1、寶雞技師學院寶雞技師學院畢業設計(論文) 論 文 題 目： 四層電梯控制系統設計 作者所在學院： 寶雞技師學院 作者所在專業： 機電一體化 作者所在班級： 08機電技師 作 者 姓 名 ： 作 者 學 號 ： 090232048 指導教師姓名： 完 成 時 間 ： 2011/04/08 目 錄第1章 緒論11.1 課題的研究背景及意義11.2 電梯的簡介21.2.1 電梯的起源21.2.3 電梯的定義與分類21.2.3 電梯電氣控制發展31.2.4 電梯的國內外發展狀況31.3 plc在電梯控制中的應用以及發展前景51.4 課題研究的內容6第2章 控制系統的選擇及介紹72.1 控制系統的選擇7

2、2.2 plc控制系統組成92.2.1 硬件的組成102.2.2 軟件的組成112.3 plc控制系統抗干擾措施152.3.1 硬件抗干擾措施152.3.2 軟件抗干擾措施172.4 plc控制系統的發展趨勢18第3章 plc的選型203.1 輸入輸出（i/o）點數的估算203.2 機型的確定213.2.1 主控制器的選擇213.2.2 擴展模塊的選擇22第4章 四層樓電梯控制系統設計234.1 電梯控制模擬系統面板圖234.2 電動機控制電路圖244.3 plc外部接線圖244.4 流程圖264.5 操作原理簡要說明284.6 編程元件明細表294.7 梯形圖及注釋304.7.1 電梯初始控

3、制304.7.2 報警器及超重控制314.7.3 內指令信號的登記與消除314.7.4 電梯選層定向輔助324.7.5 外召喚信號的登記與消除334.7.6 電梯開關門364.7.7 電梯上下行374.7.8 電梯指層控制424.8 程序仿真與調試44第5章 結論與展望455.1 結論455.2 展望電梯發展方向45致 謝47參考文獻48附錄 指令表63寶雞技師學院第1章 緒論1.1 課題的研究背景及意義電梯是高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。隨著社會的發展，建筑物規模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調速精度、調速范圍等靜態和動態特性提出了更高的要求。

4、電梯是集機電一體的復雜系統，不僅涉及機械傳動、電氣控制和土建等工程領域，還要考慮可靠性、舒適感和美學等問題。而對現代電梯而言，應具有高度的安全性。事實上，在電梯上已經采用了多項安全保護措施。在設計電梯的時候，對機械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數和保險系數。然而只有電梯的制造，安裝調試、售后服務和維修保養都達到高質量，才能全面保證電梯的最終高質量。在國外，已“法規”實行電梯制造、安裝和維修一體化，實行由各制造企業認可的、法規認證的專業安裝隊伍維修單位，承擔安裝調試、定期維修和檢查試驗，從而為電梯運行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更安全。美國一家保險公司對電梯的安全性做過

5、認真地調查和科學計算，其結論是：乘電梯比走樓梯安全5倍。據資料統計，在美國乘其他交通工具的人數每年約為80億人次，而乘電梯的人數每年卻有540億人次之多。目前，由可編程序控制器(plc)和微機組成的電梯運行邏輯控制系統，正以很快的速度發展著。采用plc控制的電梯可靠性高、維護方便、開發周期短，這種電梯運行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，己成為電梯控制的發展方向。可編程序控制器，是微機技術與繼電器常規控制技術相結合的產物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數字控制的專用計算機。自1969年針對工業自動控制的特點和需要而開發

6、的第一臺plc問世以來，迄今己30多年，它的發展雖然包含了前期控制技術的繼承和演變，但又不同于順序控制器和通用的微機控制裝置。它不僅充分利用微處理器的優點來滿足各種工業領域的實時控制要求，同時也照顧到現場電氣操作維護人員的技能和習慣，摒棄了微機常用的計算機編程語言的表達方式，獨具風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結構，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學，調試和查錯都很容易。用戶買到所需plc后，只需按說明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可靈活而方便地將plc應用于生產實踐。而且用戶程序的編制、修改和調試不需要具有專門的計算機編程語言知識。這樣就破除

7、了“電腦”的神秘感，推動了計算機技術的普遍應用。可編程序控制器plc在現代工業自動化控制中是最值得重視的先進控制技術。plc現已成為現代工業控制三大支柱(plc、cadcam、robot)之一，以其可靠性、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯網功能，易與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速記數與位控等高性能模塊等優異性能，同益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、記數繼電器等組成的傳統的繼電一接觸控制系統，在機械、化工、石油、冶會、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業德到廣泛應用。plc的應用深度和廣度已經成為一個國家工業先進水平的重要標志之一。總之，電梯的控制是比較復雜的，可

8、編程控制器的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。plc是專門為工業過程控制而設計的控制設備，隨著plc應用技術的不斷發展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩、可靠，抗干擾性能增強、機械與電氣部件有機地結合在一個設備內，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此，它已經成為電梯運行中的關鍵技術。1.2 電梯的簡介1.2.1 電梯的起源人類利用升降工具運輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔時就使用了最原始的升降系統，這套系統的基本原理至今仍無變化：即一個平衡物下降的同時，負載平臺上升。早期的升降工具基本以人力為動力。1203年，在法國海岸邊的一個修

