2.2PLC控制系统与其他工业控制系统的比较
2.2.1PLC控制系统与继电器控制系统的比较
表6pic与继电器控制系统比较表
比较项目
继电器控制系统
PLC控制系统
控制功能的实现
由许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能
各种控制功能是通过编制的程序来实现的
对生产工艺过程变更的适应性
适应性差。
需要重新设计，改变继电器和接线
适应性强，只需对程序进行修改
控制速度
低。
靠机械动作实现
极快。
靠微处理器进行处理
计数及英他特殊功能
一般没有
有
安装，施工
连线多，施工繁
安装容易，施工方便
可靠性
差，触点多，故障多
髙，因元器件采用了筛选和老化等可靠性措施
寿命
短
长
可扩展性
困难
容易
维护
工作量大，故障不易查找
有自诊能力，维护工作量小
结论：
由于PLC控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点，因此，在今后的控制系统中，传统的继电器控制系统被PLC控制系统所代替是大势所趋。
2.2.2PLC控制系统与计算机系统的比较
20世纪60年代，由于小型计算机的出现，有人曾试图用小型计算机来取代当时占统治地位的继电器控制系统，结果未获成功，代只的却是PLC的出现。
通过il•算机与PLC本身的工作目的，原理和方式上都存在着较大的差异.其结果比较见下表。
表7PLC与计算机系统比较表
比较项目
通用计算机系统
PLC控制系统
工作目的
科学计算，数据管理等
工业自动控制
工作环境
对工作环境要求比较高
对环境要求低，可在恶劣的工业现场工作
工作方式
中断处理方式
循环扫描方式
系统软件
需配备功能较强的系统的软件
一般只需要简单的监控程序
采用的特殊措施
掉电保护等一般性措施
采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，可在线维修
编程语言
汇编语言，高级语言
梯形图，助记符语言，SFC标准化语言
对操纵人员的要求
需专门培训，并具有一泄的计算机基础
一般技术人员，稍加培训即可操作使用
对内存的要求
容量大
容量小
价格
价格高
价格较低
其他
若用于控制，一般需自行设计
机种多，模块种类多，易于集成系统
结论：
一般情况下，在工业自动化工程中采用PLC可靠，方便，易于维护。
进入20世纪70年代，采用微处理器的工业控制计算机出现了。
它与PLC共同推动着传统工业的技术改造。
经过较长时间是实践，人们又发现，PLC与一般的工业控制计算机相比，PLC还是有着较强的优势，其原因是PLC专为在工业环境下的应用而设计，在PLC中采用了如下的硬件和软件措施：
（1）光电耦合隔离和R-C滤波器，有效地防止了干扰信号的进入。
（2）内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。
（3）采用优良的开关电源，防I匕电源线引入的干扰。
具有良好的自诊断功能可对CPU等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警。
（4）对程序及有关数据有电池供电进行后备，一旦断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失。
（5）对采用的器件都进行了严格的筛选和简化，排除了因器件问题而造成的故障。
（6）采用了冗余技术进行一步增强了可靠性。
对某些大型PLC还采用了双CPU构成冗余系统，或三CPU构成表决式系统。
（7）随着构成PLC的元器件性能的提髙，PLC的可靠性也在相应的提高。
一般PLC的平均无故障时间可达到几万小时以上。
某些PLC的生产厂家甚至宣布，今后生产PLC不再标明可靠性这一指标，因为对PCL来讲这一指标已亳无意义了。
经过大量时间人们发现PLC系统在使用中发生的故障大是是由于PLC的外部开关，传感器，执行机构引起的，而不是PLC本身发生的。
（8）另外，PLC程序设计简单，易学易懂易维护，更适合于工程技术人员。
因此，PLC在工业控制方而获得了极大成功，成为工业控制中的主流。
但是必须指出的是：
计算机在信息处理方而还是优于PLC,所以在一些自动化控制系统中，常常将两者结合起来，PLC做下位机进行现在控制，讣算机做上位机信息处理。
计算机与PLC之间通过通信线路实现信息的转换和交换。
这样相辅相成，构成一个功能较强的完整的控制系统。
2.2.3PLC控制系统与集散型控制系统的比较
由前所述可知，PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来的。
而集散型控制系统DCS（DistributionControlSystem）是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统，它在模拟量处理，回路调节等方而有一泄的优势。
而PLC随微电技术，计算机技术和通信技术的发展，无论在功能上，速度上，智能化模块以及联网通信上，都用很大的提高。
并开始与小型计算机联成网络，构成了以PLC为重要部件的分布式控制系统。
随着PLC网络通信功能不断增强，PLC与PLC及计算机的互联，可以形成大规模的控制系统，在数据告诉公路上（DataHighway）挂接在线通用汁算机，实现在线组态，编程和下装，进行在线监控整个生产过程，这样就已具备了集散控制系统的形态，加上PLC的价格和可靠性优势，使之可以与传统的集散控制系统相互竞争。
