西門子6ES75280AA707AA0接口模塊

電梯PLC控制簡介　

電梯是現(xiàn)代建筑內(nèi)關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要交通工具。如何提高電梯的運(yùn)行效率、降低電梯能耗以及減少機(jī)械磨損、延長電梯的使用壽命，都是非常重要的研究課題。電梯是樓層用以固定提升的成套設(shè)備，具有安全可靠、乘坐舒適、停層準(zhǔn)確、操作簡便、運(yùn)輸效率高等特點(diǎn)。它由提升曳引系統(tǒng)、引導(dǎo)系統(tǒng)、安全裝置和電控系統(tǒng)組成。

　　目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計(jì)和制造微機(jī)控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活。本設(shè)計(jì)在用三菱 FX2系列PLC控制靜磁柵位移傳感器實(shí)現(xiàn)電梯平層控制。

　　靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統(tǒng)中的作用為電梯平層控制的調(diào)整，電控系統(tǒng)是電梯的“中樞神經(jīng)"，其質(zhì)量的好與壞直接影響電梯質(zhì)量?？吞莺歪t(yī)用梯都講究乘坐舒適，而舒適感與運(yùn)行時(shí)間有關(guān)。要想乘坐舒適，就要延長加、減速時(shí)間，因而使運(yùn)行時(shí)間隨之延長，電梯運(yùn)行效率降低。所以，為了使電梯具有較高的運(yùn)行效率，加減速度應(yīng)該有一個(gè)合適的限度，而且變化要平穩(wěn)，這就對電控系統(tǒng)提出了如下要求：

　　安全可靠，排除故障方便，在滿足使用要求前提下，線路越簡單越好。

　　噪聲和振動(dòng)小，選擇元件要合理，電磁聲不能大，安裝零件的結(jié)構(gòu)件要有足夠剛度，且有防松措施。

　　能適應(yīng)頻繁起動(dòng)、停止、調(diào)整及換向的工作要求，調(diào)速性能好，工作方式易于轉(zhuǎn)換。加、減速和等速要平穩(wěn)，速度曲線平滑，到站前無微動(dòng)。

　　能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層，且平層必須準(zhǔn)確。

　　能適應(yīng)在較大范圍內(nèi)變動(dòng)地提升載荷，能重載起動(dòng)。

開放式PLC的概念及設(shè)計(jì)

目前，國內(nèi)用戶選用的可編程控制器(PLC)仍以國外產(chǎn)品為主，造成這種局面的一個(gè)重要原因是歐、美、日等發(fā)達(dá)工業(yè)掌握了PLC的核心技術(shù)，其硬軟件技術(shù)對應(yīng)用者來說*是封閉的，使用者只能從應(yīng)用的角度學(xué)習(xí)PLC，而不能參與PLC的開發(fā)[1-2]。近年來，IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施為各PLC生產(chǎn)廠家提供了統(tǒng)一的軟件開發(fā)準(zhǔn)則，開放的高性能單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為硬件開發(fā)提供了有效的物質(zhì)基礎(chǔ)[3]。在這樣的背景下，研制開放的PLC系統(tǒng)無論對于科學(xué)研究還是促進(jìn)PLC行業(yè)的發(fā)展都有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

　PLC是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口等組成[4]，其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 開放式可編程控制器

　開放式PLC硬件結(jié)構(gòu)采用CPU+模塊+接口構(gòu)成，各個(gè)接口都按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，大大提高了PLC的開放性，使其能方便地與大系統(tǒng)連接。編程語言遵循國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3，并將基于PC的編程軟件作為PLC編程工具。系統(tǒng)硬件部分采用高性能51內(nèi)核處理器STC89C51，其為模塊化設(shè)計(jì)，采用濾波、隔離電路，以降低成本。主要電路有：微控制器

STC89C51RC、開關(guān)量輸入電路、繼電器輸出電路、晶體管輸出電路、RS232通信接口電路、電源電路、時(shí)鐘復(fù)位電路和USB通信接口電路等，PLC硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示，軟件采用Borland公司集成開發(fā)軟件C++ Builder，通過集成平臺(tái)對51內(nèi)核處理器指令集進(jìn)行解釋、編譯，使梯形圖語言轉(zhuǎn)換為能被51內(nèi)核處理器識(shí)別的代碼。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　可編程控制器單片機(jī)部分電路圖如圖3所示。

