机电一体化毕业设计（论文）基于PLC的四层电梯控制系统

1、武汉职业技术学院 武汉职业技术学院学院毕业设计（论文） 四层电梯控制 基于基于 plcplc 的控制系统软硬件设计的控制系统软硬件设计 学生姓名： 院 （系）： 机电工程学院 年级专业： 机电一体化 指导教师： 武汉职业技术学院 毕业论文摘要毕业论文摘要 四层电梯的四层电梯的 plc 控制系统设计控制系统设计 摘摘 要要 随着科学技术的发展、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，电梯主要分为机械系统与控制系统两 大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动 方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖 动

2、的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式： 继电路控制系统(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、 plc 控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、 可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐 渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但 也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维 修技术等缺陷。而 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 视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式， 目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。 关键词关键词:plcplc 电梯电梯

3、控制系统控制系统 电梯系统运行检修和调试电梯系统运行检修和调试 武汉职业技术学院 pick to with the development of science and technology, in recent years, chinas elevator production technology have developed rapidly. some elevator design successfully also has a great improvement in design and process changes. update production more new ele

4、vators, elevator mainly divides into mechanical system and control system with two most, automatic control theory and microelectronics technology development, the elevator drag with control method all way has changed very greatly, ac adjustable speed is the main development direction of elevator dra

5、g. at present the elevator control system is mainly have three kinds of control ways: following the circuit control system ( early installation of elevator more relay control system), plc control system, the microcomputer control system. relay control system due to high failure rate, the method of c

6、ontrol, poor reliability and not flexible and disadvantages such as big power consumption, has gradually been eliminated. though the microcomputer control system in intelligent control has the strong function, but also exists perturbation resistance is poor, system design complex, general maintenanc

7、e personnel hard to grasp its maintenance technology etc. and plc control system defects due to run high reliability, convenient operation and 武汉职业技术学院 maintenance, strong anti-interference, design and commissioning period shorter, more people to pay attention to such advantages as etc, and has beco

8、me a current in the elevator control system used in most control mode, now also widely used in traditional relay control system technical reformation. keywords: plc of elevator control system elevator system overhaul and debugging 武汉职业技术学院 目录 摘摘 要要 .2 1 plc 的发展历程 .6 1.1.1 早期的 plc（60 年代末70 年代中期）.6 1.

9、1.2 中期的 plc（70 年代中期80 年代中后期）.7 1.1.3 近期的 plc（80 年代中后期至今）.7 1.2 plc 的应用领域.8 1.2.1 开关量的逻辑控制.8 1.2.2 模拟量控制.8 1.2.3 运动控制.8 1.2.4 过程控制.8 1.2.5 数据处理.9 1.2.6 通信及联网.9 2 plc 的基本结构 .9 2.1 中央处理单元(cpu) .9 2.1.1 cpu 的构成.9 2.1.2 cpu 的工作机制.9 2.2 存储器.10 2.3 i/o 模块.10 2.3.1 输入接口.10 2.3.2 发光二级管.11 2.3.3 光电三级管.11 2.3.

10、4 输出接口.11 2.3.5 输出接口电路工作过程：.11 2.3.6 输入接口电路工作过程：.11 2.3.7 常用的 i/o 分类： .11 2.4 电源.11 2.5 底板或机架.12 2.6 plc 系统的其它设备.12 2.6.1 编程设备：.12 2.6.2 人机界面：.12 3 plc 的基本设计原则和选型 .12 3.1 plc 控制系统的设计基本原则.12 3.1.1 最大限度地满足被控对象的控制要求.13 3.1.2 保证 plc 控制系统安全可靠.13 3.1.3 力求简单、经济、使用及维修方便.13 3.1.4 适应发展的需要.13 3.2 plc 的选型.13 3.

11、2.1 输入输出（i/o）点数的估算 .14 3.2.2 存储器容量的估算.14 3.2.3 控制功能的选择.14 3.2.4 机型的选择.16 武汉职业技术学院 重要检测点的多点 i/o 卡可冗余配置。 3）根据需要对重要的 i/o 信号，可选用 2 重化 或 3 重化的 i/o 接口单元。 .17 4.1 四层电梯的控制要求.17 4.2 四层电梯的主电路图.19 4.3 四层电梯的 plc 输入输出图示：.20 4.44.4 四层电梯的四层电梯的 plcplc 输入输出表输入输出表 .20 毕业总结 .21 谢 辞 .22 参考文献 .23 1 1 plc 的发展历程 在工业生产过程中，

