三菱PLC-FX2 32MT的plc四層電梯控制系統(tǒng)設計-論文.doc

三菱PLC-FX2 32MT的plc四層電梯控制系統(tǒng)設計 Abstract PLC is a specialized in industrial environments for applications designed to operate electronic digital computing device. It uses the memory can be programmed to store in its internal implementation logic operations, the order of operations, timing, counting and arithmetic operations, such as operating instructions, and can be digital or analog input and output, control of various types of machinery or the production process. PLC and its associated peripheral equipment should be in accordance with the industrial control system is easy to form a whole, easy to extend the principle of its design features. In this article I explained the concept of some of the specific PLC, in the elevator control design steps, as well as on the elevator with PLC hardware protection method. In the design of the elevator, I elaborate on the use of PLC control hardware and software design process, a list of specific hardware circuits, and analyzes the major role of input and output points. In the PLC of the elevator control system, elevator, through the use of control software functions are achieved, in order to control the operation of software and Elevator Action has a good relationship between the elevator control software program, I display the main floor is divided into procedures, call sign 錧N鶴Hry2procedures, upper and lower lines, switches, door procedures, carry out their duties, the operation of the elevator control. Elevator control can be divided into the following three periods: 1. By mechanical relays (Relay) to control, but the circuit complex and prone to failure. 2. To digital integrated circuits (Digital IC) to complete control of its timing. 3. In recent years the rapid development of the programmable logic controller (PLC) to control not only can solve the shortcomings of the relay control, but also improved the integrated circuit digital logic design cumbersome, but also reduce costs. In this paper, a combination of PLC and inverter performance, introduced the elevator control system, the composition and working principle, and focuses on the PLC in the elevator control system and to make use of Mitsubishi PLC-FX2 32MT to design 4-storey elevator control system. Hardware design of the system design methods and procedures for the introduction, gives the 4-storey part of the lift logic control methods. Mainly related to the 4th floor of the elevator control system PLC program design, composition and modular programming. Keywords: PLC; elevators; logic control; Programming 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，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計兩組控制信號完全互補，但?