PLC電梯控制系統(tǒng)

PLC電梯控制系統(tǒng),plc,電梯,控制系統(tǒng) PLC電梯控制系統(tǒng) 文摘 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC（即可編程控制器）在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)得到十分廣泛地應(yīng)用。PLC是一種基于數(shù)字計算機技術(shù)、專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的電子控制裝置，它采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出，完成一系列邏輯、順序、定時、記數(shù)、運算等確定的功能，來控制各種類型的機電一體化設(shè)備和生產(chǎn)過程。本文介紹了利用可編程控制器編寫的一個五層電梯的控制系統(tǒng)，檢驗電梯PLC控制系統(tǒng)的運行情況。實踐證明，PLC可遍程控制器和MCGS組態(tài)軟件結(jié)合有利于PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計、檢測，具有良好的應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞 電梯控制；組態(tài)控制；可編程控制器 電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運輸工具。多層廠房和多層倉庫需要有貨梯；高層住宅需要有住宅梯；百貨大樓和賓館需要有客梯，自動扶梯等。在現(xiàn)代社會，電梯已像汽車、輪船一樣，成為人類不可缺少的交通運輸工具。據(jù)統(tǒng)計，美國每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數(shù)。當今世界，電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標志之一。追溯電梯這種升降設(shè)備的歷史，據(jù)說它起源于公元前236年的古希臘。當時有個叫阿基米德的人設(shè)計出--人力驅(qū)動的卷筒式卷揚機。1858年以蒸汽機為動力的客梯，在美國出現(xiàn)，繼而有在英國出現(xiàn)水壓梯。1889年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動機作為電梯動力，這才出現(xiàn)名副其實的電梯，并使電梯趨于實用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺自動扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯，首批4～6臺群控電梯在紐約的聯(lián)合國大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計算機(真空管)控制電梯。1962年美國出現(xiàn)了速度達8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進工業(yè)國只成了無觸點半導(dǎo)體邏輯控制電梯。1967年可控硅應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動系統(tǒng)筒化，性能提高。1971年集成電路被應(yīng)用于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機開始用于電梯，使電梯的電氣控制進入了一個新的發(fā)展時期。 1電梯簡介 1.1電梯的基本分類 1.1.1按用途分類 ⑴ 乘客電梯：為運送乘客而設(shè)計的電梯。主用與賓館，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。 ⑵ 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。這類電梯裝潢不太講究自動化程度和速度一般比較低。而載重量和轎廂尺寸的變化范圍則比較大。 ⑶ 住宅電梯：為提供住宅樓使用設(shè)計的電梯，一般采用下集選控制方式允許殘疾人的輪椅，童車及家具等乘坐。 ⑷ 雜物電梯：供圖書館，辦公樓，飯店等運送圖書，文件，食品等物品。但不允許人員進入電梯。此種電梯結(jié)構(gòu)簡單，操縱按鈕在廳門外側(cè)，無乘人必備的安全裝置。 ⑸ 船用電梯：固定安裝在船舶上為乘客和船員或其他人員使用的電梯。船用電梯速度應(yīng)小于或等于1M/S。能在船舶搖晃中工作。 ⑹ 汽車用電梯：用于垂直運輸各種車輛。這種電梯的轎廂面積比較大結(jié)構(gòu)牢固，梯速不大于1M/S。有時無轎廂頂，其特點是大轎廂，大載重量。常用與立體停車場及汽車庫等場所。 ⑺ 觀光電梯：觀光電梯是一種供乘客觀光用的，轎廂透明的電梯。一般安裝在高大建筑物的外壁供乘客觀光建筑物的周圍外景。 ⑻ 病床電梯：病床電梯是為醫(yī)院運送病床而設(shè)計的電梯。其特點是轎廂窄而寬，常要求前后貫通開門。 ⑼ 消防梯：火警情況下能適應(yīng)消防員專用的電梯，非火警情況下可作為一般客梯或貨梯使用。消防梯轎廂的有效面積應(yīng)不小于1.4 M2。額定載重量不得低于630kg。庭門口寬度不得少于0.8M，并要求以額定速度從最低一個停站直駛運行到最高一個停站（中間不停層）的運行速度時間不得超過60s。 ⑽ 建筑施工電梯：建筑施工電梯指建筑施工與維修用的電梯。 ⑾ 扶梯：這類電梯裝于商業(yè)大廈，火車站，飛機場。供運送顧客或乘客上下樓用。 ⑿ 自動人行道（自動步梯）：用于檔次要求很高的國際機場，火車站。 ⒀ 特速電梯：除上述常用幾種電梯外，還有為特殊環(huán)境，特殊條件，特殊要求而設(shè)計的電梯。如防爆電梯，防腐電梯等。 1.1.2 按驅(qū)動系統(tǒng)分類 交流電梯，牽引電動機是交流異步電動機的有以下四類： ⑴ 交流單速電梯：牽引電機為交流單速異步電動機，梯速V≤0.4M/S。例如用于雜物梯等。 ⑵ 交流雙速電梯：牽引電機為電梯專用的變極對數(shù)的交流異步電動機，梯速V≤1M/S，提升高度h≤50M。 ⑶ 交流調(diào)速電梯：牽引電梯為電梯專用的單速或多速交流異步電機，而電動機的驅(qū)動控制系統(tǒng)在電梯的起動加速-穩(wěn)速-制動減速（或僅是制動減速）的過程中采用調(diào)壓調(diào)速或渦流制動器調(diào)速或變頻變壓調(diào)速的方式，梯速V≤2M/S，提升高度h≤50M。 ⑷ 交流高速電梯：牽引電機為電梯專用的低轉(zhuǎn)速的交流異步電動機。其驅(qū)動控制系統(tǒng)為變頻變壓加矢量的VVVF系統(tǒng)。其梯速V﹥2M/S，一般提升高度h≤120M。 直流電梯，牽引電動機是電梯專用直流電動機有以下兩類： ⑴ 直流快速電梯：牽引電動機給減速箱后驅(qū)動電梯，梯速V≤2.0M/S?，F(xiàn)在由直流發(fā)電機供電給直流電動機的一個直流快速電梯已被淘汰，今后若有直流快速電梯的話。將由晶閘管供電的直流快速電梯。一般提升高度h≤50M。 ⑵ 直流高速電梯：牽引電動機為電梯專用的低轉(zhuǎn)速直流電動機。電動機獲得供電的方式是支流發(fā)電機組供電的，或是晶閘管供電的兩種形式，其梯速V>2.0M/S，一般的提升高度h≤120 m。 液壓電梯，電梯的升降是依靠液壓傳動的有以下兩類： ⑴ 柱塞直頂式：液壓缸柱塞直接支撐在轎廂底部。通過柱塞的升降而使轎廂升降的液壓提。梯速V≤1M/S，一般提升高度h≤20M。 ⑵ 柱塞側(cè)頂式：（俗稱”背包式”）油缸柱塞設(shè)置于轎廂兩側(cè)，通過柱塞升降使轎廂升降的液壓梯，梯速V≤0.63。一般提升高度h≤15M。 1.2 電梯的型號 電梯的型號編制方法：型號，即采用一組字母和數(shù)字，以簡單明了的方式，將電梯的基本規(guī)格的主要內(nèi)容表示出來。我國部頒標準中規(guī)定了如下的電梯型號編制法。 