電梯PLC控制設(shè)計

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1、電梯電梯 PLC 控制設(shè)計控制設(shè)計 姓名 朱旭 班級 電 07 高技 4 班 專業(yè) 電氣工程及其自動化 時間 2011 年 12 月 指導老師 師金莉 句句 容容 農(nóng)農(nóng) 林林 學學 院院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 共 61 頁1 論 文 摘 要 本文介紹一種電梯 PLC 控制系統(tǒng)。電梯是垂直方向的運輸設(shè)備， 是高層建筑中不可缺少的交通運輸設(shè)備。它靠電力，拖動一個可以 載人或物的轎廂，在建筑的井道內(nèi)導軌上做垂直升降運動，在人們 生活中起著舉足輕重的作用。而控制電梯運行的 PLC 系統(tǒng)也要求越 來越高，要求達到電梯運行的“穩(wěn)、準、快”的運行目的。該系統(tǒng) 主要由 PLC、邏輯控制電路組成。其中包

2、括交流異步電動機、繼電 器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體的 控制系統(tǒng)。本機控制單元采用以三菱公司的可編程控制器 PLC 對機器進行全過程控制。 整個系統(tǒng)通過PLC、邏輯控制電路對電梯的升降；加、減速；平 層；起動、制動控制。其結(jié)構(gòu)簡單、運行效率高、平層精度高、易 于理解與掌握。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： PLC 控制系統(tǒng) 電梯 邏輯控制電路 變頻器 目 錄 論論 文文 摘摘 要要1 1 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 共 61 頁2 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：1 1 目目 錄錄3 3 前言前言4 4 第一章第一章 總體設(shè)計方案總體設(shè)計方案5 5 1.1 總體方案的確定.5 1.2 電梯 PL

3、C 控制系統(tǒng)的構(gòu)建.6 1.3 可行性論證.8 1.4 設(shè)計的整體布局及其選型.9 第二章第二章 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)與工作原理可編程序控制器的結(jié)構(gòu)與工作原理1111 2.1 PLC 的體系結(jié)構(gòu).11 2.2 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)11 2.3 開關(guān)量 I/O 模塊13 2.3.1 輸入模塊13 2.3.2 輸出模塊14 2.4 可編程序控制器的工作原理14 2.4.1 可編程序控制器的工作原理15 2.4.2 掃描周期15 2.5 PLC 的選型 16 2.5.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算.16 2.5.2 存儲器容量的估算17 2.5.3 控制功能的選擇17 2.5.4 機型的選擇1

4、8 2.6 FX2N可編程序控制器簡介20 2.7 PLC 控制程序設(shè)計 .20 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 共 61 頁3 2.7.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則 20 2.7.2 PLC 編程步驟 20 2.7.3 PLC 提供的編程語言 20 第三章第三章 電梯的發(fā)展、分類、規(guī)格參數(shù)及組成電梯的發(fā)展、分類、規(guī)格參數(shù)及組成2222 3.1 概述 22 3.1.1 電梯產(chǎn)品的錄屬關(guān)系和在人民物質(zhì)生活中的作用22 3.1.2 電梯產(chǎn)品發(fā)展簡史22 3.1.3 電梯的運行工作情況22 3.2 電梯的分類.24 3.2.1 按用途分類24 3.2.2 按速度分類24 3.2.3 按曳引電動機

5、的供電電源分類24 3.2.4 按有、無蝸輪減速器分類25 3.2.5 按驅(qū)動方式分類25 3.2.6 按控制方式分類25 3.2.7 按拖動方式分類25 3.3 電梯的主要參數(shù)及規(guī)格尺寸25 3.3.1 電梯的主要參數(shù)25 3.3.2 我國有關(guān)標準對電梯主要參數(shù)和規(guī)格尺寸的規(guī)定26 3.4 電梯的組成部件26 第四章第四章 電梯的電氣控制系統(tǒng)電梯的電氣控制系統(tǒng)2929 4.1 概述29 4.2 電梯電氣控制系統(tǒng)中的主要電器部件29 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 共 61 頁4 4.3 電梯自動控制系統(tǒng)中的各主要控制環(huán)節(jié)及結(jié)構(gòu)原理32 4.3.1 各類電梯安全可靠運行的充分與必要條件32 4.

6、3.2 電梯自動開關(guān)門的控制環(huán)節(jié)33 4.3.3 電梯的方向控制環(huán)節(jié)34 4.3.4 發(fā)生制動減速信號的控制環(huán)節(jié)38 4.3.5 主驅(qū)動控制環(huán)節(jié)40 4.3.6 電梯的安全保護環(huán)節(jié)40 4.4 電梯的內(nèi)外召喚指令的登記與消除43 4.4.1 召喚指令信號登記記憶線路的原理說明44 4.4.2 轎內(nèi)信號的登記、記憶與消除45 4.4.3 層外召喚信號的登記記憶與消除46 4.5 電梯的信號指示系統(tǒng)47 4.5.1 數(shù)碼顯示的層樓指示燈47 4.5.2 運行方向燈、轎內(nèi)指令及廳外召喚信號燈47 4.5.3 超載信號指示燈及音響48 4.6 電梯的消防控制系統(tǒng)49 4.6.1 電梯控制系統(tǒng)中適應(yīng)消防

