1、精選優質文檔-傾情為你奉上 畢 業 論 文 設 計 目錄 摘要 1第一章 緒論21.1 引言21.2 概述31.2.1 電梯的組成31.2.2 電梯的工作原理31.2.3 PLC定義41.2.4 PLC的產生與發展41.2.5 PLC未來展望51.2.6 PLC的特點51.2.7 PLC的應用領域71.2.8 PLC的基本結構81.2.9 PLC的工作原理91.2.10 常用的程序設計語言 9第二章 課題的任務分析 112.1 基于三菱FX2N系列PLC電梯控制系統分析112.1.1 概述112.1.2 電梯理想運行曲線112.1.3 電梯速度曲線122.1.4 電梯控制系統132.2 整體設

2、計流程的確定 14第三章 可編程控制器的機型選擇143.1 PLC的IO點數估算143.2 內存估計143.3 響應時間153.4 輸入輸出模塊的選擇153.5 機型的確定153.5.1 FX2N-48MR-001技術指標153.5.2 FX2N-48MR-001系列PLC的功能15第四章 硬件設計164.1 電梯模型介紹164.2 輸入輸出分配表164.3 PLC接線圖17第五章 軟件設計175.1 程序流程圖175.2 程序語句195.2.1 外部信號輸入存儲程序195.2.2 轎廂停于某層時，所在樓層存于D0并用數碼管顯示程序 225.2.3 比較判斷轎廂上下行程序225.2.4 補充程

3、序245.2.5 開關門程序245.2.6 轎廂上行程序265.2.7 轎廂下行程序26第六章 程序調試、運行286.1 程序調試296.2 程序運行過程中出現的問題及調試296.3 程序最終運行情況306.4 PLC控制系統的外部干擾30第七章 總結31結束語 31致謝 32參考文獻 33附錄 34附錄一 系統總接線圖34附錄二 電梯模型的正面接線圖35附錄三 電梯模型的背面電路圖36附錄四 PLC接線圖37附錄五 轎廂所在樓層及上下行指示38附錄六 程序總梯形圖39專心-專注-專業摘要電梯在國民經濟和生活中有著廣泛的應用。電梯已成為重要的運輸設備之一。國內傳統的電梯控制是由繼電器、接觸器構

4、成的。它不僅存在著可靠性差、成本高、故障率高等缺點,而且在層數增加時,配線變化給制造及安裝帶來諸多不便。電梯的仿真監控系統是以四層電梯為控制對象，用PLC實現對電梯的控制。該課題的設計任務是用可編程控制器（PLC）控制四層電梯，實現所有的控制要求。該課題的設計思路是采用隨機邏輯控制原理，根據電梯自身的控制規律，響應隨機的外部呼叫信號。該設計分析、討論了用FX2N型PLC控制電梯模型的程序設計的整個過程,并主要闡述了三個方面：系統的控制要求、系統配置、軟件設計。第一章 緒論1.1 引言電梯進入人們的生活已經150年了。一個半世紀的風風雨雨，翻天覆地的是歷史的變遷，永恒不變的是電梯提升人類生活質量

5、的承諾。1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙格雷夫斯奧的斯第一次向世人展示了他的發明。他站在裝滿貨物的升降梯平臺上，命令助手將平臺拉升到觀眾都能看得到的高度，然后發出信號，令助手用利斧砍斷了升降梯的提拉纜繩。令人驚訝的是，升降梯并沒有墜毀，而是牢牢地固定在半空中奧的斯先生發明的升降梯安全裝置發揮了作用。“一切安全，先生們。”站在升降梯平臺上的奧的斯先生向周圍觀看的人們揮手致意。誰也不會想到，這就是人類歷史上第一部安全升降梯。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

6、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。英國科學家瓦特發明蒸汽機后，起重機裝置開始采用蒸汽為動力。緊隨其后，威廉湯姆遜研制出用液壓驅動的升降梯，液壓的介質是水。在這些升降梯的基礎上，一代又一代富有創新精神的工程師們在不斷改進升降梯的技術。然而，一個關鍵的安全問題始終沒有得到解決，那就是一旦升降梯拉升纜繩發生斷裂時，負載平臺就一定會發生墜毀事故。奧的斯先生的發明徹底改寫了人類使用升降工具的歷史。從那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戲”了，升降梯在世界范圍內得到廣泛應用。

