平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第2章 控制系统的选择及介绍
2.1 控制系统的选择
目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。通过对比，来选择此电梯的控制系统。
(1)PLC控制系统与继电器控制系统的比较。
从某种意义上说，PLC是从继电器控制发展而来的。又有不同之处。
表2-1 PLC与继电器控制系统比较表
比较项目 控制功能的实现
继电器控制系统
PLC控制系统
由许多继电器，采用接线的方式来各种控制功能是通过编制的程序完成控制功能 来实现的
适应性强，只需对程序进行修改 极快。靠微处理器进行处理 有
安装容易，施工方便
高，因元器件采用了筛选和老化
等可靠性措施 长 容易
有自诊能力，维护工作量小
对生产工艺过程变更适应性差。需要重新设计，改变继的适应性 电器和接线 控制速度
计数及其他特殊功能 安装，施工 可靠性 寿命
可扩展性 维护
低。靠机械动作实现 一般没有 连线多，施工繁 差，触点多，故障多 短 困难
工作量大，故障不易查找
通过PLC与继电器控制系统的比较，可以得出结论：由于PLC控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点，因此，在今后的控制系统中，传统的继电器控制系统被PLC控制系统所代替是大势所趋。
(2)PLC控制系统与计算机系统的比较。
20世纪60年代，由于小型计算机的出现，有人曾试图用小型计算机来取代当时占统治地位的继电器控制系统，结果未获成，结果却是PLC的出现。通过计算机与PLC本身的工作目的，原理和方式上都存在着较大的差异，其结果比较见下
表2-2 PLC控制系统与计算机系统的比较
比较项目 工作目的 工作环境
通用计算机系统 科学计算，数据管理等 对工作环境要求比较高
PLC控制系统 工业自动控制
对环境要求低，可在恶劣的工业现场工作
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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 工作方式 系统软件 采用的特殊措施 编程语言 对操纵人员的要求
汇编语言，高级语言 需专门培训，并具有一定的计算机基础
容量小 价格较低
中断处理方式
循环扫描方式
需配备功能较强的系统的软件 一般只需要简单的监控程序 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
梯形图，助记符语言，SFC标准化语言 一般技术人员，稍加培训即可操作使用
对内存的要求 容量大 价格 其他
价格高
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
由表2-2得出结论：一般情况下，在工业自动化工程中采用PLC可靠，方便，易于维护。
进入20世纪70年代，采用微处理器的工业控制计算机出现了。它与PLC共同推动着传统工业的技术改造。经过较长时间是实践，人们又发现，PLC与一般的工业控制计算机相比，PLC还是有着较强的优势，其原因是PLC专为在工业环境下的应用而设计，在PLC中采用了如下的硬件和软件措施：
①光电耦合隔离和R-C滤波器，有效地防止了干扰信号的进入。 ②内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。
③ 采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰。具有良好的自诊断功能可对CPU等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警。
④对程序及有关数据有电池供电进行后备，一旦断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失。
⑤对采用的器件都进行了严格的筛选和简化，排除了因器件问题而造成的故障。
⑥采用了冗余技术进行一步增强了可靠性。对某些大型PLC还采用了双CPU构成冗余系统，或三CPU构成表决式系统。
⑦随着构成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相应的提高。一般PLC的平均无故障时间可达到几万小时以上。某些PLC的生产厂家甚至宣布，今后生产PLC不再标明可靠性这一指标，因为对PCL来讲这一指标已毫无意义了。经过大量时间人们发现PLC系统在使用中发生的故障大是是由于PLC的外部开关，
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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 传感器，执行机构引起的，而不是PLC本身发生的。
⑧另外，PLC程序设计简单，易学，易懂，易维护，更适合于工程技术人员。因此，PLC在工业控制方面获得了极大成功，成为工业控制中的主流。但是必须指出的是：计算机在信息处理方面还是优于PLC，所以在一些自动化控制系统中，常常将两者结合起来，PLC做下位机进行现在控制，计算机做上位机信息处理。计算机与PLC之间通过通信线路实现信息的转换和交换。这样相辅相成，构成一个功能较强的完整的控制系统。
从上边的论述和比较可以看出。由PLC的硬件决定了它的可靠性和控制功能比继电器控制系统高的多，它是专门为工业控制场合设计的，所以他的稳定性也比一般通用计算机要好的多，而且它操作简单灵活，易于实现系统升级和功能扩展，所以在本设计中采用PLC来进行控制。
2.2 PLC控制系统组成
PLC控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件，PLC的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。
为典型PLC控制系统的硬件组成图。PLC控制系统的硬件是由PLC，输入/输出（I/O）电路及外围设备等组成的。系统规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。下面对构成控制系统的主要部分简要介绍。
2.2.1.1 主控模块
除了早期生产的整体式PLC（PLC的各个不见都在同一机壳内）外，目前市场多数的PLC都已采用模块化的结构（PLC的各个部件独立封装，称之为模块）。在PLC中各个模块均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。在这个系统中最核心的模块是主控模块（也称CPU），它包括：CPU，存储器，通信接口等部分。
