1、第一章 方案选择方案论述1.1 PLC 的 IO 点数估算根据被控对象对 PLC 控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定 PLC 的 IO 点数。在估算系统的 I O 点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数，IO 信号类型(数字量模拟量 )，电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素。以上统计的数据是一台 PLC 完成系统功能所必须满足的，但具体要确定 I0 点数时则要按实际 I0 点数，再向上附加 2015的备用量。根据机型的选择，再对被控对象进行 I0 点数的估算，根据被控对象 IO 信号的点数，考虑留有 1520的备用量以调整和扩充。估算出被控对象的 I
2、0 点总数，就可根据此点数选择相当的 PLC。 I0 点数是衡量 PLC 规模大小的重要指标，选择相应规模的PLC 需要留有余量。1.2 内存估计(1)内存利用率：用户编的程序通过编程器键入主机内，最后以机器语言的形式存放于内存中。同样的程序，在不同厂家的产品中，所需的内存量不同，把一个程序段中接点数与存放该程序所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的利用率给用户带来好处，同样的程序可以减少内存，从而降低内存投资，同时，也可缩短扫描周期，从而提高系统的响应速度。(2)开关量 I0 点数：可编程控制器开关量 I0 总点数是计算所需内存储器容量的重要依据，一般系统中，开关量输入输出
3、的比为 6：4，然后根据 I0 点数来估算所需内存量，经验公式为所需内存总数=开关量(输入十输出)总点数10(3)模拟量 I0 总数：具有模拟量控制的系统就要用到数学传送和运算的功能指令，这些功能指令内存利用率较低，因此所占内存数要增大。在只有模拟量输入的系统中，一般要对模拟量进行读入，数字滤波，传送和比较运算。在模拟量 I0 同时存在的情况下，就要进行较复杂的运算，一般是闭环控制，内存要比只有模拟量输入的需要量大：在模拟处理中，常常把模拟量读入、滤波及输出编成子程序使用，这使所占内存大大减少，特别是在模拟量路数比较多时，每一路模拟量所需的内存会明显减少，下面给出一般情况下的经验公式：只有模拟
4、量输入时：内存系数=模拟量点数100模拟量 IO 同时存在时：内存系数=模拟量点数200这些经验公式的算法是在模拟量点数 10 点左右，当点数小于 10 时，就适当加大，点数较多时，可适当减少。(4)用户编写的程序质量：用户编写的程序优劣，对程序长短和运行时间都有较大影响，对于同样系统不同用户编写的程序可能会使程序长度和执行时间差别很大。一般来说，对初编者应多留一些内存余量，而有经验者可少留一些余量 综上所述，推荐下面的经验公式：存储器总数=开关量 I0 总点数10+模拟量点数150 然后按计算结果的 25余量。1.3 响应时间扫描周期和响应时间必须认真考虑。可编程序控制器顺序扫描的工作方式使
5、它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。例如：某 PLC 产品检测系统，其有效湖北理工学院 学号1检测宽度为 5cm，若产品传送速度为 50mmin，为了确保不会漏检经过的产品，要求可编程控制器的扫描周期不能大于产品通过检测的时间间隔 60ms。1.4 输入输出模块的选择来自现场的设备按钮、限位开关、行程开关等的电平信号并将其转换为机器内部电平信号，模块类型为直流和交流两种。根据设备与模块之间的远近程度选择电压的大小，一般 5V、12V、24V 属低电平，传输距离不宜太远，例如 5V 的输入模块最远不能超过 l0m，也就是说，距离较远的设备选用较高电压的模拟比较可靠。另外，高密度的输入