9、道院里安裝了一臺以驢子為動力的起重機，這才結束了用人力運送重物的歷史。19世紀初，在歐美開始用蒸汽機作為升降工具的動力。1845年，第一臺液壓驅動升降機研制成功，液壓驅動的介質是水。盡管升降工具被一代代富有革新精神的工程師們進行不斷改進，然而被工業界普遍認可的升降機仍未出現，直到1852 年世界第一臺安全升降機誕生。1852年，美國紐約楊克斯的機械工程師奧的斯先生發明了世界第1臺安全升降機。1857年3年23日，奧的斯公司在紐約為一座專營法國瓷器和玻璃器皿的商店安裝了世界上第一臺客運升降機。1862年，奧的斯公司采用單獨蒸汽機控制的升降機問世。1878年，奧的斯公司在紐約百老匯大街155號安裝

10、了第1臺水壓式乘客升降機。1889年12月，奧的斯公司在紐約的第瑪瑞斯特大樓成功安裝了1臺直接連接式升降機。這是以直流電動機為動力的世界第1臺電力驅動升降機，從此誕生了名副其實的電梯。 1.2.3 電梯的定義與分類2003年2月19日國務院頒布了特種設備安全監察條例，明確規定電梯是特種設備，并對電梯的含義做了敘述：“電梯是指動力驅動，利用沿剛性導軌運行的箱體或者沿固定線路運行的梯級(踏板)進行升降或者平行運送人、貨物的機電設備”。這種對電梯的論述，被稱作廣義電梯概念，既包括上下運送人、貨物的升降式電梯，也包括用于水平或傾斜輸送乘客的自動人行道(英語passenger conveyor)和自動扶

11、梯(英語escalator)。現代電梯主要由曳引機（絞車）、導軌、對重裝置、安全裝置(如限速器、安全鉗和緩沖器等)、信號操縱系統、轎廂與廳門等組成。這些部分分別安裝在建筑物的井道和機房中。通常采用鋼絲繩摩擦傳動，鋼絲繩繞過曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動機驅動曳引輪使轎廂升降。電梯要求安全可靠、輸送效率高、平層準確和乘坐舒適等。電梯的基本參數主要有額定載重量、可乘人數、額定速度、轎廂外廓尺寸和井道型式等。目前，電梯行業及社會上對電梯的分類大致有以下幾種： (1)按用途分： 乘客電梯、載貨電梯、客貨電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、觀光電梯、其他專用電梯。(2)按額定速度分： 低速梯，常

12、指低于1.00m/s速度的電梯；中速梯，常指速度1.002.00m/s的電梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的電梯。超高速梯，速度超過5.00m/s的電梯。(3)按拖動方式分：交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條式電梯、螺旋式電梯。(4)按控制方式分：手柄操縱控制電梯、按鈕控制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯、向下集選控制電梯、并聯控制電梯、群控電梯、智能控制電梯。其他分類方式還有：按電梯有無司機分類等。1.2.3 電梯電氣控制發展1857年美國人otis發明出真正意義上的電梯。從此以后，電梯電氣控制技術越來越收到人們的重視。電梯電氣控制技術是否，主要體現在電梯電氣控制系統的設計上。電梯

13、的電氣控制主要是對各種指令信號、位置信號、速度信號和安全信號進行管理，使電梯正常運行或處于保護狀態，發出各種顯示信號。電梯的電氣控制，過去采用繼電器邏輯線路，一般稱繼電器控制。這種硬布線的邏輯控制方式具有原理簡單、直觀等特點。但通用性差，邏輯系統由許多觸點組成，接線復雜、故障率高、設備龐大，國家已規定淘汰。目前我國電梯主要由先進的、可靠性高的微型計算機或可編程控制器控制。plc是可編程控制器的簡稱，它是一種用于自動控制的專用微機，實質上屬于微機控制方式，但可編程控制器具有其自身的特點：plc在設計和制造上采取了許多抗干擾措施，能在較惡劣的各種環境里工作，可靠性高。plc將cpu、存儲器、1/0

14、接口等做成一體，使用方便，擴展容易。目前在國產電梯及中低檔的客梯廣泛采用了plc控制系統，特別適合在用電梯的技術改造和控制器開發。1.2.4 電梯的國內外發展狀況在經濟不斷發展，科學技術日新月異的今天，樓的高度已和經濟發展同樣的速度成長起來。作為建筑的中樞神經，電梯起著不可或缺的作用，電梯作為建筑物內的主要運輸工具，像其他的交通工具一樣，已經成為我們日常生活的一個不可缺少的組成部分。一個國家的電梯需求總量，主要受其經濟增長速度、城市化水平、人口密度及數量、國家產業結構等綜合因素的影響。在全球經濟持續低迷的情況下，我國國民經濟仍然以較高的速度持續增長，城市化水平不斷提高。這從客觀上導致了我國電梯

15、行業的空前繁榮景象，我國已經成為全球最大的電梯市場。上世紀80年代以來，隨著經濟建設的持續高速發展，我國電梯需求量越來越大。總趨勢是上升的，目自口進入了“第三次浪潮”，2004年總產量超過了8萬臺，而且目前還沒有減速的跡象。從1949年建國以來全國共生產安裝了6l萬多臺電梯。盡管如此，我國的電梯遠未達到飽和的程度。全世界平均1000人有l臺電梯，我國如果要達到這個水準，還需要增加70萬臺。到那時候，全國在用電梯將達到130萬臺，每年僅報廢更新就需要6萬臺。到2005年，中國電梯的年產量達到135萬臺，與1980年相比，25年增長了59倍，產量每年平均增長178%。2005年安裝驗收電梯1244

