機電一體化畢業(yè)設(shè)計論文基于PLC的四層電梯控制系統(tǒng)

1、 武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）四層電梯控制 基于基于 plcplc 的控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計的控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計學(xué)生姓名： 院 （系）： 機電工程學(xué)院 年級專業(yè)： 機電一體化 指導(dǎo)教師： 畢業(yè)論文摘要畢業(yè)論文摘要四層電梯的四層電梯的 plc 控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計摘摘 要要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、近年來，我國的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展一些電梯廠也在不斷改進(jìn)設(shè)計、修改工藝。更新?lián)Q代生產(chǎn)更新型的電梯，電梯主要分為機械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩大部份，隨著自動控制理論與微電子技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式與控制手段均發(fā)生了很大的變化，交流調(diào)速是當(dāng)前電梯拖動的主要發(fā)展方向。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼

2、電路控制系統(tǒng)(“早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng))、plc 控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點，目前已逐漸被淘汰。微機控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而 plc 控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強,設(shè)計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:plcplc 電梯電梯 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 電梯系統(tǒng)運行檢修和調(diào)試電梯系統(tǒng)運行檢修和調(diào)試pick t

3、owith the development of science and technology, in recent years, chinas elevator production technology have developed rapidly. some elevator design successfully also has a great improvement in design and process changes. update production more new elevators, elevator mainly divides into mechanical

4、system and control system with two most, automatic control theory and microelectronics technology development, the elevator drag with control method all way has changed very greatly, ac adjustable speed is the main development direction of elevator drag. at present the elevator control system is mai

5、nly have three kinds of control ways: following the circuit control system ( early installation of elevator more relay control system), plc control system, the microcomputer control system. relay control system due to high failure rate, the method of control, poor reliability and not flexible and di

6、sadvantages such as big power consumption, has gradually been eliminated. though the microcomputer control system in intelligent control has the strong function, but also exists perturbation resistance is poor, system design complex, general maintenance personnel hard to grasp its maintenance techno

7、logy etc. and plc control system defects due to run high reliability, convenient operation and maintenance, strong anti-interference, design and commissioning period shorter, more people to pay attention to such advantages as etc, and has become a current in the elevator control system used in most

8、control mode, now also widely used in traditional relay control system technical reformation. keywords: plc of elevator control system elevator system overhaul and debugging 目錄摘摘 要要 .21 plc 的發(fā)展歷程 .61.1.1 早期的 plc（60 年代末70 年代中期）.61.1.2 中期的 plc（70 年代中期80 年代中后期）.71.1.3 近期的 plc（80 年代中后期至今）.71.2 plc 的應(yīng)用領(lǐng)域

9、.81.2.1 開關(guān)量的邏輯控制.81.2.2 模擬量控制.81.2.3 運動控制.81.2.4 過程控制.81.2.5 數(shù)據(jù)處理.91.2.6 通信及聯(lián)網(wǎng).92 plc 的基本結(jié)構(gòu) .92.1 中央處理單元(cpu) .92.1.1 cpu 的構(gòu)成.92.1.2 cpu 的工作機制.92.2 存儲器.102.3 i/o 模塊.102.3.1 輸入接口.102.3.2 發(fā)光二級管.112.3.3 光電三級管.112.3.4 輸出接口.112.3.5 輸出接口電路工作過程：.112.3.6 輸入接口電路工作過程：.112.3.7 常用的 i/o 分類： .112.4 電源.112.5 底板或機架

10、.122.6 plc 系統(tǒng)的其它設(shè)備.122.6.1 編程設(shè)備：.122.6.2 人機界面：.123 plc 的基本設(shè)計原則和選型 .123.1 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則.123.1.1 最大限度地滿足被控對象的控制要求.133.1.2 保證 plc 控制系統(tǒng)安全可靠.133.1.3 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便.133.1.4 適應(yīng)發(fā)展的需要.133.2 plc 的選型.133.2.1 輸入輸出（i/o）點數(shù)的估算 .143.2.2 存儲器容量的估算.143.2.3 控制功能的選擇.143.2.4 機型的選擇.16重要檢測點的多點 i/o 卡可冗余配置。 3）根據(jù)需要對重要的 i/o

11、 信號，可選用 2 重化或 3 重化的 i/o 接口單元。 .174.1 四層電梯的控制要求.174.2 四層電梯的主電路圖.194.3 四層電梯的 plc 輸入輸出圖示：.204.44.4 四層電梯的四層電梯的 plcplc 輸入輸出表輸入輸出表 .20畢業(yè)總結(jié) .21謝 辭 .22參考文獻(xiàn) .231 plc 的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968 年美國gm（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ d