6、模块如 32 点、64 点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般讲，同时接通点数不得超过 60%。系统的稳定性，必须考虑门槛电平(接通电平与关断电平之差)的大小。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。输出模块的任务是将机器内部电平信号转换为外部的控制信号。频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，但缺点是模块价格高，过载能力差。输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。1.5 方案选择本课题方案是做一个简易的商务电梯模型实现电梯按呼叫要求上下行，到达指定位置，并且要按照顺带原则当到
7、达有呼叫的楼层是，都要停一下然后继续运行，当电梯在上行或者下行中均不立刻响应反向运行的指令，只有当那个一个方向的呼叫要求全部响应完毕后再响应反向的呼叫要求，每到达呼叫楼层后均延时 3 秒来模拟开关门上下人的过程。1.6 设计思路当按下呼叫按钮后通过程序将呼叫信号存起来，用 4 个平层开关来反应电梯当前楼层，当平层开关被触发则将相应的值存在寄存器中。然后接通比较程序把呼叫值与电梯当前楼层相比较判断是否上行还是下行，中间遇到呼叫楼层时会与之比较，比较结果相等则触发延时，电梯停同时清空该层的呼叫信号，若上升或者下降过程中有反向呼叫信号则将信号储存等到完成上升或者下降过程后再响应。1.7 机型的确定1
8、.7.1 FX0N-40MR 技术指标合计总数 40 点24 点输入， DC24V，16 点继电器输出；1.7.2 FX0N-40MR 系列 PLC 的功能FX0N 的 EEPROM 用户存储器容量为 2000 步。基本指令有 20 条，步进指令 2条，应用指令 36 种 51 条。 FX0N 有 500 多点的辅助继电器，128 点状态寄存器，95 个定时器和 45 个计数器（其中高速计数器 13 个）还有大量的数据寄存器，76 点指针用于跳转，中断和嵌套。FX0N 有较强的通信功能，可与内置 RS232C 通信接口的设备通信，如使用 FX0N485APP 模块，可与计算机实现 1：N（最多
9、 8 台）的通信。FX0N 还备有 8 位模拟量输入输出模块（ 2 路输入，1 路输出）用以实现模拟量的控制。由于 FX0N 体积小，功能强，使用灵活，特别适用于由于安装尺寸的限制而难以采用其他 PLC 的机械设备上。本课题选用 FX0N-40MR 系列 PLC。第二章 硬件设计2.1 电梯模型介绍该装置由底座、立柱及面板、主电路板等组成。电源开关设置在底座上面。本装置电源为轿厢在模型的左侧，由小型直流电机来控制它的上升和下降，面板上的输入信号端子有内选按钮信号、外选按钮信号、平层、限位信号、厢门限位信号及公共端 I 等共计 16 个，控制时应分别与 PLC 主机输入端连接，公共端 I 与主机
10、输入 COM 点连接。面板上的输出信号端子有外呼指示灯、轿厢上升下降控制、内选指示灯、公共端等共计 14 个，控制时应分别与 PLC 主机输出端连接，公共端与主机输出 COM 连接。使用时首先将模型与 PLC 主机输入、输出端口连接好，检查无误后，接通电源，模型处于待机状态，启动 PLC 运行程序，按动模型选层的内呼或外呼按钮，若 PLC 运行程序编制正确的话，电梯模型将按内、外呼按钮指令正常运行。2.2 输入输出分配表表 4-1 为该课题的输入输出分配表。输入信号有：内呼信号 4 个，外呼信号 6 个，轿厢平层信号 4 个，上下极限位 2 个，开始开关和关闭开关一共 2 个，共计 18 个。