7、1889年12月，美國奧的斯電梯公司制造出了名副其實的電梯，它采用直流電動機為動力，通過蝸輪減速器帶動卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。1892年，美國奧的斯公司開始采用按鈕操縱裝置，取代傳統的轎廂內拉動繩索的操縱方式，為操縱方式現代化開了先河。生活在繼續，科技在發展，電梯也在進步。150年來，電梯的材質由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新手柄開關操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制、人機對話等等，多臺電梯還出現了并聯控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節省井道空間，提升運輸能力的優勢；變速式自動人行道扶梯的出現大大節省了行人的時間；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓

8、形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。如今，以美國奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風姿，仍在繼續進行電梯新品的研發，并不斷完善維修和保養服務系統。調頻門控、智能遠程監控、主機節能、控制柜低噪音耐用、復合鋼帶環保一款款集納了人類在機械、電子、光學等領域最新科研成果的新型電梯競相問世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。中國最早的一部電梯出現在上海，是由美國奧的斯公司于1901年安裝的。1932年由美國奧的斯公司安裝在天津利順德酒店的電梯至今還在安全運轉著。1951年，黨中央提出要在天安門安裝一臺由我國自行制造的電梯，天津從慶生電機廠榮接此任，四個月后不

9、辱使命，順利地完成了任務。十一屆三中全會后，沐浴著改革開放的春風，我國電梯業進入了高速發展的時期。如今，在我國任何一個城市，電梯都在被廣泛應用著。電梯給人們的生活帶來了便利，也為我國現代化建設的加速發展提供了強大的保障。1.2 概述1.2.1 電梯的組成電梯是機電合一的大型復雜產品,機械部分相當于人的軀體,電器部分相當于人的神經.機與電的高度合一,使電梯成了現代科學技術的綜和產品.對于電梯的結構而言,傳統的方法是分為機械部分和電氣部分,但以功能系統來描述,則更能反映電梯的特點.下面簡單介紹電梯機械部分的結構,而我們的主要目的是怎樣來控制它。(1)曳引系統：曳引系統的主要功能是輸出與傳遞動力，使

10、電梯運行。曳引系統主要由曳引機、曳引鋼絲繩，導向輪，反繩輪組成。(2)導向系統：導向系統的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導向系統主要由導軌，導靴和導軌架組成。(3)轎廂：轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。(4)門系統：門系統的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。(5)重量平衡系統：系統的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內，保證電梯的曳引傳動正常。系統主要由對重和重量補償裝置組成。(6)電力拖動系統電力拖動系統的功能是提供動力

11、，實行電梯速度控制。電力拖動系統由曳引電動機，供電系統，速度反饋裝置，電動機調速裝置等組成。(7)電氣控制系統電氣控制系統的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。(8)安全保護系統保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發生。由電梯限速器、安全鉗、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開關裝置組成。1.2.2 電梯的工作原理曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產生的牽引力，實現轎廂和對重的升降運動，達到運輸目

12、的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩定，轎廂得以準確停靠。電氣系統實現對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。(1)電梯在各服務層站設有層門、轎廂運行方向指示燈、數學顯示轎廂、

13、運行位置指層器和召喚電梯按鈕。電梯召喚按鈕使用時，上樓按上方向按鈕，下樓掀按下方向按鈕。(2)轎廂到達時，層樓方向指示即顯示轎廂的運動方向，乘客判斷欲往方向和確定電梯正常后進入轎廂，注意門扇的關閉，勿在層門口與轎廂門口對接處逗留。(3)轎廂內有位置顯示器、操縱盤及開關門按鈕和層樓選層按鈕。進入轎廂后，掀按欲往層樓的選層按鈕。若要轎廂門立即關閉，可掀按關門按鈕。轎廂層樓位置指示燈顯示抵達層樓并待轎廂門開啟后即可離開。1.2.3 PLC定義可編程控制器（Programmble Controller）簡稱PC或PLC。它是在電器控制技術和計算機技術的基礎上開發出來的，并逐漸發展成為以微處理器為核心，

