基于PLC的電梯控制系統(tǒng)的設計(修改版)

1、. . . . 編號畢業(yè)設計報 告設計題目：基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設計姓名：專業(yè)名稱： 電力系統(tǒng)自動化 班級： 08電自4班 指導老師：（）（單位）報告提交日期：答 辯 日 期：答辯委員會主席：評閱人：（日期）2012年 月 日目 錄目錄1摘要3英文摘要4引言5第一章設計題目與設計任務書61.1設計題目61.2設計任務書6第二章電梯的概述72.1電梯的產生72.2電梯控制系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀82.3 電梯技術發(fā)展趨勢92.4電梯的分類102.5電梯的基本結構圖112.6電梯的基本結構13第三章可編程控制器（PLC）簡介153.1 PLC的定義和特點153.1.1 PLC的定義153.1.2 PLC

2、的特點153.2 PLC的基本結構173.3 PLC的編程語言和指令系統(tǒng)203.3.1基本指令系統(tǒng)特點203.3.2 編程語言的形式213.4可編程程序控制器的工作過程與工作原理273.5 PLC發(fā)展趨勢29第四章電梯控制系統(tǒng)的硬件電路設計304.1 電動機控制電路圖304.2 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算324.3 PLC外部接線圖334.4流程圖354.5操作原理簡要說明384.6編程元件明細表38第五章軟件設計405.1 梯形圖與注釋405.1.1電梯初始化405.1.2報警器與超重控制415.1.3指令信號的登記與消除425.1.4電梯選層定向輔助435.1.5外召喚信號的登記與消除4

3、55.1.6 電梯開關門475.1.2電梯樓層控制505.2 程序仿真與調試52心得體會53參考文獻54摘 要電梯的電氣系統(tǒng)由拖動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。目前電梯設計使用可編程控制器(PLC)，功能變化靈活，編程簡單，故障少，噪音低。維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強，控制箱占地面積少。當乘員進入電梯，按下樓層按鈕，電梯門自動關閉后控制系統(tǒng)進行下列運作：根據轎廂所處位置與乘員所處層數(shù)。判定轎廂運行方向，保證轎廂平層時減速。將轎廂停在選定的樓層上；同時，根據樓層的呼叫，順路停車，自動開關門。另外在轎廂外均要有信號燈顯示電梯運行方向與樓層數(shù)。AbstractElevator by draggi

4、ng system of electrical system and control system composed of two parts. Current elevator design using programmable logic controller (PLC), the function of flexible programming simple, fewer failures and low noise. Easy maintenance, energy-saving work, strong anti-interference ability, control box c

5、overs an area of less. When the crew entered the elevator, floor button is pressed, after the elevator doors close automatically. control system for the following operation: according to the cabin where the layers and crews. Determine the cabin direction, guarantee the cabin when leveling speed. The

6、 car stopped on the selected floor and, based on the call floors, Shun Road parking, automatic doors. Also both inside and outside the cabin lights shows the elevator and number of floors.引 言可編程控制器簡稱PC（英文全稱：Programmable Controller），它經歷了可編程序矩陣控制器PMC、程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：Programmable Logic Con

7、troller）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字，與個人計算機的PC相區(qū)別，用PLC表示“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC與其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！盤LC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置

8、，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破髋c其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的

9、。第一章 設計題目與設計任務書1.1設計題目基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設計1.2設計任務書一、設計原始資料電梯控制系統(tǒng)的要求如下：電梯層站數(shù)：4層站；載重量：500kg，若超重則無法關門并且警鈴響，電梯無法運行；電梯無司機駕駛，完全自動響應門廳指令和電梯指令；電梯具有最遠反向外梯響應功能，電梯運行途中有順向截梯功能，對反向呼梯信號只作記憶；電梯在運行單一命令的過程中，在到達指定樓層后，電梯會停留在該樓層繼續(xù)待命，直到有新命令產生；電梯在到達指定樓層后會自動開門，延時自動關門，在此過程中支持手動開門和關門；電梯未平層或運行時，開門按鈕和關門按鈕均不起作用電梯到達頂層或底層時，自動停止并執(zhí)行記憶呼梯

