电梯控制系统.doc

太原理工大学阳泉学院
毕业设计说明书

毕业生姓名
：
张嘉明
专业
：
04自动化一班
学号
：
0407121006
指导教师

史宝忠
所属系（部）
：
信息系

二〇〇八年五月

太原理工大学阳泉学院

毕业设计评阅书

题目：电梯控制系统

　信息　系 自动化 　专业 姓名　 张嘉明 　　

设计时间：2008年3月24日~2008年6月1日

评阅意见：

成绩：

指导教师：　　　　　（签字）

职　　务：　　　　　

200 年　月　日

太原理工大学阳泉学院
毕业设计答辩记录卡

信息 系　　 　自动化 　　专业 姓名　张嘉明　　
答 辩 内 容
问 题 摘 要
评 议 情 况

　　　　　　　　　 记录员： （签名）
成 绩 评 定
指导教师评定成绩
答辩组评定成绩
综合成绩

注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。

专业答辩组组长：　　　　　（签名）
　　　　　　　　　 200 年　　月　　日

iv

摘 要

电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。采用这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。
本文将可编程序控制器(PLC)应用于7层电梯进行逻辑控制，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。
本文在已有的通用变频器的基础上，采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。
关键词:可编程控制器；变频调速； 电梯； 舒适感

ABSTRACT
The elevator is a kind tool that is indispensability in the high-building perpendicular transportation. The traditional elevator adopt a relay-logical to control its circulation which the elevator become accident-proneness, short life-span, inconvenience in maintaining and this control circuit also takes up big space, etc. See from the eyes of technique development, this kind of system will be gradually eliminated.
This text applies programmable logic controller to carry on the logic control in a five layer elevator, which raises the elevator's reliability, maintainability and flexibility consumedly, prolongs the service life, and shortens the development period of the elevator at the same time. Competing to the traditional elevator, this kind of elevator can complete the more complicated mission more easily, and it can carry out many functions that traditional elevator control system can not.
The article is based on the now-being general frequency Converter, using PLC to control the elevator, the reliability is improved and the feeling of comfort is better through the reasonable selection and design, so the effect of Control is more ideal.

Keywords: Programmable controller；frequency conversion timing； elevator； feeling of comfort

目 录

第一篇 电梯的概述 3
第一章 电梯的发展 3
第一节 电梯的发展简史 3
第二节 电梯国外国内的现状 3
第二章 电梯结构及拖动简介 5
第一节 电梯组成简述 5
第二节 电梯拖动系统简介 7
第三章 电梯的分类： 8
第四章 电梯的安全保护装置 10
第五章 电梯的运行工作情况和控制要求 11
第一节 电梯的运行工作情况 11
第二节 电梯的控制要求： 12
第二篇 可编程控制器与变频器的简介 13
第一章 可编程控制器的概况 13
第一节 PLC的基本组成及其作用 13
第二节 PLC的硬件结构 14
第三节 PLC的工作过程 16
第三节 PLC的特点 17
第四节 PLC的发展 18
第五节 PLC控制电梯的优点 20
第二章 变频器 21
第一节 变频调速系统概述 21
第二节 变频器的基本构成及功能 22
第三节 PLC控制变频调速的系统结构 23
第三篇 变频器与PLC的选择 25
第一章 变频器的选择 25
第一节 MICROMASTER 440 系列变频器简介 25
第二节 MICROMASTER 440型变频器的标准规格 25
第二章 可编程序控制器(PLC)的选择 30
第一节 轿厢楼层位置检测方法: 30
第二节 PLC的选型 30
第四篇 系统硬件设计 31
第一章 变频器结构及参数设置 31
第一节 参数设置 31
第二节 变频器容量计算 33
第三节 变频器制动电阻参数的计算 33
第二章 PLC控制系统设计 34
第三章 设计思想 35
第一节 信号控制系统 35
第二节 电梯控制系统实现的功能 35
第三节 电梯操作方式 36
第四节 速度运行曲线 36
第五节 减速及平层控制 37
第六节 I/0点数的分配及机型的选择 38
第七节 旋转编码器与PLC的连接 40
第八节 系统结构框图 40
第五篇 系统软件设计 41
第一章 开关门控制 41
第一节 开门控制 41
第二节 关门控制 43
第二章 内指令外召唤信号的登记消除及显示 44
第一节 内指令信号处理 44
第二节 外召唤信号处理 44
第三章 选层定向及反向截梯 46
第一节 选层定向 46
第二节 反向截梯 48
第四章 层楼计算、换速、平层、停车 49
第五章 层楼位置指示 50
第六章 呼梯铃控制与故障报警 52
结论 53
参考文献 54
附录一 梯形图 56
附录二 英文资料 69
英文翻译 79
致 谢 84