圖1 電梯型號識別圖 表1品種（組）代號表 產(chǎn)品品種 代表漢字 拼音 采用代號 產(chǎn)品品種 代表漢字 拼音 采用代號 乘客電梯 客 KE K 雜物電梯 物 WU W 載客電梯 貨 HUO H 船用電梯 船 CHUAN C 客貨（兩用）電梯 兩 LIANG L 觀光電梯 觀 GUAN G 病床電梯 病 BING B 汽車用電梯 汽 QI Q 住宅電梯 住 ZHU Z 表2 類別代號表 產(chǎn)品類別 代表漢字 拼音 采用代號 電梯 梯 Ti T 液壓梯 表3 拖動方式代號表 拖動方式 代表漢字 拼音 采用代號 拖動方式 代表漢字 拼音 采用代號 交流 交 JIAO J 液壓 液 YE Y 直流 直 ZHI Z 齒輪齒條 齒 CHI C 表4 控制方式代號表 控制方式 代表漢字 采用代號 控制方式 代表漢字 采用代號 手柄開關(guān)控制，自動門 手，自 SZ 信號控制 信號 XH 手柄開關(guān)控制，手動門 手，手 SS 集選控制 集選 JX 按鈕控制，自動門 按，自 AZ 并聯(lián)控制 并聯(lián) BL 按鈕控制，手動門 按，手 AS 梯群控制 群控 OK 1.3電梯的主要參數(shù)及規(guī)格尺寸 圖2 電梯吊索類型圖 （a）平繞1∶1吊索法；（b）2∶1吊索法；（c）全繞1∶1吊索法 ①對重裝置；②牽引繩；③導(dǎo)向輪④牽引繩； ⑤對重輪；⑥轎廂；⑦復(fù)繞輪；⑧轎頂輪； （1）額定載重量（kg）：制造和設(shè)計規(guī)定，電梯的額定載重量。 （2）轎廂尺寸（mm）：寬*深*高 （3）轎廂形式：有單雙面開門及其他特殊要求等，以及對轎頂，轎底，轎壁的處理。顏色的選擇，對電風扇，電話的要求等等。 （4）轎廂形式：有柵欄門，封閉式中分門，封閉式雙折門。封閉式雙折中分門等。 （5）開門寬度(mm)：轎廂門和層門完全開啟的凈寬度。 （6）開門方向：人在轎廂外面對轎廂門向左方向開啟為左開門，門向右方向開啟為右開門，兩扇門分別向左右開啟者為中開門，也稱中分門。 （7）牽引方式：常用的有平繞1:1的吊索法。轎廂的運行速度等于鋼絲繩的運行速度。半繞2:1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩的運行速度的一半。全繞1:1吊索法。轎廂的運行速度等于鋼絲繩的運行速度。 （8）額定速度（m/s）：制造和設(shè)計規(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。如交流電動機或直流電動機拖動。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)各樓層用于出入轎廂的地點均為站。 （11）提升高度（mm）：由頂層端站樓面至樓頂站樓面之間的垂直距離。 （12）頂層高度（mm）:由頂層端站樓面至機房樓樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)件之間的垂直距離，電梯運行速度越快，頂層高度一般越高。 （13）底層深度（mm）:有底層段站樓面至井道之間的垂直距離。電梯的運行速度越快，底坑一般越深。 （14）井道高度(mm)：由井道底面至機房樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)件之間的垂直距離。 （15）井道尺寸(mm)：寬﹡深 1.4電梯控制技術(shù) 所謂電梯控制技術(shù)是指電梯的傳動系統(tǒng)及操縱系統(tǒng)的電氣自動控制。作為我國20世紀70年代電梯的主要標志是交流雙速電梯。其調(diào)速方法是采用改變電梯牽引電動機的極對數(shù)，兩種或兩種不同級對數(shù)的繞組，其中極數(shù)少的繞組稱為高速繞組，極數(shù)多的繞組稱為低速繞組。高速繞組用于電梯的起動及穩(wěn)速運行，低速繞組用于制動及電梯的維修。 20世紀80年代盛行的交流調(diào)壓調(diào)速電梯，其性能優(yōu)越于交流雙速電梯。調(diào)壓調(diào)速方法是改變?nèi)喈惒诫姍C的定子供電電壓實現(xiàn)電動機的調(diào)速。由于電梯制動減速性能要求較高，所以采用的制動方法也有所不用。通常多為能耗制動。 在能耗制動中，將電機定子繞組接至直流電源，再加上采用閉環(huán)控制方式，從而有效地控制了能耗制動轉(zhuǎn)距，使制動減速過程快速平穩(wěn)，且制動精度高。 20世紀90年代，調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速電梯開始占領(lǐng)市場。調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速電梯（簡稱VVVF電梯）的調(diào)速方法是調(diào)節(jié)電機定子繞組供電電壓的幅值及頻率。在VVVF電梯的傳動系統(tǒng)中，大量采用了微機控制技術(shù)及脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，脈沖寬度調(diào)制器（簡稱PWM控制器）保證了由逆變器輸送至三相異步電機定子電壓波形為等效正弦波形。調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速電梯傳動系統(tǒng)中還廣泛的采用了矢量變換技術(shù)。使交流電機轉(zhuǎn)速的控制類似直流電機。VVVF電梯由于其體積小。重量輕，運行效率高，又節(jié)約能源，幾乎包括了以往所用的電梯的優(yōu)點，再加上極為完善的調(diào)速性能，因此它的應(yīng)用幾乎完全可以和直流電梯相媲美。大家都知道交流電動機具有結(jié)構(gòu)緊湊，維修簡單等特點。單雙速交流電動機拖動系統(tǒng)采用開環(huán)方式控制，線路簡單，價格較低，因此目前仍在電梯上廣泛應(yīng)用。但它的缺點是舒適感較差，所以一般被用于載貨電梯上。這種系統(tǒng)控制的電梯速度在1米/秒以下。 　交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)國外已大量應(yīng)用于電梯。這種系統(tǒng)采用可控硅閉環(huán)調(diào)速，加上能耗或渦流等制動方式，使得它所控制的電梯能在中低速范圍內(nèi)大量取代直流快速和交流雙速電梯。它的舒適感好，平層準確度高，而造價卻比直流電梯低，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護，多用于2米/秒以下的電梯。 　 直流電動機具有調(diào)速性能好，調(diào)速范圍大的特點，因此很早就應(yīng)用于電梯，采用發(fā)電機-電動機組形式驅(qū)動。它控制的電梯速度達4米/秒，但是，機組結(jié)構(gòu)體積大，耗電大，維護工作量較大，造價高，因此常用于對對速度，舒適感要求較高的建筑物中。 　　可控硅直接供電拖動系統(tǒng)在工業(yè)上早有應(yīng)用，但用于電梯上卻要解決舒適感問題。(尤其是低速段)應(yīng)此應(yīng)用較晚，它幾乎與微機同時應(yīng)用，比起電動機-發(fā)電機組形式的直流電梯，它有很多優(yōu)點。如:機房占地節(jié)省35%，重量減輕40%，節(jié)能25%到35%。世界上最高速度的10米/秒電梯就是采用這種系統(tǒng)，其調(diào)速比達1:1200。 　　80年代初，VVVF變頻變壓系統(tǒng)控制的電梯問世。它采用交流電動機驅(qū)動，卻可以達到直流電動機的水平，目前控制速度已達6米/秒。它的體積小，重量輕，效率高，節(jié)省能源等幾乎包括了以往電梯的所有優(yōu)點。是目前最新的電梯拖動系統(tǒng)。 　　總之，從理論上講，電梯是垂直運動的運輸工具，無需旋轉(zhuǎn)機構(gòu)來拖動，更新的電梯拖動系統(tǒng)實際上就是直線電機拖動系統(tǒng)。 電梯在垂直運行過程中，有起點站也有終點站。對于三層樓以上的建筑物的電梯，起點站和終點站之間還沒有?？空?，起點站設(shè)在一樓，終點站設(shè)在最高六。設(shè)在一樓的起點站稱為基站，起點站和終點站稱為兩端站，兩端站之間稱為中間站。 