第一章 绪论
1.1可编程控制器简介 1.1.1可编程控制器的定义
PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器， 定义：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境中而设计的。它采用一类可编程的控制器，用于其内部存储程序执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术与运算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。
1.1.2 S7-200 Micro PLC 的概述
S7-200系列是一类可编程逻辑控制器(Micro PLC)。这一系列产品可以满足多种多样自动化控制需要，（如图1-1）展示一台S7-200Micro PLC。由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。
图1-1 西门子PLC S7-200外部结构
1.1.3 可编程控制器的工作原理 1.PLC的工作方式
PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有按键按下或I/O动作，则转入相应
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的子程序或中断服务程序，无按键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行对。当PLC运行时，CPU根据用具按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，在开始下一次扫描；如此周而复始。实际上PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断。通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。
（1）自诊断
每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括I/O部分、存储器、CPU等，并通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，如果发现异常，则停机并显示出错，若自诊断正常，则继续向下扫描。
（2）通讯服务
PLC检查是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则惊醒相应处理。 （3）输入处理
PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入缩存器中写入所有输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区—输入状态映像区中，这一过程称为输入采样，或是如刷新，随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入端有变化，输入映像区的内容也不会改变，变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。
（4）输出处理
同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区，当程序的所有指令执行完毕，输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行器件工作，这就是PLC输出刷新阶段。
（5）程序执行
PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区独处输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为I/O刷新。可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称做集中采样、集中输出。
2.扫描周期
扫描周期即完成一次扫描（I/O刷新、程序执行和监视服务）所需要的时间，有PLC的工作过程可知，一个完整的扫描周期T应为：T=（输入一点时间*输入点数）+（运算速度*程序步数）+（输出一点时间*输出点数）+监视服务时间
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扫描周期的长短主要取决于三个要素：一时CPU执行指令的速度；二是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长度。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。现在厂家生产的基型PLC的一个扫描周期大约为10ms，这对于一般的控制系统来说完全是允许的，不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力，这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行。PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲式的，短期的，由于系统响应慢，往往要几个扫描周期才相应一次，多次扫描因瞬时干扰而引起的误动作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对控制时间要求较严格、相应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时还需要采取一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的影响带来的不良影响。
1.1.4 编程控制器与其它工业比较
基于PLC控制的电梯自动控制管理系统，PLC就物理结构来说有丰富的输入输出端，而从PLC的逻辑结构来看，内部有许多软元件，如输入输出继电器、辅助继电器、状态器、计数器、计时器和数据寄存器及器件所对应的常开常闭接点，方便对电梯上下、召唤信号自动定位、召唤信号自动排序、楼层显示、欠压保护、短路保护、过载保护等；
大所数PLC的编程方式都用梯形图编程、指令表编程和顺序功能图（SFC）编程，特别是梯形图编程方式，方便编写，直观易懂，容易修改。除了运用基本指令可以完成大量工作，功能指令的扩展更为系统开发、调试和维护带来许多便利，本文以梯形图编程方式设计四层电梯自动控制系统，无论从设计到功能分析都是极为方便的。
可编程控制器的原理是在确立了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的。一次循环可分五个阶段，分别为内部处理阶段、通信服务阶段、输入处理阶段、程序执行阶段、输出处理阶段。
1.2 变频器简介 1.2.1变频器的定义：
变频器（如图1-2）是利用电力半导体期间的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电动机的启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。
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图1-2 西门子MM440变频器示意图
1.2.2 变频器的工作原理
主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变化为直流功率的“整流器”，吸收在变流其和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
1.2.3变频器面板按钮功能 （如图1-3）:
图1-3 变频器控制面板示意图
1.改变电动机的转动方向；
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2.启动变频器； 3.停止变频器； 4.电动机点动； 5.访问参数；
6.减小数值：减小面板上显示的参数数值； 7.增加数值：增加面板上显示的参数数值；
8.功能:变频器运行过程中,在显示任何一个参数时按下此键并保持2秒钟,将显示直流回路电压、输出电流、输出频率、输出电压、由P0005选定的数值。
1.3 传感器简介 1.3.1传感器的定义
传感器（如图1-3）是能感受规定的被测量并按照一定规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。
图1.3 压力传感器
1.3.2 传感器的分类
1.按被测量原理分类：可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。
2.按测量原理分类：可分为电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。
3.按传感器转换能量供给形式分类：可分为能量变换型（发电型）和能量控制型（参量型）两种。
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