基于PLC的自动扶梯控制系统设计.doc

1、1 绪论- 2 -1.1 自动扶梯介绍- 2 - 1.1.1 Y/启动自动扶梯的介绍- 3 -1.1.2 主要功能- 4 -1.1.3 安全保护- 4 -1.2 PLC+VVVF控制方案的介绍- 4 -1.2.1 系统设计- 5 -1.2.2控制程序设计- 5 -1.3 PLC+VVVF控制方案的优点及意义- 6 -1.3.1 PLC的发展- 6 -1.3.2 PLC的特点- 7 -1.3.3 PLC与继电器控制系统的比较- 8 -2 控制电路设计- 9 -2.1 PLC+VVVF控制方案的选择- 9 -2.1.1方案描述- 9 -2.1.2主要功能- 9 -2.2设计中各元器件的选择- 10

2、 -2.3 自动扶梯的相邻区域- 11 -2.4 自动扶梯尺寸及参数- 12 -2.4.1自动扶梯尺寸- 12 -2.4.2自动扶梯技术参数- 13 -3 可编程序控制器硬件配置- 14 -3.1 PLC的工作原理- 14 -3.1.1 CPU模块- 15 -3.2 FX系列可编程序控制器梯形图中的编程元件- 17 -3.2.1 FX系列的用户数据结构- 17 -3.2.2 输入继电器与输出继电器- 17 -3.2.3 输出继电器（Y）- 18 -3.2.4 状态（S）- 18 -3.2.5 定时器（T）- 18 -3.2.6计数器- 19 -4 ABB 变频器的硬件配置- 22 -4.1 变

3、频器概述- 22 -4.2 ABB系列变频调整器的性能及技术参数- 23 -4.2.1主要功能及特点- 23 -4.3性能指标- 24 -变频器的性能指标表4-1所示- 24 -4.4变频器节能方式- 26 -4.5扶梯变频节能控制系统运行特性- 26 -5 PLC的软件设计- 28 -5.1 PLC输入PC输入输出接点信号- 28 -52 程序设计- 28 -5-3 自动扶梯的安全保护- 30 -6 结束语- 34 -1 绪论可编程序控制器（PLC）因采用了以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强，可靠性高，编程简单，使用方便，体积小巧，在工业控制中得到了广泛的应用。以前的自动扶梯采用的

4、是继电接触器控制的方式，扶梯采用星三角降压启动,由于接触器频繁吸合，常常出现故障，给电机的运行及扶梯的检修带来极大的不便。PLC机从诞生以来，发展非常迅速，在发达的工业国家，已经广泛的应用在所有的工业部门，随着PLC性能、价格比的不断提高，过去在使用专用计算机的场合现在也可以使用PLC了。PLC机的作用越来越大，其最基本、最广泛的应用是开关量逻辑控制。PLC机的输入信号和输出信号都是只有通/断状态的开关量信号。这种控制与继电器控制最为接近。可以用价格较低的、仅有开关量控制功能的PLC机作为继电器控制系统的替代物。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线的控制。PLC还可以对温度，压

5、力，流量等连续变化的模拟量进行闭环控制。现代的PLC机具有数学运算，数据传送，转换，排序主查表，位操作等多种功能。可以完成数据的采集分析和处理。PLC机随着发展结构与功能不断改进，应用范围也迅速扩大，它可直接应用于工业环境，具有较强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。我们要想能够胜任PLC控制系统的设计工作，按要求完成好设计任务，仅仅掌握PLC设计的基础知识是不够的，必须经过反复实践，深入工作现场，灵活应用，不断积累经验。我的设计题目是：商场自动扶梯控制系统设计。通过设计这一题目，可以将我们所学知识加以复习，巩固，从而达到能够灵活应用的目的。由于设计者学识有限，设计时间仓促，设计中一定有疏

6、漏及错误，殷切希望各位老师和同学批评指正。1.1 自动扶梯介绍自动扶梯是由一台特种结构形式的链式输送机和两台特殊结构形式的胶带输送机所组合而成，带有循环运动梯路，用以在建筑物的不同层高间向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。运载人员上下的一种连续输送机械。广泛用于车站，码头，商场，机场和地下铁道等人流集中的地方。1900年，巴黎国际博览会展出的一台阶梯状动梯是现代自动扶梯的雏形。以后，自动扶梯在各国得到迅速发展。自动扶梯由梯路（变型的板式输送机）和两旁的扶手（变形的带式输送机）组成。其主要部件有梯级，牵引链条及链轮，导轨系统，主传动系统（包括电动机，减速装置，制动器及中间传动环节等），驱动