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(chǎn)過程。PLC及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。在本文中我就闡述了PLC的一些具體概念，在電梯控制方面的設計步驟，以及用PLC對電梯硬件進行保護的方法。在設計中我具體講述了電梯在使用PLC控制時的硬件和軟件的設計過程，列出了具體的主要硬件電路，并分析了主要輸入輸出點的作用。在PLC的電梯控制系統(tǒng)中，電梯的使用功能都是通過控制軟件來實現(xiàn)的，為了使控制軟件和電梯的運行動作有較好的對應關系，電梯的軟件控制程序，我主要分為樓層的顯示程序、呼叫信號程序、上下行程序、開關門程序，各司其職，對電梯的運行進行控制。 電梯的控制方式可分為下列三個時期： 1. 由機械式的繼電器(Relay)來控制，但其電路復雜，容易產(chǎn)生故障。 2. 以數(shù)位積體電路(Digital IC)來完成其時序控制。 3. 近幾年發(fā)展迅速的可編程控制器(PLC)來控制，不但可以解決繼電器控制的缺點,也改善了數(shù)位積體電路繁瑣的邏輯設計，而且可降低成本。本文主要是結合PLC 和變頻器的性能, 介紹了電梯控制系統(tǒng)的構成和工作原理, 并重點闡述了PLC 在電梯控制系統(tǒng)中的應用，并利用三菱PLC-FX2 32MT 來設計4層電梯控制系統(tǒng)。 通過對系統(tǒng)硬件設計方法和程序設計思路的介紹，給出了4層電梯邏輯控制部分的方法。主要涉及4層電梯的PLC控制系統(tǒng)的總體設計方案、組成及模塊化程序設計。 關鍵詞：PLC；電梯；邏輯控制；程序設計 目 錄 杓頻氖衷慫悴僮韉牡繾幼爸?引言1 1 課程設計任務書3 1.1 控制要求3 1.2 其他設計要求3 2 PLC介紹4 2.1 PLC 的定義4 2.2 PLC的特點4 2.3 PLC的系統(tǒng)構成5 2.4 PLC的等效電路和工作原理6 2.5 PLC的分類7 focuses on the PLC in2.6 PLC的發(fā)展趁勢8 3 PLC 的I/O 系統(tǒng)8 3.1 I/O 尋址方式8 4 PLC控制結構與流程圖9 5 硬件主電路部分設計11 5.1 繼電器組及三級管成H橋的點擊正反轉控制系統(tǒng)11 5.2樓層顯示部分12 6 PLC 造型與I/O定義14 7 設計的意義及其應用15 8 結論16 謝辭17 彇錛岀數(shù)婧愮數(shù)鍘?V鏃?參考文獻18 附錄1135 三菱PLC-FX2 32MT的plc四層電梯控制系統(tǒng)設計 可程式邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）,是一種用于自動化實時控制的數(shù)位邏輯控制器，廣泛應用于目前的工業(yè)控制領域。在可程式邏輯控制器出現(xiàn)之前，一般要使用成百上千的繼電器以及計數(shù)器才能組成具有相同功能的自動化系統(tǒng)，而現(xiàn)在，經(jīng)過編程的簡單的可程式邏輯控制器模塊基本上已經(jīng)代替了這些大型裝置?？沙淌竭壿嬁刂破鞯南到y(tǒng)程序一般在出廠前已經(jīng)初始化完畢，用戶可以根據(jù)自己的需要自行編輯相應的用戶程序來滿足不同的自動化生產(chǎn)要求。 最初的可程式邏輯控制器只有電路邏輯控制的功能(IO控制)，所以被命名為可程式邏輯控制器，后來隨著不斷的發(fā)展，這些當初功能簡單的計算機模塊已經(jīng)有了包括邏輯控制，時序控制、模擬控制、多機通信等許多的功能，名稱也改為可程式控制器（Programmable Controller），但是由于它的簡寫也是PC與個人電腦（Personal Computer ）的簡寫相沖突，也由于多年來的使用習慣，人們還是經(jīng)常使用可程式邏輯控制器這一稱呼，并在術語中仍沿用PLC這一縮寫。 控制系統(tǒng)。 通過對系現(xiàn)在工業(yè)上使用可程式邏輯控制器(PLC)已經(jīng)相當接近于一臺輕巧型電腦所構成，甚至已經(jīng)出現(xiàn)整合個人電腦(采用嵌入式作業(yè)系統(tǒng))與PLC架構的PC-BASE控制器，能透過數(shù)位或類比輸入/輸出模組控制機器設備、制造處理流程、及其它控制模組的電子系統(tǒng)。 PLC可接收(輸入)及發(fā)送(輸出)多種型態(tài)的電氣或電子訊號，并使用他們來控制或監(jiān)督幾乎所有種類的機械與電氣系統(tǒng)。 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。在工業(yè)控制領域中，PLC控制技術的應用已成為工業(yè)界不可或缺的一員。 國際電工委員會(IEC)在其標準中將PLC定義為: 可程式邏輯控制器是一種數(shù)位運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。 