1、畢業設計 (論文)論文題目：基于PLC的電梯控制系統設計 學 生： 王 余 指導教師： 花良浩 專 業： 電氣工程與其自動化 摘 要目前電梯控制系統主要有三種控制方式：繼電器控制系統、PLC控制系統、微機控制系統。PLC控制系統由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強,設計和調試周期較短等優點，倍受人們重視，已成為目前在電梯控制系統中使用最多的控制方式。本文在闡述電梯的結構和可編程控制器的結構和工作原理的基礎上，針對4層電梯，使用西門子S7-200可編程控制器，設計了電梯的控制系統，包括轎內指令和廳外召喚信號的登記與消除、電梯的選層和定向、電梯的開關門運行、電梯上下行控制、電梯的指層控制等部

2、分，實現了轎內與各層呼梯指令的記錄、電梯運行方向和選層的控制，電梯上下行和自動開關門、電梯的指層控制等功能。關鍵詞：四層電梯 控制系統 可編程控制器目 錄摘要第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72.2 PLC控制系統組成72.2.1 硬件的組成72.2.2 軟件的組成82.3 PLC控制系統抗干擾措施92.3.1 硬件抗干擾措施

3、92.3.2 軟件抗干擾措施112.4 PLC控制系統的發展趨勢12第3章 PLC的選型133.1 輸入輸出（I/O）點數的估算133.2 機型的確定錯誤！未定義書簽。3.2.1 主控制器的選擇錯誤！未定義書簽。3.2.2 擴展模塊的選擇錯誤！未定義書簽。第4章 四層樓電梯控制系統設計144.1 電梯控制模擬系統面板圖錯誤！未定義書簽。4.2 電動機控制電路圖144.3 PLC外部接線圖154.4 流程圖174.5 操作原理簡要說明194.6 編程元件明細表204.7 梯形圖及注釋214.7.1 電梯初始控制214.7.2 報警器及超重控制224.7.3 內指令信號的登記與消除224.7.4

4、電梯選層定向輔助234.7.5 外召喚信號的登記與消除244.7.6 電梯開關門274.7.7 電梯上下行錯誤！未定義書簽。4.7.8 電梯指層控制284.8 程序仿真與調試30第5章 結論與展望315.1 結論315.2 展望電梯發展方向錯誤！未定義書簽。致 謝32參考文獻33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。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、

5、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

6、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

7、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

8、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

9、，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

10、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

11、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。 1.2.2 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

12、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

13、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

14、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

15、，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

16、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124465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

17、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

18、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。

19、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，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

20、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”，

21、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

22、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。(

23、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

24、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

25、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

26、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 控制系統的組成2.1 PLC控制系統組成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

27、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2.1.1 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。2.1.1.1 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），

28、它包括：CPU，存儲器，通信接口等部分。2.1.1.2 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

29、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。2.1.1.3 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。2.1.1.4 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

30、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。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

31、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。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。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

32、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

33、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

34、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，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

35、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85%，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

36、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

37、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

38、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。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

39、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。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

40、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

41、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

42、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，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

43、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

44、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，而且還能進行模擬量控制，位置控制。特別是PLC的通信網絡技術的發展，使得PLC如虎添翼，由單機控制向多機控制，由集中控制向多層次分布式控制系統發展。現在PLC的足跡已遍布了國民經濟的各個領域，形成了滿足各種需要的PLC應用系統。今后PLC控制系統將朝什么方向發展呢？在市場經濟發達的今天，產品的發展取決于市場的需求。PLC的主要應用領域是自動化。不同的企業對自動化的要求，規模以及投資數額都不相同，存在著不同的層次需求。從我國目前正在開展的以高新技術帶動傳統產業發展形

45、式來看，我們不僅要大力發展適合于大，中型企業的高水準的PLC網絡，而且也要發展合適小型企業該找的性能價格比高的小型PLC控制系統。所以今后PLC控制系統將朝著兩個方向發展：一是向小型化，微型化系統方向發展。作為控制系統的關鍵設備，PLC將朝著體積更小，速度更快，功能更強，價格更低的方向發展。二是向大型化，網絡化，多功能的方向發展。(1)小型化、高性能、低成本、簡單使用。近年來，小型PLC應用十分普遍，超小型PLC的需求日趨增多。據統計，美國機床行業應用超小型PLC幾乎占據了市場的1/4，國外許多PLC廠家正在積極地研制開發出各種超小型微型的PLC。例如德國西門子公司的S7-200既可以單機運行

46、也可以聯網實現復雜的控制。S7-200的最小配置是8個數字量輸入和6個數字量輸出，還可以根據實際情況擴展27個模塊，最多可達到128個輸入和120輸出，此外S7-200還可以進行模擬量控制，是一種性能價格比較好的微型PLC(2)大型化、網絡化、多功能。多層次分布式控制系統與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。系統設計，組態也更為靈活方便，地域分布也廣，是當前控制系統發展的主要潮流。為了適應這種發展，實現工廠自動化，世界上各PLC生產廠家不斷地研制開發功能更強的PLC網絡系統。這種PLC網絡一般是多級的，網絡的最底層是現場執行級，網絡的最上層為組織管理級。現場執行級可以由多個PLC或遠程I/O

