机电一体化毕业设计（论文）电梯系统PLC自动控制设计

1、毕业设计毕业设计 姓 名： 专 业：机电一体化 班 级：机电 0801 班 设计课题：电梯系统 plc 自动控制设计 指导教师： 电子信息工程系印制 二一年九月 2 毕业设计任务书 毕业设计题目：电梯系统 plc 自动控制设计 毕业设计目的：通过对电梯系统进行 plc 自动控制设计，综合应用 plc 及电机拖动、电气控 制相关课程知识，提高学生知识综合运用能力及 plc 控制系统的整体设计能力。 毕业设计任务： 电梯系统由拖动电动机、电气控制部分、控制面板、显示部分等组成，要求根据控制要 求，选用相应的 plc 作为控制器对电梯系统进行自动控制。 毕业设计主要技术数据： 1、 电梯运行到位后具

2、有手动或自动开门和关门的功能。 2、 利用指示灯显示厢外召唤信号、厢内指令信号和电梯到达信号。 3、 电梯能够根据控制信号自动上升或下降到相应的楼层。 毕业设计工作量要求： 整个系统程序分为 4 个块，由四组学生各自完成，开门关门控制程序、电梯到层指示控 制程序、层呼叫指示控制程序、电梯启动和运行控制程序。 毕业设计进度计划： 第五周、第六周：下达设计任务，查阅资料。完成初步设计。 第七周、第八周：完成总体方案设计，画出程序流程图。 第九周、第十周：完成程序设计及调试。 第十一周、第十二周：整理资料，撰写论文，进行预答辩。 第十四周：参加统一答辩。 毕业设计应完成的技术资料： 1、 设计报告

3、2、 i/o 接线图纸 3、 i/o 分配表 4、 梯形图程序 参考文献： 1黄云龙.可编程控制器m。北京：科学出版社，2003. 教研室主任意见： 系主管领导意见： 任务下达日期2010 年 9 月 28 日规定完成日期2010 年 11 月 19 日 3 目录目录 第一章 绪 论 .1 1 1.1 电梯 plc 控制系统现状.1 1.2 电梯的分类.2 1.3 课题要求、设计的目的及意义.2 1.4 本设计主要工作.2 第二章 电梯 plc 控制系统总体方案的确定 .4 4 2.1 plc 控制系统设计的基本原则、内容和步骤.4 2.1.1 plc 控制系统设计的基本原则.4 2.1.2

4、plc 控制系统设计的主要内容及步骤.4 2.2 电梯 plc 控制系统总体结构及控制方案.4 2.2.1 总体结构.4 2.2.2 控制方案.7 第三章 plc 控制系统的实现.1010 3. 1 plc 简介.10 3.1.1 plc 特点.10 3.1.2 plc 控制电梯的优点.11 3.3 plc 的选型.12 3.3.1 输入输出（i/o）点数的估算.12 3.3.2 存储器容量的估算.12 3.3.3 控制功能的选择.13 3.3.4 plc 机型的选择.14 3. 4i/o 接线图.18 3. 5 程序框图.19 3. 6 梯形图设计.23 3. 7 语句表指令.24 致 谢

5、.2929 参考文献 .3030 1 第一章第一章 绪绪 论论 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得 到了迅速发展，而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密 相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展 到了调频调压调速，其逻辑控制也由 plc 代替原来文在已通有的继电器控制。 本变频器的基础上，采用 plc 对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高 了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控 制效果。本文在阐述电梯的结构和可编程控制器（plc）的结构和工作原理的基 础上，针对四层电梯，使用三菱 fx

