实验九实验九 楼宇电梯自动控制楼宇电梯自动控制 四层电梯自动控制要求同学们在四层电梯自动控制要求同学们在 16 学时内自主完成。出现的问题原则上由同学们自行解决， 老师只提出改进建议， 实验过程中的表现占成绩的学时内自主完成。出现的问题原则上由同学们自行解决， 老师只提出改进建议， 实验过程中的表现占成绩的 60%， 实验报告及感想心得占， 实验报告及感想心得占 40%。 一、 实验目的 一、 实验目的 1、 通过对工程实例的模拟，熟练地掌握 PLC 的编程和程序调试方法。 2、 进一步熟悉 PLC 的 I/O 连接及与外围电路的实际接口连线。 3、 熟悉四层楼电梯采用轿厢外按钮控制的编程方法。 二、控制要求 二、控制要求 电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵， 其操纵内容为电梯运行方向。SQ1SQ4 为到位接近开关。1F4F 为轿厢外各楼层呼叫按钮。af 为 LED 数码管的 7 个发光段,用于显示楼层。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层） ，按三层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在四层，在三层时，必须按三层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从四层运行到三层） ，按三层上升呼叫按钮无效，依此类推。 呼叫分为单层呼叫和多层同时呼叫。 单层呼叫，我们可以形象地称为直达列车，中间不停，直接到达。 多层同时呼叫时，我们称之为慢车，遇到其中某一层时，首先需要电机停下来，延时 5秒后，电梯才能继续上/下行，直到终点楼层。 三、仪器及材料三、仪器及材料 1、 可编程控制器实验台 1 个（FX1N-40MR 直流输入 24 点，继电器输出 16 点） 2、 计算机 1 台 3、 编程电缆 1 根 4、 连接导线 若干 四、实验装置简介 四、实验装置简介 1、实验装置的电梯自动控制单元（面板布置图见图 1） 机械部分： 通过直流电机带动丝杠螺母上下运动，模拟电梯上下运行 电器部分：各层的到位开关为接近开关，见图中的 1、2、3、4。 向上、向下楼层的选择键为按带有指示的按钮，见图中的 1F、2F、3F、4F。 电梯两端装有限位开关，见图中的 SB1、SB2。 1数码管显示楼层信息，见图中的 ag 该装置提供直流电源为 24V 直流电机使用 24V 电源。 直流继电器 24V，用于电机外部线路保护。 M24VSB2SB112344F1F2F3F4F1F2F3F4F1F2F3Fa b c d e f gcomhabdecgfh电机24V电源开关KM1KM2KM3KM424V/3AFUSE24V电源开关图 1. 面板布置图 2、装置中的 PLC 简介 PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。本实验装置选用的主机型号为三菱系列的 FX1N-40MR。输入点数为 24，输出点数为 16。 2（1）主机 主机部分包括中央处理器（CPU） 、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU 是 PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC 的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。 （2）输入/输出（I/O）接口 I/O 接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。 输入接口接受输入设备 （如按钮、 传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等） 。I/O 接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O 点数即输入/输出端子数是 PLC 的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。 （3）电源 图中电源是指为 CPU、存储器、I/O 接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。 （4）编程软件或编程器 编程器是 PLC 的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监视 PLC 的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将 PLC 与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。 （5）输入/输出扩展单元 I/O 扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。 （6）外部设备接口 此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。 3、PLC 的工作原理 PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重3新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 PLC 的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。 PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。 4、PLC 的程序编制 （1）编程元件 PLC 是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等。 PLC 内部这些继电器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似， 也有 “线圈”与“触点” ，但它们不是“硬”继电器，而是 PLC 存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。 FX1N-40MR 编程元件的编号范围与功能说明如下表所示 元件名称 代表字母编号范围 功 能 说 明 输入继电器 X X0X27 共 24 点 接受外部输入设备的信号 输出继电器 Y Y0Y27 共 24 点 输出程序执行结果并驱动外部设备 辅助继电器 M M0M499 共500 点在程序内部使用，不能提供外部输出 T0T199 100ms 延时定时继电器, 触点在程序内部使用 继电器 T T200T245 10ms 延时定时继电器, 触点在程序内部使用 计数继电器 C C0C99 加法计数继电器，触点在程序内部使用 数据寄存器 D D0D199 数据处理用的数值存储元件 嵌套指针 N、P N0N7 P0P127 N 主控用，P 跳跃、子程序用 4（2）编程语言 所谓程序编制，就是用户根据控制对象的要求，利用 PLC 厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。PLC 最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。 1） 梯形图（语言） 梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示 PLC 输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。 梯形图中常用 和 图形符号分别表示 PLC 编程元件的动断和动合接点；用 表示它们的线圈。梯形图中编程元件种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。 梯形图的设计应注意到以下三点： 梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。 梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流” ，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由 PLC 内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点也可供内部编程使用。 2）指令语句表 下例为 PLC 实现三相鼠笼电动机起/停控制的两种编程语言的表示方法： KM Y000 步序 指令语 器件号 SS ST X000 X001 0 LD X000 KM Y000 1 OR Y000 2 ANI X001 (1)继电接触控制线路图 (2)梯形图 3 OUT Y000 4 END 5指令语句表是一种用指令助记符来编制 PLC 程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的程序就是指令语句表。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。 （5） 、基本指令如表所示： 名 称 助记符 目 标 元 件 说 明 取指令 LD X、Y、M、S、T、C 常开接点逻辑运算起始 取反指令 LDI X、Y、M、S、T、C 常闭接点逻辑运算起始 线圈驱动指令 OUT Y、M、S、T、C 驱动线圈的输出 与指令 AND X、Y、M、S、T、C 单个常开接点的串联 与非指令 ANI X、Y、M、S、T、C 单个常闭接点的串联 或指令 OR X、Y、M、S、T、C 单个常开接点的并联 或非指令 ORI X、Y、M、S、T、C 单个常闭接点的并联 或块指令 ORB 无 串联电路块的并联连接 与块指令 ANB 无 并联电路块的串联连接 主控指令 MC Y、M 公共串联接点的连接 主控复位指令 MCR Y、M MC 的复位 置位指令 SET Y、M、S 使动作保持 复位指令 RST Y、M、S、D、V、Z、T、C使操作保持复位 上升沿产生脉冲指令PLS Y、M 输入信号上升沿产生脉冲输出 下降沿产生脉冲指令PLF Y、M 输入信号下降沿产生脉冲输出 空操作指令 NOP 无 使步序作空操作 程序结束指令 END 无 程序结束 6四、输入/输出的分配如下： 四、输入/输出的分配如下： 输入： 序号 名 称 输入点 序号 名 称 输出点 0 一层接近开关 X000 7 四层上行呼叫按钮 X007 1 二层接近开关 X001 8 一层下行呼叫按钮 X010 2 三层接近开关 X002 9 二层下行呼叫按钮 X011 3 四层接近开关 X003 10 三层下行呼叫按钮 X012 4 一层上行呼按钮 X004 11 四层下行呼叫按钮 X013