7、主轴，梯路张紧装置，扶手系统，梳板，扶梯骨架和电气系统等。梯级在乘客入口处作水平运动（方便乘客登梯），以后逐渐形成阶梯；在接近出口处阶梯逐渐消失，梯级再度作水平运动。这些运动都是由梯级主轮，辅轮分别沿不同的梯级导轨行走来实现的。如图1-1示是自动扶梯控制系统流程图。图1-1自动扶梯控制系统流程图。 1.1.1 Y/启动自动扶梯的介绍自动扶梯是一种可以连续运行的客运工具，目前正广泛使用在地铁、机场,商场等客流量大的场所。扶梯控制部分主要集中在扶梯上水平段，扶梯靠一台交流电动机牵引。另外,扶梯还设置了十几个安全开关,扶梯监控,照明,电铃,自动润滑等装置。1.1.2 主要功能扶梯有两种运行状态：检修

8、点动运行和用钥匙开关控制的正常运行。用钥匙控制时，扶梯启动采用星三角降压启动，启动时先星形起动后转为三角形运行。而检修控制时只能以星形运行，此时钥匙开关控制失效，以保障维修人员的安全。1.1.3 安全保护扶梯在下列状态均会自动停止运行：（1）当安全开关之一动作时。（2）相序监控器监测到错相或缺相时。（3）电流过大，热继电器动或断路器动作时。（4）当按下停止按钮时。（5）当梯级运行速度高于或低于额定速度20%时。（6）扶梯未能正常进行星三角转换时。（7）扶梯启动未能在规定时间内达到额定速度时。（8）当使用钥匙启动扶梯时，需人工复位到中间位置，否则扶梯运行20秒后自动停机并报警，避免发生意外伤人事

9、故【1】。Y/启动控制见图1-2：图1-2 Y/启动控制图1.2 PLC+VVVF控制方案的介绍以前，自动扶梯电气系统是采用“继电器逻辑”控制，虽然其控制逻辑已经比较精炼，严密，但由于其逻辑控制部分是由继电器触点实现的，故障率较高，而且控制柜布线复杂，给确定故障范围，查找故障带来较大困难。为解决这一问题，提高扶梯质量，我们采用三菱公司FX系列的可编程控制器作为控制核心，对自动扶梯进行了改进。由于三菱公司的PLC控制可靠，价格较低，也可取得良好的经济效益。在进行系统设计时要考虑许多因素，首先是要有利于提高整个系统的可靠性指标，以满足现场对低故障率的要求，因此，我们选择PLC作为控制核心。1.2.

10、1 系统设计三菱公司的FX系列具有以下特点（1）PLC的用户程序和部分数据存放在EEPROM中，无需用锂电池进行掉电保护。手持编程器PG702中的用户程序和部分数据也可存放在其EEPROM中，使用起来十分方便。（2）具有一个存储卡插孔，需要装载程序时，只需将已存入程序的存储卡插入PLC后再上电，几秒钟后断电并把存储卡拔下，存储卡上的程序就自动装入PLC，这一功能为我厂进行批量生产或更新程序提供了很大方便。（3）利用FX1S系列编程软件，可方便地在电脑上进行编程及存储，并可通过PPI电缆实现电脑与PLC之间的通讯。（4）具有两个模拟电位器，可实现以下功能，例如：对计数器或定时器的给定值进行预设置

11、，该功能对参数的具体确定很有帮助。并可方便地实现对一些随季节变化的参数的调整。（5）具有3级口令保护功能，防泄密。1.2.2控制程序设计控制程序的设计必须充分考虑对人身安全的保障，此外，在设计中注意程序逻辑是和时序相关时，可编程序控制器都采用顺序扫描工作方式，工作时其程序被逐行扫描执行，这样就有了先后次序，往往会出现这样的现象：将一个程序中的一行或数行语句移到别的位置后会得到不同的结果。在程序编程方面，系统程序是根据自动扶梯标准的要求和原继电器逻辑电路和设计经验编制而成，虽然该用软件只是采用了PLC一些常用的指令，但其同硬件共同产生的综合效果则是以往传统继电器逻辑电路无法达到的。下面举几个具体