它采用一類可程式的存儲器，用于其內部存儲程序，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(chǎn)過程。可程式邏輯控制器及其有關外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 隨著城市建設的不斷發(fā)展，中高層建筑不斷增多，電梯作為這些建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。PLC作為新一代的工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術先進性等特點，已經(jīng)在工業(yè)市場上占有一大片領地 ，在電梯的控制中得到了廣泛的使用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當今電梯控制和技術改造的熱點之一。在當今的中國社會中，越來越多的四層帶電梯的小高層受到人們的青睞，所以我就嘗試著用PLC對七層電梯進行控制，并對其硬件和軟件進行設計。 oller，PLC）,是一種用愚其中包括對PLC硬件的設計，軟件設計，駐點路的設計，控制柜的設計，以及電梯惦記和其他設備的選擇，還有原理分析等。相信此次設計后，我對電梯的實際運行能有初步的了解。 PLC在設計和制造上采取了許多抗干擾措施，使用方便，擴展容易。它使用了梯形圖和可編程指令，易于掌握?？傊琍LC取代繼電-接觸系統(tǒng)已經(jīng)成為大的趨勢。 采用PLC進行電梯的運行控制，控制系統(tǒng)的硬件結構比繼電器控制大為簡化，目前電梯設計使用可編程控制器（PLC），要求控制系統(tǒng)能進行下列運作:根據(jù)轎廂所處位置及乘客所處層數(shù)，判定轎廂運行方向，保證轎廂帄層時減速，將轎廂停在選定的樓層上;同時根據(jù)樓層的呼叫，順路停車，自動開關門;另外在轎廂內外均要有信號燈顯示電梯運行方向及樓層數(shù)。 同時由于采用的是“軟接線”方法的程序控制，系統(tǒng)的可靠性和靈活性都大大提高。當然，電梯控制系統(tǒng)的信號輸入點數(shù)較多，就初期投入來講，PLC控制系統(tǒng)比繼電器控制的成本要高，不過可能采用節(jié)省輸入點的辦法解決成本較高的問題。例如，可能采用編碼/譯碼電路來減少PLC的輸入點，降低成本，但要根據(jù)實際情況確定，不使硬件電路過于復雜而降低系統(tǒng)的可靠性。 1 課程設計任務 1.1 控制要求 1.1.1電梯上行設計要求 a.當電梯停于1樓（1F）或2F、3F、4F、5F時，6樓呼叫，則上行到6樓碰行程開關后停止； b.電梯停于1 F或2F，3F、4F時，5F呼叫時，則上行，到5F行程開關控制停止； c.電梯停于1F或2F，3F、4F呼叫，則上行，到4F行程開關控制停止； d.電梯停于1F或2F，3F呼叫，則上行，3 F行程開關控制停止； e.電梯停于1F,2F呼叫，則上行，到2F行程開關控制停止； f.電梯停于1F，2F、3F、4F、5F同時呼叫，電梯上行到2F，停5秒，到3F，停5秒，到4F，停5秒，到5F，停5秒，繼續(xù)上行到6F停止； g.電梯停于1F，3F、4F、5F同時呼叫，電梯上行到3F，停5秒，到4F，停5秒，到5F，停5秒，繼續(xù)上行到6F停止； h.電梯停于1F，4F、5F、6F同時呼叫，電梯上行到4F，停5 秒，到5F，停5 秒，繼續(xù)上行到6F停止； i.電梯停于2F，3F、4F、5F同時呼叫，電梯上行到3F，停5秒，到4F，停5秒，到5F，停5秒，繼續(xù)上行到6F停止； j.電梯停于3F，4F、5F同時呼叫，電梯上行到到4F，停5秒，到5F，停5秒，繼續(xù)上行到6F停止； 1.1.2 電梯下行設計要求 a.電梯停于6F或5F或4F或3F或2F，1F呼叫，電梯下行到1F停止； b.電梯停于6F或5F或4F或3F，2F呼叫，電梯下行到2F停止； c.電梯停于6F或5F或4F，3F呼叫，電梯下行到3F停止； d.電梯停于6F或5F，4F呼叫，電梯下行到4F停止； e. 電梯停于6F，5F、4F、3F、2F同時呼叫，電梯下行到5F，停5秒，到4F，停5秒，到3F，停5秒，到2F，停5秒，繼續(xù)下行到2F停止； 得到了廣泛的使用，從而蕪f. 電梯停于6F，5F、4F、3F、1F同時呼叫，電梯下行到5F，停5秒，到4F，停5秒，到3F，停5秒，繼續(xù)下行到1F停止； 1.2 其他設計要求 a.各樓層運行時間應在15秒以內，否則認為有故障； b.電梯停于某一層，數(shù)碼管應顯示該層的樓層數(shù)； c.電梯上、下行時，相應的標志燈亮。 三菱PLC-FX2 32MT的plc四層電梯控制系統(tǒng)設計 2.1 PLC的產(chǎn)生 傳統(tǒng)的繼電器控制具有結構簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中應用甚廣。但是，這些控制裝置體積大、動作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是接線復雜、排除故障非常困難而且要花費大量的時間。如果工藝要求發(fā)生變化，控制柜內的元件和接線也需要作相應的變動，改造的工期長、費用高，通用性和靈活性較差。 