7、控制的幾個基本要求49 4.6.2 消防控制系統(tǒng)的類型及工作原理50 4.7 交流信號控制電梯線路原理說明51 4.7.1 概況51 4.7.2 電梯投入使用和撤出使用51 4.7.3 自動開關(guān)門51 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 共 61 頁5 4.7.4 電梯的啟動，加速和滿速運行，制動減速，停車和開 門51 4.7.5 指令信號登記，記憶和消除52 4.7.6 電梯的安全保護52 第五章第五章 結(jié)結(jié) 論論5353 第六章第六章 致致 謝謝5454 參參 考考 文文 獻獻5555 附錄一 I/O 分配表.56 附錄二 交流雙速電梯線路圖元件代號說明.59 前言 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層

8、建筑不斷增多，電梯在國民 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 共 61 頁6 經(jīng)濟和生活中有著廣泛的應(yīng)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。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫 信號以及自身控制規(guī)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(tǒng)，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(tǒng)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(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào) 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(xiàn)信號集選控

9、制。從控制方式 和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多選擇 第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計和制造微機控制 裝置成本較高；而 PLC 可靠性高，程序設(shè)計方便靈活，抗干擾能力 強、運行穩(wěn) 定可靠等特點，所 以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。電梯是將機 械原理應(yīng)用、電氣技術(shù)、微處理器技術(shù)、系統(tǒng)工程學、人體工程學 及空氣動力學等多學科和技術(shù)集于一體的機電設(shè)備，它是建筑物中 的永久性垂直交通工具。為滿足和提高人們的生活質(zhì)量，電梯的智 能化、自動化技術(shù)迅速發(fā)展。特別是隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子 和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電梯的技術(shù)含量日益提高。在改 善電梯性

10、能的同時，對電梯的設(shè)計、管理和維護人員提出了更高的 要求。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 61 頁7 第一章 總體設(shè)計方案 載 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計 選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC 及有關(guān)設(shè)備應(yīng) 是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能 的原則選型所選用 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC 的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序 控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選 型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程

11、的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確 定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容 量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和 設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 1.1 總體方案的確定 目前，電梯行業(yè)在我國迅速的發(fā)展，在一定程度上占有很大的市場。而在 今天選擇控制電梯運動的設(shè)備已經(jīng)從傳統(tǒng)的繼電器接觸器轉(zhuǎn)變成可編程序控 制器（PLC） 。 可編程序控制器（PLC）與其他計算機控制相比較： 個人計算機有很強的數(shù)據(jù)處理功能和圖形顯示功能，有豐富的軟件支持， 但是它們是為辦公室自動化和家庭設(shè)計的，對環(huán)境要求很高，抗干擾能力不強， 一般不適合在工業(yè)現(xiàn)場

12、使用。 單片機只是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連。要將它用于 工業(yè)控制，還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設(shè)計、制作和程 序設(shè)計的工作量相當大，要求設(shè)計者具有很強的計算機領(lǐng)域的理論知識和實踐 經(jīng)驗。 工業(yè)控制計算機（簡稱工控機）也是為工業(yè)控制設(shè)計的，目前比較流行的 是PC總線工控機，它與個人計算機兼容。工控機采用總線式結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品 的兼容性強。工控機一般是在通用微機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有實時操作系統(tǒng) 的支持，因此在要求快速、實時性強、功能復雜的領(lǐng)域占有優(yōu)勢。工控機的價 格較高，將它有與開關(guān)量控制以取代繼電器系統(tǒng)有些大材小用。工控機的外部 I/O接線一般都用多芯

13、扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如 可編程序控制器的接線端子那樣方便可靠。 以上各種計算機用語控制的程序一般都是用匯編語言編寫的，不像可編程 續(xù)控制器的梯形圖語言那樣易于被工廠的電氣人員掌握。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 共 61 頁8 可編程序控制器是專為工廠現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的，結(jié)構(gòu)上采取整體密封或 插件組合型，對印刷電路板、電源、機架、插座的制造和安裝，均采用了嚴密 的措施?？删幊绦蚩刂破饔捎诰哂星笆龅母鞣N優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有不可 比擬的競爭力。 當然在電梯的控制領(lǐng)域也具有重要的地位，把可編程序控制器用于電梯運 動的核心部分是很合理的選擇，而且可編程序控制器現(xiàn)在在市場

14、上也是一種成 熟的產(chǎn)品?？傊?，經(jīng)上述比較可得，我確定選用PLC控制電梯的運行。 1.2 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的構(gòu)建 1).機房機房 機房用來安裝曳引機、電控屏、限速器等。機房可以設(shè)置在井道頂部，也 可設(shè)置在井由自部。當機房設(shè)于井道底部時，即為曳引機下置式曳引方式。這 種方式結(jié)構(gòu)復雜，建筑物承重大，對井道尺寸要求大，只有在機房無法頂置時 才使用。對于絕大多數(shù)電梯，橢均設(shè)于井道頂部。機房必須有足夠的面積，高 度、承重能力及良好的通風條件。 2).曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)主要由曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪組成。曳引機由電動機聯(lián)軸 器、制動器、減速器、機座、曳引輪等組成，它是電梯的動力源；曳引鋼絲繩

15、 的兩端分別連接轎廂和對重裝置（或者兩端固定在機座房上） ，依靠鋼絲繩與曳 引輪繩槽之間的摩擦力來驅(qū)動轎廂的升降；導向輪的作用是分開轎廂和對重裝 置的距離，采用復繞型時還可增加曳引能力。導向輪安裝在曳引機架上或重梁 上。當鋼絲繩的繞繩比大于1時，在轎廂和對重架上應(yīng)增設(shè)反繩輪。反繩輪的個 數(shù)可以是1個、2個，甚至3個，這與曳引比有關(guān)。 3).導向系統(tǒng)導向系統(tǒng) 導向系統(tǒng)由導軌、導靴和導軌架等組成。它的作用是限制轎廂和對重只能 沿著導軌作升降運動。導軌固定在導軌架上；導軌架是支承導軌的組件，與井 道壁聯(lián)接；導靴裝在轎廂和對重架上，與導導軌配合，強制轎廂和對重的運動 服從于導軌的直立方向。 4).門系

