plc课程设计报告.docx
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plc课程设计报告
沈阳工程学院自动化学院
《PLC原理及应用》课程设计
设计题目：
四层电梯控制系统设计与开发
系别自动化系班级自本122
学生姓名李晓学号
指导教师
职称副教授讲师
课程设计进行地点：
教学楼F420图书馆
任务下达时间：
2015年1月9日
起止日期：
2015年1月12日起——至2015年1月23止
系部主任2015年1月8日批准
《PLC原理及应用》课程设计任务书
一.设计主要内容及要求
设计主要内容：
（1）系统的硬件接线；
（2）控制系统PLC程序设计；
（3）控制系统画面设计；
（4）联机调试。
设计要求：
（1）开关门控制实验：
按下开门按钮，电梯门打开，碰到开门限位停止一段时间，自动关门。
如果在开门过程中，按下关门按钮后，电梯门关闭。
（2）外呼按钮控制电梯升降实验：
按4层下呼梯按钮，4层下呼梯按指示灯亮，电梯上升，电梯上升到四层，四层限位开关动作，电梯停止，4层下呼梯按指示灯灭。
按1层上呼梯按钮，1层上呼梯按钮指示灯亮，电梯下降，电梯下降到一层，一层限位开关动作，电梯停止，1层上呼梯按钮指示灯灭。
（3）当电梯响应4层下呼梯按钮信号时，电梯向上运行，此时可以接收记忆1层的上呼梯按钮的信号，等电梯上升到4层后，等待一段时间后马上响应1层上呼梯按钮的信号。
同理，电梯响应1层上呼梯按钮信号时，同样记忆4层下呼梯按钮信号。
（4）内选按钮控制电梯升降实验
电梯响应内部面板信号1—4，顺向优先执行。
对内选信号具有记忆功能,执行后解除。
有内选信号输入时对应的指示灯亮，执行后消除。
二.对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数的要求
（1）课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于5000字。
（2）学生应撰写的内容为：
中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。
课程设计说明书（论文）的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。
应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。
（3）说明书（论文）手写或打印均可。
手写要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。
（4）课程设计说明书（论文）装订顺序为：
封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。
三.时间进度安排
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
1
第一天
查阅资料
2
第二天
系统的硬件接线
3
第三、四天
控制系统PLC程序设计
4
第五、六天
控制系统画面设计
5
第七、八天
联机调试
6
第九天
答辩
7
第十天
撰写课程设计说明书
四.参考资料
[1]胡学林.《可编程控制器原理及应用》[M].北京：
电子工业出版社.2007
[2]胡学林.《可编程控制器教程（提高篇）》[M]：
北京.电子工业出版社.2005
[3]汪志峰.《可编程控制器原理及应用》[M].西安：
电子科技大学出版社.2004
[4]廖常初.《S7-200/300PLC应用技术》[M].北京：
机械工业出版社.2005
[5]吴中俊，黄永红.《可编程序控制器原理及应用》[M].北京:
机械工业出版社.2004
[6]吕景泉.《可编程控制器技术教程》[M].北京：
高等教育出版社.2001
[7]宋德玉.《可编程序控制器原理及应用系统设计技术》[M].北京：
冶金工业出版社.2002
[8]郑晟，巩建平，张学.《现代可编程序控制器原理与应用》[M].北京：
科学出版社.2003
沈阳工程学院自动化学院
《PLC原理及应用》课程设计成绩评定表
系（部）：
自动化班级：
自本122学生姓名：
李晓
指导教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。
5
4
3
2
工作能力
态度
工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，
5
4
3
2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
5
4
3
2
指导教师评审成绩
（加权分合计乘以12）
分
加权分合计
指导教师签名：
年月日
评阅教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力
5
4
3
2
工作量
工作量饱满，难度适中。
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
（加权分合计乘以8）
分
加权分合计
评阅教师签名：
年月日
课程设计总评成绩
分
摘要
随着科学技术的发展，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。
随着自动控制理论与微电子技术的发展、电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。
目前电梯控制系统主要有三种控制方式：
继电器控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。
继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐步被淘汰，微机控制系统虽智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。
而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，备受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。
[关键词]:
电梯PLC
摘要-I-
1.引言-1-
选题背景及意义-1-
电梯的发展现状以及未来发展趋势-1-
可编程序控制器简介-4-
PLC的历史背景及定义-4-
PLC的硬件组成-5-
PLC的工作原理-6-
PLC的特点-7-
监控软件介绍-8-
编程软件STEP7-Micro/WIN-8-
紫金桥组态软件-9-
本次设计的主要内容-10-
2系统设计-11-
设计思路-11-
点设置-11-
PLC编程梯形图-12-
四层电梯控制系统组态设计-20-
总结-28-
致谢-29-
参考文献-30-
1.引言
选题背景及意义
四层电梯设计采用西门子S7-200控制，利用软件实现对电梯运行自动控制，大大提高了电梯的可靠性、安全性、快捷性，另外节省了大量外部接线，简化了控制系统结构。
另外可以方便的增加或改变控制功能，并便于检修。
本设计系从第一章介绍PLC、变频器、传感器开始，先概要的介绍了PLC概念和工作方式，变频器和传感器概念、工作原理以及分类[1]。
第二章通过比较设计方案，确定设计方案。
第三章合理设置变频器参数，提高运行过程中电梯带来的舒适感，设置电梯井道、轿厢内、电梯层门口的各个部件，设置保障电梯运行时安全保护环节，达到电梯运行安全第一。
第四章确定输入输出端口，设计PLC外部接线图，编写梯形图，对梯形图网络解释说明。
电梯发展现状以及未来发展趋势
一、电梯行业概况?