6、2n 可编程控制器，设计了电梯的 plc 控制系 统。其包括了电梯的指层控制模块，轿内指令模块，厅外召唤模块，电梯的选 层和定向模块，电梯的开关门运行模块，电梯运行模块等，实现了电梯电梯的 指层控制，轿内指令控制，厅外召唤控制，电梯的选层和定向控制，电梯的开 关门控制和自动运行等功能。 这种电梯控制系统应用于实际运行的电梯中，运行结果表明：电梯安全性 和可靠性高，日常保养维护和保障检修方便，运行成本低。 1.11.1 电梯电梯 plcplc 控制系统现状控制系统现状 进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电 梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显

7、。可编 程序控制器(plc)是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环 境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继 电器控制方式已逐渐被 plc 控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发 展电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，plc 控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点。 plc 是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方 plc 控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点 电梯采用 plc 控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。 控制系统结构简单，外部线路简化.另外可方

8、便地增加或改变控制功能。也可进 行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频 调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺 流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以 其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适 用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 2 调速范围广、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电 机媲美。同时明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和 功率因数，节能显著。 随着城市

9、建设的不断发展，楼群建筑不断增多，电梯在当今社会的生活中 有着广泛的应用。电梯作为楼群建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生 活密不可分。电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻 辑控制是不能满足控制要求的，因此，大部分电梯控制系统都采用随机逻辑方 式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单 元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集 选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器 （plc）取代微机实现信号集选控制。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在 于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高

10、；而 plc 可靠性高， 程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定、等特点，所以现在的电梯控制 系统广泛采用可编程控制器 （plc）来实现。 1.21.2 电梯的分类电梯的分类 电梯按照用途可分为:乘客电梯、载货电梯、客货两用电梯、病床电梯、船 用电梯、消防电梯与汽车电梯等多个类型。 电梯按照定速分类可分为：低速电梯、快速电梯、高速电梯、超高速电梯。 电梯按照驱动方式可以分为以:直流电梯、交流双速电梯、交流调压调速电 梯、交流变压变频调速电梯、液压电梯； 电梯按照控制方式可以分为:信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、 群控电梯； 1.31.3 课题要求、设计的目的及意义课题要求、设计的目

11、的及意义 （1）课题要求：电梯系统由拖动电动机、电气控制部分、控制面板、 显示部分等组成，要求根据控制要求，选用相应的 plc 作为控制器对电梯系统 进行自动控制。整个系统程序分为 4 个块，由四组学生各自完成，开门关门控 制程序、电梯到层指示控制程序、层呼叫指示控制程序、电梯启动和运行控制 程序。 （2）设计的目的：通过对电梯系统进行 plc 自动控制设计，综合应用 plc、电气控制相关课程知识，提高学生知识综合运用能力及 plc 控制系统的整 体设计能力。 1.41.4 本设计主要工作本设计主要工作 3 本次设计的主要工作是根据本次的设计题目（电梯系统 plc 自动控制设计） 的要求，主要

12、对电梯的控制部分做以设计。在设计过程中，首先要对控制部分 的核心器件（plc）进行选型设计，已达到本次设计要求和电梯的控制要求。其 次是针对本次设计要求确定出输入/输出（i/o）分配口且画出 i/o 口分配表以 及 i/o 口外部接线图纸。再次根据本次设计要求和输入/输出（i/o）分配口画 出梯形图，并转换成指令表。最后安要求完成毕业设计报告。 4 第二章第二章 电梯电梯 plcplc 控制系统总体方案的确定控制系统总体方案的确定 2.12.1 plcplc 控制系统设计的基本原则、内容和步骤控制系统设计的基本原则、内容和步骤 plc 的结构工作方式不同于一般的微型计算机。因此，用 plc 设

13、计电梯自 动控制系统与其它设计电梯控制系统也有本质的区别。 2.1.12.1.1 plcplc 控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效 率和产品质量。在设计 plc 控制系统时，应遵循以下基本原则： 1）最大限度的满足被控对象的控制要求。 2）在啊满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单，经济，使用及 维修方便。 3）保证控制系统安全可靠。 4）考虑到工艺的改进，在选择 plc 容量时，应适当留有余量。 2.1.22.1.2 plcplc 控制系统设计的主要内容及步骤控制系统设计的主要内容及步骤 1）根据控制控制要求，如需

