目 錄摘 要 1第 1 章 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及基本工作原理 6 1.1 PLC 的產(chǎn)生和特點(diǎn)及其應(yīng)用方向 6 1.1.1 PLC 的發(fā)展史 6 1.2 可編程序控制器的功能特點(diǎn) 7 1.2.1 邏輯功能介紹 7 1.2.2 PLC 的主要特點(diǎn) 8 1.3 PLC 的應(yīng)用和發(fā)展前趨勢 9 1.3.1 PLC 的發(fā)展趨勢 9 1.4 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和基本工作原理 10 1.4.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 10 1.4.2 PLC 的工作原理 14第 2 章 自動門控制的發(fā)展 16 2.1 自動門控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 16 2.1.1 自動門控制系統(tǒng)的發(fā)展與組成 16第 3 章 自動門控制裝置的設(shè)計(jì) 18 3.1 自動門控制裝置的硬件組成 18 3.1.1 自動門控制裝置的硬件組成 18 3.1.2 硬件電路繼電器接觸控制 18 3.3 光電開關(guān)控制電路原理 22 3.3.1 光電開關(guān)介紹 22 3.3.2 光電開關(guān)控制電路原理圖 22 3.4 行程開關(guān)限位開關(guān)的工作原理 23 3.5 功能器件的基本工作原理 23 3.5.1 自動感應(yīng)門機(jī)的基本工作原理 23第 4 章自動門的控制原理 26 4.1 自動門的工作原理 26 4.1.1 自動門的工作原理的梯形圖 26 4.1.2 自動門工作原理說明 264.1.3 梯形圖轉(zhuǎn)換 294.1.4 自動門工作的邏輯圖 304.1.5 PLC 控制輸出輸入接線 324.1.6 自動門的程序指令圖 33參考文獻(xiàn) 36致 謝 37 第1章 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及基本工作原理 1.1 PLC 的產(chǎn)生和特點(diǎn)及其應(yīng)用方向 1.1.1 PLC 的發(fā)展史 1、PLC 的起源 PLC 是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自 1836 年繼電器問世，人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接，構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀(jì) 60 年代末，它不斷吸收微電腦技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù) 。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn)，以及流程加工行業(yè)（如汽車制造業(yè)）對流程迅速、頻繁變更的需求，PLC 技術(shù)出現(xiàn)并快速發(fā)展。 PLC 之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價(jià)格長壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時間和成本。PLC 的下端輸入端為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們在應(yīng)用它時，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對可編程控制器進(jìn)行操作及編程。 可編程序控制器（Programmable Logic Controller），簡稱 PLC，是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用的工業(yè)自動化控制裝置。 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了適應(yīng)工藝不斷更新的需要，在1968 年美國通用汽車公司（GM）首先公開招標(biāo)，對控制系統(tǒng)提出的具體要求基本為：a 它的繼電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，更改容易，接線簡單成本低。b它能把計(jì)算機(jī)的功能和繼電器控制系統(tǒng)結(jié)合起來。但編程要比計(jì)算機(jī)簡單易學(xué)、操作方便。c系統(tǒng)通用性強(qiáng)。1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)上述要求，研制出**上**臺 PLC，并在 GM 公司汽車線上****試用成功，實(shí)現(xiàn)了的自動化。其后日本、德國等相繼引入，可編程序控制器迅速發(fā)展起來，但是主要應(yīng)用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱 PLC。其定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算順序控制，定時，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC 的功能也越來越強(qiáng)大，更多地具有計(jì)算機(jī)的功 所以又簡稱 PC能， ， （PROGRAMMABLE CONTROLLER）但是為了不和 PERSONAL COMPUTER混淆，仍習(xí)慣稱為 PLC。目前 PLC 已經(jīng)在智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面取得了很好的發(fā)展，并且現(xiàn)今已出現(xiàn) SOFTPLC，更是 PLC 領(lǐng)域無限的發(fā)展前景。 目前，PLC 在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍，使早期的 PLC 從*初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及 PID 回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代 PLC。但是，仍然沿用著順序掃描、程控等基本模式及CPU通信I/O 的基本結(jié)構(gòu)。 1.2 可編程序控制器的功能特點(diǎn) 1.2.1 邏輯功能介紹 1． 邏輯控制 PLC 具有邏輯運(yùn)算功能，能夠進(jìn)行與、或、非等邏輯運(yùn)算，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制，故它可替代繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。 2． 定時控制 為滿足控制工藝對時間的要求，PLC 一般提供時間繼電器，如 FX1S提供 T0—T63 共 64 個計(jì)時器。并且計(jì)時時間常數(shù)在范圍內(nèi)用戶編寫程序時自己設(shè)定：接通延時、關(guān)斷延時和定 時脈沖等方式。并且在 PLC 運(yùn)行中也可以讀出、修改，使用方便。 3． 計(jì)數(shù)控制 為滿足計(jì)數(shù)的需要，不同的 PLC 提供不同數(shù)量、不同類型的計(jì)數(shù)器。如FX1S 提供 16 位增量計(jì)數(shù) C0—C15 、 （一般用） C16—C31 ， （保持用） 32 位高速可逆計(jì)數(shù)器 C235—C245（單相單輸入）、C246—C250（單相雙輸入）、C251—C255（雙相雙輸入）共 26 個定時器。用脈沖控制可以實(shí)現(xiàn)加、減計(jì)數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn)行位置檢測，且在 PLC 運(yùn)行中也可以讀出、修改，使用方便 4． 步進(jìn)順序控制 步進(jìn)順序控制是 plc *基本的控制方式。是為有時間或運(yùn)行順序的過程專門設(shè)置的指令，在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺 PLC可作為多部步進(jìn)控制器使用。 