10、和等待召喚；門廳和電梯有樓層和運行方向顯示；二、設計主要任務要求運用PLC實現(xiàn)對電梯的控制。三、設計成果1、摘要(所做的設計如有特別之處，一定要挑明)。2、設計說明書一份；3. PLC外部接線圖，以與其它相關設備的電氣接線圖；4、在實驗室進行模擬調試所需的補充資料；5、設計小結。第二章 電梯的概述2.1電梯的產生人類利用升降工具運輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前2600年，埃與人在建造金字塔時就使用了最原始的升降系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的基本原理至今仍無變化：即一個平衡物下降的同時，負載平臺上升。早期的升降工具基本以人力為動力。1203年，在法國海岸邊的一個修道院里安裝了一臺以驢子為動力的起重機，

11、這才結束了用人力運送重物的歷史。19世紀初，在歐美開始用蒸汽機作為升降工具的動力。1845年，第一臺液壓驅動升降機研制成功，液壓驅動的介質是水。盡管升降工具被一代代富有革新精神的工程師們進行不斷改進，然而被工業(yè)界普遍認可的升降機仍未出現(xiàn)，直到1852 年世界第一臺安全升降機誕生。1852年，美國紐約克斯的機械工程師奧的斯先生發(fā)明了世界第1臺安全升降機。1857年3年23日，奧的斯公司在紐約為一座專營法國瓷器和玻璃器皿的商店安裝了世界上第一臺客運升降機。1862年，奧的斯公司采用單獨蒸汽機控制的升降機問世。1878年，奧的斯公司在紐約百老匯大街155號安裝了第1臺水壓式乘客升降機。1889年12

12、月，奧的斯公司在紐約的第瑪瑞斯特大樓成功安裝了1臺直接連接式升降機。這是以直流電動機為動力的世界第1臺電力驅動升降機，從此誕生了名副其實的電梯。 國外電梯行業(yè)發(fā)展迅猛，不僅在節(jié)能上做了很大的功夫，現(xiàn)在在智能化，遠程化，集成化，可視化也已有了先進的技術！例如：（1）集垂直運輸與水平運輸?shù)膹秃线\輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用直線電機驅動，在一個井道設置多臺轎廂。轎廂在計算機導航系統(tǒng)控制下，可以在軌道網絡交換各自運行路線。該系統(tǒng)節(jié)省了井道占用的空間，解決了超高層建筑電梯鋼絲繩和電纜重量太大的問題，尤其適合于具有同一底樓的多塔形高層建筑群中前往空廳的穿梭直駛電梯。（2）交流永磁同步無齒輪曳引機驅動的無機房電梯無機

13、房電梯由于曳引機和控制柜置于井道中，省去了獨立機房，節(jié)約了建筑成本，增加了大樓的有效面積，提高了大樓建筑美學的設計自由度。而交流永磁同步無齒輪曳引機的特點是：（A）結構簡單緊湊，體積小，重量輕，形狀可靈活多樣；（B）配以變頻控制可以實現(xiàn)更大限度的節(jié)能；（C）沒有齒輪，于是沒有齒輪振動和噪聲，齒輪效率，齒輪磨損與油潤滑問題，減少了維護工作，降低了油污染；（D）由于失電時旋轉的電機處于發(fā)電制動狀態(tài)，增加了曳引系統(tǒng)的安全可靠性。（3）彩色大屏幕液晶樓層顯示器。這類顯示器可以以高分辨率的彩色平面或三維圖像顯示電梯的樓層信息（如位置、運行方向），還可以顯示實時的載荷、故障狀態(tài)等。通過控制中心的設置還可以