16、65臺，截至05年底，我國的在用電梯總數已達651794臺。如此龐大的市場需求為我國電梯行業的發展創造了廣闊的舞臺!我國電梯行業已經具備了很強的生產能力。興旺的電梯市場吸引了全世界所有的知名電梯公司，美國奧的斯、瑞士迅達、芬蘭通力、德國蒂森、同本三菱、日立、東芝、富士達等13家大型外商投資公司在國內的市場份額達到了74%。先進技術和先進管理的引進對國內電梯企業產生了強大的推動作用。蘇州江南、山東百斯特、浙江巨人、上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。目前國內市場需要的電梯產品，我國電梯行業幾乎全部可以生產，不但大量替代了進口，而且

17、有一定的出口。國產電梯的技術水平和產品質量正在穩步提高。自1985年我國參加了國際標準化組織isotcl78以來，先后等同或等效采用了一批國際標準和先進國家的標準。標準的高起點使我國電梯行業在技術上居于有利地位。許多新技術和新產品，如無機房電梯、無齒輪曳引機、永磁同步拖動技術、遠程監控技術等，國際上也是剛剛出現，我國就有許多企業可以生產了。國產電梯以其高質量，低成本的優勢贏得了越來越多的國內外客戶，為逐步進入國際市場創造了有利條件。中國電梯在亞洲市場占有越來越重要的位置，每年銷售量己達l萬臺左右，約占亞洲市場的1/50，一些合資企業在出口創匯方面也做出了貢獻。當今世界，電梯的生產情況與使用數量

18、已經成為衡量一個國家工業現代化程度的標志之一。在一些發達的工業國家，電梯的使用相當普遍。世界上有名的幾家電梯公司，諸如：美國奧的斯公司、瑞士訊達公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產量已占世界市場的51。其中，奧的斯公司和三菱公司是世界上最大的電梯生產企業。目前，國外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成走電梯家族中新的組成部分。1.3 plc在電梯控制中的應用以及發展前景目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、plc控制和微型計算機控制三種。而plc實際上是一種專用計算機，它采用巡回掃描的方式分時處理各項任務，而且依靠程序運行，

19、這就保證只有正確的程序才能運行，否則電梯不會工作；又由于plc中的內部輔助繼電器及保持繼電器等實際上是plc系統內存工作單元，即無線圈又無觸點，使用次數不受限制，屬無觸點運行，因此，它比繼電器控制有著明顯的優越性，運行壽命更長，工作更加可靠安全，自動化水平更高。plc控制是三種控制方式中最具有可靠性、實用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術改造和控制系統的更新換代，是電梯控制系統中理想的控制新技術。隨著科技的進步，電梯也更加安全、舒適。然而，人們的追求并沒有就此停止下來，仍在不斷地進行研究改進。綠色是和平，綠色是天然，綠色是和諧。電梯是載人的機電設備，要實現“綠色”，也就是強調電梯更

20、舒適、更安全地為人類的生產和生活服務，強調電梯與環境的協調與和諧。目前意義上的“綠色”，一般是強調“天然”的一面，強調與環境的協調與和諧。電梯屬于純粹的工業產品，其天然性應表現為對環境影響的盡可能小，與環境的協調與平衡，以及電梯本身的人性化。這也應是綠色電梯的發展方向。(1)智能化。 我們這罩所說的智能化電梯是傳統的人工智能是無法勝任的。傳統的智能控制是一種技術的事先安排，說到底是一種程序控制，是一種周期性的系統自動控制，實際上還算不上智能。而真正的智能電梯應更具人性化特點，不僅具有傳統的人工智能的所有優點，而且還有傳統的人工智能無法比擬的東西，具有動念和隨機處理各種問題的能力，諸如能根據轎廂

21、內的情況和各層的候梯信息，自動地制定每次最優的運動速度和停車政策；自動選擇運動方面；雙向語音交流；到達目的層的語音提示等，讓乘客有更多的主動性，使大樓交通運輸實現真正的人機對話。智能化要求電梯有自動安全檢測功能，讓電梯自己能夠檢測到電梯的故障所在，并及時報警予以排除。(2)安全。 運行安全是電梯的根本和關鍵。可以說，電梯的全部其他工作都是以此為中心展開的，使電梯安全運行更有保障。運行安全不僅要消除電梯啟動時較強的電磁輻射，使用安全材料和運行穩定，而且要有一種良好的視覺效果，讓每一位乘客在寬敞、明亮轎廂內有安全、舒適的好心情。同時，電梯運行安全也要求電梯在運行中發生故障時，不但要使乘客容易與外界

22、溝通聯系，而且電梯本身應當能自動播放讓乘客感到放松的音樂，徹底消除產生緊張不安的情緒。(3)與環境的協調和平衡，包括以下幾個方面：視覺協調。 有人曾經做過環境色彩是否對人有影響的研究。該研究發展：視覺不協調的環境色彩對人的情緒、精神影響非常大。色彩宜人，格調高雅，制作精良的電梯，乘客自然會有一種安全的感覺，有一種視覺上的舒適。用料低廉，款式陳舊，色彩沉悶，甚至破破爛爛的電梯，乘客視覺協調無從談起，乘坐電梯的第一感覺就是不安全。國內的許多電梯公司對此的重視是遠遠不夠的，甚至不少通過引進國外技術國產化的電梯也顯露出一副土生土長的容貌。消除電磁輻射。 如前所述，由于電梯是大樓里頻繁起制動的大容量電器