16、統(tǒng)門系統(tǒng) 門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機、聯(lián)動機構(gòu)、門鎖等組成。轎廂門社在轎 廂入口，由門扇、門導軌架、門靴和門刀等組成；層門社在層站入口，由門扇、 門導軌架、門靴和門鎖裝置及開鎖裝置組成；開門機社在轎廂上，是轎廂門和 層門啟閉的動力源。 5).轎廂轎廂 轎廂是用以運送乘客和貨物的電梯組件。它由轎廂架和轎廂體組成。轎廂 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 共 61 頁9 架是轎廂體的承重構(gòu)架。是由上橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成；轎廂體由 轎廂底、轎廂壁、轎廂頂及照明、通風裝置、轎廂裝飾件和轎內(nèi)操縱按鈕等組 成；轎廂體空間的大小由額定載重量和額定載客量決定。 6).門廳門廳 每一層電梯門口裝的門，門上

17、帶有機器鎖及電氣接點?？吞荻酁樽詣娱_關(guān) 門，開關(guān)門由轎廂門上的開門刀帶動廳門上的橡皮勒轆來完成的，而轎廂門是 由轎廂上的開關(guān)門裝置驅(qū)動的。 7).井道井道 井道由圍壁、頂板及底坑圍成一個在納電梯轎廂和對重的有限空間。為了 出人，在每個層站開有入口。 8).圍壁圍壁 圍壁的作用是將電梯與外界分隔開，當導軌架直接安裝在圍壁上時，它還 應(yīng)承受費切力。圍壁的結(jié)構(gòu)分為封閉式和空格式。 9).頂板頂板 井道的頂部是機房，它是維修人員工作的地方。因此頂板必須是封閉型的， 將井道與機房完全隔離。頂板還具有阻止機房即傳向井道的作用。對于快、高 速電梯，為了取得良好的隔聲效果，常在井道頂部設(shè)隔音層，此時的井道頂成

18、 了雙層結(jié)構(gòu)。 10).底坑底坑 井道的底坑深入地面，用于安裝緩沖器、限速器、鋼絲繩漲緊裝置等。由 于深人了地面，因此要求防水，最好有排水設(shè)施。 11).重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng) 該系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成，對重將 平衡轎廂自重和部分的額定載重；重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重 側(cè)曳引鋼絲繩長度變化對電梯設(shè)計影響的裝置。 12).電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng) 該系統(tǒng)由曳引機、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置和變頻器等組成。 對電梯實行速度控制。曳引電動機是電梯的動力源，根據(jù)電梯的配置可用交流 電動機或直流電動機；供電系統(tǒng)是為電動機提供電源的裝置；速度反饋裝置是

19、為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號，一般采用測速發(fā)電機或速度脈沖發(fā)生器， 與電動機相連；調(diào)速裝置對曳引電動機實行調(diào)速控制；變頻器可以通過改變頻 率的大小來控制其運行速度的快慢。 13).電器控制系統(tǒng)電器控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等組成， 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 共 61 頁10 它起著操縱和控制電梯運行的作用。操縱裝置包括轎廂內(nèi)的按鈕操作箱或手柄 開關(guān)箱、層站召喚按鈕、轎頂和機房中的檢修或應(yīng)急；位置顯示裝置是指轎內(nèi) 和層站的指層燈；層站上一般能顯示電梯運行方向或轎廂所在的層站；控制屏 安裝在機房中，由各類電氣控制元件（或板）組成，是電梯實行電氣控制的

20、集 中組件；選層器能起到指示和反饋轎廂位置、決定運行方向、發(fā)出加減速信號 等作用。它可由機械式、繼電器式或電子式組成。 14).安全保護系統(tǒng)安全保護系統(tǒng) 電梯上設(shè)有機械和電氣的各類保護系統(tǒng)，以保證電梯安全使用。機械方面 的有限速器和安全鉗，起超速保護作用；緩沖器，起沖頂和撞底保護作用；切 斷總電源的極限保護。 1.3 可行性論證 可編程序控制器是由繼電器邏輯控制而來的，所以它在開關(guān)量處理、順序 控制方面具有一定的優(yōu)勢，發(fā)展初期主要側(cè)重于開關(guān)量順序控制。隨著計算機 技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器增加了數(shù)值運算、PID閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，并開始與個 人計算機或小型計算機聯(lián)網(wǎng)，它本身也可以構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 可編

21、程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域，在發(fā)達的工業(yè)國家，可編程序控制器已經(jīng)廣 泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，隨著可編程序控制器的性能價格比的不斷提高， 過去許多使用專用計算機的場合也可以使用可編程序控制器。比如用在開關(guān)量 的控制，這是可編程序控制器最基本最廣泛的應(yīng)用，它的輸入和輸出信號都是 只有通、斷狀態(tài)的開關(guān)量信號，這種控制與繼電器控制最為接近，可以用價格 較低，僅有開關(guān)量控制的功能的可編程序控制器作為繼電器控制系統(tǒng)的替代物。 開關(guān)量邏輯控制可以用于單臺設(shè)備，也可以用于自動線生產(chǎn)線，如機床控制、 沖壓、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的控制，同樣也可以用于電梯的控制。 通過上述的簡述，我希望在控制系統(tǒng)中能夠達到如下要

