一种装置的控制系统设计

⑴ plc系统设计的主要内容

PLC控制系统，即可编程逻辑控制器，专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术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。是工业控制的核心部分。PLC控制系统是工业机械手的重要组成部分。

一、plc控制系统的设计内容

(1)根据设计任务书，进行工艺分析，并确定控制方案，它是设计的依据。

(2)选择输入设备(如按钮、开关、传感器等)和输出设备(如继电器、接触器、指示灯等执行机构)。

(3)选定PLC的型号(包括机型、容量、I/O模块和电源等)。

(4)分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。

(5)编写程序并调试。

(6)设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。

(7)编写设计说明书和使用说明书。

plc控制系统

二、plc控制系统设计步骤

1、工艺分析

深入了解控制对象的工艺过程、工作特点、控制要求，并划分控制的各个阶段，归纳各个阶段的特点，和各阶段之间的转换条件，画出控制流程图或功能流程图。

2、选择合适的PLC类型

在选择PLC机型时，主要考虑下面几点：

(1)功能的选择。对于小型的PLC主要考虑I/O扩展模块、A/D与D/A模块以及指令功能(如中断、PID等)。

(2)I/O点数的确定。统计被控制系统的开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充(一般加上10%～20%的备用量)，从而选择PLC的I/O点数和输出规格。

(3)内存的估算。用户程序所需的内存容量主要与系统的I/O点数、控制要求、程序结构长短等因素有关。一般可按下式估算：存储容量=开关量输入点数×10+开关量输出点数×8+模拟通道数×100+定时器/计数器数量×2+通信接口个数×300+备用量。

3、分配I/O点。分配PLC的输入/输出点，编写输入/输出分配表或画出输入/输出端子的接线图，接着就可以进行PLC程序设计，同时进行控制柜或操作台的设计和现场施工。

4、程序设计。对于较复杂的控制系统，根据生产工艺要求，画出控制流程图或功能流程图，然后设计出梯形图，再根据梯形图编写语句表程序清单，对程序进行模拟调试和修改，直到满足控制要求为止。

5、控制柜或操作台的设计和现场施工。设计控制柜及操作台的电器布置图及安装接线图;设计控制系统各部分的电气互锁图;根据图纸进行现场接线，并检查。

6、应用系统整体调试。如果控制系统由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试;如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后连接起来总调。

7、编制技术文件。技术文件应包括：可编程控制器的外部接线图等电气图纸，电器布置图，电器元件明细表，顺序功能图，带注释的梯形图和说明。

⑵ 如何画控制系统方框图

把系统各部分，包括被控对象、控制装置用方框表示即可。如下图所示：

而各信号写在信号线上，一般以方框的左边为输入，右边为输出构成的；其实在控制里面还有结构图，与方框图的区别，可以理解成把方框图中各方框里面的部分用传递函数表示而已。

在结构图中，方框的一端为相应环节的输入信号，另一端为输出信号，信号传递方向用箭头表示，方框中的函数关系即为相应环节的传递函数。

(2)一种装置的控制系统设计扩展阅读：

控制系统的结构图一般由四种基本单元组成

1、信号线

信号线是带有箭头的直线。其中，箭头表示信号的流向，在直线旁标记信号的时间函数或象函数。故，信号线标志系统的变量。

2、引出点

引出点又称为分支点或测量点，它把信号分两路或多路输出，表示信号引出或测量的 位置。同一位置引出的信号大小和性质完全一样。

3、比较点

比较点又称为综合点或相加点，是对两个或两个以上的信号进行加减(比较)的运算。 “十”表示相加，“一”表示相减，“十”号可省略不写。注意：进行相加减 的量，必须具有相同的物理量纲。

4、方框

方框又称环节。方框表示对信号进行的数学变换，方框中写入元部件或系统的传递函数。

⑶ 锅炉燃烧自动控制系统设计是什么样的

燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。如图1所示。

图1 燃烧控制系统结构图

2、控制方案

锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求，同时还要保证锅炉安全经济运行。一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的，可以用三个控制器控制这三个控制变量，但彼此之间应互相协调，才能可靠工作。对给定出水温度的情况，则需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火，保证了人员的安全和环境卫生。

2.1 控制系统总体框架设计

燃烧过程自动控制系统的方案，与锅炉设备的类型、运行方式及控制要求有关，对不同的情况与要求，控制系统的设计方案不一样。将单元机组燃烧过程被控对象看作是一个多变量系统，设计控制系统时，充分考虑工程实际问题，既保证符合运行人员的操作习惯，又要最大限度的实施燃烧优化控制。控制系统的总体框架如图2所示。