12、应用作简易阐述： （1）上电时将内部标位清零，这一程序是十分重要的，它能有效地防止由于突然上电使扶梯自动启动，造成人员伤害。 （2）上电时若启动用的钥匙开关没有复位，则扶梯不应启动，只有将钥匙开关复位后再次旋转扶梯才能启动。（3）用电铃的不同声响代表不同的故障。（4）对扶梯梯级运行速度进行测速。（5）用计数器和计时器组合工作，扩大计时器的计时范围。（6）在PLC剩余2个输入点中，笔者将其充分利用，当测速系统出现故障时将其分别短接，既便于区分不同故障，又能使得扶梯在排除故障前，可以继续运行而不影响用户使用。1.3 PLC+VVVF控制方案的优点及意义目前，常规的自动扶梯空载时仍是额定速度运行，存

13、在耗能大，机械磨损大，使用寿命短等缺点。通过PLC+VVVF控制方案的扶梯进行可靠性检验，该技术在功能，节能，安全等各方面具有明显优势。自动扶梯变频节能改造技术采用进口PLC可编程序控制器与变频器的控制组合，具有功能强，改造工作量小等优点。在无人乘梯时，扶梯自动平稳过渡到节能运行状态，以1/5额定速度运行，此时的运行电流仅为改造前的1/3。在有人乘梯时，扶梯自动从节能速度平稳过渡到额定速度运行。在检修运行时，扶梯以1/2额定速度运行，便于观察扶梯的运行情况并进行检修,避免了原系统额定速度点动停止不及时的不足。由于无人乘梯时节能运行的速度很慢，在很大程度上减少了机械部分的磨损，相对延长了扶梯的使

14、用寿命。同时，变频技术的采用大大降低了扶梯启动时对电网的冲击，有效改善了电网的功率因数，减少了无功损耗。改造中充分考虑了变频系统与原系统的并存，将原系统的安全条件与变频器自身的安全环节相结合，便于系统故障时的相互切换，不影响用户的使用，也使得改造后的系统安全性更为可靠。1.3.1 PLC的发展可编程序控制器，是随着生产不断地发展，新技术不断出现，特别是电子技术的出现而发展起来的一种新型的控制技术。过去传统的继电接触式顺序控制器，有着许多难以克服的缺点，寿命较短，可靠性差、通用性及灵活性差、耗电高，尤其是改变生产程序很困难，这就与生产的高速发展形成了尖锐矛盾，为了解决此矛盾，电子技术经历了十余年

15、的发展，PLC机已进入了实用性阶段，PLC技术的产生和迅猛发展，不仅极大地提高了劳动生产率和自动化程度，而且推动了工业技术革命的进程。1.3.2 PLC的特点PLC是一种数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体以储存指令，用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模件，以控制各种机械或工作程序。可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的，其特点和优点有以下几点：可靠性高，适用于工业现场环境。工业生产一般要求控制设备具有很强的抗干扰能力，能在恶劣的环境中可靠地工作，也就是说，对PC的可靠性提出很高要求，一般要求有很长的平均无故障时

16、间和很短的修复时间。PLC控制系统的故障可分为两类：一类是由于外界恶劣环境如电磁干扰，超高温，超低温，过电压，负电压等引起的。这类故障只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统本应随着恢复正常。但因PLC受外界影响后，内部所存储的信息被破坏，就可能引起混乱，这样就不能在此种情况下继续原来的工作，这类故障称为偶发性故障。另一类故障是由于元件本身的缺陷或外界的影响而损坏，这种损坏是不可恢复的，这类故障称为永久性故障。PLC的逻辑部分是采用无触点的半导体电路的“接点网络”，而不是大量的机械触点的串并联完成的，只需要输入输出与现场有少量的连线，这就从根本上减少了永久性故障的机会，是使PLC可

17、靠性提高的主要原因。如果再能限制偶发性故障的发生条件，使PLC能承受较严重的恶劣环境或把影响的后果限制在最小范围之内，以使恶劣条件消失后能够恢复正常，这样就有可能延长平均无故障时间。此外，对永久性故障，主要是着手迅速、准确地查出，以减小PLC的平均修复时间。一般在PLC上增加一些诊断一些适当的保护手段，则在永久性，就能很快查出。我们设计的这台专用设备用PLC机控制。PLC机内部的继电器就象是许多个继电器集成在一起，只需考虑输入与输出的接线。在一般人的印象中，PLC机的价格可能较高，像计算机一样，它的一些元件是由分立的，可以被集成，最后到大规模集成电路。它简化了计算机内部电路，而且随着内部电路的