12、大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序 动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。 传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 gm（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字 设备公司（ dec）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用 程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 programmable,是世界上公认的第一台 plc。 限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的plc 主要由分立元 件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。 随着微处理器的出现，大规

13、模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数 据通讯技术的不断进步， plc 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段： 1.1.1 早期的 plc（60 年代末70 年代中期） 早期的 plc 一般称为可编程逻辑控制器。 20 世纪 70 年代初出现了微 处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使plc 增加了运算、数据传送 及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉 继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路 图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件 都以继电器命名。此时的 plc 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的 产物

14、。这时的 plc 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能 只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的 形式出现，在 i/o 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中 的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另 外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电 气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 梯形图。因此，早期的 plc 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积 小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中plc 特有的编程语言 梯 形图一直沿用至今。 1.1.2 中期的 plc

15、（70 年代中期80 年代中后期） 20 世纪 70 年代中末期， 微处理器的出现使 plc 发生了巨大的变化， 可编程控制器进入实用化发展阶段 。计算机技术已全面引入可编程控制器中， 武汉职业技术学院 2 美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为plc 的中央处理 单元（cpu） ，使其功能发生了飞跃。 这样，使 plc 得功能大大增强。 在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、 远程 i/o 模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线 圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使plc 得应用范围得以 扩大。 在软件方面，除了保持其原有的逻

16、辑运算、计时、计数等功能以外，还 增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。 更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、 pid 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。 这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。 这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日 益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 1.1.3 近期的 plc（80 年代中后期至今） 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 plc 发展最快的时期，年增长率一 直保

17、持为 3040%。由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市 场价格大幅度下跌，使得各种类型的plc 所采用的微处理器的当次普遍提 高。而且，为了进一步提高 plc 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发 了专用逻辑处理芯片。这样使得 plc 软、硬件功能发生了巨大变化。 在这时期， plc 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网 络能力得到大幅度提高， plc 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了 在过程控制领域处于统治地位的 dcs 系统。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。 从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来

18、说， 诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样 的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元， 使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器 在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长 足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。 最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设 备及产品中不断扩大了 plc 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可 编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的cf 系列、杭州机床电器厂生产 的 dkk 及 d 系列、大连组

19、合机床研究所生产的s 系列、苏州电子计算机 武汉职业技术学院 3 厂生产的 yz 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应 用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名 的 plc 生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，plc 在我国将 有更广阔的应用天地。 1.2 plc 的应用领域 目前，plc 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机 械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大 致可归纳为如下几类。 1.2.1 开关量的逻辑控制 这是 plc 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现 逻辑控制、

20、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动 化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、 电镀流水线等。 1.2.2 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液 位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量 （analog）和数字量（ digital）之间的 a/d 转换及 d/a 转换。plc 厂家都 生产配套的 a/d 和 d/a 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 1.2.3 运动控制 plc 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期 直接用于开关量 i/o 模块连接位置传感

21、器和执行机构，现在一般使用专用的 运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。 世界上各主要 plc 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、 机床、机器人、电梯等场合。 1.2.4 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制 计算机，plc 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 pid 调节 是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc 都有 pid 模块， 目前许多小型 plc 也具有此功能模块。 pid 处理一般是运行专用的 pid 子 程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛应用。 1.2

22、.5 数据处理 现代 plc 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据 传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析 及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操 作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处 武汉职业技术学院 4 理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制 系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 1.2.6 通信及联网 plc 通信含 plc 间的通信及 plc 与其它智能设备间的通信。随着计算 机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各plc 厂商都十分重视

23、plc 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc 都具有通信接口， 通信非常方便。 2 plc 的基本结构 plc 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计 算机相同。 从结构上分， plc 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式plc 包括 cpu 板、i/o 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不 可拆卸的整体。模块式 plc 包括 cpu 模块、i/o 模块、内存、电源模块、 底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 2.1 中央处理单元(cpu) 2.1.1 cpu 的构成 cpu 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、

24、控制 及状态总线构成， cpu 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主 要用于存储程序及数据，是 plc 不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析 cpu 的内部电路，但对各部分的工作 机制还是应有足够的理解。 2.1.2 cpu 的工作机制 cpu 的控制器控制 cpu 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。 但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指 挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥 下工作。 cpu 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

25、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，同时，诊断电源和 plc 内 部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，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产生相应 武汉职业技术学院 5 的控制信号或 将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， 去指挥有关的控

26、制电路。 如此循环运行，直 到停止运行。 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。 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。 2.2 存储器 具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。 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。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用 户程序做编译处理的解释编译

