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1、泰 山 学 院本科毕业设计基于PLC的电梯控制设计所 在 学 院 机械与工程学院 专 业 名 称 机械设计及其制造自动化 年 级 二一级（3+2） 学生姓名、学号 指导教师姓名、职称 完 成 日 期 二一二年五月 摘要摘 要 随着我国科技与经济的进步，电梯逐渐融入我们的日常生活与工作当中。它不仅仅是高层建筑里的必备设施，在多层建筑里也是不可缺少的垂直运输工具。电梯的控制系统已由初期的继电控制向微机控制发展。可编程控制器由于具有可靠性高，功能强大等特点已经成为电梯微机控制系统的核心。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通
2、用自动化控制装置。它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,将PLC 应用于电梯控制，克服了继电器控制的控制线路复杂、体积大、故障率高、难于维护等缺点，电梯控制系统的安全性、可靠性得到了很大的改善。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层、起 动、自动控制。其机构简单、运行效率高、平层精度高，易于理解与掌握关键词:电梯；控制系统；可编程控制器 IAbstractABSTRACTAs Chinas technological and economic progress, the elevator gradually integrated into our dail
3、y lives and work them. It is not just high-rise building in the necessary facilities, in the multi-storey buildings in the vertical transport is essential. Elevator control system from the initial development of relay control to computer control. Programmable controllers as high reliability, powerfu
4、l features such as computer control systems have become the core of the elevator. The control unit using the Mitsubishi PLC programmable controller controls the whole process of the machine. Programmable logic controller (PLC) is a general automatic control device as the core of a computer technolog
5、y, its strong function, high reliability, simple programming, easy to use, small size, applying PLC to elevator control to overcome the elevator control circuit complexity, big volume, difficult to maintain and high defects. it obtained very big improvement to elevator control system of the safety a
6、nd reliability.The entire system through the PLC, logic control circuit of the elevator lift; acceleration, deceleration; flat layer, starting, automatic control. The organization is simple, high efficiency, high precision leveling, easy to understand and mastKey words: elevator; control system; pro
7、grammable controller II目录目 录1 引 言11.1 电梯的产生及发展11.2 本文的研究内容、目的与意义21.3 国内外电梯的发展情况42 控制系统方案设计52.1 PLC控制系统与其他控制方式的比较52.1.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较52.1.2 PLC控制系统与计算机控制系统比较72.2电梯控制系统原理框图设计82.3 电梯控制系统硬件结构框图83 可编程控制器的简介93.1 PLC 的定义、产生和发展93.2.2开放性转变方向113.3可编程控制器的工作原理113.4 可编程控制器的编程语言123.4.1 布尔助记符程序设计语言123.4.2 梯形图