18、简化，成本也逐渐降低。PLC机也是经历着同样的简化过程。70年代后期，随着微处理器的出现，由于其体积小，功能强，价格便宜等优点，很快被用于PLC机中，使PLC机的功能增强，工作速度加快，体积减小，可靠性增加，成本降低。在一些人看来，掌握与运用微型计算机，是要付出一定的努力，因为它的语言比较复杂，不容易被人接受。但PLC机借鉴了微型计算机的高级语言，采用极易为员工掌握的梯形图编程语言来编写程序的。这就大大提高了它的发展潜力。我们所设计的可编程序控制器-变频调速器控制自动扶梯，不但设计过程不复杂，对于操作人员和维护人员来说也较容易掌握。它可以按照操作人员的要求，进行程序调整，并且具有极强的安全可靠

19、性，所以适用较为广泛。1.3.3 PLC与继电器控制系统的比较（1）控制方式继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。 （2）控制速度继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制9，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。 （3）延时控制继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整

20、时间困难。PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。2 控制电路设计2.1 PLC+VVVF控制方案的选择2.1.1方案描述目前市场上的自动扶梯多为恒速运行的，比较费电，所以设计该扶梯可以起到节能的效果。VF/PC控制屏控制系统采用了PLC程序控制变频来驱动主机，主要控制器及主驱动控制部分均在上部控制箱内。电源要求三相五线制，相电压为380V(+7%-10%),接地电阻不大于4欧姆。2.1.2主要功能变频多速运行（正常运行快速，无人时慢速）、自动运行、检修运行、缺相和错相保护机过载保护、变频器超速保护（1）检修运行：手持操纵盒插入检修插座并将

21、正常检修开关置为检修档。合上主电源开关K1和K2，FU1，FU2，FU3。当安全回路畅通（即KC吸合），PLC供电正常，且在“RUN”状态下，将正常检修转换开关置为“检修状态”，打开检修盒上停止开关，点动检修盒上或下行按钮，接触器将按下列顺序工作：即PLC输入点X3（慢上）或X4（慢下）亮，PLC输出点Y2（正转）或Y3（反转）点动亮，变频器显示40HZ左右，扶梯（或人行道）正常检修运行。（2）正常运行：通过钥匙开关操纵，钥匙开关在人行道入口的右边盖板上，正常运行起动时，正常检修转换开关应置为正常。将正常检修转换开关置为“正常”状态，拔下检修插头。合上主电源开关K1和K2，FU1，FU2，FU

22、3。当安全回路畅通（即KC吸合），PLC供电正常，且在“RUN”状态下，插入运行起动钥匙开关运行过程顺序为：即PLC输入点X5（正常上）X6（正常下）得电，PLC输出点Y2或Y3亮，Y4，Y5亮，扶梯正常启动运行，当无人时检测光电X10或X11，根据客流量交替点亮，扶梯（或人行道）进入变频运行状态（快速运行时变频器显示50HZ，慢速运行时变频器显示20HZ左右）。（3）安全回路：从接线端号23（即PLC的X0点）开始经SJT1，KPH，KR，50，51，52，53，54，55，56，57，5859，60，61，62，63，64，65，66，67，68，69，SJT3，SJT4到0V（即PLC的

23、输入COM点）为安全回路、在检修运行时，为排除故障可能临时跨接。在安全回路全部接通后，主接触器KC才会吸合。旋转方向及速度监控（变频器超速保护）（4）带故障显示（GYM）：故障显示器的工作电压为DC24V。输入安全回路的开关接点，当这些接点无动作时，显示器显示“P”。否则显示器显示出所对应的故障号码。（5）安全保护装置:供电系统断错相保护,由于供电系统的断相和错相，相序保护继电器动作，人行道不能开车。电动机过载保护:当电动机过载，线圈温长过高，保护起作用，人行道停车。梯级曳引机链断链或伸长保护:当梯级曳引链在使用中断裂或过分伸长，保护触电动作，人行道停车。梳齿板保护:当梯级进入梳齿板处，有异物

