【文章內(nèi)容簡介】 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，那么那自動門自動控制功能要求最高的對進(jìn)出人員進(jìn)行選擇的非公共區(qū)域。門禁系統(tǒng)是對入門授權(quán)的識別。在識別或檢測入門授權(quán)通過以后，向自動門的控制系統(tǒng)提供開門信號。在提供開門信號之前，自動門必須處于鎖門的狀態(tài)。門禁系統(tǒng)包括從最簡單的鑰匙開關(guān)，密碼鎖，磁卡鎖。一直到復(fù)雜的體重識別系統(tǒng)，指紋識別系統(tǒng)等。但無論系統(tǒng)怎樣復(fù)雜，最終都是給自動門提供開門的觸點(diǎn)信號。 信號電路的屏蔽對避免由于無關(guān)信號的干擾而誤開門的情況發(fā)生非常重要。 3. 對自動門的要求就是解鎖動作與開門動作之間的協(xié)調(diào)。應(yīng)用于自動平移門的電子鎖有鎖皮帶的電磁鎖和鎖門體吊掛件的電動鎖兩種。后者用于重型自動平移門，自動平開門的電子鎖有電磁門吸，電子插銷鎖和電子開門器，電子開門器又稱陰鎖。作用力方向不影響門的開啟動作，不易發(fā)生誤操作。還有一種帶觸點(diǎn)開關(guān)的機(jī)械鎖，使鎖與開關(guān)結(jié)合，鎖不處于開鎖狀態(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)視自動門運(yùn)行狀態(tài)和集中操作多個(gè)自動門兩 層含義，集中監(jiān)視自動門開門關(guān)門狀態(tài)可以通過位置信號翰出電路來實(shí)現(xiàn)，可以采用接觸式開關(guān)，當(dāng)門到達(dá)一定位置（如開啟位置）時(shí)，觸動開關(guān)而給出觸點(diǎn)信號。也可以采用感應(yīng)式信號發(fā)生裝置，當(dāng)感應(yīng)器探測到門處于某一位置時(shí)發(fā)出信號。在中控室設(shè)置相應(yīng)的指示燈，就可以顯示自動門的狀態(tài)，而集中操作通常指同時(shí)將多個(gè)門打開或鎖住，這取決于自動門控制器上有無相應(yīng)的接線端子。 9 第三章 PLC 控制系統(tǒng)簡介 可編程控制器（ Programmable Controller 簡稱 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、編程簡單等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的主要手段和重要的自動化控制設(shè)備。由于 PLC 在自動化控制中的種種優(yōu)勢，因此被廣泛的引用于自動門系統(tǒng)中。 PLC 的概述 由于 PLC 在不斷發(fā)展，因此，對它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)經(jīng)過四年的調(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稱為 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)過程的 自動化控制裝置。 1982 年，國際電工委員會 (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 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器，用來在其內(nèi)部存儲執(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，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(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)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的 “ 自 然語言 ”編程的一種簡單易懂、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、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(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。過去， PLC 長于邏輯運(yùn)算控制，對于模擬量的控制主要靠儀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，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。對10 于定時(shí)器，定時(shí)間隔可以由用戶加以設(shè)定；對于計(jì)數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進(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)展功能是指通過連接輸入輸出擴(kuò)展單元 (即 I/O 擴(kuò)展單元 )模塊來增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高 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，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(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。可編程序控制器已被廣大用戶公認(rèn)為是最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 2. 控制功能強(qiáng) 一臺小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，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^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選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。11 硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 、簡單 梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程語言，其電 路符號、表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象、直觀、簡單、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言，并用來編制用戶程序。 、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、接線工作量大大減少，縮短了施工周期。可編程序控制器的用戶程序可以在實(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)場進(jìn)行安裝和接線，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過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 PLC 總的發(fā)展趨勢是向高集成發(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)于一本精裝本書的大小，操作使用十分方 便。 PLC 的功能不斷增加，將原來大、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)了過程控制和數(shù)據(jù)處理功能。另外，存儲榮來那個(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 越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對 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、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放的。在硬件方面，各廠家的 CPU 模塊和 I/O 模塊互不通用。 PLC 的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)方12 式也不一致，因此各廠家的可編程控制器互不兼容。為了解決這一問題， IEC 制定了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有 5 種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種語言，這種編程能 夠選擇不同的語言來適應(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)場總線相結(jié)合 現(xiàn)場總線 I/O 與 PLC 可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)的 DCS 系統(tǒng)。 9. 開發(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 80486，將來會全面用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)程序用門陣列電路固化，這樣可使 PLC 的處理速度達(dá)到納秒級。 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)，只不過它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的輸入 /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器E P R O M( 系 統(tǒng) 程 序 )RAM( 用 戶 程 序 )外設(shè)I /O接口I /O擴(kuò)展接口用戶輸入設(shè)備輸出單元用戶輸出設(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)程序和用戶程序。 PLC 的工作原理及在自動門中的應(yīng)用 PLC 的工作原理 可編程控制器是一種專用的工業(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)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。 CPU 對用戶程序的執(zhí)行過程是 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，不論輸入端子上是否接線， CPU 順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號寫到輸入映像寄存器中，在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶程序用到的輸入信號的狀態(tài)（ ON 或 OFF）均從輸入映像寄存器中去讀取，不管此時(shí)外部輸入信號的狀 態(tài)是否變化。即使此時(shí)外部輸入信號的狀態(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，對于這種采集輸入信號的批處理，雖然嚴(yán)格上說每個(gè)信號被采集的時(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)行用戶程序掃描階段 是第二個(gè)集中批處理過程，在執(zhí)行用戶程序階段， CPU 對用戶程序按順序進(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)場的立即輸入信號。對其他信息，則是從 PLC 的元件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對數(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