1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號的不斷翻新，想尋找一種方法，以盡可能減少重新設計繼電器控制系統(tǒng)和接線、降低成本、縮短時間，而考慮把計算機的功能完善、通用靈活等優(yōu)點與繼電器控制的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，制成一種通用控制裝置，提出了研制PLC的基本設想：1.編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序；2.硬件維護方便，最好是插件式結構；3.可靠性要高于繼電器控制裝置；4.體積小于繼電器控制裝置；5.可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機；6.成本上可與繼電器競爭；7.輸入可以是決成本較高的問題。例如，1交流115V；8.輸入為交流115V，2A以上，能直接驅動電磁閥；9.擴展時，原有系統(tǒng)只需做很小的改動；10.用戶程序存儲器容量器容量至少可以擴展到4K。 根據(jù)以上設想和要求，1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的汽車生產(chǎn)線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。從此，這一更新技術就以很快的速度發(fā)展起來，現(xiàn)代的PLC已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC，機器人和CADCAM）之一。 2.2 PLC的特點 2.2.1 編程方法簡單易學 考慮到企業(yè)中一般電氣技術人員和技術工人的傳統(tǒng)讀圖習慣和應用微機的實際水帄，PLC配備有他們最容易接受和掌握的梯形圖語言。梯形圖語言的電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖非常接近。而且某些僅有開關量邏輯控制功能的PLC只有十幾條指令。通過閱讀PLC的使用手冊或短期培訓，電氣技術人員或技術工人只要幾天的時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 2.2.2 硬件配套齊全，用戶使用方便 PLC配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設計和制作硬件裝置。用戶在硬件方面的設計工作只是確定PLC的硬件配置和外部接線。PLC的安裝接線也很方便。 2.2.3 通用性強，適應性強 PLC的生產(chǎn)具有系列化和模塊化特點，硬件配置相當靈活，可以很方便地組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。組成系統(tǒng)后，如果工藝變化，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應變化。 2.2.4 可靠性高，抗干擾能力強 來設計4層電梯控制系統(tǒng)W絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。PLC的帄均無故障間隔時間高，如日本三菱公司的F1、F2系列PLC的帄均無故障間隔時間長達30萬小時，這是一般微機所不能比擬的。 2.2.5 系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序很容易掌握，設計和調試梯形圖所花的時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖花的時間要少得多。 2.2.6 維修工作量小，維修方便 PLC的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的指示燈或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因。用更換模塊的方法可以迅速地排除PLC的故障。 2.2.7 體積小，能耗低 以F1意40M型PLC為例，其外形尺寸為305ll0110mm，功耗小于25VA。由于體積小，PLC很容易裝入機械設備內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想的控制設備。 2.3 PLC的系統(tǒng)構成 PLC實際上是一種工業(yè)控制計算機。它的硬件結構與一般微機相似，主要由主機、I/O擴展機、外圍設備三部分組成。 2.3.1 主機 主機由CPU（微處理器）、存儲器、輸入輸出單元、電源等部分組成。 到4F，停5秒，到3F，停5秒，CPU是PLC的核心，其作用類似于人的大腦。它能夠識別用戶按特定格式輸入的指令，并按照指令完成預定的控制任務。另外，它還能識別用戶所輸入的指令序列的格式和語法錯誤，還具有系統(tǒng)測試與診斷功能。 PLC的存儲器有兩種：系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必須的程序，如系統(tǒng)診斷程序、鍵盤輸入處理程序、指令解釋程序、監(jiān)控程序等。這些程序與用戶無直接關系，已由廠家直接固化進EPROM中，不能由用戶直接存取、修改。用戶程序存儲器主要存放用戶程序（用戶利用PLC的編程語言按不同控制要求所編制的控制程序或數(shù)據(jù)，這相當于設計繼電器控制系統(tǒng)硬接線的控制電路圖），可通過編程器進行修改。 輸入輸出（IO）單元是PLC與輸入控制信號和被控制設備連接起來的部件，輸入單元接收從開關、按鈕、繼電器觸點和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號，并將這些信號轉換成CPU能接收和處理的數(shù)字信號。