图2 单元机组燃烧过程控制原理图

P为机组负荷热量信号为D+dPbdt。控制系统包括：滑压运行主汽压力设定值计算模块（由热力系统实验获得数据，再拟合成可用DCS折线功能块实现的曲线）、负荷—送风量模糊计算模块、主蒸汽压力控制系统和送、引风控制系统等。主蒸汽压力控制系统采用常规串级PID控制结构。

2.2 燃料量控制系统

当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时，必须相应的改变锅炉燃烧的燃料量。燃料量控制是锅炉控制中最基本也是最主要的一个系统。因为给煤量的多少既影响主汽压力，也影响送、引风量的控制，还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数，所以燃料量控制对锅炉运行有重大影响。燃料控制可用图3简单表示。

图3 燃料量控制策略

其中：NB为锅炉负荷要求；B为燃料量；F(x)为执行机构。

设置燃料量控制子系统的目的之一就是利用它来消除燃料侧内部的自发扰动，改善系统的调节品质。另外，由于大型机组容量大，各部分之间联系密切，相互影响不可忽略。特别是燃料品种的变化、投入的燃料供给装置的台数不同等因素都会给控制系统带来影响。燃料量控制子系统的设置也为解决这些问题提供了手段。

2.3 送风量控制系统

为了实现经济燃烧，当燃料量改变时，必须相应的改变送风量，使送风量与燃料量相适应。燃料量与送风量的关系见图4。

图4 燃料量与送风量关系

燃烧过程的经济与否可以通过剩余空气系数是否合适来衡量，过剩空气系数通常用烟气的含氧量来间接表示。实现经济燃烧最基本的方法是使风量与燃料量成一定的比例。

送风量控制子系统的任务就是使锅炉的送风量与燃料量相协调，可以达到锅炉的最高热效率，保证机组的经济性，但由于锅炉的热效率不能直接测量，故通常通过一些间接的方法来达到目的。如图5所示，以实测的燃料量B作为送风量调节器的给定值，使送风量V和燃料量B成一定的比例。

图5 燃料量空气调节系统

在稳态时，系统可保证燃料量和送风量间满足

选择使送风量略大于B完全燃烧所需要的理论空气量。这个系统的优点是实现简单，可以消除来自负荷侧和燃料侧的各种扰动。

2.4 引风量控制系统

为了保持炉膛压力在要求的范围内，引风量必须与送风量相适应。炉膛压力的高低也关系着锅炉的安全和经济运行。炉膛压力过低会使大量的冷风漏入炉膛，将会增大引风机的负荷和排烟损失，炉膛压力太低甚至会引起内爆；反之炉膛压力高且高出大气压力的时候，会使火焰和烟气冒出，不仅影响环境卫生，甚至可能影响设备和人生安全。引风量控制子系统的任务是保证一定的炉膛负压力，且炉膛负压必须控制在允许范围内，一般在-20Pa左右。

控制炉膛负压的手段是调节引风机的引风量，其主要的外部扰动是送风量。作为调节对象，炉膛烟道的惯性很小，无论在内扰和外扰下，都近似一个比例环节。一般采用单回路调节系统并加以前馈的方法进行控制，如图6所示。

图6 引风量控制子系统

图中为炉膛负压给定值，S为实测的炉膛负压，Q为引风量，V为送风量。由于炉膛负压实际上决定于送风量和引风量的平衡，故利用送风量作为前馈信号，以改善系统的调节性能。另外，由于调节对象相当于一个比例环节，被调量反应过于灵敏，为了防止小幅度偏差引起引风机挡板的频繁动作，可设置调节器的比例带自动修正环节，使得在小偏差时增大调节器的比例带。对于负压S的测量信号，也需进行低通滤波，以抑制测量值的剧烈波动。

3、系统硬件配置

在锅炉燃烧过程中，用常规仪表进行控制，存在滞后、间歇调节、烟气中氧含量超过给定值、低负荷和烟气温度过低等问题。采用PLC对锅炉进行控制时，由于它的运算速度快、精度高、准确可靠，可适应复杂的、难于处理的控制系统。因而，可以解决以上由常规仪表控制难以解决的问题。所选择的PLC系统要求具有较强的兼容性，可用最小的投资使系统建成及运转；其次，当设计的自动化系统要有所改变时，不需要重新编程，对输入、输出系统不需要再重新接线，不须重新培训人员，就可使PLC系统升级；最后，系统性能较高。硬件结构图如图7所示。

