机电一体化毕业设计(论文)四层电梯控制系统设计

1、宝鸡技师学院毕业设计(论文) 论 文 题 目： 四层电梯控制系统设计 作者所在学院： 宝鸡技师学院 作者所在专业： 机电一体化 作者所在班级： 08机电技师 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 090232048 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 2011/04/08 目 录第1章 绪论11.1 课题的研究背景及意义11.2 电梯的简介21.2.1 电梯的起源21.2.3 电梯的定义与分类21.2.3 电梯电气控制发展31.2.4 电梯的国内外发展状况31.3 plc在电梯控制中的应用以及发展前景51.4 课题研究的内容6第2章 控制系统的选择及介绍72.1 控制系统的选择72.2 pl

2、c控制系统组成92.2.1 硬件的组成102.2.2 软件的组成112.3 plc控制系统抗干扰措施152.3.1 硬件抗干扰措施152.3.2 软件抗干扰措施172.4 plc控制系统的发展趋势18第3章 plc的选型203.1 输入输出（i/o）点数的估算203.2 机型的确定213.2.1 主控制器的选择213.2.2 扩展模块的选择22第4章 四层楼电梯控制系统设计234.1 电梯控制模拟系统面板图234.2 电动机控制电路图244.3 plc外部接线图244.4 流程图264.5 操作原理简要说明284.6 编程元件明细表294.7 梯形图及注释304.7.1 电梯初始控制304.7

3、.2 报警器及超重控制314.7.3 内指令信号的登记与消除314.7.4 电梯选层定向辅助324.7.5 外召唤信号的登记与消除334.7.6 电梯开关门364.7.7 电梯上下行374.7.8 电梯指层控制424.8 程序仿真与调试44第5章 结论与展望455.1 结论455.2 展望电梯发展方向45致 谢47参考文献48附录 指令表63第1章 绪论1.1 课题的研究背景及意义电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。电梯是集机电一体的复杂系

4、统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其

5、结论是：乘电梯比走楼梯安全5倍。据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。目前，由可编程序控制器(plc)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用plc控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台plc问世以来，

6、迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需plc后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将plc应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动

7、了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器plc在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。plc现已成为现代工业控制三大支柱(plc、cadcam、robot)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。plc的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的

8、控制提供了广阔的空间。plc是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着plc应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。1.2 电梯的简介1.2.1 电梯的起源人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为

9、动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。1845年，第一台液压驱动升降机研制成功，液压驱动的介质是水。尽管升降工具被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852 年世界第一台安全升降机诞生。1852年，美国纽约杨克斯的机械工程师奥的斯先生发明了世界第1台安全升降机。1857年3年23日，奥的斯公司在纽约为一座专营法国瓷器和玻璃器皿的商店安装了世界上第一台客运升降机。1862年，奥的斯公司采用单独蒸汽机控制的升降机问世。1878年，奥的斯公司在纽约百老汇大街155号安装了第1台水压式乘客升降机

10、。1889年12月，奥的斯公司在纽约的第玛瑞斯特大楼成功安装了1台直接连接式升降机。这是以直流电动机为动力的世界第1台电力驱动升降机，从此诞生了名副其实的电梯。 1.2.3 电梯的定义与分类2003年2月19日国务院颁布了特种设备安全监察条例，明确规定电梯是特种设备，并对电梯的含义做了叙述：“电梯是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级(踏板)进行升降或者平行运送人、货物的机电设备”。这种对电梯的论述，被称作广义电梯概念，既包括上下运送人、货物的升降式电梯，也包括用于水平或倾斜输送乘客的自动人行道(英语passenger conveyor)和自动扶梯(英语escalato

11、r)。现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置(如限速器、安全钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。电梯的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。目前，电梯行业及社会上对电梯的分类大致有以下几种： (1)按用途分： 乘客电梯、载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、观光电梯、其他专用电梯。(2)按额定速度分： 低速梯，常指低于1.00m/s速度