輸出單元接收經(jīng)過CPU處理過的輸出數(shù)字信號，并把它轉換成被控制設備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號，以驅動接觸器、電磁閥和指示器件等。 電源部件是把交流電轉換成直流電的裝置，它向PLC提供所需要的直流電源。電源組件具有很高的抗干擾能力，適合工業(yè)現(xiàn)場使用，供電穩(wěn)定、安全可靠。電源組件內還裝有備用鋰電池，以保證在斷電時保存必要的信息。 PLC還有各種接口，PLC通過這些接口可與監(jiān)視器、打印機、其它的PLC或計算機等相連。 2.3.2 I/O擴展機 力強 來設計4層電梯控制每種PLC都有與主機相配的擴展模塊，用來擴展輸入、輸出點數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。PLC擴展模塊內不設CPU，僅對I/O通道進行擴展，不能脫離主機獨立實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。 2.3.3外部設備 外部設備包括編程器、盒式磁帶機、打印機、EPROM寫入器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等。其中編程器是PLC必不可少的重要外圍設備，由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關和外存儲器接插口等部件組成，主要用于對用戶程序進行輸入、檢查、調試和修改，并用來監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。 編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型編程器只能聯(lián)機編程，且需將梯形圖轉化為助記符后才能送入。智能型編程器又稱圖形編程器，它既可聯(lián)機編程，又可脫機編程，具有圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過屏幕對話，但價格較貴?，F(xiàn)在也可在個人計算機上填加適當?shù)挠布涌?，利用生產(chǎn)廠家提供的編程軟件包就可將計算機作為編程器使用，而且還可以在計算機上實現(xiàn)模擬調試。 PLC與打印機相連可將過程信息，系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。當與監(jiān)視器相連時可將控制過程圖象顯示出來。當PLC與PLC相連時，可組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡，實現(xiàn)更大規(guī)?？刂?。當PLC與計算機相連時，可組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結合的綜合系統(tǒng)。 2.4 PLC的等效電路和工作原理 2.4.1 PLC的等效電路 PLC的工作酷似一個繼電器系統(tǒng)，其等效電路可分為三部分：輸入部分、內部控制電路和輸出部分，如圖2所示，圖中“ ”為PLC內部用程序實現(xiàn)的軟繼電器的線圈，“ ”為常開觸點，“ ”為常閉觸點。 總體設計方案、組成及模塊F輸入部分這部分的作用是收集被控設備的信息或操作命令。輸入端子外接行程開關、按鈕等的觸頭，內連輸入繼電器線圈。輸入繼電器由外部信號通過輸入端子驅動，可提供無限多對常開、常閉的軟觸點供內部使用。 內部控制電路由用戶根據(jù)控制要求編制的程序所組成，其作用是按用戶程序的控制要求對輸入信號進行運算處理，判斷哪些信號需要輸出，并將得到的結果輸出給負載。 PLC內部有許多類型的器件，如定時器（T）、計數(shù)器（C）、輔助繼電器（M）等，它們都有許多對用軟件實現(xiàn)的常開、常閉觸點。編寫的梯形圖是將這些軟器件進行內部接線，完成被控設備的控制要求。 輸出部分這部分的作用是驅動外部負載，所以輸出端子是PLC向外部負載 三菱PLC-FX2 32MT的plc四層電梯控制系統(tǒng)設計 輸出信號的端子，其內連輸出繼電器（Y）的一對常開觸點。輸出繼電器除提供一對常開觸點驅動負載以外，還可以提供無數(shù)對常開、常閉觸點供內部使用。 2.4.2 PLC的周期工作方式 PLC是通過一種周期工作方式來完成控制的，每個周期包括輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，如圖3所示。 輸入采樣階段PLC以掃描方式按順序將所有輸入端的狀態(tài)讀入到輸入映像寄存器中存儲，這一過程稱為采樣。在本工作周期內采樣結果不會改變，而且將在PLC執(zhí)行程序時被使用。 程序執(zhí)行階段PLC按順序對程序進行掃描，即從上到下、從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運?障間隔時間高，如日本三翝算、處理，再將程序執(zhí)行的結果寫入元件映像寄存器中保存。但這個結果在全部程序未執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端口上。 輸出刷新階段在所有用戶程序執(zhí)行完畢后，PLC將元件映像寄存器中的內容送入輸出鎖存器中，通過一定的方式輸出，驅動外部負載。 PLC重復執(zhí)行輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，每重復一次的時間稱為一個掃描周期。