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1、精选优质文档-倾情为你奉上成人高等学历教育毕业设计（论文）基于PLC的电梯控制系统设计学生姓名：xxx学 号：2xxx指导教师：xx年级专业：xx级电气工程及其自动化重庆大学继续教育学院二一六年五月专心-专注-专业摘 要随着城市化进程地不断加快，高层建筑己经越来越多。电梯作为垂直交通工具，发挥的作用也越来越大。电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。继电器控制是电梯产业中最为传统的一种控制方式。继电器控制系统存在很多缺点与不足，如：故障率高、维护不方便、耗能比较大、编程繁琐等缺点。从人们对电梯的需求出发，这种系统己经满足不了人们日常的需求，将逐渐被淘汰。本文
2、将可编程序控制器(PLC)应用于五层电梯控制系统，此种控制方式具有易编程、易维护、抗干扰性强、安全稳定性强等优点。大大提高了电梯安全性、舒适感、灵活性与可维护性，缩短了电梯的开发周期，同时降低了电梯的损耗。PLC控制系统作为电梯的控制方式能满足人们可靠性、安全性、舒适性等需求，己经成为当今电梯控制系统的一种发展潮流。PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。本设计在原有的电梯控制模式上，完善厅召唤、指层、选层、选向等功能，比原有控制系统可以更容
3、易的实现更为复杂的控制任务。从而降低了电梯的能耗，提高了电梯工作效率，进一步增强了市场竞争力。设计中首先了解五层电梯的构造与工作原理，对PLC的特性与功能进行了详细阐述。接着根据输入、输出点数和存储容量选择了合适的PLC机型，结合PLC机型与I/O分配表画出梯形图与接线图，设计出指令程序，以实现电梯的指层控制、选层选向等功能。最后选取选层选向功能的指令程序，输入实验台，通过实验结果可以验证本设计可行。关键词:可编程控制器，电梯，指令程序，控制系统AbstractWith the continuous acceleration of urbanization, high-rise buildin
4、gs have become more and more. Elevator as a vertical transport, the role is also growing. The elevator is the equipment for the high-rise building transportation service, it has the advantages of fast transportation, safe and reliable, simple operation. Relay control is one of the most traditional c
5、ontrol methods in the elevator industry. Relay control system has many shortcomings, such as: high failure rate, maintenance is not convenient, energy consumption is relatively large, programming and so on. From the demand of people to the elevator, this system has been met the needs of peoples dail
6、y, will gradually be eliminated.In this paper, programmable logic controller (PLC) is applied to the five layer elevator control system. This control method has the advantages of easy programming, Yi Weihu, strong anti-interference, strong security, and so on. Greatly improve the safety, comfort, fl
