【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 易于與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多高品質(zhì)與功能。這一設(shè)想提出后，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）于 1969 年研制成第一臺(tái) PLC，型號(hào)為PDP14，投入通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)線(xiàn)控制中，取得了令人滿(mǎn)意的效果，從此開(kāi)創(chuàng)了 PLC的新紀(jì)元。 第一臺(tái) PLC 具有模塊化、可擴(kuò)充、可重編程及用于工業(yè)環(huán)境的特性。這些控制器易于安裝，占用空間小，可重復(fù)使用。盡管控制器編程有些瑣碎，但它具有公共的工廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn) — 梯形圖編程語(yǔ)言，這樣使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便的使用它。 在短時(shí)間內(nèi)， PLC 在其他工業(yè)部門(mén)也得到應(yīng)用。到 70 年代初，食品、金屬和制造等 工業(yè)部門(mén)相繼使用 PLC 代替繼電器控制設(shè)備，邁出了其實(shí)用化階段的第一步。 70 年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使 8 位微處理器和位片處理器相繼問(wèn)世，使可編程控制技術(shù)產(chǎn)生了飛躍。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)控制、提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。在這個(gè)時(shí)期，日本、西德（原）和法國(guó)相繼研制出了自己的 PLC，我國(guó)在 1974 年也開(kāi)始研制。 70 年代由于超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使 PLC 向大規(guī)模、高速性能方向發(fā)展，形成了多種系列化產(chǎn)品。這是面向工程技術(shù)人員的編程語(yǔ)言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語(yǔ) 言。在功能上， PLC 可以代替某些模擬控制裝置和小型機(jī) DDC 系統(tǒng)。 進(jìn)入八九十年代后， PLC 的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)， PLC 已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)生，可診斷自身故障及機(jī)器故障。這些改進(jìn)使 PLC 符合今天對(duì)高質(zhì)量高產(chǎn)出的要求。盡管 PLC 功能越來(lái)越強(qiáng)，但他仍然保留了先前的簡(jiǎn)單與易于使用的特點(diǎn) (PLC 實(shí)物圖 21) 乘客電梯的 PLC 控制 5 圖 三種常見(jiàn)的 PLC PLC 的用途 PLC 的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置 ,使其應(yīng)用受到 限制 。 但近年來(lái)由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降 ,使 PLC的成本下降 ,同時(shí)又由于 PLC的功能大大增強(qiáng) ,使 PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛 ,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車(chē)、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。 PLC 的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類(lèi)型： （ 1）順序控制 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC 可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線(xiàn)控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線(xiàn)、電鍍流水線(xiàn)及電梯控制等。 （ 2）運(yùn)動(dòng)控制 PLC 制造商目前已 提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下， PLC 把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。 相對(duì)來(lái)說(shuō)，位置控制模塊比計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（ CNC）裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作方便。 （ 3）閉環(huán)過(guò)程控制 PLC 能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（ Proportional Intergral Derivative） 模塊的提供使 PLC 具有閉環(huán)控制功能 ,即一個(gè)具有 PID 控制 能力的 PLC 可用于過(guò)程控制。當(dāng)過(guò)程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí) ,PID 控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出 ,把變量保持在設(shè)定值上。 （ 4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的 PLC 和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（ CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen 1 12 系列，已將 CNC控制功能作為 PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn) PLC和 CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過(guò)窗口軟件，用戶(hù)可以獨(dú)自編程，由 PLC 送至 CNC 設(shè)備使用。美國(guó) GE 公司的 CNC 設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理 的 PLC。預(yù)計(jì)今后幾年 CNC系統(tǒng)將變成以 PLC 為主體的控制和管理系統(tǒng)。 （ 5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國(guó)外近幾年來(lái)興起的工廠(chǎng)自動(dòng)化（ FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（ FMS）及集散控制系統(tǒng)（ DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展 PLC 之間， PLC 和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅 PLC 數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對(duì)策。 