【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 后修改起來十分不便。而采用 PLC 控制 ,由于其靠軟件實(shí)現(xiàn)控制，硬件線路非常簡(jiǎn)潔，并為模塊化積木式結(jié) 構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量 (輸入輸出點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存大小 ) 等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。由于用軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。因?yàn)?PLC 是通過程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強(qiáng)制和仿真的功能，故 程序 的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。 6)體積小，維護(hù)操作方便 PLC 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 PLC 的輸入輸自動(dòng)門禁控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 9 出系統(tǒng)能夠直觀地反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)信 號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、 I／ 0 點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等。對(duì)此均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。 可編程序控制器的分類 可編程序控制器是由現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要而產(chǎn)生的，可編程序控制器的分類也必然要符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。一般來說可以從三個(gè)角度對(duì)可編程序控制器進(jìn)行分類。其一是從可編程序控制器的控制規(guī)模大小去分類，其二是從可編程序控制器的性能高低去分類，其三是從可編程序控制器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)去分類 [1]。 (1) 按控制規(guī) 模分類 可編程序控制器可以分為大型機(jī)、中型機(jī)和小型機(jī)。 ? 小型機(jī) 小型機(jī)的控制點(diǎn)一般在 256 點(diǎn)之內(nèi) ,適合于單機(jī)控制或小型系統(tǒng)的控制。 ? 中型機(jī) 中型機(jī)的控制點(diǎn)一般不大于 2048 點(diǎn) ,可用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接控制，還可以對(duì)多個(gè)下一級(jí)的可編程序控制器進(jìn)行監(jiān)控，它適合中型或大型控制系統(tǒng)的控制。 ? 大型機(jī) 大型機(jī)的控制點(diǎn)一般大于 2048 點(diǎn) ,不僅能完成較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。它不僅可用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接控制，還可以對(duì)多個(gè)下一級(jí)的可編程序控制器進(jìn)行監(jiān)控 [1]。 (2) 按控制性能分類 可編程序控 制器可以分為高檔機(jī)、中檔機(jī)和低檔機(jī)。 ? 低檔機(jī) 這類可編程序控制器，具有基本的控制功能和一般的運(yùn)算能力。工作速度比較低，能帶的輸入和輸出模塊的數(shù)量比較少。比如，日本 OMRON 公司生產(chǎn)的 C60P就屬于這一類。 ? 中檔機(jī) 這類可編程序控制器，具有較強(qiáng)的控制功能和較強(qiáng)的運(yùn)算能力。它不僅能完自動(dòng)門禁控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 10 成一般的邏輯運(yùn)算，也能完成比較復(fù)雜的三角函數(shù)、指數(shù)和 PID運(yùn)算。工作速度比較快，能帶的輸入輸出模塊的數(shù)量也比較多，輸入和輸出模塊的種類也比較多。比如，德國 SIEMENS 公司生產(chǎn)的 S7300就屬于這一類。 ? 高檔機(jī) 這 類可編程序控制器，具有強(qiáng)大的控制功能和強(qiáng)大的運(yùn)算能力。它不僅能完成邏輯運(yùn)算、三角函數(shù)運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)算和 PID 運(yùn)算，還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。工作速度很快，能帶的輸入輸出模塊的數(shù)量很多，輸入和輸出模塊的種類也很全面。這類可編程序控制器可以完成規(guī)模很大的控制任務(wù)。在聯(lián)網(wǎng)中一般做主站使用 [1]。 (3) 按結(jié)構(gòu)去劃分 ? 整體式 整體式結(jié)構(gòu)的可編程序控制器把電源、 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 系統(tǒng)都集成在一個(gè)單元內(nèi)，該單元叫做基本單元。一個(gè)基本單元就是一臺(tái)完整的 PLC。控制點(diǎn)數(shù)不符合需要時(shí)，可再接擴(kuò)展單元。整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是 非常緊湊、體積小、成本低、安裝方便。 ? 組合式 組合式結(jié)構(gòu)的可編程序控制器是把 PLC 系統(tǒng)的各個(gè)組成部分按功能分成若干個(gè)模塊，如 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。其中各塊功能比較單一，模塊的種類卻日趨豐富。 圖 2 組合式和整體式 PLC示意圖 ? 疊裝式 疊裝式結(jié)構(gòu)集整體式結(jié)構(gòu)的緊湊、體積小、安裝方便和組合式結(jié)構(gòu)的 I/O點(diǎn)搭配靈活、安裝整齊的優(yōu)點(diǎn)于一身。它也是由各個(gè)單元的組合構(gòu)成。其特點(diǎn)是自動(dòng)門禁控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 11 CPU 自成獨(dú)立的基本單元（由 CPU 和一定的 I/O 點(diǎn)組成），其它 I/O模塊為擴(kuò)展單元。在安裝時(shí)不 用基板，僅用電纜進(jìn)行單元間的聯(lián)接，各個(gè)單元可以一個(gè)個(gè)地疊裝。使系統(tǒng)達(dá)到配置靈活、體積小巧。 可編程序控制器的組成與工作過程 可編程序控制器的組成 ? 中央處理單元（ CPU） CPU 主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 CPU是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的 方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 ? 存儲(chǔ)器單元 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器 ? 電源單元 可編程邏輯控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重 要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去 ? 輸入輸出單元 1．現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 自動(dòng)門禁控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 12 2．