7、exibility and maintainability, shorten the development cycle of the elevator, while reducing the loss of the elevator. PLC control system as the control mode of the elevator can satisfy peoples reliability, safety, comfort, etc., has become a trend of the development of elevator control system.The a
8、pplication of PLC in the elevator control is mainly reflected in its logical switch control function. Because the PLC has a logic operation, counting and timing and data input and output functions. In the process of elevator control, all kinds of logic switch control and PLC very good combination, v
9、ery good to achieve the control of the elevator. This design in the original elevator control mode, improve the hall call, refers to the layer, layer selection, selection and other functions, than the original control system can be more easy to achieve more complex control tasks. So as to reduce the
10、 energy consumption, improve the efficiency of the elevator, and further enhance the competitiveness of the market.First of all, the design of the five layer of the structure and working principle, the characteristics and functions of the PLC are described in detail. Then according to the input, out
11、put points and storage capacity of the appropriate PLC model, combined with the PLC model and the I/O distribution table to draw the ladder diagram and the wiring diagram, design the instruction program, in order to achieve the elevator control, layer control, and so on. Finally, select the selected
12、 layer to select the function of the instruction program, enter the experimental platform, the experimental results can verify the design is feasible.Key words: programmable controller, elevator, instruction program, control syste目 录1 绪 论1.1 课题的背景、意义随着中国城市化进程的不断深化，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，安装电梯的场所越来越多，电梯在人们
