目 录
摘要----------------------------------------------------------------------------------------4 第一章 四层电梯的PLC 控制-------------------------------------------------------5
一、四层电梯的设计要求-------------------------------------------------------5 二、自动电梯相关原理知识----------------------------------------------------5 三、PLC 相关知识----------------------------------------------------------------6
3.1 PLC基本概念-----------------------------------------------------------7 3.2 PLC基本结构-----------------------------------------------------------7 3.3 PLC的工作原理--------------------------------------------------------8 3.4输入输出分配表--------------------------------------------------------8 3.5主体流程及梯形图设计-----------------------------------------------9 四、变频器相关知识-------------------------------------------------------------20 4.1变频器的工作原理-----------------------------------------------------20 4.2基本组成-----------------------------------------------------------------21
4.3 变频器的控制方式----------------------------------------------------21
第二章 双层停车场自动控制--------------------------------------------------------22 一、控制要求----------------------------------------------------------------------22
二、组态王软件相关知识-------------------------------------------------------23 2.1 组态王简介--------------------------------------------------------------23
2.2组态王实现步骤---------------------------------------------------------23 三、双层停车场组态王模拟----------------------------------------------------24 3.1 系统组成原理-----------------------------------------------------------24
3.2 数据词典-----------------------------------------------------------------24 3.3 开发系统-----------------------------------------------------------------26 3.4 开发程序-----------------------------------------------------------------26
心得体会-----------------------------------------------------------------------------------33 参考文献-----------------------------------------------------------------------------------34 意见评审表--------------------------------------------------------------------------------35
摘 要
随着社会不断进步与发展，车辆在不断增多，这就要求提供更多的停车位来供人门停车。单城市拥挤的环境已无法提供更多的车位，这就要求车位从地面向空间发展。那么，车位的空间设计技术就不得不引起人们的注意，车库的合理设计以及怎样控制设计者最需要考虑的问题。车位需要上下移动，根据不同的要求，执行一系列的操作。这需要一个很好的控制技术。本设计就是针对车库能很好运行来设计的，用PLC 来控制。下面来介绍下PLC 。
PLC 是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。在这次为期一周的课设中，我利用三菱FX1S 系列单片机设计了四层电梯自动控制程序并且进行了仿真实验，利用组态王软件设计了双层停车场自动控制的人机界面，配合组态王的编程语言实现了组态王的仿真运行。下面将分别介绍两个题目的具体设计过程。
关键词：PLC ，四层电梯，组态王，双层停车场
第一章 四层电梯的PLC 控制
一、四层电梯的设计要求：
如电梯模拟实验台结构所示，其动作要求如下： [1]电梯上行：
①当电梯停于1楼(1F)或2F 、3F 时，4楼呼叫．则上行到4楼碰行程开关后停止。
②电梯停于1F 或2F ，3F 呼叫、则上行，到3F 行程开关控制停止。 ③电梯停于1F ，2F 呼叫，则上行，到2F 行程开关控制停止。
④电梯停于lF ，2F 、3F 同时呼叫，则电梯上行到2F 后，停5秒种，继续上行到3F 停止。
⑤电梯停于1F ，3F 、4F 同时呼叫，电梯上行到．3F ，停5秒，继续上行到4F 停止。
⑥电梯停于1F ，2F 、4P 同时呼叫，电梯上行到2F ，停5秒，继续上行到4F 停止。
⑦电梯停于1F ，2F 、3F 、4F 同时呼叫，电梯上行到2F ，停5秒，继续上行到3F ，停5秒，继续上行到4F 停止。
⑧电梯停于2F 、3F ，4F 同时呼叫，电梯上行到3F 停5秒，继续上行到4F 停止。
[2]电梯下行：
①电梯停于4F 或3F 或2F ，1F 呼叫，电梯下行到1F 停止。 ②电梯停于4F 或3F ，2F 呼叫，电梯下行到2F 停止。 ③电梯停于4F ，3F 呼叫，电梯下行到3F 停止。
④电梯停于4F ，3F 、2F 同时呼叫，电梯下行到3F ，停5秒，继续下行到2F 停止。
⑤电锑停于4F ，3F 、1F 同时呼叫，电梯下行到3F ，停5秒，继续下行到1F 停止
⑥电梯停于4F ，2F 、1F 同时呼叫，电梯下行到2F ，停5秒，继续下行到1F 停止。
⑦电梯停于4F ，3F 、2F 、1F 同时呼叫，电梯下行到3F ，停5秒，继续下行到2F 停5秒，继续下行到lF 停止。
[3]各楼层运行时间应在15秒以内，否则认为有故障。 [4]电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数。 [5]设计电梯停于2F,3F 时，电梯运行状态。（上下同时呼叫时，采取先上后下的原则）
二、自动电梯相关原理知识
电梯以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。
电梯是机电一体化产品。其机械部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。
图1
电梯的基本结构
三、PLC 相关知识
1—控制柜(屏) 2一拽引机 3—拽引钢丝绳 4—限速器 5—限速器钢绳 6—限速器张紧装置 7—轿厢 8—安全钳 9—轿厢门安全触板 10—导轨 11—对重 12—厅门 13—缓冲器
3.1 PLC基本概念