14、要哪些动作条件，动作顺序，以及手动，自 动等操作方式。 2）根据控制要求确定所需要的输入/输出，以此来确定 plc 的 i/o 点数。 3)plc 型号的选择 4）分配 plc 的 i/o 点，设计 i/o 连接图 5）针对此控制要求设计 plc 程序 2.22.2 电梯电梯 plcplc 控制系统总体结构及控制方案控制系统总体结构及控制方案 2.2.12.2.1 总体结构总体结构 电梯 plc 的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统 和拖动控制系统两部分组成，主要硬件包括 plc 主机及扩展、机械系统、轿厢 操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门控电机、主拖动系统等构成。系统控制核

15、心 为 plc 主机，通过 plc 输入接口送入 plc，存储在存储器并由 plc 软件运算 处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和 门控电机控制系统发出控制信号。以下主要对电梯门内外控制系统结构，电梯 外部控制系 统的结构以及电梯井道整体结构加以说明，如图所示： 5 图图 2.12.1 电梯实体基本结构示意图电梯实体基本结构示意图 6 图图 2.22.2 电梯外部控制结构图电梯外部控制结构图 图图 2.32.3 电梯电梯 plcplc 控制系统控制系统厅外示意图 7 2.2.22.2.2 控制方案控制方案 以 plc 为控制器，电动机及电梯为被控对象，通过电梯内

16、的指令按钮，到 位限位开关，红外线传感器等作为 plc 的输入元件，输出元件，来实现电梯的 功能，以满足人们的需求。 图图 2.42.4 基本控制结构图基本控制结构图 电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于 人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同， 使电梯可靠运行。 尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式 结构。 从电梯空间位置使用看，由四个部分组成：依附建筑物的机房、井道；运 载乘客或货物的空间轿厢；乘客或货物出入轿厢的地点层站。即机房、 井道、轿厢、层站。 从电梯各构件部分的功能上看，可分为八个部分：曳引系

17、统、导向系统、 轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统。 电梯的原理非常简单多条钢缆，把轿箱悬挂在电梯井顶部机房的曳引 轮之上。钢缆另一端悬挂作平衡的对重。对重一般为轿箱加上 50%负载时的重 量。当轿箱移动时，对重会向反方向移动。曳引轮是依靠钢缆的粗糙表面及引 轮上坑纹之间的摩擦力来拉动轿箱。因此当钢缆或曳引轮用旧之后，必须适时 更换以防滑溜。电动机负责带动曳引轮转动，提供动力升起或放下轿箱。电动 机可能是交流，亦有可能是直流。部分电动机要使用齿轮带动曳引轮，较新及 8 较快的电梯一般会采用无齿轮带动。部分高层曳引式电梯还有重量补偿：在轿 箱及对重之下设有一条钢缆或锁链，连接

18、到地上。作用是补偿悬挂轿箱或对重 的钢缆长度改变引起的重量变化。 曳引式电梯一般需要在电梯顶部设置机房。近年设计新型的曳引式电梯， 采用纤维钢缆复合缆索，可以减少所需的润滑及维修。此外新型的电动机体 积小，可以安装在井壁，免除机房设置。 当然，现代的客运电梯和货运电梯要比这复杂精巧得多。电梯需要先进的 机械系统来操纵电梯轿厢及其负载的重量。此外，电梯还需要控制装置，以便 乘客可以操纵电梯，并且还需要安全设备来确保一切平稳运行。 2.2.32.2.3 系统运行过程系统运行过程 电梯上行： 当电梯停于 1 楼(1f)或 2f、3f 时，如果 4 楼呼叫则上行到 4 楼碰行程 开关后停止，同时，轿厢