22、求： 1).乘坐舒適感乘坐舒適感 根據(jù)人們生活中的經(jīng)驗證明，在運動速度不變的情況下，速度值的大小對 人們的器官基本上沒有什么影響，這只是指人們沿地面或空中的沿與地面平行 的任意方向運動的情況而言的。高速的升降運動就和上述運動有所不同。這是 由于在升降運動中，人體周圍氣壓的迅速變化，對人們的器官產(chǎn)生影響。例如 耳膜會感到壓力而嗡嗡響等等。只要采取一定措施，這些影響是可以消除的。 所以目前電梯的運行速度雖已高達10m/s。仍能使乘客無大的不適感。 2).電梯理想運行曲線電梯理想運行曲線 根據(jù)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

23、行曲線按加速度可劃分為三角形、梯形和正弦 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 共 61 頁11 波形，由于正弦波形加速度曲線實現(xiàn)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(zhuǎn)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(xiàn)并且 有良好加速度變化率頻繁指標，故被廣泛采用。 變頻器構(gòu)成的電梯系統(tǒng)，當變頻器接收到控制器發(fā)出的呼梯方向信號，變 頻器依據(jù)設(shè)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(fā)出切斷高速度信號，變頻器以設(shè)定的減速 度將最大速度減至爬行速度，在減速運行過程中

24、，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(yōu)化曲線，從而能夠按優(yōu)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(diào)整平層速度或制動 斜坡來調(diào)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(guān)自動斷開低速信號，系統(tǒng)按優(yōu)化曲線實現(xiàn)高精度的平層， 從而達到平層的準確可靠。 （其速度曲線如下所示） 拋物線直線綜合速度曲線 拋物線直線綜合速度曲線的加速時間的起始階段（ta/n）和最末段 （ta/n）均為拋物線形速度曲線，而中間段（n-2）ta/n為直線形的速度曲線

25、；n 為起動時間系數(shù)。 1.4 設(shè)計的整體布局及其選型 通過上述的分析可知，我所選擇的電梯載重量為1000kg,速度為1m/s,七層 七站。PLC的型號為FX2N-128MR，通過其繼電器電路圖來設(shè)計出梯形圖，通過 PLC的選型連接其PLC接線圖。電動機選用交流三相異步電動機，它具有結(jié)構(gòu)簡 單、維護和操作簡便、價格便宜、堅固耐用、工作可靠等優(yōu)點；其缺點是調(diào)速 性差、概率因數(shù)低。變頻器選用安川變頻器（616G5） ，它作為通用變頻器適合 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 共 61 頁12 任何應(yīng)用場合,在低速下能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)啟動（1%額定轉(zhuǎn)速），并且極其精確地運 行。它的自動調(diào)整功能可使世界各地生產(chǎn)

26、的電動機達到高性能運行。具有如下 優(yōu)點：低速大轉(zhuǎn)矩和全頻域平穩(wěn)加、減速；驅(qū)動普通電機能達到最佳的控制效 果；操作簡單靈活；具有擴展功能，既可單機使用也可聯(lián)網(wǎng)使用；設(shè)計平均無 故障時間：250 000小時。 把50Hz的工頻交流電經(jīng)過處理后輸出頻率可調(diào)的交流電的電氣裝置叫變頻 器。它由整流電路、濾波電路、再生制動電路、逆變電路和控制電路組成。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 共 61 頁13 第二章 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)與工作原理 2.1 PLC 的體系結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)和微機是 基本一致的。如下圖所示： 編程器 中央處理單元 （CPU） 輸入電路 輸

27、出 電路 系統(tǒng)程序存儲區(qū)用戶程序存儲區(qū) 電 源 PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu) 2.2 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) 可編程序控制器簡稱為 PLC（Programmable Logic Controller）主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。 （如下圖所示） 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 共 61 頁14 可編程序控制器實際上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機 控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕?CPU（中央處理單元） 、 存儲器（RAM 和 EPROM） 、輸入/輸出模塊（簡稱 I/O 模塊） 、編程器和電源五 大部分組成。 (1) CPU 模塊模塊 CPU

28、 模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微機處理器（CPU）和存 儲器組成。CPU 的作用類似于人類的大腦和心臟。它采用掃描方式工作，每一 次掃描要完成以下工作： 1） 輸入處理：將現(xiàn)場的開關(guān)量輸入信號和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器 和數(shù)據(jù)寄存器。 2） 程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號去控制有 關(guān)的電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運算結(jié)果更新各有關(guān)寄 存器的內(nèi)容。 3） 輸出處理：將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負載。 (2) I/O 模塊模塊 I/O 模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和 CPU 模塊的橋梁。 輸入模塊用來接收和采集輸入信

29、號。輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開 關(guān)、數(shù)字開關(guān)、限位開關(guān)、接收開關(guān)、關(guān)電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸 入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機、各種變送器提供的連續(xù)變 化的模擬量輸入信號。 可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào) 速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數(shù)字顯示 裝置和報警裝置等。 CPU 模塊的工作電壓一般是 5V，而可編程序控制器的輸入/輸出信號電壓 一般較高，如直流 24V 和交流 220V。從外部引入的尖蜂電壓和干擾噪聲可能 損壞 CPU 模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作，所以 CPU 模 塊不能

30、直接與外部輸入/輸出裝置相連。I/O 模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn) 換與噪聲隔離的作用。 (3) 編程器編程器 編程器除了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運行 時梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。 編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 共 61 頁15 器也可以運行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時使用，一臺編程器可供 多臺可編程序控制器公用。 2.3 開關(guān)量 I/O 模塊 開關(guān)量模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態(tài)。電壓等級有直流 5V，12V，24V，48V 和交流 110V，220V 等。輸入輸出電壓的允

