【導讀】2）提高學生對文獻資料的檢索和信息處理的能力。要求運用PLC實現(xiàn)對電梯的控制。；3、在實驗室進行模擬調(diào)試所需的補充資料；電梯不僅僅是高層建筑罩的必備設施，在多層建筑里也是不可缺少的垂直運輸工具。電梯的控制系統(tǒng)已由初期的繼電控制向微機控制發(fā)展?？删幊炭刂破饔捎诰哂锌煽啃愿?、功能強大等特點已經(jīng)成為電梯微機控制系統(tǒng)的核心。梯，使用三菱FX2N．80MR可編程控制器，設計了電梯的控制系統(tǒng)。包括電梯的指層控制模

　　

【正文】 a 直流輸入電路 輸入電路中設有 RC 濾波電路，以防止由于輸入點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤的輸入信號。濾波電路延遲時間的典型 值為 10~20ms（信號上升沿）和 20~50ms（信號下降沿），輸入電流約為 10mA，上圖 是某直流輸入模塊的內(nèi)部電路和外部接線圖。本節(jié)的輸入電路和輸出電路都只畫出了一路， COM 是各路的公共點。圖中的輸入觸點直接接在公共點和輸入端（ 400 是梯形圖中輸入繼電器的編號）之間，不需要外接電源。有的可編程序控制器還可以為接近開關、 光電開關之類的傳感器提供 24V 電源。（如圖 ） 圖 b 輸入電路 當圖 中的外接觸點接通時，光電耦合器中的發(fā)光 二極管發(fā)光，光敏三極管導通，信號經(jīng)內(nèi)部電路傳送給 CPU 模塊。 圖 c 是交流輸入電路。光電耦合器中有兩個反并聯(lián)的發(fā)光二極管，顯示用的兩個發(fā)光二極管也是反并聯(lián)的，因此這個電路可以接收外部的交流輸入電壓。 南昌大學自考本科畢業(yè)設計 28 圖 c 交流輸入電路 5. 輸出模塊 輸出模塊的功率放大元件有大功率晶體管和磁效應管（驅(qū)動直流負載）、雙向可控硅（驅(qū)動內(nèi)交流負載）和小型繼電器，后者可以驅(qū)動交流負載或直流負載。輸出電流的典型值為 ~2A，負載電源由外部現(xiàn)場提供。 輸出電流的額定值與負載的性質(zhì)有關，但是只能驅(qū)動 100VA/22V 的電感性負載和100W 的白熾燈。額定負載電流還與溫度有關，溫度升高時額定負載電流減小，有的可編程序控制器提供了有關曲線。 輸出模塊內(nèi)可能設置有熔斷器，并在模塊面板上用發(fā)光二極管顯示熔斷器的狀態(tài)。某些新式的模塊用非破壞性的電子保護電路代替熔斷器。 PLC 的選型 為了能夠更好的選型，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設計相應的控制系統(tǒng)。 輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC 的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（ 16 位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 南昌大學自考本科畢業(yè)設計 29 (一 )運算功能 簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通 PLC的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC 中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。 (二 )控制功能 控制功能包括 PID 控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根 據(jù)控制要求確定。 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用 PID 控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。 (三 )通信功能 大中型 PLC 系統(tǒng)應支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網(wǎng)（ TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應符合 ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網(wǎng)絡。 PLC 系統(tǒng)的通信接口應包括串行和并行通信接口 （ RS2232C/422A/423/485）、 RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信總線（含接口設備和電纜）應 1： 1 冗余配置，通信總線應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡中，上級的網(wǎng)絡通信速率應大于 1Mbps，通信負荷不大于 60%。PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡主要形式有下列幾種形式： 1） PC 為主站，多臺同型號 PLC 為從站，組成簡易 PLC 網(wǎng)絡； 2） 1 臺 PLC 為主站，其他同型號 PLC 為從站，構(gòu)成主從式PLC 網(wǎng)絡； 3） PLC 網(wǎng)絡通過特定網(wǎng)絡接口連接到大型 DCS 中作為 DCS 的子網(wǎng)； 4）專用 PLC 網(wǎng)絡（各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡）。 為減輕 CPU 通信任務，根據(jù)網(wǎng)絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。 (四 )編程功能 PLC 的編程有離線編程和在線編程兩種，設計時應根據(jù)應用要求合理選用。 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模式時， CPU 只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式， CPU 對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程 方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機 CPU 負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操南昌大學自考本科畢業(yè)設計 30 作方便，在大中型 PLC 中常采用。 (五 )診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。 