47、工作站所組成，中間一級由PLC或計算機構成。最高一級一般由高性能的計算機組成。它們之間采用工業以太網，MAP網和工業現場總線相連構成一個多級分布式PLC。(3)PLC控制系統將與智能控制系統更進一步地相互滲透和結合。目前，PLC與計算機已成為地結合并廣泛應用，PLC不再是單獨的一個控制裝置，它成為控制系統中的一個重要的組成部分和環節。隨著集成電路和計算機技術的進一步發展，今后的PLC將更加注重它與智能控制系統的結合。許多PLC開發商已經注意到了PLC的兼容性，不僅是PLC與PLC的兼容，而且還注意到PLC與計算機的兼容，使之可以充分地利用計算機現有的軟件資源。今后PLC將采用速度更快，功能更強

48、的CPU，容量更大的存儲器。并將更充分地利用計算機資源。PLC與工業控制計算機，集散控制系統，嵌入式計算機等系統還將進一步滲透與結合，這必將更進一步拓寬PLC的應用領域和空間。第3章 PLC的選型3.1 輸入輸出（I/O）點數的估算 本系統控制四層電梯,采用集選控制方式。為了完成設定的控制任務,主要根據電梯輸入/輸出點數確定PLC的機型。根據電梯控制的要求，電梯應具有內呼和外呼按鈕、行程開關、開關門按鈕，以及相應的指示燈，估算所需I/O口的數量，并繪制I/O口分配表，見表3-1。表3-1 I/O口分配表序號名 稱輸入點序號名 稱輸出點0一層內呼I0.00一層內呼指示Q0.01二層內呼I0.11

49、二層內呼指示Q0.12三層內呼I0.22三層內呼指示Q0.23四層內呼I0.33四層內呼指示Q0.34一層外呼上I0.44一層外呼上指示Q0.45二層外呼下I0.55二層外呼下指示Q0.56二層外呼上I0.66二層外呼上指示Q0.67三層外呼下I0.77三層外呼下指示Q0.78三層外呼上I1.08三層外呼上指示Q1.09四層外呼下I1.19四層外聽下指示Q1.110開門開關I1.210電梯上行門Q2.011關門開關I1.311電梯下行門Q2.112一層平層I1.412門電機開Q2.213二層平層I1.513門電機關Q2.314三層平層I2.014電梯上行指示Q2.415四層平層I2.115電梯

50、下行指示Q2.516開門限位I2.216超重指示Q2.617關門限位I2.317警報器Q2.718電梯上升極限位I2.418一層指示Q3.019電梯下降極限位I2.519二層指示Q3.120超重I2.620三層指示Q3.221警報器按鈕I2.721四層指示Q3.322激光傳感器I3.022圖3-2 EM223CN第4章 四層樓電梯控制系統設計4.1 電動機控制電路圖根據設計要求，本次設計的電氣控制系統主回路原理圖如圖4-2所示。圖中M1，M2為曳引電機和門電機，交流接觸器KM1KM4通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。FR1，FR2為起過載保護作用的熱繼電器，用于電

51、梯運行過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護作用。曳引電機 門電機圖4-2電動機控制電路圖4.2 PLC外部接線圖PLC外部接線圖見下圖4-3，其中包含主控制器CPU224CN及擴展模塊EM223。接線圖分為DC輸入端和DC輸出端。輸入端DC24V的負極接公共端1M和2M。輸入開關的一端接到DC24V的正極，輸入開關的另一端連接到CPU224或ME223各輸入端。輸出端DC24V的正極接L+端。輸出負載的一端接到DC24V的負極，輸入開關的另一端連接到CPU224或EM223各輸出端。圖4-3 PLC外部接線圖4.3 流程圖 電梯上下行流程圖見圖4-4。假設電梯停在N（N=1,2,3,

52、4）樓,M樓有信號,MN時，電梯上行；MN時，電梯下行。圖4-4 電梯上下行流程圖在電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內、外呼梯信號時，則電梯響應該外號。電梯應具有最遠反向外梯響應功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應四層向下外呼梯信號。電梯響應流程圖見圖4-5。圖4-5 電梯響應流程圖當電梯到達系統控制的目標樓層時，控制系統發出開門信號，電梯門開，當門開到開門限位時，計時3秒鐘，然后關門，直到關門限位產生信號。此過程期間，按開門按鈕電梯門打開，按關門

53、電梯門關閉，并且當門關閉動作時，門間來人會使光電傳感器產生信號，控制系統發出開門信號，電梯開關門流程圖見圖4-6。圖4-6 電梯開關門流程圖4.4 操作原理簡要說明電梯由安裝在各樓層廳門口的上升和下降呼叫按鈕進行呼叫操縱，其操縱內容為電梯運行方向。電梯轎箱內設有樓層內選按鈕S1S4，用以選擇需停靠的樓層。L1為一層指示、L2為二層指示、L3為三層指示、L4為四層指示，SQ1SQ4為到位行程開關。具體如下：1、開始時，電梯處于任意一層。2、當有外呼梯信號到來時，電梯響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時3S后自動關門。3、當有內呼梯信號到來時，電梯響應該呼梯信號，到達該樓層

54、時，電梯停止運行，電梯門打開，延時3S后自動關門。4、在電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內、外呼梯信號時，則電梯響應該外號。5、電梯應具有最遠反向外梯響應功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應四層向下外呼梯信號。6、電梯未平層或運行時，開門按鈕和關門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕電梯門打開，按關門電梯門關閉。4.5 編程元件明細表根據電梯控制的要求，為能實現電梯各種功能，構思PLC控制的程序，粗略估算肯能用到的編程元件。編程元件見下

55、表4-1。表4-1 編程元件明細表PLC編程元件明細表輸入繼電器II0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0輸出繼電器QQ0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 01.0 Q1.1 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q.31 Q3.2 Q3.3位存儲器MM1.1 M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 M0.5 M3.3 M2.0 M2.1 M2.2