基于PLC的电梯控制系统设计毕业设计.doc

毕业设计（论文）题目：基于plc的电梯控制系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本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。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日 华中科技大学文华学院毕业生论文教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日目 录摘要1关键字1abstract1key words21绪论21.1课题研究背景和意义31.2国内外发展状况42可编程序控制器简介621 可编程序控制器的发展历史622 plc的特点823 plc的工作原理112.3.1 可编程序控制器的工作原理112.3.2 扫描周期122.4 plc的体系结构122.5 plc的选型152.6.1 输入输出（i/o）点数的估算152.6.2 存储器容量的估算162.6.3 控制功能的选择162.6.4 机型的选择172.7 fx2n可编程序控制器简介192.8 plc控制程序设计192.8.1 plc控制系统的设计基本原则192.8.2 plc提供的编程语言193电梯控制系统的设计部分203.1电梯系统的硬件构成203.2电梯系统的软件部分203.3电梯控制系统的人机界面26参考文献27结论28致 谢28附录：四层电梯t形图29外召唤信号登记及消除29内指令信号登记及消除30电梯的平层信号处理30选层定向及反向截梯32轿厢下行34内指令外召唤信号的保持35各楼层停车信号36自动开关门37- 43 - 基于plc的电梯控制系统设计摘要 电梯不仅仅是高层建筑罩的必备设施，在多层建筑里也是不可缺少的垂直运输工具。电梯的控制系统已由初期的继电控制向微机控制发展。可编程控制器由于具有可靠性高、功能强大等特点已经成为电梯微机控制系统的核心。 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5层5站电梯，使用三菱fx2n80mr可编程控制器，设计了电梯的控制系统。包括电梯的指层控制模块、轿内指令和厅外召唤的登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯的歼关门运行模块、电梯运行控制模块等，实现了电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯指令的记录、电梯运行方向和停靠的层站的控制，自动运行和自动开关门等功能。 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：电梯控制系统安全性和可靠性高，月常保养维护和故障检修方便，运行成本低。电梯连续运行12000次，故障率为0,平层精度小于_+5mm，平衡系数4850，起动、制动及运行平稳、舒适，安全保护和可靠性均达到gb75882003的规定，能够满足电梯的控制要求。关键字: 电梯；控制系统；可编程控制器design of elevator control system based on programmable logic controllerabstractelevator is not only the necessary facility in the high-rise buildingis also the essential vertical transport means in the multilayered constructionthe control system of elevator is developed from the initial relay control svstem to the microcomputer congol systemthe programmable logic controller has already become the core of the elevator microcomputer control system because of its high reliability and formidable function and so on tlle characteristics this article elabomted the elevator structure，the structure and the working principle of the programmable logic controlleraim at the elevator of five floors and five stations，the writer design this elevator control system by the use of mitsubishi fx2n80mr programmable lclgic controller111e writer design the elevator control modulessuch the module of shown layerthe module of register and cancel the instructions from the cabinthe module of register and cancel the instructions from也e smfion hallthe module of choose station and direction。the module ofdoor movement，the module ofelevator operation，and so onthese modules achieve the functions：fingering out the location of the cabin，registering the instructions from the cabin and the station hallchoosing the direction and the station of elevator follow these instructions，operating elevator and door automatically，and otherfunctions this elevator control system applies in the actual operating elevatorthe operating result indieated：its security and reliability ale high,the routine maintenance and the trouble shooting are convenient,the elevator operating cost is lowthe elevator continuous running 12000 timesthe failure rate is 0。the even level precision is smaller than+5mm，the balancedeoefficient is 4850，the starting，the brake and the movement ale extremely steady dnd comfortable，the safekeeping of security and the reliability achieved gb75882003 the stipulationscan satisfy the elevator the control request key words：elevator；control system；programmable logic controller1绪论随着我国经济的发展, 城市中涌现出越来越多的高层建筑, 而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。同时, 由于城市老龄化问题日益突出, 多层建筑同样也有使用电梯的要求。而目前, 国内中小电梯厂商大多采用继电器控制或微机控制方法实现对电梯的控制前者控制线路复杂、体积大、故障率高、维护困难后者可靠性不高, 容易发生故障, 从而使电梯难以达到用户希望的安全、稳定、可靠的基本要求。自问世以来, 以其高可靠的特点在工业自动化领域获得广泛的应用。近年来, 随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步, 的性能价格比逐年提高, 使用控制电梯, 是一种投资小、见效快、可靠性高的好方法。1.1课题研究背景和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1。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。掘资料统计，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丌发的第一台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、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|日j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.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问。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国内外发展状况国内外发展状况在经济不断发展，科学技术r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r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力台，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、只立、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。随着计算机技术的发展，微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用，在电梯控制上采用微型计算机，取代传统的继电器控制方式越来越受到人们的重视。