【正文】 ，可編程序控制器在設(shè)計中還借鑒了計算機的高級語言，給實際應(yīng)用帶來了方便。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國電器制造商協(xié)會（National Electrical Manufactures Association，NEMA ）經(jīng)過調(diào)查，將其正式命名為 Progrannable Controller，簡稱 PC（后人為與個人計算機 Personal Computer 區(qū)別起見稱做 PLC） ，并給出了 PLC 的定義。盡管 PLC 種類繁多、功能各異，但其工作原理、基本功能、系統(tǒng)構(gòu)成等方面均有共同之處，所以只要掌握一種 PLC 的原理與應(yīng)用，其他自然觸類旁通。 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 的種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也不同，但是結(jié)構(gòu)與工作原理大同小異，一臺完整的 PLC 通常由中央處理單元 CPU、存儲器、輸入輸出等部分組成。如圖 41 所示：山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 PLC 的選擇32圖 41PLC 的硬件結(jié)構(gòu)（1）主控部分主控部分包括中央處理器，系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器、輸入輸出擴展接口、外部設(shè)備接口和電源等部分。其中，中央處理器是PLC 的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路，用于運行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、做出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備的請求以及進行各種內(nèi)部判斷等。（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)備的控制信號，輸出接口是將主機處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動輸出設(shè)備。（3）輸入/輸出擴展單元I/O 擴展接口用于將外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元和基本單元連接在一起。輸入輸出擴展接口有并行接口、串行接口和雙口存儲器等多種形狀。（4）外部設(shè)備接口外部設(shè)備接口是 PLC 主機實現(xiàn)人機對話、機機對話的通道。通過它，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 PLC 的選擇33PLC 可以與編程器、打印機等外部設(shè)備相連。該接口的功能是串行/并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、通信格式的識別、數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e檢驗、信號電平的轉(zhuǎn)換等。外部設(shè)備接口一般分為通信接口和專業(yè)接口兩種。通信接口采用標(biāo)準(zhǔn)的通用接口，如 RS23 RS422 和 RS485A，專業(yè)接口是指各 PLC 廠家專有的自成標(biāo)準(zhǔn)和系列的接口。通信接口是 PLC 實現(xiàn)人機對話、機機對話的通道，通過這些接口，PLC 主機可與編程器、監(jiān)視器、打印機及其他的 PLC 和計算機相連。（5）編程器編程器是 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 電纜將 PLC 與電腦連接，并利用專用的軟件進行電腦編程和監(jiān)控。（6）電源單元電源是供給 PLC 電源的器件，通常為輸入設(shè)備提供直流電源。它的作用是把外部的供電電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各電源所需的電源。PLC 一般使用220V 單向交流電，電源部件將交流電轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部電路所需的直流電，保證 PLC 正常工作。PLC 的內(nèi)部電源一般采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，特點是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾能力強。因輸入電壓范圍寬，PLC 對其外部工作電源的穩(wěn)定性要求不高，可允許177。15%左右的變化。一般 PLC 還可為外部提供 DC 24V 電源，供給現(xiàn)場無源開關(guān)、外部傳感器使用。PLC 的工作原理PLC 是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU 對用戶程序的執(zhí)行過程是 CPU 的循環(huán)掃描，并周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。一個掃描周期主要可分為：讀輸入階段、執(zhí)行程序階段、處理通信請求階段、執(zhí)行 CPU 自診測山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 PLC 的選擇34試階段和寫輸出階段。