基于plc的电梯控制系统的设计(修改版)毕业论文初稿

XX大学自考本科毕业设计PAGE1编号毕业设计报告设计题目：基于PLC的电梯控制系统设计姓名：专业名称：电力系统自动化班级：08电自4班指导老师姓名：（姓名）（单位）报告提交日期：答辩日期：答辩委员会主席：评阅人：（日期）2012年月日目录目录 1摘要 3英文摘要 4引言 5第一章设计题目及设计任务书 61.1设计题目 61.2设计任务书 6第二章电梯的概述 72.1电梯的产生 72.2电梯控制系统发展的现状 82.3电梯技术发展趋势 92.4电梯的分类 102.5电梯的基本结构图 112.6电梯的基本结构 13第三章可编程控制器（PLC）简介 153.1PLC的定义和特点 153.1.1PLC的定义 153.1.2PLC的特点 153.2PLC的基本结构 173.3PLC的编程语言和指令系统 203.3.1基本指令系统特点 203.3.2编程语言的形式 213.4可编程程序控制器的工作过程及工作原理 273.5PLC发展趋势 29第四章电梯控制系统的硬件电路设计 304.1电动机控制电路图 304.2输入输出（I/O）点数的估算 324.3PLC外部接线图 334.4流程图 354.5操作原理简要说明 384.6编程元件明细表 38第五章软件设计 405.1梯形图及注释 405.1.1电梯初始化 405.1.2报警器及超重控制 415.1.3内指令信号的登记与消除 425.1.4电梯选层定向辅助 435.1.5外召唤信号的登记与消除 455.1.6电梯开关门 475.1.2电梯楼层控制 505.2程序仿真与调试 52心得体会 53参考文献 54摘要电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后．控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数。判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。

AbstractElevatorbydraggingsystemofelectricalsystemandcontrolsystemcomposedoftwoparts.Currentelevatordesignusingprogrammablelogiccontroller(PLC),thefunctionofflexibleprogrammingsimple,fewerfailuresandlownoise.Easymaintenance,energy-savingwork,stronganti-interferenceability,controlboxcoversanareaofless.Whenthecrewenteredtheelevator,floorbuttonispressed,aftertheelevatordoorscloseautomatically.controlsystemforthefollowingoperation:accordingtothecabinwherethelayersandcrews.Determinethecabindirection,guaranteethecabinwhenlevelingspeed.Thecarstoppedontheselectedfloorand,basedonthecallfloors,ShunRoadparking,automaticdoors.Alsobothinsideandoutsidethecabinlightsshowstheelevatorandnumberoffloors.