图7 硬件结构图

根据系统的要求，选取西门子PLCS7-200 CPU226 作为控制核心，同时还扩展了2个EM231模拟量输入模块和1个CP243-1以太网模块。CPU226的IO点数是2416，这样完全可以满足系统的要求。同时，选用了EM231模块，它是AD转换模块，具有4个模拟量输入，12位AD，其采样速度25μs，温度传感器、压力传感器、流量传感器以及含氧检测传感器的输出信号经过调理和放大处理后，成为0～5V的标准信号，EM231模块自动完成AD转换。

S7-200的PPI接口的物理特性为RS-485，可在PPI、MPI和自由通讯口方式下工作。为实现PLC与上位机的通讯提供了多种选择。

为实现人机对话功能，如系统状态以及变量图形显示、参数修改等，还扩展了一块Eview500系列的触摸显示屏，操作控制简单、方便，可用于设置系统参数， 显示锅炉温度等。还有一个以太网模块CP243-1，其作用是可以让S7-200直接连入以太网，通过以太网进行远距离交换数据，与其他的S7-200进行数据传输，通信基于TCPIP，安装方便、简单。

4、系统软件设计

控制程序采用STEP7-MicroWin软件以梯形图方式编写，其软件框图如图8所示。

图8 软件主框图

S7-200PLC给出了一条PID指令，这样省去了复杂的PID算法编程过程，大大方便了用户的使用。使用PID指令有以下要点和经验：

（1）比例系数和积分时间常数的确定。应根据经验值和反复调试确定。
（2）调节量、给定量、输出量等参数的标准归一化转换。
（3）按正确顺序填写PID回路参数表（LOOP TABLE），分配好各参数地址。

5、结束语

单元机组燃烧过程控制系统在某火电厂发电机组锅炉协调控制系统中投入使用。实际运行情况表明：由于引入负荷模糊前馈，使得锅炉燃烧控制系统作为协调控制的子系统，跟随机组负荷变化的能力显著提高，风煤比能够在静态和动态过程中保持一致；送、引风控制系统在逻辑控制系统的配合下运行的平稳性和安全性提高，炉膛负压波动减小，满足了运行的要求；在机组负荷不变时，锅炉燃烧稳定，各被调参数动态偏差显著减少，实现了锅炉的优化燃烧；采用非线性PID调节方式，解决了引风挡板的晃动问题。

采用西门子的PLC控制，不仅简化了系统，提高了设备的可靠性和稳定性，同时也大幅地提高了燃烧能的热效率。通过操作面板修改系统参数可以满足不同的工况要求，机组的各种信息，如工作状态、故障情况等可以声光报警及文字形式表示出来，主要控制参数(温度值)的实时变化情况以趋势图的形式记录显示， 方便了设备的操作和维护，该系统通用性好、扩展性强，直观易操作。

⑷ 基于PLC的电梯控制系统设计

电梯的硬件设计
2.1电梯控制系统的硬件配置
本系统是主要由PLC、变频器、控制箱、显示器、拽引电动机组成的交流变频调速系统（Variable Voltage Variable Frequency,简称VVVF）。通过PLC去控制电梯的运行方式，可以使得控制系统的可靠行更高，结构显得更加紧凑。本系统的硬件框图如图3-1所示。

图2-1 PLC电梯联动控制系统硬件框图

从图3-1可以看出，该系统主要由两个部分组成，其中电梯控制的逻辑部分由PLC来实现。通过分析研究电梯的实际运行情况和控制规律，从而设计开发出电梯联动控制程序，使得PLC能够控制电梯的运行操作。电梯的调速部分则选用高性能的矢量控制变频器，配以脉冲发生器（编码器）测量鼠笼式拽引电动机的转速，从而够成电机的闭环矢量控制系统，实现鼠笼式拽引机电动机交流变频调速（Variable Voltage Variable Frequency,简称VVVF）运行。
PLC首先接收来自电梯的呼梯信号、平层信号，然后根据这些输入信号的状态，通过其内部一系列复杂的控制程序，对各种信号的逻辑关系有序的进行处理，最后向直流门控电机、变频器和各类显示器适时地发出开关量控制信号，对电梯实施控制。在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随机性控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强，逻辑关系处理起来非常复杂，这就给PLC的编程带来很大难度。
在PLC向变频器发出开关量控制信号的同时，为了满足电梯的要求，变频器又需要通过鼠笼式拽引电动机同轴连接的脉冲发生器和PG卡，对电动机完成速度检测及反馈，形成闭环系统。脉冲发生器输出脉冲，PG卡接收到脉冲以后，再将此反馈给变频器内部，以便进行运算调节。根据脉冲的相序，可判断出电动机的转动方向，并可以根据脉冲的频率测得电动机的转速。
2.1.1硬件电路

