PCL电梯控制系统(3)

统已远不是几十年前的哪个样子，PLC的控制从早期的单机控制发展到多机控制，实现了工厂自动化。尽管现在的PLC控制系统已发生了很大的变化，但是从自动控制的角度来看，PLC控制系统与传统的继电器系统在结构上仍有相似之处。现在以集中型的PLC控制系统为例说明集中型PLC控制系统与继电器控制系统在结构上有那些相同和不同之处，这对初学者理解PLC控制系统的工作原理是有帮助的。集中型PLC控制系统的结构。

将两种系统相比，就会发现PCL控制系统与继电器控制系统输入，输出部分基本相同，输入电路也是由按钮，开关，传感器所构成：输出电路也好似由接触器，执行器，电磁阀多构成的。不同的是继电器控制系统在控制线路被PLC中的程序代替，这样一旦生产工艺发生变化，就只需要修改程序就可以了。正是上述原因，PLC控制系统除了可以完成传统继电器控制系统所具有的全部功能外，还可以实现模拟量控制，开环或闭环过程控制，甚至多级分布式控制。随着微电子技术的进一步发展，PLC的成本在降低，传统的继电器控制系统被PLC控制系统代替已是发展的必然趋势。

2.2 PLC控制系统与其他工业控制系统的比较

2.2.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较

表6 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 由许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能 对生产工艺过程变更的适应性 控制速度 适应性差。需要重新设计，改变继电器和接线 低。靠机械动作实现 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 寿命 可扩展性 维护 短 困难 工作量大，故障不易查找 长 容易 有自诊能力，维护工作量小 PLC控制系统 各种控制功能是通过编制的程序来实现的 适应性强，只需对程序进行修改 计数及其他特殊功能 一般没有 安装，施工 可靠性 连线多，施工繁 差，触点多，故障多 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。

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2.2.2 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，结果未获成功，代只的却是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。

表7 PLC与计算机系统比较表

比较项目 工作目的 工作环境 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 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 中断处理方式 工业自动控制 对环境要求低，可在恶劣的工业现场工作 循环扫描方式 PLC控制系统 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 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：

⑴ 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。 ⑵ 内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。

⑶ 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。 ⑷ 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。

⑸ 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。 ⑹ 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。

⑺ 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

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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，传感器，执行机构引起的，而不是PLC本身发生的。

⑻ 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。 2.2.3 PLC控制系统与集散型控制系统的比较

由前所述可知，PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来的。而集散型控制系统DCS（Distribution Control System）是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统，它在模拟量处理，回路调节等方面有一定的优势。而PLC随微电技术，计算机技术和通信技术的发展，无论在功能上，速度上，智能化模块以及联网通信上，都用很大的提高。并开始与小型计算机联成网络，构成了以PLC为重要部件的分布式控制系统。随着PLC网络通信功能不断增强，PLC与PLC及计算机的互联，可以形成大规模的控制系统，在数据告诉公路上（Data Highway）挂接在线通用计算机，实现在线组态，编程和下装，进行在线监控整个生产过程，这样就已具备了集散控制系统的形态，加上PLC的价格和可靠性优势，使之可以与传统的集散控制系统相互竞争。

2.3 PLC控制系统的组成

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。

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2.3.1 硬件的组成

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。

PLC系统 （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。

①CPU：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：

执行接受，存储用户程序的操作指令。

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。

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信号，完成用户指令规定的各种操作。

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大采用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

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或EEPROM存储器，用户可檫写重新编程。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）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。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。

（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。

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，对被孔对象执行控制任务。

PLC外围设备

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。 2.3.2 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。

PLC系统软件与工作过程

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