12、的电梯；中速梯，常指速度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。(3)按拖动方式分：交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条式电梯、螺旋式电梯。(4)按控制方式分：手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、向下集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、智能控制电梯。其他分类方式还有：按电梯有无司机分类等。1.2.3 电梯电气控制发展1857年美国人otis发明出真正意义上的电梯。从此以后，电梯电气控制技术越来越收到人们的重视。电梯电气控制技术是否，主要体现在电梯电气控制系统的设计上。电梯的电气控制主要是对各种指

13、令信号、位置信号、速度信号和安全信号进行管理，使电梯正常运行或处于保护状态，发出各种显示信号。电梯的电气控制，过去采用继电器逻辑线路，一般称继电器控制。这种硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点。但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，国家已规定淘汰。目前我国电梯主要由先进的、可靠性高的微型计算机或可编程控制器控制。plc是可编程控制器的简称，它是一种用于自动控制的专用微机，实质上属于微机控制方式，但可编程控制器具有其自身的特点：plc在设计和制造上采取了许多抗干扰措施，能在较恶劣的各种环境里工作，可靠性高。plc将cpu、存储器、1/0接口等做成一体，使用方便

14、，扩展容易。目前在国产电梯及中低档的客梯广泛采用了plc控制系统，特别适合在用电梯的技术改造和控制器开发。1.2.4 电梯的国内外发展状况在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国

15、已经成为全球最大的电梯市场。上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，目自口进入了“第三次浪潮”，2004年总产量超过了8万台，而且目前还没有减速的迹象。从1949年建国以来全国共生产安装了6l万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。到2005年，中国电梯的年产量达到135万台，与1980年相比，25年增长了59倍，产量每年平均增长178%。2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我

16、国的在用电梯总数已达651794台。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、同本三菱、日立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了74%。先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。国产电梯的

17、技术水平和产品质量正在稳步提高。自1985年我国参加了国际标准化组织isotcl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达l万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业

18、现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。1.3 plc在电梯控制中的应用以及发展前景目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、plc控制和微型计算机控制三种。而plc实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才

19、能运行，否则电梯不会工作；又由于plc中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是plc系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。plc控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。电梯是载人的机电设备，要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生

20、产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。(1)智能化。 我们这罩所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息

21、，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。(2)安全。 运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应

22、当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。(3)与环境的协调和平衡，包括以下几个方面：视觉协调。 有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。该研究发展：视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。色彩宜人，格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。用料低廉，款式陈旧，色彩沉闷，甚至破破烂烂的电梯，乘客视觉协调无从谈起，乘坐电梯的第一感觉就是不安全。国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。消除电磁辐射。 如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿

23、色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化(0a)、楼宇自动化(ba)、通讯自动化(ca)的正常运转。舒适感。 通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。以cpu控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑

24、感和恐惧感也有所考虑。因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：轿厢内用镜面不锈钢装潢、在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象：进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调，在扶梯的周围种植花草；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放优美的音乐，用以减少烦躁；在轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等。1.4 课题研究的内容课题所研究的内容主要是用可编程控制器（plc）自动控制电梯系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电

25、梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（plc）来控制电梯。论文的主要内容如下：首先对电梯系统及可编程控制器（plc）作了比较全面的总结和介绍。接着根据电梯的控制要求，设计模拟控制模板，确定plc所需的输入/输出口的数量，确定plc的型号，选定主机机型，并进行扩展。然后设计plc的外部接线图、流程图等，编写控制程序，最后对编写的电梯控制程序进行仿真和调试。第2章 控制系统的选择及介绍2.1 控制系统的选择目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统、plc

26、控制系统、微机控制系统。通过对比，来选择此电梯的控制系统。(1)plc控制系统与继电器控制系统的比较。从某种意义上说，plc是从继电器控制发展而来的。两者既有相似性又有不同之处。下面对两者进行比较见表2-1。表2-1 plc与继电器控制系统比较表比较项目继电器控制系统plc控制系统控制功能的实现由许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能各种控制功能是通过编制的程序来实现的对生产工艺过程变更的适应性适应性差。需要重新设计，改变继电器和接线适应性强，只需对程序进行修改控制速度低。靠机械动作实现极快。靠微处理器进行处理计数及其他特殊功能一般没有有安装，施工连线多，施工繁安装容易，施工方便可靠性差，触