如果程序中使用了中斷，中斷事件出現(xiàn)，立即執(zhí)行中斷程序，中斷程序可以在掃描周期的任一點被執(zhí)行。如果程序中使用了立即 I/O 指令，可以直接存取 I/O 點。用立即 I/O指令讀輸入點時，相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被修改，用立即 I/O 指令寫輸出點值時，相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被修改。 PLC 的選擇本次設(shè)計采用西門子 S7200 系列，出色表現(xiàn)在以下幾個方面： 極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強勁的通訊能力；豐富的擴展模塊等。STEP 7Micro/WIN V40 是西門子公司專門為 S7200 系列 PLC 設(shè)計在個人計算機 Windows 操作系統(tǒng)下運行的編程軟件，它的功能強大，使用方便，簡單易學(xué)，可用梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖三種編程語言編制程序，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換。STEP 7Micro/WIN V40 提供兩套指令集，即 SIMATIC 指令集和國際標(biāo)準(zhǔn)指令集。 S7200 PLC 的系統(tǒng)配置S7200 PLC 的基本模塊也稱主機，是一個獨立的裝置。S7200 PLC主機的型號、種類較多，可適應(yīng)不同需求的場合。CPU22X 系列產(chǎn)品有CPU221 模塊、CPU222 模塊、CPU224 模塊、CPU226 模塊、CPU226XM 模塊。它們指令豐富、速度快、可靠性好、具有較強的通信能力，表 21 列出了 S7200CPU 模塊的主要技術(shù)指標(biāo)。 表 21 7200CPU 模塊主要技術(shù)指標(biāo)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 PLC 的選擇35CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM程序存儲器 2048 字 4096 字 8192 字用戶數(shù)據(jù)存儲器 1024 字 2560 字 5120 字用戶存儲類型 EEPROM數(shù)據(jù)后備典型時間 50H 100H本機 I/O 6 入/4 出 8 入/6 出 14 入/10 出 24 入/16 出擴展模塊數(shù)量 2 個 7 個內(nèi)置高速計數(shù)器 4 個（30KHZ ） 6 個（ 30KHZ）模擬量調(diào)節(jié)電位器 1 2硬件輸入中斷 4 個輸入點口令保護 有通信口數(shù)量 1（RS485） 2(RS485)根據(jù)工程需求，合理選擇 CPU 和擴展模塊是 PLC 系統(tǒng)設(shè)計的首要任務(wù)。選擇過程中，應(yīng)遵循以下幾個原則：（1）最大限度地滿足被控設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求。充分發(fā)揮 PLC 功能、最大限度地滿足被控對象的控制對象，是設(shè)計控制系統(tǒng)的前提。這就要求設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料。同時要注意和現(xiàn)場工程管理和技術(shù)人員及、操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。（2）在滿足控制要求的前提下，力求使系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用及維修方便。在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。（3）保證控制系統(tǒng)工作的安全可靠。保證要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計上、器件選擇上、軟件編程上要全面考慮。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計36（4）考慮到今后生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進，在選擇 PLC 的容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量，一般是 10%—15%左右。隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，對控制系統(tǒng)的要求也會不斷提高，不斷加以完善。因此，在控制系統(tǒng)的設(shè)計時要考慮到今后的發(fā)展和完善。這要求在選擇 PLC 機型和輸入/輸出模塊時，要求留有一定的裕量。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計375 系統(tǒng)硬件設(shè)計 電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計為了滿足舒適感，提高平層的精確度，對電梯的速度給定曲線有著很高的要求。如果速度曲線在升降交界處不圓滑，那么乘客就會覺得不舒服，因此，電梯的速度給定曲線就成為滿足舒適感和準(zhǔn)確平層的關(guān)鍵。