8、(Ladder Diagram)程序设计语言133.4.3 功能表图程序设计语言133.5 可编程控制器（PLC）的基本结构143.5.1 中央处理单元 CPU143.5.2 存储器143.5.3 输入输出接口电路(简称 I/O)143.5.4 编程器143.5.5内部电源和其他设备153.6 硬件的设计153.6.1 I/O 点数的估算153.6.2 内存估计153.6.3 响应时间163.6.4 输入输出模块的选择163.6.5 确定PLC机型174 软件设计174.1程序流程图184.2开关门控制184.2.1 开门控制184.2.2关门控制204.3 内指令外召唤信号的登记消除及显示2
9、04.3.1内指令信号处理204.3.2 外召唤信号处理214.3.3 截梯214.3.4 故障报警22结 论23附录 PLC控制梯形图24参考文献27致 谢28 IV泰山学院本科毕业论文1 引 言 电梯是一种大型机电产品,作为一种现代的运输工具已广泛的进驻到人们的生活中。在我国的比较前期的国产电梯控制系统中，是通过继电器电路来实现电梯信号的逻辑控制。因为这个控制系统安全性比较差，这就造成了很多故障。从而使得电梯运行的安全与可靠性差，发生一系列的事故。 传统的继电器控制已取代电脑控制，控制方法：单片机控制，单板机控制，和可编程控制器（控制器）控制等。单片机控制的优点是价格低，适用性特别好等优点
10、，不过它不适合复杂的控制算法和故障诊断等方面的要求；微机控制系统的设计和调试的配件更复杂，它必须有相应的大开发系统，这无疑将增加电梯花费，所以一个小的电梯控制系统采用可编程控制将是最好的选择。所以可编程控制器讲会逐步取代继电器控制成为电梯控制的主流。 1.1 电梯的产生及发展说到电梯的起源要从公元前2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，所不同者只是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的
11、煤输送上来。数百年来人们制造过各种类型的升降梯，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降梯便急速地坠落到底层。为了克服这一个缺陷科学假设极了一种专门的制动设施。当绳子断裂时弹簧会将拉力减弱，制动杆接触从而将平台固定避免下坠。“安全”这一概念不仅开创了升降梯工业，而且也为那些想建造更高层建筑物以增加更多可利用空间的设计们打开了通途。奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥的斯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用
12、按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。然而真正能够称为电梯（用电能驱动升降梯）的产品应该是在20世纪初才出现的。二十世纪以来，经济的发展带动了一系列的变化。各种建筑物规模也越来越大。人对电梯的利用也更加普遍。所以从安全效率等方面对电梯的要求越来越高。进而对电梯的静态和动态性能有了更多要求，比如调速精度、调速范围。工程建筑方面交流电的到了普遍的应用，然而在很多方面它在调速系统的某些性能不能达到要求。后来才用了直流电动机组调速系统，更高水平的满足了电梯调速的要求。从二十世纪前期，各种建筑电梯货梯等设施都是通过直流调速系统来实现的电力拖动，技术水平的不断进步先后
13、产生了自动扶梯技术、电梯自动平层控制系统、高速电梯以及晶闸管在电梯拖动系统中的应用。随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流发电机电动机组的同时，研制出了交流调压调速系统，是交流电梯的调速性能得到改善。二十世纪后半叶，随着微处理器的诞生，也使得其在电梯领域得到了广泛的应用，超高速电梯的问世带来了很大的便利以及电梯技术的飞跃发展。电梯控制技术的不断发展让电梯控制趋于完善，适应能力更强。也出现了交流变频调速系统。慢慢的交流变频调速系统深入到了各种中、高、低速调速系统中。也是的电梯技术趋于当代话。当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已
14、成为高速电梯的主流。1.2 本文的研究内容、目的与意义当代社会，电梯的生产情况与技术水平从一定程度上反应一个国家的科学技术水平和国家的现代化。生活节奏的加快经济的增长，迫使电梯在现代化社会中得到迅猛发展。在很多发达的地区国家电梯的使用已经非常的普遍。世界上最大的电梯生产企业，比如奥梯斯公司和三菱公司。早期的继电器控制接触器控制存在很多的缺陷，功能也太弱造成很多事故和故障。而且使用寿命非常短，可编程序控制器（PLC）来控制电梯，可以说是发展的又一个趋势。可编程序控制器克服了很多继电器控制的缺陷，从而使得货梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一