24、夹入时，保护动作，人行道停车。扶手带入口保护:当扶手带在转向端入口处手指卡入时，保护动作，人行道停车。梯级塌陷保护:当梯级任何部分下陷；将导致在出入口处与梳齿板的啮合不能保证要求的间隙时，保护动作，人行道停车。围裙板间隙保护:在围裙板与梯级边缘有异物卡住时，保护动作，人行道停车。速度监控装置:当运行速度超过额定速度1.2倍或非操作逆转时，人行道停车。紧急按钮:在人行道出入口处，设有急停按钮:驱动链断链保护当驱动链断链时，附加制动器动作，人行道停车。梯级间隙照明:在梯级上下端部水平过渡段，为了避免乘客进出人行道时踏在两个梯级之间的连接处而发生危险，在梯级下面装有绿色照明，提醒乘客。梯级黄色边框:

25、指示乘客踏在边框范围内，黄色边以外与围裙板太近，易产生危险【2】。（6）静电刷:消除人行道运行中产生的静电。2.2设计中各元器件的选择各元器件的选择如表2-1 所示。表2-1 电气控制系统器件明细表代号名称型号规格数量安装位置备注M1交流电动机 Y08-11KW1上机房M2刹车电动机 Y11上机房KC主接触器 Y3LC1 D3201M7-C1上控箱VVVF变频器 Y2616G51上控制箱续表PLC可编程控制器FX1S-40MR1上控制箱B1电源变压器 JBK632上控制箱SJT2上端急停按钮 X31上端右盖板代号名称型号规格数量安装位置备注SJT3下端急停按钮 X41下端右盖板SJT1上控制箱

26、急停按钮X51上控制箱SJT4下控制箱急停按钮X61下控制箱SJT停止启动按钮X01手控制检修装置CSS上运行电开关 X1TNG-3221上控制箱CSX下运行电开关 X2TNG-3221上控制箱2.3 自动扶梯的相邻区域（1）出入口的通行区域在自动扶梯的出入口应有充分畅通的区域，以容纳进（出）自动扶梯的乘客，该区域的宽度应大于或等于扶手带中心线之间的距离其在深度方向，从自动扶梯的扶手带端部起，向外延伸至少2.5m。若该通行区域的宽度达到扶手带中心距b1的两倍以上，则其深度方向尺寸可减至2m。设计人员应将该通行区域视为整个交通输送系统的一部分，因此实际上有时需要适当增大【3】。（2）梯级，踏板上

27、方的安全高度自动扶梯的梯级上方，应有不小于2.3m的垂直净通过高度。该净高度应沿整个梯级，踏板的运动全行程，以保证自动扶梯的乘客安全无阻碍的通过。 （3）扶手带外缘与建筑物或障碍物之间的安全距离扶手带中心线与相邻建筑物墙壁或障碍物之间的水平距离，在任何情况下均不得小于500mm，该距离应保持到自动扶梯梯级上方至少2.1m的高度处。如果采取适当措施可避免伤害的危险，则此2.1m的高度可适当减少。对平行并列布置或交叉布置的自动扶梯，为防止相邻自动扶梯运动引起的伤害，相邻两台自动扶梯扶手带外缘之间距离应大于500mm。（4）与楼板交叉处以及交叉布置的自动扶梯之间的防护自动扶梯与楼板交叉处以及各交叉布

28、置的自动扶梯相交叉的三角形区域，除了应满足上述的安全距离的要求外，还应在外盖板上方设置一个无锐利边缘的垂直防碰保护板，其高度不应小于0.3m，例如用一个无孔的三角形保护板。如扶手带中心线与任何障碍物之间的距离大于或等于0.5m时，则不须采用防碰保护板。（5）自动扶梯上端部楼板边缘的保护自动扶梯与上层楼板相交处，为了满足上述2）梯级，踏板上方的安全高度，在上层楼板上应开有一定尺寸的孔，为了防止乘客有坠落或挤刮伤害的危险，在开孔楼板的边缘应设有规定高度的护栏。（6）自动扶梯的照明自动扶梯及其周边，特别是在梳齿板的附近应有足够的照明，室内或室外自动扶梯出入口处地面的照度分别至少为50lx或15lx。

29、2.4 自动扶梯尺寸及参数2.4.1自动扶梯尺寸（1）理论输送能力：指每小时理论输送的人数。理论输送能力（c，人/h）计算式为c=3 600vk/0.4。式中，v为额定速度，m/s；k为宽度系数（梯级宽度为0.6m时取1.0，0.8m时取1.5，1.0m时取2.0）。（2）额定速度：指梯级，踏板或胶带在空载运行下的速度，是设计确定并实际运行的速度。自动扶梯倾斜角不大于30时额定速度不应超过0.75m/s，倾斜角大于30且不大于35时额定速度不应超过0.50m/s。自动人行道的额定速度不应超过0.75m/s，当踏板的宽度不超过1.1m时，额定速度不应超过0.9m/s。（3）倾斜角：梯级，踏板或胶