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、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。 3.2 PLC基本结构
PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 1. 电源
为PLC 提供电能的设备。 2. 中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢。 3. 存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 4. 输入输出接口电路
现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC 与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC 通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 5. 功能模块
如计数、定位等功能模块。 6. 通信模块
如以太网、RS485、Profibus-DP 通讯模块等。
PLC 功能强大，在本次课设中主要应用PLC 的开关逻辑、顺序控制和定时控制等功能。采用三菱FX1S 系列的单片机，编程简单，使用方便。
图2 PLC 的组成框图
3.3 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 要根据用户控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令号（或地址号）作周期循环扫描，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 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 （1）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在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。 （2）PLC 在程序执行阶段
按用户程序指令存放的先后顺序扫描并执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中的所有的内容随着程序的执行而改变。 （3）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。
3.4输入输出分配表
表一 输入输出分配表
四层电梯的自动控制主体思想是将四层楼分为四个状态，每个楼层分为两个子状态一、二，状态一为该楼层的等待状态，状态二为该楼层的行进状态。四个楼层状态之间依据限位开关进行切换，即一层状态可以切换到二层状态，二层状态可以切换到一、三层的状态。切换时首先判断该层是否被呼叫，如果被呼叫则切换到该层的等待状态中，等待5秒后进入该层的行进状态中。
（1）主体流程图如下，假设电梯在一层：
图3 电梯设计主流程图
（2）开机分支转移程序：
3）等待子程序：
4）行进子程序：
（（
（5）电梯上下行判断流程
Lay1——Lay4是四个楼层的限位开关，对应输入X1——X4，四个楼层的呼叫信号对应输入X11——X14，对应中间继电器M11——M14，将四个开关量作为一个整体K1X1、K1M11，然后进行比较，如果K1X1>K1M11，代表呼叫楼层在电梯所在楼层下面，因此电梯下行；相反的，如果K1X1>K1M11，代表呼叫楼层在电梯所在楼层上面，因此电梯上行。 对应的子流程图如下：
图4 电梯上下行判断流程
部分程序如下：
另外设置了数码管显示、楼层呼叫指示灯、主控制按钮和报警部分。
（6）数码管显示部分：
当电梯行驶或停靠在某一楼层时，数码管显示出对应的楼层号，利用输出端口
Y6——Y14输出数码管显示信号到数码管，即可显示出电梯当前所在的楼层，对应梯形图如下：
一层数码管显示子程序：
二层数码管显示子程序：
三层数码管显示子程序：
四层数码管显示子程序：
（7）楼层呼叫指示灯：
L1——L4对应四个楼层的呼叫指示灯，哪一层有呼叫，哪一层的指示灯就亮，电梯行进到这一层后，指示灯即熄灭。
（8）主控制按钮：
利用电梯面板上的RESET 按钮作为主控按钮，按下后电梯停止当前动作，停
在当前位置。再次按下主控按钮后，电梯继续之前的动作。
（9）报警部分：
电梯上行、下行电机运行时间超过15s 后，发出报警知识。
报警部分程序：
(10)总梯形图如下：
四、变频器相关知识
变频器（Variable-frequency Drive，VFD ）是应用变频技术与微电子技
术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频
器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单
元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT 的开断来调整输出电源
的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节
能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保
护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
为了控制交流电梯，提高电能利用率，使自动电梯的运行更加安全稳定，
须配合变频器对自动电梯进行控制。变频器是通过轻负载降压实现节能的，安
装变频器的电动机所带的机械负载，如风机、水泵并不是经常工作在满载情况
下，当系统要求机械负载不在额定负载运行时，可以通过变频调节电动机的转
速，使得电动机输出的功率能满足系统的要求，而不必通过风机的动叶、水泵
出口的调节门的节流进行调节，降低了系统的节流损失。另外，变频器可以改
变电动机的无功损耗，改善启动条件，提高功率因素，可以降低无功功率传递
而引起的有功损耗，这对节能也是存在一定意义的。
4.1变频器的工作原理
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动
单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能
控制装置。主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器
的主电路大体上可分为两类:电压型、电流型。我们现在使用的变频器主要采
用交—直—交方式（VVVF 变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流
器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源
以供给电动机。
变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整
流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT 三相桥式逆变器，且输出
为PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
4.2基本组成
变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：存储转换后的电能。
逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频
率、宽度、幅度的方波。
控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似
正弦波的交流电，驱动交流电动机
4.3 变频器的控制方式
1、非智能控制方式
在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
(1) V/f控制
V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调
速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上
