西门子6ES7231-0HF22-0XA0产品特点
1 引言
可编程控制器（PLC）是机电类的一门实践性很强的课，日益受到人们的重视。为了加强实验室建设，进一步完善实验手段，突出实践性教学环节，特别是体现机与电结合的特色，培养高素质的工程人才，让学生熟悉PLC的应用，研制了四层电梯模型。
2 电梯模型的总体简介
电梯模型由PLC、铝合金立柱、透明有机玻璃板、印刷电路面板等组成，整个模型安置在面积为30×22cm2的底板上，电梯部分固定在底板的前部，PLC固定在底板的后部，电梯与PLC通过排线连接，模型的总高度约为45cm，总重量约为4.5Kg，如图1所示。
图1电梯模型实物
电梯模型采用常见的曳引式电梯结构，由一个定滑轮和两个动滑轮构成的滑轮组以减小所需的牵引力，拖动电机为5V、1W直流电机。为了更好地展现电梯内部结构和电梯的运行状况，除了正面是印刷电路板，其它几个面均采用透明的有机玻璃板制成，使得电梯的内部结构一目了然;电梯模型具备了实际电梯的基本功能，可以把此模型看作是小型化了的真实电梯。
电梯部分的尺寸为12×12×40cm3，轿厢尺寸为10×10×8 cm3。由于尺寸较小，各电子元器件之间采用传统的导线连接方式是比较困难的、而且容易出差错，所以采用印刷电路板取代传统导线连接方式，也就是，模型的正面使用了一整块印刷电路板，轿厢的正面也使用了一整块印刷电路板，两块印刷电路板之间的信号通过排线连接，所有的呼梯按键以及指示灯均焊接在电路板上，这样不但解决了模型的电气连接问题，而且提高了模型的可靠性，模型也显得较为整洁美观。
3 控制系统硬件设计
3.1 PLC选型及输入、输出点分配
PLC选用三菱FX2N系列的FX2N-32MR，它有16输入点和16个输出点。PLC的输入信号有轿厢内呼梯、上呼梯、下呼梯、楼层接近开关共14个输入点;PLC的输出信号有指示灯、电机正转、电机反转共16个输出点，输入/输出点的地址分配情况如图2所示。
图2 输入/输出点的地址分配图
3.2 智能判断控制
电梯到层、电梯门打开，但电梯外的乘客由于某种原因已经离开，此时没有乘客进入电梯箱，影响了电梯的运行效率。这样情况在真实电梯运行过程中经常出现。针对这种情况，本文的电梯模型增加了自动取消无效呼梯功能（由于电梯模型体积较小，这里仅仅针对二楼增加了此项功能），可有效地提高电梯运行效率。其实现方法是：在电梯模型上添加人体感应模块，并将人体感应模块的输出信号连接到输入点X13上，X13的常开触点串联在二楼呼梯信号的保持线圈上。当在二楼等电梯的乘客离开，X13复位，从而取消二楼呼梯信号，电梯就不再停留此层，从而提高电梯运行效率。
3.3 电梯的升降控制
电梯的轿箱由一个5V直流电机拖动，并由PLC的Y13和Y17分别控制电梯轿箱的升降。尽管在PLC编程时，Y13与Y17进行互锁，但是为了防止意外而造成电源短路，在外部硬件上进行了互锁设计，即使用弹簧继电器J1和J2进行互锁，如图3所示，从而避免发生电源短路事故。具体实现过程：输出点Y13闭合，继电器J1线圈得电，使5V直流电源正接到直流电机上，此时直流电机正向转动，即电梯轿箱上升;输出点Y17闭合，继电器J2的线圈得电，使5V直流电源反接到直流电机上，此时直流电机反向转动，即电梯轿箱下降。
图3 电梯升降互锁控制原理图
4 模型的功能及软件设计
4.1 电梯模型的功能简介
电梯模型可以实现以下主要功能：
①记忆呼梯信号;②确定电梯运行方向;③响应顺向呼梯信号，并到层后消除对应的呼梯信号;④当轿厢到达指定的楼层时，楼层指示灯闪烁，表示电梯门处于打开状态，闪烁时间为5s;⑤互锁、上下限位保护;⑥显示轿厢所处的楼层位置、显示呼梯信号。
