毕业论文-五层电梯PLC控制系统设计.doc

湖北工业大学高等教育自学考试本科毕业生论文评审表论文题目：五层电梯PLC控制系统设计准考证号：015511210186 姓 名：肖瑶 专业：机电一体化 办 学 点：湖北工业大学商贸学院学生类型：独立本科段(助学班/独立本科段) 2013年 4 月 15 日 湖北工业大学高等教育自学考试办公室印制 目录摘要2Abstract2第一章 绪论3第一节 可编程控制器的概念3第二节 PLC的应用和发展3一 PLC的应用领域3 二 PLC的发展前景4第三节 PLC的结构及工作原理4 一 PLC的机构4 二 PLC的工作原理5第四节 PLC的特点6第五节 电梯的概述7第六节 电梯的分类8第七节 电梯的组成及工作原理9第二章 PLC的程序设计语言和编程方法10第一节 PLC的程序设计语言10第二节 三菱FX系列PLC内部继电器的编号和功能10第三节 FX2N系列PLC的基本逻辑指令12第四节 梯形图的设计与编程方法13 一 给元件编号并分配I/O口13 二 梯形图的编程规则13 三 梯形图的设计方法14第三章 系统软件的设计16第一节 控制系统的工作流程16 第二节 控制系统的功能要求16 一 电梯内部功能16 二 电梯运行状态的分析17 三 电梯的控制要求18第三节 系统信号的确定以及软元件的选取18第四节 系统梯形图的设计21第四章 仿真软件的介绍与调试运行32第一节 仿真软件的介绍32第二节 软件中梯形图程序的编写方法32第三节 软件调试方法34第四节 梯形图程序仿真36第五章 硬件的设计与选择38第一节 PLC硬件的选择38第二节 其它硬件的选择38 一 轿厢位置检测装置的选择38 二 牵引电机的选择39 三 开关门电机的选择41 四 继电器的选择42 五 熔断器的选择43第三节 PLC外部接线及主电路设计43 一 PLC的外部接线43 二 主电路电气原理图45第六章 总结47参考文献48致谢49附录 系统梯形图50参考文献中文翻译58五层电梯PLC控制系统设计（三菱指令）摘 要随着经济的发展，现代城市中的高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。而电梯性能的好坏，除了电机等硬件以外，电梯控制系统是其核心因素。PLC（Programmable logic controller）因其简单易用、可靠性高、维修养护方便和抗干扰能力强等优点，在电梯控制领域应用极为广泛。本文以三菱FX2N系列PLC为例，以五层电梯为设计对象，分别从电梯控制系统的构成及工作原理，系统PLC配置方案，PLC软件设计，PLC软件的调试仿真和电梯硬件选取等方面，详细的阐述了PLC在电梯控制系统中的应用，形成了以PLC为控制系统的完整的电梯模型，使电梯在更精确、更可靠、更快速的控制平台上运行。关键词：电梯控制，PLC，模型电梯AbstractWith the development of economy, an increasing number of high-rise building in modern cities, elevator become an indispensable means of transport of daily life.The core of elevators function is control system besides hardware. PLC（Programmable logic controller）have wide use for its many advantages,such as convenience, high reliability and antijamming. This article taking Japanese Mitsubishi FX2N series PLC for example, fifth floor elevator as the design, details the plcs application in the elevator control system, through the reference and working mechanism of elevator control system, configuration program of PLC, software designing of PLC, emulation software of PLC and hardware choosing the elevator. This paper work out a complete model of the elevator controlled by PLC.This PLC control system can make elevator running in a accurate, credible and fast way.Keyword: elevator control,PLC, model of elevator第一章 绪论第一节 可编程控制器的概念可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。第二节 PLC的应用和发展一、PLC的应用领域在发达的工业国家，PLC已经广泛应用于所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围也不断扩大。PLC主要用于以下方面。（一）开关量逻辑控制PLC用“与”、“或”、“非”等逻辑指令来实现触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域已遍及各行各业，甚至深入到家庭中。（二）运动控制PLC使用专用的指令或运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，使运动控制与顺序控制功能有机结合在一起，有的可以实现单轴、双轴、3轴和多轴位置控制。PLC的运动控制功能广泛应用于各种机械，例如金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等场合。（三）闭环过程控制闭环过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换与D/A转换，并对模拟量实行闭环PID（比例积分微分）控制。现代的PLC一般都有PID闭环控制功能，这一功能可以用PID子程序或专用的PID模块来实现。其PID闭环控制功能已经广泛应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。（四）数据处理现代的PLC具有数学运算（包括四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位和浮点数运算等）和数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传送到别的智能装置，或者将它们打印制表。