西門子模塊6ES7307-1KA02-0AA0

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電梯是現(xiàn)代建筑內(nèi)關(guān)系到人民生命財產(chǎn)安全的重要交通工具。如何提高電梯的運行效率、降低電梯能耗以及減少機械磨損、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備，具有安全可靠、乘坐舒適、停層準確、操作簡便、運輸效率高等特點。它由提升曳引系統(tǒng)、引導系統(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，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動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）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。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，自己設計和制造微機控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設計方便靈活。本設計在用三菱 FX2系列PLC控制靜磁柵位移傳感器實現(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，而舒適感與運行時間有關(guān)。要想乘坐舒適，就要延長加、減速時間，因而使運行時間隨之延長，電梯運行效率降低。所以，為了使電梯具有較高的運行效率，加減速度應該有一個合適的限度，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。

　　能適應頻繁起動、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。

　　能實現(xiàn)自動平層，且平層必須準確。

　　能適應在較大范圍內(nèi)變動地提升載荷，能重載起動。

　　根據(jù)電梯運行的特點及以上要求，電梯的運行速度應當符合圖1所示曲線。平層誤差應符合表1規(guī)定。

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重要原因是歐、美、日等發(fā)達工業(yè)國家掌握了PLC的核心技術(shù)，其硬軟件技術(shù)對應用者來說是封閉的，使用者只能從應用的角度學習PLC，而不能參與PLC的開發(fā)[1-2]。近年來，IEC61131-3國際標準的頒布和實施為各PLC生產(chǎn)廠家提供了統(tǒng)一的軟件開發(fā)準則，開放的高性能單片機技術(shù)的發(fā)展，為硬件開發(fā)提供了有效的物質(zhì)基礎[3]。在這樣的背景下，研制開放的PLC系統(tǒng)無論對于科學研究還是促進PLC行業(yè)的發(fā)展都有積極的現(xiàn)實意義。

　PLC是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件主要由中央處理器、存儲器、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+外圍模塊+接口構(gòu)成，各個接口都按標準設計，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準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，其為模塊化設計，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、時鐘復位電路和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，通過集成平臺對51內(nèi)核處理器指令集進行解釋、編譯，使梯形圖語言轉(zhuǎn)換為能被51內(nèi)核處理器識別的代碼。

2 系統(tǒng)硬件設計

　可編程控制器單片機部分電路圖如圖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現(xiàn)高速并行通信，其速率為2 Mb/s，滿足設計所要求的數(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)軟件設計

　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，并將其存儲為相應的文件。梯形圖語言為一種圖形語言，要直接對其進行編譯十分困難，因此并不是直接對梯形圖程序進行編譯，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硬件上運行的可執(zhí)行文件。

3.1 用戶界面

　PLC用戶界面是實現(xiàn)可編程人機交互的重要部分，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在進行邏輯運算之前，必須對外部信號進行采樣[8]，若要實現(xiàn)指令的功能，首先要設置外部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?/span>I/O地址與單片機的引腳地址相匹配。本設計在I/O設置對話框底層設計了如表1所示的數(shù)據(jù)處理函數(shù)。

3.2 USB通信

　PDIUSBD12的固件設計成的中斷驅(qū)動，當CPU處理前臺任務時，USB的傳輸可在后臺進行；后臺中斷服務程序和前臺主程序循環(huán)之間的數(shù)據(jù)交換可以通過事件標志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實現(xiàn)。當PDIUSBD12從USB收到一個數(shù)據(jù)包，即對CPU產(chǎn)生一個中斷請求，CPU立刻響應中斷。在中斷服務程序中，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)行當前的前臺任務直到完成。本文利用PDIUSBD12的端點1進行命令的傳輸和應答，端點1每次接收計算機發(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個字節(jié)的數(shù)據(jù)。52H為R的ASCII碼，57H為W的ASCII碼。端點2用于數(shù)據(jù)的傳輸。

　本文在了解PLC國內(nèi)外研究狀況以及其市場需求的基礎上，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模塊實現(xiàn)方案的設計，將USB通信方式引入PLC領域，所設計的梯形圖編輯器提供了梯形圖編輯平臺，實現(xiàn)了PLC的基本邏輯指令，完成計算機與控制器的USB通信

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什么是硬ＰＬＣ呢？所謂硬ＰＬＣ從嚴格意義上來說是由硬件或者一塊專用的ＡＳＩＣ芯片來實現(xiàn)ＰＬＣ指令的持行．而軟ＰＬＣ是用一些通用的ＣＰＵ或者ＭＣＵ來實現(xiàn)ＰＬＣ指令的解釋或者編譯持行．
　　像三菱（ＦＸ）和歐姆龍的ＰＬＣ多是硬ＰＬＣ，而西門子的有幾種型號是屬于軟ＰＬＣ的。
　　硬ＰＬＣ的核心是一個位處理器，也就是一個持行ＰＬＣ專用指今的ＡＳＩＣ芯片，以前各廠商的這種處理器執(zhí)行的是自家指令，但自從偉大而神圣的ＩＥＣ６１１３１－３出現(xiàn)后，大家都向這個標準上看齊了，ＩＥＣ６１１３１－３定義了５種語言——LD、FBD、SFC、ST、IL其中ＩＬ是最像匯編的，所以大多數(shù)廠商的這個位處理器都是執(zhí)行的一種類IL語言。我們在這里將這個位處理暫命名為ＩＥＣ處理器。也有廠商用ＦＰＧＡ來實現(xiàn)這個處理器，由于這個處理器執(zhí)行的是專用指令，所以速度相對軟ＰＬＣ來說要快許多倍。但它也有它的弱點，就是靈活性不高，并具一般只能處理位指令，而現(xiàn)代的ＰＬＣ功能越來越強大，對模擬量的處理已和ＤＣＳ不相上下，所以廠商一般要另加一塊通用ＣＰＵ來處理模擬量和復雜功能的實現(xiàn)