27、点多，故障多高，因元器件采用了筛选和老化等可靠性措施寿命短长可扩展性困难容易维护工作量大，故障不易查找有自诊能力，维护工作量小通过plc与继电器控制系统的比较，可以得出结论：由于plc控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点，因此，在今后的控制系统中，传统的继电器控制系统被plc控制系统所代替是大势所趋。(2)plc控制系统与计算机系统的比较。20世纪60年代，由于小型计算机的出现，有人曾试图用小型计算机来取代当时占统治地位的继电器控制系统，结果未获成，结果却是plc的出现。通过计算机与plc本身的工作目的，原理和方式上都存在着较大的差异，其结果比较见下表2-2：表2-2 plc与计算机

28、系统比较表比较项目通用计算机系统plc控制系统工作目的科学计算，数据管理等工业自动控制工作环境对工作环境要求比较高对环境要求低，可在恶劣的工业现场工作工作方式中断处理方式循环扫描方式系统软件需配备功能较强的系统的软件一般只需要简单的监控程序采用的特殊措施掉电保护等一般性措施采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，可在线维修编程语言汇编语言，高级语言梯形图，助记符语言，sfc标准化语言对操纵人员的要求需专门培训，并具有一定的计算机基础一般技术人员，稍加培训即可操作使用对内存的要求容量大容量小价格价格高价格较低其他若用于控制，一般需自行设计机种多，模块种类多，易于集成系统由表2-2得出结论：一般情况

29、下，在工业自动化工程中采用plc可靠，方便，易于维护。进入20世纪70年代，采用微处理器的工业控制计算机出现了。它与plc共同推动着传统工业的技术改造。经过较长时间是实践，人们又发现，plc与一般的工业控制计算机相比，plc还是有着较强的优势，其原因是plc专为在工业环境下的应用而设计，在plc中采用了如下的硬件和软件措施：光电耦合隔离和r-c滤波器，有效地防止了干扰信号的进入。内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。 采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰。具有良好的自诊断功能可对cpu等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警。对程序及有关数据有电池供电进行后备，一旦断电或运行停止，有关状态及信息不

30、会丢失。对采用的器件都进行了严格的筛选和简化，排除了因器件问题而造成的故障。采用了冗余技术进行一步增强了可靠性。对某些大型plc还采用了双cpu构成冗余系统，或三cpu构成表决式系统。随着构成plc的元器件性能的提高，plc的可靠性也在相应的提高。一般plc的平均无故障时间可达到几万小时以上。某些plc的生产厂家甚至宣布，今后生产plc不再标明可靠性这一指标，因为对pcl来讲这一指标已毫无意义了。经过大量时间人们发现plc系统在使用中发生的故障大是是由于plc的外部开关，传感器，执行机构引起的，而不是plc本身发生的。另外，plc程序设计简单，易学，易懂，易维护，更适合于工程技术人员。因此，p

31、lc在工业控制方面获得了极大成功，成为工业控制中的主流。但是必须指出的是：计算机在信息处理方面还是优于plc，所以在一些自动化控制系统中，常常将两者结合起来，plc做下位机进行现在控制，计算机做上位机信息处理。计算机与plc之间通过通信线路实现信息的转换和交换。这样相辅相成，构成一个功能较强的完整的控制系统。从上边的论述和比较可以看出。由plc的硬件决定了它的可靠性和控制功能比继电器控制系统高的多，它是专门为工业控制场合设计的，所以他的稳定性也比一般通用计算机要好的多，而且它操作简单灵活，易于实现系统升级和功能扩展，所以在本设计中采用plc来进行控制。2.2 plc控制系统组成plc控制系统像