图2-2 硬件接线图
其各部分功能说明如下；
Q1—三相电源断路图
K1—电源控制接触器
K2—负载电机通断控制接触器
VS—变频器
BU—制动单元
RB—能耗制动电阻
M—主拖动拽引电机

2.1.2主电路
主电路由三相交流输入、变频驱动、拽引机和制动单元几部分组成。由于采用交-直-交电压型变频器，在电梯位势负载作用下，制动时回馈的能量不能送回电网，为限制泵升电压，采用受控能耗制动方式。
2.1.3PLC控制电路
PLC接收来自操纵盘和每层呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号。
2.2电梯的速度控制曲线
电梯作为一种载人工具，在位势负载状态下，除要求安全可靠外，还要求运行平稳，乘坐舒适，停靠准确，电梯的运行速度应当符合图2-3所示，平层误差应符合表2-1所示：

Vm电梯运行额定速度 Vp 平行爬层慢车速度
图2-3 电梯运行速度曲线图

表2-1平层误差范围
高速梯 快速梯 低速梯m/s
≤±5 ≤±10 ≤0.5 >0.5
≤±15 ≤±30

采用变频调速双环控制可基本满足要求，但和国外高性能电梯相比还需要进一步改进。本设计正是基于这一想法，利用现有旋转编码器构成速度的同时，通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入PLC的高速计数输入端口，通过累计脉冲数，经式计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。
电梯位移h=SI
式中I:累计脉冲数S:脉冲当量
S=IpD/(pr)(1)
本系统采用的减速机,其减速比1=1/20,拽引
轮直径D=580mm,电机额定转速ne=1450r/min,旋转编码器每转对应脉冲数p=1024,PG卡分频比r=1/18,带入式（1）得
S＝1.6mm/脉冲
2.3 拖动电动机的选择
电动机的选择包括选择电动机的种类、结构形式及各种额定参数。
电动机选择的基本原则
电动机的机械特性应满足生产机械的要求，要与负载特性相适应。保证运行稳定且具有良好的启动性能和制动性能。
工作过程中电动机容量能得到充分利用，使其温升尽可能达到或接近额定温升值。
电动机结构形式要满足机械设计提出的安装要求，适合周围环境工作条件的要求。
根据生产机械调速要求选择电动机
在一般情况下选用三相笼型异步电动机或双速三相电动机；在既有一般调速又要求起动转矩大的情况下，选用三相绕线型异步电动机；当调速要求高时选用直流电动机或带变频调速的交流电动机来实现。
综上，电梯的曳引电动机选择三相绕线型异步电动机，门机可选择变频调速的交流电动机。
电动机结构形式的选择
根据不同工作环境选择电动机的防护形式。开启式适用于干燥、清洁的环境；防护式适用于干燥和灰尘不多，没有腐蚀性和爆炸性气体的环境；封闭自扇冷式与他扇冷式用于潮湿、多腐蚀性灰尘、多风雨侵蚀的环境；全封闭用于浸入水中的环境；隔爆式用于有爆炸危险的环境中。
综上，机房和井道的工作环境干燥和灰尘不多，没有腐蚀性和爆炸性气体，因此曳引电动机和门机电动机均选择防护式；
电动机额定电压的选择
电动机额定电压应与供电电网的供电电源电源一致。电梯均采用三相五线制，因此曳引电动机额定电压380V，门机电源可以和光幕或安全触板电源共用，因此选择220V额定电压。
电动机额定转速的选择
对于额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机尺寸、重量和成本愈低，因此在生产机械所需转速一定的情况下，选用高速电动机较为经济。但由于拖动电动机转速越高，传动机构转速比较大，传动机构越复杂。因此应综合考虑电动机与传动机构两方面的多种因素来确定电动机的额定转速。通常采用较多的同步转速为1500r/min的三相异步电动机。
电动机容量的选择
电动机的容量反映了它的负载能力，它与电动机的允许温升和过载能力有关。允许温升是电动机拖动负载时允许的最高温升，与绝缘材料的耐热性能有关；过载能力是电动机所能带最大负载能力，在直流电动机中受整流条件的限制，在交流电动机中由电动机最大转矩决定。实际上，电动机的额定容量由允许温升决定。
电动机容量的选择方法有两种，一种是分析计算法，另一种是调查统计类比法。
分析计算法 根据生产机械负载图求出其负载平均功率，再按负载平均功率的（1.1~1.6）倍求出初选电动机的额定功率。对于系数的选用，应根据负载变动情况确定。大负载所占分量多时，选较大系数；负载长时间不变或变化不大时，可选最小系数。
对初选电动机进行发热校验，然后进行电动机过载能力的校验，必要时还要进行电动机起动能力的校验。当校验合格时，该额定功率电动机符合负载要求；若不合格，再另选一台电动机重新进行校验，直至合格为止。此方法计算工作量大，负载图绘制较为困难。对于较为简单、无特殊要求、一般生产机械的电力拖动系统，电动机容量的选择往往采用调查统计类比法。
统计类比法 将各国同类型、先进的机床电动机容量进行统计和分析，从中找出电动机容量与主要参数间的关系，再根据我国国情得出相应的计算公式来确定电动机容量。这是一种实用方法。
2.4 速度控制
本方法是利用PLC扩展功能模块D/A模块实现的,事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器,程序运行时,通过查表方式写入D/A,由D/A转换成模拟量后将、理想曲线输出.
加速给定曲线的产生
由于电梯逻辑控制部分程序最大,而PLC运行采用周期扫描制,因而采用通常的查表方法,每次查表的指令时间间隔过长,不能满足给定曲线的精度要求。在PLC运行过程中，其PLC与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信息采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询、判断、和操作。
2）减速制动曲线的产生
为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加速过程由固定周期中断完成，加速到对应模式的最大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的最大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。在该中断服务程序中修改计数器设定值的条件，保证下次中断执行。
2.5 I/O点数分配及PLC的型号的选择
分配I/O点之前，首先要了解有哪些输入输出点，图3.4 五层电梯的简化模型和控制柜示意图，从中我们不难发现输入的大致分布情况。