都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开
环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。
(2) 转差频率控制
转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础
上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩
来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方
式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流
进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。
(3) 矢量控制
矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到
对电动机在d 、q 、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达
到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作
用时间，又可以形成各种PWM 波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次
数最少的PWM 波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主
要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进
行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大
的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传
感器，因此，应用范围受到限制。
无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流
进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制
励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可
靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。
(4) 直接转矩控制
直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动
机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子
磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算
速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩。
(5) 最优控制
最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制
的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应
用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条
件下的电压最优波形。
(6) 其他非智能控制方式
在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自
适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。
2、智能控制方式
智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统和学习控制等，
目前智能控制方式在变频调速控制系统中的具体应用中已取得一些成功经验。
第二章 双层停车场自动控制
一、控制要求
目 录
摘要----------------------------------------------------------------------------------------4 第一章 四层电梯的PLC 控制-------------------------------------------------------5
一、四层电梯的设计要求-------------------------------------------------------5 二、自动电梯相关原理知识----------------------------------------------------5 三、PLC 相关知识----------------------------------------------------------------6
3.1 PLC基本概念-----------------------------------------------------------7 3.2 PLC基本结构-----------------------------------------------------------7 3.3 PLC的工作原理--------------------------------------------------------8 3.4输入输出分配表--------------------------------------------------------8 3.5主体流程及梯形图设计-----------------------------------------------9 四、变频器相关知识-------------------------------------------------------------20 4.1变频器的工作原理-----------------------------------------------------20 4.2基本组成-----------------------------------------------------------------21
4.3 变频器的控制方式----------------------------------------------------21
第二章 双层停车场自动控制--------------------------------------------------------22 一、控制要求----------------------------------------------------------------------22
二、组态王软件相关知识-------------------------------------------------------23 2.1 组态王简介--------------------------------------------------------------23
2.2组态王实现步骤---------------------------------------------------------23 三、双层停车场组态王模拟----------------------------------------------------24 3.1 系统组成原理-----------------------------------------------------------24
3.2 数据词典-----------------------------------------------------------------24 3.3 开发系统-----------------------------------------------------------------26 3.4 开发程序-----------------------------------------------------------------26
