【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 同小異，通常由主機(jī)、輸入 /輸出接口、電源擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成。 PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示： 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(guān)選擇開關(guān)按鈕 圖 PLC 控制示意圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 9 主機(jī)部分包括中央處理器（ CPU）、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 CPU是 PLC 的核心，它用以運(yùn)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(jìn)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(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。 PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)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(chǔ)器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。 2．輸入 /輸出（ I/O）接口 I/O 接口是 PLC與輸入 /輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如 按鈕、傳感器、觸點(diǎn)、行程開關(guān)等）的控制信號(hào)。輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)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(diǎn)數(shù)即輸入 /輸出端子數(shù)是 PLC的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，通常小型機(jī)有幾十個(gè)點(diǎn)，中型機(jī)有幾百個(gè)點(diǎn)，大型機(jī)將超過千點(diǎn)。 3．電源 圖中電源是指為 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設(shè)備提供直流電源。 4．編程 編程是 PLC 利用外部設(shè)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(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。 5．輸入 /輸出擴(kuò)展單元 I/O 擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入 /輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）連接在一起。 6. 外部設(shè)備接口 此接口可將打印機(jī)、條碼掃描儀 ,變頻器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 10 本設(shè)計(jì)選用的主機(jī)型號(hào)有西門子 S7200系列的 CPU226(AC/DC/PL)。輸入點(diǎn)數(shù)為24，輸出點(diǎn)數(shù)為 16。 PLC的工作原理 PLC 是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在 PLC 運(yùn)行時(shí)， CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)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(jié)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(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。 PLC 的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。 PLC 在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i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(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān) 閉輸入端口，進(jìn)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(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)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(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作輸出刷新階段：當(dāng)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。 PLC的程序編制 1 編程元件 PLC 是采用軟件編制程序來實(shí)現(xiàn)控制要求。編程時(shí)要使用到各種編程元件，它們可提供無數(shù)個(gè)動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)。編程元件是指輸入寄 存器、輸出寄存器、位存儲(chǔ)器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲(chǔ)器等。 PLC 內(nèi)部這些存儲(chǔ)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(diǎn)”，但它們不是“硬”繼電器，而是 PLC存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。當(dāng)寫入該單元的邏輯狀態(tài)為“ 1”時(shí)，則表示相應(yīng)繼電器線圈得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)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(hào)范圍與功能說明如下表所示 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 11 元件名稱 符號(hào) 編號(hào)范圍 功能說明 輸入寄存器 I 共 24 點(diǎn) 接受外部輸入設(shè)備的信號(hào) 輸出寄存器 Q 共 16 點(diǎn) 輸出程序執(zhí)行結(jié)果并驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備 位存儲(chǔ)器 M 程序內(nèi)部使用，不能提供外部輸出 T0， T64 保持通電延時(shí) 1ms T1T4，T65T68 保持通電延時(shí) 10ms T5T31，T69T95 保持通電延時(shí) 100ms 定時(shí)器 256（ T0t255） T32， T96 ON/OFF 延時(shí) 1ms T33T36，T97T100 ON/OFF 延時(shí) 10ms T37T63，T101T255 ON/OFF 延時(shí) 100ms 計(jì)數(shù)器 C C0C255 加法計(jì)數(shù)器，觸點(diǎn)在程序內(nèi)部使用 高速計(jì)數(shù)器 HC HC0HC5 用來累計(jì)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(chǔ)器 V 數(shù)據(jù)處理用的數(shù)值存儲(chǔ)元件 局部存儲(chǔ)器 L 使用臨時(shí)的寄存器，內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 12 作為暫時(shí)寄存器 特殊存儲(chǔ)器 SM CPU 與用戶之間交換信息 特殊存儲(chǔ)器 SM(只讀 ) 接受外部信號(hào) 累加寄存器 AC AC0AC3 用來存放計(jì)算的中間值 表 S7200 系列部分編程元件的編號(hào)范圍與功能 所謂程序編制，就是用戶根據(jù)控制對(duì)象的要求，利用 PLC廠家提供的程序編制語(yǔ)言，將一個(gè)控制要求描述出來的過程。 PLC最常用的編程語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言和指令語(yǔ)句表語(yǔ)言，且兩者常常聯(lián)合使用。 (1).梯形圖（語(yǔ)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(yǔ)言。它是借助類似于繼電器的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)、線圈以及串、并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和符號(hào)，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(guān)系的圖形，直觀易懂。 