5．對控制系統(tǒng)的監(jiān)控 PLC 具有較強(qiáng)的監(jiān)控能力，操作人員可以根據(jù) PLC 的監(jiān)控信息，通過監(jiān)控命令，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而改變對異常值的設(shè)定。 6． 數(shù)據(jù)處理 PLC 具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，隨著 PLC 的發(fā)展，已經(jīng)能對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理。如基本數(shù)學(xué)運(yùn)算、比較、對字節(jié)的運(yùn)算、PID 運(yùn)算、濾波、數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能等。 7． 通信和聯(lián)網(wǎng) 現(xiàn)代 PLC 大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有 RS232 或 RS485 接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程 I/O 控制，多臺 PLC 可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。 在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計(jì)算機(jī)與多臺 PLC 構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的 SCADA 系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠(yuǎn)程端也可以采用 PLC 作現(xiàn)場機(jī)。 8．輸入/輸出接口調(diào)理功能 具有 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換功能，通過 I/O 模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。 9．人機(jī)界面功能 提供操作者以監(jiān)視機(jī)器 、過程工作必需的信息。允許操作者和 PLC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作出決策和調(diào)整。實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能的手段：從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機(jī)的 CRT 顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個人計(jì)算機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 1.2.2 PLC 的主要特點(diǎn) 可編程序控制器是屬于存儲程序控制的一種裝置，其控制功能是通過存放在存儲器內(nèi)的程序來實(shí)現(xiàn)的，若要對控制功能作修改，在很大程度上只須改變軟件指令即可，使得硬件軟件化。因此它在工業(yè)控制中的地位越來越高，占有極其重要的地位，*重要的原因是它具有如下獨(dú)特的特點(diǎn)： 1． 可靠性高 PLC 是專門為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了多層次抗干擾、精選元件的措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作，運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性較高。PLC是以集成電路為基本單元的電子設(shè)備，內(nèi)部處理不依賴于接點(diǎn)，元件的壽命長，平均無故障工作時間高。PLC 的 MTBF 一般在 40000～50000h 以上，有的在 1020 萬 h，且均有完善的自診斷功能。 2．編程簡單易學(xué) PLC 的**特點(diǎn)之一，就是采用易學(xué)易懂的梯形圖語言，它是以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成一套**風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。編程方便，控制具有極大靈活性。方便電氣人員在了解 PLC 工作原理和它的編程技術(shù)后，就可迅速地結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)，進(jìn)而將 PLC 用于實(shí)際控制系統(tǒng)中。 3．通用性強(qiáng)，使用方便 由于 PLC 自身硬件特點(diǎn)，用戶在進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時，不需要自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只需要根據(jù)控制要求進(jìn)行模塊的配置；用戶所作的工作只是設(shè)計(jì)滿足控制對象的控制要求的應(yīng)用程序。對于一個控制系統(tǒng)，當(dāng)控制要求改變時，只需修改程序，就能變更控制功能；與外圍設(shè)備的連接方便，通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。 4．系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短 由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)任務(wù)僅僅是根據(jù)對象的控制要求配置適當(dāng)?shù)哪K，而不要設(shè)計(jì)具體的接口電路，同時軟件設(shè)計(jì)和外圍電路設(shè)計(jì)可以同時進(jìn)行，這樣大大縮短了整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時間，加快了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期。 5．對工藝改變適應(yīng)性強(qiáng) 其控制功能是通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)工藝改變時，在很大程度上只需改變用戶程序，這對現(xiàn)代化的小批量 、多品種產(chǎn)品的尤其適合；功能強(qiáng)大，現(xiàn)今 plc 已經(jīng)朝著嵌入式系統(tǒng)發(fā)展，將進(jìn)入日常生活中。 6．安裝簡單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小 PLC 控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)少得多，只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 口相連。PLC 軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試大部分可以在實(shí)驗(yàn)室模擬進(jìn)行，模擬調(diào)試好后再將 PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試，方便省時。其本身可靠性高，有完善的自診斷能力和系統(tǒng)監(jiān)控能力，方便迅速故障查明和排除，維護(hù)的工作效率高。 7．適應(yīng)工業(yè)環(huán)境 ： PLC 的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠工作。這是 PLC 產(chǎn)品的市場生存價(jià)值。 8. 結(jié)構(gòu)形式多樣，模塊化組合靈活。有固定式適于小型系統(tǒng)或機(jī)床，組合式適于集控制系統(tǒng)。*少的 PLC 只有 6 點(diǎn)，而 AB 的 ControlLogix 系統(tǒng)的容量達(dá) 128000 點(diǎn)。 