【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性能和質(zhì)量要求最高的是在使用頻率極高的大型公共區(qū)域，那么那自動(dòng)門(mén)自動(dòng)控制功能要求最高的對(duì)進(jìn)出人員進(jìn)行選擇的非公共區(qū)域。門(mén)禁系統(tǒng)是對(duì)入門(mén)授權(quán)的識(shí)別。在識(shí)別或檢測(cè)入門(mén)授權(quán)通過(guò)以后，向自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)提供開(kāi)門(mén)信號(hào)。在提供開(kāi)門(mén)信號(hào)之前，自動(dòng)門(mén)必須處于鎖門(mén)的狀態(tài)。門(mén)禁系統(tǒng)包括從最簡(jiǎn)單的鑰匙開(kāi)關(guān)，密碼鎖，磁卡鎖。一直到復(fù)雜的體重識(shí)別系統(tǒng)，指紋識(shí)別系統(tǒng)等。但無(wú)論系統(tǒng)怎樣復(fù)雜，最終都是給自動(dòng)門(mén)提供開(kāi)門(mén)的觸點(diǎn)信號(hào)。 信號(hào)電路的屏蔽對(duì)避免由于無(wú)關(guān)信號(hào)的干擾而誤開(kāi)門(mén)的情況發(fā)生非常重要。 3. 對(duì)自動(dòng)門(mén)的要求就是解鎖動(dòng)作與開(kāi)門(mén)動(dòng)作之間的協(xié)調(diào)。應(yīng)用于自動(dòng)平移門(mén)的電子鎖有鎖皮帶的電磁鎖和鎖門(mén)體吊掛件的電動(dòng)鎖兩種。后者用于重型自動(dòng)平移門(mén)，自動(dòng)平開(kāi)門(mén)的電子鎖有電磁門(mén)吸，電子插銷(xiāo)鎖和電子開(kāi)門(mén)器，電子開(kāi)門(mén)器又稱(chēng)陰鎖。作用力方向不影響門(mén)的開(kāi)啟動(dòng)作，不易發(fā)生誤操作。還有一種帶觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的機(jī)械鎖，使鎖與開(kāi)關(guān)結(jié)合，鎖不處于開(kāi)鎖狀態(tài)，觸點(diǎn)就不能接觸，不可能發(fā)生誤操作。 4. 集中控制。集中控制的概念包括集中監(jiān)視自動(dòng)門(mén)運(yùn)行狀態(tài)和集中操作多個(gè)自動(dòng)門(mén)兩 層含義，集中監(jiān)視自動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)狀態(tài)可以通過(guò)位置信號(hào)翰出電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以采用接觸式開(kāi)關(guān)，當(dāng)門(mén)到達(dá)一定位置（如開(kāi)啟位置）時(shí)，觸動(dòng)開(kāi)關(guān)而給出觸點(diǎn)信號(hào)。也可以采用感應(yīng)式信號(hào)發(fā)生裝置，當(dāng)感應(yīng)器探測(cè)到門(mén)處于某一位置時(shí)發(fā)出信號(hào)。在中控室設(shè)置相應(yīng)的指示燈，就可以顯示自動(dòng)門(mén)的狀態(tài)，而集中操作通常指同時(shí)將多個(gè)門(mén)打開(kāi)或鎖住，這取決于自動(dòng)門(mén)控制器上有無(wú)相應(yīng)的接線(xiàn)端子。 9 第三章 PLC 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 可編程控制器（ Programmable Controller 簡(jiǎn)稱(chēng) PLC）。 PLC 是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī) 技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來(lái)取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)?？删幊炭刂破骶哂心芰?qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的主要手段和重要的自動(dòng)化控制設(shè)備。由于 PLC 在自動(dòng)化控制中的種種優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛的引用于自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)中。 PLC 的概述 由于 PLC 在不斷發(fā)展，因此，對(duì)它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)經(jīng)過(guò)四年的調(diào)查工作，于 1980 年正式將可編程序控制器命名為 PC(Programmable Controller)，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC（ Personal Computer）相區(qū)別，常將可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)為 PLC，并給 PLC 作了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器、數(shù)字的或模擬的輸入 /輸出接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程的 自動(dòng)化控制裝置。 1982 年，國(guó)際電工委員會(huì) (International Electrical Committee， IEC)頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿， 1985 年提交了第 2 稿，并在 1987 年的第 3 稿 中對(duì) PLC 作了如下的定義：“ PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！? 上述的定義表明， PLC 是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過(guò)程、面向用戶(hù)的 “ 自 然語(yǔ)言 ”編程的一種簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。 PLC 的主要功能及特點(diǎn) PLC 的主要功能 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛、最基本的場(chǎng)合。它的主要功能是完成開(kāi)關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。 2. 模擬控制 （ A/D 和 D/A 控制） 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，許多連續(xù)變化的需要進(jìn)行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。過(guò)去， PLC 長(zhǎng)于邏輯運(yùn)算控制，對(duì)于模擬量的控制主要靠?jī)x表或分布式控制系統(tǒng)，目前大部分 PLC 產(chǎn)品 都具備處理這類(lèi)模擬量的功能，而且編程和使用方便。 3. 