14、顯示日期、時間、問候語、樓層指南、廣告等，甚至還可以與遠程計算機和尋呼系統(tǒng)聯(lián)接發(fā)布天氣預報、新聞等。有的顯示器又增加了觸摸查詢功能。該裝置緩解了陌生乘客在轎廂面對面對視時的尷尬、無趣的局面，降低了乘客乘梯時心理等待焦慮感。（4）電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將控制柜中的信號處理計算機獲得的電梯運行和故障信息通過公共網絡或專用網絡（都需要使用調制解調器）傳輸?shù)竭h程的能夠提供可視界面的專業(yè)電梯服務中心的計算機，以便那里的服務人員掌握電梯運行情況，特別是故障情況。該系統(tǒng)一般具有顯示故障、分析故障、故障統(tǒng)計與預測等功能，還有的可實現(xiàn)遠程調試與操作，便于維修人員迅速進行維修應答和采取維修措施。這樣縮短了故障

15、處理時間，簡化了人工故障檢查的勞動，保證了大樓電梯安全高效地運行。2.2電梯控制系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀近年來，我國的電梯生產技術得到了迅速發(fā)展一些電梯廠也在不斷改進設計、修改工藝。更新?lián)Q代生產更新型的電梯，繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進入九十年代，隨著科學技術的發(fā)展和計算機技術的廣泛應用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯?？删幊绦蚩刂破?PLC)最早是根據順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式己逐漸被PLC控制所代替。同時，由于電機交流變頻調速

16、技術的發(fā)展，電梯的拖動方式己由原來直流調速逐漸過渡到了交流變頻調速。因此，PLC控制技術己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點與存在問題：一、電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點： (l)所有控制功能與信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術人員和技術工人所掌握。 (2)系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修與故障檢查無需較高的技術和特殊的工具、儀器。 (3)大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。 (4)多年來我國一直生產這類電梯，技術成熟，已形成系列化產品，技術資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。二、電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 (l)系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒

17、壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。 (2)普通控制電器與硬件接線方法難以實現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術水平難以提高。 (3)電磁機構與觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。 (4)系統(tǒng)結構龐大，能耗較高，機械動作噪音大。 (5)由于線路復雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高;而且檢查故障困難，費時費工。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。2.3 電梯技術發(fā)展趨勢（1）環(huán)保：綠色理念是電梯發(fā)展總趨勢。有專

18、家預言“誰最先推出綠色產品并搶占市場，誰就掌握市場競爭主動權”。發(fā)展趨勢主要有：不斷改進產品的設計，生產環(huán)保型低能耗、低噪聲、無漏油、無漏水、無電磁干擾、無井道導軌油漬污染的電梯。電梯曳引采用尼龍合成纖維曳引繩，鋼皮帶等無潤滑油污染曳引方式。電梯裝璜將采用無（少）環(huán)境污染材料。電梯空載上升和滿載下行電機再生發(fā)電回收技術。安裝電梯將無需安裝手腳架。電梯零件在生產和使用過程中對環(huán)境沒有影響（如剎車皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。（2）藍牙技術在電梯上應用。安裝過電梯的人都知道放線、對線是費時、費力、極容易錯的工作。如果控制屏與召喚系統(tǒng)通過藍牙技術連接起來實現(xiàn)無線召喚將會是電梯控制的另一場

19、革命同時為我們帶來巨大好處。A安裝期將減少30以上，其直接好處是降低安裝成本，客戶也因從訂梯到使用電梯周期費用減少和提高現(xiàn)金周轉率。B在電梯上使用藍牙技術一定會使電梯控制系統(tǒng)大量使用最新最快微機，這將會進一步提高電梯整機可靠性，故障率大大降低，控制精度也進一步提高，帶來的結果是電梯更加舒適，平層更加準確。C很好地解決了電梯控制與外圍設備的兼容和聯(lián)系。特別是可以把電梯和扶梯歸納到大樓管理系統(tǒng)或智能化管理小區(qū)系統(tǒng)中。2.4電梯的分類2003年2月19日國務院頒布了特種設備安全監(jiān)察條例，明確規(guī)定電梯是特種設備，并對電梯的含義做了敘述：“電梯是指動力驅動，利用沿剛性導軌運行的箱體或者沿固定線路運行的梯