19、门与厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 1f 或 2f，如果 3f 呼叫、则上行，到 3f 行程开关控制停止， 同时，轿厢门与厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 1f，如果 2f 呼叫，则上行，到 2f 行程开关控制停止，同时， 轿厢门与厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 lf，如果 2f、3f 同时呼叫，则电梯上行到 2f 后，同时，轿厢 门与厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到 3f 停止，同时，轿厢 门与厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 1f，如果 3f、4f 同时呼叫，电梯上行到 3f，同时，轿厢门与 厅门打开，3

20、秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到 4f 停止，同时，轿厢门与 厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 1f，如果 2f、4f 同时呼叫，电梯上行到 2f，同时，轿厢门与 厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭继续上行到 4f 停止, 同时，轿厢门与厅 门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭 电梯停于 1f，如果 2f、3f、4f 同时呼叫，电梯上行到 2f，同时，轿厢 门与厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到 3f，同时，轿厢门与 厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到 4f 停止，同时，轿厢门与 厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 2f, 如果 3f

21、、4f 同时呼叫，电梯上行到 3f，同时，轿厢门与 厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到 4f 停止。 电梯下行： 电梯停于 4f 或 3f 或 2f，1f 呼叫，电梯下行到 1f 停止，同时，轿厢门 9 与厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 4f 或 3f，2f 呼叫，电梯下行到 2f 停止，同时，轿厢门与厅门 打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 4f，3f 呼叫，电梯下行到 3f 停，同时，轿厢门与厅门打开， 3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 4f，3f、2f 同时呼叫，电梯下行到 3f，同时，轿厢门与厅门 打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭，继续下

22、行到 2f 停止，同时，轿厢门与厅门 打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电锑停于 4f，3f、1f 同时呼叫，电梯下行到 3f，同时，轿厢门与厅门 打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭，继续下行到 1f 停止，同时，轿厢门与厅门 打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 4f，2f、1f 同时呼叫，电梯下行到 2f，同时，轿厢门与厅门 打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭，继续下行到 1f 停止，同时，轿厢门与厅门 打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 电梯停于 4f，3f、2f、1f 同时呼叫，电梯下行到 3f，同时，轿厢门与 厅门打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭，继续下行到 2f，同时，轿厢门

23、与厅门 打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭，继续下行到 1f 停止，同时，轿厢门与厅门 打开，3 秒后，轿厢门与厅门关闭。 （3）电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数 10 第三章第三章 plcplc 控制系统控制系统的实现的实现 3.3. 1 1 plcplc 简介简介 3.1.13.1.1 plcplc 特点特点 plc 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方 式。plc 与普通微机一样，以通用或专用 cpu 作为字处理器，实现通道(字)的 运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。 plc 控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单

24、、灵活性强等特点。 (1)可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。 a. plc 不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此 同时，系统的维修简单，维修时间短。 b. plc 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电 保护，故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性提高。 c. plc 有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点， 一般不易发生操作的错误。 d. plc 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计 算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程 出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境

25、设计的硬件使可靠性大大提高。 e.在 plc 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠 性的元件:采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电 源的断电保护;对存储器内容的保护等。 f. plc 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用 软件滤波;软件自诊断;简化编程语言等。 (2)易操作性：plc 的易操作性表现在下列几个方面: a、操作方便对 plc 的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数 plc 采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大 中型的 plc，编程器采用了 crt 屏幕显示，因此，程序的输入直接

26、可以显示。 更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找， 然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或 crt 上显示。 b、编程方便 plc 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说， 由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语 言时，十分有助于编程人员的编程。 c、维修方便 plc 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当 系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的 11 部位，以便维修。 (3)灵活性：plc 的灵活性表现在以下几个方面: a.编程的灵活性。plc 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能

27、表图、 功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。 b.扩展的灵活性。plc 的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用 的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。 c.操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。 3.1.23.1.2 plcplc 控制电梯的优点控制电梯的优点 (1)在电梯控制中采用了 plc，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性 大大提高。 (2)去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。 (3)plc 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 (4) plc 可进行故障自动检