31、許范圍很寬， 如某交流 220V 輸入模塊的允許低電壓為 070V，高電壓為 70256V，頻率為 4763HZ。 各 I/O 點的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管或其它元件顯示在面板上，外部 I/O 接 線一般接在模塊的接線端子上，某些模塊使用可拆除的插座型端子板，在不拆 去端子的外部連線的情況下，可以迅速地更換模。開關(guān)量 I/O 模塊可能 4，8，16，32，64 點。 2.3.1 輸入模塊 2.3.1 a 直流輸入電路 輸入電路中設(shè)有 RC 濾波電路，以防止由于輸入點抖動或外部干擾脈沖引起 的錯誤的輸入信號。濾波電路延遲時間的典型值為 1020ms（信號上升沿）和 2050ms（信號下降沿） ，輸

32、入電流約為 10mA，上圖 2.3.1a 是某直流輸入模塊 的內(nèi)部電路和外部接線圖。本節(jié)的輸入電路和輸出電路都只畫出了一路，COM 是各路的公共點。圖中的輸入觸點直接接在公共點和輸入端（400 是梯形圖中 輸入繼電器的編號）之間，不需要外接電源。有的可編程序控制器還可以為接 近開關(guān)、 光電開關(guān)之類的傳感器提供 24V 電源。 （如圖 2.3.1b） 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 共 61 頁16 圖 2.3.1 b 輸入電路 當圖 2.3.1b 中的外接觸點接通時，光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏 三極管導通，信號經(jīng)內(nèi)部電路傳送給 CPU 模塊。 圖 2.3.1 c 是交流輸入電路。光電耦

33、合器中有兩個反并聯(lián)的發(fā)光二極管，顯 示用的兩個發(fā)光二極管也是反并聯(lián)的，因此這個電路可以接收外部的交流輸入 電壓。 圖 2.3.1 c 交流輸入電路 2.3.2 輸出模塊 輸出模塊的功率放大元件有大功率晶體管和磁效應(yīng)管（驅(qū)動直流負載） 、雙 向可控硅（驅(qū)動內(nèi)交流負載）和小型繼電器，后者可以驅(qū)動交流負載或直流負 載。輸出電流的典型值為 0.52A，負載電源由外部現(xiàn)場提供。 輸出電流的額定值與負載的性質(zhì)有關(guān)，但是只能驅(qū)動 100VA/22V 的電感性 負載和 100W 的白熾燈。額定負載電流還與溫度有關(guān)，溫度升高時額定負載電 流減小，有的可編程序控制器提供了有關(guān)曲線。 輸出模塊內(nèi)可能設(shè)置有熔斷器，并

34、在模塊面板上用發(fā)光二極管顯示熔斷器 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 共 61 頁17 的狀態(tài)。某些新式的模塊用非破壞性的電子保護電路代替熔斷器。 2.4 可編程序控制器的工作原理 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電 器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸 入、輸出繼電器等。這種計算機程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器” ，與繼電器系統(tǒng)中的物 理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。 2.4.1 可編程序控制器的工作原理 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行 （RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)， 可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實

35、 現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響 應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一 次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程序控制器 停機或切換到 STOP 工 作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序 之外，在每次循環(huán)過程中，可編程序控制器還要 完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可 分為 5 個階段（見左上圖） ?？删幊绦蚩刂破鞯倪@ 種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。 由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸 出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時完成的。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段。可編程序控制器檢查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復 位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 在通信服

36、務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶 微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命 令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時，只 執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破魈幱冢≧UN）狀態(tài)時，還要完成另外 3 個階 段的操作（見右圖） ，圖中僅畫出了與用戶程序執(zhí)行過程有關(guān)的 3 個階段。 2.4.2 掃描周期 可編程序控制器在 RUN 工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次上圖所示的掃描操作所需的 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 共 61 頁18 時間稱為掃描周期，其典型值為 1100ms。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的 長短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當用戶程序較長時， 指令

37、執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。 不過嚴格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖2.4.2 所 示。 圖 2.4.2 PLC 的掃描運行方式 (1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們 存入 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸 出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會改變。所以輸入如果是脈沖信號， 它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 被讀入。 (2)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 的 CPU 總是由上而下，從左到右的順序

38、依次的掃描梯形圖。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線 圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行 該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳 達等。 (3)輸出刷新階段 在輸出刷新階段， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所 有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動響應(yīng)的外設(shè)。這時才是PLC 真正的輸出。 2.5 PLC 的選型 為了能夠更好的選型，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特 點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要 第(N-1)個掃 描周期 輸出刷新 第(N+1)個掃 描周期 輸入采

39、樣 第 N 個掃描周期 輸入采樣輸出刷新用戶程序執(zhí)行 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 共 61 頁19 求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等， 最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 2.5.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根 據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 2.5.2 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量 是存儲器中用戶應(yīng)

40、用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容 量。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算 來替代。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式， 大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 1015 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此 數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16 位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 2.5.3 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理 速度等特性的選擇。 (一)運算功能運算功能 簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普 通 PLC 的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、

41、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數(shù) 運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運算和其他高級運算功能。 隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC 中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位 機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或 企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用 所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng) 用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值 轉(zhuǎn)換和 PID 運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。 (二)控制功能控制功能 控制功能包括 PID 控制運算、前饋補償

42、控制運算、比值控 制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù) 場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能 輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 例如采用 PID 控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC 碼轉(zhuǎn)換單 元等。 (三)通信功能通信功能 大中型 PLC 系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 共 61 頁20 TCP/IP），需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合 ISO/IEEE 通信標準，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 PLC 系統(tǒng)的

