基于plc的电梯控制系统的设计(修改版)(编辑修改稿)

基于plc的电梯控制系统的设计(修改版)(编辑修改稿)内容摘要：

试修改；性能价格比随系统的扩大而提高，投资比例随生产对象的扩大和复杂而降低。 PLC 的定义和特点 PLC 的定义 PLC（ Programmable Logic Controller），是可编程逻辑控制器。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存 储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 的特点 可靠性高，抗干扰能力强 PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的 1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 例如三菱公 司生产的 F 系列 PLC平均无故障时间高达 30 万小时。 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。 从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成XX 大学自考本科毕业设计 17 控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。 此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。 在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 硬件配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行 系统配置 ，组成不同功能、不同规模的系统。 PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。 PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和 交流接触器 ，可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代 PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种 数字控制 领域。 近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC渗透到了位置控制、温度控制、 CNC等各种工 业控制中。 加上 PLC 通信能力的增强及 人机界面 技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用 工业控制计算机 ，是面向工矿企业的 工控 设备。 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员 接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂 计算机 原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 容易改造 系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容 易改造 PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。 这种编程方法很有规律，很容易掌握。 对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使 控制系统设计 及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，仅相当于几个继电器XX 大学自考本科毕业设计 18 的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来 的 1/2~1/10。 它的重量小于 150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 PLC 的基本结构图 PLC 的基本结构 PLC的基本结构如图 31所示。 图 31 中央处理单元 (CPU) 中央处理单元 (CPU)是 PLC的控制中枢，是 PLC的核心起神经中枢的作用，每套 PLC至少有一个 CPU。 它按照 PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、 I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法 错误。 当 PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释XX 大学自考本科毕业设计 19 后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O映象区或数据寄存器内。 等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高 PLC的可靠性，近年来对大型 PLC还采用双 CPU构成冗余系统，或采用三 CPU的表决式系统。 这样，即使某个 CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 CPU速度和内存容量是 PLC的重要参数，它们决定着 PLC的工作速度， IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 PLC常用的存储器类型：（ 1） RAM（ Random Assess Memory）这是一种读 /写存储器 (随机存储器 )，其存取速度最快，由锂电池支持。 （ 2） EPROM（ Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。 在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。 (在紫外线连续照射下可擦除存储器内容 )。 （ 3） EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。 使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 PLC存储空间的分配：虽然各种 PLC的 CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据 PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：（ 1）系统程序存储区；（ 2）系统 RAM存储区（包括 I/O映象区和系统软设备等）；（ 3）用户程序存储区系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当 于计算机操作系统的系统程序。 包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。 由制造厂商将其固化在 EPROM中，用户不能直接存取。 它和硬件一起决定了该 PLC的性能。 系统 RAM存储区：系统 RAM存储区包括 I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。 （ 1） I/O映象区：由于 PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。 因此，它需要一定数量的存储单元 (RAM)以存放 I/O的 状态和数据，这些单元称作 I/O映象区。 一个开关量 I/O占用存储单元中的一个位（ bit），一个模拟量 I/O占用存储单元中的一个字（ 16个 bit）。 因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量 I/O映象区；模拟量 I/O映象区。 （ 2）系统软设备存储区 ：除了 I/O映象区区以外，系统 RAM存储区还包括 PLC内部各类软设备（逻XX 大学自考本科毕业设计 20 辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。 该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在 PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当 PLC断电时，数 据被清零。 ，每个逻辑线圈占用系统 RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。 另外，不同的 PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。 I/O一样，每个数据寄存器占用系统 RAM存储区中的一个字 (16 bits)。 另外， PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。 用户程序存储区：用户程序存储区存放用户编制的用户程序。 不同类型的 PLC，其存储容量各不相同。 电源 PLC 的电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。 如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。 一般交流电压波动在 +10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去。 同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。 电源输入类型有：交流电源（ 220VAC 或 110VAC），直流电源（常用的为 24VDC）。 输入输出接口电路（ I/O 模块） PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（ I/O）完 成的。 I/O模块集成了PLC的 I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC系统，输出模块相反。 I/O分为开关量输入（ DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等模块。 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是 PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 编程设备 编程器是 PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC及 PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制XX 大学自考本科毕业设计 21 运行。 小编程器 PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 PLC 的编程语言和指令系统 基本指令系统特点 可编程控制器编程语言 可编程控制器 PLC 中有多种程序设计语言，它们是：梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。 梯形图语言和布尔助记 符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。 功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。 功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在可编程序控制器中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被 采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。 PLC 的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。 目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。 如三菱公司的产品有它自己的编程语言， OMRON 公司的产品也有它自己的语言。 但不管什么型号的 PLC，其编程语言都具有以下特点： 一、 图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。 系统的软件开发者已把工 业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。 在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。 如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。 较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表XX 大学自考本科毕业设计 22 示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎 二、明确的变量常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如： K400， T120 等。 PLC中的变量和常数以 及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。 三、简化的程序结构： PLC 的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。 四、简化应用软件生成过程：使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。 五、强化调试手段：无论是汇编程序，还是高级语言程序调试，都是令编辑人员头疼的事 ，而 PLC 的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用 PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。 总之， PLC 的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。 编程语言的形式 最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。 采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。 虽 然一些高档的 PLC 还具有与计算机兼容的 C语言、 BASIC 语言、专用的高级语言（如西门子公司的 GRAPH三菱公司的 MELS。