心得体会-----------------------------------------------------------------------------------33 参考文献-----------------------------------------------------------------------------------34 意见评审表--------------------------------------------------------------------------------35
摘 要
随着社会不断进步与发展，车辆在不断增多，这就要求提供更多的停车位来供人门停车。单城市拥挤的环境已无法提供更多的车位，这就要求车位从地面向空间发展。那么，车位的空间设计技术就不得不引起人们的注意，车库的合理设计以及怎样控制设计者最需要考虑的问题。车位需要上下移动，根据不同的要求，执行一系列的操作。这需要一个很好的控制技术。本设计就是针对车库能很好运行来设计的，用PLC 来控制。下面来介绍下PLC 。
PLC 是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。在这次为期一周的课设中，我利用三菱FX1S 系列单片机设计了四层电梯自动控制程序并且进行了仿真实验，利用组态王软件设计了双层停车场自动控制的人机界面，配合组态王的编程语言实现了组态王的仿真运行。下面将分别介绍两个题目的具体设计过程。
关键词：PLC ，四层电梯，组态王，双层停车场
第一章 四层电梯的PLC 控制
一、四层电梯的设计要求：
如电梯模拟实验台结构所示，其动作要求如下： [1]电梯上行：
①当电梯停于1楼(1F)或2F 、3F 时，4楼呼叫．则上行到4楼碰行程开关后停止。
②电梯停于1F 或2F ，3F 呼叫、则上行，到3F 行程开关控制停止。 ③电梯停于1F ，2F 呼叫，则上行，到2F 行程开关控制停止。
④电梯停于lF ，2F 、3F 同时呼叫，则电梯上行到2F 后，停5秒种，继续上行到3F 停止。
⑤电梯停于1F ，3F 、4F 同时呼叫，电梯上行到．3F ，停5秒，继续上行到4F 停止。
⑥电梯停于1F ，2F 、4P 同时呼叫，电梯上行到2F ，停5秒，继续上行到4F 停止。
⑦电梯停于1F ，2F 、3F 、4F 同时呼叫，电梯上行到2F ，停5秒，继续上行到3F ，停5秒，继续上行到4F 停止。
⑧电梯停于2F 、3F ，4F 同时呼叫，电梯上行到3F 停5秒，继续上行到4F 停止。
[2]电梯下行：
①电梯停于4F 或3F 或2F ，1F 呼叫，电梯下行到1F 停止。 ②电梯停于4F 或3F ，2F 呼叫，电梯下行到2F 停止。 ③电梯停于4F ，3F 呼叫，电梯下行到3F 停止。
④电梯停于4F ，3F 、2F 同时呼叫，电梯下行到3F ，停5秒，继续下行到2F 停止。
⑤电锑停于4F ，3F 、1F 同时呼叫，电梯下行到3F ，停5秒，继续下行到1F 停止
⑥电梯停于4F ，2F 、1F 同时呼叫，电梯下行到2F ，停5秒，继续下行到1F 停止。
⑦电梯停于4F ，3F 、2F 、1F 同时呼叫，电梯下行到3F ，停5秒，继续下行到2F 停5秒，继续下行到lF 停止。
[3]各楼层运行时间应在15秒以内，否则认为有故障。 [4]电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数。 [5]设计电梯停于2F,3F 时，电梯运行状态。（上下同时呼叫时，采取先上后下的原则）
二、自动电梯相关原理知识
电梯以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。
电梯是机电一体化产品。其机械部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。
图1
电梯的基本结构
三、PLC 相关知识
1—控制柜(屏) 2一拽引机 3—拽引钢丝绳 4—限速器 5—限速器钢绳 6—限速器张紧装置 7—轿厢 8—安全钳 9—轿厢门安全触板 10—导轨 11—对重 12—厅门 13—缓冲器
3.1 PLC基本概念
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、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。 3.2 PLC基本结构
PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 1. 电源
为PLC 提供电能的设备。 2. 中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢。 3. 存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 4. 输入输出接口电路
现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC 与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC 通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 5. 功能模块
如计数、定位等功能模块。 6. 通信模块
如以太网、RS485、Profibus-DP 通讯模块等。
PLC 功能强大，在本次课设中主要应用PLC 的开关逻辑、顺序控制和定时控制等功能。采用三菱FX1S 系列的单片机，编程简单，使用方便。
图2 PLC 的组成框图
3.3 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 要根据用户控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令号（或地址号）作周期循环扫描，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 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 （1）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在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。 （2）PLC 在程序执行阶段
按用户程序指令存放的先后顺序扫描并执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中的所有的内容随着程序的执行而改变。 （3）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。
3.4输入输出分配表
表一 输入输出分配表
四层电梯的自动控制主体思想是将四层楼分为四个状态，每个楼层分为两个子状态一、二，状态一为该楼层的等待状态，状态二为该楼层的行进状态。四个楼层状态之间依据限位开关进行切换，即一层状态可以切换到二层状态，二层状态可以切换到一、三层的状态。切换时首先判断该层是否被呼叫，如果被呼叫则切换到该层的等待状态中，等待5秒后进入该层的行进状态中。
（1）主体流程图如下，假设电梯在一层：
图3 电梯设计主流程图
（2）开机分支转移程序：
3）等待子程序：
4）行进子程序：
（（
（5）电梯上下行判断流程
Lay1——Lay4是四个楼层的限位开关，对应输入X1——X4，四个楼层的呼叫信号对应输入X11——X14，对应中间继电器M11——M14，将四个开关量作为一个整体K1X1、K1M11，然后进行比较，如果K1X1>K1M11，代表呼叫楼层在电梯所在楼层下面，因此电梯下行；相反的，如果K1X1>K1M11，代表呼叫楼层在电梯所在楼层上面，因此电梯上行。 对应的子流程图如下：
图4 电梯上下行判断流程
部分程序如下：
另外设置了数码管显示、楼层呼叫指示灯、主控制按钮和报警部分。
（6）数码管显示部分：
当电梯行驶或停靠在某一楼层时，数码管显示出对应的楼层号，利用输出端口
Y6——Y14输出数码管显示信号到数码管，即可显示出电梯当前所在的楼层，对应梯形图如下：
一层数码管显示子程序：
二层数码管显示子程序：
三层数码管显示子程序：
四层数码管显示子程序：
（7）楼层呼叫指示灯：
L1——L4对应四个楼层的呼叫指示灯，哪一层有呼叫，哪一层的指示灯就亮，电梯行进到这一层后，指示灯即熄灭。