43、通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、 RIO 通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信總線（含接口設(shè) 備和電纜）應(yīng) 1：1 冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標準，通信距離應(yīng)滿足裝置 實際要求。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于 1Mbps，通信負荷不大 于 60%。PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：1）PC 為主站，多臺同 型號 PLC 為從站，組成簡易 PLC 網(wǎng)絡(luò)；2）1 臺 PLC 為主站，其他同型號 PLC 為 從站，構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò)；3）PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS 中

44、 作為 DCS 的子網(wǎng)；4）專用 PLC 網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)）。 為減輕 CPU 通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功 能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。 (四)編程功能編程功能 PLC 的編程有離線編程和在線編程兩種，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)應(yīng) 用要求合理選用。 離線編程方式：PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模式時，CPU 只 為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行 模式，CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成 本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU 和編程器有各自的 CPU

45、，主機 CPU 負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在 線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運 行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 (五)診斷功能診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬 件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入 輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影 響平均維修時間。 (六)

46、處理速度處理速度 PLC 采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng) 越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則 PLC 將掃描不到該信號，造成 信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有 關(guān)。目前，PLC 接點的響應(yīng)快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約 0.20.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處 理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型 PLC 的掃描時間不大于 0.5ms/K；大中型 PLC 的 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 共 61 頁21 掃描時間不大于 0.2ms/K。 2.5.4 機型的選擇 (一)PLCPLC 的類型的類型 P

47、LC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安 裝兩類；按 CPU 字長分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應(yīng)用角 度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。 整體型 PLC 的 I/O 點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系 統(tǒng)；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控 制系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 (二)輸入、輸出模塊的選擇輸入、輸出模塊的選擇 輸入、輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考 慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方

48、式等應(yīng)用要求。對輸出模 塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓 范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電 感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸 出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。 可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降 低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程 I/O 機架等。 (三)電源的選擇電源的選擇 PLC 的供電電源，除了引進設(shè)備時同時引進 PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計 和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計選用 220VAC 電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。

49、重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果 PLC 本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求， 否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對輸入 和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 (四)存儲器的選擇存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng) 用項目的正常投運，一般要求 PLC 的存儲器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K 存 儲器選擇。需要復雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 (五)冗余功能的選擇冗余功能的選擇 1控制單元的冗余 （1）重要的過程單元：CP

50、U（包括存儲器）及電源均應(yīng) 1：1 冗余。 （2）在需要時也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、兩重化 或三重化冗余容錯系統(tǒng)等。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁 共 61 頁22 2 I/O 接口單元的冗余 （1）控制回路的多點 I/O 卡應(yīng)冗余配置。 （2）重要檢測點的多點 I/O 卡可冗余配置。 （3）根據(jù)需要對重要的 I/O 信號，可選用兩重化或三重化的 I/O 接口單元。 (六)經(jīng)濟性的考慮經(jīng)濟性的考慮 選擇 PLC 時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴 展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn) 品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接

51、影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定 的費用。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機架、母板等也要相 應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都 有影響，在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。 2.6 FX2N可編程序控制器簡介 FX2N 是 FX 系列中功能最強、速度最高的微型可編程序控制器。它的 基本指令執(zhí)行時間高達0.08s 每條指令，遠遠超過了很多大型可編 程序控制器。用戶存儲器容量可擴展到16K 步，最大可擴展到每 256 個 I/O 點，有 5 種模擬量輸入 /輸出模塊、高速計數(shù)器模塊、脈沖 輸出模塊、 4 種位置控

52、制模塊、多種RS-232C/RS-242/RS-485 串行通 信模塊或功能擴展板，以及模擬定時器功能擴展板，使用特殊功能模塊 和功能擴展板，可以實現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 2.7 PLC 控制程序設(shè)計 2.7.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則 1) 最大限度的滿足被控對象的控制要求。 2) 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用和 維護方便。 3) 保證控制系統(tǒng)安全可靠。 4) 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進在選擇PLC 容量時應(yīng)適當留 有余量 。 2.7.2 PLC 編程步驟 具體編制一個PLC 控制程序的基本步驟如下(其流程圖見 2.7)。 畢業(yè)設(shè)計（論文

53、） 第 23 頁 共 61 頁23 2.7.3 PLC 提供的編程語言 1) 標準語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點； A.它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián) 等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 B.梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC 輸入 點接的開關(guān)也可以是PLC 內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等 的狀態(tài)。 C.梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。內(nèi) 部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結(jié) 果供 CPU 內(nèi)部使用。 D.PLC 是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，

54、在同一掃描周期 中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當條 件使用。 2) 語句表語言，類似于匯編語言。 3)邏輯功能圖語言，沿用半導體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表 示一個功能，左邊畫輸入、右邊畫輸出。 檢查程序 有無錯誤 運行程序 有無錯誤 通過 PC 機、GPC 或 FIT 輸入程序至 PLC 編制 PLC 程序（梯形圖或指令代碼） 將 PLC 的 I/O 位分配給輸入輸出設(shè)備 確定系統(tǒng)必須完成的各項任務(wù)及其順序 修改程序 NO YES YES 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 共 61 頁24 圖 2.7 PLC 編程步驟 第三章 電梯的發(fā)展、分類、規(guī)格參數(shù)及組成