32、一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指plc本身及其外围设备，软件是指管理plc的系统软件，plc的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。图2-1 典型plc控制系统的硬件组成图2.2.1 硬件的组成图2-1为典型plc控制系统的硬件组成图。plc控制系统的硬件是由plc，输入/输出（i/o）电路及外围设备等组成的。系统规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。下面对构成控制系统的主要部分简要介绍。2.2.1.1 主控模块 除了早期生产的整体式plc（plc的各个不见都在同一机壳内）外，目前市场多数的plc都已采用模块化的结构（plc的各个部件独立封装，称之为模块）。

33、在plc中各个模块均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。在这个系统中最核心的模块是主控模块（也称cpu），它包括：cpu，存储器，通信接口等部分。(1)cpu：cpu是plc的控制中枢，它由控制器和运算器组成。其中，控制器是用来统一指挥和控制plc工作的部件。运算器则是进行逻辑，算术等运算部件。plc在cpu的控制下使整个机器有条不紊的协调工作，以实现对现场各个设备的控制。cpu的具体作用如下：执行接受，存储用户程序的操作指令。用以扫描方式来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。执行监控程序和用户程序。完成数据和信息的处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作。响

34、应外部设备（如编程器，打印机）的请求。plc中所采用的cpu随机型的不同而不同，通常有3种：通用微处理器（如8086，80286，80386等），单片机芯片，位片式处理器。一般来说，小型plc多采用8位微处理器或单片机作为cpu，如intel8086，inter96系列单片机，具有集成度高，运算速度快，可靠性高等优点。如日本欧姆龙公司生产的omronc200h型plc采用的是motorola公司生产的mc68b09的cpu芯片。这是一种增强型8位微处理器。对大型plc，大多采用高速位片式微处理器，它具有灵活性强，速度快，效率高的优点。目前，一些厂家生产的plc中，还采用了冗余技术，即采用双cp

35、u或三cpu工作，进一步提高了系统可靠性。采用冗余技术可使plc的平均无故障工作时间达几十万小时以上。(2)存储器：plc系统中的存储器主要用于存放系统程序，用户程序和工作状态数据。系统程序存储区：采用prom或eprom芯片存储器。它是由生产厂家直接存放的，永久存储的程序和指令，称为监控程序。监控程序和plc的硬件组成与专用部件的特性有关，用户不能随意访问和修改这部分存储器的程序。存储器区：工作数据是plc运行过程中经常变化的，需要随机存取的一些数据。这些数据一般不需要长久保存，因此采用随机存储器ram。数据存储区包括输入，输出数据映象区，定时器/计数器预置和当前数值的数据。用户程序存储区：

36、用于存放用户经编程器或计算机输入的应用程序。一般采用eprom或eeprom存储器，用户可重新编程。用户程序存储器的容量一般就代表plc的标称容量。通常，小型机小于8kb，中型机小于50kb，而大型机可以在50kb以上。(3)通信接口：主控模块通常有一个或一个以上的通信接口（简称通信口），用以与计算机，编程器相连，实现编程，调试，运行，监视等功能。2.2.1.2 输入/输出模块 plc的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过i/o模块实现的。生产过程有许多控制变量，如温度，压力，液位，速度，电压，开关量，继电器状态等，因此，需要有相应的i/o模块作为cpu与工业生产现场的桥梁。且

37、这些模块应具有较好的抗干扰能力。目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。对于输入/输出模块有：数字量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，模拟量输入/输出模块，交流新号输入/输出模块，220v交流输入/输出模块。还有智能模块，它本身带cpu，存储器和监控系统，可独立完成各种运算。智能模块的种类很多，如高速计数模块，pid调节的模拟量控制模块，阀门控制模块，智能存储模块和智能i/o模块。2.2.1.3 电源模块 该模块将交流电源转换成供cpu存储器所需的直流电源，是整个plc系统的能源供给中心。它的好坏直接影响到plc的功能和可靠性。目前，大多数plc采用高质量的开关式稳压电源，与普通电