而人們對速度變化的敏感度主要取決于加速度的變化率，所以就要求要平滑的加速和減速。為獲得良好的舒適感，將電梯的起制動速度曲線設(shè)計為兩段拋物線加一段直線，該曲線形狀的構(gòu)成與改變則由加速度斜率與拋物線變化率決定。加速度是根據(jù)從 0 加速到 1000 轉(zhuǎn)/分的速度所需的時間來定義的，也就是加速的由 0 加速到 1000 轉(zhuǎn)/秒 2 所需的時間，因此，可通過改變起動加速的時間獲得不同起動的曲線斜率。 電梯的控制要求電梯 PLC 的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。其基本結(jié)構(gòu)圖如圖 51 所示，其中，主要硬件包括 PLC 主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調(diào)速裝置與主機拖動系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為 PLC 主機、操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過 PLC 輸入接口送入 PLC，存儲在存儲器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號，向拖動和門機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計38 圖 51 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖 電梯信號控制基本由 PLC 軟件實現(xiàn)，電梯信號控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖 52 所示： 圖 52 電梯 PLC 信號控制系統(tǒng)框圖電梯的控制系統(tǒng)要實現(xiàn)以下功能:（1） 用一臺電機控制上升和下降，開始時，電梯處于任意一層。（2）各層均設(shè)有上升和下降呼叫開關(guān)，其中最頂層只有下降呼叫開關(guān)，最下層只設(shè)有上升呼叫開關(guān)。電梯內(nèi)部具有方向指示燈及電梯當(dāng)前樓層指示燈以及內(nèi)呼按鈕。（3）當(dāng)有外呼或者內(nèi)呼信號時，電梯響應(yīng)信號，到達信號樓層時，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計39打開電梯門，延時 5s 后，自動關(guān)門。（4）運行途中若遇到呼梯信號，順向截車，逆向不截車。（5）電梯停止時，有延時關(guān)門，手動開門。（6）電梯運行時不能開門，開關(guān)門按鈕均不能作用，開門時不能行車。 電梯工作過程分析（1）開始時，電梯處于任意一層。（2）當(dāng)有內(nèi)呼/外呼信號時，轎廂響應(yīng)該信號，電機運行，到達該樓層，電機停止，電梯門打開，延時 5s 后關(guān)門。（3）在電梯運行時有呼梯信號到達，若該信號與運行方向相反則不響應(yīng)，但是，如果反方向已經(jīng)沒有其他的呼梯信號時，則響應(yīng)該信號向相反的方向運行。若該信號與運行方向相同，則可以響應(yīng)。（4）電梯具有最遠(yuǎn)反向外呼梯功能。例如，電梯在一樓而同時具有二樓向下呼梯，三樓向下呼梯，四樓向下呼梯，則電梯首先去四樓響應(yīng)其呼梯信號，再去三樓，最后去二樓響應(yīng)呼梯信號。（5）在電梯未平層或者正在運行時，開關(guān)門按鈕均不起作用。 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)流程圖如圖 53 所示：山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計40 圖 53 系統(tǒng)流程圖 I/O 點數(shù)分配該系統(tǒng)的 PLC 具體 I/O 分配如表 51 所示。表 51 I/O 分配表序號 名稱 輸入點 序號 名稱 輸出點1 一層平層 1 電梯上行指示 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計412 二層平層 2 電梯下行指示 3 三層平層 3 電機正轉(zhuǎn)電梯上行 4 四層平層 4 電機反轉(zhuǎn)電梯下行 5 一樓內(nèi)呼 5 一樓內(nèi)呼指示燈 6 二樓內(nèi)呼 6 二樓內(nèi)呼指示燈 7 三樓內(nèi)呼 7 三樓內(nèi)呼指示燈 8 四樓內(nèi)呼 8 四樓內(nèi)呼指示燈 9 一樓上行 9 一樓上行指示燈 10 二樓上行 10 二樓上行指示燈 11 二樓下行 11 二樓下行指示燈 12 三樓上行 12 三樓上行指示燈 13 三樓下行 13 三樓下行指示燈 14 四樓下行 14 四樓下行指示燈 15 手動開門 15 門電機正轉(zhuǎn)電梯開門 16 手動關(guān)門 16 門電機反轉(zhuǎn)電梯關(guān)門 17 開門限位 18 關(guān)門限位 19 電梯上升極限位 20 電梯下降極限位 21 人體紅外線檢測光幕 外部接線圖本次設(shè)計的 PLC 的外部接線圖如圖 54 所示。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計421M2M1L2L3LCPU 226 CNKM1KM2KM3KM4220v FU上 行 指 示 燈下 行 指 示 燈電 梯 上 升電 梯 下 降一 樓 內(nèi) 呼 指 示 燈二 樓 內(nèi)