引言可编程控制器简称PC（英文全称：ProgrammableController），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：ProgrammableLogicController）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，与个人计算机的PC相区别，用PLC表示“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。”PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按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设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。第一章设计题目及设计任务书1.1设计题目基于PLC的电梯控制系统设计1.2设计任务书一、设计原始资料电梯控制系统的要求如下：①电梯层站数：4层站；载重量：500kg，若超重则无法关门并且警铃响，电梯无法运行；②电梯无司机驾驶，完全自动响应门厅指令和电梯内指令；③电梯具有最远反向外梯响应功能，电梯运行途中有顺向截梯功能，对反向呼梯信号只作记忆；④电梯在运行单一命令的过程中，在到达指定楼层后，电梯会停留在该楼层继续待命，直到有新命令产生；⑤电梯在到达指定楼层后会自动开门，延时自动关门，在此过程中支持手动开门和关门；⑥电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用⑦电梯到达顶层或底层时，自动停止并执行记忆呼梯和等待召唤；⑧门厅和电梯内有楼层和运行方向显示；二、设计主要任务要求运用PLC实现对电梯的控制。三、设计成果1、摘要(所做的设计如有特别之处，一定要挑明)。2、设计说明书一份；3.PLC外部接线图，以及其它相关设备的电气接线图；4、在实验室进行模拟调试所需的补充资料；5、设计小结。第二章电梯的概述2.1电梯的产生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。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。国外电梯行业发展迅猛，不仅在节能上做了很大的功夫，现在在智能化，远程化，集成化，可视化也已有了先进的技术！例如：（1）集垂直运输与水平运输的复合运输系统。该系统采用直线电机驱动，在一个井道内设置多台轿厢。轿厢在计算机导航系统控制下，可以在轨道网络内交换各自运行路线。该系统节省了井道占用的空间，解决了超高层建筑电梯钢丝绳和电缆重量太大的问题，尤其适合于具有同一底楼的多塔形高层建筑群中前往空中大厅的穿梭直驶电梯。（2）交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯无机房电梯由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。而交流永磁同步无齿轮曳引机的特点是：（A）结构简单紧凑，体积小，重量轻，形状可灵活多样；（B）配以变频控制可以实现更大限度的节能；（C）没有齿轮，于是没有齿轮振动和噪声，齿轮效率，齿轮磨损及油润滑问题，减少了维护工作，降低了油污染；（D）由于失电时旋转的电机处于发电制动状态，增加了曳引系统的安全可靠性。（3）彩色大屏幕液晶楼层显示器。这类显示器可以以高分辨率的彩色平面或三维图像显示电梯的楼层信息（如位置、运行方向），还可以显示实时的载荷、故障状态等。通过控制中心的设置还可以显示日期、时间、问候语、楼层指南、广告等，甚至还可以与远程计算机和寻呼系统联接发布天气预报、新闻等。有的显示器又增加了触摸查询功能。该装置缓解了陌生乘客在轿厢内面对面对视时的尴尬、无趣的局面，降低了乘客乘梯时心理等待焦虑感。（4）电梯远程监控系统。该系统是将控制柜中的信号处理计算机获得的电梯运行和故障信息通过公共电话网络或专用网络（都需要使用调制解调器）传输到远程的能够提供可视界面的专业电梯服务中心的计算机，以便那里的服务人员掌握电梯运行情况，特别是故障情况。该系统一般具有显示故障、分析故障、故障统计与预测等功能，还有的可实现远程调试与操作，便于维修人员迅速进行维修应答和采取维修措施。这样缩短了故障处理时间，简化了人工故障检查的劳动，保证了大楼电梯安全高效地运行。2.2电梯控制系统发展的现状近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，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。可编程序控制器(PLC)最早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己逐渐被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术己成为现代电梯行业的一个热点。电梯继电器控制系统的特点及存在问题：一、电梯继电器控制系统的优点：(l)所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。(2)系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。(3)大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。(4)多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。二、电梯继电器控制系统存在的问题(l)系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。(3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4)系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。(5)由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高;而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。2.3电梯技术发展趋势（1）环保：绿色理念是电梯发展总趋势。有专家预言“谁最先推出绿色产品并抢占市场，谁就掌握市场竞争主动权”。发展趋势主要有：不断改进产品的设计，生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等无润滑油污染曳引方式。电梯装璜将采用无（少）环境污染材料。电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。安装电梯将无需安装手脚架。电梯零件在生产和使用过程中对环境没有影响（如刹车皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。（2）蓝牙技术在电梯上应用。安装过电梯的人都知道放线、对线是费时、费力、极容易错的工作。如果控制屏与召唤系统通过蓝牙技术连接起来实现无线召唤将会是电梯控制的另一场革命同时为我们带来巨大好处。A安装期将减少30％以上，其直接好处是降低安装成本，客户也因从订梯到使用电梯周期费用减少和提高现金周转率。B在电梯上使用蓝牙技术一定会使电梯控制系统大量使用最新最快微机，这将会进一步提高电梯整机可靠性，故障率大大降低，控制精度也进一步提高，带来的结果是电梯更加舒适，平层更加准确。C很好地解决了电梯控制与外围设备的兼容和联系。特别是可以把电梯和扶梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。2.4电梯的分类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PassengerConveyor)和自动扶梯(英语Escalator)。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速度的电梯；中速梯，常指速度1.00～2.00m/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。2.5电梯的基本结构图电梯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、钢丝绳拽引式结构。其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯的基本结构如图2—1所示。1-减速箱；2-曳引轮3-曳引机底座；4-导向轮；5-限速器；6-机座；7-导轨支架；8-曳引钢丝绳9-开关碰铁10-紧急终端开关；11-导靴；12-轿架；13-轿门；14-安全钳；15-导轨；16-绳头组合；17-对重，18-补偿链；19-补偿链导轮；20-张紧装置；21-缓冲器；22-底坑；23-层门；24-呼梯盒；25-层楼指示灯；26-随行电缆；27-轿壁；28-轿内操纵箱；29-开门机；30-井道传感器；31-电源开关；32-控制柜；33-曳引电机；34-制动器 图2—12.6电梯的基本结构一、拽引系统电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。二、导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。三、门系统门系统有轿厢门，层门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。曳引电机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。四、轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。五、重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。六、电力拖动系统电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。七、电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。八、安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。