太原理工大学阳泉学院----毕业设计说明书

前言

电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。1889年，美国奥梯斯升降机公司推出的世界上第一部以电动机为动力的升降机，同年在纽约市的马累特大厦安装成功。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。
传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。
目前，由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。
可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今已30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。PLC现己成为现代工业控制三大支柱(PLC. CAD/CAM, ROBOT)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC的应用深度和广度己经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与PLC相比较，存在着质的差别。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它己经成为电梯运行中的关键技术。
继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。
可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。

第一篇 电梯的概述
第一章 电梯的发展
第一节 电梯的发展简史
据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸汽机后，1858年美国研制出以蒸汽为动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。并随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又出现了液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯。这种液压梯至今仍为人们所采用。
但是，电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。18世纪末发明了电机，并随着电机技术的发展，19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。在20世纪初，美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为后来的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础。20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为6.0m/s的电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。随着电子工业的发展，可编程序控制器（PLC）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运行效果显著提高。
第二节 电梯国外国内的现状
1.国外现状
在电梯控制系统方面，目前国外发达国家的电梯正在推广32位微机控制系统。他们都采用闭环反馈单微处理机控制系统或多微处理机协调控制系统。在电梯传动系统方面，采用交流变压变频(VVVF)调速技术，实现电梯从超低速到高速无级调速的高精度运行，具有节能、对电网污染小、乘坐舒适感佳等优点。
在电梯反馈系统方面，除了采用旋转编码器获得电梯轿厢位置信号外，还有一些厂家采用绝对值编码器从电梯轿厢上反馈位置信号给系统，对曳引电机进行以距离为原则的控制，以实现直接平层技术，达到优越的电梯运行效果。
2.国内现状
目前，我国国内的电梯产品，在数量和质量都有了显著的提高。国内的速度控制的运行方式和理想运行曲线基本上和国外的差不多。考虑到经济性，现有国内的电梯控制系统，通常采用微机或可编程逻辑控制器对变频器进行多段速控制。在电梯传动系统方面，对于新装客梯及旧梯改造项目，大多数采用了交流变压变频。

第二章 电梯结构及拖动简介
第一节 电梯组成简述
1 电梯的结构组成
1.曳引系统
曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。
曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。
曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。
导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引基架上或承重梁上。
当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢上应增设反绳轮。反绳轮的个数可以是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。
2. 导向系统
导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。
导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁连接。
导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。
3.门系统
门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。
轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。
层门设在入口，由门扇、门导轨架、门靴装置及应急开锁装置组成。
开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门起闭的动力源。
4. 轿厢
轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿箱体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。
5. 轿厢的超载检测
为了电梯的安全运行，需要自动的限定轿厢的运载重量。为此，在轿厢上装设超载检测装置。该装置采用橡胶块作为称重元件，通过对橡胶块的压缩量来反映载重量。当电梯载重量达到额定载重量的100%时，便通过相应机构带动微动开关动作，切断控制回路，电梯便不能启动，并发出超载警报。动载重量达到电梯额定载重量的90%～100%时，便接通直使电路，使在运行途中不再应答厅外截停召唤信号，直达目的层站。
6. 重量平衡系统
重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。
7. 电力拖动系统
电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成。对电梯实行速度控制。
曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配重可采用交流电机和直流电机。
供电系统是为电机提供电源的装置。
速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相连。
调速装置对曳引电机实行调速控制。
8. 电气控制系统
电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成。它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。
操纵装置包括轿厢内的按钮操纵箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。
控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。
位置显示是指轿内和层站的指层灯。层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。
选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减信号等作用。
9. 安全保护系统
安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。
机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源的极限保护等。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。
2 电梯的结构单元
一般电梯从结构上可分为机房、轿厢、井道和层站四个部分。但从型式实验角度考虑，电梯整机类产品可分为客梯类、货梯类、扶梯和人行道类三个部分。客梯类包括曳引式、强制驱动式、无机房、液压等。货梯类在客梯类基础上加了杂物式。扶梯类有自动扶梯、自动人行道、特殊类型的扶梯或人行道。
第二节 电梯拖动系统简介
根据电动机和调速控制方式的不同，电梯拖动系统可分为直流拖动系统、交流变极拖动系统、调压调速拖动和变压变频调速系统四种。下面主要介绍变压变频调速系统。
交流变压变频调速是电梯电气传动系统中极为重要的调速方法。
VVVF电梯拖动控制系统主要分为速度控制和电流控制两部分，其作用主要是进行速度控制运算和电流控制运算（矢量变换运算）。速度控制部分将给定速度指令与速度反馈信号进行比较运算和输出转矩指令。电流控制部分将从速度控制部分取出的转矩指令与来自速度反馈的信号进行矢量变换运算，以决定瞬时电流指令。然后，输出正弦波电流指令给PWM控制回路，PWM控制电路将电流指令与经电流检测器反馈的电流信号值进行比较，发出基极驱动信号以控制逆变器中大功率晶体管。