23、是電磁干擾的元兇，所以綠色電梯必須是一個達到自身對大樓電磁干擾最小，而又不被其他電磁干擾影響的建筑機電設備。這樣不僅可以保證乘客的身心健康，而且也可以保證大樓、大廈中的大樓的辦公自動化(0a)、樓宇自動化(ba)、通訊自動化(ca)的正常運轉。舒適感。 通過采用高載頻波矢量靜音變頻器，可降低噪聲變換頻率及電壓。以cpu控制電壓及頻率的連續變換方式，按人體生理適應要求，利用計算機優化設計而成的理想運行曲線，實現更穩定、更舒適的運行。對現代化電梯性能的衡量，主要著重于可靠性、安全性和乘坐的舒適性。此外，對經濟性、能耗、噪聲等級和電磁干擾程度等方面也有相應要求。隨著時代的發展，對人在與外界隔離封閉的

24、電梯轎廂內，心理上的壓抑感和恐懼感也有所考慮。因此，提倡對電梯進行豪華性裝修，比如：轎廂內用鏡面不銹鋼裝潢、在觀光電梯井道設置宇宙空間或深海景象：進而主張電梯、扶梯應與大自然相協調，在扶梯的周圍種植花草；在轎廂壁和頂棚裝飾某些圖案甚至是有變化的圖案，并且在色彩調配上要令人賞心悅目；在轎廂內播放優美的音樂，用以減少煩躁；在轎廂內播放電視節目，乘客可收看天氣預報、新聞等。1.4 課題研究的內容課題所研究的內容主要是用可編程控制器（plc）自動控制電梯系統。由于大部分老式電梯的電控系統可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統進行改造，以節約資金。因此，對電梯控制技術進行研究，找出一條適合國產老式電梯的改

25、造之路，并進而提高國產電梯的技術水平和質量，具有十分重要的意義。針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（plc）來控制電梯。論文的主要內容如下：首先對電梯系統及可編程控制器（plc）作了比較全面的總結和介紹。接著根據電梯的控制要求，設計模擬控制模板，確定plc所需的輸入/輸出口的數量，確定plc的型號，選定主機機型，并進行擴展。然后設計plc的外部接線圖、流程圖等，編寫控制程序，最后對編寫的電梯控制程序進行仿真和調試。第2章 控制系統的選擇及介紹2.1 控制系統的選擇目前電梯控制系統主要有三種控制方式

26、：繼電器控制系統、plc控制系統、微機控制系統。通過對比，來選擇此電梯的控制系統。(1)plc控制系統與繼電器控制系統的比較。從某種意義上說，plc是從繼電器控制發展而來的。兩者既有相似性又有不同之處。下面對兩者進行比較見表2-1。表2-1 plc與繼電器控制系統比較表比較項目繼電器控制系統plc控制系統控制功能的實現由許多繼電器，采用接線的方式來完成控制功能各種控制功能是通過編制的程序來實現的對生產工藝過程變更的適應性適應性差。需要重新設計，改變繼電器和接線適應性強，只需對程序進行修改控制速度低。靠機械動作實現極快。靠微處理器進行處理計數及其他特殊功能一般沒有有安裝，施工連線多，施工繁安裝容

27、易，施工方便可靠性差，觸點多，故障多高，因元器件采用了篩選和老化等可靠性措施壽命短長可擴展性困難容易維護工作量大，故障不易查找有自診能力，維護工作量小通過plc與繼電器控制系統的比較，可以得出結論：由于plc控制系統與繼電器控制系統相比具有無法比擬的優點，因此，在今后的控制系統中，傳統的繼電器控制系統被plc控制系統所代替是大勢所趨。(2)plc控制系統與計算機系統的比較。20世紀60年代，由于小型計算機的出現，有人曾試圖用小型計算機來取代當時占統治地位的繼電器控制系統，結果未獲成，結果卻是plc的出現。通過計算機與plc本身的工作目的，原理和方式上都存在著較大的差異，其結果比較見下表2-2：

28、表2-2 plc與計算機系統比較表比較項目通用計算機系統plc控制系統工作目的科學計算，數據管理等工業自動控制工作環境對工作環境要求比較高對環境要求低，可在惡劣的工業現場工作工作方式中斷處理方式循環掃描方式系統軟件需配備功能較強的系統的軟件一般只需要簡單的監控程序采用的特殊措施掉電保護等一般性措施采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護，可在線維修編程語言匯編語言，高級語言梯形圖，助記符語言，sfc標準化語言對操縱人員的要求需專門培訓，并具有一定的計算機基礎一般技術人員，稍加培訓即可操作使用對內存的要求容量大容量小價格價格高價格較低其他若用于控制，一般需自行設計機種多，模塊種類多，易于集成系統由表