第三章可编程控制器（PLC）简介可编程序控制器是二进制逻辑运算为主的、专为工业环境应用而设计的控制器，后来发展成为具有各种接口，且通讯功能和软件能日趋完善的工业控制器。为与个人计算机区分，可编程控制器一般简称为PLC。PLC与单片机等计算机控制系统相比，具有以下特点：全系统采用模板化标准结构；针对生产过程的系列化I/O接口模板，能适用于各种电压等级；越来越丰富的智能接口模板；模块化软件和面对普通电气人员的梯形图编程语言；系列化产品形成，同系列不同型号间联网容易；适应工业环境，安装维护容易；可靠性高，故障率低；系统组成灵活，易扩充，易更新；便于在线调试修改；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。3.1PLC的定义和特点3.1.1PLC的定义PLC（ProgrammableLogicController），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。3.1.2PLC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。3.2PLC的基本结构图3.2PLC的基本结构PLC的基本结构如图3-1所示。图3-11、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。2、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（RandomAssessMemory）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（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）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(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory)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。1.逻辑线圈与开关输出一样，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。2.数据寄存器与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16bits)。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。3.计时器4.计数器用户程序存储区：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。3、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）。4、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。5、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。3.3PLC的编程语言和指令系统3.3.1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。3.3.2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GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。编程指令：取指令与输出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT），AND（与指令）

一个常开触点串联连接指令，完成逻辑“与”运算，ANI（与反指令）一个常闭触点串联连接指令，完成逻辑“与非”运算，ANDP

上升沿检测串联连接指令，ANDF

下降沿检测串联连接指令。OR（或指令）用于单个常开触点的并联，实现逻辑“或”运算。ORI（或非指令）用于单个常闭触点的并联，实现逻辑“或非”运算，ORP

上升沿检测并联连接指令，ORF

下降沿检测并联连接指令，ORB（块或指令）

用于两个或两个以上的触点串联连接的电路之间的并联，SET（置位指令）它的作用是使被操作的目标元件置位并保持，RST（复位指令）使被操作的目标元件复位并保持清零状态，MC（主控指令）用于公共串联触点的连接。执行MC后，左母线移到MC触点的后面，MCR（主控复位指令）它是MC指令的复位指令，即利用MCR指令恢复原左母线的位置。一、指令系统：一程序流程—功能00~09三算术和逻辑运算指令—功能20~2900CJ条件转移20ADD加法01CALL调用子程序21SUB减法02SRET从子程序返回22MUL乘法03IRET中断返回23DIV除法04EI开中断24INC加一05DI关中断25DEC减一06FEND主程序结束26WAND字与07WDT监视定时器27WOR字或08FOR循环开始28WXOR字异或09NEXT循环结束29NEG求补二传送和比较指令—功能10~19四循环与移位—功能30~3910CMP比较30ROR循环右移11ZCP区间比较31ROL循环左移12MOV传送32RCR带进位循环右移13SMOV移位传送33RCL带进位循环左移14CML求补运算34SFTR位右移15BMOV数据块传送35SFTL位左移16FMOV多点传送36WSFR字右移17XCH数据交换37WSFL字左移18BCD求BCD码38SFWRFIFO写19BIN求二进制码39SFRDFIFO读五数据处理—功能40~49七方便指令—功能60~6940ZRST区间复位60IST状态初始化41DECO解码61SER寻找42ENCO编码62ABSD绝对值凸轮顺控43SUMON位总数63INCD增量凸轮顺控44BON检查位状态64TTMR示教定时器45MEAN求平均值65STMR专用定时器—可定义46ANS标志置位66ALT交替输出47ANR标志复位67RAMP斜坡输出48SQR平方根68ROTC旋转台控制49FLT整数转换成浮点数69SORT排序六高速处理—功能50~59八外部I/O设备—功能70~7950REF刷新70TKY十键输入51REFF刷新与滤波处理71HKY十六键输入52MTR矩阵输入72DSW拨码开关输入53HSCS高速记数器置位73SEGD七段码译码54HSCR高速记数器复位74SEGL带锁存的七段码显示55HSZ高速记数器区间比较速度检测75ARWS方向开关56SPD脉冲输出Speeddetect76ASCASCII变换57PLSY脉宽调制PulseY77PR打印58PWM脉冲调制Pulsewidthmodulation78FROM读特殊功能模块59PLSR带加减速脉冲输出79TO写特殊功能模块九