2.3PLC控制系统的组成
PLC控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硕件是指PLC本身及苴外羽设备，软件是指管理PLC的系统软件，PLC的应用程序，编程语言和程支持工具软件。
图4.典型PLC控制系统的硕件组成图
2.3.1硬件的组成
PLC控制系统的硬件是由PLC,输入/输岀（I/O）电路及外困设备等组成的。
系统规模可根据实际应用的需要而左，可大可小。
下面对构成控制系统的主要部分简要介绍。
（1）主控模块
除了早期生产的整体式PLC（PLC的各个不见都在同一机壳内）夕卜，目前市场多数的PLC都已采用模块化的结构（PLC的各个部件独立封装，称之为模块）。
在PLC中各个模块均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。
在这个系统中最核心的模块是主控模块（也称CPU）,它包括：
CPU,存储器，通信接口等部分。
©CPU：
CPU是PLC的控制中枢，它由控制器和运算器组成。
英中，控制器是用来统一指挥和控制PLC工作的部件。
运算器则是进行逻辑，算术等运算部件。
PLC在CPU的控制下使整个机器有条不紊的协调工作，以实现对现场各个设备的控制。
CPU的具体作用如下：
执行接受，存储用户程序的操作指令。
用以扫描方式来自输入单元的数拯和状态信息，并存入相应的数据存储区。
执行监控程序和用户程序。
完成数据和信息的处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规立的各种操作。
响应外部设备（如编程器，打印机）的请求。
PLC中所采用的CPU随机型的不同而不同，通常有3种:
通用微处理器（如8086,80286,80386等），单片机芯片，位片式处理器。
一般来说，小型PLC大采用8位微处理器或单片机作为CPU,如Intcl8086,Intcr96系列单片机，具有集成度髙，运算速度快，可靠性高等优点。
如日本欧姆龙公司生产的OMRONC200H型PLC采用的是Motorola公司生产的MC68B09的CPU芯片。
这是一种增强型8位微处理器。
对大型PLC,大多采用髙速位片式微处理器，它具有灵活性强，速度快，效率高的优点。
目前，一些厂家生产的PLC中，还采用了冗余技术，即采用双CPU或三CPU工作，进一步提高了系统可靠性。
采用冗余技术可使PLC的平均无故障工作时间达几十万小时以上。
2存储器：
PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序，用户程序和工作状态数据。
系统程序存储区：
采用PROM或EPROM芯片存储器"它是由生产厂家直接存放的，永久存储的程序和指令，称为监控程序。
监控程序和PLC的硬件组成与专用部件的特性有关，用户不能随意访问和修改这部分存储器的程序。
存储器区：
工作数据是PLC运行过程中经常变化的，需要随机存取的一些数据。
这些数据一般不需要长久保存，因此采用随机存储器RAM.数据存储区包括输入，输岀数据映象区，建时器/计数器预置和当前数值的数据。
用户程序存储区：
用于存放用户经编程器或计算机输入的应用程序。
一般采用EPROM或EEPROM存储器，用户可橡写重新编程。
用户程序存储器的容量一般就代表PLC的标称容量。
通常，小型机小于8KB,中型机小于50KB,而大型机可以在50KB以上。
3通信接口：
主控模块通常有一个或一个以上的通信接口（简称通信口），用以与计算机，编程器相连，实现编程，调试，运行，监视等功能。
（2）输入/输出模块
PLC的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过I/O模块实现的。
生产过程有许多控制变量，如温度，压力，液位，速度，电氐开关量，继电器状态等，因此,需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁。
且这些模块应具有较好的抗干扰能力。
目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。
对于输入/输岀模块有：
数字量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，模拟疑输入/输出模块，交流新号输入/输出模块,220V交流输入/输出模块。
还有智能模块，它本身带CPU,存储器和监控系统，可独立完成各种运算。
智能模块的种类很多，如高速汁数模块，PID调巧的模拟量控制模块，阀门控制模块，智能存储模块和智能I/O模块。
（3）电源模块
该模块将交流电源转换成供CPU存储器所需的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心。
它的好坏直接影响到PLC的功能和可靠性。
目前，大多数PLC采用高质虽的开关式稳压电源，与普通电源相比，PLC的电源工作稳泄性好，抗干扰能力也强。
有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供24VDC的稳压电源，用于外部传感器的需要，这样就避免了因外部电源不合格而引起的外部故障。