29、2-2得出結論：一般情況下，在工業自動化工程中采用plc可靠，方便，易于維護。進入20世紀70年代，采用微處理器的工業控制計算機出現了。它與plc共同推動著傳統工業的技術改造。經過較長時間是實踐，人們又發現，plc與一般的工業控制計算機相比，plc還是有著較強的優勢，其原因是plc專為在工業環境下的應用而設計，在plc中采用了如下的硬件和軟件措施：光電耦合隔離和r-c濾波器，有效地防止了干擾信號的進入。內部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。 采用優良的開關電源，防止電源線引入的干擾。具有良好的自診斷功能可對cpu等內部電路進行檢測，一旦出錯，立即報警。對程序及有關數據有電池供電進行后備，一旦斷電或運

30、行停止，有關狀態及信息不會丟失。對采用的器件都進行了嚴格的篩選和簡化，排除了因器件問題而造成的故障。采用了冗余技術進行一步增強了可靠性。對某些大型plc還采用了雙cpu構成冗余系統，或三cpu構成表決式系統。隨著構成plc的元器件性能的提高，plc的可靠性也在相應的提高。一般plc的平均無故障時間可達到幾萬小時以上。某些plc的生產廠家甚至宣布，今后生產plc不再標明可靠性這一指標，因為對pcl來講這一指標已毫無意義了。經過大量時間人們發現plc系統在使用中發生的故障大是是由于plc的外部開關，傳感器，執行機構引起的，而不是plc本身發生的。另外，plc程序設計簡單，易學，易懂，易維護，更適合

31、于工程技術人員。因此，plc在工業控制方面獲得了極大成功，成為工業控制中的主流。但是必須指出的是：計算機在信息處理方面還是優于plc，所以在一些自動化控制系統中，常常將兩者結合起來，plc做下位機進行現在控制，計算機做上位機信息處理。計算機與plc之間通過通信線路實現信息的轉換和交換。這樣相輔相成，構成一個功能較強的完整的控制系統。從上邊的論述和比較可以看出。由plc的硬件決定了它的可靠性和控制功能比繼電器控制系統高的多，它是專門為工業控制場合設計的，所以他的穩定性也比一般通用計算機要好的多，而且它操作簡單靈活，易于實現系統升級和功能擴展，所以在本設計中采用plc來進行控制。2.2 plc控制

32、系統組成plc控制系統像一般的計算機控制系統一樣，也是由硬件和軟件兩個部分組成的，硬件是指plc本身及其外圍設備，軟件是指管理plc的系統軟件，plc的應用程序，編程語言和編程支持工具軟件。圖2-1 典型plc控制系統的硬件組成圖2.2.1 硬件的組成圖2-1為典型plc控制系統的硬件組成圖。plc控制系統的硬件是由plc，輸入/輸出（i/o）電路及外圍設備等組成的。系統規模可根據實際應用的需要而定，可大可小。下面對構成控制系統的主要部分簡要介紹。2.2.1.1 主控模塊 除了早期生產的整體式plc（plc的各個不見都在同一機殼內）外，目前市場多數的plc都已采用模塊化的結構（plc的各個部件

33、獨立封裝，稱之為模塊）。在plc中各個模塊均通過系統總線相互連接起來構成一個系統。在這個系統中最核心的模塊是主控模塊（也稱cpu），它包括：cpu，存儲器，通信接口等部分。(1)cpu：cpu是plc的控制中樞，它由控制器和運算器組成。其中，控制器是用來統一指揮和控制plc工作的部件。運算器則是進行邏輯，算術等運算部件。plc在cpu的控制下使整個機器有條不紊的協調工作，以實現對現場各個設備的控制。cpu的具體作用如下：執行接受，存儲用戶程序的操作指令。用以掃描方式來自輸入單元的數據和狀態信息，并存入相應的數據存儲區。執行監控程序和用戶程序。完成數據和信息的處理，產生相應的內部控制信號，完成用

34、戶指令規定的各種操作。響應外部設備（如編程器，打印機）的請求。plc中所采用的cpu隨機型的不同而不同，通常有3種：通用微處理器（如8086，80286，80386等），單片機芯片，位片式處理器。一般來說，小型plc多采用8位微處理器或單片機作為cpu，如intel8086，inter96系列單片機，具有集成度高，運算速度快，可靠性高等優點。如日本歐姆龍公司生產的omronc200h型plc采用的是motorola公司生產的mc68b09的cpu芯片。這是一種增強型8位微處理器。對大型plc，大多采用高速位片式微處理器，它具有靈活性強，速度快，效率高的優點。目前，一些廠家生產的plc中，還采用

35、了冗余技術，即采用雙cpu或三cpu工作，進一步提高了系統可靠性。采用冗余技術可使plc的平均無故障工作時間達幾十萬小時以上。(2)存儲器：plc系統中的存儲器主要用于存放系統程序，用戶程序和工作狀態數據。系統程序存儲區：采用prom或eprom芯片存儲器。它是由生產廠家直接存放的，永久存儲的程序和指令，稱為監控程序。監控程序和plc的硬件組成與專用部件的特性有關，用戶不能隨意訪問和修改這部分存儲器的程序。存儲器區：工作數據是plc運行過程中經常變化的，需要隨機存取的一些數據。這些數據一般不需要長久保存，因此采用隨機存儲器ram。數據存儲區包括輸入，輸出數據映象區，定時器/計數器預置和當前數值