使用微型计算机控制，它成本低，体积小，可靠性高，使用寿命长，简化了安装调试工作，使得电梯控制系统体积减小，节省能源、可靠性提高。可编程使灵活性增大。更突出的优点是微型计算机具有算术运算功能和灵活的逻辑运算功能，因此可以实现更完善的自动控制，例如对于电梯平层可以实现自适应控制，便平层情况达到最佳状态”目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品。微机控制电梯是电梯技术的方向，些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变频调速电梯新产品。另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置、防火厅门、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能；对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺”3。总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。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150，一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、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51”1。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。国外对绿色电梯的研究做得比较出色的可能要数peters了，他专门就绿色电梯进行研究。当然，他的研究是从电梯对环境影响的角度进行的。p不可再生资源的消耗、产生废弃物和为生产满足曳引电梯的电力而产生的二氧化碳。同时他还认为，目前电力是不可持续的并对环境有损害，作为在地球上有责任的人，我们应当减少能源消耗，寻找可持续发展的能源。2可编程序控制器简介可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一”21 可编程序控制器的发展历史在可编程序控制器问世以来，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计并改变硬件结构造成了时间和资金的严重浪费。1968年，在底特律的美国通用汽车公司(gm公司)为了在每次汽车改型或改变工艺流程时能不改动原有继电器柜内的接线以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即十项招标技术指标。其主要内容如下n(1)在使用者的工厂里，能以最短中断服务时间，迅速方便地对其控制的硬件和设备进行编程及重新进行程序的设计。(2)所有系统单元必须能在工厂内无特殊支持的设备、硬件及环境条件下运行。(3)系统的维修必须简单易行。在系统中应设计有状态指示器及插入式模块，以便在最短的停车时间内使维修和故障诊断变得简单易行。(4)装置的体积应小于原有继电器控制柜的体积，它的能耗也应较少。(5)必须能与中央数据收集处理系统进行通信，以便监视系统的运行状念和运行情况。(6)输入开关量可以是已有的标准控制系统的按钮和限位开关的交流15v电压信号。(7)输出的驱动信号必须能驱动以交流运行的电动机起动器和电磁阀线圈，每个输出量将设计为可开停和连续操纵具有115v、2a以下容量的电磁阀等负载设备。(8)具有灵活的扩展能力。在扩展时，必须能以系统最小的变动及最短的更换和停机时间，使原有装置从系统的最小配置扩展到系统的最大配置。(9)在购买和安装费用上，应有与原有继电辑控制系统的竞争力，即有高的性能价格比。(10)用户存储器容量至少在4kb以上。(根据当时的汽车装配过程的要求提出)从上述十项指标可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器的最基本的功能。将它们归纳一下其核心为四点(1)用计算机代替继电器控制盘。(2)用程序代替硬件接线。(3)输入输出电平可与外部装置直接连接。(4)结构易于扩展。美国的数字设备公司(dec)cp标，并在1969年研制出了第一台可编程序控制器(pdp-14)“其后，美国的modicon公司也推出了084控制器，1971年，日本推出了dsc8控制器1973年西欧各国的各种可编程序控制器也研制成功我国在1974年开始研制可编程序控制器可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。从控制功能束分，可编程序控制器的发展经历了下列四个阶段。第一阶段：从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序控制器的初创阶段。这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，它的cpu由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能较简单典型产品有modicon公司的084allenbradley(ab)公司的pdq2、dec的pdp14、同立公司的scy-022等。由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此被称为可编程序逻辑控制器(programmablelogic controllet-plc)。第二阶段：从20世纪70年代中期到末期，是可编程序控制器的扩展阶段，在这一阶段，产品的主要控制功能得到了较大的发展，它的发展主要来自两方面，从可编程序控制器发展而来的控制器，它的主要功能是逻辑运算，同时扩展了其他运算功能；而从模拟仪表发展而来的控制器，其功能主要是模拟运算，同时扩展了逻辑运算功能。因此，按习惯的分类方法，前者被称为可编程序逻辑控制器(plc，后者被称为单回路或多回路控制器。可编程序控制器的名称缩pc(programmable controll)，但是为了与个人计算机(personal computer)的名称缩写pc相区别，通常还是把可编程序控制器简称为plc，这一阶段的产品有modicon公司的184、284、384，西门予公司的somatics3系列，富士电机公司的sc系列等产品第三阶段：从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期，是plc通信功能实现阶段。与计算机通信的发展相联系，plc也在通信方面有了很大的发展，初步形成了分布2式的通信网络体系，但是，由于制造企业各自为政，通信系统自成系统，因此，各产品的互相通信是较困难的。在该阶段，由于生产过程控制的需要，对plc的需求大大增加，产品的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大的扩充，产品的可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的symatic s6系列、富士电机公司的micrex和德州仪器公司的t1530等等。第四阶段：从20世纪80年代中期开始是plc的开放阶段。由于开放系统的提出，使plc也得到了较大的发展。主要表现在通信系统的开放，使各制造企业的产品可以通信，通信协议的标准化使用户得到了好处。在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型的产品多数有crt屏幕的显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语占等。这一阶段的产品有西门子公司的syma7ic s5和s7系列、ab公司的plc一5等。22 plc的特点plc能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点。可靠性对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性plc的可靠性高，表现在下列几方面：与继电器逻辑控制系统比较，plc可靠性提高的主要原因：plc不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。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、掉电保护、故障渗断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。plc有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。与通用的计算机控制系统比较，plc可靠性提高的主要原因：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系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此，plc的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高。在plc的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件；采用先迸的工艺制造流水线生产；对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维修的设计等等。在plc的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措旌。例如，采用软件滤波，软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。一份用户选用plc原因的调查报告指出，在各种选用plc的原因中，第一位的原因是由于plc可靠性高的用户达93。其次，才是性能和维修方便等原因。可见，可靠性高是plc的主要特点。(2)易操作性plc的易操作性表现在下列三个方面：操作方便。对plc的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。大多数plc采用编程器进行程序输入和更改的操作。