55、3.1 概述 3.1.1 電梯產(chǎn)品的錄屬關(guān)系和在人民物質(zhì)生活中的作用 在我國，電梯、手扶梯、自動人行道等屬于起重運輸設(shè)備。電梯是在 垂直方向上運行的運輸設(shè)備，手扶梯是在斜面上運行的運輸設(shè)備。但是 電梯和手扶梯都是把人或貨物從一個水平面提升到另一個水平面的起重 運輸設(shè)備。 隨著人口的增加、科學技術(shù)日新月異地發(fā)展、人們物質(zhì)生活水平的逐 步提高，建筑業(yè)得以迅速發(fā)展，大批的高樓大廈拔地而起，十幾層至幾 十層的賓館、飯店、辦公樓、住宅樓鱗次櫛比。完全可以預(yù)想到，隨著 社會的發(fā)展，電梯產(chǎn)品在人們物質(zhì)文化生活中的地位將會和汽車一樣， 成為重要的運輸設(shè)備之一。 3.1.2 電梯產(chǎn)品發(fā)展簡史 據(jù)國外有關(guān)資料介紹

56、，公元前2800 年在古代埃及，為了建筑當時 的金字塔，曾使用過由人力驅(qū)動的升降機械。公元1765 年瓦特發(fā)明 了蒸汽機后， 1858 年美國研制出以蒸汽機為動力，并通過帶傳動和蝸輪 減速裝置驅(qū)動的電梯。1878 年英國的阿姆斯特郎發(fā)明了水壓梯。并隨 著水壓梯的發(fā)展，淘汰了蒸汽梯。后來又采用液壓泵和控制閥以及直接 拄塞式和側(cè)拄塞式結(jié)構(gòu)的液壓梯，這種液壓梯至今仍為人們所采用。但 是電梯得以興盛發(fā)展的根本原因在于采用了電力作為動力來源。 我國電梯的使用歷史悠久。80 年代中期以來，隨著我國對外開放， 對內(nèi)告活經(jīng)濟的政策深入貫徹執(zhí)行，隨著技術(shù)引進工作的進一步開展， 程序投入使用 調(diào)整程序 NO 畢業(yè)

57、設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 61 頁25 在國內(nèi)建立一批合資和獨資電纜生產(chǎn)廠，使我國的電梯工業(yè)又取得巨大 的發(fā)展，我國又新頒布一批具有80 年代國際水平的電梯制造標準，隨 著采用新標準生產(chǎn)的電梯批量推向市場，技術(shù)性能和質(zhì)量明顯提高的電 梯又進一步促進建筑業(yè)和電梯業(yè)的發(fā)展，電梯工業(yè)蓬勃發(fā)展的局面已經(jīng) 形成。 3.1.3 電梯的運行工作情況 電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建 筑物內(nèi)的電梯，起點站和終點站之間還設(shè)有?？空尽Ｆ瘘c站設(shè)在一樓， 終點站設(shè)在最高樓，設(shè)在一樓的起點站常作為基站。起點站和終點站之 間的?？空痉Q為中間站。 各站的廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員

58、召喚電梯用的召喚按 鈕或觸鈕。一般電梯在兩端站的召喚箱上各設(shè)置一只按鈕或觸鈕，中間 層站的召喚箱上各設(shè)置兩只按鈕或觸鈕。對于無司機控制的電梯。在各 層站的召喚箱上均設(shè)置一只按鈕或觸鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有（雜 物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開關(guān)或與層站對應(yīng)的按鈕或 觸鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕或觸鈕稱 為指令或觸鈕，操縱箱上的按鈕或觸鈕稱為內(nèi)指令按鈕或觸鈕。外指令 按鈕或觸鈕發(fā)出的電信號稱為外指令信號。內(nèi)指令按鈕或觸鈕發(fā)出的電 信號稱為內(nèi)指令信號。80 年代中期后，觸鈕已被微動按鈕所取代。 作為電梯基站的廳外召喚箱，除設(shè)置一只召喚按鈕或觸鈕外，還設(shè)置 一只鑰

59、匙開關(guān)，以便下班關(guān)閉電梯時，司機或管理人員把電梯開到基站 后，可以通過專用鑰匙扭動鑰匙開關(guān)，把電梯的廳轎門關(guān)閉妥當后，自 動切斷電梯控制電源或動力源。 電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動、加速、停 靠等全靠司機控制操作，而且在運行過程中可能遇到的情況比較復雜， 因此汽車司機必須經(jīng)過嚴格的培訓和考核。而電梯的自動化程度比較高， 一般電梯的司機或乘用人員只需要通過操縱箱上按鈕或觸鈕向電氣控制 系統(tǒng)下達一個指令，電梯就能自動關(guān)門、定向、起動、加速，在預(yù)定的 層站平層停靠開門。對于自動化程度比較高的電梯，司機或乘用人員一 次還可以下達一個一上的指令信號，電梯便能夠依次起動和停靠，依次

60、完成任務(wù)。 盡管電梯和汽車在運行工作過程有許多不同的地方，但仍有許多共同 之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站 之間往返運行，在運行方向前方的停靠站上有順向的指令信號時，電梯 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁 共 61 頁26 到站能自動平層?？块_門接客。而載貨電梯的運行工作情況下則類似卡 車，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一 次只能下達一個指令任務(wù)，當一個指令任務(wù)完成后才達另一個任務(wù)。在 執(zhí)行任務(wù)的過程中，從一個層站出發(fā)到另一層站時，假若中間層站出現(xiàn) 指令信號，一般都不能自動?？?，所以載貨電梯的自動化程度比乘客電 梯低。 3.2 電梯的分類