I/O电路
PLC的基本功能就是控制，它采集被控对象的务种信号。
经过PLC处理后，通过执行装置实现控制。
输入电路就是被控对象（需要进行控制的机器，设备和生产过程）进行检测,采集，转换和输入。
另外，安装在控制台上的按钮，开关等也可以向PLC送控制指令。
输出电路的功能就是接受PLC输出的控制信号，对被孔对象执行控制任务。
PLC外用设备
PLC的外围设备很多，但基本功能不外乎对信息和数据的处理。
常用的有编程器，可编程终端，打印机，条码读入机等等。
编程器PLC的重要外用设备之一，它可以将用户编写的程序送到PLC的用户程序存储器。
因此，它的主要任务是输入程序，调试程序和监控程序的执行过程。
可编程终端是具有I/O功能的PLC人机界而产品。
人可以通过触摸屏幕将信息输入PLC中同样可编程终端也可以将PLC的输入数据和信息显示在屏幕上。
2.3.2软件的组成
PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。
PLC系统软件与工作过程
PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。
在系统软件的支持西，PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。
PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。
图5PDC内部工作示意图
值得注意的是在继电器控制系统中，一个继电器的线圈被接通或断开，继电器的所用触点（常开触点和常闭触点）都会立即动作。
但在PLC中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所用只有扫描到”线圈”的触点时，才会动作，没有扫描到时，触点就不会动。
并且PLC扫描一次用户程序的时间即扫描周期与拥护程序的长短和扫描速度有关，一般为1ms至几十亳秒。
现以OMRONP型机为例来说明PLC扫描的工作过程，如上图在没有扫描之前，PLC首先应保证自身的完好性。
接通电源之后，为消除各元件状态的随机性，进行淸零或复位处理，检查I/O单元连接是否正确，再执行一段程序。
使它涉及到各种指令和内存单元，如果执行的时间不超过规定的时间范IT；］，则证明自身完好，否则系统关闭。
上述操作完成后，将时间监视定时复位，才允许扫描用户程序。
公共操作公共操作是在每次扫描程序前又一次自检，若发现故障，除了报警显示灯亮之外，还判断故障性质。
一般性故障，只报警不停机，等待处理：
对于严重故障，则停止运行用户程序，此时PLC切断一切输出。
数据I/O数据输入/输出操作有的称为I/O状态刷新。
它包括两种操作：
一是采样输入信号（即刷新输入状态的内容）：
二是送出处理结果（即按输岀状态表的内容刷新输出电路）。
PLC数据I/O示意图如下：
1输入映象存储器及刷新。
由上图所示可知送入PLC端子上的输入信号，经过电隔离,电平转换，滤波处理后，进入缓冲器内CPU的采样。
。
在PLC的存储器有一个专门存放I/O数据区，其中对应输入端子的数据区，称之为输入映象存储器。
当CPU采样时，输入信号由缓冲区进入映象区。
接着就是数据输入或输出状态刷新。
只有在采样刷新的时刻，输入映象存储器中的内容才与输入信号（不考虑电路固有的惯性和滤波滞后影响）一致，英他时间范囤输入信号变化是不会影响映象存储器的内容的。
由于PLC扫描周期一般只有几十毫秒，所以两次采样时间很短，对一般开关量来说，可以认为没有因间断采样引起的误差。
即认为输入信号一旦变化，就能立即进入输入映象的存储器内。
2输出映象存储器及输出状态刷新。
同样道理，CPU不能直接驱动负载。
按用户程序要求及当前输入状态，要保持到下次刷新为止。
同样，对于变化较慢的控制过程来说，因为两次刷新的时间间隔和输岀电路的惯性时间常数一般才几十亳秒，可以认为输出信号是及时的。
（3）执行用户程序这里又包括监视与执行两部分。
①监视泄时器WDTo监视泄时器就T1是通常所说的”看门狗•AVDTCWatch-DogTimer）,它是用来监视程序执行是否正常。
正常时，执行完用户程序多用的时间不会超过T1,在程序复位WDT,即执行程序并开始计时：
执行完用户程序后立即令WDT复位，表示程序执行正常。
当程序执行过程中因某种「扰使扫描失控或进入死循环，则WDT会发出超时报警信号，使程序重新开始执行。
如果是偶然因素造成超时，重新程序不会再遇到”偶然干扰”,系统便转入正常运行：
若由于不可恢复的确左性故障，则系统会自动地停I上执行用户程序，切断外部负载，发岀故障信号，等待处理。
②执行用户程序。
用户程序是放在用户程序存储器中的，扫描时，按顺序从零步开始,逐步解释和执行，直到执行END指令才结束对用户程序的扫描。
应用软件
PLC控制系统的应用软件是指为完成PLC实际控制任务而编制的各种软件。
随着PLC应用领域范用的不断扩大，应用水平的提高，PLC应用软件也大大丰富起来了。
PLC应用软件与一般计算机信息处理软件相比，有很大不同，PLC应用软件有以下几个特点：
⑴应用软件设计必须与生产工艺紧密结合。
生产工艺要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生产过程，由于各种设备的工艺参数不一样，控制实现的方式也不一样。
