【文章內(nèi)容簡介】 在無把握時請勿隨意改動模型。 8．電梯上下運行極限需通過 PLC 編程控制，不可盲目編程讓轎廂一直上行或一直下行，以免損壞硬件。在編程了解電梯運行情況時，應時刻注意轎廂的運行情況，禁止將電梯運行出限位開關以外的位置。 ，將其中一臺電梯估為主站，下載主站程序，另一臺做為從站，下載從站程序。用 DP 網(wǎng)線連接二臺 PLC 的 0 號通訊口，進行 PPI 通訊。 控制要求 方向數(shù)碼顯示 電梯模型控制系統(tǒng)構成 六層電梯實際模型控制系統(tǒng)的硬件是由三相異步電動機、變頻器、傳感器、旋轉編碼器等組成，其中 PLC 和變頻器的型號分別是 S7200、 MM420，其控制系統(tǒng)結構如圖 所示。 學士學位論文 8 圖 電梯模型 PLC 控制系統(tǒng)框圖 學士學位論文 9 輸入模塊C P U模塊輸出模塊可編程序控制器編程裝置接觸器電磁閥指示燈電源 電源 限位開關選擇開關按鈕 3 硬件系統(tǒng)的組成 可編程控制器簡介 可編程序控制器，英 文稱 Programmable Controller，簡稱 PC。但由于 PC 容易和個人計算機（ Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤晳T地用 PLC 作為可編程序控制器的縮寫。 PLC 是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是 PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制 形象、直觀、方便易學；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的 PLC 后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將 PLC 應用于生產(chǎn)實踐。 PLC 的結構及各部分的作用 PLC 的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入 /輸出接口、電源擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。 PLC的硬件系統(tǒng)結構如下圖所示： 圖 PLC 控制示意圖 學士學位論文 10 主機部分包括中央處理器（ CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。 CPU是 PLC 的核心，它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入 /輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如電腦、打印機等）的請求以及進行各種內(nèi)部判斷等。 PLC 的內(nèi)部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù) 存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結果。 2．輸入 /輸出（ I/O）接口 I/O 接口是 PLC 與輸入 /輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機經(jīng)處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。 I/O 接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。 I/O 點數(shù)即輸入 /輸出端子數(shù)是 PLC 的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。 3．電源 圖中電源是指為 CPU、存儲 器、 I/O 接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。 4．編程 編程是 PLC 利用外部設備，用戶用來輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)視 PLC 的工作情況。通過專用的 PC/PPI 電纜線將 PLC 與電腦聯(lián)接，并利用專用的軟件進行電腦編程和監(jiān)控。 5．輸入 /輸出擴展單元 I/O 擴展接口用于將擴充外部輸入 /輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元（即主機）連接在一起。 外部設備接口 此接口可將打印機、條碼掃描儀 ,變頻器等外部設備與主機相聯(lián)，以完成相應的操作。 該設計選用的主 機型號有西門子 S7200 系列的 CPU226(AC/DC/PL)。輸入點數(shù)為24，輸出點數(shù)為 16[2]。 學士學位論文 11 PLC 的工作原理 PLC 是采用 “順序掃描，不斷循環(huán) ”的方式進行工作的。即在 PLC 運行時， CPU 根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。 PLC 的一個掃描周 期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 PLC 在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。 PLC 在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。 刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸出設備工作輸出刷新階段： 當所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出作 [2]。 PLC 的程序編制 PLC 是采用軟件編制程序來實現(xiàn)控制要求。編程時要使用到各種編程元件，它們可提供無數(shù)個動合和動斷觸點。編程元件是指輸入寄存器、輸出寄存器、位存儲器、定時器、計數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲器等。 PLC 內(nèi)部這些存儲器的作用和繼電接觸控制系統(tǒng)中使用的繼電器十分相似，也有 “線圈 ”與 “觸點 ”，但它們不是 “硬 ”繼電器，而是 PLC 存儲器的存儲單元。當寫入該單元的邏輯狀態(tài)為 “1”時，則表示相應繼電器 線圈得電，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。