14、把自動化技術、計算機技術、通訊技術融為一體的新型工業控制裝置。目前，PLC已被廣泛應用于各種生產機械和生產過程的自動控制中，成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業控制裝置，被公認為現代工業自動化的三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其

15、有關外圍設備，都應按易于與工業系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。1.2.4 PLC的產生與發展在可編程控制器出現前，在工業電氣控制領域中，繼電器控制占主導地位，應用廣泛。但是電器控制系統存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復雜、不易更改，對生產工藝變化的適應性差。1968年美國通用汽車公司（G.M）為了適應汽車型號的不斷更新，生產工藝不斷變化的需要，實現小批量、多品種生產，希望能有一種新型工業控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統及接線，以降低成本，縮短周期。于是就設想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優點與電器控制系統簡單易懂、價格便宜等優點

16、結合起來，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。1969年美國數字設備公司（DEC）根據美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項技術迅速發展起來。早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數等順序控制功能，只是用來取代傳統的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller ）。隨著微電子技術和計算機技術的發展，20世紀70年代中期微處理器技術應用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能

17、，還增加了算術運算、數據傳送和數據處理等功能。20世紀80年代以后，隨著大規模、超大規模集成電路等微電子技術的迅速發展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發展。PLC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯網、數據處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數據處理、聯網通信等功能的名符其實的多功能控制器。自從第一臺PLC出現以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發展。目前，世界上有200多家PLC廠商，400多品種的PLC產品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等

18、三個流派產品，各流派PLC產品都各具特色，如日本主要發展中小型PLC，其小型PLC性能先進，結構緊湊，價格便宜，在世界市場上占用重要地位。著名的PLC生產廠家主要有美國的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱電機（Mitsubishi Electric）公司、歐姆龍（OMRON）公司，德國的AEG公司、西門子（Siemens）公司，法國的TE（Telemecanique）公司等。我國的PLC研制、生產和應用也發展很快，尤其在應用方面更為突出。在20世紀70年代末和80年代初，我國隨國外成套設備、專用設備引進了不少國外的PLC。此后，在傳

19、統設備改造和新設備設計中，PLC的應用逐年增多，并取得顯著的經濟效益，PLC 在我國的應用越來越廣泛，對提高我國工業自動化水平起到了巨大的作用。目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門A-B公司等。從近年的統計數據看，在世界范圍內PLC產品的產量、銷量、用量高居工業控制裝置榜首，而且市場需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成為工業自動化控制領域中占主導地位的通用工業控制裝置。1.2.5 PLC未來展望21世紀，PLC會有更大的發展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快

20、、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發展情況來看，可編程控制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程控制器技術的發展方向。目前的計算機集散控制系統DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網絡的發展，可編程控制器作為自

21、動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。當代PLC技術的發展動向，美國通用汽車以用戶身份提出新一代控制器應具備十大條件，這十大條件是：(1)編程方便，可在現場修改程序；(2)維修方便，最好是插件式；(3)可靠性高于繼電器控制柜；(4)體積小于繼電器控制柜；(5)可將數據直接送入管理計算機；(6)在成本上可與繼電器控制競爭；(7)輸入可以是交流115V；(8)輸出為交流115V/2A以上，能直接驅動電磁閥；(9)在擴展時，原有系統只要很小變更；(10)用戶程序存儲容量至少能擴展到4K字節。1.2.6 PLC的特點PLC技術之所以高速發展，除了工業

22、自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優點。它較好地解決了工業領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經濟等問題。主要有以下特點：(1)可靠性高、抗干擾能力強傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統的1/101/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無

23、故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。可靠性高、抗干擾能力強是PLC最重要的特點之一。PLC的平均無故障時間可達幾十萬個小時 ，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施：硬件方面：I/O通道采用光電隔離，有效地

24、抑制了外部干擾源對PLC的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對CPU等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設置了聯鎖保護、自診斷電路等。軟件方面：PLC采用掃描工作方式，減少了由于外界環境干擾引起故障；在PLC系統程序中設有故障檢測和自診斷程序，能對系統硬件電路等故障實現檢測和判斷；當由外界干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩定的讀寫操作，一旦外界環境正常后，便可恢復到故障發生前的狀態，繼續原來的工作。(2)編程簡單、使用方便目前，大多數PLC采用的編程語言是梯形圖語言，它是一種面向生產、面向用戶的編程