13、日常生活中的作用也日趋重要。电梯设置在垂直的两根导轨之间，通过电力拖动的方式，将载有乘客或货物的轿厢做升降运动。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。继电器控制是电梯产业中最为传统的一种控制方式。继电器控制系统存在很多缺点与不足，如：故障率高、维护不方便、耗能比较大、编程繁琐等缺点。从人们对电梯的需求出发，这种系统己经不能满足人们日常的需求，将逐渐被淘汰。可编程序控制器(PLC)控制系统具有可靠性高、编程和维护方便等主要特性。自20世纪90年代以来，可编程序控制器(PLC)在电梯控制系统中的应用日渐普遍，特别是在我国中小型电梯企业的产品中得到广泛的应
14、用。近年来，在我国的电梯行业中，传统的继电器控制方式基本己经被淘汰，逐渐被PLC控制系统和微控制器数字控制系统所取代。其中，PLC由于编程简单、容易维护、设计和调试周期短、抗干扰能强、可靠性高等优点，被广泛地应用于电梯控制系统中。本课题将可编程序控制器(PLC)应用于五层电梯进行逻辑控制，通过PLC对程序设计，进一步改进了电梯控制功能。大大提高了电梯安全性、舒适感、灵活性与可维护性，缩短了电梯的开发周期，同时降低了电梯的损耗。在原有的电梯控制模式上，完善厅召唤、指层、选层、选向等功能，比原有控制系统可以更容易的实现更为复杂的控制任务。PLC在电梯控制系统中的应用非常广泛，非常有使用价值。1.2
15、 国内研究现状目前，我国电梯行业己经具备了很强的生产能力，不但可以生产出符合国内市场需求的产品，而且部分产品己经走出国门进入国际市场。经过多年的改革与发展，涌现出了江苏江南、巨人通力、苏州帝奥、申龙、宁波宏大等一大批国内优秀的电梯品牌。以国际先进技术为标准，国内电梯企业坚持“科学发展、科学创新”的原则，努力拼搏、顽强奋进，在无机房电梯、远程监控、绿色电梯等新技术和新产品中取得了卓越的成绩，部分技术己经达到了国际先进水平，得到了国内外广大用户的一致好评。目前，继电器控制、PLC控制和微型计算机控制是电梯主要的三种控制方式。电梯技术的飞速发展，主要取决于国内电梯企业对技术发展的重视程度，在电梯技术
16、的革新、电梯工艺的修善上投入了大量的人力、物力。继电器控制系统是以前电梯企业主要采用的一种电梯控制系统，随着技术的革新换代，人们对生活水平的要求越来越高，开始考虑电梯的安全性、舒适性、快速性，继电器控制己经不能满足人们的生活需求。随着电子技术不断发展提高，PLC控制系统作为一种可编辑的数字运算电子装置，开始出现在电梯控制系统中，由于此系统具有安全稳定、灵活实用、易操作、低能耗等一系列优点，得到大力推广与发展，己经逐渐开始替代继电器控制，成为电梯控制技术的主流。1.3论文的主要内容和章节安排本设计把握当今电梯控制系统的发展趋势，通过文献查阅、调查研究、实验论证等方式方法，对五层电梯PLC控制系统
17、进行了研究、分析、总结与设计。在设计的过程中，对五层电梯的硬件、PLC情况进行学习与研究，全面掌握电梯构造、PLC的特性与功能。然后，分析电梯的控制策略，根据设计计算出I/O点数，并确定所选PLC机型。接着进行程序设计，写出控制系统I/O分配表、输入输出端子接线图、梯形图、流程图等。最后编写出实验验证程序，并进行实验验证。本论文共分为七章：第一章，介绍本文的研究背景、研究意义与目的。第二章，从电梯的起源与发展、国内外现状、结构、分类、以及电梯控制相关要求出发进行阐述，对电梯知识进行全面了解。从PLC的起源与发展、结构、分类、特点、工作原理、发展趋势等方面全面介绍了PLC相关情况。第三章，从PL
18、C控制系统设计总体原则、设计步骤、主要内容、编程语言类型等方面出发，详细介绍了PLC控制系统的总体设计。第四章，主要阐述了电梯控制系统硬件的选型，选择并确定合适的PLC、变频器机型做为本次5层电梯控制系统的主要配件。第五章，根据电梯控制要求，对电梯PLC控制系统的设计与实现系统程序进行设计，编辑系统指令程序，并绘制安装图、梯形图等。第六章，主要介绍了电梯PLC控制系统的实现，并选取五层电梯中选层选向功能的指令程序在实验室进行调试，以验证设计的可行性。第七章，总结研究成果与本文存在的不足之处，并对未来电梯控制系统的发展趋势进行展望。2 电梯与PLC的概述2.1 电梯与PLC的起源与发展2.1.1
19、 电梯的起源与发展电梯作为垂直运输工具，被广泛的应用在人们的口常生活中。追溯到公元前2800年前，电梯的前身机械升降机作为一种运输设备便己经应用到金字塔的建造中。伟大科学家阿基米德于公元前236年，设计出了被人们称为现代电梯鼻祖的人力驱动的卷筒式卷扬机。亨利沃特曼于1850年，在美国纽约市设计出了世界上第一台以蒸汽机为动力的卷扬机。1952年，世界上第一台具有安全装置的升降梯由美国人奥的斯发明设计，并由此拉开了广泛使用升降梯的序幕。随着经济社会的迅猛发展，科学技术日新月异，在蒸汽电梯发明不久，水压梯、油压汞和控制阀的液压梯等升降梯新技术相继出现。直至1889年，世界上第一台以电力为动力的卷筒式