所以，內(nèi)部的這些繼電器稱之為 “軟 ”繼電器。 S7200 系列 CPU22 CPU226 部分編程元件的編號范圍與功能說明如下表所示 學士學位論文 12 表 S7200 系列部分編程元件的編號范圍與功能 所謂程序編制，就是用戶根據(jù)控制對象的要求，利用 PLC 廠家提供的程序 編制語言，將一個控制要求描述出來的過程。 PLC 最常用的編程語言是梯形圖語言和指令語句表語言，且兩者常常聯(lián)合使用。 (1).梯形圖（語言） 梯形圖是一種從繼電接觸控制電路圖演變而來的圖形語言。它是借助類似于繼電器的動合、動斷觸點、線圈以及串、并聯(lián)等術語和符號，根據(jù)控制要求聯(lián)接而成的表示PLC 輸入和輸出之間邏輯關系的圖形，直觀易懂。 梯形圖中常用 和 圖形符號分別表示 PLC 編程元件的動合和動斷觸點 ，用（ ） 表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號及標注的字母或數(shù)加以區(qū)別。觸點和線圈等組成的獨 立電路稱為網(wǎng)絡， 用編程軟件生成的梯形圖和語句表程序中有網(wǎng)絡編號，允許以網(wǎng)絡為單位給梯形圖加注釋。 元件名稱 符號 編號范圍 功 能 說 明 輸入寄存器 I ～ 共 24 點 接受外部輸入設備的信號 輸出寄存器 Q ～ 共 16 點 輸出程序執(zhí)行結果并驅動外部設備 位存儲器 M ～ 在程序內(nèi)部使用，不能提供外部輸出 定時器 256(T0 ～t255) T0,T64 保持型通電延時 1ms T1～ T4,T65～ T68 保持型通電延時 10ms T5～ T31,T69～ T95 保持型通電延時 100ms T32,T96 ON/OFF 延時 ,1ms T33～ T36,T97～ T100 ON/OFF 延時 ,10ms T37～ T63,T101～ T255 ON/OFF 延時 ,100ms 計數(shù)器 C C0～ C255 加法計數(shù)器，觸點在程序內(nèi)部使用 高速計數(shù)器 HC HC0～ HC5 用來累計比 CPU 掃描速率 更快的事件 順控繼電器 S ～ 提供控制程序的邏輯分段 變量存儲器 V ～ 數(shù)據(jù)處理用的數(shù)值存儲元件 局部存儲器 L ～ 使用臨時的寄存器，作為暫時存儲器 特殊存儲器 SM ～ CPU 與用戶之間交換信息 特殊存儲器 SM（只讀） ～ 接受外部信號 累加寄存器 AC AC0～ AC3 用來存放計算的中間值 學士學位論文 13 梯形圖的設計應注意到以下三點： ① 梯形圖按從左到右、自上而下地順序排列。每一邏輯行（或稱梯級）起始于左母線，然后是觸點的串、并聯(lián)接，最后是線圈。 ② 梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流，而是 “概念電流 ”，從左流向右，其兩端沒有電源。這個 “概念電流 ”只是用來形象地描述用戶程序執(zhí)行中應滿足線圈接通的條件。 ③ 輸入寄存器用于接收外部輸入信號，而不能由 PLC 內(nèi)部其它繼電器的觸點來驅動。因此 ，梯形圖中只出現(xiàn)輸入寄存器的觸點，而不出現(xiàn)其線圈。輸出寄存器則輸出程序執(zhí)行結果給外部輸出設備，當梯形圖中的輸出寄存器線圈得電時，就有信號輸出，但不是直接驅動輸出設備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現(xiàn)。輸出寄存器的觸點也可供內(nèi)部編程使用。 (2).指令語句表 指令語句表是一種用指令助記符來編制 PLC 程序的語言，它類似于計算機的匯編語言，但比匯編語言易懂易學，若干條指令組成的程序就是指令語句表。一條指令語句是由步序、指令語和作用器件編號三部分組成 [3]。 PLC 的輸出方式 主機有二種不同的輸出模式，一種為 DC 晶體管漏極輸出結構，當對應的輸出點使能時，此輸出點與 1M 之間的電壓等于 1M 與 1L＋之間的電壓，不使能時，輸出端為高阻狀態(tài)。在眾多的工控設備廠家中，有不同的標準，比如西門子的 PLC 晶體管輸出為高電平，三菱的 PLC 又是集電極輸出結構。在本系統(tǒng)中使用的各種驅動器中，相當部分使用的是共陽極，低電平輸入有效，為了使西門子的 PLC 也能驅動此類驅動器，我們在二者之間加裝一塊電平轉換板，使 PLC 原本輸出的高電平轉換為集電極輸出，使各驅動器得以識別。 器輸出，同一組內(nèi)的繼電器的一端全部連在一起，作為 1M，另一端為輸出端。這種結構可使輸出端應用在交直流電路均可。但用于脈沖量輸出時，繼電器就不能承受高速的開關吸合，這會大大減小使用壽命。 學士學位論文 14 PLC 型號選擇 PLC 機型的選擇基本原則是，在所有功能都能滿足要求的前提下，選擇最可靠、穩(wěn)定，安全，維護使用比較方便的機型。 S7200 系列 PLC 是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型 PLC，其中許多功能都能夠達到大型 PLC 的水平，但是其價格確實十分便宜。 S7200 系列 PLC 通過 CPU 模塊進行區(qū)分一共能分成 五種基本的規(guī)格的 PLC。主要有 CPU22 CPU22 CPU22 CPU22CPU226XM. 表 CPU 各型號參數(shù) 型號 電源 /輸入 /輸出類型 主機 I/O 點數(shù) CPU 221 DC/DC/DC 6 輸入 /4 輸出 AC/DC/繼電器 CPU 222 DC/DC/DC 8 輸入 /6 輸出 AC/DC/繼電器 CPU 224 DC/DC/DC 14 輸入 /10 輸出 AC/DC/繼電器 AC/DC/繼電器 CPU 226 DC/DC/DC 24 輸入 /16 輸出 AC/DC/繼電器 CPU 226XM DC/DC/DC 24 輸入 /16 輸出 AC/DC/繼電器 S7200 CPU 22X 的電源，對于每個型號，西門子廠家都提供 24V DC 和120V/240VAC 兩種電源供電的 CPU 類型。輸出接口電路主要有三種類型，第一種也是較為常用的即交流繼電器輸出型，第二種是直流晶體管，第三種是晶閘管輸出型。 本次設計根據(jù)具體情況，通過對輸入 \輸出點的估算以及對編程軟件和機型的認識 學士學位論文 15 度，決定選用西門子的 S7200 中的 CPU226 作為電梯的主要控制器。 PLC 是整個控制系統(tǒng) 的核心部件，采用西門子 S7200 系列可編程邏輯控制器， CPU226，它的運算能力以及通訊能力比其它 PLC 優(yōu)越，可方便地進行數(shù)據(jù)處理和通訊。 CPU226 共有 24 個輸入點、 16 個輸出點。最多可以帶 7 個擴展模塊。 因