25、語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計算機知識，很容易讓廣大工程技術人員掌握。當生產流程需要改變時，可以現場改變程序，使用方便、靈活。同時，PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。(3)硬件配套齊全，功能完善，適用性強PLC發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品，并且已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規模的

26、工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。(4)易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控

27、制打開了方便之門。(5)系統的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時間要少得多。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調試，縮短了應用設計和調試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很小；而且PLC具有很強的自診斷功能，如果出現故障

28、，可根據PLC上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。(6)體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/21/10。它的重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。1.2.7 PLC的應用領域目前，在國內外PLC已廣泛應用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環保及文化娛樂等各行各業，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應用領域不斷擴大。從應用類型看，PLC的應用大致可歸納為以下幾個方面：(1)開關量邏輯控制利用PLC

29、最基本的邏輯運算、定時、計數等功能實現邏輯控制，可以取代傳統的繼電器控制，用于單機控制、多機群控制、生產自動線控制等，例如：機床、注塑機、印刷機械、裝配生產線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應用，也是PLC最廣泛的應用領域。(2)模擬量控制在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。(3)運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來

30、說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。(4)過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。(5)數據處理

31、現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。(6)通信聯網PLC的通信包括PLC與PLC、PLC與上位計算機、PLC與其它智能設備之間的通信，PLC系統與通用計算機可直接或通過通信處理單元、通信轉換單元相連構成網絡，以實現信息的交換，并可構成“集中管理、分散控制”的多

32、級分布式控制系統，滿足工廠自動化（FA）系統發展的需要。1.2.8 PLC的基本結構從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。(1)CPU的構成CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的

33、語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CP

34、U速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著PLC的工作速度，I/O數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。(2)存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。(3)I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、2

35、4VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。(4)電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC

36、）。(5)底板或機架大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。(6)PLC系統的其它設備編程設備：編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們系統的上位機。人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態軟件）充當人機

37、界面非常普及。1.2.9 PLC的工作原理當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。(1)輸入處理階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀

38、入。(2)程序執行階段在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會

39、對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。(3)輸出處理階段當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。1.2.10 常用的程序設計語言(1)梯形圖（LD Ladder Diagram）梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。這種表達方式與傳統的繼電器控制電路圖非常相似，不同點是它的特定的元件和構圖規則。它比較直觀、形象，對于那些

40、熟悉繼電器-接觸器控制系統的人來說，易被接受。這種表達方式特別適用于比較簡單的控制功能的編程。如圖1-1a)所示的繼電器控制電路，用PLC完成其功能的梯形圖如圖1-1b)。圖1-1 繼電器控制電路及用PLC完成其功能的梯形圖梯形圖的要點：梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每個繼電器線圈為一個邏輯行，即一層階梯。每一邏輯行起于左母線，然后是觸點的各種連接，最后終止于繼電器線圈（也可以加上一條右母線）。整個圖形呈階梯狀。(2)功能模塊圖（FBD Function Black Diagram）功能模塊圖是一種類似于數字邏輯門電路的編程語言。該語言用類似與門、或門的方框來表示邏輯運算關系，方框的左

41、側為邏輯運算的輸入變量，右側為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框被“導線”連接在一起，信號自左向右流動。例如對應于圖1-2a)的功能模塊圖如圖1-2b)所示。圖1-2 功能模塊圖功能模塊圖的特點是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；以圖形的形式表達功能，直觀，有數字電路基礎的人很容易掌握；對規模大、控制邏輯關系復雜的控制系統，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關系，使編程調試時間大大減少。(3)順序功能流程圖（SFC Sequential Function Chart）順序功能流程圖的規則是：將順序流程動作的過程分成步和轉換條件，根據轉移條件對控制系統的功能流程順序進行分