38、源相比，plc的电源工作稳定性好，抗干扰能力也强。有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供24vdc的稳压电源，用于外部传感器的需要，这样就避免了因外部电源不合格而引起的外部故障。2.2.1.4 i/o电路 plc的基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过plc处理后，通过执行装置实现控制。输入电路就是被控对象（需要进行控制的机器，设备和生产过程）进行检测，采集，转换和输入。另外，安装在控制台上的按钮，开关等也可以向plc送控制指令。输出电路的功能就是接受plc输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。plc的外围设备很多，但基本功能不外乎对信息和数据的处理。常用的有编程器，可编程

39、终端，打印机，条码读入机等等。编程器plc的重要外围设备之一，它可以将用户编写的程序送到plc的用户程序存储器。因此，它的主要任务是输入程序，调试程序和监控程序的执行过程。可编程终端是具有i/o功能的plc人机界面产品。人可以通过触摸屏幕将信息输入plc中同样可编程终端也可以将plc的输入数据和信息显示在屏幕上。2.2.2 软件的组成plc控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。如图2-2是plc内部工作示意图。2.2.2.1 plc系统软件与工作过程 plc系统软件是plc工作所必须的软件。在系统软件的支持plc对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直

40、到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。plc的这种工作方式就称之为循环扫描。图2-2 plc内部工作示意图值得注意的是在继电器控制系统中，一个继电器的线圈被接通或断开，继电器的所用触点（常开触点和常闭触点）都会立即动作。但在plc中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所用只有扫描到“线圈”的触点时，才会动作，没有扫描到时，触点就不会动。并且plc扫描一次用户程序的时间即扫描周期与拥护程序的长短和扫描速度有关，一般为1ms至几十毫秒。现以omronp型机为例来说明plc扫描的工作过程，如上图在没有扫描之前，plc首先应保证自身的完好性。接通电源之后，为消除各元件状态的随机性，进行

41、清零或复位处理，检查i/o单元连接是否正确，再执行一段程序。使它涉及到各种指令和内存单元，如果执行的时间不超过规定的时间范围，则证明自身完好，否则系统关闭。上述操作完成后，将时间监视定时复位，才允许扫描用户程序。公共操作是在每次扫描程序前又一次自检，若发现故障，除了报警显示灯亮之外，还判断故障性质。一般性故障，只报警，不停机，等待处理；对于严重故障，则停止运行用户程序，此时plc切断一切输出。数据i/o数据输入/输出操作有的称为i/o状态刷新。它包括两种操作：一是采样输入信号（即刷新输入状态的内容）；二是送出处理结果（即按输出状态表的内容刷新输出电路）。plc数据i/o如图2-3所示：图2-3

42、 plc数据i/o示意图(1)输入映象存储器及刷新。由上图所示可知送入plc端子上的输入信号，经过电隔离，电平转换，滤波处理后，进入缓冲器内cpu的采样。在plc的存储器有一个专门存放i/o数据区，其中对应输入端子的数据区，称之为输入映象存储器。当cpu采样时，输入信号由缓冲区进入映象区。接着就是数据输入或输出状态刷新。只有在采样刷新的时刻，输入映象存储器中的内容才与输入信号（不考虑电路固有的惯性和滤波滞后影响）一致，其他时间范围输入信号变化是不会影响映象存储器的内容的。由于plc扫描周期一般只有几十毫秒，所以两次采样时间很短，对一般开关量来说，可以认为没有因间断采样引起的误差。即认为输入信号

43、一旦变化，就能立即进入输入映象的存储器内。(2)输出映象存储器及输出状态刷新。同样道理，cpu不能直接驱动负载。按用户程序要求及当前输入状态，要保持到下次刷新为止。同样，对于变化较慢的控制过程来说，因为两次刷新的时间间隔和输出电路的惯性时间常数一般才几十毫秒，可以认为输出信号是及时的。执行用户程序这里又包括监视与执行两部分。(1)监视定时器wdt。监视定时器就t1是通常所说的“看门狗” wdt（watch-dogtimer），它是用来监视程序执行是否正常。正常时，执行完用户程序多用的时间不会超过t1，在程序复位wdt，即执行程序并开始计时：执行完用户程序后立即令wdt复位，表示程序执行正常。当

