发布时间 : 星期六 文章基于PLC的五层电梯控制系统的设计更新完毕开始阅读
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目前的PLC一般都具有专用计数单元或高速脉冲输入端，所以为获取电梯运行的准确位置，可采用编码器。编码器可以直接与PLC高速脉冲输入端相连，利用PLC内置24V直流电源作为其电源。
编码器实物和原理如图3-5所示。
图3-5 旋转编码器实物图及工作原理
旋转编码器是一种旋转式测量装置，安装于被测轴上并随被测轴一起转动，用来测量转动量(主要为转角)，并将其转换成数字形式的输出信号。电梯的轿厢所处的位置及运行速度用码盘来检测，检测所得的位置及速度作为位置反馈信号和速度指示信号。旋转编码器的转轴与曳引电动机转轴直接相连，当电动机转动时，编码器输出与转动量对应的脉冲数，通过累积脉冲数可以直接计算出轿厢对应的位置行程，从而确定电梯运行时轿厢所处的楼层位置，进而确定出换速点、开门地点、到站停车点等[21]。
综上所述，旋转编码器有明显优于其它两种方法的优势，故本系统采用此法。 3.3.3 PLC的概述及选型 (1)PLC的概述
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算式运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。
PLC具有以下特点①高可靠性，强抗干扰能力②配套齐全、功能完善、适用性强③重量轻、体积小、能耗低④系统设计、建造的工作量小，维护方便，易改造⑤学用容易，深受欢迎[18]。
(2)PLC的选型
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本系统按照5层电梯进行设计，根据控制要求，共需输入点数 33 点，输出点数29点，考虑大约12%的裕量。另外，由于要采用旋转编码器定位，需要 PLC 具有高速脉冲输入，故最终选择西门子 S7-200 系列 CPU226 PLC 为主机，并配以 EM223DC24V数字量16输入/16输出扩展模块。CPU226的输入/输出点数为24入/16 出，EM223为16 入/16出，形成输入点数共40点，输出点数32点，满足系统要求。如图3-6为PLC实物图。
图3-6 PLC实物图
3.4 电梯控制系统硬件电路设计
本控制系统是采用ORMON 3G2JV型变频器和西门子S7-200 型 PLC 组成的频调速电梯控制系统,电气控制硬件框图如图3-7所示。
图3-7控制系统框图
它由曳引电机、门电机、变频器、可编程控制器 PLC 及其他电气元件构成。电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器,利用光电编码器测量曳引电机的转速,构成闭环矢量控制系统。电路的逻辑部分由 PLC 来实现, PLC 接受来自现场的呼叫、转速、楼层、位置等信号。发给调速系统的速度信号、门机的开关门信号、楼层显示及呼叫显示信号[18]。
3.4.1 PLC 控制系统的系统配置及 I/O 地址分配
本系统为5 层电梯设计，根据控制要求，共需输入点数 33 点，输出点数29 点，
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考虑10%-15%的裕量。另外，由于要采用旋转编码器定位，需要 PLC 具有高速脉冲输入，故最终选择西门子 S7-200 系列 CPU226 PLC 为主机，配以 EM223DC24V 数字量 16入/16出扩展模块。CPU226S 输入/输出点数为 24 入/16 出，EM223 为 16 入/16 出，共形成输入点数 40 点，输出点数 32 点，满足系统要求，其地址编号如图3-8所示。
图3-8 PLC 主机、扩展模块 I/O 分配
PLC 输入信号有：外呼按钮、内选按钮、旋转编码器输出信号、限位开关、轿厢开/关按钮、手动开关等。输出信号有：外呼信号指示、内选信号指示、电梯上/下行信息、楼层显示信息、变频器控制信号、语音提示信号等。输入/输出信号的具体分配如表3-1 所示。
表3-1 I/O 地址分配表
PLC输入点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 PLC输入点 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2.0 Q2.1 Q2.2 电梯实物内部接口（I/O） 编码器高速计数输入 A 相 编码器高速计数输入 B 相 轿厢安全开关 底层外呼上按钮 一层外呼下按钮 一层外呼上按钮 二层外呼下按钮 二层外呼上按钮 三层外呼下按钮 三层外呼上按钮 四层外呼下按钮 四层外呼上按钮 五层外呼下按钮 下基准限位开关 下极限限位开关 检修开关 手动开门按钮 手动关门按钮 电梯实物内部接口（I/O） RH RL STF STR 关门驱动 开门驱动 底层外呼上指示 一层外呼上指示 一层外呼下指示 二层外呼上指示 二层外呼下指示 三层外呼上指示 三层外呼下指示 四层外呼上指示 四层外呼下指示 五层外呼下指示 显示驱动 A 显示驱动 B 本科毕业设计说明书（论文）
I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 I4.0 手动上行按钮 手动下行按钮 急停按钮 消防按钮 关门限位开关 开门限位开关 五层内呼按钮 四层内呼指示 三层内呼指示 二层内呼指示 一层内呼指示 底层内呼指示 轿厢开门按钮 轿厢关开门按钮 上极限位开关 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 第 16 页 共 41 页
显示驱动 C 显示驱动 D 电梯上行指示 电梯下行指示 五层内呼指示 四层内呼指示 三层内呼指示 二层内呼指示 一层内呼指示 底层内呼指示 电子报站 3.4.2 旋转编码器与PLC脉冲检测
旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，并随被测轴一起转动，用以测量转角，并将其转换成数字形式的输出信号。
旋转编码器的两相输出分别与PLC的I0.0、I0.1 点相连。由于旋转编码器输出的脉冲频率较高，普通计数器无法计数，必须采用高速计数器。CPU226 拥有 6 个高速计数器，分别为HSC0-HSC5。
每一个高速计数器又分12 种工作模式，可分成四类：无外部方向输入信号的单相加/减计数器、有外部方向输入信号的单相加/减计数器、有加计数时钟和减计数时钟输入的双相计数器、有A/B相正交计数器。因为旋转编码器的输出是两相互差900的脉冲，所以，高速计数器必须工作在模式9--模式11 之间，即工作在A/B相正交计数模式。在这里以模式9 为例，说明正交计数的工作原理。
当工作模式 为9 时，HSC以I0.0、I0.1 为A、B两相计数源，若A相时钟脉超前B相 ，为正计数，若A相时钟脉冲滞后B相90O，则为减计数。A/B相正交计数器工作时，还可设定为 1 倍速正交模式或 4 倍速正交模式。1 倍速正交模式，即在接收到一个计数脉冲时计一个数。图3-9示出了高速计数器工作在模式 9，4 倍速正交的时序图[19]。