15、。本设计的目的就在于用 PLC 代替传统的继电器接触控制逻辑电路，充分利用 PLC 的优点和交流变频变压调速系统，通过串行通讯和远程监控使货梯的实际运行更加的安全、高效。设计内容包括电梯的拖动和控制技术，货梯控制系统的软硬件设计（梯形图程序设计），系统通讯，货梯的监控等组成部分。研究意义：可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统功能非常强大，因此得到了广泛的应用。此外采用PLC控制的电梯使其可靠性变高、维护方便、开发周期短，这样电梯的控制更加安全舒适人性化。而且灵活性能增强，是电梯向着更全面的方向发展。可以控制非常复杂的控制任务。继电器控制无法实现这一点。也就突出了本文的研究意义。电梯的
16、主要控制系统有继电路控制、单片机控制、单板机控制、PLC（可编程逻辑控制器）控制、微机控制几种形式。继电器控制系统存在故障率高、可靠性差、控制方法不灵活，以及功耗大等一些缺点，这些缺点，注定着它被淘汰；计算机控制系统，虽然有一个强大的智能控制功能，但其抗干扰性非常差，系统设计也非常复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术；由于 PLC 控制系统具有可靠性、维修方便、抗干扰能力强、设计和调试周期短等特点，所以该控制方法是最常用的控制方法。可编程控制采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程
17、。通过可编程控制器可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且最主要的是可编程控制器的“可编程”功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，而不需要像继电器控制系统那样改变硬件和接线。1.3 国内外电梯的发展情况经济不断发展，电梯在国内外也得到不断发展作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，已经成为我们人类日常生活的一个不可缺少的组成部分。改革开放以来随着我国建筑业的蓬勃发展，电梯需求量持续增加造就了我国电梯行业的空前繁荣。我国的电梯行业已经具有了很强的竞争能力和生产规模。改革吸引了很多国际上知名的公司美国奥的斯、德国蒂森、同本三菱、只立、富士达等公司的
18、先进的技术和他们的管理经验。对我国经济的发展产生了巨大的推动作用。自1985年我国参加了国际标准化组织ISOTCl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。 随着技术的进步计算机的应用在各个控制领域得到更多的发展，慢慢取代继电气控制已经得到了大部分人的认同。微型计算机具有算术运算功能和灵活的逻辑运算功能，因此
19、可以实现更完善的自动控制。国外电梯技术发展十分迅速而且技术一直领先于我国。美国的电梯技术主要是以OTIS为主的电梯技术其中包括加拿大，美国技术始终保留先进技术，所以从没有将最先进的电梯技术在世界各国应用，欧洲电梯技术是国际上比较先进的技术其特点是耐用安全，一般寿命在二十五年。加上欧洲人的市场先导性好，在全球得到普遍的合资合作，使欧洲电梯技术成为国际通用技术。国际电梯的标准就是以它为主。中国电梯技术学习各国技术的特点及长处，也有了独自的体系特点。得到了比较全面的发展。使用微型计算机控制，它成本低，体积小，可靠性高，使用寿命长，简化了安装调试工作，使得电梯控制系统体积减小，节省能源、可靠性提高。总
20、之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距,但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达l万台左右，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献“。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。随着科技的进步，电梯的另一个要求也更加明显，实现电梯的绿色发展也更加重要。要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。2 控制系统方案设计2.1 PLC控制系统与其他控制方式的比较2.1.1 PLC控制系统与继电器控制
21、系统的比较 可编程序控制器逐渐的取代继电气控制已经成为了一种趋势，它是根据顺序逻辑控制的原理和需求产生的。是一种数字运算操作的电子系统装置。可以应用在工业环境中。因为它独特的优点，现在正逐渐的代替继电气控制方式。成为现在比较先进舒适安全的电梯控制技术。此外由于电机交流变频技术的日趋成熟电梯拖动技术已经开始舍弃之前的技术，过度成为交流变频调速。所以，现代电梯行业的一个突出特点是可编程序控制器技术与交流变频调速技术的渗透发展。电梯控制系统的最早的方法之一就是继电器控制系统，技术条件的限制使得继电器控制持续了相当的一段时间，并且现在依然存在很多。不过随着技术的相互渗透和发展以及计算机技术的普及。人们