20、驱动梯由美国奥的斯公司在纽约发明。由此，电梯作为一种新颖的升降工具开始走进人类的生活，并得到了不断的发展。为了提高电梯的安全性、舒适性、高效性，人们通过不断技术改造与创新，开发出了日趋完善的电梯新技术。1892年，发明了用电动机励磁场来调速的电动机发电机电力驱动系统；1900年，交流感应电动机应用于电梯驱动，从而简化了传动系统；1903年，曳引驱动方式、有齿轮高速电梯得到运用，成为现代电梯的前身；1949年，电子技术开始运用到电梯控制技术中，使电梯发展得到了空前地发展。70年代，数字化电路开始运用于电梯控制中，从而进一步提高了电梯运行的稳定性与精确性。80年代，微机和数字调节技术日益完善，脉宽
21、调节技术开始使用，进而完善了速度调节功能。90年代，调压调频拖动系统大量运用于电梯控制系统。目前，PLC控制系统正成为一种潮流被广泛运用在电梯控制系统中，为电梯不断发展、进步继续谱写着新的历史篇章。2.1.2 PLC的起源与发展1968年，通用汽车公司(GM)提出要研制一种能集计算机、继电器控制系统各自的优点的新型控制设备的设想。1969年，美国数字设备公司(DEC)把设想转换为现实，把研制成功的可编程序控制器PDP一14试用在汽车自动装配线上14。1971年，日本从美国引进了这项新技术，并很快研制成功了日本第一台可编程序控制器CS-8。1973 -1974年德国和法国也研制出了可编程序控制器
22、。1977年我国研制成功了自己的可编程序逻辑控制器。目前可编程序控制器己经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。这项新技术的成功使用，在工业界产生了巨大影响。从第一台PLC诞生以来，PLC的发展经历了五个重要时期。从1969年到20世纪70年代初期。CPU由小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单，仅仅是继电接触器的替代产品。从20世纪70年代初期到20世纪70年代末期。采用CPU微处理器，存储器采用了半导体存储器，实现了模拟量控制，软件上开发自诊断程序，PLC的可靠性提高，产品实现了系列化，PLC的应用范围扩大。从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期。大规模
23、集成电路推动了PLC的发展。CPU采用了8到16位微处理器，数据处理能力和速度提高，PLC开始具备了通讯能力，软件上开发了梯形图语言和语句表语言，发达国家多种工业控制开始使用PLC。20世纪80年代中期到20世纪90年代中期。超大规模集成电路使PLC完全计算机化。CPU开始采用32位微处理器，数学运算和数据处理能力大大提高，增加了运动控制，PID控制。联网能力加强，PLC向标准化，系列化发展。20世纪90年代中期至今。主要特点：CPU使用16位和32位微处理器，运算速度更快，具有大批量数据处理能力，出现了智能化模块，可以对各种复杂系统进行控制。编程语言除了梯形图和语句表语言之外，还增加了高级语
24、言。2.2 电梯的分类与构造2.2.1 电梯的分类电梯的品种繁多，根据电梯的不同用途设置了功能多样的电梯，主要分为以下几类：以电梯的速度作为分类标准：把低于1.00m/s速度的电梯称为低速电梯、把速度在1.002.00m/s的电梯称为中速电梯、把速度大于2.00m/s的电梯称为高速电梯、把速度超过2.00m/s的电梯称为超高速梯。以电梯的用途作为分类标准：客运电梯、货运电梯、观光电梯、矿井电梯、车辆电、船舶电梯、医用电梯等。以电梯的驱动方式作为分类标准：用交流感应电动机作为驱动力的交流电梯、用直流电动机作为驱动力的直流电梯、用螺母旋转作为驱动力的螺杆式电梯、用电动泵驱动液体流动作为驱动力的液压
25、电梯、用电动机带动齿轮旋转作为驱动力的齿轮齿条电梯。以有无司机作为分类标准：有司机电梯、无司机电梯。以控制方式作为分类标准：单程控制、下集选(常用于住宅梯)、全集选(常用于非住宅梯)、并联控制(2台)、群控(3台以上)。以机房位置作为分类标准：上机房电梯、下机房电梯、无机房电梯。2.2.2 电梯的构造电梯是机、电合一的垂直运输设备，其中，主要由电力拖动系统、电气控制系统、曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、安全保护系统等八大系统组成了完整的电梯。电梯的机械部件主要如图2-1所示：图2-1电梯的机械系统2.2.2.1 电力拖动系统电力拖动系统的功能是为电梯提供动力，并对电梯的启动加速