28、测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 (5)用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 (6)更改控制方案时不需改动硬件接线。 3.23.2 系统中用到的输入元件及输出元件系统中用到的输入元件及输出元件 3.2.13.2.1 输入元件输入元件 （1）轿厢内外指令按钮 电梯指令按钮，主要解决现有指令按钮存在的容易损坏、安装形式单一、 发光的颜色单一、信号接口和接口方式少的技术问题。本实用新型的技术方案 为：电梯指令按钮，包括按键、外框、传动件、印刷电路板、发光体、自恢复 伸缩件，按键位于外框内，印刷电路板固定在外框上，按键下方设有传动件， 传动件下方的印刷电路板上设有轻触开关、发光体和接口件

29、。 （2）红外传感器 用红外线的物理性质来进行测量的传感器称为红外传感器。红外线又称红 外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身 具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不 与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。 红外线传感器的外部构造是由发射极和接收极构成，其系统包括光学系统、 检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测 元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是 热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电 路变成电信号输出。光电检测

30、元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、 砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。 12 （3）到位限位开关 限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体(如固定架、门框等， 简称静物)上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近静物 时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由 开关接点开、合状态的改变去控制电路和机。 （4）门锁 3.2.23.2.2 输出元件输出元件 （1）交流接触器 它一种旋转式机器,它将电能转变为机械能,它主要包括一个用以产生磁场的 电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受 磁场的作

31、用而使转动。 （2）楼层显示灯 楼层显示器用于电梯监控系统中，将电梯当前所处楼层数实时叠加至视频信号， 便于安保监控人员快速判断电梯所处楼层，及时处理有关情况。 3.33.3 plcplc 的选型的选型 在 plc 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是plc 工程 设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。plc 及有 关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于 扩充其功能的原则选型所选用 plc 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟 可靠的系统， plc 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相 适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关

32、的编程语言有利于缩短编程时 间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求， 明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入 输出点数、所需存储器容量、确定plc 的功能、外部设备特性等，最后选 择有较高性能价格比的 plc 和设计相应的控制系统。 3.3.13.3.1 输入输出（输入输出（i/oi/o）点数的估算）点数的估算 i/o 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再 增加 10%20%的可扩展 余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商 plc 的产品特点，对输入 3.3.23.3.2 存储器容量的估算存储

33、器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容 量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储 13 器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶 段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一 定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公 式，大体上都是按数字量 i/o 点数的 1015 倍，加上模拟 i/o 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（ 16 位为一个字） ，另外再按此数的 25%考虑 余量。 3.3.33.3.3 控制功能的

34、选择控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处 理速度等特性的选择。 1、运算功能 简单 plc 的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通plc 的运 算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数 据传送等；大型 plc 中还有模拟量的 pid 运算和其他高级运算功能。随着 开放系统的出现，目前在 plc 中都已具有通信功能，有些产品具有与下位 机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂 或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理 选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计

35、时计数功能， 有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运 算，数值转换和 pid 运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 2、控制功能 控制功能包括 pid 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应 根据控制要求确定。 plc 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用 单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出 单元完成所需的控制功能，提高 plc 的处理速度和节省存储器容量。例如 采用 pid 控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、 asc 码转换单 元等。 3、通信功能 大中型 plc 系统应支持多种现场总线和标准通信协议

36、（如tcp/ip） ， 需要时应能与工厂管理网（ tcp/ip）相连接。通信协议应符合 iso/ieee 通信标准，应是开放的通信网络。 plc 系统的通信接口应包括串行和并行通信接口 （rs2232c/422a/423/485） 、rio 通信口、工业以太网、常用 dcs 接口等； 14 大中型 plc 通信总线（含接口设备和电缆）应1：1 冗余配置，通信总线应 符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 plc 系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1mbps，通信负 荷不大于 60%。plc 系统的通信网络主要形式有下列几种形式： 1）pc 为主站，多台同型号 plc 为从站，组成简