　USB通信部分選擇Philips公司的PDIUSBD12[5]芯片作為系統(tǒng)的USB接口器件，片內(nèi)集成了高性能USB接口電路、SIE、FIFO存儲(chǔ)器、收發(fā)器以及電壓調(diào)整器等，可與任何外部控制器或微處理器實(shí)現(xiàn)高速并行通信，其速率為2 Mb/s，*滿足設(shè)計(jì)所要求的數(shù)據(jù)傳輸速度。USB通信接口模塊電路如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖中，系統(tǒng)編輯模塊為用戶提供編輯環(huán)境，接收用戶的梯形圖程序輸入，并將其存儲(chǔ)為相應(yīng)的文件。梯形圖語言為一種圖形語言，要直接對其進(jìn)行編譯十分困難，因此并不是直接對梯形圖程序進(jìn)行編譯，而是先將其翻譯成指令語言的文本形式，再對指令語言進(jìn)行編譯。圖形語言編譯問題的解決，提高了代碼的利用率[6-7]。通過提取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)，形成C語言程序文件，經(jīng)過C51編譯器、連接器、轉(zhuǎn)換器的編譯、連接、轉(zhuǎn)換過程，生成能夠在PLC硬件上運(yùn)行的可執(zhí)行文件。

3.1 用戶界面

　PLC用戶界面是實(shí)現(xiàn)可編程人機(jī)交互的重要部分，它以梯形圖語言的形式錄入用戶控制程序，以二進(jìn)制形式通過串口下載到PLC硬件，其梯形圖表示的用戶編程區(qū)如圖6所示。

PLC在進(jìn)行邏輯運(yùn)算之前，必須對外部信號(hào)進(jìn)行采樣[8]，若要實(shí)現(xiàn)指令的功能，首先要設(shè)置外部I/O在梯形圖中的地址，系統(tǒng)才能夠?qū)τ脩舫绦蛑兴褂玫腎/O地址與單片機(jī)的引腳地址相匹配。本設(shè)計(jì)在I/O設(shè)置對話框底層設(shè)計(jì)了如表1所示的數(shù)據(jù)處理函數(shù)。

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3.2 USB通信

　PDIUSBD12的固件設(shè)計(jì)成*的中斷驅(qū)動(dòng)，當(dāng)CPU處理前臺(tái)任務(wù)時(shí)，USB的傳輸可在后臺(tái)進(jìn)行；后臺(tái)中斷服務(wù)程序和前臺(tái)主程序循環(huán)之間的數(shù)據(jù)交換可以通過事件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)PDIUSBD12從USB收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，即對CPU產(chǎn)生一個(gè)中斷請求，CPU立刻響應(yīng)中斷。在中斷服務(wù)程序中，固件將數(shù)據(jù)包從PDIUSBD12內(nèi)部緩沖區(qū)移到循環(huán)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并將PDIUSBD12的內(nèi)部緩沖區(qū)清零，以便接收新的數(shù)據(jù)包，使CPU可以繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前的前臺(tái)任務(wù)直到完成。本文利用PDIUSBD12的端點(diǎn)1進(jìn)行命令的傳輸和應(yīng)答，端點(diǎn)1每次接收計(jì)算機(jī)發(fā)送過來的8 B指令，其指令格式如表2所示。例如，接收到十六進(jìn)制碼52 01 00 03 00 07 00 50，表示讀24C01器件從03字節(jié)開始的7個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。52H為R的ASCII碼，57H為W的ASCII碼。端點(diǎn)2用于數(shù)據(jù)的傳輸。

　本文在了解PLC研究狀況以及其市場需求的基礎(chǔ)上，提出了研發(fā)開放式PLC的概念，完成了PLC集成開發(fā)系統(tǒng)的C51模塊實(shí)現(xiàn)方案的設(shè)計(jì)，將USB通信方式引入PLC領(lǐng)域，所設(shè)計(jì)的梯形圖編輯器提供了梯形圖編輯平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了PLC的基本邏輯指令，完成計(jì)算機(jī)與控制器的USB通信。