12、ec）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱programmable,是世界上公認(rèn)的第一臺 plc。限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的plc 主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步， plc 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段：1.1.1 早期的 plc（60 年代末70 年代中期）早期的 plc 一般稱為可編程邏輯控制器。 20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制

13、器，使plc 增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的 plc 為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。這時的 plc 多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上以準(zhǔn)計算機的形式出現(xiàn)，在 i/o 接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提

14、高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 梯形圖。因此，早期的plc 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中plc 特有的編程語言 梯形圖一直沿用至今。 1.1.2 中期的 plc（70 年代中期80 年代中后期）20 世紀(jì) 70 年代中末期， 微處理器的出現(xiàn)使 plc 發(fā)生了巨大的變化，可編程控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段 。計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為plc 的中央處理單元（cpu） ，使其功能發(fā)生了飛躍。 這樣，使 plc 得功

15、能大大增強。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 i/o 模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使plc 得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、pid 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的

16、另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。1.1.3 近期的 plc（80 年代中后期至今）上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 plc 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 3040%。由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的plc 所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高 plc 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得 plc 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。在這時期， plc 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， plc

17、逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 dcs 系統(tǒng)。20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。

18、接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了 plc 的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的cf 系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的 dkk 及 d 系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的s 系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的 yz 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的 plc 生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，plc 在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。 1.2 plc 的應(yīng)用領(lǐng)域目前，plc 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化

19、娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。1.2.1 開關(guān)量的邏輯控制這是 plc 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。1.2.2 模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（ digital）之間的 a/d 轉(zhuǎn)換及 d/a 轉(zhuǎn)換。plc 廠家都生產(chǎn)配套的 a/d 和 d/a 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量

20、控制。1.2.3 運動控制plc 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 i/o 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 plc 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。1.2.4 過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，plc 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 pid 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc 都有 pid 模塊，目前許多小型 plc 也具有此功能模塊。

21、pid 處理一般是運行專用的 pid 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛應(yīng)用。1.2.5 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代 plc 具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。1.2.6 通信及聯(lián)網(wǎng)plc 通信含 plc 間的通信及 plc 與其它智能設(shè)備間的通信。隨

22、著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc 廠商都十分重視 plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc 都具有通信接口，通信非常方便。2 plc 的基本結(jié)構(gòu)plc 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同。從結(jié)構(gòu)上分， plc 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括 cpu 板、i/o 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 plc 包括 cpu 模塊、i/o 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。2.1 中央處理單元(cpu) 2.1.1 cpu 的構(gòu)成cpu 主要

23、由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， cpu 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 plc 不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析 cpu 的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。2.1.2 cpu 的工作機制cpu 的控制器控制 cpu 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。cpu 是 plc 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套plc 至少有一個cpu，它按照 plc

24、 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(jù)；檢查電源、存儲器、 i/o 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng) 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(jù)，并分別存入 i/o 映象區(qū)，同時，診斷電源和 plc 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號或 將算數(shù)運算的結(jié)果送入 i/o 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 i/o 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置， 去指揮有關(guān)的控制電路。

25、如此循環(huán)運行，直到停止運行。cpu 速度和內(nèi)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)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。為了進(jìn)一步提高 plc 的可靠性，近年來對大型 plc 還采用雙 cpu 構(gòu)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。 2.2 存儲器 具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、rom

26、 組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（ram）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為 35 年。2.3 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(jìn)入plc 系統(tǒng)，輸出模塊相反。2.3.1 輸入接口光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。2.3.2 發(fā)光二級管在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸

27、入信號變化規(guī)律相同的光信號。2.3.3 光電三級管在光信號的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號的強弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號與輸入信號有線性關(guān)系。2.3.4 輸出接口plc 的繼電器三種類型：繼電器輸出：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負(fù)載晶體管輸出：無觸點、壽命長、直流負(fù)載晶閘管輸出：無觸點、壽命長、交流負(fù)載2.3.5 輸出接口電路工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號 1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化

28、成一種信號使負(fù)載動作或不動作。2.3.6 輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號轉(zhuǎn)化成plc 內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號。2.3.7 常用的 i/o 分類：開關(guān)量輸入/出（di/o）：按電壓水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量輸入/出（ai/o）：按信號類型分，有電流型（ 4-20ma,0-20ma） 、電壓型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit

29、,16bit 等。除了上述通用 io 外，還有特殊 io 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按 i/o 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， i/o 模塊可多可少，但其最大數(shù)受cpu 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。2.4 電源plc 電源用于為 plc 各模塊的集成電路提供工作電源 。同時，有的還為輸入電路提供 24v 的工作電源。在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可 *得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此plc 的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 plc 直接連接到交流電網(wǎng)上去 。電源輸入類