30、带运行方向与水平面构成的最大角度。一般有27.3度，30度，35度（当提升高度不超过6m , 额定速度不超过0.50m/s时，倾斜角允许增至35）三种。一般双梯的话梯级宽度常用1000，这样的话总宽度会达到34003600左右。（4）梯级名义宽度：国内自动扶梯一般采用0.6m、0.8m、1.0m，一般双梯的话梯级宽度常用1000，这样的话总宽度会达到34003600左右。（5）基坑深度：自动扶梯空载和负载向下制动距离范围 表2-1所示 表2-1 自动扶梯空载和负载向下制动距离范围表额定速度(m/s)制动距离范围(m)0.500.20-1.000.650.30-1.300.750.35-1.50

31、（6）安全设计出人口畅通区的宽度不应小于250m，畅通区有密集人流穿行时，其宽度应加大； 栏板应平整，光滑和无突出物；扶手带顶面距自动扶梯前缘、自动人行道踏板面或胶带面的垂直高度不应小于090m；扶手带外边至任何障碍物不应小于050m，否则应采取措施防止障碍物引起人员伤害；扶手带中心线与平行墙面或楼板开口边缘间的距离，相邻平行交叉设置时两梯(道)之间扶手带中心线的水平距离不宜小于050m，否则应采取措施防止障碍物引起人员伤害【5】。2.4.2自动扶梯技术参数梯级宽度：60080010001200 额定速度：0.5m/s 提升高度：4.5m/5.2m 倾斜角度：30/35 承载能力：4500/6

32、750/9000人/小时 驱动功率：8-11kw 水平梯级：2个/3个 驱动系统：电机 动力电源：电压：380V10， 频率：50HZ2% 照明电源：220V， 频率：50【7】3 可编程序控制器硬件配置3.1 PLC的工作原理可编程序控制器，简称为PLC，它是在可编程序逻辑控制器，即PLC的基础上，采用微型计算机控制技术制造的通用性的自动控制设备。它以顺序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑，定时，计数，记忆和算术运算等功能。既能控制开关量，也能控制模拟量，控制规模从几十个点到上万个数据采集点。现代的可编程控制器是以微处理器为基础的新型工业控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的崭新产品，

33、它具有高的可靠性能适应工业现场的高潮，冲击，振动等恶劣环境，用于控制机械设备，生产流水线和生产过程的自动控制。目前每个生产可编程序控制器的厂家几乎都有自己封闭式的系列化产品，所以PLC的种类，系列很多，其功能也不一致。人们根据输入及输出点数，相应的程序存储容量和功能分为小型，中型和大型的可编程序控制器，以适应各种控制要求。可编程器主要由CPU模块，输入模块，输出模块和编程器组成，组成如图3-1所示。图31可编程序控制器结构框图PLC实际是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。3.1.1 CPU模块CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器和存贮器组成。

34、CPU作用类似于人的心脏与大脑，它工作方式是采用扫描，每扫描完一次就要完成以下工作：（1）将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映象寄存器和数据寄存器。（2）逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有关的，完成存取，传送和处理工作。并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。（3）将输出映象寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。PLC的存贮器分为系统程序存贮器和用户程序存贮器，系统程序存贮器中存贮的系统程序，是由厂家固化在RAM上的，一般使用者不能直接存取，它使 PLC能够具有一些基本的智能，能够完成用户输入的程序，用户存贮器中存贮的是用户程序，它由使用者设计决定了PLC的具体工作。I

35、/O模块I/O模块是CPU与外部联系的桥梁，它采集外部和接收外部两种类型的输入信号，一种是按钮等元件的开关量信号，一种是电位器、电磁阀等模拟量输入信号，PLC通过输出模块控制接触器等执行器，PLC控制的另一类型负载有指示灯报警装置等。CPU模块工作电压一般为5v，而PLC的输入/输出信号电压一般比较高一些，例如直流24v与交流220v，CPU一般不能与外部的输入/输出装置，因为它一般使用在工厂等环境比较恶劣的地方，这些现场的干扰，如尖峰电压等可能会损坏CPU模块中的元器件，可以使PLC不能正常工作。所以我们使用了独立的I/O模块，可以起到隔离的作用2 。编程器编程器的功能主要用于用户程序的编制