20、級(踏板)進行升降或者平行運送人、貨物的機電設備”。這種對電梯的論述，被稱作廣義電梯概念，既包括上下運送人、貨物的升降式電梯，也包括用于水平或傾斜輸送乘客的自動人行道(英語Passenger Conveyor)和自動扶梯(英語Escalator)?，F(xiàn)代電梯主要由曳引機（絞車）、導軌、對重裝置、安全裝置(如限速器、安全鉗和緩沖器等)、信號操縱系統(tǒng)、轎廂與廳門等組成。這些部分分別安裝在建筑物的井道和機房中。通常采用鋼絲繩摩擦傳動，鋼絲繩繞過曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動機驅動曳引輪使轎廂升降。電梯要求安全可靠、輸送效率高、平層準確和乘坐舒適等。電梯的基本參數(shù)主要有額定載重量、可乘人數(shù)、額定

21、速度、轎廂外廓尺寸和井道型式等。目前，電梯行業(yè)與社會上對電梯的分類大致有以下幾種： (1)按用途分： 乘客電梯、載貨電梯、客貨電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、觀光電梯、其他專用電梯。(2)按額定速度分： 低速梯，常指低于1.00m/s速度的電梯；中速梯，常指速度1.002.00m/s的電梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的電梯。超高速梯，速度超過5.00m/s的電梯。(3)按拖動方式分：交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條式電梯、螺旋式電梯。(4)按控制方式分：手柄操縱控制電梯、按鈕控制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯、向下集選控制電梯、并聯(lián)控制電梯、群控電梯、智能控制電梯。其他分類

22、方式還有：按電梯有無司機分類等。2.5電梯的基本結構圖 電梯機械部分好比是人的軀體，電氣部分相當于人的神經，控制部分相當于人的大腦。各部分通過控制部分調度，密切協(xié)同，使電梯可靠運行。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩拽引式結構。其機械部分由拽引系統(tǒng)，轎廂和門系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)，導向系統(tǒng)以與機械安全保護裝置組成；而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護等系統(tǒng)組成。電梯的基本結構如圖21所示。1-減速箱；2-曳引輪設備潤滑網29938 equiplube 3-曳引機底座；4-導向輪；設備潤滑網29938 equiplube 5-限速器；6-機座；設備

23、潤滑網29938 equiplube 7-導軌支架；8-曳引鋼絲繩設備潤滑網29938 equiplube 9-開關碰鐵10-緊急終端開關； 設備潤滑網29938 equiplube 11-導靴； 12-轎架； 設備潤滑網29938 equiplube 13-轎門； 14-安全鉗； 設備潤滑網29938 equiplube 15-導軌； 16-繩頭組合；設備潤滑網29938 equiplube 17-對重， 18-補償鏈； 設備潤滑網29938 equiplube 19-補償鏈導輪； 20-緊裝置； 設備潤滑網29938 equiplube 21-緩沖器；22-底坑； 設備潤滑網29938 e

24、quiplube 23-層門；24-呼梯盒； 設備潤滑網29938 equiplube 25-層樓指示燈； 26-隨行電纜； 設備潤滑網29938 equiplube 27-轎壁； 28-轎操縱箱； 設備潤滑網29938 equiplube 29-開門機； 30-井道傳感器； 設備潤滑網29938 equiplube 31-電源開關；32-控制柜； 設備潤滑網29938 equiplube 33-曳引電機； 34-制動器 設備潤滑網29938 equiplube 圖212.6電梯的基本結構一、拽引系統(tǒng)電梯拽系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力，驅動電梯運行。主要由拽引機，拽引鋼絲繩，導向輪和反繩輪組