各站廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員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)部設(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，操縱箱上的按鈕或觸鈕城內(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)出的電信號成為內(nèi)指令信號。20世紀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)置一只鑰匙開關(guān)，以便下班關(guān)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該鑰匙開關(guān)。把電梯的廳門關(guān)閉妥當后，自動切斷電梯控制電源或動力電源。 1.5常用交流調(diào)速電梯的特點 ⑴ 能源消耗低 異步電動機的速度與供電頻率有關(guān)。在啟動期間，電動機電流隨頻率和速度增加而增加，并以最小轉(zhuǎn)速運行，對每種速度都可獲得最佳效率。能節(jié)約能量達45%。因電動機產(chǎn)生的熱量相當小，故在機房內(nèi)不需要專用的通風降溫系統(tǒng)，沒有額外的能量損耗。 ⑵ 電路負載低，所需緊急供電裝置小 在加速階段，所需起動電流小于2.5倍的額定電流。且起動電流峰值時間短。由于起動電流大幅度減小，故功耗和供電纜線直徑可減小很多。所需的緊急供電裝置的尺寸也比較小。 ⑶ 可靠性高，使用壽命長。 具有先進的半導(dǎo)體變頻器把交流換成直流。再把直流逆變成電壓幅度和頻率可變的交流。由于元器件性能可靠性可靠，工藝先進，經(jīng)久耐用。在系統(tǒng)中由電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)不會增加電機的發(fā)熱，而且還能減小電機的應(yīng)力，使電梯運行性能非?？煽?，延長使用壽命。 ⑷ 舒適感好 在整個運行過程中。其驅(qū)動系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)性能。故乘坐電梯舒適感極好。電梯運行是跟隨最佳給定的速度曲線運行的。其特性可適應(yīng)人體感受，并保證運行噪聲小，制動平穩(wěn) ⑸ 平層精度高 采用現(xiàn)在傳感技術(shù)和數(shù)字軟件控制系統(tǒng)。在整個運行期間準確地給位置信號加上精確地按樓層距離直接?？康恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)，在VVVF控制系統(tǒng)中其直接停靠由PC機，變頻器，曲線卡三個方面組成。曲線卡的輸入信號有起動信號，轉(zhuǎn)換信號。輸出信號有運行信號，總控信號，轉(zhuǎn)換應(yīng)答信號等。曲線卡在接受到起動信號時，給變頻器一條運行曲線，輸出運行信號，電梯開始運行；在受到換速信號時，給變頻器調(diào)節(jié)裝置一條減速曲線，當?shù)竭_停車位置時，曲線卡撤消運行信號，電梯即直接停靠樓層平面，完成一次運行，故使電梯在每個樓層都能準確平層，便于乘客進出不會絆倒。 ⑹ 運行平穩(wěn)無噪聲 在轎廂內(nèi)，機房內(nèi)及鄰近區(qū)域確保噪聲小。因為其系統(tǒng)中采用了高時鐘頻率。始終產(chǎn)生一個不失真的正弦波供電電流。電動機不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)距脈動。因此，消除了振動和噪聲。 直流調(diào)速方式有G-M調(diào)速，相位控制調(diào)壓調(diào)速和斬波控制（PWM）調(diào)壓調(diào)速等不同的電氣驅(qū)動技術(shù)。其調(diào)速系統(tǒng)的變流方式與交流的變流方式有所不同。見表5 表5各種調(diào)速方式對比圖 調(diào)速方式 一次變流 二次變流 三次變流 直流電機G-M系統(tǒng) 機械 機械 --- 直流電機相控調(diào)速方式 電子 機械 --- 直流電機PWM系統(tǒng) 電子 電子 機械 交流電機”交-直-交”變頻系統(tǒng) 電子 電子 --- 交流電機”交-交”變頻系統(tǒng) 電子 --- --- 交流電機調(diào)壓系統(tǒng) 電子 --- --- 上述反復(fù)一次變流的最后兩種調(diào)速方式，由于不能達到很寬的調(diào)速范圍和很好的性能。故只能在有限的場合中適用。其他四種調(diào)速方式都可以達到很高的性能。因此在性能電梯中得到廣泛的使用。但使用直流電機系統(tǒng)時，不管采用何種方式都必須進行機械變流。顯然，這就是直溜電機的致命缺陷，是直流電機最終被交流電機代替的根本原因。 1.6電梯的工作原理 當曳引機組的曳引輪旋轉(zhuǎn)時，依靠嵌在曳引輪槽中的鋼絲繩與曳引槽之間的摩擦力，驅(qū)動鋼絲繩來升降轎廂，曳引鋼絲繩一端掛著轎廂，另一端懸掛對重，產(chǎn)生拉力分別為S1和S2。當S1和S2的差值等于或小于繩槽之間摩擦力時，電梯正常運行，繩槽之間無打滑現(xiàn)象。具體圖形見下圖 曳引鋼絲繩與曳引輪槽不打滑的條件是： （1）當轎廂滿載，并以額定速度下降制動時： （式1） 式中：S1曳引鋼絲繩轎廂一邊的拉力（N）；S2曳引鋼絲繩對重一邊的拉力（N）；θ曳引繩在曳引輪上的包角，一般；復(fù)繞時，計算時用弧度值 自然對數(shù)底數(shù)=2.71828；鋼絲繩與曳引輪槽間的當量摩擦系數(shù)，它的大小與輪槽的形型尺寸及鋼絲繩和輪間的摩擦系數(shù)有關(guān)，常取 （式2） 式中，sin，sin，sin2，sin2中的，的值用角度值代入；2，2中的值用弧度值代入。；。 式（1）中的， 上式中：G-轎廂自重（N）；Q-額定載重量（N）；W-對重裝置重量（N）；-電梯加速度。 （2）當轎廂空載時，以額定速度上升制動時， （式3）, ， 2 PLC可編程序控制器 2.1 PLC的起源與發(fā)展 在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，繼電器控制系統(tǒng)通?？梢钥闯杏奢斎腚娐罚刂齐娐?，輸出電路和生產(chǎn)現(xiàn)場這4個部分組成的。其中輸入電路也是由按鈕，行程開關(guān)，限位開關(guān)，傳感器等構(gòu)成。用已向系統(tǒng)送入控制信號。輸出電路部分是由接觸器，電磁閥等執(zhí)行元件構(gòu)成，用以控制各種被控制對象，如電動機，電爐，閥門等。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。它通過導(dǎo)線將各個分立的繼電器，電子元器件連接起來對工業(yè)現(xiàn)場實施控制；生產(chǎn)現(xiàn)場是指被控制的對象（如電動機等）或生產(chǎn)過程。 繼電器控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中曾起著不可替代的重要作用，隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴大，市場經(jīng)濟競爭日趨激烈，繼電器控制系統(tǒng)已越來越難以適應(yīng)，因為繼電器控制電路通常是針對著某一固定的動作順序或生產(chǎn)工藝而設(shè)計的。它的控制功能也僅僅只局限于邏輯控制，定時，計數(shù)等這樣一些簡單的控制，一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就必須進行重新設(shè)計，布線，裝配，和調(diào)試。顯然，這樣的控制系統(tǒng)完全無法滿足日新月異且競爭激烈的市場經(jīng)濟發(fā)展的需要。這就迫使人們要放棄原來已占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，研制可以替代繼電器控制系統(tǒng)的新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。 出于上述考慮，美國通用汽車公司（GM）于1968年提出了公開招標研制新型的工業(yè)控制器的設(shè)想，第二年，即1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）就研制出了世界上第一臺可編程序控制器。