26、、匀速运行和制动减速起着控制作用。拖动系统的优劣直接影响着电梯启停时的加速和减速性能、平层精度、乘坐舒适感等指标。目前电梯的拖动系统分为直流电动拖动、交流电动机拖动和永磁同步电动机拖动。曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等设备组成了电力拖动系统。2.2.2.2 电气控制系统电气控制系统主要是指对电梯曳引电动机和门机的启动、运行方向、减速、停止功能的控制，以及管理每层站显示、层站召唤、轿内指令、安全保护等指令信号，并在实行每个控制环节实行操作。控制系统的功能与性能直接决定着电梯的自动化程度与性能。电气控制系统的类型主要有继电器控制、PLC控制、微机控制三种方式。2.2.2.3 曳引系统电
27、梯曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮和反绳轮等部件组成，主要向电梯输送、传递动力，从而使电梯运行。是电梯运行的根本，是电梯中的核心部分之一。曳引机是电梯的动力设备，由电动机、制动器、曳引轮、联轴器、机架和盘车手轮等组成。2.2.2.4 导向系统导向系统在电梯运行过程中，使电梯在标准的轨道范围内规律运行，不会发生横向的搬动和振动，保证轿厢和对重运行平稳不偏摆。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。2.2.2.5 门系统门系统可以分为两种，装在井道入口层站处的为层门，装在轿厢入口处的为轿厢门。电梯层门和轿厢门一般由门、导轨架、滑轮、滑块、门框、地坎的部分组成。层门主要功能是封住层站入口和轿厢入口
28、，轿厢门设在轿厢入口，轿厢上的开门机为轿厢、门提供动力。2.2.2.6 轿厢电梯轿厢具有方便出入门装置的箱型结构部件，是与乘客或货物直接接触的，主要由轿厢架和轿厢体组成。轿架是轿厢的承载结构，轿厢的负荷由它传递到曳引钢丝绳，一般由上梁、立柱、底梁和拉杆等组成。轿厢体是形成轿厢空间的封闭围壁，除必要的出入口和通风孔外不得产生有害气体和烟雾，高度大于2米，防止乘员过多，内部面积要受到限制。轿厢体一般由厢底、轿厢壁、轿厢顶等组成。2.2.2.7 重量平衡系统重量平衡系统的作用是使对重和轿厢达到相对平衡，在电梯运行中即使重量不断变化，仍然能使两者间的重量差保持在较小限额之内，保证电梯传动平稳、正常。主
29、要由对重装置和重量补偿装置两部分组成。2.2.2.8 安全保护系统安全保护系统主要应对设备突发故障时，及时采取相应的措施，防止事故的发生。安全设备主要由限速器、安全钳、夹绳器、缓冲器、安全触板、光幕、超载保护等装置组成。限速器的作用是随时监测控制轿厢的速度，当出现超速度的情况是，即电梯额定速度的115%时，能及时发出信号，继而产生机械动作切断电路，使曳引机制动。如果电梯无法制动，则安装在轿厢底部的安全钳动作将轿厢强制制停。限速器是指令的发出者，而安全钳是执行者，两者共同作用才出现安全电梯之说。缓冲器一般有蓄能型和耗能型两种，一般设置在井道底坑内，当其他安全设施都不起作用，电梯由于失控可能撞向底
30、坑(撞底)或冲向楼顶(冲顶)时，缓冲器可起到吸收、消耗电梯轿厢和对重动能的作用，使轿厢减速，并安全停止。安全触板、光幕同属于电梯的进门安全保护装置，是机电一体式关门防夹安全装置，作用是在电梯自动关门过程中，防止人员或物品被夹受损。2.3 电梯的工作原理与控制要求2.3.1 电梯的工作原理目前，我国使用的电梯大部分为“机电一体化”的曳引式电梯。由曳引钢丝绳承受着电梯轿厢的全部悬挂重量，在运转时绕曳引轮、导向轮将电梯向上或向下拉升。曳引钢丝绳是由若干钢丝先捻制成股、后捻制成绳而成的，捻制钢丝绳的钢丝一般是由优质碳素结构钢冷拉而成。曳引钢丝绳磨损过度、断丝率超过其受力极限时，就将导致“坠梯”的情况发
31、生，因此使用单位应该定期维护或更换曳引钢丝绳。电梯拖动系统示意图如图2-2所示。图2-2电梯拖动系统示意图1一电动机；2-减速机构；3一曳引轮；4一刚丝绳；5一轿箱；6-配重2.3.2 电梯的控制要求随着科学技术的不断发展，以及生活水平的不断提高，人们对电梯的智能性、舒适性、多功能性要求越来越高。根据市场的需求，电梯厂家开发研制出各类电梯产品，并针对客户要求配置，设计出不同的控制系统。其中，电梯的控制要求主要集中在以下几个方面：上升和下降只受单台电机控制。轿厢内有楼层按钮、开门按钮、开门按钮。电梯平层时能自动开关门。电梯每层设有方向、当前层指示灯、上/下呼叫开关。停站5-6秒后或在此时间内按下