25、成。拽引機為電梯的運行提供動力，由電動機，拽引輪，連軸器，減速箱和電磁制動器組成。拽引鋼絲的兩端分別連轎廂和對重，依靠鋼絲繩和拽引輪之間的摩擦來驅動轎廂升降。導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復繞型還可以增加拽引力。二、導向系統(tǒng)導向系統(tǒng)由導軌，導靴和導軌架組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使得轎廂和對重只能沿著導軌做升降運動。三、門系統(tǒng)門系統(tǒng)有轎廂門，層門，連動機構等組成。轎廂門設在轎廂入口，由門扇，門導軌架，等組成，層門設在層站入口處。曳引電機設在轎廂上，是轎廂和層門的動力源。四、轎廂轎廂是運送乘客或者貨物的電梯組件。它是有轎廂架和轎廂體組成的。轎廂架是轎廂體的承重機構，由橫

26、梁，立柱，底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由廂底轎廂壁，轎廂頂以與照明通風裝置，轎廂裝飾件和轎廂操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數(shù)決定。五、重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側拽引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設計影響的裝置。六、電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)由拽引電機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，調速裝置等組成，它的作用是對電梯進行速度控制。拽引電機是電梯的動力源，根據電梯配置可采用交流電機或者直流電機。供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。速度反饋系統(tǒng)是為調速系統(tǒng)提供電梯運行速度

27、信號。一般采用測速發(fā)電機或速度脈沖發(fā)生器與電機相連。調速裝置對拽引電機進行速度控制。七、電氣控制系統(tǒng)電梯的電氣控制系統(tǒng)由控制裝置，操縱裝置，平層裝置和位置顯示裝置等部分組成。其中控制裝置根據電梯的運行邏輯功能要求，控制電梯的運行，設置在機房中的控制柜上。操縱裝置是由轎廂的按鈕箱和廳門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運行的。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準確平層的控制裝置。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的?？空緯r，欲使轎廂地坎與廳門地坎達到同一平面的操作。位置顯示裝置是用來顯示電梯所在樓層位置的轎和廳門的指示燈，廳門指示燈還用尖頭指示電梯的運行方向。八、安全保護系統(tǒng)安全保護系統(tǒng)包括機械的和電氣

28、的各種保護系統(tǒng)，可保護電梯安全的使用。機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護作用，緩沖器起沖頂和撞底保護作用還有切斷總電源的極限保護裝置。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)中都有體現(xiàn)。 第三章 可編程控制器（PLC）簡介可編程序控制器是二進制邏輯運算為主的、專為工業(yè)環(huán)境應用而設計的控制器，后來發(fā)展成為具有各種接口，且通訊功能和軟件能日趨完善的工業(yè)控制器。為與個人計算機區(qū)分，可編程控制器一般簡稱為PLC。PLC與單片機等計算機控制系統(tǒng)相比，具有以下特點：全系統(tǒng)采用模板化標準結構；針對生產過程的系列化I/O接口模板，能適用于各種電壓等級；越來越豐富的智能接口模板；模塊化軟件和面對普通電氣人員的

29、梯形圖編程語言；系列化產品形成，同系列不同型號間聯(lián)網容易；適應工業(yè)環(huán)境，安裝維護容易；可靠性高，故障率低；系統(tǒng)組成靈活，易擴充，易更新；便于在線調試修改；性能價格比隨系統(tǒng)的擴大而提高，投資比例隨生產對象的擴大和復雜而降低。3.1 PLC的定義和特點3.1.1 PLC的定義 PLC（Programmable Logic Controller），是可編程邏輯控制器。它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。3.1.2 PLC的特點可靠性高，抗干擾能力強PLC用軟件代替大量的中間

30、繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/101/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線與開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可與時發(fā)出警報

31、信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路與設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 硬件配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品，并且已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據運算能力，可用于