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中国电梯行业经过了60多年的发展，电梯企业从无到有，从小规模生产到成为全球最大的电梯制造大国和电梯使用大国。
电梯年生产保有量已经可以达到百万台。
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电梯行业的发展，和国家经济发展以及房地产市场的发展有密不可分的关系，改革开放后，中国电梯的生产力到现在已经实现了百倍的增长，供应量也达到了五十倍的增长。
预计2014年全年产销电梯54万台左右，与2013年基本持平，继续领先世界最发达的欧美生产大国。
目前，虽然不少企业的许可证已经在7M/S或以上速度，但是中国制造的电梯主要还是米/秒以下的乘客电梯、各种规格的载货电梯、米/秒以下的观光电梯、国内自用的医用病床电梯、自动扶梯、自动人行道、?
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别墅家用电梯、特种电梯等。
二、国内外电梯的发展概况与现状?
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自从世界上第一台电梯的诞生至今已经超过了百年，中国电梯也已经有60年多的生产历史。
目前世界上的电梯主要是?
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欧美日和中国占领全球90%的市场，国外知名品牌主要有美国奥的斯、瑞士迅达、德国蒂森克虏伯、芬兰通力、日本三菱和日本日立等六大品牌，这些企业在国际上占有的份额最大，特别是高端市场。
并且一直独占高速电梯市场。
中国的电梯在二十一世纪成为世界电梯第一产销大国，但是中国电梯一直以供应国内低端市场为主，目前中国每50万台电梯中，六大国外品牌在中国的合资企业制造的电梯销售超过国内市场的一半份额，而国产的其他五六百家电梯企业占领着剩余的一半市场，比例相当于国内一百家企业和国外品牌一家合资企业的产销总量。
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在中国自从康力电梯在深交所上市后，目前电梯整机制造企业的上市公司已经达到四家，他们分别是：
苏州康力电梯、苏州江南嘉捷电梯、沈阳博林特电梯、广州广日股份；电梯部件上市公司有：
长江润发、新时达以及汇川机电。
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中国国内的四家上市公司在国内的电梯市场中，大概占有率为四分之一，约15万台的年产销量；国内其他接近600家电梯企业（含企业名称类似国外的电梯制造企业）分享剩余的10-15万台左右的电梯市场，平均200台的年销量，最大销量大概在15000台，最小的销量大概在2014年中销售20多台。
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数据分析，美国奥的斯、瑞士迅达、德国蒂森克虏伯、芬兰通力、日本三菱和日本日立六大品牌在中国销售25万台-30万台；苏州康力电梯、苏州江南嘉捷电梯、沈阳博林特电梯、广州广日股份年销售合计15万台；其他企业销售10-15万台。
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在中国所有电梯分类中，乘客电梯销售占据最大份额，大概是销售总量的70%，约38万台左右，其次是载货电梯和自动扶梯占据20%左右，其余的10%是观光电梯、医用病床电梯和别墅电梯。
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三、国内外电梯技术特点?
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目前世界电梯市场上的电梯技术特点，都以乘客电梯的技术为主。
而乘客电梯技术以高速电梯技术的掌握来控制电梯高端市场的份额。
目前世界上速度最高的电梯为米/秒，相当于时速102公里；国产电梯目前成熟技术的最高速度为米/秒，相当于时速25公里。
四、2015年中国电梯企业发展趋势?
