电子设计技术概论论文

摘 要PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对的控制。本文主要讨论研究利用西门子S7-200 PLC对电梯的升降进行控制，形成电梯控制系统。关键词：PLC；电梯控制；西门子;升降ABSTRACTPLC (programmable controller) takes one industrial control microcomputer, it is convenient by its programming, simplicity of operator its merits and so on high controllability, obtained the widespread application particularly in the industrial production process. It applies the large scale integrated circuit, the miniature machine technology and the mechanics of communication development achievement, formed gradually had many kinds of merits and miniature, medium, large-scale, the ultra-large type and so on each kind of specification's serial products, applied to monitors between computer's many control domain from the black-white control system. Along with society's unceasing development, the building is getting higher and higher, but the elevator became the high-level building to the equipment. The elevator from the handle switch operation elevator, the push-button control elevator develops to present's group control elevator, has made the indelible contribution for the high-level transportation. PLC mainly manifests in the elevator cuing control's application in its logical switch control function. Because PLC has the logic operation, counting and fixed time as well as data feeds output function. In the elevator rises and falls in the process, each logical switch control and the PLC very good union, very good have realized to the fluctuation the control.This article main discussion studies uses Simens in the S7-200 PLC to carry on the control to elevator's fluctuation, forms the lift control system.key words: Programmable Logic Controller,Lift control; Simens; Fluctuation目 录1绪论…………………………………………………………………………11.1概述 …………………………………………………………………11.2国内外现状及发展 …………………………………………………22可编程控制器（PLC）的概述 ………………………………………62.1可编程序控制器简介 ………………………………………………62.2 PLC控制系统的设计软件…………………………………………152.3 PLC的工作原理……………………………………………………172.4 PLC与其他控制系统的比较………………………………………173西门子PLC可编程控制器的原理 …………………………………203.1西门子S7-200CN PLC可编程控制器结构 ………………………203.2 西门子PLC的特点…………………………………………………223.3 S7-200系列PLC的CPU……………………………………………224电梯控制系统……………………………………………………………254.1 电梯控制系统概述…………………………………………………254.2 电梯电路的设计……………………………………………………31结论 …………………………………………………………………………50参考文献……………………………………………………………………51致谢 …………………………………………………………………………52附录 …………………………………………………………………………531绪论1.1 概述1.1.1利用PLC设计电梯系统的目的本课题主要对PLC的结构、特点、性能以及与现场控制对象的连线进行具体的研究，并通过PLC实现电梯的自动控制。市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。1.1.2利用PLC设计电梯系统意义本设计是以广泛应用的西门子S7-200CN PLC 为背景机，详细介绍其系统配置，兼顾介绍其指令系统、编程方法和控制系统设计方法，也介绍了模块式PLC的一些智能单元。从而让我们能更多了解PLC和更好的使用它。1.1.3利用PLC设计电梯系统内容在完成PLC控制电梯的试验中对PLC的结构、特点和性能进行总结、归纳和综述，对PLC与其它控制器件进行比较，从而设计实现了利用西门子S7-200CN PLC对三层电梯的升降控制。1.2国内外现状及发展1.2.1 电梯的发展据国外有关资料介绍，在20世纪初，美国OTIS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。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。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。当今世界，部分地区人口高度密集，人和土地资源短缺的矛盾日趋激化。这就注定了必须合理地利用土地去解决人与土地的矛盾。而兴建高层建筑是其中的有效措施之一。因此，能使人们快速、便捷地到达目的楼层的电梯便应运而生了。在一些发达国家和地区，人均电梯拥有数量一般在每万人30台以上，某些国家甚至达到每万人120台以上，随着城镇化程度的加大，电梯市场会更加繁华。中国的电梯市场增长也很乐观，目前，每年增长率为15%—18%。