乘客電梯的 PLC 控制 6 可編程控制器 (PLC)的特點(diǎn) PLC 的性能特點(diǎn) (1)硬件的可靠性 PLC 是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的 PLC 能置于有很強(qiáng)的電 噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。 在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡(jiǎn)化安裝，使它易于抗振動(dòng)沖擊，對(duì)印制電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨(dú)特的方式。例如，在輸入 /輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，用提高了抗干擾性能；各個(gè) I/O 端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號(hào)；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線(xiàn)插拔、調(diào)試時(shí)不會(huì)影響各機(jī)的正常運(yùn)行。 由于 PLC 本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入 /輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、電磁電機(jī)等外圍裝置上。 (2) 編程簡(jiǎn)單，使用方便 用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，常使用匯編語(yǔ)言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。 PLC 采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌握。例如，目前打多數(shù) PLC 均采用的梯形圖語(yǔ)言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線(xiàn)路的清晰直觀(guān)感，又顧及了大多數(shù)電氣 技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平很容易被電氣技術(shù)人員所接受，易于編程，程序改變時(shí)也容易修改，很靈活方便。 這種面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的編程方式，與目前微機(jī)控制常用的匯編語(yǔ)言相比，雖然在 PLC 內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時(shí)間，但對(duì)大多數(shù)的機(jī)電控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是微不足道的。 (3) 接線(xiàn)簡(jiǎn)單，通用性好 PLC 的接線(xiàn)只需將輸入信號(hào)的設(shè)備（按鈕、開(kāi)關(guān)等）與 PLC 輸入端子連接，將接受輸出信號(hào)執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與 PLC 輸出端子連接。接線(xiàn)簡(jiǎn)單、工作最少，省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線(xiàn)和拆線(xiàn) 的麻煩。 PLC 的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)”，這樣生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化過(guò)程就能隨意改變。這種性能使 PLC 具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。 用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬件接口實(shí)際上是 PLC 的組成部分，模塊化的自診斷接口電路能指出故障，并易于排除故障與替換故障部件，這樣的軟硬件設(shè)計(jì)就使現(xiàn)場(chǎng)電氣人員與技術(shù)人員易于是用。 (4)可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) PLC 可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是低速網(wǎng)絡(luò)，采用主從方乘客電梯的 PLC 控制 7 式通信，傳輸速率從幾千波特到上萬(wàn)波特，傳輸距離為 500— 2500m；另一類(lèi)為高速網(wǎng)絡(luò)，采用令牌傳送方式通信 ，傳輸速率為 1M— 10Mbps，傳輸距離為 500— 1000m，網(wǎng)上結(jié)點(diǎn)可達(dá) 1024 個(gè)。這兩類(lèi)網(wǎng)絡(luò)可以級(jí)連，網(wǎng)上可兼容不同類(lèi)型的可編程控制器和計(jì)算機(jī)，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。 (5) 易于安裝，便于維護(hù) PLC 安裝簡(jiǎn)單而且功能有效，其相對(duì)小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方，在從繼電器系統(tǒng)改換到 PLC 系統(tǒng)的情況下， PLC 小的模塊結(jié)構(gòu)使之能安裝在繼電器附近并將連線(xiàn)向已有接線(xiàn)端，其實(shí)改換很方便，只要將輸入 /輸出設(shè)備連向接線(xiàn)端即可。 在大型安裝中，長(zhǎng)距離輸入 /輸出站點(diǎn)安放在最優(yōu)地點(diǎn)。長(zhǎng)距 離站通過(guò)同軸電纜獲雙扭線(xiàn)連向 CPU，這種配置大大減少了物料和勞力，長(zhǎng)距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達(dá)安裝場(chǎng)地前由 PLC 制造商預(yù)先連好線(xiàn)，這一方法大大減少了電氣技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間。 從一開(kāi)始， PLC 便以易維護(hù)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護(hù)時(shí)只需更換模塊級(jí)插入式部件，故障檢測(cè)電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于編程設(shè)備可見(jiàn)輸入 /輸出是 ON 還是 OFF，還可寫(xiě)編程指令來(lái)報(bào)告故障。 PLC 的這些及其他特性使之成為任何一個(gè)控制系統(tǒng)的有益部分。一旦安裝后，其作用立即 顯現(xiàn)，其收益也馬上實(shí)現(xiàn)，向其他智能設(shè)備一樣 ,PLC 的潛在優(yōu)點(diǎn)還取決于應(yīng)用時(shí)的創(chuàng)造性。 PLC 的工作原理 PLC 具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。 PLC 則采用循環(huán)掃描工作方式。在 PLC 中，用戶(hù)程序按先后順序存放， CPU 從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而不斷循環(huán)。每一個(gè)循環(huán)稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期大致可分為 I/O 刷新和執(zhí)行指令兩個(gè)階段。 