自動貨梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：將單片機應用于工業(yè)控制，不僅可靠性高還可以控制成本，本設(shè)計采用PLC控制系統(tǒng)，結(jié)合各種外圍傳感器實現(xiàn)了一個低成本的四層運貨電梯控制系統(tǒng)。該運貨電梯能夠按照一定的運行原則，響應用戶的樓層選擇信號，并能準確地停在指定的樓層。

關(guān)鍵詞：自動貨梯 PLC 控制設(shè)計

隨著單片機的功能和可靠性的不斷提高，其在實際生活中的應用越來越廣泛。PLC是在單片機基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要是為縮短工程開發(fā)周期而出現(xiàn)的一種產(chǎn)品，跟單片機最根本的差別就是簡單易用，不需要了解太多的電子電路知識。單片機(MCU)是完整的單片計算機系統(tǒng)，現(xiàn)在單片機的性能優(yōu)越，功能強大，PLC的核心就是單片機，可以完成幾乎所有的電器控制要求，最大的缺點是開發(fā)困難，周期長且開發(fā)成本高。因此，本文設(shè)計采用PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)一個基于CAN總線的四層貨梯控制系統(tǒng)。

1、系統(tǒng)的功能需求及整體結(jié)構(gòu)

1.1系統(tǒng)的功能需求

該系統(tǒng)要能對運貨電梯進行自動控制，按一定的電梯控制原則，結(jié)合每層的呼梯按鈕及樓層選擇按鈕信號，采集安裝在每層上的光電開關(guān)信息，控制電梯上下運行;在呼梯盒中顯示當前樓層數(shù)，并通過總控制器中的控制信息配合安裝在門上的霍爾傳感器控制磁力門鎖的開關(guān)。

1.2貨梯控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

本貨梯控制系統(tǒng)主要分為2個子系統(tǒng)1個主控制器和4個呼梯盒控制子系統(tǒng)，2個系統(tǒng)之間以CAN總線為通信基礎(chǔ)。其中主控制器接收4個呼梯盒子控制系統(tǒng)的輸入信號，按一定的控制原則控制貨梯的運行;而4個呼梯盒控制子系統(tǒng)則采集各種功能按鈕、光電開關(guān)和霍爾傳感器的信號，并實時地將各種信號發(fā)送給主控制器。

2、貨梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本貨梯控制系統(tǒng)的硬件采用模塊化設(shè)計，包括光電開關(guān)信號采集模塊、繼電器控制模塊、霍爾傳感器信號采集模塊、開關(guān)按鈕信號采集模塊、CAN通信模塊。

2.1光電開關(guān)信號采集模塊

光電開關(guān)(光電傳感器)是光電接近開關(guān)的簡稱。它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通內(nèi)部的開關(guān)電路來檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。本系統(tǒng)采用NPN常開型光電開關(guān)，每個樓層有2個，以功能區(qū)分為上行傳感器和下行傳感器，用于電梯樓層定位。光電開關(guān)采用+12V供電，在電源與輸出信號線間串一個保護電阻。由于光電開關(guān)的輸出信號并不是單片機所能接收的，因此要將光電開關(guān)的輸出信號通過TLP521-1光隔進行信號調(diào)理，轉(zhuǎn)換為單片機引腳可接收的信號。

2.2繼電器控制模塊

本貨梯控制系統(tǒng)中帶有控制電機正反轉(zhuǎn)的開關(guān)電路，因此使用繼電器控制模塊直接控制正反轉(zhuǎn)開關(guān)的開閉。光電耦合器TLP521-1的副邊電流作為三極管Q1的基極驅(qū)動電流，使Q1導通繼電器K1吸合;R1為基極限流電阻，同時R1和R2組成分壓電路，以避免基極過壓;D1為瞬態(tài)穩(wěn)壓二極管，主要用于抑制Q1截止瞬間使繼電器線圈上產(chǎn)生反向高壓，從而保護Q1以免反向擊穿。

2.3霍爾傳感器信號采集模塊

本貨梯控制系統(tǒng)中，采用霍爾開關(guān)44E與小磁鐵配合。霍爾開關(guān)接觸到小磁鐵即導通，門合好且單片機引腳接收為低電平;霍爾開關(guān)接觸不到小磁鐵即不導通，門沒有合好且單片機引腳接收為高電平。