現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 ? 功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊 ? 通訊模塊 如以太網(wǎng)、 RS48 ProfibusDP 通訊模塊等 PLC 最主要的方式是周期掃描方式及工作原理。 周期掃描方式可以細(xì)分成下面幾個(gè)過程： ? 上電處理過程， PLC 上電后，要進(jìn)行上電的初始化處理。占用的時(shí)間為 T0 。 ? 共同處理過程，共同處理的主要任務(wù)是復(fù)位監(jiān)視計(jì)時(shí)器、檢查 I/O 總線、檢查掃描周期、檢查程序存儲(chǔ)器。該過程占用的時(shí)間為 T1 。 ? 通訊服務(wù)過程，當(dāng) PLC 和微機(jī)構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)或由 PLC構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要有通訊服務(wù)過程。該過程占用的時(shí)間 為 T2 。 ? 外設(shè)服務(wù)過程當(dāng) PLC 接有外部設(shè)備如編程器、打印機(jī)等，則需要進(jìn)行外設(shè)服務(wù)過程。該過程占用的時(shí)間為 T3 。 ? 程序執(zhí)行過程，該過程用于執(zhí)行用戶程序。從輸入映像區(qū)讀入輸入信息，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算操作，并向輸出映像區(qū)送出控制信息。該過程占用的時(shí)間為 T4。顯然 T4 和 PLC 的速度、用戶程序長短及指令種類有關(guān)。 ? I/O 刷新過程，這個(gè)過程可分為輸入信號(hào)刷新和輸出信號(hào)刷新。輸入信號(hào)刷新為輸入處理過程，輸出信號(hào)刷新為輸出處理過程。該過程占用時(shí)間為 T5。顯然 T5 和可編程序控制器所帶的輸入輸出模塊的種類和點(diǎn) 數(shù)多少有關(guān)?？删幊绦蚩刂破鞯膾呙柚芷?T 和上述各個(gè)過程的關(guān)系錄為： T=T1+T2+T3+T4+T5[2]。 PLC 工作原理 與微機(jī)等待命令的工作方式不同， PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式 。 CPU 從第一條指令開始按指令步序號(hào)作周期性的循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令 ,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期， 自動(dòng)門禁控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 13 一個(gè)掃描周期主要分為三個(gè)階段： 輸入刷新階段 程序執(zhí)行階段 輸出刷新階段 圖 3 PLC工作原理流程圖 由于輸 入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這兩個(gè)階段統(tǒng)稱為 I／ O刷新階段。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和 I／ O 刷新外， PLC還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(cè) (自診斷功能 )并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為 “ 監(jiān)視服務(wù) ” 。一般在程序執(zhí)行后進(jìn)行。掃描周期的長短主要取決于程序的長短。 由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次 I／ 0 刷新，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象。這對(duì) 于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)不但不會(huì)造成影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。但對(duì)于控制 時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以 減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯 . 自動(dòng)門禁控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 14 S7200 PLC 系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架由成系統(tǒng)的 CPU模塊和豐富的擴(kuò)展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動(dòng)化控制需求。 S7200除具有 PLC 基本的控制功能外，更在如下方面具有獨(dú)到之處。 功能強(qiáng)大的指令集 指令內(nèi)容包括 位 邏輯指令、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算指令、 PID 指令、字符串指令、時(shí)鐘指令，以及和智能模塊配合的專用指令等。 豐富強(qiáng)大的通訊功能 S7200 提供了近 10種通訊方式以滿足不同的應(yīng)用需求，從簡(jiǎn)單的 S7200 之間的 通訊到 S7200通過 PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)通訊，甚至到 S7200通過以太網(wǎng)通訊。在聯(lián)網(wǎng)需要已日益成為必需的今天，強(qiáng)大的通訊無疑會(huì)使 S7200 為更多的用戶服務(wù)?？梢哉f， S7200 的通訊功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了小型 PLC 的整體通訊水平。 編程軟件的易用性 STEP7MICRO/WIN32 編程軟件為用戶提供了開發(fā)、編輯和監(jiān)控的良好編程環(huán)境。全中文的界面、中文的在線幫助信息、 WINDOWS 的界面網(wǎng)絡(luò)以及豐富的編程向?qū)?，能使用戶快速進(jìn)入狀態(tài)，得心應(yīng)手 。 關(guān)于 PLC 的時(shí)間滯后問題 輸入 /輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指 PLC 部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至 它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間這三部分組成。 輸入模塊的 RC 濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長短，其典型值為 10ms 左右。輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在 10ms 左右；雙向晶閘管型輸出電路在負(fù)載通電時(shí)的滯后時(shí)間約 為 1ms，負(fù)載由通電到斷電時(shí)的最大滯后時(shí)間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間一般在 1ms 以下。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長可達(dá)兩個(gè)多掃描周期。 PLC 總的響應(yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十 ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。自動(dòng)門禁控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 15 要求輸入輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的 PLC或采取其他措施。 為了確保 PLC 在任何情況下都能正常無誤地工作，一般情況下，輸入信號(hào)的脈沖寬度必須大于一個(gè)掃描周期 T。還應(yīng)該注意