基于PLC的六层电梯控制系统设计Word下载.docx

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控制器和被控对象连接方便。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电器接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

2.1PLC的结构及各部分的作用

可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。

通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输出输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。

1.中央处理单元（CPU）

CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。

CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。

这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。

CPU的功能有以下一些：

从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。

2.存储器（RAM、ROM）

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存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；

存放工作数据的存储器称为数据存储器。

常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。

RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。

RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。

掉电时，可有效地保持存储的信息。

EPROM、EEPROM都是只读存储器。

用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。

3.输入输出单元（I/O单元）

I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。

I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。

接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。

PLC的各输出控制器往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。

4.电源

PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。

PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。

5.编程器

利用编辑器将用户程序送入PLC的存储器，还可以有用编辑器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。

除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。

利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。

2.2PLC的工作原理

PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回到第一条，如此周而复始不断循环。

PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。

全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。

当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。

1.输入处理

输入处理也叫输入采样。

在此阶段，顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映像寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。

2.程序执行

根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。

遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的用户程序。

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输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。

对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。

3.输出处理

程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

2.3PLC的编程语言

2.3.1梯形图编程语言

梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电路控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。

梯形图的设计应注意以下三点：

（一）梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。

每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。

（二）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。

这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。

（三）输入继电器用于接收外部的输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。

因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。

输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时,就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。

输出继电器的触点可供内部编程使用。

2.3.2语句表编程语言

指令语句表示一种与计算机汇编语言类似的助记符编程方式，比汇编语言易学。

2.4PLC基本指令

2.4.1线圈驱动指令LD、LDI、OUT

LD：

取指令。

表示一个与输入母线相连的常开接点指令，即常开接点逻辑运算起始。

LDI：

取反指令。

表示一个与输入母线相连的常闭接点指令，即常闭接点逻辑运算起始。

、

OUT：

线圈驱动指令，也叫输出指令。

LD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C，用于将接点接到母线上。

也可以与ANB指令、ORB指令配合使用，在分支起点也可使用。

OUT是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是Y、M、S、T、C。

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2.4.2接点串联指令AND、ANI

AND，与指令。

用于单个常开接点的串联。

ANI，与非指令。

用于单个常闭接点的串联。

AND与ANI都是一个程序步指令，它们串联接点的个数没有限制，也就是说这两条指令可以多次重复使用。

OUT指令后，通过接点对其它线圈使用OUT指令称为纵接输出或连续输出，连续输出如果顺序不错可以多次重复。

2.4.3接点并联指令OR、ORI

OR：

或指令。

用于单个常开接点的并联。

ORI：

或非指令。

用于单个常闭接点的并联。

OR与ORI指令都是一个程序步指令，它们的目标元件是X、Y、M、S、T、C。

这两条指令都是并联一个接点。

需要两个以上接点串联连接电路块的并联连接时，要用ORB指令。

2.4.4串联电路块的并联连接指令ORB

两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。

串联电路块并联连接时，分支开始用LD、LDI指令，分支结果用ORB指令。

ORB指定与ANB指令均为无目标元件指定,而两条无目标元件指定的步长都为一个程序步。

ORB有时也简称或块指令。

ORB指令的使用方法有两种：

一种是在要并联的每个串联电路块后加ORB指令；

另一种是集中使用ORB指令。

对于前者分散使用ORB指令时，并联电路块的个数没有限制，但对于后者集中使用ORB指令时，这种电路块并联的个数不能超过8个。

2.4.5并联电路的串联连接指令ANB

两个或两个以上的接点并联的电路称为并联电路块。

分支电路并联电路块与前面电路串联连接时，使用ANB指令。

分支的起点用LD、LDI指令，并联电路快结束后，使用ANB指令与前面电路串联。

ANB指令也简称与块指令，ANB也是无操作目标元件，是一个程序步指令。

2.4.6主控及主控复位指令MC、MCR

MC为主控指令，用于公共串联接点的连接，MCR叫主控复位指令，即MC的复位指令。

在编程时，经常遇到多个线圈同时受一个或一组接点控制。

如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的接点，将多占用存储单元，应用主控指令可以解决这一问题。