定時(shí) /計(jì)數(shù)控制 PLC 具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶(hù)提供數(shù)十甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。對(duì)10 于定時(shí)器，定時(shí)間隔可以由用戶(hù)加以設(shè)定；對(duì)于計(jì)數(shù)器，如果需要對(duì)頻率較高的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可以選擇高速計(jì)數(shù)器。 4. 步進(jìn)控制 PLC 為用戶(hù)提供了一定數(shù)量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步進(jìn)控制功能。 5．運(yùn)動(dòng)控制 在機(jī)械加工行業(yè)，可編程序控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。 6. 數(shù)據(jù)處理 大部分 PLC 都具有不同程度的 數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等操作，有些 PLC 還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算。 7. 通信聯(lián)網(wǎng) PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。 8. 擴(kuò)展功能 擴(kuò)展功能是指通過(guò)連接輸入輸出擴(kuò)展單元 (即 I/O 擴(kuò)展單元 )模塊來(lái)增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過(guò)附加各種智能單元及特殊功能單元來(lái)提高 plc 的控制功能。 PLC 的特點(diǎn) PLC 能如此迅速發(fā)展的 原因，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。其主要特點(diǎn)如下： 1. 可靠性高 可靠性指的是可編程控制器平均無(wú)故障工作時(shí)間。由于可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)?？删幊绦蚩刂破饕驯粡V大用戶(hù)公認(rèn)為是最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 2. 控制功能強(qiáng) 一臺(tái)小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶(hù)使用的編程元件，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制 功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價(jià)格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制與集中管理。 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶(hù)選用，用戶(hù)能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。可編程序控制器的安裝接線(xiàn)也很方便，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。11 硬件配置確定后，可以通過(guò)修改用戶(hù)程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 、簡(jiǎn)單 梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程語(yǔ)言，其電 路符號(hào)、表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語(yǔ)言形象、直觀、簡(jiǎn)單、易學(xué)，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶(hù)程序。 、安裝、調(diào)試周期短 可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線(xiàn)工作量大大減少，縮短了施工周期。可編程序控制器的用戶(hù)程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將 PLC 控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝和接線(xiàn)，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，大大縮短了設(shè)計(jì)和 投運(yùn)周期。 可編程序控制器體積小、重量輕、功耗低、抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前以 PLC 作為控制器的 CNC 設(shè)備和機(jī)器人裝置已成為典型。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) PLC 總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成發(fā)展、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1. 向小型化、專(zhuān)用化、低成本方向發(fā)展。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價(jià)格，使得 PLC 結(jié)構(gòu)更為緊湊，相當(dāng)于一本精裝本書(shū)的大小，操作使用十分方 便。 PLC 的功能不斷增加，將原來(lái)大、中型 PLC 才有的功能部分移植到小型 PLC 上。 2. 向大容量、高速度方向發(fā)展 大型 PLC 采用多微處理系統(tǒng)，有的采用了 32 位微處理器，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理功能。另外，存儲(chǔ)榮來(lái)那個(gè)大大增加。 3. 智能型 I/O 模塊的發(fā)展 智能型 I/O 模塊是以微處理器和存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的 CPU 與 PLC 的主 CPU并行工作，占用主 CPU 的時(shí)間很少，有利于提高 PLC 的掃描速度。 4. 基于 PC 的編程軟件取代編程器 隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來(lái) 越多的用戶(hù)使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上模塊的型號(hào)、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。 5. 與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比， PLC 的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開(kāi)放的。在硬件方面，各廠(chǎng)家的 CPU 模塊和 I/O 模塊互不通用。 PLC 的編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)方12 式也不一致，因此各廠(chǎng)家的可編程控制器互不兼容。