（五）通信联网PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能控制设备（例如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。二、PLC的发展前景PLC技术随着计算机和微电子的发展而迅速发展，由一位机发展到8位机，直到现在，PLC产品已经使用了32位高性能微处理器，而且实现了多通道处理。PLC在未来将会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。第三节 PLC的结构及工作原理一、 PLC的结构 PLC的内部结构如图1-1所示：图1-1 PLC的内部结构（一）中央处理单元CPUCPU是PLC的核心部件，由运算器和控制器组成。主要用于：接收并存储从编程器输入的用户程序；检查编程过程是否出错；进行系统诊断；解释并执行用户程序；完成通信及外设的某些功能。（二）存储器包括系统程序存储器、用户程序存储器和工作数据存储器。（三）I/O模块I/O接口是PLC 与外界连接的接口。输入接口用来接收和采集输入信号，输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。（四）电源模块用来将外部供电电源转变成供PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需要的直流电源。（五）编程器编程器是PLC最重要的外围设备，是PLC不可缺少的部分。编程器的作用是输入和编辑用户程序、调试程序和监控程序的执行过程。二、PLC的工作原理（一）工作方式图1-2 PLC的扫描过程PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC不还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段，如图1-2所示。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。在工作状态下，执行一次上图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。其典型值为1-100ms。（二）扫描周期在工作状态下，执行一次图2所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。其典型值为1-100ms。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 1、输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2、用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 3、输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。第四节 PLC的特点 PLC有许多优点，其可概括为以下五点：1、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。 2、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。 3、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。 4、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。 5、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的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。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。第五节 电梯的概述电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。在乘梯楼层电梯入口处，根据自己上行或下行的需要，按上方向或下方向箭头按钮，只要按钮上的灯亮，就说明你的呼叫已被记录，只要等待电梯到来即可。电梯到达开门后，先让轿厢内人员走出电梯，然后呼梯者再进入电梯轿厢。进入轿厢后，根据你需要到达的楼层，按下轿厢内操纵盘上相应的数字按钮。同样，只要该按钮灯亮，则说明你的选层已被记录；此时不用进行其他任何操作，只要等电梯到达你的目的层停靠即可。电梯行驶到你的目的层后会自动开门，此时按顺序走出电梯即结束了一个乘梯过程。第六节 电梯的分类 一般根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下。1、按用途分类乘客电梯，为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施。载货电梯，主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯，为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢长而窄。杂物电梯，供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。观光电梯，轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯，用作装运车辆的电梯。船舶电梯，船舶上使用的电梯。建筑施工电梯，建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。2、按驱动方式分类交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。 直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。液压电梯，一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。 齿轮齿条电梯，将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。 螺杆式电梯，将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。3、按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类： 低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯。 中速梯，常指速度在1.002.00m/s的电梯。 