30、型有：交流電源（ 220vac 或 110vac） ，直流電源（常用的為 24vdc） 。2.5 底板或機架大多數(shù)模塊式 plc 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 cpu 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。2.6 plc 系統(tǒng)的其它設(shè)備2.6.1 編程設(shè)備：編程器是 plc 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 plc 及 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。編程器分為兩種，一種是手持編程器，方便。我們實驗室使用的就是手持編程器。二種是通過plc 的 rs232 口。

31、與計算機相連。然后敲擊鍵盤。通過 編程軟件向 plc 內(nèi)部輸入程序。2.6.2 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。2.6.3 plc 的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀點說法。plc 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 plc 與 plc 之間、plc 與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) plc 具有 rs-232 接口

32、，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。plc 的通信現(xiàn)在主要采用通過 485 的數(shù)據(jù)通訊、 cclink 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。3 plc 的基本設(shè)計原則和選型3.1 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計 plc 控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：3.1.1 最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮 plc 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計plc 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時

33、要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。3.1.2 保證 plc 控制系統(tǒng)安全可靠保證 plc 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證plc 程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等） ，也能正常工作。3.1.3 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運行

34、資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。3.1.4 適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇plc、輸入/輸出模塊、i/o 點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。3.2 plc 的選型在 plc 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是plc 工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計

35、選型的主要依據(jù)。plc 及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用 plc 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)， plc 的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 plc 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 plc 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。3.2.1 輸入輸出（i/o）點數(shù)的估算i

36、/o 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商plc 的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進(jìn)行 調(diào)整。3.2.2 存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都

37、是按數(shù)字量 i/o 點數(shù)的 1015 倍，加上模擬 i/o 點數(shù)的 100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16 位為一個字） ，另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。3.2.3 控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。1、運算功能簡單 plc 的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通plc 的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型 plc 中還有模擬量的 pid 運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 plc 中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通

38、信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和 pid 運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。2、控制功能控制功能包括 pid 控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。 plc 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 plc 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用 pid 控制單元、

39、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、 asc 碼轉(zhuǎn)換單元等。3、通信功能大中型 plc 系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如tcp/ip） ，需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（ tcp/ip）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合 iso/ieee通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。plc 系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口（rs2232c/422a/423/485） 、rio 通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 dcs 接口等；大中型 plc 通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1 冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。plc 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1mbps，通信負(fù)荷不大于 60%。

40、plc 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：1）pc 為主站，多臺同型號 plc 為從站，組成簡易 plc 網(wǎng)絡(luò)；2）1 臺 plc 為主站，其他同型號 plc 為從站，構(gòu)成主從式 plc 網(wǎng)絡(luò)；3）plc 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型dcs 中作為 dcs 的子網(wǎng)；4）專用 plc 網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用 plc 通信網(wǎng)絡(luò)） 。為減輕 cpu 通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。4、編程功能離線編程方式： plc 和編程器公用一個 cpu，編程器在編程模式時，cpu 只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程

41、器切換到運行模式， cpu 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：cpu 和編程器有各自的 cpu，主機 cpu 負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 plc 中常采用。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（ sfc） 、梯形圖（ ld） 、功能模塊圖（fbd）三種圖形化語言和語句表（ il） 、結(jié)構(gòu)文本（ st）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（ iec6113123） ，同時，還應(yīng)支持

42、多種語言編程形式，如 c，basic 等，以滿足特殊控制場合的控制要求。5、診斷功能plc 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對plc 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對plc 的 cpu 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。plc 的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。6、處理速度plc 采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則 plc 將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、 c

43、pu 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，plc 接點的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時間約0.20.4ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型 plc 的掃描時間不大于 0.5ms/k；大中型 plc 的掃描時間不大于 0.2ms/k。3.2.4 機型的選擇1、plc 的類型plc 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按 cpu 字長分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型 plc 的 i/o 點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于

44、小型控制系統(tǒng)；模塊型 plc 提供多種 i/o 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 i/o 點數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。2、輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊

45、，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機架或遠(yuǎn)程 i/o 機架等。3、電源的選擇plc 的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時同時引進(jìn)plc 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般 plc 的供電電源應(yīng)設(shè)計選用 220vac 電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果 plc 本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入plc，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。4、存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)用項目的正常投運

46、，一般要求 plc 的存儲器容量，按 256 個 i/o 點至少選 8k 存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。5、冗余功能的選擇1）控制單元的冗余重要的過程單元： cpu（包括存儲器）及電源均應(yīng) 1b1 冗余。在需要時也可選用 plc 硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、 2 重化或 3 重化冗余容錯系統(tǒng)等。1）i/o 接口單元的冗余控制回路的多點 i/o 卡應(yīng)冗余配置。重要檢測點的多點 i/o 卡可冗余配置。 3）根據(jù)需要對重要的 i/o 信號，可選用 2 重化或 3 重化的 i/o 接口單元。第四章第四章 基于基于 plc 的四層電梯設(shè)計的四層電梯設(shè)計4.1 四