36、、编辑、修改、调试和监视，并将用户程序写入可编程控制器的RAM里。你可以输入所需程序，还可以在执行时观察哪个元件动作了，哪个未动作，可以帮你找到错误，让你更加形象生动的了解PLC内部运行情况，PLC 的电源一般使用220v交流电源，它内部有直流稳压电源为各模块提供直流电源，有些PLC还可以输入电路与少量外部电子检测装置提供24v直流电源，驱动现场直流电源一般由用户提供。与一般我们使用的其他计算机系统一样，我们使用的PLC机中的CPU以分时操作方式处理各项任务，它们的处理速度特别高，从外部输入与输出关系来看，处理过程似乎同时完成的，用户编制程序由若干条指令组成。而这些指令在存贮器中由它们步序号的

37、顺序排列。而且用户程序的执行时用扫描工作方式去完成的。那么CPU从第一个指令开始，顺序的逐条执行用户编制的程序，直到用户程序结束之处。然后返回第一条指令开始新的一轮的扫描。我们所使用的PLC就是按照这样的方式顺序周而复始的循环。PLC在运行中，不但要执行用户程序，而且在每次扫描过程中还要完成输入，输出处理等工作，扫描一次所花的时间称之为扫描周期，用户执行程序的长短和扫描速度决定扫描周期，一般约为1-100ms,PLC机还在内部处理阶段检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控器定时器复位，以及完成一些别的内部工作，在通讯服务阶段，PLC机与别的带微处理器的智能装置通讯，响应编程器键入的命令，更新

38、编程器的显示内容，当我们使PLC处于停止运行状态时，就可以进行输入操作，当PLC在处理RUN状态时，PLC把所有外部输入信号的接通/断开状态读入到它的输入映象寄存器在程序执行阶段，即使外部输入信号状态发生了变化，输入映象寄存器的状态也不会随之而发生变化，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描同期的输入处理阶段被读入。在程序执行阶段，PLC逐条解释和执行用户编制的程序，PLC的用户编制的过程中的第一个编程元件对应于PLC中存贮器中的一个元件映象寄存器。编程元件的接通/断开状态，根据用户程序给定的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果写入元件映象寄存器中相应的单元，而且PLC机还从各映象寄存器的接通/断开状

39、态传送到输出锁存器，经输出模块隔离和功率的放大后，去驱动外部的负载。我们设计的用PLC+VVVF控制的自动扶梯设计，选用的PLC机是日本三菱FX系列可编程序控制器，有许多品种，例如：F，F1，FX2，FX0是FX1S等型号，它们分别适用于中，小规模的控制系统的需要，与其他同类型PLC产品相比，FX系列PLC具有较高的性能价格比，输入/输出点数为20-120点，并可以灵活扩展。编程器都采用大屏幕液晶显示器，梯形图符编程。FX20PULS/40PLUS除提供开关量信号外，还提供模拟量输入信号，FX系列PLC基本单元结构采用整体组合式结构，由CPU模块（含ROM的RAM），I/O模块ROM写入器和电

40、源模块组合而成，其框图如图3-2所示。梯形图是用户编制的控制逻辑的一部分，用来执行预先规定的动作和功能。每一个网络在LCD编程器的显示屏幕上对应的一幅幕，其最大容量为8行*9列，第9列为线圈。FX系列PLC的工作方式也是采用了循环扫描方式，它有输入采样，执行用户程序和输出处理两个阶段。FX系列PLC的工作特点是以扫描方式解算各个网络的梯形图，它扫描的顺序是先解1号屏幕，接着是第二号，第三号屏幕，直到解算全部的网络。每一个屏幕也是由第一列开始，由最上列扫描到最下列直到本屏幕梯图的最后一个线圈列。简而言之，扫描过程是：从第一列开始由上而下，从左至右依次运行【6】。PROMCPU 系统程序 用户程序

41、 I/O电源PROM写入器LCD编程器单元图3-2 PLC结构框图3.2 FX系列可编程序控制器梯形图中的编程元件3.2.1 FX系列的用户数据结构 用户数据结构有3种，第1种是bit 数据（位数据，或称位编程元件， bit是二进制的1位），用来表示开关量的状态，如触点的通，断，线圈的通电和断电，其值为二进制数1或0，或称为该编程元件ON或OFF。第2种是字数据，16位二进制数组成一个字，在FX系列可编程序控制器内部，常数以二进制补码的形式存储，所有四则运算和加1，减1运算都用二进制来运算。第3种是字与位的结合，例如定时器和计数器的触点为bit，而它们设定值寄存器和当前值寄存器为字。3.2.2

