【文章內容簡介】 電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器同時處于受控制狀態(tài)，它屬于并行方式。而 PLC 得控制邏輯中，各內部期間都處于周期性掃描過程中，各種邏輯、數值輸出地結果都是按照在程序中的前后順序計算出來的，它屬于串行方式。 PLC 有微型計算機的許多特點，但他的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采 用等待命令的工作方式。而 PLC 則采用不斷循環(huán)的順序掃描的工作方式。每次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。 CPU 從第一條指令開始，按順序逐條的執(zhí)行用戶程序知道用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新一輪的掃描。 PLC 就是這樣周而復始的重復上述循環(huán)掃描的，這種工作方式是在系統的控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應的控制信號。 PLC 是一種工業(yè)控制計算機，所以他的工作原理是建立在計算機的工作原理基礎上的，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現的。但是 CPU 是分時操作方 式來處理各項任務的，計算機在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序一次完成相應各電器的動作，便成為時間上的串行。由于運算速度極高，各電器的動作似乎是同時完成的，但實際輸入輸出的響應是有滯后的。 繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現控制，工作頻率低，觸點開閉動作一般幾十毫秒數量級。另外機械觸點還會出現抖動問題；而 PLC 是由程序指令控制半導體電路來實現控制，屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數量級，且不會出現抖動。 與單片機控制系統的區(qū)別 單片機控 制系統是基于芯片級的系統，而 PLC 控制系統是基于板級或模塊級的系統。其實 PLC 本身就是一個單片機系統，他是已經開發(fā)好的單片機產12 12 品。開發(fā)單片機控制系統屬于底層開發(fā)，而設計 PLC 控制系統是在產品的單片機控制系統上進行二次開發(fā)。 單片機控制系統適合于家電產品、智能化的儀器儀表、玩具和批量生產的控制器產品等場合使用；而 PLC 控制系統適合在單片機電氣控制系統、工業(yè)控制領域的制造業(yè)自動化和過程中使用。 設計開發(fā)一個單片機控制系統，需要先設計硬件系統，畫硬件電路圖，制作印刷電路板，購置各種所需 要的電子元件，焊接電路板，進行硬件調試，進行抗干擾等大量工作需要專門的開發(fā)裝置和低級編輯語言控制程序，進行系統聯調；而 PLC 不必操心內部的計算機系統是否可靠和他們的抗干擾能力，軟件設計使用工業(yè)編程語言，相對來說比較簡單。進行系統調試時，因為有好的工程工具幫助，所以非常容易。 ． 2 具體構成 自動門系統的具體組成如下圖： 由上圖可知，當感應器件檢測到人體或物體信號時將信號傳給PLC,PLC 根據已經采集的信號發(fā)出控制信號，是驅動裝置運行，通過傳動裝置帶動自動門的運行。 自動門的機械傳機 構設計 13 13 在本課題設計的自動門針對人流較多的商場，應對周圍環(huán)境進行綜合考慮，所以在本課題的自動門機械傳動設計中考慮了以下幾個方面： ，軌道，門機，皮帶，吊掛件等。 ，使得安裝很簡單。 ：驅動電機采用 64V 直流電動機，功率大，可調性強。 ：水平雙導軌結構，形式正懸掛，解決了側擺得問題，從而確保了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側密封毛刷，形成密封式導軌，避免積塵對導軌及滑輪的磨損，實現了維護方便的特點。 ：采用特殊的尼龍滑輪，強度高，耐 磨性好，同時還有一定的減震效果。 ：采用齒形皮帶，齒形皮帶的截面為曲線設計，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了使用壽命。 4 自動門控制系統的硬件設計 PLC 的選擇 在 PLC 系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。因此工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需要的操作和動作，然后根據控制要求，估計輸入輸出點數、所需存儲器的容量、確定 PLC 的功能、外 部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設計相應的控制系統。 （ 1） 輸入輸出（ I/O）點數的估算 I/O 點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，在增加 10%到 20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商 PLC 的產品特點對輸入輸出點數進行圓整。14 14 根據估算的方法故本課題的 I/O 點數為輸入 12點，輸出 12 點。 （ 2） 存儲器容量的選擇 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目實用的存儲單元 的大小，因此程序容量小于存儲器的容量。設計階段，由于用戶程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，須在程序調試之后才知道。為了設計選型時，能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來代替，存儲器內存容量的估算沒有固定的形式，許多文獻資料中給出了不同的公式，大體上都是按數字量 I/O 點數的 10到 15倍，加上模擬 I/O 點數的 100 倍，以此數為內存的總字數（ 16位為一個字），另外再按次數的 25%考慮余量。因此本課題的 PLC內存容量選擇應能存儲索要儲存的程序，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 （ 3） 控制 功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等性能的選擇。根據本課題所設計的自動門控制系統的要求，主要介紹一下幾種功能的選擇。 a 控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需要的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 b編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器共用一個 CPU，編程器在編程模式時， CPU 只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切 換到運行模式， CPU 對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在編程方式： CPU和編程器有各自的 CPU，主機 CPU負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 五種標準化變成語言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語言表（ IL）、結構文本（ ST）兩種文本語言。選用的編程語15 15 言應 遵守標準（ IEC6113123），同時，還應支持多種語言變成方式，如 C， Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。 c診斷功能 PLC 的診斷功能爆孔硬件和軟鍵的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟鍵對 PLC 的 CPU 玉外部輸入輸出等部件信息叫喚功能進行診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。 (4)機型的選擇 的類型 PLC 按結構分為整體型和模塊兩類型型，按應用環(huán)境分為現場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長分為 1 位、 4位、 8位、 16 位、 32 位、 64位等。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數選型。整體型 PLC 的 I/0點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統；模塊型 PLC 提供多種 I/0 卡件或插卡，因此用戶可較合理的選擇和配置系統控制的 I/0 點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。 b 經濟的考慮 選擇 PLC時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、 投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產品。輸入輸出點數對價格有直接影響。點當數增加到一數值后，相應的存儲器容量相應增加，因此，點數的增加對 PLC 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統有較合理的性能價格比。本課題所設計的自動門屬于小型控制系統，結合經濟性的考慮因此選用整體型 PLC。 （ 5）對 PLC 響應時間的要求 對于多數場合， PLC 的相應時間基本上能滿足控制要求。響應時間包括輸入濾波時間，輸出濾波時間和掃描周期。 PLC 的工作方式決定了他不能接受 頻率過高或持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號，當有此類信號輸入時需要選用掃描速度高的 PLC 或快速響應模塊和中斷輸入模塊。 16 16 綜合以上因素，本課題的設計采用德國西門子公司生產的 CPU224 小型 PLC來實現整個系統的控制。 驅動裝置的選型 自動門的驅動器是自動門能否良好工作的保障。在本設計中是運用直流無刷電機。直流無刷電機功率密度高，噪音極小、調速性能好，即具備交流電動機的結構簡單、運行可靠、維護方便