图2.4 五层电梯的简化模型和控制柜示意图

2.5.1I/O接口模块
S7-200的接口模块主要有数字量I/O模块、模拟量I/O模块和通信模块。下面分别介绍这些模块。
数字量I/O模块的选择
电梯逻辑控制系统的控制核心是PLC，哪些信号需要输入至PLC，PLC需要驱动哪些负载，以及采用何种编程方式，都是需要认真考虑的问题，都会影响到其内部I/O点数的分配。因此，I/O点数的确定，是设计整个PLC电梯控制系统首先需要解决的问题，决定着系统硬件部分的设计，也是系统软件编写的前提。
（二）模拟量I/O模块的选择
模拟量I/O模拟的主要功能、是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（A/D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量转换成PLC内部接受的数字量；模拟量输出（D/A）模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量I/O模块的量程为-10V～+10V、0～+10V、4～20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
（三）特殊功能模块的选择
目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I/O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。
2.5.2统计I/O点数
输入信号有31个，考虑到有15%的备用点，即31×（1+15%）=35.65，取整数36，共需36个输入点。
输出信号有31个，考虑到有15%的备用点，即31×（1+15%）=35.65，取整数36，因此共需36个输出点。
2.5.3 PLC程序中I/O点的定义
在编程过程中，所用到的I/O地址分配如表2-2所示。编程过程可分为电梯内部和电梯外部两分进行。
输入输出点分配下表：

表2-2 符号明细参数表
输入、输出点分配表
输入点 对应信号 输出点 对应信号
I0.1 外呼按钮1上 Q0.0 KM1电动机正转
I0.2 外呼按钮2上 Q0.1 ——
I0.3 外呼按钮2下 Q0.2 KM2电动机反转
I0.4 外呼按钮3上 Q0.3 KV线圈及故障
I0.5 外呼按钮3下 Q0.4 上行指示
I0.6 外呼按钮4上 Q0.5 下行指示
I0.7 外呼按钮4下 Q0.6 开门指示
I1.0 外呼按钮5下 Q0.7 关门指示
I1.1 内呼按钮去1楼 Q1.0 1上外呼指示
I1.2 内呼按钮去2楼 Q1.1 2上外呼指示
I1.3 内呼按钮去3楼 Q1.2 2下外呼指示
I1.4 内呼按钮去4楼 Q1.3 3上外呼指示
I1.5 内呼按钮去5楼 Q1.4 3下外呼指示
I1.6 1楼平层信号 Q1.5 4上外呼指示
I1.7 2楼平层信号 Q1.6 4下外呼指示
I2.0 3楼平层信号 Q1.7 5下外呼指示
I2.1 4楼平层信号 Q2.0 内呼按钮去1楼指示
I2.2 5楼平层信号 Q2.1 内呼按钮去2楼指示
I2.3 上下限位 Q2.2 内呼按钮去3楼指示
I2.4 轿厢内开门按钮 Q2.3 内呼按钮去4楼指示
I2.5 轿厢内关门按钮 Q2.4 内呼按钮去5楼指示
I2.6 热继电器 Q2.5 LED层显示a段
I2.7 —— Q2.6 LED层显示b段
I3.0 一楼上行减速接近开关 Q2.7 LED层显示c段
I3.1 二楼上行减速接近开关 Q3.0 LED层显示d段
I3.2 二楼下行减速接近开关 Q3.1 LED层显示e段
I3.3 三楼上行减速接近开关 Q3.2 LED层显示f段
I3.4 三楼下行减速接近开关 Q3.3 LED层显示g段
I3.5 四楼上行减速接近开关 Q3.4 加速继电器
I3.6 四楼下行减速接近开关 Q3.5 低速继电器
I3.7 五楼下行减速接近开关 Q3.6 快速继电器
2.5.4程序中使用的内部继电器说明
程序中使用的内部继电器说明见下表：