第三章 电梯的分类：

一 按用途分:
　 (1)客梯 代号K 为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置.
　 (2)货梯 代号H 为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装置.
　 (3)客货梯 代号L 主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同.
　　(4)病床电梯 代号B 为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点.
　　(5)住宅电梯 代号Z 供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢内部装饰较简单.
　　(6)杂物电梯 代号W 供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置.
　　(7)船舶电梯 代号C 用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作.
　　(8)观光电梯 代号G 轿厢壁透明供乘客观光之用.
　　(9)还有一些专用电梯.(略)
二 按速度分:
　　(1)低速电梯 速度不大于1米/秒的电梯.
　　(2)快速电梯 速度大于1米/秒,低于2米/秒的电梯.
　　(3)高速电梯 速度在2米/秒以上的电梯.
三 按拖动方式分:
　　(1)交流电梯 曳引电动机是交流电机.
　　当电机是单速时,称为交流单速电梯
　　当电机是双速时,称为交流双速电梯
　　当电机具有调压调速装置时,称为交流调速电梯.
　　当电机具有调压调频调速装置时,称为变频调速电梯.
　　(2)直流电梯 曳引电动机是直流电机
　　分为直流有齿和直流无齿电梯.
　　(3)液压电梯 靠液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置式.
　 （4)齿轮齿条式电梯(一般为工程电梯).
四 按控制方式分:
　　(1)手柄操纵控制电梯 由司机操纵轿厢内的手柄开关,实行轿厢运行控制的电梯.
　　(2)按钮控制电梯 具有简单的自动控制方式的电梯,具有自动平层功能.
　　(3)信号控制电梯 自动控制程度较高的有司机电梯.具有自动平层,自动开门,轿厢命令登记,厅外召唤登记,自动停层,顺向截停和自动换向等功能.
　　(4)集选控制电梯 高度自动控制的电梯,可无司机驾驶,除信号控制电梯的功能外,还具有自动掌握停站时间,自动应召服务,自动换向应答反向厅外召唤等功能.
　　(5)下集选控制电梯 只有在电梯下行时才能被截停的集选控制电梯.
　 (6)并联控制电梯 几台电梯被联在一起控制.共用厅门外召唤信号的电梯.具
有集选功能.
　　(7)梯群程序控制电梯 多台集中排列,共用厅外召唤按钮,按规定程序集中调度和控制的电梯.
　　(8)梯群智能控制电梯 由电脑根据客流情况,自动选择最佳运行方式的集群控制电梯.

第四章 电梯的安全保护装置

1)电磁制动器，装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。
2)强迫减速开关，其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。
3)限位开关，当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。
4)行程极限保护开关，当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。
5)厅门开关，每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。
6)关门安全开关，常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。
7)超载开关，当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。
8)其它的开关，安全窗开关，钢带轮的断带开关等。

第五章 电梯的运行工作情况和控制要求
第一节 电梯的运行工作情况
一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜／箱、导轨等主要部件组成。电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼。
各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮。
电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。
尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。