27、程序。由只读存储器、rom 组成。厂家使用 的，内容不可更改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储 器（ram）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备 电源，寿命一般为 35 年。 2.3 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。 2.3.1 输入接口 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。 2.3.2 发光二级管 在光电

28、耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信 号变化规律相同的光信号。 2.3.3 光电三级管 在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器 的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。 2.3.4 输出接口 plc 的继电器三种类型： 武汉职业技术学院 6 继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载 晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载 晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载 2.3.5 输出接口电路工作过程： 当内部电路输出数字信号 1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常 开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0， 则没有电流流过，

29、继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电 流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载 动作或不动作。 2.3.6 输入接口电路工作过程： 当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路 输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信 号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成plc 内部所能接受 的数字信号。 2.3.7 常用的 i/o 分类： 开关量输入/出（di/o）：按电压水平分，有 220vac、110vac、24vdc，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量输入/出（ai/o）：按信号类型分，有电流

30、型（ 4-20ma,0- 20ma） 、电压型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 io 外，还有特殊 io 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等 模块。 按 i/o 点数确定模块规格及数量， i/o 模块可多可少，但其最大数受 cpu 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 2.4 电源 plc 电源用于为 plc 各模块的集成电路提供工作电源 。同时，有的还 为输入电路提供 24v 的工作电源。在整个系统中起着十分重要得作用。如果 没有一个良好的、可 *得电源系统是无法正常工作的，因此plc 的制造商

31、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 。电源输入类型有： 交流电源（ 220vac 或 110vac） ，直流电源（常用的为 24vdc） 。 2.5 底板或机架 武汉职业技术学院 7 大多数模块式 plc 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块 间的联系，使 cpu 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连 接，使各模块构成一个整体。 2.6 plc 系统的其它设备 2.6.1 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

32、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。编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我 们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过plc 的 rs232 口。与计算机 相连。然后敲击键盘。通过 编程软件向 plc 内部输入程序。 2.6.2 人机界面： 最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体 式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非 常普及。 2.6.3 plc 的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。 因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出 网络就是控

33、制器 的观点说法。 plc 具有通信联网的功能，它使 plc 与 plc 之间、plc 与上位计算机 以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中 控制。多数 plc 具有 rs-232 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接 口。plc 的通信现在主要采用通过 485 的数据通讯、 cclink 或工业以太网 进行联网。 3 plc 的基本设计原则和选型 3.1 plc 控制系统的设计基本原则 任何一种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。因此，在设计 plc 控制系统时，应遵循以下基本原则： 3.1.1 最大限度地满足被控对象的控制要求

34、 充分发挥 plc 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 plc 控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计 武汉职业技术学院 8 人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关 先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、 现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难 问题。 3.1.2 保证 plc 控制系统安全可靠 保证 plc 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的 重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考 虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保

35、证plc 程序不仅在正常条件 下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等） ，也能正 常工作。 3.1.3 力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益 和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金 的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的 效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该 使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不 宜盲目追求自动化和高指标。 3.1.4 适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设

36、计时要适 当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择plc、输入/输 出模块、i/o 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展 和工艺的改进。 3.2 plc 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、功能表图及有关的编程语言有

37、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。 3.2.1 输入输出（i/o）点数的估算 武汉职业技术学院 9 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，对输入输出点数进行 调整。 3.2.2 存储器容量的估算 存储器容量是可编程

38、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 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。 3.2.3 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

39、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

40、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 武汉职业技术学院 10 大中型 plc 系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如tcp/ip） ， 需要时应能与工

41、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； 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，组成简易 plc 网络； 2）1 台 plc 为主

42、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 降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式

43、：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，如 c，basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。 5、诊断功能 plc 的诊断功能

44、包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断 确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对plc 内部 的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对plc 的 cpu 与外部输入输 出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 武汉职业技术学院 11 plc 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求， 并影响平均维修时间。 6、处理速度 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

45、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。 3.2.4 机型的选择 1、plc 的类型 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，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

46、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 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

47、和 降低应用成本。 考虑是否需要扩展机架或远程 i/o 机架等。 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 武汉职业技术学院 12 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 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因

48、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 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。 5、冗余功能的选择 1）控制单元的冗余 重要的过程单元： cpu（包括存储器）及电源均应 1b1 冗余。 在需要时也可选用 plc 硬件与热备软件构成的热备冗余系统、 2 重化 或 3 重化冗余容错系统等。 1）i/o 接口单元的冗余 控制回路的多点 i/o 卡应冗余配置。 重要检测点的多点 i/o 卡可冗余配置。 3）根据需要对重要的 i/o 信号，可 选用 2 重化或 3 重化的 i/o 接口单元。 第四章第四章 基