36、的數據。用戶程序存儲區：用于存放用戶經編程器或計算機輸入的應用程序。一般采用eprom或eeprom存儲器，用戶可重新編程。用戶程序存儲器的容量一般就代表plc的標稱容量。通常，小型機小于8kb，中型機小于50kb，而大型機可以在50kb以上。(3)通信接口：主控模塊通常有一個或一個以上的通信接口（簡稱通信口），用以與計算機，編程器相連，實現編程，調試，運行，監視等功能。2.2.1.2 輸入/輸出模塊 plc的控制對象是工業生產過程，它與工業生產過程的聯系是通過i/o模塊實現的。生產過程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開關量，繼電器狀態等，因此，需要有相應的i/o模塊作為cpu

37、與工業生產現場的橋梁。且這些模塊應具有較好的抗干擾能力。目前，生產廠家已開發出各種型號的模塊供用戶選擇。對于輸入/輸出模塊有：數字量輸入/輸出模塊，開關量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊，交流新號輸入/輸出模塊，220v交流輸入/輸出模塊。還有智能模塊，它本身帶cpu，存儲器和監控系統，可獨立完成各種運算。智能模塊的種類很多，如高速計數模塊，pid調節的模擬量控制模塊，閥門控制模塊，智能存儲模塊和智能i/o模塊。2.2.1.3 電源模塊 該模塊將交流電源轉換成供cpu存儲器所需的直流電源，是整個plc系統的能源供給中心。它的好壞直接影響到plc的功能和可靠性。目前，大多數plc采用高質量的

38、開關式穩壓電源，與普通電源相比，plc的電源工作穩定性好，抗干擾能力也強。有些機器的電源除了供內部電路使用外，還向外提供24vdc的穩壓電源，用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。2.2.1.4 i/o電路 plc的基本功能就是控制，它采集被控對象的各種信號。經過plc處理后，通過執行裝置實現控制。輸入電路就是被控對象（需要進行控制的機器，設備和生產過程）進行檢測，采集，轉換和輸入。另外，安裝在控制臺上的按鈕，開關等也可以向plc送控制指令。輸出電路的功能就是接受plc輸出的控制信號，對被控對象執行控制任務。plc的外圍設備很多，但基本功能不外乎對信息和數據的處理

39、。常用的有編程器，可編程終端，打印機，條碼讀入機等等。編程器plc的重要外圍設備之一，它可以將用戶編寫的程序送到plc的用戶程序存儲器。因此，它的主要任務是輸入程序，調試程序和監控程序的執行過程。可編程終端是具有i/o功能的plc人機界面產品。人可以通過觸摸屏幕將信息輸入plc中同樣可編程終端也可以將plc的輸入數據和信息顯示在屏幕上。2.2.2 軟件的組成plc控制系統的軟件主要是系統軟件，應用軟件，編程語言及編程支持工具軟件幾個部分組成。如圖2-2是plc內部工作示意圖。2.2.2.1 plc系統軟件與工作過程 plc系統軟件是plc工作所必須的軟件。在系統軟件的支持plc對用戶程序進行逐

40、條的解釋，并加以執行，直到用戶程序結束，然后返回到程序的起始又開始新的一輪掃描。plc的這種工作方式就稱之為循環掃描。圖2-2 plc內部工作示意圖值得注意的是在繼電器控制系統中，一個繼電器的線圈被接通或斷開，繼電器的所用觸點（常開觸點和常閉觸點）都會立即動作。但在plc中，由于采用的是循環掃描的工作方式，所用只有掃描到“線圈”的觸點時，才會動作，沒有掃描到時，觸點就不會動。并且plc掃描一次用戶程序的時間即掃描周期與擁護程序的長短和掃描速度有關，一般為1ms至幾十毫秒。現以omronp型機為例來說明plc掃描的工作過程，如上圖在沒有掃描之前，plc首先應保證自身的完好性。接通電源之后，為消除

41、各元件狀態的隨機性，進行清零或復位處理，檢查i/o單元連接是否正確，再執行一段程序。使它涉及到各種指令和內存單元，如果執行的時間不超過規定的時間范圍，則證明自身完好，否則系統關閉。上述操作完成后，將時間監視定時復位，才允許掃描用戶程序。公共操作是在每次掃描程序前又一次自檢，若發現故障，除了報警顯示燈亮之外，還判斷故障性質。一般性故障，只報警，不停機，等待處理；對于嚴重故障，則停止運行用戶程序，此時plc切斷一切輸出。數據i/o數據輸入/輸出操作有的稱為i/o狀態刷新。它包括兩種操作：一是采樣輸入信號（即刷新輸入狀態的內容）；二是送出處理結果（即按輸出狀態表的內容刷新輸出電路）。plc數據i/o

42、如圖2-3所示：圖2-3 plc數據i/o示意圖(1)輸入映象存儲器及刷新。由上圖所示可知送入plc端子上的輸入信號，經過電隔離，電平轉換，濾波處理后，進入緩沖器內cpu的采樣。在plc的存儲器有一個專門存放i/o數據區，其中對應輸入端子的數據區，稱之為輸入映象存儲器。當cpu采樣時，輸入信號由緩沖區進入映象區。接著就是數據輸入或輸出狀態刷新。只有在采樣刷新的時刻，輸入映象存儲器中的內容才與輸入信號（不考慮電路固有的慣性和濾波滯后影響）一致，其他時間范圍輸入信號變化是不會影響映象存儲器的內容的。由于plc掃描周期一般只有幾十毫秒，所以兩次采樣時間很短，對一般開關量來說，可以認為沒有因間斷采樣引

