清华自动化 计算机控制系统课程 电梯控制实验报告.docx
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清华自动化计算机控制系统课程电梯控制实验报告
电梯模型控制实验
2008011565冯袁自86
2008011564熊元骏自86
1.控制目标:
五层电梯的控制系统,实现电梯的正常工作逻辑。
2.控制方案:
我们将程序分为以下4个模块:
1.所有显示单元的控制模块;
2.电梯上升和下降的逻辑判断和控制;
3.电梯停止的判断和实现;
4.电梯开关门的控制。
以上4个模块既有联系,又有独立的地方,在程序中按顺序依次实现4个模块,在编写下一个模块之前先对上一个模块进行调试,调试成功后继续编写。
这个控制方案的特点是没有楼层的限制。
我们的程序不是由3层的程序扩展到5层的,而是直接实现5层电梯的控制,也就是说程序模块分划不是根据层数,而是根据功能。
这样的程序有更强的扩展性,通过在一些网络里添加少量条件即可适用于更多的楼层,具有更好的可扩展性。
3.I/O分配表:
所有输入变量:
一层外呼上
I0.0
二层外呼下
I0.1
二层外呼上
I0.2
三层外呼下
I0.3
三层外呼上
I0.4
四层外呼下
I0.5
四层外呼上
I0.6
五层外呼下
I0.7
一层内呼
I1.0
二层内呼
I1.1
三层内呼
I1.2
四层内呼
I1.3
五层内呼
I1.4
一层限位开关
I2.1
二层限位开关
I2.2
三层限位开关
I2.3
四层限位开关
I2.4
五层限位开关
I2.5
内呼开门
I2.6
内呼关门
I2.7
所有输出变量:
一层外呼显示上升
Q0.0
二层外呼显示下降
Q0.1
二层外呼显示上升
Q0.2
三层外呼显示下降
Q0.3
三层外呼显示上升
Q0.4
四层外呼显示下降
Q0.5
四层外呼显示上升
Q0.6
五层外呼显示下降
Q0.7
一层内呼显示
Q1.0
二层内呼显示
Q1.1
三层内呼显示
Q1.2
四层内呼显示
Q1.3
五层内呼显示
Q1.4
内呼开门显示
Q1.5
内呼关门显示
Q1.6
数码管a段
Q2.0
数码管b段
Q2.1
数码管c段
Q2.2
数码管d段
Q2.3
数码管e段
Q2.4
数码管f段
Q2.5
数码管g段
Q2.6
外部上行显示
Q3.0
外部下降显示
Q3.1
电梯开门电机
Q3.2
电梯关门电机
Q3.3
电梯上升电机
Q3.6
电梯下降电机
Q3.7
4.硬件调试流程:
1.按照系统搭建的要求接线,首先制定系统的IO表。
接好线的系统如下图:
2.按照实验指导书的电梯调试方法进行测试,首先测试所有输入是否正常工作,再测试所有输出是否工作正常。
在测试过程中,为了提高测试的效率,我们编写了一些小的程序帮助测试,比如我们写了一个任何一个内呼按钮控制电梯上升、任何一个外呼按钮控制电梯下降的程序。
这样就可以用更简单的方法测试设备的功能。
3.编写出数码管显示和电梯运行方向指示的程序,我们先用电梯内呼的开关门控制电梯的上升和下降,利用手动控制电梯的运行状态来测试数码管显示和运行方向指示部分的程序。
4.当显示部分的程序调试没有问题后,开始编写电梯运行有关的程序,包括有关状态的保持的程序网络,电梯运行方向的判断。
编写完成之后下载调试,通过按不同内呼和外呼按钮判断程序的问题。
(这个时候还没有编写电梯停止的程序,所以判断电梯能不能到达某一层用该层的内呼或外呼的指示灯的亮和灭代表)
5.当电梯运行的程序没有问题时,开始编写调试电梯停止并且停这一层自动开关门的程序。
6.以上5步都调试完成后,开始调试再次按下按钮时自动开关门的程序。
5.软件流程:
1.显示输出的设计
a.数码管的显示:
数码管的7段输出由Q2.0到Q2.6控制,在译码器输出时只需输出QB2即可。
由于数码管显示的数字是电梯即将到达的楼层,所以即使电梯运行在同一个位置,当电梯的运行方向不同时,数码管显示的数字应该也是不同的。
下面举例说明工作流程:
假如电梯运行二层到三层区间内,若电梯上行:
在到达二层的时候显示二层,当电梯高度高于二层(即二层限位开关I2.2关闭),显示三层。
若电梯下行:
在到达三层的时候显示三层,当电梯高度低于三层(即三层限位开关I2.3关闭),显示二层。
b.电梯上行下行指示灯设计:
网络10和网络11分别设计了上行下行指示灯,都利用了RS触发器,当电梯上行输出Q3.6为1时,显示上行Q3.0置1。