在這一時期，可編程序控制器雖然采用了計算機的設(shè)計思想，但實際上只能完成順序控制，僅有邏輯運算，定時，計數(shù)等順序控制功能。所以人們將可遍程序控制器稱之為PCL（Programmable Logical Controller），即可編程序邏輯控制器： 20世紀70年代末80年代初，微處理器技術(shù)日趨成熟，使可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊，如浮點運算，函數(shù)運算，查表等。這樣可編程序控制器不僅可以進行邏輯控制，還可以對模擬量進行控制。因此，美國電氣制造協(xié)會NEMA（National Electrical Manufacturers Association）將之正式命名為PC（Programmable Controller）。值得注意的是，因為個人計算機的簡稱也是PC（Personal Computer），有時為了避免混淆，人們習慣上仍將可編程序控制器簡稱PLC（盡管這是早期的名稱）。本書采用PLC的稱呼。20世紀80年代后，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器夠成的微機化可編程序控制器得到了驚人的發(fā)展，使之在概念上，設(shè)計上，性能價格比等方面有了重大突破?？删幊绦蚓哂辛烁咚儆嫈?shù)，中斷技術(shù)，PID控制等功能，同時聯(lián)網(wǎng)通信功能也得到了加強，這些都使得可編程序控制器的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域不斷擴大。為了使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化。國際電工委員會（IEC）制定了PLC的標準，并給出了它的定義。 “可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部儲存執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等才操作，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入與輸出，控制各類的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則設(shè)計。” 綜上所述，PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。這種裝置具有體積小，功能強，程序設(shè)計簡單，靈活通用，維護方便等優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，得到了用戶的公認和好評。他經(jīng)過短短的幾十年發(fā)展后，現(xiàn)在已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC，機器人和CAD/CAM）之一，被廣泛地應(yīng)用于機械，冶金，化工交通，電力等領(lǐng)域中。 以PLC作為控制器的PLC控制系統(tǒng)是從根本上改變了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的工業(yè)原理和方式。繼電器控制系統(tǒng)是控制功能是通過采用硬件接線的方式來實現(xiàn)的，而PLC控制系統(tǒng)的控制功能是通過存儲程序來實現(xiàn)的，不僅可以實現(xiàn)開關(guān)量控制，還可以進行模擬量控制，順序控制。另外，它的定時和計數(shù)功能也遠比繼電器控制系統(tǒng)強很多，一般可以為用戶提供幾十個甚至上百個定時器，計數(shù)器。隨著計算機和通信幾刷的發(fā)展，現(xiàn)代PLC控制系統(tǒng)已遠不是幾十年前的哪個樣子，PLC的控制從早期的單機控制發(fā)展到多機控制，實現(xiàn)了工廠自動化。盡管現(xiàn)在的PLC控制系統(tǒng)已發(fā)生了很大的變化，但是從自動控制的角度來看，PLC控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上仍有相似之處?，F(xiàn)在以集中型的PLC控制系統(tǒng)為例說明集中型PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有那些相同和不同之處，這對初學者理解PLC控制系統(tǒng)的工作原理是有幫助的。集中型PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 將兩種系統(tǒng)相比，就會發(fā)現(xiàn)PCL控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)輸入，輸出部分基本相同，輸入電路也是由按鈕，開關(guān)，傳感器所構(gòu)成：輸出電路也好似由接觸器，執(zhí)行器，電磁閥多構(gòu)成的。不同的是繼電器控制系統(tǒng)在控制線路被PLC中的程序代替，這樣一旦生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就只需要修改程序就可以了。正是上述原因，PLC控制系統(tǒng)除了可以完成傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)所具有的全部功能外，還可以實現(xiàn)模擬量控制，開環(huán)或閉環(huán)過程控制，甚至多級分布式控制。隨著微電子技術(shù)的進一步發(fā)展，PLC的成本在降低，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC控制系統(tǒng)代替已是發(fā)展的必然趨勢。 2.2 PLC控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 2.2.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 表6 plc與繼電器控制系統(tǒng)比較表 比較項目 繼電器控制系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng) 控制功能的實現(xiàn) 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(xiàn)的 對生產(chǎn)工藝過程變更的適應(yīng)性 適應(yīng)性差。需要重新設(shè)計，改變繼電器和接線 適應(yīng)性強，只需對程序進行修改 控制速度 低?？繖C械動作實現(xiàn) 極快?？课⑻幚砥鬟M行處理 計數(shù)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 結(jié)論：由于PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比具有無法比擬的優(yōu)點，因此，在今后的控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC控制系統(tǒng)所代替是大勢所趨。 2.2.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)的比較 20世紀60年代，由于小型計算機的出現(xiàn)，有人曾試圖用小型計算機來取代當時占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，結(jié)果未獲成功，代只的卻是PLC的出現(xiàn)。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(jié)果比較見下表。 