42、配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務，用方框表示。在方框內含有用于完成相應控制功能任務的梯形圖邏輯。由于順序功能流程圖描述控制過程詳細具體（包括：每一步的輸入信號，每一步的工作內容，每一步的輸出狀態，框與框之間的轉換條件。），因此程序結構清晰，易于閱讀及維護，可大大減輕編程工作量，縮短編程和調試時間。特別適用于系統的規模校大，程序關系較復雜的場合。圖1-3是一個簡單的順序功能流程圖的示意圖。圖1-3 順序功能流程圖的示意圖(4)指令表（IL Instruction List）它采用類似于匯編語言的指令語句來編程。指令語句的一般格式為：操作碼 操作數。操作碼又稱為編程指令，用助

43、記符表示，它指示CPU要完成的操作，包括邏輯運算、算術運算、定時、計數、移位、傳送等。操作數給出操作碼所指定操作的對象或執行該操作所需的數據，通常為編程元件的編號或常數，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部繼電器、定時器、計數器、數據寄存器以及定時器、計數器的設定值等。指令語句對熟悉匯編語言的編程者特別容易接受，它編程設備簡單，編程簡便。采用指令語句編程時，通常都預先用以上幾種方式之一表達控制原理，然后改寫成相應的指令語句。應用最多的是采用梯形圖與指令語句結合編程，即先按控制要求畫出梯形圖，再根據梯形圖寫出相應的指令程序。因PLC是按照指令存入存儲器中的先后順序來執行程序的，故要求程序中指令和順序要

44、正確。圖1-4為圖1-2a)的指令表。(5)結構化文本（ST Structured Text）結構化文本是IEC工作組對各種高級編程語言合理地吸收、借鑒的基礎上創建的針對工業控制的一種專用高級編程語言。結構化文本的特點是：能實現較復雜的控制運算；編寫的程序簡潔、緊湊；需要有一定的計算機高級語言的知識和編程技巧。因此，這種語言主要用于其他編程語言較難實現的用戶程序編制。第二章 課題的任務分析2.1 基于三菱FX2N系列PLC電梯控制系統分析2.1.1 概述隨著城市建設的不斷發展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經濟和生活中有著廣泛的應用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分

45、。實際上電梯是根據外部呼叫信號以及自身控制規律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態和功能的設定，實現電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實現信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區別。國內廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產規模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設計方便靈活

46、，抗干擾能力強、運行穩定可靠等特點，所以現在的電梯控制系統廣泛采用可編程控制器來實現。2.1.2 電梯理想運行曲線根據大量的研究和實驗表明,人可接受的最大加速度為am1.5m/s2, 加速度變化率m3m/s3,電梯的理想運行曲線按加速度可劃分為三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲線實現較為困難，而三角形曲線最大加速度和在啟動及制動段的轉折點處的加速度變化率均大于梯形曲線，即+m跳變到-m或由-m跳變到+m的加速度變化率，故很少采用，因梯形曲線容易實現并且有良好加速度變化率頻繁指標，故被廣泛采用，采用梯形加速度曲線電梯的理想運行曲線如圖2-1所示：圖2-1 電梯的理想速度曲線智能變頻器是

47、為電梯的靈活調速、控制及高精度平層等要求而專門設計的電梯專用變頻器，可配用通用的三相異步電動機，并具有智能化軟件、標準接口、菜單提示、輸入電梯曲線及其它關鍵參數等功能。其具有調試方便快捷，而且能自動實現單多層功能，并具有自動優化減速曲線的功能，由其組成的調速系統的爬行時間少，平層距離短，不論是雙繞組電動機，還是單繞組電動機均可適用，其最高設計速度可達4m/s，其獨特的電腦監控軟件，可選擇串行接口實現輸入/輸出信號的無觸點控制。變頻器構成的電梯系統，當變頻器接收到控制器發出的呼梯方向信號，變頻器依據設定的速度及加速度值，啟動電動機，達到最大速度后，勻速運行，在到達目的層的減速點時，控制器發出切斷