11、输出信号有：内呼信号指示 4 个，外呼信号指示 6 个，轿厢上下行 2 个，轿厢上下行指示 2 个，共计 14 个。表 2-1 输入输出分配表输入 输出0 1 层内呼 X000 0 1 层内呼指示 Y0001 2 层内呼 X001 1 2 层内呼指示 Y0012 3 层内呼 X002 2 3 层内呼指示 Y0023 4 层内呼 X003 3 4 层内呼指示 Y0034 1 层外呼上 X004 4 1 层外呼上指示 Y0045 2 层外呼下 X005 5 2 层外呼上指示 Y0056 2 层外呼上 X006 6 2 层外呼上指示 Y0067 3 层外呼下 X007 7 3 层外呼上指示 Y007
12、8 3 层外呼上 X010 8 3 层外呼上指示 Y0109 4 层外呼下 X011 9 4 层外呼上指示 Y01110 开始开关 X012 10 电梯上行 Y01211 关闭开关 X013 11 电梯下行 Y01312 1 层平层 X014 12 电梯上行指示 Y01613 2 层平层 X015 13 电梯下行指示 Y01714 3 层平层 X01615 4 层平层 X01716 上极限位 X022湖北理工学院 学号317 下极限位 X023输入 输出2.3 PLC 接线图图 4-1 为 PLC 输入输出接线图。X000X023 为输入信号，Y000Y017 为输出信号。输入端的公共端 CO
13、MI 接地，输出端的公共端 COM接+24V 电源。图 2-1 PLC 输入输出接线图2.4 程序流程图图 3-1 为该课题整个程序的流程图。假设电梯停于一楼，则 D0 中的值为 1。此时如果按下三楼向上按钮，则 D9 中赋值为 3。然后就将 D9 中的值与 D0 中的值相比较，显然 D9 大于 D0，电梯上行。如果在上行过程中如果按下二楼向上按钮，则先停于二楼，再上行至三楼。如果在上行过程中按下二楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。如果按下四楼向下按钮，则电梯完成其他外呼向上信号以后就上行至四楼。电梯到达四楼后，如果同时按下一楼向上按钮、二楼
14、向上按钮、三楼向上按钮，则轿厢首先下行至一楼响应最远反向呼信号。然后再上行至二楼、三楼。轿厢停于最后响应的信号所在的楼层外部信号输入 轿厢停于某一层存储在 D1D10 中 存储在 D0 中在 D1D10 中，将第一个得到值的数据存储器中的值与 D0 中的值进行比较，从而判断上行还是下行。D1D10大于D0？上行 下行首先响应同向向上外呼信号或内呼信号，响应完毕后或在轿厢前方再无同向向上信号，若有反向外呼信号，则轿厢上行至最远反向外呼信号所在楼层。首先响应同向向下外呼信号或内呼信号，响应完毕后或在轿厢前方再无同向向下信号，若有反向外呼信号，则轿厢下行至最远反向外呼信号所在楼层。所有输入信号均已响
15、应完毕？YNYN图 2-2 程序流程图第 3 章 软件设计3.1 内呼信号输入及存储程序编程思路：首先打开电梯开关，以一楼内呼为例，按下 X000 按钮，则 Y000 被接通并保持，直到电梯到达一楼时利用 M1 常闭触点断开 Y000。在按下 X000 的同时 D1湖北理工学院 学号5赋值为 1，从而实现存储功能。当 Y000 失电时， D1 和 M0、M1 、M2 被清零。梯形图如图 3-1 所示。图 3-1 内呼信号输入及存储程序梯形图3.2 外呼信号输入及存储程序编程思路：以二楼向上外呼信号为例，如果电梯不在二楼，此时按下 X006，D7 赋值为 2，M106 得电并保持。如果此时电梯为
16、下行，则 M106、Y017 常开闭合，Y006得电并且在电梯下降过程中一直保持。如果电梯处于上行阶段，则 M106、Y016 常开闭合，Y006 得电并保持，直到电梯上行到二楼时失电。 Y006 失电时，D7 和M18、 M19、 M20 被清零。梯形图如图 3-2 所示。湖北理工学院 学号7湖北理工学院 学号9图 3-2 外呼信号输入及存储程序梯形图3.3 轿厢停于某层时，所在楼层存于 D0编程思路：轿厢停于某层时，该楼层平层开关被接通，为 D0 赋予对应的值。梯形图如图 3-3 所示。.图 3-3 轿厢停于某层时，所在楼层存于 D03.4 比较判断轿厢上下行程序编程思路：(1)比较程序:
17、按下某楼层按钮则将该按钮所对应的数据寄存器中的值与轿厢所在楼层数据寄存器 D0 中的值进行比较，从而可以判断上下行。 (2)判断上下行程序：当 D1 到 D10 中任一数据寄存器中的值大于 D0 中的值，则轿厢上行；当 D1 到D10 中任一数据寄存器中的值小于 D0 中的值，则轿厢下行。如果当 D1 到 D10 中任一数据寄存器中的值既有大于 D0 的，又有小于 D0 的，则轿厢上下行以第一次按下按钮湖北理工学院 学号11所对应的数据寄存器中的值与 D0 的比较结果而得。梯形图如图 3-4 所示。图 3-4 比较判断轿厢上下行程序梯形图3.5 轿厢上行程序编程思路：在比较判断出轿厢上行以后，
18、执行以下程序。首先是内呼信号，如果电梯在一楼，按下 X001 则 M3 接通，所以 M40 得电并自锁直到轿厢在二楼平层时失电。如果电梯在一楼或二楼，按下 X002 则 M6 接通，M41 得电并自锁直到轿厢到达三楼时失电。如果电梯在一楼、二楼或三楼，按下 X003 则 M9 接通，M42 得电并自锁直到轿厢到达四楼时失电。外呼信号上行与内呼信号上行原理相同，只是加上外呼信号之后，需要给外呼信号和内呼信号之间加上互锁。至于最远反向呼功能：如果电梯在一楼，按下二楼向下 X005，则 M72 得电，电梯上行；如果再按下 X007，则 M72 失电，M71得电，电梯到二楼不停下继续上行；如果再按下
19、X011，则 M71 失电，M70 得电，电梯直接运行至四楼。梯形图如图 3-5 所示。湖北理工学院 学号13图 3-5 轿厢上行程序梯形图3.6 轿厢下行程序编程思路和轿厢上行程序一样，梯形图如图 3-6 所示。湖北理工学院 学号15图 3-6 轿厢下行程序梯形图3.7 延时程序当到达平层要求到达的平层时，例如到达一层，此时比较器得出 D1 与 D0 相等，从而 M1 赋值为 1，有上升沿输出程序给一个脉冲 M80 激活定时器开始定时，Y000 常闭接通对 M0 到 M2 复位，同时切断电梯下行输出 Y13，同时 Y000 常闭接通对 M0 到 M2 复位，延时 3 秒后从新接通Y13 电梯
20、继续运行。梯形图如图 3.7 所示。湖北理工学院 学号17图 3-7 延时程序3.8 开关程序按下开始开关 X012 后接通 M96 并且自锁，M96 保持接通从而接通个输出信号线路上的 M96常开，使其可以运行。然后按下停止开关 X013 后接通 M97 此时断开 M96 各个输出线路上的 M96常开断开 M97 常闭断开，各个线路不能运行。梯形图如图 3.8 所示。图 3-8 开关程序第四章 程序调试、运行4.1 程序调试设计一个 PLC 应用系统，关键要解决的第一个问题是进行 PLC 应用系统的功能设计，即根据受控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。第二个问题是
21、进行 PLC 应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出 PLC 控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。第三个问题是根据系统分析的结果，具体的确定 PLC 的机型和系统的具体配置。总装调试步骤：(1)模拟调试。用户编写的程序在总装调试前要进行模拟调试，检查程序无误后可把 PLC 接到系统里进行总装调试。(2)PLC 的外部接线检查，外部接线一定要准确无误。如果用户程序还没有送到机器里去，可用自行编写的试验程序对外部接线做扫描通电检查，查找接线故障。(3)将主电路断开，进行预调，确认接线无误后再接主电路。(4)将模拟调好的程序送入用户存储器进行总调试，直到各部分的功能均正