32、各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強與人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 容易改造系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造 PL

33、C的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計與建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/21/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設

34、備。3.2 PLC的基本結構圖3.2 PLC的基本結構PLC的基本結構如圖3-1所示。圖3-11、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞，是PLC的核心起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據；檢查電源、存儲器、I/O以與警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據寄存器。等所有的用戶程序執(zhí)

35、行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器的數(shù)據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。CPU速度和存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量與軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。2、存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型：（1）RAM（Random Assess Memory）這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，其存取速度最快，由鋰

36、電池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下，存儲器的所有容保持不變。(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的容進行修改。PLC存儲空間的分配：雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不一樣，但是根據PLC的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)；（2）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)

37、軟設備等）；（3）用戶程序存儲區(qū)系統(tǒng)程序存儲區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC的性能。系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以與各類軟設備，如：邏輯線圈；數(shù)據寄存器；計時器；計數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。（1）I/O映象區(qū)：由于PLC投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據送至相應的外設。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據，這

38、些單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關量I/O占用存儲單元中的一個位（bit），一個模擬量I/O占用存儲單元中的一個字（16個bit）。因此整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。（2）系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ：除了I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC部各類軟設備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC斷電時，由部的鋰電池供電，數(shù)據不會遺失；后者當PLC斷電時，數(shù)據被清零。1.邏輯線圈與開關輸出一樣，每個邏輯線圈占用系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中的一個位，但不能直接驅動外設，只供

39、用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器。 另外，不同的PLC還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。2.數(shù)據寄存器與模擬量I/O一樣，每個數(shù)據寄存器占用系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中的一個字(16 bits)。 另外，PLC還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據寄存器，具有不同的功能。3.計時器4.計數(shù)器用戶程序存儲區(qū)：用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC，其存儲容量各不一樣。3、電源PLC的電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源，在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在

40、+10%(+15%)圍，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。4、輸入輸出接口電路（I/O模塊） PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電

41、路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 2現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。5、編程設備 編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC與PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。3.3 PLC的編程語言和指令系統(tǒng)3.3.1基本指令系統(tǒng)特點 可編程控制器編程語言可編程控制器PLC中有多種程序設計語言，它們是：梯形圖語言、布爾助記符語言、功能

42、表圖語言、功能模塊圖語言與結構化語句描述語言等。 梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數(shù)器、計時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展或增強指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。 功能表圖語言和語句描述語言是高級的程序設計語言，它可根據需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據的操縱，報表的報印和其他基本程序設計語言無法完成的功能。功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程序控制器中得到了廣泛的應用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時也常常被采用，由于它具有連

43、接方便、操作簡單、易于掌握等特點，為廣大工程設計和應用人員所喜愛。 PLC的編程語言與一般計算機語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語言，也不同與一般的匯編語言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調試的要求。目前，還沒有一種對各廠家產品都能兼容的編程語言。如三菱公司的產品有它自己的編程語言，OMRON公司的產品也有它自己的語言。但不管什么型號的PLC，其編程語言都具有以下特點： 一、圖形式指令結構：程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。系統(tǒng)的軟件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨立運算功能編制成象征性圖形，用戶根據自己的需要把這些圖形進行組合，并填入適當?shù)膮?shù)。在邏輯運算部

44、分，幾乎所有的廠家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。如西門子公司還采用控制系統(tǒng)流程圖來表示，它沿用二進制邏輯元件圖形符號來表達控制關系，很直觀易懂。較復雜的算術運算、定時計數(shù)等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示，雖然象征性不如邏輯運算部分，也受用戶歡迎 二、明確的變量常數(shù)：圖形符相當于操作碼，規(guī)定了運算功能，操作數(shù)由用戶填人，如：K400，T120等。PLC中的變量和常數(shù)以與其取值圍有明確規(guī)定，由產品型號決定，可查閱產品目錄手冊。 三、簡化的程序結構：PLC的程序結構通常很簡單，典型的為塊式結構，不同塊完成不同的功能，使程序的調試者對整個程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。