4.2 软件设计
根据电梯模型的功能，编制相应的梯形图。
4.2.1 呼梯信号的处理
以“一楼上呼信号（输入点X10）”为例。当X10有信号输入，线圈Y10接通并自锁，从而记忆住此呼梯信号，并使“一楼上呼指示灯”亮，直到响应结束，如图4（a）所示。
图4（b）是 “一楼上呼信号X10”的响应处理。当轿厢到达一层时，一楼接近开关动作，使X4接通，进一步使得M110动作并自锁，导致图4（a）中Y10断开， “一楼上呼指示灯”灭，即“一楼上呼信号”被响应。通过三个定时器（T20、T21和T22）实现楼层指示灯闪烁5s，其中M310间接地使电机停转，M410用于实现“一楼指示灯”闪烁控制。
图4 呼梯信号的记忆与清除
4.2.2 电梯运行方向的控制
根据各呼梯信号的先后次序以及轿厢所在楼层位置，决定电梯的运行方向。当电梯运行方向确定后，电梯在上升运行中，只响应大于等于当前楼层的内呼和上升外呼信号;在下降运行中，只响应小于等于当前楼层的内呼和下降外呼信号。
图5是电梯上升运行控制的梯形图，用辅助继电器M204、M205、M206和M207记忆轿厢所在的楼层位置，用M130和M131记忆电梯正向和反向运行状态。用相应的输出继电器记忆、指示相应的输入信号，例如，按下“二楼上呼信号”按键，即，输入端X11有输入，用输出继电器Y11记忆此输入信号，输出点Y11使相应的二极管发光，用来指示有“二楼上呼信号”。
当轿厢在一楼位置，M204通电，M205、M206和M207断电，此时轿厢外呼梯信号X16、X15、X14、X12、X11、X10以及轿厢内呼梯信号X3、X2、X1都有可能产生上升运行状态;相似地，当轿厢在二楼位置，M205通电，M204、M206和M207断电，此时轿厢外呼梯信号X16、X15、X12、X11以及轿厢内呼梯信号X3、X2都有可能产生上升运行状态;当轿厢在三楼位置，M206通电，M204、M205和M207断电，此时轿厢外呼梯信号X16、X12以及轿厢内呼梯信号X3都有可能产生上升运行状态。如图5所示，输出点Y均被自锁，所以一旦产生上升运行状态（M130通电），那么只有当所有上楼呼梯信号被响应后，才能解除上升运行状态（M130断电）。
图5 电梯上升运行控制
电梯下降运行控制原理与上升运行控制类似，其它一些功能较为简单，这里不再累述。
5 结束语
本文中的电梯模型与其它现有的电梯模型相比，具有以下创新之处：①用印刷电路代替传统的导线连接，不但减小了电梯模型的体积，而且提高了可靠性;②电梯模型可以自动取消无效的呼梯信号，提高了电梯的运行效率;③由于电梯模型体积小、重量轻，成本低、便于携带，非常适合课堂教学、实验、现场编程和调试，对学生了解和掌握可编程控制器（PLC）及其应用以及工业过程自动化控制有着重要的帮助。
正是上述创新之处，该电梯模型在江苏省教育厅主办的“江苏省工科院校第三届先进制造技术实习教学与创新制作比赛”中获得三等奖。
1 引言
虹吸式离心机是一种特殊结构的离心机，它是在刮刀离心机的转鼓上增加了转动虹吸装置，从而具有普通刮刀离心机没有的优势，即提高了过滤推动力及过滤效率，增加了生产能力，延长了有效周期[1]。然而，虹吸式离心机优势的正常发挥是以准确操作控制离心机为前提条件。虹吸式离心机是连续运转、循环工作的，各工序间严格以时间或条件为控制依据，每个阀门的开、关控制及虹吸管的协调工作不能在一般的人工操作条件下达到要求。