22、常，并能协调一致成为一个完整的整体控制为止。(5)如果调试达不到指标要求，可对硬件、软件调整，一般只对软件作调整。4.2 程序运行过程中出现的问题及调试4.2.1件当进行延时时开始使用的是 T0 进行自锁，但是 T0 无法进行自锁因此用一个辅助继电器进行自锁，同时用一个 T0 的常闭用来在定时结束后切断辅助继电器和 T0 从而退出定时。修改后的图如图 4-1 所示。湖北理工学院 学号19图 4-14.2.2当内呼信号运行时，电梯到达内呼信号楼层后没有进行延时就直接经过，经调试查明是应为当到达平层时，平层开关的常闭触电断开导致相应的内呼信号断开从而无法进行比较，导致延时程序未被激活，解决方法是用
23、比较结果的常闭触点代替平层开关的常闭触点，这样可以确保在比较完成后切断相应的内呼信号修改后程序如图 4-2 所示。4.2.3运行时如果电梯在某层，此时按下其它层的呼叫信号然后再按下这一层的呼叫信号，电梯会终止运行延时 3 秒后继续运行，经调试原因是应为寄存器 D0 中的值还没有跟换按下呼叫信号会激活延时信号从而导致延时。为了解决这个问题我们将延时程序出相应的比较输出处加上一个相应的平层信号的常开触点从而使得不在平层处时无法激活延时程序。修改后的程序如图 4-3 所示。湖北理工学院 学号21第五章 结果分析及展望5.1 最终运行结果(1)按下呼叫按钮，电梯在检测到外呼或者内呼信号以后，便会运行到
24、指定楼层。上升过程中，只执行上行信号，下行信号不执行且只保持相应指示灯点亮，反之亦然。(2)若同时按下多层反向外呼按钮，则轿厢首先运行最远的反向外呼信号所在的楼层，然后再顺序执行其他的外呼信号。(3)平层后停止，再经过 3S 的延时后继续运行。（4）运行结果基本达到设计目的。5.2 结果的成功点和不足与未来展望计本电梯的成功之处是基本达到了设计要求，可以以最大效率方式运行，符合顺带原则和优先完成单边的呼叫要求然后完成反向的呼叫原则，不足之处缺少指示显示电梯楼层等信息的东西，改进方法 用译码指令译码后，用数码管来显示当前电梯楼层还有电梯此时的上下行运行状态，还有电梯内部可以加装照明和通风系统，当
25、有人进入时这些系统启动，人出去后没人时关闭这些系统，节约能源。同时要加装电梯门以及感应元件，当电梯门没有关闭时电梯无法运行，有人在电梯门口时电梯不关门知道进入安全区域后才关门，电梯内部要加装开关门按钮，电梯运行时开关门按钮无效。以及自动报警装置当电梯运行不正常时发出警报同时采取应急措施等等。附录参考资料1李仁主编，电气控制，北京：机械工业出版社，20002陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社，20013王仁祥主编，常用低压电器原理及其控制技术，北京：机械工业出版社，20024郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：重庆大学出版社，20015 佟为明等编，低压电器继电器及其控
26、制系统，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20006 王海，李洪奎，刘晓。基于 PLC 的多轴控制研究J。机械工程学报 ,2008, 6(4): 470-472.7 杨东, 黄永红, 张新华, 吉敬华. 用 PLC 基本指令实现自动运动定位控制的 研究J. 微计算机信息, 2010, 26(2-1): 62-64。 8 秦琴，王忠庆.。利用 PLC 的高速计数功能实现轴的精确定位控制.。电气技术。2009(3)。9 陈婵娟, 薛恺. 基于 PLC 的步进电动机单双轴运动控制的实现. 机械设计与制造. 2009(3)。10 杨涛 , 王启江等。 基于 PLC 绕线机控制系统设计J。组合机床与自动化加工技术， 2005(8)：58-59。学弟学妹们一定要记得我哦！