表7 PLC與計算機系統(tǒng)比較表 比較項目 通用計算機系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng) 工作目的 科學計算，數(shù)據(jù)管理等 工業(yè)自動控制 工作環(huán)境 對工作環(huán)境要求比較高 對環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場工作 工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式 系統(tǒng)軟件 需配備功能較強的系統(tǒng)的軟件 一般只需要簡單的監(jiān)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(xùn)，并具有一定的計算機基礎(chǔ) 一般技術(shù)人員，稍加培訓(xùn)即可操作使用 對內(nèi)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(shè)計 機種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng) 結(jié)論：一般情況下，在工業(yè)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(yè)控制計算機出現(xiàn)了。它與PLC共同推動著傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)改造。經(jīng)過較長時間是實踐，人們又發(fā)現(xiàn)，PLC與一般的工業(yè)控制計算機相比，PLC還是有著較強的優(yōu)勢，其原因是PLC專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計，在PLC中采用了如下的硬件和軟件措施： ⑴ 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。 ⑵ 內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。 ⑶ 采用優(yōu)良的開關(guān)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(nèi)部電路進行檢測，一旦出錯，立即報警。 ⑷ 對程序及有關(guān)數(shù)據(jù)有電池供電進行后備，一旦斷電或運行停止，有關(guān)狀態(tài)及信息不會丟失。 ⑸ 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。 ⑹ 采用了冗余技術(shù)進行一步增強了可靠性。對某些大型PLC還采用了雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)。 ⑺ 隨著構(gòu)成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相應(yīng)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(chǎn)廠家甚至宣布，今后生產(chǎn)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(jīng)過大量時間人們發(fā)現(xiàn)PLC系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障大是是由于PLC的外部開關(guān)，傳感器，執(zhí)行機構(gòu)引起的，而不是PLC本身發(fā)生的。 ⑻ 另外，PLC程序設(shè)計簡單，易學易懂易維護，更適合于工程技術(shù)人員。因此，PLC在工業(yè)控制方面獲得了極大成功，成為工業(yè)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(yōu)于PLC，所以在一些自動化控制系統(tǒng)中，常常將兩者結(jié)合起來，PLC做下位機進行現(xiàn)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(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換和交換。這樣相輔相成，構(gòu)成一個功能較強的完整的控制系統(tǒng)。 2.2.3 PLC控制系統(tǒng)與集散型控制系統(tǒng)的比較 由前所述可知，PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。而集散型控制系統(tǒng)DCS（Distribution Control System）是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的分布式控制系統(tǒng)，它在模擬量處理，回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢。而PLC隨微電技術(shù)，計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，無論在功能上，速度上，智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都用很大的提高。并開始與小型計算機聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了以PLC為重要部件的分布式控制系統(tǒng)。隨著PLC網(wǎng)絡(luò)通信功能不斷增強，PLC與PLC及計算機的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)告訴公路上（Data Highway）掛接在線通用計算機，實現(xiàn)在線組態(tài)，編程和下裝，進行在線監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，這樣就已具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上PLC的價格和可靠性優(yōu)勢，使之可以與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競爭。 2.3 PLC控制系統(tǒng)的組成 PLC控制系統(tǒng)像一般的計算機控制系統(tǒng)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(shè)備，軟件是指管理PLC的系統(tǒng)軟件，PLC的應(yīng)用程序，編程語言和編程支持工具軟件。 2.3.1 硬件的組成 PLC控制系統(tǒng)的硬件是由PLC，輸入/輸出（I/O）電路及外圍設(shè)備等組成的。系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕?jù)實際應(yīng)用的需要而定，可大可小。下面對構(gòu)成控制系統(tǒng)的主要部分簡要介紹。 PLC系統(tǒng) （1）主控模塊 除了早期生產(chǎn)的整體式PLC（PLC的各個不見都在同一機殼內(nèi)）外，目前市場多數(shù)的PLC都已采用模塊化的結(jié)構(gòu)（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(tǒng)總線相互連接起來構(gòu)成一個系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)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。 ①CPU：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(tǒng)一指揮和控制PLC工作的部件。運算器則是進行邏輯，算術(shù)等運算部件。PLC在CPU的控制下使整個機器有條不紊的協(xié)調(diào)工作，以實現(xiàn)對現(xiàn)場各個設(shè)備的控制。CPU的具體作用如下： 執(zhí)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(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。