32、关门键，电梯门自动关闭。电梯具有记忆功能，运行过程中，对于方向相同的选层信号，能依次停站应答。电梯全面完成一个方向的指令后，能自动关门，同时能自动的调转方向，执行反方向的相关指令。当电梯完成全部指令，并没有其它任何指令时，电梯可以自动运行到基层停止。2.4 PLC的特点国际电工委员会(IEC)对可偏程序控制器即PLC的定义如下：“可编程序控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子系统。它通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，从而实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并可编程序控制器及其有关设备、都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易
33、于扩充其功能的原则设计。”这段话对可偏程序控制器的特点和应用领域进行精炼的总结。2.4.1 可靠性高，抗干扰能力强PLC通常采用微电子技术，选用的电子器件品质精良，一般都是工业级，甚至是军用级，基本无故障。相对于继电器控制系统，PLC活动部件比较少，连接线不多，系统简单易维护，其次是设计相对比较合理、操作简单，容易掌握。相对于计算机控制系统，PLC编程语言比较精简，以致编程出错率降低；同时在制作工艺方面通常是流水线生产，质量优良；将一些提高系统可靠性的措施运用在软件设计中，完善自诊断功能。PLC在环境不佳的工业现场情况下，也能很好的适应。适应环境温度范围比较广，在环境温度-20C65C情况下，
34、也能正常地保持原有工作状态。同时，还具有很好的抗振能力和抗冲击能力，在瞬间断电时，仍能保持正常工作状态。2.4.2 编程简单，使用方便编程语言主要有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图等。其中，任何一种都可以作为PLC的编程语言，相对灵活比较大、多样性比较宽广。和继电器控制系统相比，PLC相对可塑性较强，程序的改编即可适应不同的生产需要，而不必改变硬件设备。此功能是淘汰继电器控制的重要因素之一。梯形图、布尔助记符等编程语言相对比较易懂，对于技术人员而言，相对更容易理解、在实际使用中将更为方便。2.4.3 接线简单，通用性好相对于继电器控制系统接线和拆线的麻烦性，PLC控制的相关设备基本上都
35、具有即插即卸功能。因此，PLC控制系统具有接线简单、工作量少的优点。同时，PLC输入、输出模块连接外部其它设备相对也比较简单，方便现场技术人员使用。PLC的用户界面十分友好，给使用者带来很大的方便。PLC可以级连低速网络和高速网络，与其他可编程控制器兼容，并组成局部网络。2.4.4 易于安装，便于维护由于PLC体积较小的原因，在继电器控制箱里安装PLC时相对占用的空间大大减小。PLC替换继电器的同时，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向己有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大范围安装时，要选择最优的地点安装长距离的输入/输出站点。CPU的连向是长距离站
36、通过同轴电缆或双扭线实行的，这样很大程度上降低了人力、物力，PLC制造商可以在系统不同部分到达安装现场前预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装的时间。易维护的特点是PLC设计的主要目标之一。由于诊断指示器嵌在检测电路每个部件中，所以，维修时故障检测相对比较简单，维修时只需直接更换模块级插入式部件。2.5 PLC的分类PLC产品种类日益繁多，其规格和性能也趋于多样性。从PLC的结构、功能等方面出发，PLC大致可以分为以下几种：2.5.1 按I/O点数分类PLC按其I/O点数多少一般可分为以下4类。微型PLC：I/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。小型PLC：I/O点数为