高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。 超高速梯，速度超过5.00m/s的电梯。4、其它分类方式按电梯有无司机分类可分为有司机电梯和无司机电梯；按操纵控制方式分类课分为手柄开关操纵、按钮控制电梯、信号控制电梯和集选控制电梯等；按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯；按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。第七节 电梯的组成及工作原理电梯结构包括：曳引系统、轿厢、门系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统。安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。电梯的结构如图1-3所示。图1-3 电梯的结构曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。第二章 PLC的程序设计语言和编程方法第一节 PLC的程序设计语言在PLC中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、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PLC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。梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：1、与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性2、与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习。3、与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power FLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待。4、便于与其它程序语言的转换，便于程序的检查。第二节 三菱FX系列PLC内部继电器的编号和功能三菱FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别为继电器、计时器、计数器等，但它们与真实的元件有很大的差别，一般称之为“软继电器”。这些编程用的继电器，它们的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械损耗和电腐蚀等问题。它在不同的指令操作下，汽工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以做脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。FX系列PLC梯形图中的编程元件的名称由字母和数字组成，它们分别表示元件的类型和元件号，例如Y10、M129。输入继电器和输出继电器的原件号用八进制数表示，八进制数只有07这8个数字符号，遵循“逢8进1”的运算规则。表2-1给出了FX2N 系列PLC的输入/输出继电器元件号。表2-1 FX2N系列PLC的输入/输出继电器元件号型号FX2N-16MFX2N-32MFX2N-48MFX2N-64MFX2N-80MFX2N-128M扩展时输入X0X78点X0X1716点X0X2724点X0X3732点X0X4740点X0X7764点X0X267184点输出Y0Y78点Y0Y1716点Y0Y2724点Y0Y3732点Y0Y4740点Y0Y7764点Y0Y2677184点1、输入继电器（X） 输入继电器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口，PLC通过光电耦合，将外部信号的状态读入并存储在输入映像寄存器中。输入端可以外接常开触点或常闭触点，也可以接多个触点组成的串并联电路或电子传感器。在编程中可以多次使用输入继电器的常开和常闭触点。入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000X007，X010X017，X020X027，它们一般位于机器的上端。2、输出继电器（Y）输出继电器是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器用来将PLC的输出信号传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点，但是在梯形图中，每一个输出继电器的常开触点和常闭触点都可以多次使用。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为Y000Y007，Y010Y017，Y020Y027，它们一般位于机器的下端。3、辅助继电器（M）PLC有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。在FX2N系列中普遍采用M0M499，共500点通用辅助继电器，其地址按十进制编号。辅助继电器中还有电池后备/锁存辅助继电器、特殊辅助继电器等，这里就不一一介绍了。4、定时器（T）PLC中的定时器（T）相当于继电器系统中的时间继电器。它是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。FX2N系列定时器元件编号及定时范围如下：100ms定时器T0T199，共200点，定时范围：0.13276.7秒；10ms定时器T200T245，共46点，定时范围：0.01327.67秒；1ms积算定时器T246T249，共4点，定时范围：0.00132.767秒；100ms积算定时器T250T255，共6点，定时范围：0.13276.7秒。定时器的精度与程序的安排有关，如果定时器的触点在线圈之前，精度将会降低。平均误差约为1.5倍扫描周期。最小定时误差为输入滤波器时间与定时器分辨率之差，1ms、10ms和100ms定时器的分辨率分别为1ms、10ms和100ms。5、计数器（C）FX2N系列中的16位加计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值自加1，当当前值等于设定值时，其位存储单元被置1。其常开触点接通，常闭触点断开。再来计数脉冲时当前值不变，直到复位控制电路接通时，触点才断开，设定值又重新写入，又进入计数状态。16位加计数器的设定值为132767。16位通用计数器的通道有C0C99，共100点；16位电池后备/锁存计数器的通道有C100C199，共100点；32位通用双向计数器的通道有C200C219，共20点；32位电池后备/锁存双向计数器的通道有C220C234，共15点。