué)所得，能夠驗證出自己的程序是否能在實際應(yīng)用中得到很好的應(yīng)用，經(jīng)過自己親自動手的設(shè)計，在實際應(yīng)用中會存在很多的問題，通過修改程序、調(diào)試程序、對電路的調(diào)整解決問題，很好地做到了理論與實踐的相結(jié)合。

在三層電梯模擬裝置程序設(shè)計中，接觸到了PLC在實際生活、生產(chǎn)應(yīng)用中的例子。對于我來說，它的程序是比較復(fù)雜、也是比較難的，這個程序的實現(xiàn)對我而言真是一個很大的考驗。而且還要完成設(shè)計任務(wù)、系統(tǒng)組成或硬件配置、進行編程元件地址的分配、I/O接線圖的繪制及系統(tǒng)原理圖的繪制、梯形圖的繪制、程序的分析與操作說明等等，可以說初步接觸到了一些應(yīng)用性的東西，為自己的教學(xué)積累了經(jīng)驗。

通過本次的專業(yè)綜合課程設(shè)計，使我的專業(yè)知識得到了鞏固加深，尤其是編程方法及一些工程設(shè)計經(jīng)驗等方面知識的靈活運用，使我在設(shè)計該系統(tǒng)時少走了很多彎路。

參考文獻：

[1]陳春雨，李景學(xué).可編程控制器應(yīng)用軟件設(shè)計方法與技巧[M].北京：電子工業(yè)出版社，1992.

[2]何衍慶，戴自祥，俞金壽.可編程序控制器原理及應(yīng)用技巧[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1985，（8）.

[3]張進秋，陳永利，張中民.可編程控制器原理及應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003，（11）.

（責(zé)任編輯 劉 馨）endprint