随着电梯普及率的升温，人们对电梯的要求也会越来越高。如何更安全、更快捷地到达目的楼层，也就成了人们对电梯最为根本的要求。而电梯系统里掌控这方面技术参数的是电梯控制系统。因此，控制系统的设计就成了在电梯设计领域里最为核心的技术。1.2.2 市场竞争十分激烈电梯行业外商云集，国际上最大的电梯公司几乎全部进入我国，最先进的电梯产品争先在中国生产。美国奥的斯，瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森，日本三菱、日立、东芝、富士达等世界最负盛名的电梯公司先后在北京、天津、上海、广州、沈阳、杭州、廊坊等地投资建厂，可以说能来的都来了。他们大多用合资的方式建设了最好的工厂，装备了最好的设备，引进了最好的技术，培训了最好的人才，目前合资企业在国内的市场份额已超过80%，从这个意义上说，我国电梯行业早已加入了WTO。中国电梯市场的特色已经不是国内企业之间的竞争，而是全球电梯劲旅的竞争。这种世界级的激烈竞争使我国的电梯用户成了最大的受益者，他们可以用最低的价格随意选购最好的电梯产品。1.2.3 国内企业的实力不断增强对外开放的政策和国外先进技术与先进管理的引进对国内电梯企业的发展产生了强大的推动作用，有力地促进了内资企业的技术进步。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海房屋设备总公司、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的内资企业并没有被合资企业挤出电梯市场，相反，现代化合资企业的示范作用使他们看清了自己的定位与出路，目前这些企业除规模稍小之外，企业管理、技术水平、产品质量、售后服务等诸多方面均无逊色，不但在国内电梯市场上占据了一席之地，而且产品出口到了东南亚、大洋洲、欧洲和美国。有的企业还到境外投资寻求发展。事实证明这些企业不但在国内市场而且在国际市场上，同样具有一定的竞争实力。1.2.4 传统的电梯生产结构正在改变在国外各大电梯公司纷纷进入我国的同时，德国威特、西班牙塞维拉等一些优秀的电梯配件公司也在我国建立了合资企业，国内配件生产企业如宁波欣达、宁波申菱、张家港润发、上海新时达、沈阳蓝光、常熟曳引机、河北东方等也迅速发展起来。不少配件生产企业的销售额已经超过了中等规模的整机生产企业。专业化生产具有质量好、价格低的优势，不但给生产能力较弱的中小型电梯企业助了一臂之力，而且也给“大而全”的合资企业提供了降低成本的可能。零部件的社会化、专业化生产改变了“经济规模”的概念，使得企业能否赢利不再取决于生产能力的强弱，企业无论大小，只要有技术有人才，就有生存空间。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。1.2.5 今后的电梯市场会更加活跃国内电梯的生产能力、产品质量和制造成本有很强的国际竞争力。关税的降低使国外电梯产品的进口量有可能增长，但同时也给国产电梯以及零部件的出口提供了机会；我国电梯市场是很大的市场，也是很挑剔的市场。中国的电梯用户不但对产品质量要求高，而且对新技术的接受很快，所以变频变压调速技术、无机房电梯、永磁同步拖动技术、计算机控制技术、远程监控技术等推广迅速；随着我国城市化、城镇化和村镇化建设步伐的加快，尤其是西部大开发战略的实施，住宅建设势头不减，商场、机场和地铁项目明显增多，住宅电梯、自动扶梯和自动人行道的需求量继续看好；电梯是一种售后服务工作量特别大的机电产品，其使用可靠性不但取决于产品的制造与安装，而且更大程度上取决于完善的维修与保养。在用电梯总量的不断增加给维修服务业带来了发展机遇；配套件的专业化生产对提高产品质量、降低生产成本具有十分积极的作用，受到了许多电梯公司和维修保养单位的欢迎，仍然有发展空间。为了更好地适应市场要求，电梯企业目前应该注意进一步遵守市场行为规范，努力培育自主开发能力，组建完善的维修保养和售后服务网络，不断提高国产电梯和民族品牌的市场竞争力。在电子技术飞速发展的今天，现代电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，加速了电子设计技术的普及进程及技术革新。电子设计在日常生活和物质产品生产都占到了举足轻重的地位，这尤其体现在其对电子产品的开发和设计上。面对如此广袤的电梯市场，所谓“科技就是第一生产力”，处于科技前沿的电子设计技术很自然地就与电梯控制设计一拍即合，给设计师们以巨大的设计空间。因此，本设计就是希望在以开发更安全、更快捷的三层电梯控制系统为前提下，结合电子设计技术，对电梯控制进行设计。2可编程控制器（PLC）概述2.1 可编程序控制器简介2.1.1 可编程控制器(PLC)的定义可编程控制器简称PC（Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器PLC这个老名字。它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”2.1.2 PLC的产生和发展可编程控制器（PLC）是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，在近40年来它得到了迅猛的发展，至今已成为工业生产自动化三大技术支柱（机器人技术、CAD/CAM技术和PLC技术）之一，被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。PLC从诞生至今已经快40年了，在这期间它的发展大概经历了以下几个阶段：1. 1969～1972PLC发展的雏形阶段，功能都很简单，只有逻辑运算，定时和计数等功能，硬件方面因集成电路还未投入大规模工业化生产，CPU由分离元件组成，存储器为磁芯存储器，容量为1～2K，操作系统为磁芯构成的微程序，指令一般只有20～30条，机种单一，没有形成系列，一台PLC最多只能替代200～300个继电器组成的系统，可控性优于继电器。2. 1972～1976美国INTEL公司成功开发了世界上第一片集成电路的微处理器，因此PLC技术获得了较大的发展。PLC功能除逻辑运算等外、计算机接口和模拟量控制等，软件开发有自诊断程序，存储程序开始用了EPROM，可控性进一步提高，初步形成系列。结构上PLC有模块式和整体式之分，整机功能从专用向通用过渡。3. 1976～1983在这个阶段，微处理技术日趋成熟，进而出现单片微处理器、半导体存储器进入工业化生产，大规模集成电路开始普遍应用。4. 1983～1988计算机网络技术普遍应用，超大规模集成电路、门阵列等专用集成电路迅速发展。PLC的CPU为16位或32位或位片式芯片构成，处理速度可达1μs/步，高速计数、中断、PID和运动控制等功能引入PLC，满足了程序控制中所有要求。联网能力增强，既可以和上位计算机联网，也可以下挂PLC，组成多级集散系统（DCS）。编程语言除了成熟的梯形图和语句表等，还有用于算术运算的BASIC语言和机床控制和数控语言等。5. 1988年至今在这个阶段PLC技术日新月异，发展势头十分强劲，并不断扩大其应用领域，如为用户配置柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）等。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编