22、对电梯安全的要求越来越多。这就使得继电器控制暴露出非常多的缺陷。它的局限性也越来越明显。不过电梯继电器控制系统也有它的优点。 电梯继电气控制系统的全部控制功能及信号的处理方式都是通过硬件来实现的。它的线路特别的简单直接，有利于学习理解，可以比较简单的掌握它的技术。这种电梯在我国应用非常广泛，我国多年来对这种电梯技术的运用已经趋于完美，技术成熟，运用广泛，已经形成了我们独特的系列化标准。 相反，优点也可能产生负面的作用。继电气控制在电梯方面存在非常多的问题。比如说通过硬件控制就会造成空间上的复杂，出点过多出现错误，接线线路太复杂。而且硬件设备过多会产生很多方面的故障。这种控制方式很难实现非常复杂
23、的控制功能。使得控制功能单一，很难在技术水平上有很大的突破。同时故障多对人的安全造成了很大的威胁。电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成物质损失还会造成人身伤害。 可编程序控制器电梯控制的优点，可编程序控制器是通过软件控制电梯的自动控制，程序控制是它的安全性及可靠性大大的提高。不需要大部分的继电器设备控制系统简单明了，线路清晰。直观美观。非常复杂的电梯控制也可以通过可编程序控制器来控制，只要把程序设定好，过程将很简单、安全、可靠。还可以通过设定实现系统的反馈与报警，以便及时的维修和修复。特别是当有改动时只需要更改设计方案和程序，不用改动硬件设备。为便于比较PLC控制系统与继控电器制系统优缺点现列表
24、如下，详见表1。 表1 PLC控制系统与继电器控制系统比较项目继电器PLC对控制功能实现继电器多，接线的方式来完成控制功能通过编制的程序来实现对控制要求变更适应性适应性弱，需要重新设计，改变继电器和接线适应性好，只需针对程序进行修改控制速度很低，靠机械动作实现很快，靠微处理器进行处理特殊功能一般没有有安装，施工施工繁，连线多安装容易，施工方便可靠性差，触点多，故障多好，因元器件采取了筛选和抗老化等可靠性措施寿命很短比较长可扩展性很困难非常容易维护工作量大，故障不易查找有自诊能力，维护工作量小 从表1可以看出，PLC控制系统具有继电器控制系统无法比拟的优点，因此传统的继电器控制系统将逐渐被PLC
25、控制系统所取代是大势所趋。2.1.2 PLC控制系统与计算机控制系统比较计算机控制系统在工业控制领域中，其主机一般采用能够在恶劣工业环境下可靠运行的工控机。工控机有通用微机应用发展而来，在硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，能提供实时操作系统的支持，故对要求快速，模型复杂的工业对象的控制占有优势。但是，它的使用和维护要求工作人员应具有一定的专业知识，且工控机在整机水平上尚不能适应恶劣工作环境。可编程控制器对此进行了改进，变通用为专用，有利于降低成本，提高可靠性等特性，更适应过程控制的要求。PLC控制系统与计算机系统比较见表2。表2 PLC控制系统与通用计算机系统的比较比较
26、项目通用计算机系统PLC控制系统工作目的科学计算工业自动控制工作环境对工作环境要求高对工作环境要求低，可在恶劣的工业现场工作工作方式中断处理方式循环扫描方式系统软件需配备功能较强的系统软件一般只需简单的监控程序采用的特殊措施掉电保护等一般性措施采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，可在线维修编程语言汇编语言，高级语言，如BASIC，C等梯形图，助记符语言，SFC标准化语言对操作人员的要求需专门培训，并具有一定的计算机基础一般的技术人员，稍加培训即可操作使用对内存的要求容量大容量小价格价格高价格低其他若用于控制，一般需自行设计机种多，模块种类多，易于集成系统从表2可见，在控制功能方面，PLC与通
27、用计算机相比，工作更稳定可靠，而且编程简单，使用方便，应用设计和调试周期可大大缩短，加之又能在恶劣的工业环境下和强电一起工作，容易实现机电一体化。2.2电梯控制系统原理框图设计 电梯控制系统原理框图如图1所示，主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。图1 电梯控制系统原理框图2.3 电梯控制系统硬件结构框图系统由曳引机构、开、关门机构、轿厢、控制系统等组成，如图2所示。曳引图2 电梯控制系统硬件结构框图系统的主要功能是输出和传递动力，使电梯运行。门系统的功能是封住层站入口和轿厢人口。而轿厢是运送
28、乘客和货物的电梯组件，是电梯的主要工作部分。3 可编程控制器的简介3.1 PLC 的定义、产生和发展可编程控制器（Programmable Logic controller，简称PLC），是以微处理器作为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。具体的说，它是一种数字运算操作的电子系统，主要为工业环境所应用。采用可以编程的存储器，用于它内部存储程序，执行顺序控制、逻辑运算、计数、定时与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它的可靠性高、耐高温、耐冲击和耐振动等特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具。世界上首个可编程序控制器的出现