外围设备SER—功能80~89120EADD浮点数加法80RSRS通讯121ESUB浮点数减法81PRUN8进制位传送122

EMUL

浮点数乘法82ASCI十六进制至ASCII转换123EDIV浮点数除法83

HEX

ASCII至十六进制转换

127ESOR浮点数开方84

CCD

校验码

129INT浮点数->整数85VRRD电位器读入130SIN浮点数SIN运算86VRSC电位器刻度131COS浮点数COS运算88PIDPID控制132TAN浮点数TAN运算十F2外部模块—功能90~99147SWAP上下字节交换90MNETF-16N,Mini网十二

定位—功能155~15991ANRDF2-6A,模拟量输入155ABS92

ANWR

F2-6A,

模拟量输出

156

ZRN93RMSTF2-32RM,启动RM157PLS94RMWRF2-32RM,写RM158DRVI95RMRDF2-32RM,读RM十三时钟运算—功能160~16996RMMNF2-32RM,监控RM160TCMP97BLKF2-30GM,指定块161TZCP98MCDEF2-30GM,机器码162TADD十一浮点数—功能110~132163TSUB110ECMP浮点数比较166TRD111EZCP浮点数区间比较167TWR118EBCD浮点数2进制->10进制169HOUR119

EBIN

浮点数10进制->1进十四外围设备—功能170~177十五接点比较—功能224~246170GRYM224LD=(S1)=(S2)171GBIN225LD>(S1)>(S2)176

RD3A

226LD<(S1)<(S2)177WR3A228LD<>(S1)<>(S2）程序：当某一抢答器抢答成功后，释放其按钮指示灯任然亮，直至主持认复位才熄灭。且其他人抢答指示灯不亮