37、易 plc 网络； 2）1 台 plc 为主站，其他同型号 plc 为从站，构成主从式 plc 网络； 3）plc 网络通过特定网络接口连接到大型dcs 中作为 dcs 的子网； 4）专用 plc 网络（各厂商的专用 plc 通信网络） 。 为减轻 cpu 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通 信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。 4、编程功能 离线编程方式： plc 和编程器公用一个 cpu，编程器在编程模式时， cpu 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器 切换到运行模式， cpu 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方 式可降

38、低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：cpu 和编程器 有各自的 cpu，主机 cpu 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进 行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期， 主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便， 在大中型 plc 中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（ sfc） 、梯形图（ ld） 、功能模块 图（fbd）三种图形化语言和语句表（ il） 、结构文本（ st）两种文本语言。 选用的编程语言应遵守其标准（ iec6113123） ，同时，还应支持多种语言编 程形式，以满足特殊控制场合的控制要求。 5、处理速度

39、 plc 采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如 果信号持续时间小于扫描时间，则plc 将扫描不到该信号，造成信号数据 的丢失。 处理速度与用户程序的长度、 cpu 处理速度、软件质量等有关。目前， plc 接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.20.4ls，因 此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期） 应满足：小型 plc 的扫描时间不大于 0.5ms/k；大中型 plc 的扫描时间不 大于 0.2ms/k。 3.3.43.3.4 plcplc 机型的选择机型的选择 15 1、plc 的类型 plc 按结构分为整体型和模块型两类，按

40、应用环境分为现场安装和控制 室安装两类；按 cpu 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。 从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 plc 的 i/o 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制 系统；模块型 plc 提供多种 i/o 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和 配置控制系统的 i/o 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 2、输入输出模块的选择 plc 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制 室安装两类；按 cpu 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。 从应用角度出发

41、，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 plc 的 i/o 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制 系统；模块型 plc 提供多种 i/o 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和 配置控制系统的 i/o 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考 虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出 模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用 电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频 繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块

42、还 有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和 降低应用成本。 3、电源的选择 plc 的供电电源，除了引进设备时同时引进plc 应根据产品说明书要 求设计和选用外，一般 plc 的供电电源应设计选用 220vac 电源，与国内 电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果 plc 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求， 否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入plc，对 输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 4、存储器的选择 由

43、于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证 应用项目的正常投运，一般要求 plc 的存储器容量，按 256 个 i/o 点至少 16 选 8k 存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存 储器。 3.43.4 plcplc i/0i/0 地址分配地址分配 根据本次设计要求 ，经过分析和设计，需要 29 个输入点， 23 个 输出 点，共计 52 个 i/o 点，分配如下表： （1）输入地址分配 名称功能编号说明 sb1开门按钮x0输入 sb2关门按钮x1输入 sq1开门行程开关x2输入 sq2关门行程开关x3输入 sq3向上运行转化开关x4输入 sq4行下运

44、行转化开关x5输入 sl1红外传感器（左）x6输入 sl2红外传感器（右）x7输入 k门锁输入信号x10输入 sq5一层到位接近开关x11输入 sq6二层到接近开关x12输入 sq7三层到接近开关x13输入 sq8四层到接近开关x14输入 sq9一层下预到位接近开关x15输入 sq10二楼上接近开关x16输入 sq11三楼上接近开关x17输入 sq12四楼上接近开关x20输入 sq13二楼下接近开关x21输入 sq14三楼下接近开关x22输入 sb3轿厢内一层指令按钮x23输入 sb4轿厢内二层指令按钮x24输入 sb5轿厢内三层指令按钮x25输入 sb6轿厢内四层指令按钮x26输入 sb7门