9.與 DCS 相比，價(jià)格低。 集散系統(tǒng) DCS 從工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能，滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，特別是有實(shí)時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實(shí)時性強(qiáng)、模型復(fù)雜和計(jì)算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。PLC 是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來，主要用在離散制造、工序控制，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量順序控制方面。PLC 在自身發(fā)展同時，也在吸收 DCS 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。PLC 在過程控制的發(fā)展將是與現(xiàn)場總線技術(shù)結(jié)合，發(fā)展向下拓展功能，開放總線。 10.當(dāng)前 PLC 產(chǎn)品緊跟現(xiàn)場總線的發(fā)展潮流。 1.3 PLC 的應(yīng)用和發(fā)展前趨勢 1.3.1 PLC 的發(fā)展趨勢 PLC 的應(yīng)用是基于其以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，它具有可靠性高、體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡單、靈活通用、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而在制造、冶金、能源、交通、化工、電力等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的支柱之一。 根據(jù)這些特點(diǎn)，可將其應(yīng)用形式歸納為以下幾種：開關(guān)量邏輯控制 、模擬量控制、過程控制、定時和計(jì)數(shù)控制、順序控制；、數(shù)據(jù)處理、通信和聯(lián)網(wǎng)。 現(xiàn)代 PLC 的發(fā)展有兩個主要趨勢：其一是向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)和價(jià)格更低的微小型方面發(fā)展，即現(xiàn)今開始發(fā)展的嵌入式 PLC 控制方式；其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展。 1、大型網(wǎng)絡(luò)化 主要是朝 DCS 方向發(fā)展，使其具有 DCS 系統(tǒng)的一些功能。網(wǎng)絡(luò)化和通信能力強(qiáng)是 PLC 發(fā)展的一個重要方面，向下可將多個 PLC、I/O 框架相連；向上與工業(yè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)、MAP 網(wǎng)等相連構(gòu)成整個工廠的自動化控制系統(tǒng)。 2、多功能 隨著自調(diào)整、步進(jìn)電機(jī)控制、位置控制、 使 伺服控制等模塊的出現(xiàn)， PLC控制領(lǐng)域更加寬廣。 如研制出了多回路閉環(huán)控制模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、仿真模塊和通信處理模塊等。并為用戶提供了方便的人機(jī)界面，用戶程序多級口令保護(hù)，極強(qiáng)的計(jì)算性能，完善的指令集，通過工業(yè)現(xiàn)場總線 PROFIBUS 以及以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能力，強(qiáng)勁的內(nèi)部集成功能，**的故障診斷功能；模塊式結(jié)構(gòu)可用于各處性能的擴(kuò)展，脈沖輸出晶閘管步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)；快速的指令處理大大縮短了循環(huán)周期，并采用了高速計(jì)數(shù)器，高速中斷處理可以分別響應(yīng)過程事件，大幅度降低了成本。 3、高可靠性 由于控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司已將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。PLC 即使在惡劣、不穩(wěn)定的工作環(huán)境下，堅(jiān)固、全密封的模板依然可正常工作，在操作運(yùn)行過程中模板還可熱插拔。 4、市場占有率 1987 年** PLC 的銷售額為 25 億美元，此后每年以 20左右的速度遞增。進(jìn)入 90 年代以來，** PLC 的年平均銷售額在 55 億美元以上，其中我國約占 1。當(dāng)前，PLC在國際市場上已成為****的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品，用 PLC 設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)已成為**潮流。 1.4 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和基本工作原理 PLC 由于其自身的特點(diǎn)，在工業(yè)的各個領(lǐng)域擁有了愈來愈廣泛的應(yīng)用。而作為 PLC 的用戶，要正確地應(yīng)用 PLC 去完成各種不同的控制任務(wù)，首先應(yīng)了解其組成結(jié)構(gòu)和工作原理。 1.4.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 可編程序控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)就是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個變換與以物理實(shí)現(xiàn)。輸入輸出變換、物理實(shí)現(xiàn)可以說是 PLC 實(shí)施控制的兩個基本點(diǎn)，同時物理實(shí)現(xiàn)也是 PLC與普通微機(jī)相區(qū)別之處，其需要考慮實(shí)際控制的需要，應(yīng)能排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實(shí)際控制系統(tǒng)方便使用，所以 PLC 采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由微處理器（CPU）、存儲器（RAM/ROM）、輸入輸出接口（I/O）電路、通信接口及電源組成。PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示： 圖 1-1 1、中央處理單元CPU 中央處理單元 CPU是 PLC 的控制核心。它按照 PLC系統(tǒng)程序賦予的功能：a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù)；b.檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式采集現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象寄存區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算并將結(jié)果送入 I/O 映象寄存區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，**將 I/O 映象寄存區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 2、存儲器 可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件（包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序）的存儲.