三、梯形图3.4可编程程序控制器的工作过程及原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。初始化初始化自诊断查错出错否采样、扫描、刷新输入信号并存入输出映像区复位WDT逐条执行用户程序，其输出结果存入输入映像区程序结束否输出刷新复位WDT外设服务执行出错处理程序，判断出错性质（报警或关闭系统）是否图3-2PLC工作过程上电复位3.5PLC发展趋势1．向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。2．向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。3．PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。4．增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。5．编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。第四章电梯控制系统的硬件电路设计4.1电动机控制电路图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图4-1所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，电梯的运行状态有四种：开门和关门，上升和下降。上升和下降由一台电机的正反转来实现，电机正转时电梯上升，电机反转时电梯下降(电机正转由接触器KM１控制,电机反转由接触器KM２控制)。开门和关门由一台电机的正反转来实现，电机正转时电梯开门，电机反转时电梯关门(电机正转由接触器KM3控制,电机反转由接触器KM4控制)。门开到位或门关紧时压下门开到位或门关到位行程开关以切断电源，使开门电机停转。在每层楼中设有平层开关，电梯每到达一个楼层时，压下该楼层的平层开关，从而切断升降电机的电源使电梯停转，电梯就停在该楼层，为了防止电机长期过载运行或缺相运行，而发热以至烧坏，在主电路中设有热继电器（FR1和FR2）加以保护。同时设有熔断器ＦＵ１加以短路保护，一旦电机发生短路或过载运行和缺相运行，这些电器就会动作从而及时切断电源。此外，在三相电源的入端设有组合刀开关QS，在主电路出现故障时，可以切断并隔离电源!给检修带来安全和方便。（KM1和KM2实行互锁，KM3和KM4实行互锁以防止PLC故障时误发指令而造成电机三相电源相间短路，即ＫＭ１和ＫＭ２同时只能动作一个，ＫＭ３和ＫＭ４同时只能动作一个），从而进行对电梯的控制。曳引电机门电机图4-1电动机控制电路图4.2输入输出（I/O）点数的估算本系统控制四层电梯,采用集选控制方式。为了完成设定的控制任务,主要根据电梯输入/输出点数确定PLC的机型。根据电梯控制的要求，电梯应具有内呼和外呼按钮、行程开关、开关门按钮，以及相应的指示灯，估算所需I/O口的数量，并绘制I/O口分配表，见表4-2。表4-2I/O口分配表序号名称输入点序号名称输出点0一层内呼I0.00一层内呼指示Q0.01二层内呼I0.11二层内呼指示Q0.12三层内呼I0.22三层内呼指示Q0.23四层内呼I0.33四层内呼指示Q0.34一层外呼上I0.44一层外呼上指示Q0.45二层外呼下I0.55二层外呼下指示Q0.56二层外呼上I0.66二层外呼上指示Q0.67三层外呼下I0.77三层外呼下指示Q0.78三层外呼上I1.08三层外呼上指示Q1.09四层外呼下I1.19四层外听下指示Q1.110开门开关I1.210电梯上行门Q2.011关门开关I1.311电梯下行门Q2.112一层平层I1.412门电机开Q2.213二层平层I1.513门电机关Q2.314三层平层I2.014电梯上行指示Q2.415四层平层I2.115电梯下行指示Q2.516开门限位I2.216超重指示Q2.617关门限位I2.317警报器Q2.718电梯上升极限位I2.418一层指示Q3.019电梯下降极限位I2.519二层指示Q3.120超重I2.620三层指示Q3.221警报器按钮I2.721四层指示Q3.322激光传感器I3.022图4-2EM223CN4.3PLC外部接线图PLC外部接线图见下图4-3，其中包含主控制器CPU224CN及扩展模块EM223。接线图分为DC输入端和DC输出端。输入端DC24V的负极接公共端1M和2M。输入开关的一端接到DC24V的正极，输入开关的另一端连接到CPU224或ME223各输入端。输出端DC24V的正极接L+端。输出负载的一端接到DC24V的负极，输入开关的另一端连接到CPU224或EM223各输出端。 图4-3电梯PLC控制电路图4.4流程图电梯上下行流程图见图4-4。假设电梯停在N（N=1,2,3,4）楼,M楼有信号,M＞N时，电梯上行；M＜N时，电梯下行。图4-4电梯上下行流程图在电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号。电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如：电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。电梯响应流程图见图4-5。图4-5电梯响应流程图当电梯到达系统控制的目标楼层时，控制系统发出开门信号，电梯门开，当门开到开门限位时，计时3秒钟，然后关门，直到关门限位产生信号。此过程期间，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭，并且当门关闭动作时，门间来人会使光电传感器产生信号，控制系统发出开门信号，电梯开关门流程图见图4-6。图4-6电梯开关门流程图4.5操作原理简要说明电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿箱内设有楼层内选按钮S1～S4，用以选择需停靠的楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示、L4为四层指示，SQ1～SQ4为到位行程开关。具体如下：1、开始时，电梯处于任意一层。2、当有外呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时3S后自动关门。3、当有内呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时3S后自动关门。4、在电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号。5、电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如：电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。6、电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。4.6编程元件明细表根据电梯控制的要求，为能实现电梯各种功能，构思PLC控制的程序，粗略估算肯能用到的编程元件。编程元件见下表4-7。表4-7编程元件明细表PLC编程元件明细表输入继电器II0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7I3.0输出继电器QQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.701.0Q1.1Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7Q3.0Q.31Q3.2Q3.3位存储器MM1.1M0.0M0.1M0.2M0.3M0.4M0.5M3.3M2.0M2.1M2.2计时器TT33（设定值1000）T34(设定值300)特殊位存储器SM0.0南昌大学自考本科毕业设计PAGE55第五章