表2-3 符号明细参数表内部继电器说明
内部继电器说明
M0.0 1楼上升 外呼按钮用，用于记忆外呼按钮呼梯信号，平层解除 M4.0 上升综合信号
M0.1 2楼上升 M4.1
M0.2 2楼下降 M4.2
M0.3 3楼上升 M4.3
M0.4 3楼下降 M4.4 下降综合信号
M0.5 4楼上升 M4.5
M0.6 4楼下降 M4.6
M0.7 5楼下降 M4.7
M5.1 1楼平层 平层用，用于记忆平层信号，被其他平层信号解除 M1.6 上升记忆信号
M5.2 2楼平层 M1.7 下降记忆信号
M5.3 3楼平层 M6.1 1层有效开门信号
M5.4 4楼平层 M6.2 2层有效开门信号
M5.5 5楼平层 M6.3 3层有效开门信号
M1.1 内呼去1楼 用于要去的楼层，平层时解除 M6.4 4层有效开门信号
M1.2 内呼去2楼 M6.5 5层有效开门信号
M1.3 内呼去3楼 M6.6 已正常开关门记忆信号
M1.4 内呼去4楼 M7.1 1层手动开关
M1.5 内呼去5楼 M7.2 2层手动开关
M2.0 1楼上升 开关门有效外呼 M7.3 3层手动开关
M2.1 2楼上升 M7.4 4层手动开关
M2.2 2楼下降 M7.5 5层手动开关
M2.3 3楼上升 M7.6 各层手动开门信号综合
M2.4 3楼下降 T34 电梯加速时间
M2.5 4楼上升 T37 开门时间
M2.6 4楼下降 T38 关门时间
M2.7 5楼下降 T39 运行后不在平层的时间
M3.1 内呼去1楼 开关门有效内呼 T40 无人乘坐回基站的时间
M3.2 内呼去2楼
M3.3 内呼去3楼
M3.4 内呼去4楼
M3.5 内呼去5楼
2.5.5PLC的型号选择
选择能满足控制要求的适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一步。目前，国内外PLC生产厂家的PLC品种已达数百种，其性能各有特点。所以，在设计时，首先要尽可能考虑采用熟悉的PLC。
1. PLC的型号
在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比，具体应考虑以下几点。
（1.）性能与任务相适应
对于开关量的控制的应用系统，当对控制速度要求不高时，如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等，可选用小型PLC（如SIEMENS公司S7-200系列CPU224型PLC）就能满足要求。
对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如工业生产中常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器（对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的温度模块）和驱动装置，并且选择运算功能强的小型PLC，（如SIEMENS公司的S7-300系列PLC）。
对于控制比较复杂的中大型控制系统,如闭环控制、PID调制、通信联网等，可选用中、大型PLC（如SIEMENS公司的S7-400系列PLC）。当系统的各个控制对象分布在不同的地域时，应根据各部分的具体要求选择PLC，以组成一个分布式的控制系统。
（2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求
PLC工作时，从输入信号到输出控制存在着滞后现象，即输入量的变化，一般要在1或2个扫描周期之后才能反映到输出端，这对于一般的工业控制是允许的。但有些设备的实时性要求较高，不允许有较大的滞后时间。例如PLC的I/O点数在几十2到几千点范围内，这时用户程序的长短对系统的响应速度会有较大的差别。滞后时间应控制在几十毫秒之内，应小于普通继电器的动作时间（普通继电器的动作时间约为100ms），否则就没有意义了。通常为了提高PLC的处理速度，可以采用以下几种方法；
选择CPU处理速度快的PLC，使执行一条基本指令的时间不超过0.5us；
优化应用软件，缩短扫描周期；
采用高速响应模块，例如高速计数模块，其响应的时间可以不接受PLC扫描周期的影响，而只取决于硬件的延时。
（3）在线编程和离线编程的选择
小型PLC一般使用简易编程器。它必须插在PLC上才能进行编程操作，其特点是编程器与PLC共用一个CPU，在编程器上有一个“运行/监控/编程（RUN/MONITOR/PROGRAM）”选择开关，当需要编程或修改程序时将选择开关转到“编程（PROGRAM）”位置，这时PLC的CPU不执行用户程序，只为编程器服务，这就是“离线编程”。当编程好后再把选择开关转到“运行（RUN）”位置，CPU则去执行用户程序，对系统实施控制。简易编程器结构简单、体积小，携带方便，很适合在生产现场调试、修改程序用。
图形编程器或者个人计算器与编程软件包配合可实现在线编程。PLC和图形编程器各有自己的CPU，编程器的CPU可随时对键盘输入的各种编程指令进行处理。PLC的CPU主要完成现场的控制，并在一个扫描周期的末尾与编程器通信，编程器将编好或修改好的程序发送给PLC，在下一个扫描周期，PLC将按照修改后的程序或参数控制，实现“在线编程”。图形编程器价格较贵，但它功能强，适应范围广，不仅可以用指令语句编程，还可以直接用梯形图编程，并可存入磁盘或用打印机打印出梯形图和程序。一般大、中型PLC多采用图形编程器。使用个人计算机进行在线编程，可省去图形编程器，但需要编程软件包的支持，其功能类似于图形编程器。
根据控制要求PLC控制系统选择SIEMENS公司S7-200系列CPU226，因为I/O点数不够，另外选择扩展模块EM221。