第三节 FX2N系列PLC的基本逻辑指令基本逻辑指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各种型号PLC的基本逻辑指令都大同小异，现在我们针对FX2N系列，逐条介绍其指令的功能和使用方法。1、输入、输出指令（LD、LDI、OUT）LD（Load）：电路开始的常开触点对应的指令，可以用于X、Y、M、T、C和S。LDI（Load Inverse）：电路开始时的常闭触点对应的指令，可以用于X、Y、M、T、C和S。OUT(Out)：驱动线圈的输出指令，可以用于Y、M、T、C和S。LD和LDI指令对应的触点一般都与左母线相连，在使用ANB、ORB指令时，用来定义与其他电路串并联的电路的起始触点。OUT指令不能用于输入继电器X，线圈和输出类指令应放在梯形图的最右边，OUT指令可以连续使用若干次，相当于线圈的并联。2、触点的串联（AND/ANI）、并联(OR/ORI)指令AND(And)：常开触点串联连接指令。ANI（And Inverse）：常闭触点串联连接指令。OR（Or）：常开触点并联连接指令。ORI（Or Inverse）：常闭触点并联连接指令。串、并联指令可以用于X、Y、M、T、C和S。单个触点与左边的电路串联时，使用AND或ANI指令，串联触点的个数没有限制。OR或ORI用于单个触点与前面电路的并联，并联触点的左端接到该指令所在的电路块的起始点（LD点）上，右端与前一条指令对应的触点的右端相连。OR和ORI指令总是将单个触点并联到它前面已经连接好的电路的前端。3、检测上升沿和下降沿的触点指令LDP、ANDP和ORP是用来检测上升沿的触点指令，触点的中间有一个向上的箭头，对应的触点仅在制定位元件波形的上升沿（由OFF变为ON）时接通一个扫描周期。LDF、ANDF和ORF是用来检测下降沿的触点指令，触点的中间有一个向下的箭头，对应的触点仅在制定位元件波形的下降沿（由ON变为OFF）时接通一个扫描周期。上述指令可以用于X、Y、M、T、C和S。边沿检测触点可以与普通触点混合使用。4、电路块串联（ANB）、并联(ORB)指令ORB（Or Block）：多触点电路块的并联连接指令。ANB（And Block）：多触点电路块的串联连接指令。含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDI指令开始，而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可以将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令最多使用7次。将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDI指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。5、栈存储器与多重输出指令MPS（Push）、MRD（Read）和MPP（Pop）指令分别是进栈、读栈和出栈指令，它们用于多重输出电路。MPS指令用于储存电路中有分支处的逻辑运算结果，以便以后处理有线圈的支路时可以调用该运算结果。MRD指令读取存储在堆栈最上层的电路中分支点处的运算结果，将下一个触点强制性地连接在该点。读数后堆栈内的数据不会上下移动。MPP指令弹出存储在堆栈最上层的电路中分支点处的运算结果。使用MPP指令时堆栈中各层的数据向上移动一层，最上层的数据在读出后从堆栈内消失。6、置位复位指令SET：置位指令，使操作保持ON的指令。RST：复位指令，使操作保持OFF的指令。SET指令用于Y、M和S，RST指令可以用于复位Y、M、S、T、C，或将字元件D、V和Z清零。7、程序结束指令（END）在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。若不写END指令，PLC将以用户存储器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。另外，在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。第四节 梯形图的设计与编程方法一、给元件编号并分配I/O口PLC是按编号来区分操作元件的，所以在编写梯形图程序时，首先必须确定所使用编程元件的编号。使用时一定要明确，每个元件在任何时刻决不能同时担任几个角色，一般来讲，选定的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相对应的，输出点数与输出控制回路数也是相对应的。所以I/O地址的分配实际上是对PLC输入输出点数给实际I/O电路的分配。编程时按点号建立逻辑与控制关系，接线时按点号对号入坐进行接线。二、梯形图的编程规则1、每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。2、梯形图的每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点)。3、线圈不能直接接在左边母线上。4、在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。5、在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。三、梯形图的设计方法FX系列的PLC梯形图设计方法通常有三种类型：经验设计法、根据继电器电路图设计法和顺序控制法。（一）经验设计法经验设计法类似于通常设计继电器电路图的方法，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修复和完善梯形图。这种设计方法的特点：有时需要多次反复地调试和修复，增加一些触点或中间编程元件，最后才能得到一个满意的结果。而且这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果也不一定是惟一的，设计的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，一般只用于较简单的梯形图的设计。（二）根据继电器电路图设计法用PLC改造继电器控制系统时，因为原有的继电器控制系统经过长期使用和考验，已有被证明能完成要求的控制功能，而继电器电路图和梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，因此可以根据继电器电路图来设计梯形图，即将继电器电路图翻译为具有相同功能的PLC的外部硬件接线图和梯形图。