49、于基于 plc 的四层电梯设计的四层电梯设计 4.1 四层电梯的控制要求 1、电梯上行 （1）当电梯停于 1 楼 1f 或 2f、3f 时，4f 呼叫，则上行到 4 楼，碰到行程开 关后停止。 （2）当电梯停于 1 楼 1f 或 2f 时，3f 呼叫，则上行到 3 楼，碰到行程开关后 停止。 （3）当电梯停于 1 楼 1f 时，2f 呼叫，则上行到 2 楼，碰到行程开关后停止。 （4）当电梯停于 1 楼 1f 时，2f、3f 同时呼叫，则上行到 2 楼后，停 8 秒后， 继续上行到 3f 后停止。 （5）当电梯停于 1 楼 1f 时，3f、4f 同时呼叫，则上行到 3 楼后，停 8 秒后， 继

50、续上行到 4f 后停止 （6）当电梯停于 1 楼 1f 时，2f、4f 同时呼叫，则上行到 2 楼，停 8 秒后，继 续上行到 4f 后停止 武汉职业技术学院 13 （7）当电梯停于 1 楼 1f 时，2f、3f、4f 同时呼叫，则上行到 2 楼，停 8 秒后， 继续上行到 3f 后，停 5 秒后，继续上行到 4f 后停止。 （8）当电梯停于 2 楼 2f 时，3f、4f 同时呼叫，则上行到 3 楼，停 8 秒后，继 续上行到 4f 后停止。 2、电梯下行 （1）当电梯停于 4f 或 3f、2f 时，1f 呼叫，则下行到 1f 后，碰到行程开关后 停止。 （2）当电梯停于 4f 或 3f 时，

51、2f 呼叫，则下行到 2f 后，碰到行程开关后停止。 （3）当电梯停于 4f 时，3f 呼叫，则下行到 3f 后，碰到行程开关后停止。 （4）当电梯停于 4f 时，3f、2f 同时呼叫，则下行到 3f 后，停 8 秒后，继续 下行到 2f 后停止。 （5）当电梯停于 4f 时，3f、1f 同时呼叫，则下行到 3f 后，停 8 秒后，继续 下行到 1f 后停止。 （6）当电梯停于 4f 时，2f、1f 同时呼叫，则下行到 2f 后，停 8 秒后，继续 下行到 1f 后停止。 （7）当电梯停于 4f 时，3f、2f、1f 同时呼叫，则下行到 3f 后，停 8 秒后， 继续下行到 2f 后，停 8

52、秒后，继续下行到 1f 后停止。 （8）当电梯停于 3f 时，2f、1f 同时呼叫，则下行到 2f 后，停 8 秒后，继续 下行到 1f 后停止。 3、各楼层运行时间应在 20 秒以内，否则认为有故障。 4、电梯停于某一层时，相应的标志灯应亮。 5、电梯上、下行时，数码管应显示该层的楼层数。 6、启动时，当电梯没有停在任何楼层，可自动向上或向下停靠。 7、设定关闭电梯的功能，当电梯完成最后一个呼叫请求后，延时 3 秒后，自动 返回 1f 武汉职业技术学院 14 4.2 四层电梯的主电路图 4.3 四层电梯的 plc 输入输出图示： 武汉职业技术学院 15 4.44.4 四层电梯的四层电梯的 p

53、lcplc 输入输出表输入输出表 运行启动i0.0系统准备动作 运行停止i0.1系统停止 i0.2 一楼限位开关i0.3电梯停在一楼 二楼限位开关i0.4电梯停在二楼 三楼限位开关i0.5电梯停在三楼 四楼限位开关i0.6电梯停在四楼 一楼呼叫i0.7用于返回一层 二楼上行呼叫i1.0电梯上升到二楼停止 二楼下行呼叫i1.1电梯下降到二楼停止 三楼上行呼叫i1.2电梯上升到三楼停止 三楼下行呼叫i1.3电梯下降到三楼停止 四楼呼叫i1.4电梯上升到四楼停止 i1.5 i1.6 i1.7 电梯电机正传q0.0电梯上升运行 电梯电机反传q0.1电梯下降运行 电梯故障报警q0.2任何警报均蜂鸣 电梯上升q0.6电梯上升指示 电梯下降q0.7