45、四、簡化應用軟件生成過程：使用匯編語言和高級語言編寫程序，要完成編輯、編譯和連接三個過程，而使用編程語言，只需要編輯一個過程，其余由系統(tǒng)軟件自動完成，整個編輯過程都在人機對話下進行的，不要求用戶有高深的軟件設計能力。五、強化調試手段：無論是匯編程序，還是高級語言程序調試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程序調試提供了完備的條件，使用編程器，利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和部編輯、調試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，診斷和調試操作都很簡單。 總之，PLC的編程語言是面向用戶的，對使用者不要求具備高深的知識、不需要長時間的專門訓練。3.3.2 編程語言的形式 最常用的兩種編程語言，一是梯形

46、圖，二是助記符語言表。采用梯形圖編程，因為它直觀易懂，但需要一臺個人計算機與相應的編程軟件；采用助記符形式便于實驗，因為它只需要一臺簡易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計算機來編程。 雖然一些高檔的PLC還具有與計算機兼容的C語言、BASIC語言、專用的高級語言（如西門子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），還有用布爾邏輯語言、通用計算機兼容的匯編語言等。不管怎么樣，各廠家的編程語言都只能適用于本廠的產品。編程指令：取指令與輸出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT），AND（與指令）  一個常開觸點串聯(lián)連接指令，完成邏輯“與”運算，ANI（與反指令）一個常閉觸點串聯(lián)連

47、接指令，完成邏輯“與非”運算，ANDP 上升沿檢測串聯(lián)連接指令，ANDF  下降沿檢測串聯(lián)連接指令。OR（或指令）用于單個常開觸點的并聯(lián)，實現(xiàn)邏輯“或”運算。ORI（或非指令）用于單個常閉觸點的并聯(lián)，實現(xiàn)邏輯“或非”運算，ORP  上升沿檢測并聯(lián)連接指令，ORF  下降沿檢測并聯(lián)連接指令，ORB（塊或指令）  用于兩個或兩個以上的觸點串聯(lián)連接的電路之間的并聯(lián)，SET（置位指令）它的作用是使被操作的目標元件置位并保持，RST（復位指令）使被操作的目標元件復位并保持清零狀態(tài)，MC（主控指令）用于公共串聯(lián)觸點的連接。執(zhí)行MC后，左母線移到MC觸點的后

48、面，MCR（主控復位指令）它是MC指令的復位指令，即利用MCR指令恢復原左母線的位置。一、指令系統(tǒng)： 一 程序流程功能0009 三 算術和邏輯運算指令功能2029 00 CJ 條件轉移 20 ADD 加法01 CALL 調用子程序 21 SUB 減法 02 SRET 從子程序返回22 MUL 乘法03 IRET 中斷返回 23 DIV 除法04 EI 開中斷 24 INC 加一05 DI 關中斷25 DEC 減一06 FEND 主程序結束 26 WAND 字與07 WDT 監(jiān)視定時器 27 WOR 字或08 FOR 循環(huán)開始28 WXOR 字異或09 NEXT 循環(huán)結束 29 NEG 求補二

49、傳送和比較指令功能1019 四 循環(huán)與移位功能303910 CMP 比較 30 ROR 循環(huán)右移11 ZCP 區(qū)間比較 31 ROL 循環(huán)左移12 MOV 傳送32 RCR 帶進位循環(huán)右移13 SMOV 移位傳送33 RCL 帶進位循環(huán)左移14 CML 求補運算 34 SFTR 位右移15 BMOV 數(shù)據塊傳送 35 SFTL 位左移 16 FMOV 多點傳送36 WSFR 字右移17 XCH 數(shù)據交換 37 WSFL 字左移18 BCD 求BCD碼 38 SFWR FIFO寫 19 BIN 求二進制碼 39 SFRD FIFO讀五 數(shù)據處理功能4049 七 方便指令功能606940 ZRST