完成數(shù)據(jù)和信息的處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。 響應(yīng)外部設(shè)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大采用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(yōu)點。如日本歐姆龍公司生產(chǎn)的OMRONC200H型PLC采用的是Motorola公司生產(chǎn)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(yōu)點。 目前，一些廠家生產(chǎn)的PLC中，還采用了冗余技術(shù)，即采用雙CPU或三CPU工作，進一步提高了系統(tǒng)可靠性。采用冗余技術(shù)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(tǒng)中的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)程序存儲區(qū)：采用PROM或EPROM芯片存儲器。它是由生產(chǎn)廠家直接存放的，永久存儲的程序和指令，稱為監(jiān)控程序。監(jiān)控程序和PLC的硬件組成與專用部件的特性有關(guān)，用戶不能隨意訪問和修改這部分存儲器的程序。 存儲器區(qū)：工作數(shù)據(jù)是PLC運行過程中經(jīng)常變化的，需要隨機存取的一些數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)一般不需要長久保存，因此采用隨機存儲器RAM。數(shù)據(jù)存儲區(qū)包括輸入，輸出數(shù)據(jù)映象區(qū)，定時器/計數(shù)器預(yù)置和當前數(shù)值的數(shù)據(jù)。 用戶程序存儲區(qū)：用于存放用戶經(jīng)編程器或計算機輸入的應(yīng)用程序。一般采用EPROM或EEPROM存儲器，用戶可檫寫重新編程。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(xiàn)編程，調(diào)試，運行，監(jiān)視等功能。 （2）輸入/輸出模塊 PLC的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O模塊實現(xiàn)的。生產(chǎn)過程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開關(guān)量，繼電器狀態(tài)等，因此，需要有相應(yīng)的I/O模塊作為CPU與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的橋梁。且這些模塊應(yīng)具有較好的抗干擾能力。目前，生產(chǎn)廠家已開發(fā)出各種型號的模塊供用戶選擇。對于輸入/輸出模塊有：數(shù)字量輸入/輸出模塊，開關(guān)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(jiān)控系統(tǒng)，可獨立完成各種運算。智能模塊的種類很多，如高速計數(shù)模塊，PID調(diào)節(jié)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。 （3）電源模塊 該模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供CPU存儲器所需的直流電源，是整個PLC系統(tǒng)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(shù)PLC采用高質(zhì)量的開關(guān)式穩(wěn)壓電源，與普通電源相比，PLC的電源工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力也強。有些機器的電源除了供內(nèi)部電路使用外，還向外提供24VDC的穩(wěn)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。 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(jīng)過PLC處理后，通過執(zhí)行裝置實現(xiàn)控制。輸入電路就是被控對象（需要進行控制的機器，設(shè)備和生產(chǎn)過程）進行檢測，采集，轉(zhuǎn)換和輸入。另外，安裝在控制臺上的按鈕，開關(guān)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，對被孔對象執(zhí)行控制任務(wù)。 PLC外圍設(shè)備 PLC的外圍設(shè)備很多，但基本功能不外乎對信息和數(shù)據(jù)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(shè)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(wù)是輸入程序，調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程?？删幊探K端是具有I/O功能的PLC人機界面產(chǎn)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(shù)據(jù)和信息顯示在屏幕上。 2.3.2 軟件的組成 PLC控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件，編程語言及編程支持工具軟件幾個部分組成。 PLC系統(tǒng)軟件與工作過程 PLC系統(tǒng)軟件是PLC工作所必須的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持西，PLC對用戶程序進行逐條的解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)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(huán)掃描。 值得注意的是在繼電器控制系統(tǒng)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(huán)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(guān)，一般為1ms至幾十毫秒?，F(xiàn)以O(shè)MRONP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(yīng)保證自身的完好性。接通電源之后，為消除各元件狀態(tài)的隨機性，進行清零或復(fù)位處理，檢查I/O單元連接是否正確，再執(zhí)行一段程序。使它涉及到各種指令和內(nèi)存單元，如果執(zhí)行的時間不超過規(guī)定的時間范圍，則證明自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。上述操作完成后，將時間監(jiān)視定時復(fù)位，才允許掃描用戶程序。 公共操作公共操作是在每次掃描程序前又一次自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了報警顯示燈亮之外，還判斷故障性質(zhì)。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(shù)據(jù)I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出操作有的稱為I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一是采樣輸入信號（即刷新輸入狀態(tài)的內(nèi)容）；二是送出處理結(jié)果（即按輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路）。