电梯的软件设计

3.1系统的软件设计
系统的软件设计因控制任务的难易程度不同而异，也因人而易。具体是用梯形图还是用语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：
a)有些PLC使用梯形图编程不是很方便（例如书写不方便），则可用语句表编程，但梯形图比语句表直观。
b)经验丰富的人员可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。
c)如果是清晰的单顺序或并发顺序的控制任务，则最好用功能图来设计程序。
整个系统软件是一个整体，其质量的 好坏很大程度上影响可编程控制的性能。很多情况下 ，通过改进系统软件就可以在不断增加任何设备的条件下大大改善可编程控制器的性能，例如，S7-200系列在推出后，西门子公司不断的将其系统软件进行完善，使其功能越来越强。
软件设计可以与现场施工同步进行，即在硬件设计完成 以后，同时进行软件设计和现场施工，这样可以保证程序的正确运行。
3.1.1电梯控制的PLC外部接线图
根据I/O接口分配情况，可画出PLC外部接线图，如3-1所示。
3-1电梯的硬件接线图
3.1.2电梯的流程图
电梯的流程图（如图3.2）

3.2 电梯流程图
3.2电梯的基本功能
3.2.1电梯内部部件功能简介
在电梯内部，应该有5个楼层（1~5）按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器、上升和下行显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应该有能让乘客按下的代表其要去的目的地楼层按钮，称为内呼按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还应配有指示灯，用来显示电梯现在所处的状态，既电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。
3.2.2电梯的外部部件功能简介
电梯的外部共分5层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持为亮，它和上升指示灯、下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。5层楼电梯中，1层只有上呼叫按钮，5层只有下呼叫按钮，其余3层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器，5层电梯均应该相同。
3.2.3电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析
1）电梯的初始状态。为了方便分析，假设电梯位于1层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态：
a) 各层呼叫灯均不亮。
b) 电梯内部及外部各楼层显示器均为“1”。
c) 电梯内部及外部各层电梯门均关。
2）电梯在运行过程中：
a) 按下某层呼叫按钮（1~5层）后没，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。
b)电梯上行或下行直至该层。
c)各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。
d)运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开。
在电梯运行过程中，支持其他呼叫。
3）电梯运行后状态：在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。
a)电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，支持手动开门或开门；
b)各楼层显示植为该层所在位置，且上行与下行指示灯均灭。
3.3实际运行中的情况分析
实际中，电梯服务的对象是许多乘客，乘客乘坐电梯的目的是不完全一样的，而且，每一个乘客呼叫电梯的时间有前有后，因此，我们将电梯在实际中的各种具体情况加以分类，做出分析，以便于编制程序。
3.3.1 分类分析
电梯上行分析。
若电梯在上行过程中，某楼层有呼叫产生时，可分以下两种情况：
若呼叫层处于电梯当前运行层之上目标运行层之下，则电梯应在完成前一指令之前先上行至该层，完成该层呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫运作。
呼叫层处于电梯当前运行层下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。
电梯下行分析。
若电梯在下行过程中，楼层有呼叫产生时，可分以下两种情况：
若呼叫层处于电梯当前运行之下目标运行层之上，则电梯应在完成前一指令之前先下行至该层，完成该层呼叫后再由近至远地完成其他各个呼叫动作。
若呼叫层处于电梯运行层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。
3.3.2 总结规律
由以上各种分析可以看出，电梯在接受指令后，总是由近至远地完成各个呼叫任务。电梯机制只要依此原则进行设计动作，就不会在运行时出现电梯上下乱跑的情况了。在分析的同时，我们也知道了电梯系统中哪些是可人工操作的设备。
在电梯的内视图中，其中包括1个楼层显示灯、开门按钮、关门按钮、1层到5层的呼叫按钮以及电梯的上升和下降状态指示灯等。外视图中，1层有1个上呼叫按钮，5层有1个下呼叫按钮，2、3和4层有上、下呼叫按钮个1个，每个呼叫按钮内部都有1个相应的指示灯，用来表示该呼叫是否得到响应。
3.3.3 电梯的控制要求
接受每个呼叫按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。
电梯停在某一层（例如3层）时，此时按动该层（3层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿箱不在该层（在1、2、4、5层），则等到电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。
电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。例如现在电梯的位置在1层和2层之间上行，此时出现了1层上呼叫、2层下呼叫和3层上呼叫，则电梯首先响应三层上呼叫，然后再依此响应2层下呼叫和1层上呼叫。
电梯在每一层都有1个行程开关，当电梯碰到某层的行程开关时，表示电梯已经到达该层。
当按动某个呼叫按钮后，相应的呼叫指示灯亮并保持，直到电梯响应该呼叫为止。
当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内部的开门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。
当电梯运行到某层后，响应的楼层指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。