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中国电梯企业在2015年将正式开始全面分化，大企业将继续扩大，小企业将有更多难以生存，2015年也将是中国电梯企业发展的转折。
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2015年，中国将有新的电梯企业上市，而也同时将第一次减少制造企业数量，预计到2015年末将有8-15%电梯企业被并购或倒闭，预计届时全国的电梯企业不会超过550家，甚至可能在500家左右。
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2015年中国电梯企业对电梯速度将继续有追求提高，预计在2015年中国本土企业8-10M/S速度的电梯不断地通过检测，从而中国的高速电梯也将进入实质性应用阶段，4-6M/S速度的国产电梯也将开始更多安装使用。
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2015年中国电梯节能技术将有全面提高，能源反馈和应急平层将被储能+不间断电源系统逐步淘汰；电梯监控技术将更多地应用；电梯试验塔将更多地建成并进行多种电梯测试；高层建筑火灾人员疏散电梯系统将有多个电梯企业进行试验塔安装测试；无电网供电电梯也将在中国电梯制造企业进行测试。
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五、中国电梯未来发展前景?
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从仿制跟随进入到跟随和自主创造阶段?
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中国电梯行业发展经历了起步、仿制、跟随和自主创造多个阶段，目前是在跟随和自主创造并进的阶段。
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我国的电梯发展仿制与跟随主要的两个标志是VVVF电梯和第四代无机房电梯，目前所有的垂直电梯基本上都是VVVF电梯，而除了通力外的无机房电梯都是第四代无机房电梯。
这两种技术一种是国外的VVVF电梯技术的仿制与跟随，而第四代无机房电梯是中国的威森电梯所研发后全面地进行了跟随。
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下一段的中国电梯发展将进入到一个新的阶段，就是跟随世界电梯同行的发展，并进行电梯中国创造。
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已经超越国外电梯的技术目前主要是高层建筑火灾人员疏散电梯系统以及电梯节能储能附带电梯不间断电源功能的电梯技术。
这是两种超过了美国、欧洲和日本的电梯先进技术，也将改写世界电梯发展历史。
并将在今后五到十年全面地在世界电梯中使用。
目前高层建筑火灾人员疏散电梯系统已经被美国奥的斯等世界电梯知名企业所青睐。
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电梯在未来会改变的不只是速度，部件的进步将首先是趋势，比如从五方通话及无线对讲改变成为视频对讲；从简单监控改变为多方位电梯视频全监控；从电梯停电应急平层改变为可以停电后电梯正常运行的电梯不间断电源；从能源反馈装置改变为储能再利用装置；从火灾不能乘坐电梯改变为火灾乘电梯疏散逃生等等……?
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可编程序控制器简介
PLC的历史背景及定义
PLC，也称之为可编程控制器，它的英文名一开始为Progralnmablecontroller，因此，在80年代之前，人们都简称它为PC。
但到了90年代后，个人计算机兴起并逐渐发展起来，人们对计算机的简称也叫PC。
所以，PC这名字就有些重复了，再加上可编程序的定义范围太广太大，所以，为了加以区别和限定，人们后来把可编程控制器定名为可编程序逻辑控制器，简称为PLC（ProgrammableLogicController）[2]。
PLC现在可以实现的功能非常之多，但其实它最最早期的时候，是从最简单的继电器逻辑控制系统发展来的。
继电器诞生并开始应用于工业以来，就开始使用导线等将它同开关器件连接在一起，通过不同的连接方法和结构，组成用途不同的逻辑控制或者是顺序控制系统，以最终实现某些特定功能。
在制造工业（主要是改变几何形状和机械性能为主）和过程工业（主要是物理变化和化学变化将原料转化成产品为主）中，有很多开关量的顺序控制，其顺序动作是按照逻辑条件进行的，也据此来设置连锁保护动作的控制和大部分离散量的数据采集。
根据传统经验，在以前，这些都是通过气动或电气控制系统来实现的。
随着微处理器、网络通信、人—机界面技术的迅速发展，现场总线技术在工业自动化领域的普及，虽然大中型的单独的基于PLC的控制系统逐步减少，但实际上许多带有各自现场总线通信接口的主站和分布式的智能化从站也都由PLC来实现。
更何况PLC更向着小型化，强功能、无线和有线结合，智能控制的方面发展，PLC也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与DCS、PID调节器、工业PC等技术相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。
PLC的硬件组成
PLC的基本结构
PLC主要有CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。
PLC的特殊功能模块能完成某些特殊的任务。
（1）CPU模块
CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。
在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来存储程序和数据，如图PLC的结构框图所示[3]。
图PLC的结构框图
（2）I/O模块
输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，他们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。
开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示管和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置[4]。