61、電梯的分類比較復雜，一般常從不同的角度進行分類。 3.2.1 按用途分類 1）乘乘客客電電梯梯 ：為運送乘客而設(shè)計的電梯。主要用于賓館、飯店、辦 公樓、大型商店等客流量大的場合。這類電梯為了提高運送效率，其運 行速度比較快，自動化程度比較高，轎廂的尺寸和結(jié)構(gòu)形式多為寬度大 于深度，使乘客能暢通地進出。而且安全設(shè)施齊全，裝潢美觀。 2）載貨電梯載貨電梯：為運送貨物而設(shè)計的并通常有人伴隨的電梯。主要用于兩層 樓以上的車間和各類倉庫等場合。這類電梯的裝潢不太講究，自動化程度和運 行速度一般比較低，而載重量和轎廂尺寸的變化范圍比較大。 3）病床電梯病床電梯：為運送病床而設(shè)計的電梯。 4）雜貨電梯（服務(wù)

62、電梯雜貨電梯（服務(wù)電梯）：供圖書館、辦公樓、飯店運送圖書、文件、食 品等，并不允許人員進入的電梯。這種電梯的安全設(shè)施不齊全，不準運送乘客。 為了不使人員進入轎廂，進入轎廂內(nèi)部的門洞及轎廂的面積都設(shè)得非常小，而 且轎廂的凈高度一般不大于 1.2m。 5）住宅電梯住宅電梯：供住宅樓使用的電梯。 6）客貨電梯客貨電梯：主要用做運送乘客，但也運送貨物的電梯，它與乘客電梯的 區(qū)別在于轎廂內(nèi)部的裝飾結(jié)構(gòu)不同。 7）特殊電梯特殊電梯：除上述常用的幾種電梯外，還有為特殊環(huán)境、特殊條件、特 殊要求而設(shè)計的電梯。如船舶電梯、觀光電梯、防腐電梯、車輛電梯等。 3.2.2 按速度分類 1）低速度低速度：速度 V1.

63、0m/s 的電梯。 2）快速度快速度：速度 1.0m/sV2.0m/s 的電梯。 3）高速度高速度：速度 V2.0m/s 的電梯。 3.2.3 按曳引電動機的供電電源分類 （1）交流電源供電的電梯：交流電源供電的電梯： 1）采用交流異步雙速電機變極調(diào)速拖動的電梯，簡稱交流雙速電梯（速度 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 共 61 頁27 一般小于 1.0m/s） 。 2）采用交流異步雙繞組雙速電機調(diào)壓調(diào)速拖動的電梯（俗稱 ACVV 拖動電 梯） 3）采用交流異步單繞組單速電機調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速拖動的電梯（俗稱 VVVF 拖 動的電梯） （2）直流電源供電的電梯直流電源供電的電梯：80 年代中期前用在中

64、高檔乘客電梯上，以后不 再產(chǎn)生。 3.2.4 按有、無蝸輪減速器分類 1）有蝸輪減速器的電梯有蝸輪減速器的電梯：用于梯速為 3.0m/s 以下的電梯。 2）無蝸輪減速器的電梯無蝸輪減速器的電梯：用于梯速為 3.0m/s 以上的電梯。 3.2.5 按驅(qū)動方式分類 1）鋼絲繩式鋼絲繩式：曳引電動機通過蝸桿、蝸輪、曳引繩輪、驅(qū)動曳引鋼絲繩兩 端的轎廂和對重裝置做上下運行的電梯。 2）液壓式液壓式：電動機通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動轎廂上、下運行的電梯。 3.2.6 按控制方式分類 1）轎內(nèi)手柄開關(guān)控制的電梯； 2）轎內(nèi)按鈕開關(guān)控制的電梯； 3）轎內(nèi)、外按鈕開關(guān)控制的電梯； 4）轎外按鈕開關(guān)控制的電梯； 5）信號

65、控制的電梯； 6）集選控制的電梯； 7）2 臺或 3 臺并聯(lián)控制的電梯； 8）梯群控制的電梯。 3.2.7 按拖動方式分類 1）交流異步單速電機拖動的電梯； 2）交流異步雙速電機變極調(diào)速拖動的電梯； 3）交流異步雙繞組雙速電機調(diào)壓調(diào)速（俗稱 ACVV）拖動的電梯； 4）交流異步單速電機調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速（俗稱 VVVF）拖動的電梯； 5）直流電機拖動的電梯。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 28 頁 共 61 頁28 3.3 電梯的主要參數(shù)及規(guī)格尺寸 3.3.1 電梯的主要參數(shù) 1）額定載重量（kg）：制造和設(shè)計規(guī)定的電梯載重量。 2）轎廂尺寸（mm）：寬深高。 3）轎廂形式：有單或雙面開門及其它特殊要求等，

66、以及對轎頂、轎底、轎壁 的處理，顏色的選擇，對電風扇、電話的要求等。 4）轎門形式：有柵欄門、封閉式中分門、封閉式雙拆門、封閉式雙拆中分門 等。 5）開門寬度（mm）：轎廂門和廳門完全開啟的凈寬度。 6）開門方向：人在廳外面對廳門，門向左方向的為左開門，門向右方向開啟 的為右開門，兩扇門分別向左右兩邊開啟者為中開門，也稱為中分門。 7）曳引方式：常用的有半繞 1：1 吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲的運行 速度。半繞 2：1 吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲運行速度的一半。全繞 1：1 吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲的運行速度。 8）額定速度（m/s）：制造和設(shè)計所規(guī)定的電梯運行速度。 9）電氣控制系統(tǒng)：包括控制方式、拖動系統(tǒng)的形式等。如交流電機拖動或直 流電機拖動，轎內(nèi)按鈕控制或集選控制等。 10）停層站數(shù)（站）：凡在建筑物內(nèi)各層樓用于出入轎廂的地點均稱為站。 11）提升高度（mm）：由底層端