43、起的誤差。即認為輸入信號一旦變化，就能立即進入輸入映象的存儲器內。(2)輸出映象存儲器及輸出狀態刷新。同樣道理，cpu不能直接驅動負載。按用戶程序要求及當前輸入狀態，要保持到下次刷新為止。同樣，對于變化較慢的控制過程來說，因為兩次刷新的時間間隔和輸出電路的慣性時間常數一般才幾十毫秒，可以認為輸出信號是及時的。執行用戶程序這里又包括監視與執行兩部分。(1)監視定時器wdt。監視定時器就t1是通常所說的“看門狗” wdt（watch-dogtimer），它是用來監視程序執行是否正常。正常時，執行完用戶程序多用的時間不會超過t1，在程序復位wdt，即執行程序并開始計時：執行完用戶程序后立即令wdt復

44、位，表示程序執行正常。當程序執行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環，則wdt會發出超時報警信號，使程序重新開始執行。如果是偶然因素造成超時，重新程序不會再遇到“偶然干擾”，系統便轉入正常運行；若由于不可恢復的確定性故障，則系統會自動地停止執行用戶程序，切斷外部負載，發出故障信號，等待處理。(2)執行用戶程序。用戶程序是放在用戶程序存儲器中的，掃描時，按順序從零步開始，逐步解釋和執行，直到執行end指令才結束對用戶程序的掃描。2.2.2.2 應用軟件 plc控制系統的應用軟件是指為完成plc實際控制任務而編制的各種軟件。隨著plc應用領域范圍的不斷擴大，應用水平的提高，plc應用軟件也大大豐

45、富起來了。plc應用軟件與一般計算機信息處理軟件相比，有很大不同，plc應用軟件有以下幾個特點：(1)應用軟件設計必須與生產工藝緊密結合。生產工藝要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生產過程，由于各種設備的工藝參數不一樣，控制實現的方式也不一樣。所以程序設計人員必須深入現場，嚴格遵守生產工藝的具體要求來設計應用程序。(2)應用軟件與硬件緊密相關。軟件設計人員不能拋開硬件配置和系統孤立地考慮軟件設計。設計必須根據硬件系統，接口的實際情況進行相應的程序設計。(3)plc應用軟件的設計需要計算機，自動控制技術甚至網絡通信技術等多種知識。特別是plc網絡的出現，plc控制系統不再是一個單獨的

46、裝置。在控制系統中，可能包括有多臺不同型號的plc，計算機，外圍設備等。因此在進行軟件設計時，實現和處理某種控制功能都離不開計算機，自動控制和通信技術。因此，應用程序中不僅有plc程序，還有計算機程序和通信網絡程序等。2.2.2.3 編程語言及編程支持工具軟件 plc有多種編程語言：梯形圖語言，助記符語言，邏輯功能圖語言，布爾代數語言和某些高級語言（basic，c語言等）。但使用廣泛的還是梯形圖語言和助記符語言。現在世界上各個plc生產廠家都研制了自己的plc編程支持工具軟件和監控組態軟件。用戶可以根據自己的需要利用這些軟件來改善軟件的開發環境，提高編程效率。2.3 plc控制系統抗干擾措施自

47、動化系統中所使用的各種類型plc，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在生產現場的各單機設備上，雖然它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中，但plc是專門為工業生產環境而設計的控制裝置，在設計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應惡劣工業環境的能力、運行穩定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業環境使用，但是由于它直接和現場的i/o設備相連，外來干擾很容易通過電源線 或i/o傳輸線侵入，從而引起控制系統的誤動作。plc受到的干擾可分為外部干擾和內部干擾。在實際的生產環境下，外部干擾是隨機的，與系統結構無關，且干擾源是無法消除的，

48、只能針對具體情況加以限制；內部干擾與系統結構有關，主要通過系統內交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設計系統線路來削弱和抑制內部干擾和防止外部干擾。要提高plc控制系統的可靠性，就要從多方面提高系統的抗干擾能力。2.3.1 硬件抗干擾措施2.3.1.1 plc控制系統的安裝和使用環境 plc是專為工業控制設計的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業環境使用。但是在plc控制系統中，如果環境過于惡劣，或安裝使用不當，會降低系統的可靠性。plc使用環境溫度通常在0 55范圍內，應避免太陽光直接照射，安裝位置應遠離發熱量大的器件，同時應保證有足夠大的散熱空間和通風條件。環境濕度一般應小于8

49、5%，以保證plc有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合，需將plc封閉安裝。此外，如果plc安裝位置有強烈的振動源，系統的可靠性也會降低，所以應采取相應的減振措施。2.3.1.2 plc的電源與接地 plc本身的抗干擾能力一般都很強。通常，只能將plc的電源與系統的動力設備電源分開配線，對于電源線來的干擾，一般都有足夠強的抑制能力。但是，如果遇上特殊情況，電源干擾特別嚴重，可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設備與地之間的干擾，提高系統的可靠性。如果一個系統中含有擴展單元，則其電源必須與基本單元共用一個開關控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時進行。良好的接地是保證plc安全可靠