可编程控制器（PLC）是常用于工业现场的计算机控制装备[2]，随着其扩展功能和通信能力的增强，越来越多的应用于复杂的分布式计算机控制系统。本文利用可编程控制器的通信功能，来控制多台虹吸式离心机的运行，不仅能够准确分散地控制每一台离心机正常、高效工作，而且能够通过上位机集中采集、显示、修改每一台离心机的运行参数，起到控制及风险分散，显示和操作集中的目的。
2 系统的组成
系统的组成如图（1）所示。
图（1）多台离心机控制系统的组成框图
（一）PLC的功能模块
PLC作为控制系统的基本控制器。PLC向下采集信号以及控制工业现场的离心机。一台PLC控制一台虹吸式离心机。包括控制离心机的主电机的启停、各个电磁阀的动作、虹吸管的进退、显示和报警的控制等。PLC在每一个采样周期采集模拟信号，包括主电机的电流信号、主机前后轴承的温度、振动信号。PLC向上通过数据通道传输现场信号，并接收上位机来的信号。PLC作为整个控制系统的主体，它的性能及可靠性起着关键的作用。我们选择光洋电子公司的S系列可编程控制器。它的模块组成如表（1）所示。
表（1） 可编程控制器模块的组成
CPU选用SZ-4，可安装128个输入输出点数，指令的平均处理速度为1-2.5µs，有2个通用的通讯端口。Z-4AD2是4通道电压型模拟量输入模块，输入DC0-5v分辨率为12位，主要采集电流、温度及振动4个模拟信号。Z-16ND2是16点DC24v输入模块，输入启停按钮及限位开关等的开关量信号。2个输出模块选用Z-16TD2，为16点集电极开路输出，输出控制电机启停的接触器、离心机运行所需各电磁阀、指示灯及报警的开关信号。Z-01DM是通讯模块，便于与上位机进行信号传送。Z-05B是可装5个输入输出模块的电源框架，额定供给电源为AC100-200v 50/60HZ，输出电流为2.6A。通过计算框架上所有模块功耗的合计值，没有超过电源框架提供的电源容量，可安全使用[3]。
（二）离心机的工艺流程
离心机主要由螺旋组件、门盖组件、转鼓组件、机座壳体组件、虹吸管组件、传动装置、液压系统和电气控制系统等组成。离心机的工艺流程图如图（2）所示。
图（2）离心机的工艺流程图
离心机的每个循环的各个操作都是在电气-液压系统控制下自动完成的，在机器的调试阶段可以使用手动操作。
（三）通讯系统
上位通讯是通过数据通讯模块Z-01DM在CCM网络上进行。CCM协议使通讯主机保持通讯的主动权，从机只能响应对其的呼叫。而通讯的局号、传送方式、奇偶校验方式的设定由系统参数来定。连接时用变换器D-01CV转换连接上位机的RS-232C电缆和连接PLC通讯模块的RS-422电缆。
（四）上位计算机
由上位机对基本控制器PLC传达或收集离心机运行信息，由上位机对PLC进行维护和管理。上位计算机用工控机实现，用组态软件实现图形监控和人机界面。
3 控制流程图
PLC的控制流程框图如图（3）所示。
PLC上电后首先进行系统自检，包括对CPU模块的检查、运行状态的检查、电池系统的检查、I/O模块的检查、通讯功能的检查等。系统正常进行模拟信号的周期采样，超过上限值输出报警。系统可以进行手动或自动操作，自动运行按照离心机工艺流程，按工序顺序执行，以时间或条件作为每一个工序的开始或结束。
图（3）系统控制流程图
4 结束语
由于可编程控制器在模拟信号处理、操作指令、控制规律、通讯功能等方面的发展，拓宽了它在工业强电现场控制中的应用领域。虹吸式离心机作为一种具有独特结构的分离设备，考虑它的工艺的特点及操作控制要求，可编程控制器非常适用于作为它的控制装备，以充分发挥虹吸离心机的高效优势。