PLC 的 診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 (六 )處理速度 PLC 采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則 PLC 將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、 CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關。目前， PLC 接點的響應快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約 ～ ，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：小型 PLC 的掃描時間不大于 ；大中型 PLC 的掃描時 間不大于 。 機型的選擇 (一 )PLC 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長分為 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位等。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。 整體型 PLC 的 I/O 點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 (二 )輸入、輸出模塊的選擇 輸入、輸出模塊的選 擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。 可根據(jù)應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本。考慮是否需要擴展機架或遠程 I/O 機架等。 (三 )電源的選擇 PLC 的供 電電源，除了引進設備時同時引進 PLC 應根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設計和選用外，一般 PLC 的供電電源應設計選用 220VAC 電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的南昌大學自考本科畢業(yè)設計 31 應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果 PLC 本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 (四 )存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求 PLC 的存儲 器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K 存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 (五 )冗余功能的選擇 1．控制單元的冗余 （ 1）重要的過程單元： CPU（包括存儲器）及電源均應 1： 1 冗余。 （ 2）在需要時也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、兩重化或三重化冗余容錯系統(tǒng)等。 2． I/O 接口單元的冗余 （ 1）控制回路的多點 I/O 卡應冗余配置。 （ 2）重要檢測點的多點 I/O 卡可冗余配置。 （ 3）根據(jù)需要對重要的 I/O 信號，可選用兩重化或三重化的 I/O 接口單元。 (六 )經(jīng)濟性的考慮 選擇 PLC 時，應考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，因此，點數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。 FX2N 可編程序控制器簡介 FX2N 是 FX 系列中功能最強、速度最高的微型可編程序控 制器。它的基本指令執(zhí)行時間高達 s 每條指令，遠遠超過了很多大型可編程序控制器。用戶存儲器容量可擴展到 16K 步，最大可擴展到每 256 個 I/O 點，有 5 種模擬量輸入 /輸出模塊、高速計數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、 4 種位置控制模塊、多種 RS232C/RS242/RS485串行通信模塊或功能擴展板，以及模擬定時器功能擴展板，使用特殊功能模塊和功能擴展板，可以實現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 南昌大學自考本科畢業(yè)設計 32 PLC 控制程序設計 PLC 控制系統(tǒng)的設計基本原則 1) 最大限度的滿足被控對象的控制要 求。 2) 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用和維護方便。 3) 保證控制系統(tǒng)安全可靠。 4) 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進在選擇 PLC 容量時應適當留 有余量。 PLC 提供的編程語言 1) 標準語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特 點； ，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 （觸點）只有常開和常閉，接點可以是 PLC 輸入點接的開關也可以是 PLC 內(nèi)部繼電器的接點或 內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。 、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結(jié)果供 CPU 內(nèi)部使用。 是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當條件使用。 2) 語句表語言，類似于匯編語言。 3)邏輯功能圖語言，沿用半導體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表示一個功能，左邊畫輸入、右邊畫輸出。 編制 PLC 程序（梯形圖或指令代碼） 將 PLC 的 I/O 位分配給輸入輸出設備 確定系統(tǒng)必須完成的各項任務及其順序 南昌大學自考本科畢業(yè)設計 33 圖 3. 7. 2 P LC 編程步驟 檢查程序 有無錯誤 運行程序 有無錯誤 程序投入使用 通過 PC機、 GPC 或 FIT 輸入程序至 PLC 修改程序 調(diào)整程序 NO YES YES NO 南昌大學自考本科畢業(yè)設計 34 4 電梯控制系統(tǒng)的設計部分 電梯系統(tǒng)