PLC數(shù)據(jù)I/O示意圖如下： 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(jīng)過電隔離，電平轉(zhuǎn)換，濾波處理后，進入緩沖器內(nèi)CPU的采樣。。在PLC的存儲器有一個專門存放I/O數(shù)據(jù)區(qū)，其中對應(yīng)輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，稱之為輸入映象存儲器。當CPU采樣時，輸入信號由緩沖區(qū)進入映象區(qū)。接著就是數(shù)據(jù)輸入或輸出狀態(tài)刷新。 只有在采樣刷新的時刻，輸入映象存儲器中的內(nèi)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(nèi)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(guān)量來說，可以認為沒有因間斷采樣引起的誤差。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(nèi)。 ② 輸出映象存儲器及輸出狀態(tài)刷新。同樣道理，CPU不能直接驅(qū)動負載。按用戶程序要求及當前輸入狀態(tài)，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(shù)一般才幾十毫秒，可以認為輸出信號是及時的。 ⑶ 執(zhí)行用戶程序這里又包括監(jiān)視與執(zhí)行兩部分。 ①監(jiān)視定時器WDT。監(jiān)視定時器就T1是通常所說的”看門狗”WDT（Watch-DogTimer），它是用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常。正常時，執(zhí)行完用戶程序多用的時間不會超過T1，在程序復(fù)位WDT，即執(zhí)行程序并開始計時：執(zhí)行完用戶程序后立即令WDT復(fù)位，表示程序執(zhí)行正常。當程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環(huán)，則WDT會發(fā)出超時報警信號，使程序重新開始執(zhí)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(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運行；若由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會自動地停止執(zhí)行用戶程序，切斷外部負載，發(fā)出故障信號，等待處理。 ②執(zhí)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(zhí)行，直到執(zhí)行END指令才結(jié)束對用戶程序的掃描。 應(yīng)用軟件 PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是指為完成PLC實際控制任務(wù)而編制的各種軟件。隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴大，應(yīng)用水平的提高，PLC應(yīng)用軟件也大大豐富起來了。PLC應(yīng)用軟件與一般計算機信息處理軟件相比，有很大不同，PLC應(yīng)用軟件有以下幾個特點： ⑴應(yīng)用軟件設(shè)計必須與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合。生產(chǎn)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(chǎn)過程，由于各種設(shè)備的工藝參數(shù)不一樣，控制實現(xiàn)的方式也不一樣。所以程序設(shè)計人員必須深入現(xiàn)場，嚴格尊守生產(chǎn)工藝的具體要求來設(shè)計應(yīng)用程序。 ⑵應(yīng)用軟件與硬件緊密相關(guān)。軟件設(shè)計人員不能拋開硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設(shè)計。設(shè)計必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實際情況進行相應(yīng)的程序設(shè)計。 ⑶PLC應(yīng)用軟件的設(shè)計需要計算機，自動控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種知識。特別是PLC網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)不再是一個單獨的裝置。在控制系統(tǒng)中，可能包括有多臺不同型號的PLC，計算機，外圍設(shè)備等。因此在進行軟件設(shè)計時，實現(xiàn)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(shù)。因此，應(yīng)用程序中不僅有PLC程序，還有計算機程序和通信網(wǎng)絡(luò)程序等。 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(shù)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?，F(xiàn)在世界上各個PLC生產(chǎn)廠家都研制了自己的PLC編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。用戶可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來改善軟件的開發(fā)環(huán)境，提高編程效率。 2．4 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 PLC當初是針對工業(yè)順序控制發(fā)展而研制的。經(jīng)過30幾年的迅速發(fā)展，PLC已不僅能進行開關(guān)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)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(tǒng)發(fā)展。現(xiàn)在PLC的足跡已遍布了國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，形成了滿足各種需要的PLC應(yīng)用系統(tǒng)。 今后PLC控制系統(tǒng)將朝什么方向發(fā)展呢？在市場經(jīng)濟發(fā)達的今天，產(chǎn)品的發(fā)展取決于市場的需求。PLC的主要應(yīng)用領(lǐng)域是自動化。不同的企業(yè)對自動化的要求，規(guī)模以及投資數(shù)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(shù)帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形式來看，我們不僅要大力發(fā)展適合于大，中型企業(yè)的高水準的PLC網(wǎng)絡(luò)，而且也要發(fā)展合適小型企業(yè)該找的性能價格比高的小型PLC控制系統(tǒng)。所以今后PLC控制系統(tǒng)將朝著兩個方向發(fā)展：一是向小型化，微型化系統(tǒng)方向發(fā)展。作為控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)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(fā)展。二是向大型化，網(wǎng)絡(luò)化，多功能的方向發(fā)展。 ⑴ 小型化、高性能、低成本、簡單使用 近年來，小型PLC應(yīng)用十分普遍，超小型PLC的需求日趨增多。據(jù)統(tǒng)計，美國機床行業(yè)應(yīng)用超小型PLC幾乎占據(jù)了市場的1/4，國外許多PLC廠家正在積極地研制開發(fā)出各種超小型微型的PLC。例如德國西門子公司的S7-200既可以單機運行也可以聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)復(fù)雜的控制。S7-200的最小配置是8個數(shù)字量輸入和6個數(shù)字量輸出，還可以根據(jù)實際情況擴展2～7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 ⑵ 大型化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能 多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。系統(tǒng)設(shè)計，組態(tài)也更為靈活方便，地域分布也廣，是當前控制系統(tǒng)發(fā)展的主要潮流。為了適應(yīng)這種發(fā)展，實現(xiàn)工廠自動化，世界上各PLC生產(chǎn)廠家不斷地研制開發(fā)功能更強的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種PLC網(wǎng)絡(luò)一般是多級的，網(wǎng)絡(luò)的最底層是現(xiàn)場執(zhí)行級，網(wǎng)絡(luò)的最上層為組織管理級?，F(xiàn)場執(zhí)行級可以由多個PLC或遠程I/O工作站所組成，中間一級由PLC或計算機構(gòu)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(yè)以太網(wǎng)，MAP網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場總線相連構(gòu)成一個多級分布式PLC。隨著自動控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，這種多分布式的PLC控制系統(tǒng)不再是單一的，除了控制功能外，還可以實現(xiàn)在線優(yōu)化，生產(chǎn)過程的實時調(diào)度，產(chǎn)品計劃，統(tǒng)計管理等功能，成為一種測，控，管一體化的多功能綜合系統(tǒng)。 ⑶ PLC控制系統(tǒng)將與智能控制系統(tǒng)更進一步地相互滲透和結(jié)合 目前，PLC與計算機已成為地結(jié)合并廣泛應(yīng)用，PLC不再是單獨的一個控制裝置，它成為控制系統(tǒng)中的一個重要的組成部分和環(huán)節(jié)。隨著集成電路和計算機技術(shù)的進一步發(fā)展，今后的PLC將更加注重它與智能控制系統(tǒng)的結(jié)合。許多PLC開發(fā)商已經(jīng)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(xiàn)有的軟件資源。例如西門子的S7-300采用SIMATICS7的模塊，它的軟件編程，監(jiān)控都可以在Windows操作平臺上操作和運行。今后PLC將采用速度更快，功能更強的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(yè)控制計算機，集散控制系統(tǒng)，嵌入式計算機等系統(tǒng)還將進一步滲透與結(jié)合，這必將更進一步拓寬PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和空間。 ⑷ 實現(xiàn)軟，硬件的標準化 長期以來，PLC走的是專門化的道路，使其在獲得成功的同時也帶來諸多的不便。例如各個公司的PLC都有通信聯(lián)網(wǎng)的能力，但各個公司的PLC之間還無法通信聯(lián)網(wǎng)，因此制定PLC國際標準已是今后的發(fā)展趨勢。從1978年起國際電工委員會IEC在其下設(shè)TC65的SC65B中轉(zhuǎn)設(shè)WGT工作組制定PLC的國際標準。 3 PLC控制電梯的設(shè)計 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(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)。 3.1電梯運行的理想曲線 根據(jù)大量的研究和實驗表明，人可接受的最大加速度為am≤1.5m/s2，加速度變化率ρm≤3m/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(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+ρm跳變到-ρm或由-ρm跳變到+ρm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，采用梯形加速度曲線電梯的理想運行曲線如圖7所示： 智能變頻器是為電梯的靈活調(diào)速、控制及高精度平層等要求而專門設(shè)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(guān)鍵參數(shù)等功能。其具有調(diào)試方便快捷，而且能自動實現(xiàn)單多層功能，并具有自動優(yōu)化減速曲線的功能，由其組成的調(diào)速系統(tǒng)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(shè)計速度可達4m/s，其獨特的電腦監(jiān)控軟件，可選擇串行接口實現(xiàn)輸入/輸出信號的無觸點控制。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，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。 ①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(yīng)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(gòu)成。電梯給定曲線是否理想，直接影響實際的運行曲線。 ②速度曲線產(chǎn)生方法：采用的FX2-64MRPLC，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，F(xiàn)X2-40AW用于系統(tǒng)串行通信。利用PLC擴展功能模塊D/A模塊實現(xiàn)速度理想曲線輸出，事先將數(shù)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轉(zhuǎn)換成模擬量后將速度理想曲線輸出。 ③加速給定曲線的產(chǎn)生：8位D/A輸出0～5V/0～10V，對應(yīng)數(shù)字值為16進制數(shù)00～FF，共255級。若電梯加速時間在2.5～3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(shè)備之間的信息交換、用戶程序的執(zhí)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(huán)掃描的方式進行的，每個循環(huán)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，基本要完成六個步驟的工作，包括運行監(jiān)視、與編程器交換信息、與數(shù)字處理器交換信息、與通訊處理器交換信息、執(zhí)行用戶程序和輸入輸出接口服務(wù)等。在一個周期內(nèi)，CPU對整個用戶程序只執(zhí)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(tǒng)對信號響應(yīng)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(fù)雜的問題。