3、貨梯控制系統(tǒng)的CAN通信設(shè)計

3.1CAN功能概述

CAN總線即控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線，是一種專門應用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)。它能以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任何時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，通信方式靈活，且不分主從，因此可以不改變所有節(jié)點的軟件或硬件而增加新的節(jié)點。本貨梯控制系統(tǒng)正是利用了CAN總線這一優(yōu)點，將主控盒和4個呼梯控制子盒以CAN結(jié)點并入CAN總線中進行通信，使得硬件配置簡單，軟件實現(xiàn)簡潔。

3.2CAN通信的實現(xiàn)

PLC芯片包含傳輸單元、接收單元和中斷單元3個部分，經(jīng)發(fā)送方/接收方組件RxCAN(接收信息)和TxCAN(發(fā)送信息)引腳與外界聯(lián)系，且支持CAN2.0B協(xié)議。本貨梯控制系統(tǒng)由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不是很大，所以采用的幀數(shù)據(jù)類型為標準幀。為了實現(xiàn)標準幀數(shù)據(jù)類型的存儲和發(fā)送，在軟件設(shè)計中定義結(jié)構(gòu)體can_msg。

structcan_msg{

unsignedintid;//11位標識符

boolRTR;//遠程發(fā)送請求位

unsignedchardata;//數(shù)據(jù)位

unsignedcharlen;//數(shù)據(jù)長度

unsignedcharprty;//優(yōu)先級

};

msCAN12有3個發(fā)送報文緩沖區(qū)和5個接收報文緩沖區(qū)，每個報文緩沖區(qū)由4個標識符寄存器(IDR)、8個數(shù)據(jù)段寄存器(DSR)、1個數(shù)據(jù)長度寄存器(DLR)、1個發(fā)送緩沖區(qū)優(yōu)先級寄存器組成。在本貨梯控制系統(tǒng)中，根據(jù)標準幀的定義及msCAN12報文緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)，定義了CAN總線通信協(xié)議，設(shè)置主控節(jié)點標識符為0，其他4個呼梯盒控制子系統(tǒng)標識符為1、2、3、4。

4、貨梯控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

貨梯控制系統(tǒng)軟件由主控系統(tǒng)程序和呼梯盒子控制程序兩個部分組成。呼梯盒子控制程序負責采集各層的按鈕、光電開關(guān)和霍爾傳感器的信號，主要功能模塊有:單片機引腳及時鐘初始化模塊，信號的分析和處理模塊，CAN初始化、發(fā)送和接收模塊。主控系統(tǒng)程序主要負責貨梯運行的邏輯控制，主要功能模塊為:單片機引腳及時鐘初始化功能模塊，CAN初始化、發(fā)送和接收功能模塊，PLC寫入和擦除功能模塊，邏輯控制功能模塊。具體模塊功能如下:單片機引腳及時鐘初始化功能模塊和CAN初始化、發(fā)送和接收功能模塊，主要用來實現(xiàn)貨梯控制系統(tǒng)主控程序的基本運行功能及與各子控制器間的通信。邏輯控制功能模塊接收每個呼梯盒發(fā)送過來的信號并將這些信號進行保存。

當貨梯上行時，貨梯只響應同向上行的呼梯信息;當?shù)竭_指定的目的層后，首先檢查有無下行招呼。有則響應，無則檢查有無上行招呼。電梯下行時，貨梯只響應同向下行的呼梯信息，當?shù)竭_指定的目的層后，首先檢查有無上行招呼。有則響應，無則檢查有無下行招呼?？刂撇糠帜苡洃涁浱莺籼莺兄械乃姓埱笮盘?，并按照電梯運行規(guī)則和響應順序，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。

5、結(jié)語

本貨梯已經(jīng)能實現(xiàn)運貨功能，并能按照用戶的要求，及時響應呼梯和樓層選擇信號，將貨物送到指定層。但是，本系統(tǒng)在貨梯載貨超重報警和貨梯運行過程中的加速、減速等方面還需要進一步完善。

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