【文章內(nèi)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(nèi)部期間都處于周期性掃描過程中，各種邏輯、數(shù)值輸出地結(jié)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(jī)的許多特點，但他的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)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(jié)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(fù)始的重復(fù)上述循環(huán)掃描的，這種工作方式是在系統(tǒng)的控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。 PLC 是一種工業(yè)控制計算機(jī)，所以他的工作原理是建立在計算機(jī)的工作原理基礎(chǔ)上的，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的。但是 CPU 是分時操作方 式來處理各項任務(wù)的，計算機(jī)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(yīng)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(yīng)是有滯后的。 繼電器控制邏輯依靠觸點的機(jī)械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點開閉動作一般幾十毫秒數(shù)量級。另外機(jī)械觸點還會出現(xiàn)抖動問題；而 PLC 是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)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(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。 與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別 單片機(jī)控 制系統(tǒng)是基于芯片級的系統(tǒng)，而 PLC 控制系統(tǒng)是基于板級或模塊級的系統(tǒng)。其實 PLC 本身就是一個單片機(jī)系統(tǒng)，他是已經(jīng)開發(fā)好的單片機(jī)產(chǎn)12 12 品。開發(fā)單片機(jī)控制系統(tǒng)屬于底層開發(fā)，而設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)是在產(chǎn)品的單片機(jī)控制系統(tǒng)上進(jìn)行二次開發(fā)。 單片機(jī)控制系統(tǒng)適合于家電產(chǎn)品、智能化的儀器儀表、玩具和批量生產(chǎn)的控制器產(chǎn)品等場合使用；而 PLC 控制系統(tǒng)適合在單片機(jī)電氣控制系統(tǒng)、工業(yè)控制領(lǐng)域的制造業(yè)自動化和過程中使用。 設(shè)計開發(fā)一個單片機(jī)控制系統(tǒng)，需要先設(shè)計硬件系統(tǒng)，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(jìn)行硬件調(diào)試，進(jìn)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(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；而 PLC 不必操心內(nèi)部的計算機(jī)系統(tǒng)是否可靠和他們的抗干擾能力，軟件設(shè)計使用工業(yè)編程語言，相對來說比較簡單。進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試時，因為有好的工程工具幫助，所以非常容易。 ． 2 具體構(gòu)成 自動門系統(tǒng)的具體組成如下圖： 由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測到人體或物體信號時將信號傳給PLC,PLC 根據(jù)已經(jīng)采集的信號發(fā)出控制信號，是驅(qū)動裝置運行，通過傳動裝置帶動自動門的運行。 自動門的機(jī)械傳機(jī) 構(gòu)設(shè)計 13 13 在本課題設(shè)計的自動門針對人流較多的商場，應(yīng)對周圍環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，所以在本課題的自動門機(jī)械傳動設(shè)計中考慮了以下幾個方面： ，軌道，門機(jī)，皮帶，吊掛件等。 ，使得安裝很簡單。 ：驅(qū)動電機(jī)采用 64V 直流電動機(jī)，功率大，可調(diào)性強(qiáng)。 ：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形式正懸掛，解決了側(cè)擺得問題，從而確保了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側(cè)密封毛刷，形成密封式導(dǎo)軌，避免積塵對導(dǎo)軌及滑輪的磨損，實現(xiàn)了維護(hù)方便的特點。 ：采用特殊的尼龍滑輪，強(qiáng)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(shè)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(tǒng)的硬件設(shè)計 PLC 的選擇 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需要的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估計輸入輸出點數(shù)、所需存儲器的容量、確定 PLC 的功能、外 部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 （ 1） 輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，在增加 10%到 20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點對輸入輸出點數(shù)進(jìn)行圓整。14 14 根據(jù)估算的方法故本課題的 I/O 點數(shù)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(yīng)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(shè)計階段，由于用戶程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，須在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)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(nèi)存容量的估算沒有固定的形式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 10到 15倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16位為一個字），另外再按次數(shù)的 25%考慮余量。因此本課題的 PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)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(jù)本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)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(shù)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(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切 換到運行模式， CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在編程方式： CPU和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 五種標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。選用的編程語15 15 言應(yīng) 遵守標(biāo)準(zhǔn)（ IEC6113123），同時，還應(yīng)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(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)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(jìn)行診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 (4)機(jī)型的選擇 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊兩類型型，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)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(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型 PLC 的 I/0點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；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(tǒng)控制的 I/0 點數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 b 經(jīng)濟(jì)的考慮 選擇 PLC時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、 投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。點當(dāng)數(shù)增加到一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點數(shù)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(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。本課題所設(shè)計的自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮因此選用整體型 PLC。 （ 5）對 PLC 響應(yīng)時間的要求 對于多數(shù)場合， PLC 的相應(yīng)時間基本上能滿足控制要求。響應(yīng)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?jīng)Q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(dāng)有此類信號輸入時需要選用掃描速度高的 PLC 或快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。 16 16 綜合以上因素，本課題的設(shè)計采用德國西門子公司生產(chǎn)的 CPU224 小型 PLC來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。 驅(qū)動裝置的選型 自動門的驅(qū)動器是自動門能否良好工作的保障。在本設(shè)計中是運用直流無刷電機(jī)。直流無刷電機(jī)功率密度高，噪音極小、調(diào)速性能好，即具備交流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便