（8）主控制按钮：
利用电梯面板上的RESET 按钮作为主控按钮，按下后电梯停止当前动作，停
在当前位置。再次按下主控按钮后，电梯继续之前的动作。
（9）报警部分：
电梯上行、下行电机运行时间超过15s 后，发出报警知识。
报警部分程序：
(10)总梯形图如下：
四、变频器相关知识
变频器（Variable-frequency Drive，VFD ）是应用变频技术与微电子技
术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频
器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单
元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT 的开断来调整输出电源
的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节
能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保
护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
为了控制交流电梯，提高电能利用率，使自动电梯的运行更加安全稳定，
须配合变频器对自动电梯进行控制。变频器是通过轻负载降压实现节能的，安
装变频器的电动机所带的机械负载，如风机、水泵并不是经常工作在满载情况
下，当系统要求机械负载不在额定负载运行时，可以通过变频调节电动机的转
速，使得电动机输出的功率能满足系统的要求，而不必通过风机的动叶、水泵
出口的调节门的节流进行调节，降低了系统的节流损失。另外，变频器可以改
变电动机的无功损耗，改善启动条件，提高功率因素，可以降低无功功率传递
而引起的有功损耗，这对节能也是存在一定意义的。
4.1变频器的工作原理
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动
单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能
控制装置。主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器
的主电路大体上可分为两类:电压型、电流型。我们现在使用的变频器主要采
用交—直—交方式（VVVF 变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流
器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源
以供给电动机。
变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整
流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT 三相桥式逆变器，且输出
为PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
4.2基本组成
变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：存储转换后的电能。
逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频
率、宽度、幅度的方波。
控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似
正弦波的交流电，驱动交流电动机
4.3 变频器的控制方式
1、非智能控制方式
在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
(1) V/f控制
V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调
速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上
都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开
环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。
(2) 转差频率控制
转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础
上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩
来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方
式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流
进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。
(3) 矢量控制
矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到
对电动机在d 、q 、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达
到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作
用时间，又可以形成各种PWM 波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次
数最少的PWM 波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主
要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进
行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大
的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传
感器，因此，应用范围受到限制。
无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流
进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制
励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可
靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。
(4) 直接转矩控制
直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动
机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子
磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算
速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩。
(5) 最优控制
最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制
的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应
用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条
件下的电压最优波形。
(6) 其他非智能控制方式
在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自
适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。
2、智能控制方式
智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统和学习控制等，
目前智能控制方式在变频调速控制系统中的具体应用中已取得一些成功经验。
第二章 双层停车场自动控制
一、控制要求