所謂 I/O 刷新即對(duì) PLC 的輸入進(jìn)行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入 PLC中存入內(nèi)部寄存器，同時(shí)將新的運(yùn)算結(jié)果送到輸出端。這實(shí)際是將存入輸入、輸出狀態(tài)的寄存器內(nèi)容進(jìn)行了一次更新，故稱(chēng)為“ I（輸入 ） /O(輸出 ) 刷新”。 由此可見(jiàn)，若輸入變量在 I/O 刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出端也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，或者說(shuō)輸出隊(duì)輸入產(chǎn)生了響應(yīng)。反之，若在本次 I/O 刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應(yīng)，而要到下一次掃描期間輸出才會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。由于 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對(duì)輸入的響應(yīng)速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于這幾個(gè)因數(shù)：一是 CPU 執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用的時(shí)間，三是指令條數(shù)的多少，即程序的長(zhǎng)短。 對(duì)于慢速控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度常常不是主要的，故這種方式不但沒(méi)有壞處反而可以乘客電梯的 PLC 控制 8 增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。因?yàn)楦蓴_常是脈沖式的、短時(shí)的，而由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，常常要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起的誤動(dòng)作將會(huì)大大減少，故增加了抗干擾能力。 但對(duì)控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，這一問(wèn)題就需慎重考慮。應(yīng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間作出精確的計(jì)算，精心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少周期造成的響應(yīng)延時(shí)等的不良影響。 PLC 的編程語(yǔ)言 PLC 提供了較完整的編程語(yǔ)言，以適應(yīng) PLC 在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用編程語(yǔ)言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變繼電器的硬接線(xiàn)線(xiàn)路，這就是所謂的“可編程序”。程序由編程器送到 PLC 內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，它也能方便地讀出、檢查與修改。 PLC 提供的編程語(yǔ)言通常由三種：梯形圖、功能圖、及布爾邏輯編程。 梯形圖 (Ladder Programming)是應(yīng)用最廣的，梯形圖編程有時(shí)稱(chēng)為繼電器梯形圖邏輯圖編程。它使用的最廣是因?yàn)樗鸵酝睦^電器控制線(xiàn)路很接近。梯形圖是在原電器控制系統(tǒng)中常用 的接觸器、繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，它與電氣操作原理相呼應(yīng)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是形象、直觀(guān)和實(shí)用，為廣大電氣技術(shù)人員所熟知。 PLC 的梯形圖與電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號(hào)和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。 PLC的梯形圖使用的時(shí)內(nèi)部繼電器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，都是由軟件實(shí)現(xiàn)的，其主要特點(diǎn)為使用方便、修改靈活。 功能圖編程（ Function Chart Programming） 是一種較新的編程方法。它的作用使用功能圖來(lái)表達(dá)一個(gè)順序控制過(guò)程。 布爾邏輯編程 (Boolean Logic Programming)包括“與”（ AND） 、或 (OR)、非 (NOT)以及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器等。 每一種編程方法都有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，根據(jù)每一種特殊的控制要求，根據(jù)編程者的熟練程度正確合理應(yīng)用編程方法。 乘客電梯的 PLC 控制 9 3. 課題任務(wù)的分析 電梯控制方法的分析 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、近年來(lái)，我國(guó)的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng) (“早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng) )、PLC 控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點(diǎn)，目前已逐漸被淘汰。 微機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而 PLC 控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng) ,設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造 目前國(guó)內(nèi)七八十年代安裝的許多電梯電氣部分用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，線(xiàn)路復(fù)雜，接線(xiàn)多，故障率高，維修保養(yǎng)難，許多已處于閑置狀態(tài)，其拽引系統(tǒng)多采用交流雙速電機(jī)系統(tǒng)換速，效率低，調(diào)速性能指標(biāo)較差，嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行 質(zhì)量。由于這些電梯交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，交流雙速電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)性能及乘坐舒適感較差，交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)屬能耗型調(diào)速的機(jī)械部分無(wú)大問(wèn)題，為節(jié)約資金，大部分老式電梯用戶(hù)希望對(duì)電梯的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高電梯的運(yùn)行性能。因此對(duì)電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，尋找適合我國(guó)老式電梯的改造方法具有十分重要的意義 電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作和生活日益緊