為了解決這一問(wèn)題， IEC 制定了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有 5 種編程語(yǔ)言，允許編程者在同一程序中使用多種語(yǔ)言，這種編程能 夠選擇不同的語(yǔ)言來(lái)適應(yīng)特殊的工作。 6. PLC 通信的易于化 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它與個(gè)人計(jì)算機(jī)的其它智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制。 7. 組態(tài)軟件與 PLC 的軟件化 個(gè)人計(jì)算機(jī) (PC)的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交流的功能。 8. PLC 與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)相結(jié)合 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) I/O 與 PLC 可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)的 DCS 系統(tǒng)。 9. 開(kāi)發(fā)新型特殊功能模塊 I/O 組建可以提高 PLC 的智能化、高密集度和增大處理能力。 10. CPU 的處理速度進(jìn)一步加快 目前， PLC 的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，其高的 CPU 也不過(guò) 80486，將來(lái)會(huì)全面用64 位的 RISC 芯片，采用多 CPU 進(jìn)行處理、分時(shí)處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門(mén)陣列電路固化，這樣可使 PLC 的處理速度達(dá)到納秒級(jí)。 PLC 的組成與基本結(jié)構(gòu) PLC 是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物， PLC 也是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過(guò)它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的輸入 /輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語(yǔ)言，具有更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此， PLC 是一種工業(yè)控制用的 專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，它的實(shí)際組成與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 PLC 的硬件系統(tǒng) PLC 的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)（如圖 31）、輸入 /輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。 主機(jī)電源微 處 理 器 ( C P U )運(yùn)算器控制器輸入單元存儲(chǔ)器E P R O M( 系 統(tǒng) 程 序 )RAM( 用 戶(hù) 程 序 )外設(shè)I /O接口I /O擴(kuò)展接口用戶(hù)輸入設(shè)備輸出單元用戶(hù)輸出設(shè)備I /O擴(kuò)展接口P L C 或 上 位 計(jì) 算 機(jī)圖 形 監(jiān) 控 系 統(tǒng)E P R O M 寫(xiě)入器打印機(jī)盒 式 磁 帶 機(jī)編程器外部設(shè)備 圖 31 PLC的硬件系統(tǒng) 13 PLC 的軟件系統(tǒng) PLC 的軟件系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)程序和用戶(hù)程序。 PLC 的工作原理及在自動(dòng)門(mén)中的應(yīng)用 PLC 的工作原理 可編程控制器是一種專(zhuān)用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其工作原理與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理基本相同。 PLC 是采用周期循環(huán)掃描的工作方 式， CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶(hù)程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱(chēng)為掃描。 CPU 對(duì)用戶(hù)程序的執(zhí)行過(guò)程是 CPU 的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來(lái)完成的。一個(gè)掃描周期（工作周期）主要分為以下幾個(gè)階段： 1. 輸入采樣掃描階段 這是第一個(gè)集中批處理過(guò)程，在這個(gè)階段中， PLC 按順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號(hào)，不論輸入端子上是否接線(xiàn)， CPU 順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號(hào)寫(xiě)到輸入映像寄存器中，在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶(hù)程序用到的輸入信號(hào)的狀態(tài)（ ON 或 OFF）均從輸入映像寄存器中去讀取，不管此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀 態(tài)是否變化。即使此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對(duì)于這種采集輸入信號(hào)的批處理，雖然嚴(yán)格上說(shuō)每個(gè)信號(hào)被采集的時(shí)間有先有后，但由于 PLC 的掃描周期很短，這個(gè)差異對(duì)一般工程應(yīng)用可忽略，所以可以認(rèn)為這些采集到的輸入信息是同時(shí)的。 2. 執(zhí)行用戶(hù)程序掃描階段 是第二個(gè)集中批處理過(guò)程，在執(zhí)行用戶(hù)程序階段， CPU 對(duì)用戶(hù)程序按順序進(jìn)行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左至右的順序進(jìn)行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不 是直接使用現(xiàn)場(chǎng)的立即輸入信號(hào)。對(duì)其他信息，則是從 PLC 的元件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶(hù)程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫(xiě)入元件映像寄存器中，對(duì)輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫(xiě)入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對(duì)數(shù)字量 I/O 指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量 I/O 指令進(jìn)行處理，在掃描周期的各個(gè)部分，均