29、，是由美国通用汽车公司提出，即美国数字设备公司研制出来的，把它用于了汽车生产控制，取得了非常好的成绩，此后 PLC 的发展掀起了历史的新篇章。开始设计的目的是想取代继电器控制，在保留了原来继电器控制系统的优点外，同时满足现代化生产线的要求，控制精度高、可靠性好、效率高、控制程序、可更改工艺流程、易于与计算机接口、方便维修等特点19-21第一台 PLC 具有可扩充、模块化等特性。在一段时间内，PLC 在各个部门得到了迅速的发展普及。此外这种控制器的特色还在于安装容易，占用空间小，可重复使用。它具有工厂通用的梯形图编程语言，尽管控制器编程有些复杂，即使不熟悉计算机的人也能更好的应用它。70 年代初
30、，金属业和制造业等工业部门在利用 PLC 控制系统上迈出了一大步。集成电路的出现时可篇程序控制器的发展产生很大变化。微处理器和位片处理器也开始被使用。它在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、扩大了输入输出规模。这个时期由于超大规模集成电路的出现，使 PLC 向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化的产品。这时面向工程技术人员的编程语言发展也比较成熟了，出现了工艺人员使用的专门图形语言。特别是在某些功能上，继电器控制不了的装置，PLC 可以代替。比如某些模拟控制装置，这是特别前端的。与此同时，许多国家都陆续研制出了自己的 PLC 产品，我国比较晚一些，是在 1974 年开始研制的。随着PL
31、C 的软硬件功能进一步得到加强，PLC 已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其它设备通讯、调度产生、生成报表、可诊断故障代码等。在今天看来，这些都符合 PLC 对高质量高产出的要求。尽管 PLC 功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的优势。 3.2 PLC的发展趋势PLC和继电器控制相比，有高可靠性、小体积、容易掌握、价格便宜等特点。它作为工控机的一员，已成为许多工业国家自动化系统的基本电气控制装置。据不完全统计，当今世界 PLC 生产厂家大约 200多家，生产超过 350个品种。2007 年销售额约为76亿美元，占市场份额的 50%，2008 年销售额约 89亿美元
32、，占工控机市场份额的 62%，PLC 继续保持上升的势头。上世纪 60 年代末 PLC 在引入我国时，只适用于一些单一的控制，其功能也只是将操作接到离散量输出的接触器上，仅仅完成以继电器梯形逻辑的操作。新产生的一代PLC其应用已经从开关量控制扩大到模拟量。3.2.1向集成化方向的发展控制领域，已成功地应用于航天、冶金、轻工等行业。与此同时，PLC 也面临着其它行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品。提高控制系统的复杂性和难度性，使得 PLC 朝着集成化的方向发展，现在主要是 PLC 和 PC 集成、PLC 和 PID 集成等等，这些都强化了网络化与通讯能力，值得一体的是以 PC 为基
33、础的控制产品增长特别快。PLC 和 PC 集成，也就是将 PLC、PC 计算机及操作人员的人-机结合在一起，使 PLC 能够利用计算机丰富的资源，同时计算机也能与 PLC 的模块互存取数据。计算机控制系统可以方便的编程与维护。体系结构很灵活，以达到降低成本、提高生产率的目的。3.2.2开放性转变方向PLC 虽然存在很多优点，也存在一些缺陷，编程大多为梯形图，但各个公司的组态、寻址、语文结构都不一致，使得各种不同版本的PLC很难兼容主要是其软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，大部分 PLC 是专用总线、专用通信网络及协议。为了改变这种现象，国际电工协会于 颁布了可编程序控制器的编程软件标准，为各
34、个 PLC 厂家编程的标准化实现了统一。符合 iec1131-3 国际标准，开发以计算机为基础、在 windows 平台下的新一代开放体系结构正在开发中。3.3可编程控制器的工作原理PLC 采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式。按照设计的控制要求编制好程序，并把它存于存储器中，当开始 PLC 运行时，CPU 首先执行命令，按指令序号顺序地作周期性循环扫描工作。如果没有跳转指令，那么它就从设置的第一条指令开始，逐条顺序执行用户设定的程序，直到程序结束为止。然后重新返回第一条指令，开始下一轮的工作。在每一次的扫描过程中，还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作，周而复始地进行下去。PLC