⑸ PLC控制系统编程步骤

熟悉控住对象、PLC选型及确定硬件配置、设计PLC的外部接线。设计控制程序、程序调试和编制技术文件。
1 了解控制对象，确定控制要求 这一步是系统设计的基础。首先应详细了解被控对象的全部功能和它对控制系统的要求，例如机械的动作，机械、液压、气动、仪表、电气系统之间的关系，系统是否需要设置多种工作方式（如自动、半自动、手动等），PLC与系统中其他智能装置之间的联系，是否需要通信联网功能，是否需要报警，电源停电及紧急情况的处理 ，在这一阶段，还要选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号指示灯等执行元件），以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。
此外还应确定哪些信号需要输入给PLC，哪些负载由PLC驱动，并分类统计出各输入量和输出量的性质，是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级，为PLC的选型和硬件配置提供依据。
2 确定硬件配置，设计外部接线图 正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术与经济性能指标起着重要的作用。选择PLC，包括机型的选择。容量的选择。I/O模块的选择，电源模块的选择等。
根据被控对象对控制系统的要求，及PLC的输入量、输出量的类型和点数。确定出PLC的型号和硬件配置。对于整体式PLC，应确定基本单元和扩展单元的型号；对于模块式PLC，应确定框架（或基板）的型号及所需模板的型号和数量。
PLC硬件配置确定后，应对I/O点进行分配，确定外部输入输出单元与PLC的I/O点的连接关系，完成I/O点地址定义表。
分配好与各输入量和输出量相对应的元件后，设计出PLC的外部接线图。其他部分的电路原理图、接线图和安装所需的图纸，以便进行硬件装配。
3 设计控制程序 在硬件设计的基础上，通过控制程序的设计完成系统的各项功能。对于较简单的控制系统可以使用经验法直接设计出梯形图。
4 程序调试 控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。
程序的调试可以分为两步。
（1）模拟调试。用户程序一般先在实验室进行模拟调试，实际的输入信号可以用手动开关和按钮来模拟，各输入量的通断状态用PLC上对应的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载（如接触器、电磁阀等）。实际的反馈信号（如限位开关的接通等）可以根据流程图，在适当的时候用开关和按钮来模拟。
在调试时应充分考虑各种可能的情况，系统的各种不同的工作方式，有选择序列的流程图中的每一条支路，各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后及时修改程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中的某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。
（2）现场调试。现场调试要等到系统其他硬件安装和接线工作完成后才能进行。在设计和模拟调试程序的同时就可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作可以同时进行、以缩短整个工程的周期。
完成以上工作后，将PLC安装到控制现场，进行联机总调试，并及时解决调试时发现的软件和硬件方面的问题。
5 编制技术文件 系统交付使用后，应根据调试的最终结果整理出完整的技术文件，并提供给用户，以利于系统的维修和改进。技术文件主要如下：
（1）可编程序控制器的外部接线图和其他电气图纸。
（2）可编程序控制器的编程元件表，包括程序中使用的输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等的元件号、名称、功能以及定时器、计数器的设定值等。
（3）带注释的梯形图和必要的文字说明
（4）如果梯形图是用顺序控制法编写的，应提供顺序功能图或状态表。

⑹ 恒温控制系统设计

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