44、程序执行过程中因某种干扰使扫描失控或进入死循环，则wdt会发出超时报警信号，使程序重新开始执行。如果是偶然因素造成超时，重新程序不会再遇到“偶然干扰”，系统便转入正常运行；若由于不可恢复的确定性故障，则系统会自动地停止执行用户程序，切断外部负载，发出故障信号，等待处理。(2)执行用户程序。用户程序是放在用户程序存储器中的，扫描时，按顺序从零步开始，逐步解释和执行，直到执行end指令才结束对用户程序的扫描。2.2.2.2 应用软件 plc控制系统的应用软件是指为完成plc实际控制任务而编制的各种软件。随着plc应用领域范围的不断扩大，应用水平的提高，plc应用软件也大大丰富起来了。plc应用软件

45、与一般计算机信息处理软件相比，有很大不同，plc应用软件有以下几个特点：(1)应用软件设计必须与生产工艺紧密结合。生产工艺要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生产过程，由于各种设备的工艺参数不一样，控制实现的方式也不一样。所以程序设计人员必须深入现场，严格遵守生产工艺的具体要求来设计应用程序。(2)应用软件与硬件紧密相关。软件设计人员不能抛开硬件配置和系统孤立地考虑软件设计。设计必须根据硬件系统，接口的实际情况进行相应的程序设计。(3)plc应用软件的设计需要计算机，自动控制技术甚至网络通信技术等多种知识。特别是plc网络的出现，plc控制系统不再是一个单独的装置。在控制系统中，可能

46、包括有多台不同型号的plc，计算机，外围设备等。因此在进行软件设计时，实现和处理某种控制功能都离不开计算机，自动控制和通信技术。因此，应用程序中不仅有plc程序，还有计算机程序和通信网络程序等。2.2.2.3 编程语言及编程支持工具软件 plc有多种编程语言：梯形图语言，助记符语言，逻辑功能图语言，布尔代数语言和某些高级语言（basic，c语言等）。但使用广泛的还是梯形图语言和助记符语言。现在世界上各个plc生产厂家都研制了自己的plc编程支持工具软件和监控组态软件。用户可以根据自己的需要利用这些软件来改善软件的开发环境，提高编程效率。2.3 plc控制系统抗干扰措施自动化系统中所使用的各种类

47、型plc，有的是集中安装在控制室，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，但plc是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用，但是由于它直接和现场的i/o设备相连，外来干扰很容易通过电源线 或i/o传输线侵入，从而引起控制系统的误动作。plc受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制

48、；内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。要提高plc控制系统的可靠性，就要从多方面提高系统的抗干扰能力。2.3.1 硬件抗干扰措施2.3.1.1 plc控制系统的安装和使用环境 plc是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是在plc控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会降低系统的可靠性。plc使用环境温度通常在0 55范围内，应避免太阳光直接照射，安装位置应远离发热量大的器件，同时应保证有足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于85%，以保证plc有良好

49、的绝缘。在含有腐蚀性气体、浓雾或粉尘的场合，需将plc封闭安装。此外，如果plc安装位置有强烈的振动源，系统的可靠性也会降低，所以应采取相应的减振措施。2.3.1.2 plc的电源与接地 plc本身的抗干扰能力一般都很强。通常，只能将plc的电源与系统的动力设备电源分开配线，对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。但是，如果遇上特殊情况，电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备与地之间的干扰，提高系统的可靠性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电源必须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。良好的接地是保证plc安全可靠运行的重要条件。为了抑制

50、附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给plc接专用地线，并且接地点要与其它设备分开，如图2-4（a）。若达不到这种要求，也可采用公共接地方式，如图2-4（b）。但是禁止采用串联接地方式，如图2-4（c），因为它会使各设备间产生电位差而引入干扰。此外，接地线要足够粗，接地电阻要小，接地点应尽可能靠近plc 。图2-4 plc的接地接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是plc控制系统抗干扰的重要措施之一。接地在消除干扰上起很大的作用。这里的接地是指决定系统电位的地，而不是信号系统归路的接地。在plc控制系统中有许多悬浮的金属架，它们是惧空中干扰的空中线，需要有决定