CPU模块的工作电压一般是5V，而PLC的输入/输出信号电压较高，例如DC24V和AC220V。
从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块的元器件，或使PLC不能正常工作。
在I/O模块中，用光耦合器件、光控晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I/O电路，I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。
（3）编程器
编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。
手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。
它的体积小、价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。
使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编程语言之间的相互转换。
程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。
程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送[5]。
（4）电源
PLC一般使用AC220V电源或DC24V电源。
内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。
小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
PLC的工作原理
PLC的CPU连续执行用户程序，完成控制功能是以扫描方式进行的。
所谓扫描工作方式，即CPU从程序段的第一句顺序读取、顺序执行、直到最后一句，当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段[6]。
（1）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（2）用户程序执行阶段
用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一个梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别[7]。
（3）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
使用冗余的CPU，PLC的无故障工作时间则可以达到更长，更加保证了整个系统的可靠性。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点己减少到数百甚至数千分之一，可以大大降低故障发生率。
除此之外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障的时候，PLC会自动发出故障警报，提示现场人员目前所出现的故障状态。
在编程软件或者监控软件中，还可以根据现场情况，编写故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样一来，可以使PLC具有相当高的可靠性和稳定性[8]。
（2）功能强大，通用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
最近这些年来，各种PLC的功能单元大量涌现，使PLC可以大量应用到位置控制、温度控制等各种工业控制中，再加上PLC通信能力的增强，人机监控界面技术的大大发展，在各种控制系统中应用PLC都变得更加容易，除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
（3）编程方面，易于使用
PLC作为通用工业控制计算机，本身就是面向工矿企业的工控设备，它接口容易，而程序大多数采用梯形图语言，其中的图形符号的表达方式和电器电路图相当接近，而且看上去简洁明了，对长期在一线工作的电气工来说，他们只需要了解开关量逻辑控制指令就可以方便地看懂大部分程序及其功能。
（4）维护方便
PLC的输入/输出端子能直观地反映现场信号的变化状态，通过编程工具（装有编程的电脑等）可以直观地观察控制程序和控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，极大地方便了维护人员查找故障，缩短了对系统的维护。
监控软件介绍
编程软件STEP7-Micro/WIN
编程软件是在个人计算机上运行,用于PLC编程的工具软件。
具有编程、上传和下载程序、监控、调试、PLC诊断、参数设定等功能。
西门子编程软件STEP7-Micro/WIN32/V3.1、STEP7-Micro/WIN32/可以对S7-200的所有功能进行编程,新版本STEP7-Micro/WIN32/向下兼容。
CPU通过PC/PPI电缆或通过插在PG/PC上的CP5511或CP5611与PG/PC连接。
紫金桥组态软件
紫金桥监控组态软件是紫金桥公司在长期的科研和工程实践中开发的通用工业组态软件。
紫金桥组态软件在实际应用中，以其可靠性、方便性和强大的功能得到用户的高度评价，用户已经广泛应用于石化、炼油、汽车、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、采矿、环保、电力、交通、智能楼宇、仓储、物流、水利等多个行业和领域的过程控制、管理监测、现场监视、远程监视、故障诊断、企业管理、资源计划等系统[1]。
紫金桥组态软件主要特点
（1）客户/服务器体系结构
紫金桥组态软件是真正的客户/服务器软件，同时支持分布式服务器和分布式客户端。
一处定义，多处引用：
在服务器端定义的点，可以同时在多个客户端上引用，减少组态工作量和避免数据的不一致性。
支持多种组网方式，可以根据实际需要灵活搭建分布式结构，如以太网、串口、拨号网络、无线电台、GPRS、卫星网等多种连接方式，适应不同场合。
（2）强大的数据库处理核心
数据库服务器可以进行各种运算和数据处理，如量程变换、报警、历史数据记录、PID控制、流量累计等多种处理，支持数据库脚本，在核心级实施控制，满足控制的实时需求。
灵活的点参数结构，用户根据需要组态自定义点类型和点参数，满足个性化需求。
（3）可靠的冗余系统
紫金桥组态软件支持双机/多机热备份，支持IO冗余、主机冗余、通讯冗余，系统可以智能检测不同类型的故障并自动进行响应的操作，确保系统安全可靠运
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