35、的扫描工作过程分为：采集输入信号、程序执行和输出刷新三阶段，并进行周期性的循环工作。1采集输入信号，PLC 以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行一次采集，并存入寄存器中，此时寄存器会因采集到信号被刷新。接下来是进入程序处理阶段，在执行程序阶段时，即使输入状态发生了变化，输入寄存器的内容也不会发证更改，也就是说输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采集到。 2程序执行，这个阶段 PLC 运行程序时按顺序进行工作。程序如果用梯形图方式来表达的话，那么总是从左到右，从上到下，按顺序执行其指令。如果遇到程序跳转指令时，根据跳转的条件是否满足要求，来决定程序是否需要跳转。当指令
36、中包含输入、出状态时，PLC 会从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，然后将结果存入寄存器中，对于元件映象寄存器来说，其内容也会随程序执行的过程而变化的。3输出刷新，当所有程序执行完毕后，开始进入输出处理的阶段。在这一阶段中，PLC 会将把寄存器和输出继电器的状态转存至输出锁存器。然后通过一定方式输出，并驱动外部负载的工作。 也就是说，PLC 在一个扫描周期内对输入状态的采集只在输入采样阶段进行，当 PLC 进入程序执行阶段后输入端将被封锁，一直到下一个扫描周期的输入采集阶段才对输入状态进行再次采集，这定义为集中采集，概括为在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采
37、集。 在用户程序中，如果对输出结果多次赋值，那么最后一次有效。在一个扫描周期以内，只在输出刷新阶段才能将输出状态从输出映象寄存器中输出，再对输出接口进行刷新，但在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中，这种方式称为集中输出。3.4 可编程控制器的编程语言根据 PLC 应用范围，程序设计语言可以组合使用，常用的程序设计语言有以下几种：3.4.1 布尔助记符程序设计语言 布尔助记符程序设计语言，它是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。这种语言与计算机中的汇编语言很相似，采用布尔助记符来表示操作功29。它具有以下三个特点：1 容易操作，编程设计可在没有计算机的情况下进行；2简单记忆、轻松
38、掌握的特点；3 特点与梯形图语言基本相同，与梯形图有一一对应关系。3.4.2 梯形图(Ladder Diagram)程序设计语言 梯形图程序设计语言，它是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。这种语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果，每一个梯级都是一个因果关系。在梯级中，左面表示描述事件发生的条件，右面表示事件发生的结果。梯形图程序设计语言，也是最常用的一种程序设计语言，它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程的控制领域，由于电气技术人员对继电器逻辑控制技术比较熟悉，所以由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图倍受欢迎，并得到广泛的应用。梯形图程序设计语言有四大特点：1 具有对应
39、性和直观性，与电气操作原理图一一对应；2 易于掌握，与原有继电器逻辑控制技术相一致；3 与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是梯形图中的能流非实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此应用时需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；4便于程序检查，与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系。3.4.3 功能表图程序设计语言功能表图程序设计语言，它是用功能表图来描述程序的一种程序设计语言。是近年来发展起来的一种新的程序设计语言。功能表图描述打方式，控制系统又被划分为很多个系统，从功能入手使系统的操作具有明确的含义，便于程序的分工设计以及检查调试。便于设计人员和操作人员设计思想的沟通，
40、它主要有以下两个特点：1 很容易去学习和理解，以功能为主线，条理清楚；2 可以节省设计的内容和减少调试的时间，对很多复杂大型的程序，可以先把他分成很多部分，一步一步的设计，是程序结构非常灵活，这种优点经常运用在系统规模非常大，程序关系很麻烦的场合。当活动的指令被执行的时候，对之后的转变进行进一步的扫描，所以整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要短得多。功能表图来源于佩特利网，因为它具有图形表达方式，能比较简单清楚地描述并发系统和复杂系统的所有现象，在模型的基础上可直接编程，所以得到了广泛的应用。现在推出的可编程控制器和小型集散控制系统中，提供了采用功能表图描述语言进行编程的软件。3.