37、256点以下，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。小型PLC一般具有数据处理、计时、计数、算术运算、通信联网等功能。比如西门子公司的S7-200PLC。中型PLC：I/O点数在5122048点之间的为中型PLC。它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。如西门子公司的S7-300PLC。大型PLC：I/O点数为2048点以上的为大型PLC。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，并在大型工厂生产管理自动化功能的实现中起到很大作用。其次，提高机器可靠性的表决式系统，也可以由大型PLC的三个CPU构成。如西门
38、子公司的S7-400系列PLC。2.5.2 按结构分类PLC按其结构可分为整体式、模块式及叠装式3种。整体式PLC：将CPU、I/O单元、电源、通信等部件集成到一个机壳内的称为整体式PLC。不同I/O点数的基本单元与扩展单元组成了整体式PLC。模块式PLC：模块式PLC是将PLC的每个工作单元都制成独立的模块。其中，主要包括I/O、CPU、电源模块以及其它功能模块。模块式PLC构成母板及各种模块，按控制系统需要选取模块后，安插到母板上，就构成了一个完整的PLC系统。这种模块式PLC的优点是配置方便，灵活性很强，可以根据不同的需要选配不同类型的系统，并且安装十分方便。此结构模式一般应用在大、中型
39、PLC中。例如，西门子公司的S7-300系列、S7-400系列PLC都采用模块式结构形式。叠装式PLC：将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC将CPU模块、电源模块、通信模块和一定数量的I/O单元集成到一个机壳内，如果集成的I/O模块不够使用，可以进行模块扩展。通过电缆把CPU、电源、I/O接口等各种独立模块进行连接与叠装。叠装式PLC集整体式PLC与模块式PLC优点于一身，它不但系统配置灵活，而且体积较小，安装方便。西门子公司的S7-200系列PLC就是叠装式的结构形式。2.5.3 按功能分类以功能作为分类标准，PLC主要分为低档PLC、中档PLC和高档PLC三种
40、类型。低档PLC：低档PLC工作速度不高，模块的种类也不是太多，一般只具有基本的运算功能和控制功能。此类PLC一般适用于简单的小规模系统控制。如果要用在联网中，一般只做从站使用。OMRON C60P属于此类型。中档PLC：中档PLC在完成一般运算功能的同时，还能完成三角函数、指数等相对比较复杂的运算。而且工作效率相对较高，模块的种类也很多，具有很强的运算功能和控制功能。此类PLC一般适用于中型规模的系统控制。如果要用在联网中，从站、主站都可以使用。SIEMENS S7-300属于此类型。高档PLC：高档PLC一般在大型工厂自动化建设中得以运用，具有十分强大的运算功能和控制功能。一般低档机多为小
41、型PLC，采用整体式结构；中档机可为大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中型和大型PLC采用模块式结构。2.6 PLC的基本结构PLC具有很多的型号与规格，但基本的原理大致相同。其原理都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更需要依靠软件的相关支持。从某种意义上讲，可编程控制器的作用等同于生活中的微型计算机。它一般由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成。PLC的内部结构如图2-3所示：图2-3 PLC的内部结构2.6.1 中央处理器CPUCPU在内存中全面读取输入装置的相关数据、状态，充分解释相关指令规定后，从而产生控制输出设备，并响应外部设备的
42、请求以及进行各种内部诊断。2.6.2 存储器PLC的存储器用来存放程序和数据。PLC的存储器可以分为两类：一类是系统程序存储器，主要存放系统管理、监控程序和用户程序编译程序。这类程序己由厂家固定，用户不能更改。另一类是用户程序及数据存储器，主要存放相关的程序和数据。2.6.3 输入输出接口(I/O)输入/输出接口的作用主要是把PLC与现场输入输出设备或其他外部设备进行连接。工业设备或生产过程的状态或信息(如按钮、各种继电器触点、行程开关、各种传感器等)通过输入接口读入中央处理器。输出接口是将CPU处理的结果通过输出电路去驱动输出设备(如指示灯、电磁阀、继电器、接触器等)。输入和输出接口还可以完