梯形圖中常用 和 圖形符號(hào)分別表示 PLC 編程元件的動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)，用（ ）表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號(hào)及標(biāo)注的字母或數(shù)加以區(qū)別。觸點(diǎn)和線圈等組成的獨(dú)立電路稱為網(wǎng)絡(luò)，用編程軟件生成的梯形圖和語(yǔ)句表程序中有網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，允許以網(wǎng)絡(luò)為單位給梯形圖加注釋。 梯形圖的設(shè)計(jì)應(yīng)注意到以下三點(diǎn)： 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(jí)）起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的串、并聯(lián)接，最后是線圈。 ②梯形圖中每個(gè)梯級(jí)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(gè)“概念電流”只是用來形象地描述用戶程序執(zhí)行中應(yīng)滿足線圈接通的條件。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 13 ③輸入寄存器用于接收外部輸入信號(hào)，而不能由 PLC 內(nèi)部其它繼電器的觸點(diǎn)來驅(qū)動(dòng)。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入寄存器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)其線圈。輸出寄存器則輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備，當(dāng)梯形圖中的輸出寄存器線圈得電時(shí)，就有信號(hào)輸出，但不是直接驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或 晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。輸出寄存器的觸點(diǎn)也可供內(nèi)部編程使用。 (2).指令語(yǔ)句表指令語(yǔ)句表是一種用指令助記符來編制 PLC程序的語(yǔ)言，它類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，但比匯編語(yǔ)言易懂易學(xué)，若干條指令組成的程序就是指令語(yǔ)句表。一條指令語(yǔ)句是由步序、指令語(yǔ)和作用器件編號(hào)三部分組成。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 14 PLC的輸出方式 ，一種為 DC 晶體管漏極輸出結(jié)構(gòu)，當(dāng)對(duì)應(yīng)的輸出點(diǎn)使能時(shí)，此輸出點(diǎn)與 1M 之間的電壓等于 1M 與 1L＋之間的電壓，不使能時(shí)，輸出端為高阻狀態(tài)。在眾多的工控設(shè)備廠家中，有不同的標(biāo)準(zhǔn)，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(jié)構(gòu)。在本系統(tǒng)中使用的各種驅(qū)動(dòng)器中，相當(dāng)部分使用的是共陽(yáng)極，低電平輸入有效，為了使西門子的 PLC也能驅(qū)動(dòng)此類驅(qū)動(dòng)器，我們?cè)诙咧g加裝一塊電平轉(zhuǎn)換板，使 PLC原本輸出的高電平轉(zhuǎn)換為集電極輸出，使各驅(qū)動(dòng)器得以識(shí)別。 ，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(jié)構(gòu)可使輸出端應(yīng)用在交直流電路均可。但用于脈沖量輸出時(shí)，繼電器就不能承受高速的開關(guān)吸合，這會(huì)大大減小使用壽命。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 15 PLC型號(hào)選擇 PLC 機(jī)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(hù)使用比較方便的機(jī)型。 S7200 系列 PLC是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一種小型 PLC，其中許多功能都能夠達(dá)到大型 PLC 的水平，但是其價(jià)格確實(shí)十分便宜。 S7200系列 PLC通過 CPU 模塊進(jìn)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 型號(hào) 電源 /輸入 /輸出類型 主機(jī) I/O 點(diǎn)數(shù) CPU221 DC/DC/DC 6 輸入 /4 輸出 AD/DC/繼電器 CPU222 DC/DC/DC 8 輸入 /6 輸出 AC/DC/繼電器 CPU224 DC/DC/DC 14 輸入 /10 輸出 AC/DC/繼電器 AC/DC/繼電器 CPU226 DC/DC/DC 24 輸入 /16 輸出 AC/DC/繼電器 CPU226XM DC/DC/DC 24 輸入 /16 輸出 AC/DC/繼電器 表 型號(hào) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 16 S7200 CPU 22X 的電源，對(duì)于每個(gè)型號(hào)，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(shè)計(jì)根據(jù)具體情況，通過對(duì)輸入 \輸出點(diǎn)的估算以及對(duì)編程軟件和機(jī)型的認(rèn)識(shí)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(gè)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(yùn)算能力以及通訊能力比其它 PLC 優(yōu)越，可方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和通訊。 CPU226 共有 24 個(gè)輸入點(diǎn)、 16 個(gè)輸出點(diǎn)。最多可以帶 7個(gè)擴(kuò)展模塊。 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)所用輸入和輸出點(diǎn)數(shù)超過 CPU226 的固有點(diǎn)數(shù)，所以 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況通過 I/O接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。另外根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需要的 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí) 應(yīng)可以再增加 10%～ 20%的備用量，可隨時(shí)可以增加控制功能。根據(jù)估算這次設(shè)計(jì)的I/O 點(diǎn)數(shù)大約為輸入 31點(diǎn)，輸出 30 點(diǎn)。所以本次設(shè)計(jì)中 IO擴(kuò)展模塊應(yīng)采用 EM223 和EM222 模塊。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 17 行程開關(guān)的概述 行程開關(guān)，位置開關(guān) (又稱限位開關(guān) )的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類開關(guān)被用來限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定 位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。 在電氣控制系統(tǒng)中，位置開關(guān)的作用是實(shí)現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測(cè)。用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。構(gòu)造 :由操作頭、觸點(diǎn)系統(tǒng)和外殼組成。 在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。 行程開關(guān)廣泛用于各類機(jī)床和起重機(jī)械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。在電梯的控制電路中，還利 用行程開關(guān)來控制開關(guān)轎門的速度、自動(dòng)開關(guān)門的限位、轎廂的上、下限位保護(hù)。 行程開關(guān)可以安裝在相對(duì)靜止的物體 (如固定架、門框等，簡(jiǎn)稱靜物 )上或者運(yùn)動(dòng)的物體 (如行車、門等，簡(jiǎn)稱動(dòng)物 )上。當(dāng)動(dòng)物接近靜物時(shí)，開關(guān)的連桿驅(qū)動(dòng)開關(guān)的接點(diǎn)引起閉合的接點(diǎn)分?jǐn)嗷蛘邤嚅_的接點(diǎn)閉合。由開關(guān)接點(diǎn)開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)構(gòu)的動(dòng)作。 行程開關(guān)的分類 1) 直動(dòng)式行程開關(guān) 動(dòng)作原理同按鈕類似，所不同的是 :一個(gè)是手動(dòng)，另一個(gè)則由運(yùn)動(dòng)部件