PLC的一個掃描周期一般為40100ms之間。 2.5 PLC的分類 2.5.1 按IO點數(shù)分類 按IO總點數(shù)可分為小型、中型和大型三類。小型PLC的IO點數(shù)為256點以下，其中小于64點為超小型或微型PLC。中型PLC的IO點數(shù)為256點到2048點以下。大型PLC的IO點數(shù)為2048點以上，其中IO點數(shù)超過8192點為超大型PLC。 2.5.2按結構形式分類 按結構形式可分為整體式和模塊式。整體式PLC是將電源、CPU、IO部件都集中裝在一個機箱內，具有結構緊湊、體積小、價格低的特點，一般小型PLC采用這種結構。模塊式PLC是將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、IO模塊、電源模塊（有的包含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊插在框架的插座上，有的PLC沒有框架，各種模塊安裝在底板上。這種結構的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同模塊組成一個系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。一般大、中型PLC采用模塊式結構。 2.5.3 按功能分類 部控制電路和輸出部分，如圖2T按功能不同，PLC可分低檔、中檔、高檔機三類。低檔機具有邏輯運算、計時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能。還可能增設少量模擬量輸入輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、遠程IO、通信等功能。中檔機除具有低檔機的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉換、遠程IO、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。還可以增設中斷控制、PID控制等功能。高檔機除具有中檔機的功能外，還有符號算術運算（32位雙精度加、減、乘、除和比較）、矩陣運算、位邏輯運算（置位、清除、右移、左移）、帄方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、表格功能及表格傳送等。高檔機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制，構成全PLC的分布式控制系統(tǒng)，或整個工廠的自動化網(wǎng)絡。 2.6 PLC的發(fā)展趁勢 2.6.1 向更高處理速度、更大存儲容量方向發(fā)展 為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應速度和更大的存儲容量。在PLC中，用戶程序的存儲容量有的是用編程的步數(shù)來表示，每編一條語句為一步；有的是以字為單位來計算，16位二進制數(shù)為一個字節(jié)，每1024個字節(jié)為1KB；有的是以編程的地址來表示，每編一條語句為一地址。目前大型PLC的存儲容量是幾百KB，最高可達幾MB。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。目前大中型PLC的掃描速度可達02msKB左右。如歐姆龍公司的C1000H為04msKB，三菱公司的A3N為02msKB。 2.6.2 產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展 PLC主要有超大型和超小型兩個發(fā)展趨勢。超小型PLC向體積更小、速度更快、功能更強、價格更低方向發(fā)展，以真正完全取代最小的繼電器系統(tǒng)。超大型PLC竦盟璧氖萁性聳障間隔薀向大容量、高速度、多功能方向發(fā)展，能與計算機組成分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對工廠生產(chǎn)全過程的集中管理。 2.6.3 PLC編程語言更加豐富，功能不斷提高，編程語言趨向標準化 在PLC系統(tǒng)結構不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高，除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，還有些PLC采用BASIC、C語言等高級語言編程。美國生產(chǎn)的PLC在基本控制方面編程語言已標準化，均采用梯形圖編程，日本、英國也進入了標準化階段，法國還采用專用編程語言GRAFCET，德國采用DIN40719標準編程語言。 2.6.4 不斷開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)和通信能力 為了滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程IO模塊、通信和人機接口模塊等，擴大了PLC應用范圍。目前加強PLC聯(lián)網(wǎng)與通信的能力，是PLC技術進步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)和通信可分為兩類：一類是PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC制造廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是PLC與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有通信模塊用于與計算機通信。 