43、成中央处理器与输入输出设备的连接。2.6.4 外部设备接口PLC的外部设备主要有编程器、操作面板、文本显示器、打印机等。为了进一步实现PLC的编程、监控功能，编程器一般不设置在PLC里面，而是通过编程器接口把PLC与编程器进行连接。编程器接口用途广泛，除了连接各种编程设备外，还具有监控、通讯的作用。文本显示器除用于显示系统信息外，还是一个具有操作功能的控制单元。打印机可以把过程参数和运行结果以文字形式输出。外部设备接口可以把上述外部设备与CPU相连接，以完成相应的操作。除了上述的一些外部设备接口以外，PLC还设置了存储器接口和通讯接口存储器接口是为了为扩展存贮区而设置的。通讯接口是为了建立完整
44、的通讯网络而设置的。2.6.5 I/O扩展接口I/O扩展接口的主要功能是对输入/输出单元进行扩展。通过此种扩展接口，可以更加灵活的对PLC的控制规模进行配置，同时，它还可以把模拟量、高速计数等各种开关的I/O单元进行配置。2.6.6 电源PLC的电源是指为CPU、存贮器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关电源。电源的输入端一般是交流电流，其电压的范围很大，并且有脉冲吸收电路，具有很强的抗干扰能力。电源电压不同，其相应的用途也各异，比如5V电源一般只供PLC内部使用，24V电源既可以在内部使用，还可以供输入/输出单元和各种传感器使用。2.7 本章小结本章首先对电梯和PLC起源与发展进行
45、了阐述，根据电梯的不同用途与功能，对各类电梯品种进行了简单介绍。同时，对组成电梯的电力拖动系统、电气控制系统、曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、安全保护系统等八大系统进行了详细说明，绘制出简单的电梯拖动系统示意图，结合示意图对电梯的工作原理进行了描述，并对电梯控制系统要求进行了大致的总结与归纳。其次，阐述了可编程控制器可靠性高、编程简单、易接线、易安装维护等方面的特点。从PLC的结构、功能等方面出发，对各类PLC品种进行了详细的说明，对构成PLC的中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部件进行了介绍。3 PLC控制系统硬件设计与选型硬件选型是PLC工业设计中一项十分关键的工作，
46、工艺流程、用户要求等因素，是硬件选型最为重要的参考依据。工业运用中，PLC具有很多不同种类的品种，功能各异，合理地选择性价比最高的PLC是一项很关键的工作。PLC的选型和硬件设计应从以下的几个方面加以考虑。3.1 PLC机型的选择能否全面满足控制系统的功能需要，是PLC选型的基本原则。所选PLC必须满足系统控制功能、结构、指令和编程、存储量、响应时间、通信联网功能等主要功能。下面分别进行论述。从应用角度来看，PLC可按控制功能或输入/输出点数分类。一般小型的PLC控制系统中，只需要具有运算、计数、定时等简单功能。大中型PLC一般应用在生产线控制相对比较复杂的控制系统中，要求具有数据处理、联网通
47、信等功能，组成集散型或多级分布式的工业控制网络系统。从PLC的物理结构来看，PLC分为模块式和整体式。整体式PLC具有固定的输入/输出点数，结构简单，价格较低，但系统灵活性和扩展能力较差。模块式可进行灵活的输入和输出配置，I/O模块的种类和数量选择余地较大，应用场合广泛，系统的安装和扩展容易，系统维修更换模块及判断故障范围都很方便，但价格偏高。根据用户的现实要求，选择模块式结构具有输入、输出点数多、控制性能高的特点。考虑到减少备件数量，进一步缩减成本支出，并使PLC的外部设备与编程器等软件工具达到共享状态，建议使用相同厂家与型号的PLC。PLC的指令系统一般包括逻辑指令、运算指令、控制指令、数
48、据处理和其他特殊指令，这些指令能完成诸如开平方、对数运算、网络通信等功能。用户可从便于控制系统编程的角度来加以选择，只要能满足实际需要就可以了，避免大材小用。PLC的编程有两种方式:在线和离线编程。采用离线编程可降低成本，对大多数应用系统来说都可以满足生产需要，因而较多的中小型PLC都使用这种方法。在线编程所需成本较高，但使用方便，大型PLC中常采用。3.1.1 I/O点数的估算PLC选型中最关键的步骤是精确的计算出输入/输出点数的总需要量。通常输入/输出点数是衡量PLC规模大小的主要技术指标，同时也是影响PLC价格的主要因素之一。首先是详细地梳理出控制系统的输入/输出设备与被控设备等电气元件，