(1)CPU：CPU是PLC的控制中枢，它由控制器和运算器组成。其中，控制器是用来统一指挥和控制PLC工作的部件。运算器则是进行逻辑，算术等运算部件。PLC在CPU的控制下使整个机器有条不紊的协调工作，以实现对现场各个设备的控制。CPU的具体作用如下：
①执行接受，存储用户程序的操作指令。
②用以扫描方式来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。
③执行监控程序和用户程序。完成数据和信息的处理，产生相应的内部控制
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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 信号，完成用户指令规定的各种操作。
④响应外部设备（如编程器，打印机）的请求。
PLC中所采用的CPU随机型的不同而不同，通常有3种：通用微处理器（如8086，80286，80386等），单片机芯片，位片式处理器。一般来说，小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU，如Intel8086，Inter96系列单片机，具有集成度高，运算速度快，可靠性高等优点。如日本欧姆龙公司生产的OMRONC200H型PLC采用的是Motorola公司生产的MC68B09的CPU芯片。这是一种增强型8位微处理器。对大型PLC，大多采用高速位片式微处理器，它具有灵活性强，速度快，效率高的优点。
目前，一些厂家生产的PLC中，还采用了冗余技术，即采用双CPU或三CPU工作，进一步提高了系统可靠性。采用冗余技术可使PLC的平均无故障工作时间达几十万小时以上。
(2)存储器：PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序，用户程序和工作状态数据。
系统程序存储区：采用PROM或EPROM芯片存储器。它是由生产厂家直接存放的，永久存储的程序和指令，称为监控程序。监控程序和PLC的硬件组成与专用部件的特性有关，用户不能随意访问和修改这部分存储器的程序。
存储器区：工作数据是PLC运行过程中经常变化的，需要随机存取的一些数据。这些数据一般不需要长久保存，因此采用随机存储器RAM。数据存储区包括输入，输出数据映象区，定时器/计数器预置和当前数值的数据。
用户程序存储区：用于存放用户经编程器或计算机输入的应用程序。一般采用EPROM或EEPROM存储器，用户可重新编程。用户程序存储器的容量一般就代表PLC的标称容量。通常，小型机小于8KB，中型机小于50KB，而大型机可以在50KB以上。
(3)通信接口：主控模块通常有一个或一个以上的通信接口（简称通信口），用以与计算机，编程器相连，实现编程，调试，运行，监视等功能。
2.2.1.2 输入/输出模块
PLC的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过I/O模块实现的。生产过程有许多控制变量，如温度，压力，液位，速度，电压，开关量，继电器状态等，因此，需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁。且这些模块应具有较好的抗干扰能力。目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。对于输入/输出模块有：数字量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，模拟量输入/输出模块，交流新号输入/输出模块，220V交流输入/输出模块。
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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 还有智能模块，它本身带CPU，存储器和监控系统，可独立完成各种运算。智能模块的种类很多，如高速计数模块，PID调节的模拟量控制模块，阀门控制模块，智能存储模块和智能I/O模块。
2.2.1.3 电源模块
该模块将交流电源转换成供CPU存储器所需的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心。它的好坏直接影响到PLC的功能和可靠性。目前，大多数PLC采用高质量的开关式稳压电源，与普通电源相比，PLC的电源工作稳定性好，抗干扰能力也强。有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供24VDC的稳压电源，用于外部传感器的需要，这样就避免了因外部电源不合格而引起的外部故障。
2.2.1.4 I/O电路
PLC的基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过PLC处理后，通过执行装置实现控制。输入电路就是被控对象（需要进行控制的机器，设备和生产过程）进行检测，采集，转换和输入。另外，安装在控制台上的按钮，开关等也可以向PLC送控制指令。输出电路的功能就是接受PLC输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。
PLC的外围设备很多，但基本功能不外乎对信息和数据的处理。常用的有编程器，可编程终端，打印机，条码读入机等等。编程器PLC的重要外围设备之一，它可以将用户编写的程序送到PLC的用户程序存储器。因此，它的主要任务是输入程序，调试程序和监控程序的执行过程。可编程终端是具有I/O功能的PLC人机界面产品。人可以通过触摸屏幕将信息输入PLC中同样可编程终端也可以将PLC的输入数据和信息显示在屏幕上。
2.2.2 软件的组成
PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。如图2-2是PLC内部工作示意图。
2.2.2.1 PLC系统软件与工作过程
PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。在系统软件的支持PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。
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