50、運行的重要條件。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給plc接專用地線，并且接地點要與其它設備分開，如圖2-4（a）。若達不到這種要求，也可采用公共接地方式，如圖2-4（b）。但是禁止采用串聯接地方式，如圖2-4（c），因為它會使各設備間產生電位差而引入干擾。此外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接地點應盡可能靠近plc 。圖2-4 plc的接地接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是plc控制系統抗干擾的重要措施之一。接地在消除干擾上起很大的作用。這里的接地是指決定系統電位的地，而不是信號系統歸路的接地。在plc控制系統中有許多懸浮的金屬架，它們是懼空中

51、干擾的空中線，需要有決定電位的地線。交流地是plc控制系統供電所必需的，它通過變壓器中心點構成供電兩條回路之一。這條回路上的電流、各種諧波電流等是個嚴重的干擾源。因此交流地線、直流地線、模擬地和數字地等必須分開。數字地和模擬地的共點地最好置懸浮方式。地線各點之間的電位差盡可能小，盡量加粗地線，有條件可采用環形地線。系統地端子(lg)是抗干擾的中性端子，通常不需要接地，可是，當電磁干擾比較嚴重時，這個端子需與接大地的端子(gr)連接。2.3.1.3 plc的輸入、輸出設備 輸入電路是plc接受開關量、模擬量等輸入信號的端口，其元器件質量的優劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統可靠性的重要因素。

52、以開關量輸入為例，按鈕、行程開關的觸點接觸要保持在良好狀態，接線要牢固可靠。機械限位開關是容易產生故障的元件，設計時，應盡量選用可靠性高的接近開關代替機械限位開關。此外，按鈕觸點的選擇也影響到系統的可靠性。在設計電路時，應盡量選用可靠性高的元器件，對于模擬量輸入信號來說，常用的有420ma、020ma直流電流信號；05v、010v直流電壓信號，電源為直流24v。對于開關量輸出來說，plc的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，具體選擇哪種形式的輸出應根據負載要求來決定，選擇不當會使系統可靠性降低，嚴重時導致系統不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負載，晶體管輸出只能用于直流負載。

53、此外，plc的輸出端子帶負載能力是有限的，如果超過了規定的最大限值，必須外接繼電器或接觸器，才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執行元件的質量，是影響系統可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機械故障造成觸點不動或接觸不良。這一方面可以通過選用高質量的元器件來提高可靠性，另一方面，在對系統可靠性及智能化要求較高的場合，可以根據電路中電流異常的情況對輸出單元的一些重點部位進行診斷，當檢測到異常信號時，系統按程序自動轉入故障處理，從而提高系統工作的可靠性。若plc輸出端子接有感性元件，則應采取相應的保護措施，以保護plc的輸出觸點。 為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸

54、入、輸出應分別使用各自的電纜；對于集成電路或晶體管設備的輸入、輸出信號線、必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側懸空，而在控制側接地，其處理方式如圖2-5。圖2-5 屏蔽電纜的處理2.3.2 軟件抗干擾措施 硬件抗干擾措施的目的是盡可能地切斷干擾進入控制系統，但由于干擾存在的隨機性，尤其是在工業生產環境下，硬件抗干擾措施并不能將各種干擾完全拒之門外，這時，可以發揮軟件的靈活性與硬件措施相結合來提高系統的抗干擾能力。2.3.2.1 利用“看門狗”方法對系統的運動狀態進行監控 plc內部具有豐富的軟元件，如定時器、計數器、輔助繼電器等，利用它們來設計一些程序，可以屏蔽輸入元件的錯誤信號，防止輸出

55、元件的誤動作。在設計應用程序時，可以利用"看門狗"方法實現對系統各組成部分運行狀態的監控。如用plc控制某一運動部件時，編程時可定義一個定時器作“看門狗”用，對運動部件的工作狀態進行監視。定時器的設定值，為運動部件所需要的最大可能時間。在發出該部件的動作指令時，同時啟動"看門狗"定時器。若運動部件在規定時間內達到指定位置，發出一個動作完成信號，使定時器清零，說明監控對象工作正常；否則，說明監控對象工作不正常，發出報警或停止工作信號。2.3.2.2 消抖 在振動環境中，行程開關或按鈕常常會因為抖動而發出誤信號，一般的抖動時間都比較短，針對抖動時間短的特點，

56、可用plc內部計時器經過一定時間的延時，得到消除抖動后的可靠有效信號，從而達到抗干擾的目的。 2.3.2.3 用軟件數字濾波的方法提高輸入信號的信噪比 為了提高輸入信號的信噪比，常采用軟件數字濾波來提高有用信號真實性。對于有大幅度隨機干擾的系統，采用程序限幅法，即連續采樣五次，若某一次采樣值遠遠大于其它幾次采樣的幅值，那么就舍去之。對于流量、壓力、液面、位移等參數，往往會在一定范圍內頻繁波動，則采用算術平均法。即用n次采樣的平均值來代替當前值。一般認為：流量n= 12，壓力n=4最合適。對于緩慢變化信號如溫度參數，可連續三次采樣，選取居中的采樣值作為有效信號。對于具有積分器a/d轉換來說，采樣時間應取工頻周期(20ms)的整數倍。實踐證明其抑制工頻干擾能力超過單純積分器的效果。2.4 plc控制系統的發展趨勢plc當初是針對工業順序控制發展而研制的。經過30幾年的迅速發展，plc已不僅能進行開關量控制