中北大学信息商务学院2013届本科毕业设计说明书
块，可以组成不同用途的PLC，适用于不同要求的控制系统。 （3）按用途分类
根据可编程控制器的用途，PLC可分为通用性和专用型两大类。通用型PLC作为标准装置，可供各类工业控制系统选用。专用型PLC是专门为某类控制系统设计的，由于其专用，结构设计更为合理，控制性能更完善[14]。 2.4 PLC的工作原理
PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而复始不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。
所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”[15] 。
由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短[16]。 2.5 PLC的编程语言
PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、功能图等。 （1）梯形图(LAD)
梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。 （2）指令表(STL)
指令表(STL)编程语言类似于计算机中的助记符语言，它是可编程控制器最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。
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（3）顺序功能流程图(SFC)
顺序功能流程图(SFC)编程是一种图形化的编程方法，亦称为功能图。使用它可以对具有选择等复杂结构的系统进行编程，许多PLC都提供了用于SFC编程的指令[17]。
本设计中，选择用梯形图作为编程语言。
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3 硬件设计
3.1 主电路设计
根据设计要求，本次设计的四层电梯控制系统的主回路原理图如图3.1所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1～KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。KM1、KM2为电动机正、反转接触器，用它来实现电梯上、下行控制。当KM1接通时，电机正转，实现电梯上行；当KM2接通时，电机反转，实现电梯下行。用KM3、KM4控制门电机正反转。KM3接通时，门电机正转，实现开门；KM4接通时，门电机反转，实现关门。FR1、FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。
图3.1 四层电梯控制主回路图
3.2 PLC选型
目前，在市场上可供选用的 PLC 品牌及型号非常多。用户在进行 PLC 选型时应以满足系统功能为前提，不能盲目贪大求全而造成浪费。要全面权衡利弊、合理选型以达到经济实用的目的[18]。一般 PLC选型可从以下几点来进行综合考虑。 （1）根据 I/O 点数多少进行选择
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仔细分析要设计的系统，弄清楚该系统所需要的 I/O 点数。再按实际所需点数的 10％左右留出备用量（预留备用量是考虑到将来工艺改进及生产发展的需要）后确定所需 PLC 的点数。
另外，还要考虑选用的 PLC 输出点是采用何种接法的。PLC 的输出点可分为 共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的 PLC 各组输出点间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果控制系统输出信号之间不需要隔离，从成本的角度考虑，就应优先选择采用共点式或分组式输出方式的 PLC。
（2）根据存储器大小进行选择
选择存储器容量时应先对用户程序进行粗略的估算。在开关量控制的系统中，可以用输入总点数的 10 倍加上输出总点数的 5 倍来估算；含有计数器和定时器时，可以按每一个 3～5 字进行估算；有运算处理时按 5～10 字/量估算；在有模拟信号输入输出时，可以按每一路模拟量 100 字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上进行估算。最后，一般按估算的总容量的25％左右留有备用量。
（3）根据 I/O 响应时间进行选择
输入输出的响应时间包括输入延迟、输出延迟以及扫描方式引起的延迟等。对开关量控制的系统，PLC 输入输出的响应时间一般都能满足实际要求，可不必考虑响应问题。但对模拟量控制的系统，特别是闭环系统设计时该问题不能忽视。 （4）根据输出负载类型进行选择
PLC 根据输出负载的特点可分为继电器输出型、晶体管输出型以及晶闸管输出型三类。不同类型的负载对 PLC 的输出方式有不同的要求。继电器输出型导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC。而频繁通断的感性负载，就应选择晶体管或晶闸管输出型的。 （5）根据是否联网通信进行选择
若 PLC 控制系统需要联入网络，则 PLC 需具有通信联网功能，即要求 PLC 应提供可连接其他设备的相应接口。一般情况下，大、中型机和大部分小型机都具有通信功能。
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（6）根据 PLC 的结构进行选择
PLC 按结构可分为整体式和模块式两类。功能相似前提下，由于整体式 PLC是把 CPU、存储器、I/O 接口电路等集成在一起，所以比模块式价格要低。但模块式具有扩展灵活，维修方便，易判断故障点等优点。所以在选择结构时要根据实际要求等各方面综合考虑[19]。
FP 系列 PLC 是日本松下电工株式会生产的小型可编程序控制器。它有许多 规格。其中 FP1 系列具有体积小、重量轻，功能齐全，编程简单，价格便宜等 优点。在工业控制中应用十分广泛。主要的特殊功能有：脉冲输出，输入延时 滤波，脉冲捕捉，高速计数，中断，A/D 与 D/A 转换。
FP1系列机是PLC中的小型机产品。产品型号以C字母开头代表主控单元（又 称主机），以 E 字母开头代表扩展单元。后面跟的数字代表 I/O 点数。主控单元 有 C14、C16、C24、C40、C56、C72 六种[20]。
本设计输入点共有18个，输出点共有14个，总共有32个。
根据I/O点的个数，松下FP1系列的CP40输入/输出点数为24/16，足以满足要求。本次设计选用C40. 3.3 I/O分配
该系统占用PLC的32个I/O口，18个输入点，14个输出点，具体的I/O分配如表3.1所示。
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