3 PLC 的I/O 系統(tǒng) 3.1 I/O 尋址方式 PLC的硬件結構主要分單元式和模塊式兩種。前者將PLC 的主要部分（包括I/O 系統(tǒng)和電源等）全部安裝在一個機箱內。后者將PLC 的主要硬件部分分別制成模塊，然后由用戶根據(jù)需要將所選用的模塊插入PLC 機架上的槽內，構成一個PLC 系統(tǒng)。 不論采取哪一種硬件結構，都必須確立用于連接工業(yè)現(xiàn)場的各個輸入/輸出點與PLC 的I/O 映象區(qū)之間的對應關系，即給每一個輸入/輸出點以明確的地址確立這種對應關系所采用得方式稱為I/O 尋址方式。 I/O尋址方式有以下三種 （1）固定的I/O 尋址方式 （2）開關設定的I/O 尋址方式 （3）用軟件來設定的I/O 尋址方式 4 PLC控制結構與流程圖 電梯信號控制基本由PLC軟件實現(xiàn)。電梯信號控制系統(tǒng)如圖所示，輸入到PLC的控制信號有:運行方式選擇(如自動、有司機、檢修、消防運行方式等)、運行控制、轎內指令、層站召喚、安全保護信息、旋轉編碼器光電脈沖、開關門及限位信號、門區(qū)和帄層信號等。 三菱PLC-FX2 32MT的plc四層電梯控制系統(tǒng)設計 PLC流程圖 5 硬件主電路部分設計： 由于此次是我們?yōu)榱四軌蚬?jié)省一些開支，設計的是四層樓部分，一共需要七塊電路控制板：電梯門開關控制電機一塊，一樓及頂樓外呼控制面板各一塊（電路相同），電梯內控板一塊，2樓與3樓外呼控制板各一塊（相同）。 5.1 繼電器組及三級管成H橋的點擊正反轉控制系統(tǒng) 我們設計的電梯門控制與電梯上下運動的理念就是利用兩個繼電器的四組開關來組成一個控制電機正反轉。 ?c陶趴1t羫xK!g T2y繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。 在大功率驅動系統(tǒng)中，將驅動回路與控制回路電氣隔離，減少驅動控制電路對外部控制電路的干擾。隔離后的控制信號經(jīng)電機驅動邏輯電路產(chǎn)生電機邏輯控制信號，分別控制H橋的上下臂。由于H橋由大功率N溝道增強型場效應管構成，不能由電機邏輯控制信號直接驅動，必須經(jīng)驅動信號放大電路和電荷泵電路對控制信號進行放大，然后驅動H橋功率驅動電路來驅動直流電機。 5.1.1 H橋功率驅動原理 直流電機驅動使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅動電路方便地實現(xiàn)直流電機的四象限運行，分別對應正轉、正轉制動、反轉、反轉制動。H橋功率驅動原理圖如圖5所示。 H型全橋式驅動電路的4只開關管都工作在斬波狀態(tài)。S1、S2為一組，S3、S4為一組，這兩組狀態(tài)互補，當一組導通時，另一組必須關斷。當S1、S2導通時，S3、S4關斷，電機兩端加正向電壓實現(xiàn)電機的正轉或反轉制動；當S3、S4導通時，S1、S2關斷，電機兩端為反向電壓，電機反轉或正轉制動。 圖5 實際控制中，需要不斷地使電機在四個象限之間切換，即在正轉和反轉之間切換，也就是在S1、S2導通且S3、S4關斷到S1、S2關斷且S3、S4導通這兩種狀態(tài)間轉換。這種情況理論上要求兩組控制信號完全互補，但是由于實際的開關器件都存在導通和關斷時間，絕對的互補控制邏輯會導致上下橋臂直通短路。為了避免直通短路且保證各個開關管動作的協(xié)同性和同步性，兩組控制信號理論上要求互為倒相，而實際必須相差一個足夠長的死區(qū)時間，這個校正過程既可通過硬件實現(xiàn)，即在上下橋臂的兩組控制信號之間增加延時，也可通過軟件實現(xiàn)。 圖5中只開關管為續(xù)流二極管，可為線圈繞組提供續(xù)流回路。當電機正常運行時，驅動電流通過主開關管流過電機。當電機處于制動狀態(tài)時，電機工作在發(fā)電狀態(tài)，轉子電流必須通過續(xù)流二極管流通，否則電機就會發(fā)熱，嚴重時甚至燒毀。 直流電機轉速控制可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法是控制磁通，其控制功率小，低速時受到磁飽和限制，高速時受到換向火花和換向器結構強度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大動態(tài)響應較差，所以這種控制方法用得很少。大多數(shù)應用場合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術的進步，改變電樞電壓可通過多種途徑實現(xiàn)。 這種控制系統(tǒng)的特點是：價格便宜，性能價格比低。但因其體積龐大，故障率高，柔性差，不靈活,耗能，而且調試困難，可靠性差，壽命短，程序修改費時，因此它適用于控制邏輯較簡單、所需繼電器數(shù)量較少的程序固定的場合。繼電器的選用先了解必要的條件： 控制電路的電源電壓，能提供的最大電流； 被控制電路中的電壓和電流； 被控電路需要幾組、什么形式的觸點。選用繼電器時，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)?？刂齐娐窇芙o繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。 