45、厅外一楼向上呼叫按钮x27输入 sb8二楼向上召唤按钮x30输入 sb9二楼向下召唤按钮x31输入 sb10三楼向上召唤按钮x32输入 sb11三楼向下召唤按钮x33输入 sb12四楼向下召唤按钮x34输入 17 （2）输出地址分配 名称功能编号说明 km1开门继电器y0输出 km2关门继电器y1输出 km3上行继电器y2输出 km4下行继电器y3输出 km5快速继电器y4输出 km6加速继电器y5输出 km7慢速继电器y6输出 e1上行方向灯y20输出 e2下行方向灯y21输出 e3一层指示灯y22输出 e4二层指示灯y23输出 e5三层指示灯y24输出 e6四层指示灯y25输出 e7轿厢内

46、一层指令指示灯y26输出 e8轿厢内二层指令指示灯y27输出 e9轿厢内三层指令指示灯y36输出 e10轿厢内四层指令指示灯y37输出 e11一层向上召唤灯y30输出 e12二层向上召唤灯y31输出 e13二层向下召唤灯y32输出 e14三层向上召唤灯y33输出 e15三层向下召唤灯y34输出 18 3.3. 4i/o4i/o 接线图接线图 加话加话 e16四层向下召唤灯y35输出 19 图图 3.13.1 plcplc i/oi/o 接线图接线图 3.3. 5 5 程序框图程序框图 20 3.23.2 总流程框图总流程框图 注：本电梯 plc 控制系统电梯向上和向下运行通过上行和下行转换开

47、关来调节，在轿箱外有召唤信号时，到达相应的楼层电梯门打开，否则电 梯上下周而复始的运行，并且在运行过程中有数码管和指示灯两套方案进 行外部显示 21 图图 3.33.3 第一段流程框图第一段流程框图 22 图图 3.43.4 第二段流程框图第二段流程框图 23 图图 3.53.5 第三段流程框图第三段流程框图 24 图图 3.63.6 第四段流程图第四段流程图 3.3. 6 6 梯形图设计梯形图设计 在工程中，对 plc 应用程序的设计有多种方法，这些方法的使用也因个人 的设计水平和喜好来决定，现将常用的集中 plc 程序的设计方法简单的介绍如 下： 1，经验设计法 25 在掌握一些典型的控制

48、环节和电路设计的基础上，根据被空对象对控制 系统的具体要求，凭借自己的经验进行选择，组合。这种方法对于一些简单 的控制系统的设计是比较好的，可以做到快速，简单的效果。而经验法设计 的步骤如下： （1） 确定输入/输出点的个数，选择 plc 机型，进行 i/o 分配； （2） 做出系统动作的流程图； （3） 选择 plc 指令并编写程序； （4） 将各个环节的程序合理地联系起来，就得到一个满足要求的程序； 2 逻辑设计法 工业电器控制线路中，有很多是通过继电器等带暖气元件来实现的。而 继电器，交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0” 和“1” 两种取值的逻辑代数设计电气控制线路

49、是完全可以的。该方法是根据数字电 子技术中的逻辑设计法进行 plc 程序的设计。 3 顺序功能图法 对那些按动作先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序功能图法进行 编程。此法规律性很强虽然编程相当长，但程序结构清晰。在用顺序功能图 编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的 功能，步与步之间的转换顺序及其转换条件。 功能图由流程步，有向线段，转移和动作组成，在使用时它有一些使 用规则，具体如下： （1） 步与步之间必须用转移隔开； （2） 转移与转移之间必须用步隔开； （3） 转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上 向下或从左向右，按照正常顺序画图时

