【文章內(nèi)容簡介】 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)由主機系統(tǒng)（如圖 ）、輸入 /輸出擴展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。 圖 21 PLC 硬件主機系統(tǒng)圖 PLC 的工作原理 可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計算機，其 工作原理與計算機控制系統(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，并用周期性的地集中采樣、集中輸出的方式來完成。一個掃描周期（工作周期）主要成分為以下幾個階段： 這是第一個集中批處理過程， PLC 按順序逐個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)是否 變化。即使此時外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個掃描周期的輸入采樣掃描階段去 8 讀取，對于這種采集輸入信號的批處理，雖然嚴格上說每個信號被采集的時間有先有后，但由于 PLC 的掃描周期很短，這個差異對一般工程應(yīng)用可忽略，所以可以認為這些采集到的輸入信息是同時的。 這是第二個集中批處理過程，在執(zhí)行用戶程序階段， CPU 對用戶程序按順序進行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左到右的順序進行掃描，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 的原件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運算的中間結(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 指令進行處理，在掃描周期的各個部分，均可對中斷事件進行響應(yīng)。 在這個階段，除了輸入映像寄存器外，各個元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。 這是第三個集中批處理過程，當(dāng) CPU 對全部用戶程序掃描結(jié) 束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動各輸出繼電器所帶的負載。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 PLC 的基本概念、 PLC 的主要功能及特點、 PLC 的組成與基本結(jié)構(gòu)、PLC 的工作原理四個方面的內(nèi)容。通過對 PLC 的了解，掌握其基本功能，將其運用到自動門控制系統(tǒng)中去。 9 第三章自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 本章從自動門的功能需求、控制要求、系統(tǒng)組成、機械傳動等方面系統(tǒng)介紹了自動門控制系統(tǒng)方案設(shè)計應(yīng)考慮的問題及解決辦法。 自動門的功能需求分析 本設(shè)計面向商場入口的應(yīng)用，需要有安全性和可靠性。根據(jù)商場中對自動門的具體要求，本課題所設(shè)計的自動門應(yīng)由以下功能： 為了便于維護，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。當(dāng)信號采集裝置檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門口且門未關(guān)閉， PLC 動作輸出信號開控制點動機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來開門或者關(guān)門。 當(dāng)自動門出現(xiàn)夾人現(xiàn)象時，可閉合緊急停止開關(guān)，自動門自動進入開門過程。 自動門的控制要求 光電檢測開關(guān) K1 或 K2 時，開門執(zhí)行機構(gòu) KM1動作，電動機正轉(zhuǎn)，到達開門限位開關(guān) K3位置時，電機停止運行。 8秒后，自動進入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu) KM2 被起動，電動機反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門限位開關(guān) K4位置時，電機停止運行。 ，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān) K2或 K1 時，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進入開門程序。 8秒等待時間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關(guān)K2 或 K1時，必須重新開始等待 8 秒后，再自動進入關(guān)門過程，以保 證人員安全通過。 自動門控制系統(tǒng)構(gòu)成 自動門控制系統(tǒng)包含 PLC控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動和手動電動控制方式，此種控制方式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)采用 PLC為控制中心來控制傳動機構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實現(xiàn)門的自動化控制。 自動門的機械傳動機構(gòu)設(shè)計 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)境進行綜合考慮，所以在本課題的自動門機械傳動設(shè)計中考慮了以下幾個方面： ，軌道，門機，皮帶，吊掛件等。 10 組件都為插入式元件，使得安裝很簡單。 ：驅(qū)動電機采用 64V 直流電動機，功率大，可調(diào)性強。 ：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)了維護方便的特點。 5 滑輪：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。 6 皮帶：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。 本章小結(jié) 本章主要是對自 動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計的綜合分析。通過分析為下面的自動門控制系統(tǒng)硬件組成部分提供科學(xué)依據(jù)，確定了各部件的正確選擇。 11 第四章 自動門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 自動門的硬件根據(jù)不同的類型各有不同，此以平移型感應(yīng)門為例子介紹它的硬件，主要有：自動感應(yīng)門主控制器，自動感應(yīng)探測器，自動感應(yīng)門動力馬達，自動感應(yīng)門門扇行進軌道，門扇吊具走輪系統(tǒng)，同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶），自動感應(yīng)門下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。 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)。 （ 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)進行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的 I/O 點數(shù)為輸入14 點，輸出 10 點。 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 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)存的總字數(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。 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。 1） 控制功能 12 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。 2）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)備進行控制，不能進行編程。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 CPU負責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(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，下一掃描周期，主機就根據(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。 3）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(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 1） PLC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