第二节 电梯的控制要求：

当电梯停于某层时，有一高层呼叫时，电梯上升到呼叫层停止。
当电梯停于某层时，有一低层呼叫时，电梯下降到呼叫层停止。
当电梯停于某层时，有多高层呼叫时，电梯先上升到较低的呼叫层，停3秒后继上升到高的呼叫层，响应
当电梯停于某层时，有多低层呼叫时，电梯先下降到较高的呼叫层，停3秒后继续下降到低的呼叫层，响应完毕后停止。
当电梯处于上升或上降过程中，任何反向的呼叫均无效

第二篇 可编程控制器与变频器的简介
第一章 可编程控制器的概况
第一节 PLC的基本组成及其作用

PLC有存储器 ，CPU，输入接口电路 ，输出接口电路， 键盘与显示器， 还可外接存储器组成。
各部分的作用：
（1）． CPU运算和控制中心
起“心脏”作用。
纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。
横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。
组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
（2）． 存储器
具有记忆功能的半导体电路。
分为系统程序存储器和用户存储器。
系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。
用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。
（3）输入接口：
光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。
发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。
光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。
输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
（4）输出接口
PLC的继电器输出接口电路
工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常
开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。

第二节 PLC的硬件结构

PLC及其控制系统是从继电接触系统和计算机控制系统发展而来的，因此PLC与这两种控制系统有许多相同或相似之处，PLC的输入输出部分与继电控制系统大致相同，PLC的控制部分用微处理器和存储器取代了继电控制线路，其控制作用是通过用户软件来实现的。
根据结果形式的不同，PLC可分为整体式（也称箱体式）和组合式（也称模块式）两类
（1）整体式PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、I/O接口和通讯接口电源等组装在一个箱体内构成主机，如图2.1所示。
存储器
中央处
理单元

输入单元

输出单元
用户输入设备
用户输出设备

外设接口

I/O
扩展口
电源YUYUAN 源
系统程序存储器
用户程序存储器
I/O扩展单元
特殊功能单元
编程器
磁带机
打印机
计算机
PLC

图2.1 整体式PLC的组成示意图

（2）组合式PLC的组成如图2.2所示，这种结构的PLC是将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块可以插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。
通信单元
智能I/O单元
输出单元
输入单元
编程器
CPU单元
PLC或上位计算机
控 制 系 统 现 场 过 程

图2.2 组合式PLC的组成示意图
第三节 PLC的工作过程
PLC是采用循环扫描的工作方式来完成控制的，每个扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。
1.输入采样阶段
PLC以扫描工作方式按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中存储，这一过程称为采样。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，而且这个采样结果将在PLC执行程序时被使用。
2．程序执行阶段
PLC按顺序对程序进行扫描，即从上到下，从左到右地扫描每条指令，并分别从输入映射寄存器和输出映射寄存器中获得所需的数据进行运算、“处理”，在将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未执行完毕之前不会送到输出端口上。
3.输出刷新阶段
在执行完用户所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送入到寄存输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备，这就是输出刷新。
PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描时间。PLC在一个工作周期中，输入扫描和输出刷新的时间一般为4ms左右，而程序执行时间可因程序的长短不同而不同。PLC一个扫描周期一般为40-100ms之间。
PLC的一个工作周期主要有以上三个阶段，但严格来说还应包括下述四个过程，但这四个过程都是在输入扫描过程之后进行的。
（1） 系统自监测。检查程序执行是否正确，如果超时则停止中央处理器工作。
（2） 与编程器交换信息，这在使用编程器输入和调试程序时才执行。
（3） 与数字处理器交换信息，这只在PLC中配置有专用数字处理时才执行。
（4） 通信，当PLC配置有网络通信模块时，应与通信对象进行数据交换。
PLC采用循环扫描工作方式。PLC工作的主要特点是输入信号集中处理，执行过程集中处理和输出控制也集中批处理。PLC的这种“串行”工作方式，可以避免继电接触控制中触点竞争和时序失陪的问题。这是PLC可靠性高的原因之一，但是又导致输出对输入在时间上的滞后，这就是PLC的缺点之一。

第三节 PLC的特点
PLC是一种数字运算的电子操作系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程序控制器及其相关设备都按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。它通常具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。
1)可靠性
A. PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。
B. PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性提高。
C．有较高的可操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一
般不易发生操作的错误。
D. PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。
E.在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件;采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等。
F. PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波;软件自诊断;简化编程语言等。
2)易操作性
A、操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。
B、编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。
C、维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。
3)灵活性
A.编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。
B.扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
C.操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。

第四节 PLC的发展
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化