四层电梯论文修改1

北华航天工业学院毕业论文毕业设计报告(论文)报告(论文)题目： 四层电梯控制系统设计 作者所在系部： 机械工程系 作者所在专业： 机械设计制造及其自动化 作者所在班级： B06112 作 者 姓 名 ： 温荣杰 作 者 学 号 ： 20064011222 指导教师姓名： 王晓光 完 成 时 间 ： 2010/6/17 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院北华航天工业学院毕业论文本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 四层电梯控制系统设计是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存 论文；在不以营利为目的的前提下，可以公布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。特此声明毕业设计（论文）作者： 指导教师：2010 年 6 月 17 日 20010 年 6 月 17 日北华航天工业学院毕业论文摘 要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 控制系统、微机控制系统。PLC 控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对4层电梯，使用西门子S7-200可编程控制器，设计了电梯的控制系统，包括轿内指令和厅外召唤信号的登记与消除、电梯的选层和定向、电梯的开关门运行、电梯上下行控制、电梯的指层控制等部分，实现了轿内与各层呼梯指令的记录、电梯运行方向和选层的控制，电梯上下行和自动开关门、电梯的指层控制等功能。关键词：四层电梯 控制系统 可编程控制器Abstract北华航天工业学院毕业论文At present the elevator control system mainly has three control modes: Following electric circuit control system, PLC (Programmable Logic Controller) control system, microcomputer control system. PLC control system, because moves the reliability to be high, the use service is convenient, anti-jamming, the design and the debugging cycle is short and so on merits, time is taken seriously the people and so on merits, have become present use most control modes in the elevator control system.This article elaborated the elevator structure，the structure and the working principle of the programmable logic controllerAim at the elevator of four floors，the writer design this elevator control system by the use of Siemens S7-200 programmable logic controllerThe writer design the elevator control parts, such as, the part of register and cancel the instructions from the cabin, the part of register and cancel the instructions from the station hall, the part of choose station and direction, the part of door movement，the part of elevator operation，the part of shown layer ，and so onThese parts achieve the functions：registering the instructions from the cabin and the station hall, choosing the direction and the station of elevator，elevator go up or down and door automatically，fingering out the location of the cabin, and other functions.Key Words：Four-story Elevator Control System Programmable Logic Controller目 录北华航天工业学院毕业论文摘要 .Abstract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 PLC 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 .304.7.2 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 .45北华航天工业学院毕业论文5.1 结论 .455.2 展望电梯发展方向 .45致 谢 47参考文献 .48附录 1 外文翻译 49附录 2 外文原文 55附录 3 指令表 63北华航天工业学院毕业论文0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，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、CAD CAM、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、北华航天工业学院毕业论文1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。 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” 。这种对电梯北华航天工业学院毕业论文2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 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1.002.00m/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，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。北华航天工业学院毕业论文31.2.4 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、日本三菱和北华航天工业学院毕业论文4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，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，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松北华航天工业学院毕业论文5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。接着根据电梯北华航天工业学院毕业论文6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 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。北华航天工业学院毕业论文720 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。北华航天工业学院毕业论文8 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，PLC 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。北华航天工业学院毕业论文9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） 。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 CPU 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。北华航天工业学院毕业论文10(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：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，调试程序北华航天工业学院毕业论文11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。北华航天工业学院毕业论文12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：北华航天工业学院毕业论文13图 2-3 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北华航天工业学院毕业论文14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；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。北华航天工业学院毕业论文152.3.1.2 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