47、層電梯的控制要求1、電梯上行（1）當(dāng)電梯停于 1 樓 1f 或 2f、3f 時，4f 呼叫，則上行到 4 樓，碰到行程開關(guān)后停止。（2）當(dāng)電梯停于 1 樓 1f 或 2f 時，3f 呼叫，則上行到 3 樓，碰到行程開關(guān)后停止。（3）當(dāng)電梯停于 1 樓 1f 時，2f 呼叫，則上行到 2 樓，碰到行程開關(guān)后停止。（4）當(dāng)電梯停于 1 樓 1f 時，2f、3f 同時呼叫，則上行到 2 樓后，停 8 秒后，繼續(xù)上行到 3f 后停止。（5）當(dāng)電梯停于 1 樓 1f 時，3f、4f 同時呼叫，則上行到 3 樓后，停 8 秒后，繼續(xù)上行到 4f 后停止（6）當(dāng)電梯停于 1 樓 1f 時，2f、4f 同時呼

48、叫，則上行到 2 樓，停 8 秒后，繼續(xù)上行到 4f 后停止（7）當(dāng)電梯停于 1 樓 1f 時，2f、3f、4f 同時呼叫，則上行到 2 樓，停 8 秒后，繼續(xù)上行到 3f 后，停 5 秒后，繼續(xù)上行到 4f 后停止。（8）當(dāng)電梯停于 2 樓 2f 時，3f、4f 同時呼叫，則上行到 3 樓，停 8 秒后，繼續(xù)上行到 4f 后停止。2、電梯下行（1）當(dāng)電梯停于 4f 或 3f、2f 時，1f 呼叫，則下行到 1f 后，碰到行程開關(guān)后停止。（2）當(dāng)電梯停于 4f 或 3f 時，2f 呼叫，則下行到 2f 后，碰到行程開關(guān)后停止。（3）當(dāng)電梯停于 4f 時，3f 呼叫，則下行到 3f 后，碰到行程

49、開關(guān)后停止。（4）當(dāng)電梯停于 4f 時，3f、2f 同時呼叫，則下行到 3f 后，停 8 秒后，繼續(xù)下行到 2f 后停止。（5）當(dāng)電梯停于 4f 時，3f、1f 同時呼叫，則下行到 3f 后，停 8 秒后，繼續(xù)下行到 1f 后停止。（6）當(dāng)電梯停于 4f 時，2f、1f 同時呼叫，則下行到 2f 后，停 8 秒后，繼續(xù)下行到 1f 后停止。（7）當(dāng)電梯停于 4f 時，3f、2f、1f 同時呼叫，則下行到 3f 后，停 8 秒后，繼續(xù)下行到 2f 后，停 8 秒后，繼續(xù)下行到 1f 后停止。（8）當(dāng)電梯停于 3f 時，2f、1f 同時呼叫，則下行到 2f 后，停 8 秒后，繼續(xù)下行到 1f 后停

50、止。3、各樓層運行時間應(yīng)在 20 秒以內(nèi)，否則認(rèn)為有故障。4、電梯停于某一層時，相應(yīng)的標(biāo)志燈應(yīng)亮。5、電梯上、下行時，數(shù)碼管應(yīng)顯示該層的樓層數(shù)。6、啟動時，當(dāng)電梯沒有停在任何樓層，可自動向上或向下?？?。7、設(shè)定關(guān)閉電梯的功能，當(dāng)電梯完成最后一個呼叫請求后，延時 3 秒后，自動返回 1f4.2 四層電梯的主電路圖4.3 四層電梯的 plc 輸入輸出圖示：4.44.4 四層電梯的四層電梯的 plcplc 輸入輸出表輸入輸出表運行啟動i0.0系統(tǒng)準(zhǔn)備動作運行停止i0.1系統(tǒng)停止i0.2一樓限位開關(guān)i0.3電梯停在一樓二樓限位開關(guān)i0.4電梯停在二樓三樓限位開關(guān)i0.5電梯停在三樓四樓限位開關(guān)i0.6電梯停在四樓一樓呼叫i0.7用于返回一層二樓上行呼叫i1.0電梯上升到二樓停止二樓下行呼叫i1.1電梯下降到二樓停止三樓上行呼叫i1.2電梯上升到三樓停止三樓下行呼叫i1.3電梯下降到三樓停止四樓呼叫i1.4電梯上升到四樓停止i1.5i1.6 i1.7電梯電機正傳q0.0電梯上升運行電梯電機反傳q0.1電梯下降運行電梯故障報警q0.2任何警報均蜂鳴電梯上升q0.6