51、电位的地线。交流地是plc控制系统供电所必需的，它通过变压器中心点构成供电两条回路之一。这条回路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰源。因此交流地线、直流地线、模拟地和数字地等必须分开。数字地和模拟地的共点地最好置悬浮方式。地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线。系统地端子(lg)是抗干扰的中性端子，通常不需要接地，可是，当电磁干扰比较严重时，这个端子需与接大地的端子(gr)连接。2.3.1.3 plc的输入、输出设备 输入电路是plc接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。以开关量输入为例，按钮、

52、行程开关的触点接触要保持在良好状态，接线要牢固可靠。机械限位开关是容易产生故障的元件，设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外，按钮触点的选择也影响到系统的可靠性。在设计电路时，应尽量选用可靠性高的元器件，对于模拟量输入信号来说，常用的有420ma、020ma直流电流信号；05v、010v直流电压信号，电源为直流24v。对于开关量输出来说，plc的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定，选择不当会使系统可靠性降低，严重时导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载，晶体管输出只能用于直流负载。此外，plc的输出端子带

53、负载能力是有限的，如果超过了规定的最大限值，必须外接继电器或接触器，才能正常工作。外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可靠性的重要因素。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。这一方面可以通过选用高质量的元器件来提高可靠性，另一方面，在对系统可靠性及智能化要求较高的场合，可以根据电路中电流异常的情况对输出单元的一些重点部位进行诊断，当检测到异常信号时，系统按程序自动转入故障处理，从而提高系统工作的可靠性。若plc输出端子接有感性元件，则应采取相应的保护措施，以保护plc的输出触点。 为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出应分别使用各自的

54、电缆；对于集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线、必须使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧悬空，而在控制侧接地，其处理方式如图2-5。图2-5 屏蔽电缆的处理2.3.2 软件抗干扰措施 硬件抗干扰措施的目的是尽可能地切断干扰进入控制系统，但由于干扰存在的随机性，尤其是在工业生产环境下，硬件抗干扰措施并不能将各种干扰完全拒之门外，这时，可以发挥软件的灵活性与硬件措施相结合来提高系统的抗干扰能力。2.3.2.1 利用“看门狗”方法对系统的运动状态进行监控 plc内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可以屏蔽输入元件的错误信号，防止输出元件的误动作。在设计应用

55、程序时，可以利用看门狗方法实现对系统各组成部分运行状态的监控。如用plc控制某一运动部件时，编程时可定义一个定时器作“看门狗”用，对运动部件的工作状态进行监视。定时器的设定值，为运动部件所需要的最大可能时间。在发出该部件的动作指令时，同时启动看门狗定时器。若运动部件在规定时间内达到指定位置，发出一个动作完成信号，使定时器清零，说明监控对象工作正常；否则，说明监控对象工作不正常，发出报警或停止工作信号。2.3.2.2 消抖 在振动环境中，行程开关或按钮常常会因为抖动而发出误信号，一般的抖动时间都比较短，针对抖动时间短的特点，可用plc内部计时器经过一定时间的延时，得到消除抖动后的可靠有效信号，从

56、而达到抗干扰的目的。 2.3.2.3 用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪比 为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样五次，若某一次采样值远远大于其它几次采样的幅值，那么就舍去之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往会在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。一般认为：流量n= 12，压力n=4最合适。对于缓慢变化信号如温度参数，可连续三次采样，选取居中的采样值作为有效信号。对于具有积分器a/d转换来说，采样时间应取工频周期(20ms)的整数倍。实践证明其抑制工频干扰能力超过单纯积分器的效果。2.4 plc控制系统的发展趋势plc当初是针对工业顺序控制发展而研制的。经过30几年的迅速发展，plc已不仅能进行开关量控制，而且还能进行模拟量控制，位