42、 输入继电器与输出继电器FX系列可编程序控制器的输入继电器和输出继电器的元件号用八进制数表示，八进制数只有07这8个数字符号，遵循“逢8进1”的运算规则。例如，八进制数X7和X10是两个相邻的整数。表41给出了FX2N系列可编程序控制器的输入/输出继电器元件号。输入继电器是可编程序控制器接收外部输入的开关量信号的窗口。可编程序控制器通过光电耦合器，将外部信号的状态读入并存储在输入映像寄存器内，外部输入电路接通时对应的映像寄存器为ON（“1”状态）。输入端可以外接常开触点或常闭触点，也可以接多个触点组成的串并联电路。在梯形图中，可以多次使用输入继电器的常开触点或常闭触点。图3-3 输入继电器与输

43、出继电器图3-3是一个可编程序控制器控制系统的示意图。应将图中与输入端子X0相连的输入继电器X0的线圈理解为X0对应的输入映像寄存器，外接的输入触点电路接通时，该映像寄存器为“1”状态，断开时为“0”状态。输入继电器的状态唯一地取决于外部输入信号的状态，不可能受用户程序的控制，因此在梯形图中绝对不能出现输入继电器的线圈。本设计一般用椭圆表示梯形图中的线圈。3.2.3 输出继电器（Y）输出继电器是可编程序控制器向外部负载发送信号的窗口10。输出继电器用来将可编程序控制器的输出信号传送给输出模块，在由后者驱动外部负载。如图41中Y0线圈“通电”，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的触点闭合，使外部

44、负载工作。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点和常闭触点都可以多次使用。3.2.4 状态（S）状态是用于编制顺序控制程序的一种编程元件，它与后面介绍的STL指令（步进梯形指令）一起使用。通用状态（S0S499）没有断电保持功能，但是用程序可以将它们设定为有断电保持功能的状态，其中包括供初始状态用的S0S9和供返回原点用的S10S19。S500S899有断电保持功能，S900S999供报警器用。3.2.5 定时器（T）可编程序控制器中的定时器相当于继电器系统中的时间继电器。它有一个设定值寄存器（一个字长），一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来储存其输出触点状态的映像寄存器（占二进制的一

45、位）。这3个存储单元使用同一个元件号。FX系列可编程序控制器的计数器分为通用定时器和积算定时器 。3-4定时器常数K可以作为定时器的设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容来设定。例如外部数字开关输入的数据可以存入数据寄存器，作为定时器的设定值。（1）通用定时器(T0T249)T0T199为100ms定时器,定时的范围为0.13276.7s 其中T192T199为子程序和中断服务程序专用的定时器；T200T245为10ms定时器（供46点），定时范围为0.01327.67s。图42中X0的常开触点接通时，T200的当前值计数器从零开始，对10ms时钟脉冲进行累加计数。当前值等于设定值123时，定

46、时器的常开触点接通，常闭触点断开，既T200的输出触点在其线圈被驱动1.23s后动作。X0的常开触点断开后，定时器被复位，它的常开触点断开，常闭触点接通，当前值恢复为零。 如果需要在定时器的线圈“通电”时就动作的瞬动触点，可以在定时器线圈两端并联一个辅助继电器的线圈，并使用它的触点。通用定时器没有保持功能，在输入电路断开或停电时复位。（2）积算定时器（T246T255）1ms积算定时器T246T249的定时范围为0.00132.767s，100ms积算定时器T250255的定时范围为0.13276.7s。3.2.6计数器内部计数器内部计数器用来对可编程序控制器的内部信号X，Y，M，等计数，其响应速度仅有数十Hz。内部计数器输入信号的接通或断开的持续时间，应大于可遍程序控制器的扫描周期。（1）16为加计数器16为加计数器的设定值为132767，其中C0C99为通用型，C100C199为断电保持型。（2）32位加/减计数器32为加/减计数器的设定值为-2 147 483 648 +2 147 483 647，其中C200C219（供20点）为通用型，C220C234（供15点）为保持型。32位加/减计数器C200C234的加/减计数方式由特殊辅助继电器M8200M8234设定，对应的特殊辅助继电器为ON时，为减计数；反而为加计数。计数器的设定值除了可由常数K设定外，还可以通过