显示上行指示灯灭的条件有2个:
电梯下行输出Q3.7为1;有无呼叫存储器M8.0为1(表示没有任何内呼和外呼的呼叫,结构可见网络2)。
下图为网络10的设计,下行指示灯和上行指示类似,在此不赘述。
c.电梯外呼按钮显示灯的开关设计
一层外呼和五层外呼灯的状态设计实现较容易,网络26是实现一层外呼显示状态的程序。
一层外呼上行有输入(即I0.0变为1),外呼1上(M5.0)置1。
外呼1上(M5.0)置0的条件有电梯在一层停止和在一层重复按“一层外呼上行”。
网络26如下图:
五层的程序为网络33,和网络26非常类似,在此不再赘述。
二层到四层的程序设计比较复杂,下面就拿外呼二层上行显示灯举例说明,网络28是其实现程序。
程序中同样使用了RS触发器,S端是外呼二层上行,当按下外呼二层上行后,外呼二层上行显示灯点亮。
R端有3个条件,第一个是初始化;第二个是电梯在上行过程中到达了二层,并且停在了二层;第三个是停在二层的同时重复按下外呼二层上行。
网络28如下图:
d.电梯内呼按钮显示灯的开关设计
内呼显示灯的逻辑较为简单,只要电梯到了需要到达的层,该内呼显示灯熄灭。
内呼显示的逻辑和外呼显示的逻辑不同,不用考虑电梯运行方向的因素。
网络20到网络24分别是1到5层的程序,逻辑都相同,下面是1层的程序(网络20)。
2.初始状态的到达:
首先,在上电之后,将电梯置于软件设定好的初始位置,即一层。
所以当PLC刚开始运行时,无论电梯的位置在哪,都会回到第一层,然后等待下一步指令进行运转。
网络1利用SR寄存器判断初始状态,PLC运行时表示初始状态的M4.3置1,当限位一层开关触发,M4.3置零。
在网络35中可以看出,当M4.3为1,电梯下行的输出Q3.7置1,电梯开始下降,直到到达一层。
3.电梯运转逻辑的判断:
电梯的运转只有两个状态,上升和下降,所以我们们需要通过一定的逻辑判断来决定电梯的运行方向。
在程序中,我们采取了优先满足内呼的策略。
首先,我们们利用网络25判断有没有内呼输入。
网络25使用RS触发器,触发器的S端是五个内呼输入的并联(从I1.0到I1.4),触发器的R端是SM0.1和M3.0与五个内呼状态保存变量(M2.2到M2.6)的串联并联。
效果是“有无内呼”变量(M3.0)的初始值为0,当任何一个内呼输入能够触发“有无内呼”变量(M3.0)置1。
由于内呼状态保存变量使用的常开开关,所以仅有所有的内呼状态保存变量由1变0时,即一层到五层都没有内呼时,M3.0置0。
由于电梯上升和下降的逻辑基本相同(不同点在下降多了一个初始化状态的判断),下面对上升逻辑做简要介绍。
网络34是电梯的上升逻辑判断程序:
程序中使用了一个RS触发器,触发器的S端为置1条件,R端为置0条件。
置1条件为:
当有内呼时,电梯的位置小于内呼的层数;当没有内呼时,电梯的位置小于外呼的层数。
置0条件为:
初始值;电梯停止;电梯在下降过程中。
网络34如下图:
4.电梯停止条件的判断:
因为电梯停止条件判断非常复杂,所以这里借用两个存储器(M9.3和M9.2)来减小网络36的复杂度。
首先需要确定一个停止条件的值:
停止条件3(M9.3),这个值代表了有内呼情况下电梯停止的条件。
停止条件3在网络37中实现。
M9.3置1的条件分为2个部分:
第一部分,不考虑电梯运行方向,无论电梯是在上升还是在下降,如果内呼的层数和限位开关触发的层数相等,M9.3就置1;第二部分,考虑电梯的运行方向,当电梯在上升,如果电梯到达外呼上升的那一层并且还有更高层的内呼响应,M9.3置1,当电梯下降,如果电梯到达外呼下降的那一层并且还有更低层的内呼响应,M9.3置1。
网络37实现如下:
若M9.3值确定,就相当于有内呼时的停止条件确定。
接下来需要确定另一个停止条件的值:
停止条件2(M9.2),这个值代表了无内呼情况下电梯停止的其中一个条件。
停止条件2在网络38中实现,M9.2置1的条件是电梯在某一层,如果这一层的外呼下处于打开状态,并且所有高于这一层的外呼下均处于关闭状态,以及如果这一层的外呼上处于打开状态,并且所有低于这一层的外呼上均处于关闭状态。
网络38具体实现如下图:
既然确定了M9.2和M9.3,我们们现在回到网络36。
网络36中RS触发器的S端为置1条件,R端为置0条件。
置1条件为:
在有内呼的条件下M9.3为1;在无内呼的条件下M9.2为1,以及电梯运动的方向和外呼的方向相同(一层和五层不需要考虑运行方向),并且外呼的层数等于电梯的位置。
置0条件为:
初始化;停止后一段时间T37计时器变为1。
网络36的具体实现如下:
5.电梯开关门的设计:
电梯开关门需要实现以下目标:
a.在电梯运行过程中保持关门,即使按下了内呼开门按钮。
b.电梯到达目标层停止后自动开门、关门。
c.在电梯开门和关门进行中,可以手动按内呼关门按钮强制关门。
d.电梯停止在某层保持关门状态时,重复按下该层的外呼上或外呼下,能实现电梯的自动开门和关门。
时序图1:
a目标的实现:
网络45使用了RS触发器,触发器的S端接定时器T35,R端接电梯开门的电机开关Q3.2,在电梯停留开门结束后,Q3.2置0,T35仍为1,这时Q3.3置为1(在“时序图1”中可以看到),在电梯正常运行过程中,即使按下了内呼开门,电梯的门也不会打开,直到电梯停止为止。
b目标的实现:
实现停留时的开关门需要用若干寄存器和定时器完成。
首先,当电梯状态转为停止,“电梯停止”(M4.2)置1,根据网络41,“停止状态保存”(M8.2)置1,M8.2置0的条件有:
初始化;电梯上行或下行。
根据网络40,T37在M8.2置1之后14s变为1。
根据网络42,T34在M4.2置1后0.5s变为1,为了考虑重复按键开关门的问题,即d目标,在T34的输入端处加入了M8.4的条件。
根据网络43,T34在置1后使“电梯开门”(Q3.2)变为1,电梯开门。
当定时器T36打开时,Q3.2置0。
网络43中R端还接入了M6.3,是为了满足c目标设定的。
在Q3.2关闭时,根据网络45,电梯开始关门(上文已有介绍)。
c目标的实现:
根据网络59,一旦按下了内呼关门按钮,只要电梯不在运行,“内呼关门状态”(M6.3)和“内呼显示开门”(Q1.6)处于打开状态。
在上文对b目标中网络43的介绍中,提到了M6.3的作用,在电梯开门过程中,按下关门按钮,M6.3立刻变1,Q3.2置0,T35/M6.2在2s后关闭,Q3.3立刻打开,开始关门。
如下图所示:
d目标的实现:
首先,我们们需要判断是否出现重复按键,网络51使用了RS触发器,当电梯处在任意一层,只要按下了同一层的外呼上或者外呼下按钮,s端置1。
R端由4个条件确定:
初始化;电梯上升的要求;电梯下降的要求;T40计时器。
网络51如下图所示:
接下来对“有上升要求”(M9.0)做一下介绍(“有下降要求”(M9.1)和M9.0类似,不再赘述):
在网络52中,当有内呼时,如果内呼的层数大于电梯当前的层数,则M9.0打开;当没有内呼时如果外呼的层数大于电梯当前的层数,M9.0打开。
网络52构想简单,但是实现比较繁琐,所以在此不再贴图展示。
最后,网络54是处理该问题的核心程序,如果电梯停止并且按下重复按键,M8.4置1,M8.4归0的条件有:
初始化;有上升要求;有下降要求;T39打开。
如下图:
接下来就和电梯停止在某一层相同,电梯自动开关门,时序图如下图:
试验中遇到的问题:
1.系统的接线比较复杂,在写出IO表后发现之前IO的安排不是很合理,没有按照试验箱的实际情况进行分配,所以后来根据试验箱上的具体位置重新进行了IO分配。
2.虽然硬件调试过程中没有出现问题,但是软件的调试中遇到了很多的问题。
首先,电梯开关门的控制逻辑比较复杂,由于之前对程序的运行逻辑不是很了解,所以总是会出现实验结果和设想不一样的情况,尤其是开关的状态的判断。
后来经过在实验仪器上的实际操作,及时找到问题,最后解决了电梯开关门逻辑的错误。
实验结果:
完成5层电梯的要求,电梯在各种测试环境下没有出现错误,全部按照正常的逻辑进行运转,包括数码显示、指示灯、电梯运转方向、停止条件和开关门逻辑。
实验体会:
该实验训练了编写PLC程序的能力,并且锻炼了遇到问题独立解决的能力。
提高了编写PLC程序的能力,熟悉了PLC的时序逻辑关系,掌握了一些基本的控制方法,为将来实际工作中的应用打下了基础。
实验建议:
实验开始之前最好对同学们做一次PLC编程的讲座,讲授一些最基本的内容,比如说程序由哪些元素构成、程序如何运行,便于做实验的同学上手操作。
不仅能够节约大家实验准备的时间,更能让大家把更多精力投入到程序的实现上,而不是消耗大量的时间来研究如何入门。
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