50、 區(qū)間復位 60 IST 狀態(tài)初始化 41 DECO 解碼 61 SER 尋找42 ENCO 編碼 62 ABSD 絕對值凸輪順控43 SUM ON位總數(shù) 63 INCD 增量凸輪順控44 BON 檢查位狀態(tài)64 TTMR 示教定時器45 MEAN 求平均值 65 STMR 專用定時器可定義46 ANS 標志置位 66 ALT 交替輸出47 ANR 標志復位 67 RAMP 斜坡輸出48 SQR 平方根 68 ROTC 旋轉臺控制49 FLT 整數(shù)轉換成浮點數(shù) 69 SORT 排序六 高速處理功能5059 八 外部I/O設備功能707950 REF 刷新 70 TKY 十鍵輸入 51 REFF

51、 刷新與濾波處理 71 HKY 十六鍵輸入52 MTR 矩陣輸入 72 DSW 撥碼開關輸入53 HSCS 高速記數(shù)器置位73 SEGD 七段碼譯碼54 HSCR 高速記數(shù)器復位74 SEGL 帶鎖存的七段碼顯示55 HSZ 高速記數(shù)器區(qū)間比較速度檢測 75 ARWS 方向開關56 SPD 脈沖輸出Speed detect76 ASC ASCII變換57 PLSY 脈寬調制 Pulse Y 77 PR 打印58 PWM 脈沖調制Pulse widthmodulation78 FROM 讀特殊功能模塊 59 PLSR 帶加減速脈沖輸出 79 TO 寫特殊功能模塊九 外圍設備SER功能8

52、089120 EADD 浮點數(shù)加法80 RS RS通訊 121 ESUB 浮點數(shù)減法81 PRUN 8進制位傳送 122 EMUL 浮點數(shù)乘法82 ASCI 十六進制至ASCII轉換123 EDIV 浮點數(shù)除法83 HEX ASCII至十六進制轉換 127 ESOR 浮點數(shù)開方84 CCD 校驗碼  129 INT 浮點數(shù)->整數(shù)85 VRRD 電位器讀入130 SIN 浮點數(shù)SIN運算86 VRSC 電位器刻度131 COS 浮點數(shù)COS運算88 PID PID控制 132 TAN 浮點數(shù)TAN運算 十 F

53、2外部模塊功能9099 147 SWAP 上下字節(jié)交換90 MNET F-16N, Mini網十二 定位功能15515991 ANRD F2-6A, 模擬量輸入 155 ABS92 ANWR F2-6A, 模擬量輸出 156 ZRN93 RMST F2-32RM, 啟動RM157 PLS 94 RMWR F2-32RM, 寫RM 158 DRVI95 RMRD F2-32RM, 讀RM 十三 時鐘運算功能16016996 RMMN F2-32RM, 監(jiān)控RM 160 TCMP 97 BLK F2-30GM, 指定塊161 TZCP 9

54、8 MCDE F2-30GM, 機器碼 162 TADD十一 浮點數(shù)功能110132 163 TSUB110 ECMP 浮點數(shù)比較 166 TRD111 EZCP 浮點數(shù)區(qū)間比較167 TWR118 EBCD 浮點數(shù)2進制->10進制169 HOUR119 EBIN 浮點數(shù)10進制->1進十四 外圍設備功能170177 十五 接點比較功能224246170 GRY M 224 LD= (S1)=(S2)171 GBIN 225 LD> (S1)>(S2)176 RD3A 226 LD< (S1)<(S2)177 WR3A 228 LD<> (S1)<>(S2）2、 程序： 當某一搶答器搶答成功后，釋放其按鈕指示燈任然亮，直至主持認復位才熄滅。且其他人搶答指示燈不亮三、梯形圖3.4可編程程序控制器的工作過程與原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，