使用主控指令的接点称为主控接点，它在梯形图中与一般的接点垂直。

它们是与母线相连的常开接点，是控制一组电路的总开关。

MC指令是3程序步，MCR指令是2程序步，两条指令的操作目标元件是Y、M，但不允许使用特殊辅助继电器M。

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与主控接点相连的接点必须用LD或LDI指令。

使用MC指令后，母线移到主控接点的后面，MCR使母线回到原来的位置。

在MC指令内再使用MC指令是时嵌套级N的编号（0—7）顺序增大，返回时用MCR指令，从大的嵌套级开始解除。

2.4.7置位与复位指令SET、RST

SET为置位指令，使动作保持；

RST为复位指令，使操作保持复位。

SET指令的操作目标元件为Y、M、S。

RST指令的操作目标元件为Y、M、S、D、V、Z、T、C。

这两条指令是1—3个程序步。

2.4.8脉冲输出指令PLS、PLF

PLS指令在输入信号上升沿产生脉冲输出，PLF在输入信号下降沿产生脉冲输出，这两条指令都是2程序步，它们的目标元件是Y和M，但特殊辅助继电器不能作目标元件。

使用PLS指令，元件Y、M仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作。

而使用PLF指令，元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作。

2.4.9空操作指令NOP

NOP指令是一条无动作、无目标元件的一程序步指令。

空操作指令是该步序作空操作。

用NOP指令替代已写入指令，可以改变电路。

在程序中加入NOP指令，在改动或追加程序是可以减少步序号的改变。

2.4.10程序结束指令END

END是一条无目标元件的1程序步指令。

PLC反复进入输入处理、程序运算、输出处理，若在程序最后写入END指令，则END以后的程序步就不再执行，直接进行输出处理。

在程序调试过程中，按端插入END指令，可以顺序扩大对各程序段的检查。

采用END指令将程序划分为若干段，在确认处理前面电路块的动作正确无误之后，依次删去。

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基本指令表

2.5梯形图设计规则

1.触点的安排

梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。

2.串、并联的处理

在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。

在有几个并联图回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。

3.线圈的安排

不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。

4.不准双线圈输出

如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。

这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。

5.重新编排电路

如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。

6.编程顺序

对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。

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第3章三层电梯PLC控制系统设计

3.1电梯的控制要求

电梯由安装在各楼层厅门口的呼叫按钮进行呼叫操纵和电梯轿厢内设有楼层内选按钮进行控制，用以选择需停靠的楼层。

楼层指示灯有三个，分别指示电梯当前位置。

运行状态指示灯有两个，分别指示当前电梯运行的状态。

电梯每次运行只响应单一呼叫，例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层），在电梯停止运行前按其他层呼叫按钮均无效，依此类推。

3.2三层电梯主电路

图中L1、L2、L3为三相电源，三相电动机M3~为电梯轿厢上行和下行电动机，由KM7和KM8分别控制电动机正反转从而控制轿厢的上行和下行；

M1、M2、M3为电梯开关门控制的直流电动机，分别由接触器KM1~KM6的触点控制；

QS1为总开关（刀开关），起隔离电源作用；

FU为熔断器，起短路和严重过载保护；

FR为热继电器，起过载和断相保护作用。

3.3输入输出点数分配

1.输入部分:

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2.输出部分:

3.4PLC

外围接线图

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3.5功能指令表概述

由于PLC是由取代继电器开始产生并发展起来的，且早期的PLC绝大部分用于顺序控制，于是许多人习惯把PLC看作是继电器、定时器、计数器的集合．把PLC的作用局限地等同于继电控制系统顺控器等，其实PLC就是工业控制计算机PLC系统具有一切计算机控制系统的功能，大型的PLC系统就是当代最先进的计算机控制系统

小型的PLC由于运算速度及存贮容量的限制．功能自然稍弱。

但为了使PLC在其基本逻辑功能顺序步进功能之外具有更进一步的特殊功能．以尽可能多地满足PLC用户的特殊要求，从80年代开始PLC制造商就逐步地在小型PLC中加入一些功能指令或称为应用指令。

这些功能指令实际上就是一个个功能不同的子程序。

随着芯片技术的进步，小型PLC的运算速度、存贮容量不断增加，其功能指令的功能也越来越强。

许多技术人员梦寐以求甚至以前不敢想象的功能，通过功能指令就成为极容易实现的现实．从而大大提高了PLC的实用价值。

3.5.1传送指令

当触发条件被触发时，传送源数据到指定数据存储器，如上图，当X000触发时，把K100移动到D10中去。

3.5.2比较指令

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比较S1和S2里面的数据，然后去控制D包含的连续三个对象的接通，上例中：

S1>

S2M0导通

S1=S2M1导通

S1<

S2M2导通

即K100大于C20的当前值时，M0接通；

K100等于C20的当前值时，M1接通；

K100小于C20的当前值时，M2接通。

3.6程序分析

3.6.1程序总体结构

3.6.2电梯上下控制程序分析

比较呼叫信号D1、楼层限位D2里面的数值，以比较结果指挥电梯动作。

D1<

D2：

电梯在上，呼叫在下，电梯此时应该下降。

D1>

电梯在下，呼叫在上，电梯此时应该上升。

D1=D2：

电梯与呼叫在同一位置，可根据不同的楼层位置驱动不同的门进行开关。

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3.6.3电梯呼叫信号分析

根据不同的按钮动作把呼叫信号转换成数值存入寄存器D1里面当第一层呼叫时，就把常数1放在D1里面

当第二层呼叫时，就把常数2放在D1里面

当第三层呼叫时，就把常数3放在D1里面

1.电梯呼叫信号程序（第一层）

2.

3.6.4电梯位置判断程序分析

通过传感器把电梯位置信号转换成相应的信号送到寄存器D2里面去如果在第一层，把常数1赋给D2；

如果在第二层，把常数2赋给D2；

如果在第三层，把常数3赋给D2。

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窗体顶端

窗体底端