50、，有向线段可以不加箭头， 否则必须加箭头; （4） 一个顺序功能图中至少有一个初始步； 根据以上比较和以前所学的有关知识我选择了顺序功能图法进行编程。 见附录 1：图 1 电梯系统示意图 3.3. 7 7 语句表指令语句表指令 plc 的20 个基本指令： ld：取指令（常开触点） ldi：取反指令（常闭触点） and：串指令（常开触点） 26 ani：串反指令（常闭触点） or：并指令（常开触点） ori：并反指令（常闭触点） orb：并块指令 anb：串块指令 mps：进栈指令 mrd：读栈指令 mpp：出栈指令 pls：上跳沿微分指令 plf：下跳沿微分指令 mc：主控指令 mcr：主控

51、复位指令 nop：空指令 out：输出指令 end：结束指令 通过对这些基本指令的学习掌握将本次设计的电梯控制系统的梯形图转换 成指令表形式。见附录 2： 0 ld x000 1 or y000 2 or m0 3 or t0 4 ani t0 5 ani y001 6 ani x002 7 out y000 8 ld x011 9 and m9 10 ld x012 11 and m10 12 orb 13 ld x013 14 and m11 15 orb 16 ld m014 17 and m12 18 orb 19 ani m1 20 ani y000 21 out t0 k30 24

52、 ld x001 25 or x001 26 ani x000 27 or t1 28 ani x003 29 out y001 30 ld x006 31 or x007 32 or m0 33 ani x003 34 out m0 35 ld m0 36 ani x003 37 out t2 k20 40 ld y000 41 ani y001 42 out t1 k50 45 ld y002 46 or y003 47 or y004 48 ori y005 49 out m9 50 ld x027 51 ani t1 52 out m9 53 ld x030 54 or x031 55

53、 or m10 56 ani t1 67 out m10 27 58 ld x032 59 or x033 60 or m11 61 ani t1 62 out m11 63 ld x034 64 or m12 65 ani t1 66 outm12 67 ldx 011 68 or x013 69 ldim3 70 andm2 71 orb 72 outm2 73 ldx012 74 orx014 75 ldim2 76 andm3 77 orb 78 outm3 79 ldx011 80 ani y023 81 ld m2 82 and y022 83 orb 84 ani y024 85

54、 ani y025 86 out y022 87 ld x012 88 ani y022 89 ld m3 90 and y023 91 orb 92 ani y023 93 ani y025 94 out y023 95 ld x013 96 ani y022 97 ld m2 98 and y024 99 orb 100 ani y023 101 ani y025 102 out y024 103 ld x014 104 ani y022 105 ld m3 106 and y025 107 orb 108 ani y023 109 ani y024 110 out y025 111 ld

55、 x027 112 or y030 113 ldi x010 114 ori y022 115 anb 116 ani x011 117 out y030 118 ld x030 119 or y031 120 ldi x010 121 ani x012 122 ori y020 123 anb 124 out y031 125 ld x031 126 or y032 127 ldi x010 128 ani x012 129 ori y021 130 anb 131 out y032 132 ld x032 133 or y033 134 ldi x010 135 ani x013 136

56、ori y020 137 anb 138 out y033 139 ld x033 140 or y034 141 ldi x010 142 ani x013 143 ori y021 144 anb 145 out y034 28 146 ld x034 147 or y035 148 ldi x010 149 ani y014 150 ori y021 151 anb 152 out y035 153 ld x023 154 or y026 155 ani y022 156 out y026 157 ld x024 158 or y027 159 ani y023 160 out y027

57、 161 ld x025 162 or y036 163 ani y024 164 out y036 165 ld x026 166 or y037 167 ani y025 168 out y037 169 ld y037 170 ani y025 171 ld y036 172 ani y024 173 orb 174 ld y027 175 ani y023 176 orb 177 ani y003 178 ani y021 179 out y020 180 ld y026 181 ani y022 182 ld y027 183 ani y023 184 orb 185 ld y036 186 ani y024 187 orb 188 ani y002 189 ani y020 190 out y021 191 ld x011 192 or x015 193 pls m13 194 ld x012 195 or x016 196 or x021 197 pls