48、高速度信號，變頻器以設定的減速度將最大速度減至爬行速度，在減速運行過程中，變頻器的能夠自動計算出減速點到平層點之間的距離，并計算出優化曲線，從而能夠按優化曲線運行，使低速爬行時間縮短至0.3s,在電梯的平層過程中變頻器通過調整平層速度或制動斜坡來調整平層精度。即當電梯停得太早時，變頻器增大低速度值或減少制動斜坡值，反之則減少低速度值或增大制動斜坡值，在電梯到距平層位置4-10cm時，有平層開關自動斷開低速信號，系統按優化曲線實現高精度的平層，從而達到平層的準確可靠。2.1.3 電梯速度曲線電梯運行的舒適性取決于其運行過程中加速度a和加速度變化率p的大小，過大的加速度或加速度變化率會造成乘客的不

49、適感。同時，為保證電梯的運行效率，a、p的值不宜過小。能保證a、p最佳取值的電梯運行曲線稱為電梯的理想運行曲線。電梯運行的理想曲線應是拋物線-直線綜合速度曲線，即電梯的加、減過程由拋物線和直線構成。電梯給定曲線是否理想，直接影響實際的運行曲線。(1)速度曲線產生方法采用的FX2N-64-MR PLC，并考慮輸入輸出點要求增加了FX-8EYT、FX-16EYR、FX-8EYR三個擴展模塊和FX2-40AW雙絞線通信適配器，FX2-40AW用于系統串行通信。利用PLC擴展功能模塊D/A模塊實現速度理想曲線輸出，事先將數字化的理想速度曲線存入PLC寄存器，程序運行時，通過查表方式寫入D/A，由D/A

50、轉換成模擬量后將速度理想曲線輸出。(2)加速給定曲線的產生8位D/A輸出05V/010V，對應數字值為16進制數00FF，共255級。若電梯加速時間在2.53秒之間。按保守值計算，電梯加速過程中每次查表的時間間隔不宜超過10ms。由于電梯邏輯控制部分程序最大，而PLC運行采用周期掃描機制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令時間間隔過長，不能滿足給定曲線的精度要求。在PLC運行過程中，其CPU與各設備之間的信息交換、用戶程序的執行、信號采集、控制量的輸出等操作都是按照固定的順序以循環掃描的方式進行的，每個循環都要對所有功能進行查詢、判斷和操作。這種順序和格式不能人為改變。通常一個掃描周期，基

51、本要完成六個步驟的工作，包括運行監視、與編程器交換信息、與數字處理器交換信息、與通訊處理器交換信息、執行用戶程序和輸入輸出接口服務等。在一個周期內，CPU對整個用戶程序只執行一遍。這種機制有其方便的一面，但實時性差。過長的掃描時間，直接影響系統對信號響應的效果，在保證控制功能的前提下，最大限度地縮短CPU的周期掃描時間是一個很復雜的問題。一般只能從用戶程序執行時間最短采取方法。電梯邏輯控制部分的程序掃描時間已超過10ms，盡管采取了一些減少程序掃描時間的辦法，但仍無法將掃描時間降到10ms以下。同時，制動段曲線采用按距離原則，每段距離到的響應時間也不宜超過10ms。為滿足系統的實時性要求，在速

52、度曲線的產生方式中，采用中斷方法，從而有效地克服了PLC掃描機制的限制。起動加速運行由定周期中斷服務程序完成。這種中斷不能由程序進行開關，一旦設定，就一直按設定時間間隔循環中斷，所以，起動運行條件需放在中斷服務程序中，在不滿足運行條件時，中斷即返回。(3)減速制動曲線的產生為保證制動過程的完成，需在主程序中進行制動條件判斷和減速點確定。在減速點確定之前，電梯一直處于加速或穩速運行過程中。加速過程由固定周期中斷完成，加速到對應模式的最大值之后，加速程序運行條件不再滿足，每次中斷后，不再執行加速程序，直接從中斷返回。電梯以對應模式的最大值運行，在該模式減速點到后，產生高速計數中斷，執行減速服務程序。在該中斷服務程序中修改計數器設定值的條件，保證下次中斷執行。在PLC的內部寄存器中，減速曲線表的數值由大到小排列，每次中斷都執行一次“表指針加1操作，則下一次中斷的查表值將小于本次中斷的查表值。門區和平層區的判斷均由外部信號給出，以保證減速過程的可靠性。2.1.4 電梯控制系統(1)電梯控制系統特性在電梯運行曲線中的啟動段是關系到電梯運行舒適感指標的主要環節,而舒適感又與