所以程序设计人员必须深入现场，严格尊守生产工艺的具体要求来设讣应用程序。
⑵应用软件与硬件紧密相关。
软件设计人员不能抛开硬件配置和系统孤立地考虑软件设计。
设计必须根据硬件系统，接口的实际情况进行相应的程序设计。
（3）PLC应用软件的设计需要计算机，自动控制技术甚至网络通信技术等多种知识。
特別是PLC网络的出现，PLC控制系统不再是一个单独的装巻。
在控制系统中，可能包括有多台不同型号的PLC,计算机，外囤设备等。
因此在进行软件设计时，实现和处理某种控制功能都离不开计算机，自动控制和通信技术。
因此，应用程序中不仅有PLC程序，还有计算机程序和通信网络程序等。
2.3.3控制原理
货梯的控制原理流程图见图1
货梯上下行流程图见图2
三五层货梯可编程序控制器PLC的选型
3.1PLC控制系统设il•的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
1、最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设讣PLC控制系统的首要前提，这也是设讣中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调査研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟泄控制方案，共同解决设汁中的重点问题和疑难问题。
2、保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设il•控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设讣、元器件选择、软件编程上要全而考虑，以确保控制系统安全可靠。
例如：
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。
3、力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。
因此，在满足控制要求的前提下，一方而要注意不断地扩大工程的效益，另一方而也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设讣者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和髙指标。
4、适应发展的需要
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提髙，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
3.2PLC机型的选择
工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点.
控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容
能价格比的PLC和设计相应的控制系统。
I/O点数估算时应考虑适当的余疑，通常根据统计的输入输出点数，再增加10$〜20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输岀点数进行圆整。
2、所需PLC的内存估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。
设讣阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容虽:
在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。
为了设计选型时能对程序容量有一立估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固立的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字星：
1/0点数的10〜15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25$考虑余量。
3、PLC机型型号的确左
3系统控制方案的确定
3.1系统控制方案
3.1.1开门控制
山于本设讣不构筑电梯模型，只涉及模拟控制，故将开关门控制省略。
当某一楼层的指示灯持续亮时，表示该层正在进行开门、延时、关门。
为了实现电梯的安全运行，电梯的开、关门信号与故障报警信号应该是互锁的，即当故障报警信号有效时，开、关门信号都不能实现，楼层指示灯不会亮。
3.1.2内外呼叫控制
在电梯内各层呼叫控制中，设计成当有乘客按下某层的呼叫按键时，使相应的指示灯亮，但不能立即启动电梯。
其呼叫信号一直保持到电梯到达位层后且呼叫信号与电梯运行方向相同时才被撤消。
3.1.3上下行控制
1.电梯在一、二、三、四层楼分别设置一个呼叫按钮。
2.由于没有真实的电梯来控制，所以假设电梯在收到呼叫信号后以5S/层的速度运动，用楼层灯的闪烁表示电梯在运动中。
3.上、下行指示灯不能同时亮，一、二、三、四、楼指示灯不能同时亮，在一个呼叫请求完
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