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crt屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触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屏幕上显示。所以plc具有操作方便的特点编程方便。plc有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。所以有利于程序的编写和学习。采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用并发挥出更有效的功能特点。维修方便。plc所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和crt屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展，有些plc的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。plc的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。采用标准化元件和标准化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。 (3)灵活性plc的灵活性表现在下列三方面： 编程的灵活性。plc采用的编程语占有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变plc的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器j颐序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使plc能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元(fmc)、柔性制造系统(fms)、计算机集成制造系统(cims)和计算机集成过程控制系统(cips)qb，plc正成为主要的控制设备，得到广泛的应用 扩展的灵活性。plc的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出单元来增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台plc的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统(dcs)或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方便了用户。 操作的灵活性。操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。23 plc的工作原理2.3.1 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（run）状态与停止（stop）状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器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，直至可编程序控制器停机或切换到stop工作状态。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成，内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（见左上图）。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查cpu模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止（stop）状态时，只执行以上的操作。可编程序控制器处于（run）状态时，还要完成另外3个阶段的操作（见右图），图中仅画出了与用户程序执行过程有关的3个阶段。2.3.2 扫描周期可编程序控制器在run工作状态时，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1100ms。指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和cpu执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如图2.4.2所示。第(n-1)个扫描周期输出刷新第(n+1)个扫描周期输入采样第n个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行图2.4.2 plc的扫描运行方式(1)输入采样阶段在输入采样阶段，plc以扫描方式依次读入所有的数据和状态它们存入i/o映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化i/o映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它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的cpu总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统ram存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如：算术运算、数据处理、数据传达等。(3)输出刷新阶段在输出刷新阶段，cpu按照i/o映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是plc真正的输出。2.4 plc的体系结构plc实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如下图所示：编程器中央处理单元（cpu）输入电路输出电路系统程序存储区用户程序存储区电源plc硬件的基本结构它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由cpu（中央处理单元）、存储器（ram和eprom）、输入/输出模块（简称i/o模块）、编程器和电源五大部分组成。1. cpu模块cpu模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（cpu）和存储器组成。cpu的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成以下工作：(1) 输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。(2) 程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有关的电路，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。(3) 输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。2 . i/o模块i/o模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和cpu模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。cpu模块的工作电压一般是5v，而可编程序控制器的输入/输出信号电压一般较高，如直流24v和交流220v。从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能损坏cpu模块中的元器件，或使可编程序控制器不能正常工作，所以cpu模块不能直接与外部输入/输出装置相连。i/o模块除了传递信号外，还有电平转换与噪声隔离的作用。3.编程器编程器除了用来输入和编辑程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久地连续在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程序控制器公用。4. 开关量i/o模块开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。电压等级有直流5v，12v，24v，48v和交流110v，220v等。输入输出电压的允许范围很宽，如某交流220v输入模块的允许低电压为070v，高电压为70256v，频率为4763hz。各i/o点的通/断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上，外部i/o接线一般接在模块的接线端子上，某些模块使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部连线的情况下，可以迅速地更换模。开关量i/o模块可能4，8，16，32，64点。2.3.1 输入模块 2.4.1 a 直流输入电路输入电路中设有rc滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型值为1020ms（信号上升沿）和2050ms（信号下降沿），输入电流约为10ma，上图2.3.1a是某直流输入模块的内部电路和外部接线图。本节的输入电路和输出电路都只画出了一路，com是各路的公共点。图中的输入触点直接接在公共点和输入端（400是梯形图中输入继电器的编号）之间，不需要外接电源。有的可编程序控制器还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供24v电源。（如图2.3.1b）图2.4.1 b 输入电路 当图2.4.1b中的外接触点接通时，光电耦合器中的发光二极管发光，光敏三极管导通，信号经内部电路传送给cpu模块。图2.3.1 c是交流输入电路。光电耦合器中有两个反并联的发光二极管，显示用的两个发光二极管也是反并联的，因此这个电路可以接收外部的交流输入电压。图2.3.1 c 交流输入电路5. 输出模块输出模块的功率放大元件有大功率晶体管和磁效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动内交流负载）和小型继电器，后者可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为0.52a，负载电源由外部现