5.2 樓層顯示部分 ；邏輯控A樓層顯示部分（內呼吁外呼）主要是有數(shù)碼管與LED及兩部分組成，數(shù)碼管是由CD4511七段譯碼器進行驅動。再加一些電阻電容及二極管，另外會有一些插座用于將來從此來進行引出線與PLC連接起來。 CD4511是一個用于驅動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域寗覮ED顯示器。 CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅動器，引腳排列如圖 2 所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電帄時，顯示器正常顯示，加低電帄時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電帄時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應加高電帄。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電帄時鎖存，低電帄時傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅動共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時，a段消隱；顯示數(shù)“9”時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計數(shù)顯示電路，若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應用中應接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300的限流電阻。 CD4511 引 腳 圖 其功能介紹如下： BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 H橋由大功率N溝道增強型場效應箶LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。 A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電帄1有效。 CD4511的內部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作 CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級，通常用以驅動LED。其各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示 a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。 CD4511的引腳圖 三菱PLC-FX2 32MT的plc四層電梯控制系統(tǒng)設計 6 PLC 造型與I/O定義 為了對PLC造型，首先確定PLC的輸入輸出點數(shù)。PLC需要的I/O點數(shù)隨電梯層數(shù)的不同而不同。 按電梯各個組成部分來分類統(tǒng)計，PLC的輸入點有: (1) 轎內指令按鈕：位于橋內的操縱箱上，每層各有一個。 (2) 門廳呼喚按鈕：位于電梯的廳門口，除頂層只有下呼和底層只有上呼外，其余每層均有上、下呼按鈕，這樣門廳呼喚按鈕每層各占兩輸入點。 控制電路應能給繼電器提J(3)樓層感應器“位于井道每一層的相應位置上，當轎廂到達每一層的相應位置時，樓層感應器干簧管觸點因隔磁板插入而斷開，該觸點信號用于選向、選層、橋內指令、廳門招喚的消號和指層電路。 (4) 開關門：有廳門、橋門電氣觸點開關（用于保證電梯廳，橋站都關好，開關接通時電梯才能運行）、關門極限開關、開門極限開關、手動開關門按鈕、共點5個輸入點。 (5) 上行接觸器，下行接觸器。 (6) 開關門接觸器，樓層指示燈告等。 因此，四層站的電梯大約需要20點的PLC機進行控制，可選用F2N-48MR型PLC，再根據(jù)需要配置I/O擴展單元。整個電梯的PLC控制系統(tǒng)比較復雜，以下只介紹幾個主要部分的設計問題，其中涉及的I/O口見下表3-2： 表：3-2 名稱 輸入點 名稱 輸出點 轎內一層呼鈕 X0 轎內一層呼鈕指示 Y0 轎內二層呼鈕 X1 轎內二層呼鈕指示 Y1 轎內三層呼鈕 X2 轎內三層呼鈕指示 Y2 轎內四層呼鈕 X3 轎內四層呼鈕指示 Y3 一層上行召喚按鈕 X4 一層上行召喚指示燈 Y4 二層上行召喚按鈕 X4 二層上行召喚指示燈 Y5 二層下行召喚按鈕 X6 二層下行召喚指示燈 Y6 三層上行召喚按鈕 X7 三層上行召喚指示燈 Y7 三層下行召喚按鈕 X10 三層下行召喚指示燈 Y10 消隱；顯示數(shù)“9”時，d段消覀四層下行召喚按鈕 X11 四層上行召喚指示燈 Y11 轎內開門開關 X12 轎門開門 Y12 轎內關門開關 X13 轎門關門 Y13 一層干簧感應觸點 X14 電梯上行 Y14 二層干簧感應觸點 X15 電梯下行 Y15 三層干簧感應觸點 X16 電梯上行狀態(tài)指示燈 Y16 四層干簧感應觸點 X17 電梯下行狀態(tài)指示燈 Y17 開門極限開關 X20 樓層顯示器 Y20 關門極限開關 X21 樓層顯示器 Y21 樓層顯示器 Y22 故障報警器 Y23 表3-2 7 設計的意義及其應用 此次實訓的主要設計內容有：確定電梯控制系統(tǒng)的總體設計方案；設計電梯拖動電機的電器控制線路原理圖；設計電梯控制系