41、5 可编程控制器（PLC）的基本结构3.5.1 中央处理单元 CPUPLC 的核心部分是它的cpu，由控制器和运算器组成，通过内部总线同存储器及输入/输出接口电路相连。它的主要作用是执行用户程序，从程序存储器中逐条取出用户程序，经过解释程序解释后逐条执行，完成程序规定的逻辑和算术运算，产生相应的控制信号去控制输出电路，实现程序规定的各种操作。3.5.2 存储器PLC 的存储器用来存放程序和数据。程序分系统程序和用户程序。3.5.3 输入输出接口电路(简称 I/O)输入输出接口是 CPU 与工业现场装置之间的连接部分，是 PLC 的重要组成部分。PLC 将现场输入信号转换成微处理器能接受的信号，
42、且最大程度排除干扰信号，提高可靠性；输出能将微处理器送出的弱电信号放大成强电信号，驱动各种负载。3.5.4 编程器 编程器有便携式和 CRT 智能式两大类，前者只能联机编程，而后者既可联机编程，又可脱机编程。便携式编程器体积小，重量轻，可随身携带，便于在生产现场使用。一般的小型 PLC 主要采用便携式编程器。编程器是专用的，不同型号的 PLC 都有自己专用的编程器，不能通用。PLC 正常工作时，不一定需要编程器。因此，多台同型号的 PLC 可以只配一个编程器。 3.5.5内部电源和其他设备 PLC 的内部电源是指将外部输入的交流信号经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足内部电路工作需要的直流电
43、源或电源模块。PLC 的外部设备还有盒式录音机、打印机、EPROM 写入器及高分辨率屏幕彩色图形监控设备等3.6 硬件的设计3.6.1 I/O 点数的估算1、电磁阀I/O 点数的估算。PLC 的生产厂家、种类如此繁多，不同种类之间的功能设置差异又非常大，这在选择 PLC 机型上带来了一定的难度。机型选择的基本原则应是在满足功能要求的前提下，力争达到最好的性价比，并可具有一定的升级空间。 根据 PLC I/O 节点使用原则，即预留出 25%左右的 I/O 点以做扩展时使用，4层电梯有 32 个输入信号和 27 个输出信号，本系统选用的 PLC 为三菱 FX2-128MR，这种机型的 I/O 点数
44、均为 64，但其编辑指令可超过 1000 条，有 2000 步的程序内，并配有相应的编程软件 MEDOC。根据实际情况，本设计使用直流电机，不会使用到交流电机，所以可以不考虑交流电机的 I/O 点数。2、 控制直流电动机所需的 I/O 点数本设计针对电梯控制，因此我们根据实际情况可知，要控制电梯的升和降，需要一个可逆运行的直流电机。经计算，我们需要九个输入点和六个输出点。3.6.2 内存估计一般程序所需内存容量主要和下面几个因素相关：内存利用率、开关量输入输出点数、模拟量输入输出点数、用户的编程水平。1、内存利用率内存利用率是一个程序段中的节点数与存放该程序段所代表的机器码所需内存字数的比值。
45、对于同一程序来说，高利用率可以缩短扫描时间，提高系统的响应速度，还可以降低内存的使用量。2、开关量输入输出的点数一般系统中，开关量输入与输出的比值为 6：4，那么根据经验公式，可以算出所需内存的字数：所需内存字数=开关量（输入 32+输出 27）总点数*10=5903、模拟量输入输出的总点数对于模拟量来说，处理中就涉及用到数字传送和运算的功能了，这一部分的指令内存利用率都不高，所以内存容量就需要大大的增加。一般的经验计算公式如下：如果只有模拟量输入时：内存字数=模拟量点数*100，即 400如果模拟量输入/输出共存时：内存字数=模拟量点数*200，即 800，大概所占内存 40KB，基于实际考
46、虑，在本设计中不存在此情况。3.6.3 响应时间系统响应时间，一般指输入信号产生时刻和由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。系统响应时间=扫描的周期+输入滤波的时间+输出滤波的时间。PLC 顺序扫描的工作方式，也是存在弊端的，就是它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。3.6.4 输入输出模块的选择PLC输入模块的主要作用是检测设备的输入信号，然后变成plc可以内部处理的电平信号。因为输入模块一般是交流形式的，信号的传送距离很近，还有信号又是低电压形式，所以选择 24V 为电平信号电压。PLC 输出模块的主要功能是内部输出电平，外部负载设备控制信号在输出之前进行转换。开关频率高、电感性和低功率因数的负载设备一般使用晶闸管输出模块，比较之后我们采用晶闸管输出模块。我们选用交流 220V 作为电梯系统的曳引电机的工作电压，选用交流 220V 作为轿箱门开关控制电机的工作电压，选用 24V 作为指示灯工作电压3.6.5 确定PLC机型由上述条件可知，三菱的 FX 系列是最佳选择。输入输出点数为 34 点，电机 20 点，考虑 10%到 15%的 I/O 余量，所以 FX2-128MR 这种型号比较适合设计要求。4 软件设计4.1程序流程图上电电初始化确认本层与目标层目标层为本层？电梯选向电梯启动高速运行楼层检测是否目标层？电梯减速平层检测