西門子模塊6ES7307-1KA02-0AA0

電梯是現代建筑內關系到人民生命財產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、引導系統、安全裝置和電控系統組成。

　　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、運行狀態和功能的設定，實現電梯的自動調度和集選運行功能，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別。國內廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產規模較小，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電梯平層控制。

　　靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統中的作用為電梯平層控制的調整，電控系統是電梯的“中樞神經"，其質量的好與壞直接影響電梯質量。客梯和醫用梯都講究乘坐舒適，而舒適感與運行時間有關。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，這就對電控系統提出了如下要求：

　　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，安裝零件的結構件要有足夠剛度，且有防松措施。

　　能適應頻繁起動、停止、調整及換向的工作要求，調速性能好，工作方式易于轉換。加、減速和等速要平穩，速度曲線平滑，到站前無微動。

　　能實現自動平層，且平層必須準確。

　　能適應在較大范圍內變動地提升載荷，能重載起動。

　　根據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規定。

目前，國內用戶選用的可編程控制器(PLC)仍以國外產品為主，造成這種局面的一個重要原因是歐、美、日等發達工業國家掌握了PLC的核心技術，其硬軟件技術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[1-2]。近年來，IEC61131-3國際標準的頒布和實施為各PLC生產廠家提供了統一的軟件開發準則，開放的高性能單片機技術的發展，為硬件開發提供了有效的物質基礎[3]。在這樣的背景下，研制開放的PLC系統無論對于科學研究還是促進PLC行業的發展都有積極的現實意義。

　PLC是一種專用于工業控制的計算機，其硬件主要由中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口等組成[4]，其硬件結構如圖1所示。

1 開放式可編程控制器

　開放式PLC硬件結構采用CPU+外圍模塊+接口構成，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。系統硬件部分采用高性能51內核處理器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硬件系統框圖如圖2所示，軟件采用Borland公司集成開發軟件C++ Builder，通過集成平臺對51內核處理器指令集進行解釋、編譯，使梯形圖語言轉換為能被51內核處理器識別的代碼。

2 系統硬件設計

　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]芯片作為系統的USB接口器件，片內集成了高性能USB接口電路、SIE、FIFO存儲器、收發器以及電壓調整器等，可與任何外部控制器或微處理器實現高速并行通信，其速率為2 Mb/s，滿足設計所要求的數據傳輸速度。USB通信接口模塊電路如圖4所示。

3 系統軟件設計

　系統軟件結構如圖5所示。圖中，系統編輯模塊為用戶提供編輯環境，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]。通過提取數據結構中的數據，形成C語言程序文件，經過C51編譯器、連接器、轉換器的編譯、連接、轉換過程，生成能夠在PLC硬件上運行的可執行文件。

3.1 用戶界面

　PLC用戶界面是實現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]，若要實現指令的功能，首先要設置外部I/O在梯形圖中的地址，系統才能夠對用戶程序中所使用的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所示的數據處理函數。

3.2 USB通信

　PDIUSBD12的固件設計成的中斷驅動，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之間的數據交換可以通過事件標志和數據緩沖區來實現。當PDIUSBD12從USB收到一個數據包，即對CPU產生一個中斷請求，CPU立刻響應中斷。在中斷服務程序中，固件將數據包從PDIUSBD12內部緩沖區移到循環數據緩沖區，并將PDIUSBD12的內部緩沖區清零，以便接收新的數據包，使CPU可以繼續執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字節開始的7個字節的數據。52H為R的ASCII碼，57H為W的ASCII碼。端點2用于數據的傳輸。

　本文在了解PLC國內外研究狀況以及其市場需求的基礎上，提出了研發開放式PLC的概念，完成了PLC集成開發系統的C51模塊實現方案的設計，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ＰＬＣ指令的持行．而軟ＰＬＣ是用一些通用的ＣＰＵ或者ＭＣＵ來實現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行的是自家指令，但自從偉大而神圣的ＩＥＣ６１１３１－３出現后，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，所以大多數廠商的這個位處理器都是執行的一種類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來實現這個處理器，由于這個處理器執行的是專用指令，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