将继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部硬件接线图和梯形图的步骤如下：1、了解和熟悉被控设备的工艺流程和机械的动作情况,，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有数；2、确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。画出这PLC的外部接线图后，同时也确定了PLC各输入信号和输出负载对应的输入继电器和输出继电器的元件号；3、确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器和定时继电器的元仵号。建立了继电器电路图中的元件和梯形图中的元件号之间的对应关系，为梯形图设计打下了基础；4、根据一述对应关系画出梯形图。（三）顺序控制设计法顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。顺序控制设计法具有简单、规范和通用的优点。使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺流程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作组成。顺序功能图有三个基本结构：单序列结构、选择系列结构和并行系列结构。下面介绍顺序功能图中转换实现的基本规则：1、转换实现的条件：该转换所有的前级步都是活动步和相应的转换条件得到满足；2、转换实现应完成的操作：使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步和使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步变为不活动步；3、绘制顺序功能图时的注意事项：两个步绝对不能直接相连必须用一个转换将它们隔开、两个转换绝对不能直接相连必须用一个步将它们隔开、必须有初始步和初始状态、必须是可以循环的能回到初始步、必须用初始化脉冲M8002的常开触点作为转换条件将初始步置为活动步、定时器在下一次运行之前就将它复位。第三章 系统软件的设计第一节 控制系统的工作流程根据电梯的工作流程可以将电梯的工作过程画成如下的流程图（图3-1）。图中展示了电梯运行时的三种状态，即初始状态、运行中状态和运行后状态。直观的展示了电梯的工作流程。图3-1 电梯运行的流程图根据电梯运行流程图，大致可将软件的设计分为以下几个大部分：开关门环节、楼层显示环节（七段码显示）、轿内呼叫信号的登记与消除环节、厅外呼叫信号的登记与消除环节、定向环节、启动环节、制动环节。第二节 控制系统的功能要求一、电梯内外部功能在电梯内部，应该有5个楼层(15层)按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器。上升和下降显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应有能让乘客按下的代表其要去的目的地的楼层按钮，称为内呼按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动打开，经过一定延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也应有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还应配有显示屏，用来显示电梯现在所在的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有远，电梯是上升还是下降等。电梯的外部共分5层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持亮，它和上升指示灯，下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。5层楼中，1层只有上呼叫按钮，5层只有下呼叫按钮，其余3层都具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器，5层电梯均应该相同。二、电梯运行状态的分析电梯的运行状态可分为初始状态、运行中状态和运行后状态。（一）电梯的初始状态。此时电梯位于1层待命，电梯照明灯亮，各显示屏都被初始化，电梯处于以下状态：1、各层呼叫灯均不亮。2、电梯内部以及外部各显示屏均为“1”。3、电梯内部及外部各层电梯门均关闭。（二）电梯在运行过程中。电梯处于以下状态：1、按下某层呼叫按钮（15层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。2、电梯上行时，若呼叫层处于电梯当前运行之上目标运行层之下，则电梯在完成前一指令之前先上行至该层，完成该层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。 电梯上行时，若有多个下行呼叫且均位于当前楼层之上，则电梯到达最高的下行呼叫层，然后依次从高到低响应其它下行呼叫层。3、电梯下行时，若呼叫层处于电梯当前运行之下目标运行层之上，则电梯在完成前一指令之前先下行至该层，完成改层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。电梯下行时，若有多个上行呼叫且均位于当前楼层之下，则电梯到达最低的下行呼叫层，然后依次从低到高响应其它上行呼叫层。4、各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。5、运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开。6、在电梯运行过程中支持其它呼叫。（三）电梯运行后状态。在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直到新的命令给出。1、电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，支持手动开门或关门。2、各楼层显示值为该层所在位置，且上行下行指示灯均灭。三、电梯的控制要求1、接受每个按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。2、电梯停在某一层（如4层）时，此时按动该层（4层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿厢不在该层（在其余4层），则等到电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。3、电梯运行的不换向原则是指优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反向运行的呼叫。例如现在电梯位置在2层和3层之间上行，此时出现了2层上呼叫、3层下呼叫和4层上呼叫，则电梯首先响应