自动门控制系统硬件介绍

第二章自动门控制系统硬件介绍2.1 可编程程序控制器（PLC）2.1.1 PLC的定义可编程控制器（Programmable Controller）简称PC，但个人计算机（Personal Computer）也简称PC，为了区别，人们仍习惯称可编程控制器为PLC（Programmable Logical Controller）。

国际电工委员会（International Electrical Committee）于1987年颁布了可编程控制器的标准及其定义：“可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Pro grammable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

控制器和被控对象连接方便。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青昧，因而在冶金、化工、交通、电力等诸多领域获得广泛的应用，与机器人、CAD/CAM一起，被称为现代工业控制的三大支柱。

可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

2.1.2 PLC的产生背景可编程控制器是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备，在其早期主要应用于开关量的逻辑控制。

l 987年国际电工技术委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）颁布的PLC标准草案对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

在可编程控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。

这种由继电器构成的控制系统存在明显的缺点，尤其是对生产工艺多变的系统适应性较差。

1968年，美国通用汽车公司（GM）根据市场形势与生产发展的需要，为了完成“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略，提出了研制新型逻辑顺序控制装置来取代继电器控制装置。

第2年，美国数字设备公司（DEC）就研制出了第一台PLC，将其应用于美国通用汽车自动装配生产线上，并取得了极大的成功。

此后随着计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的不断进步，PLC也迅速发展起来。

PLC初创阶段的代表产品有MODICON公司的084、AB公司的PDQIl、DEC的PDP．14和日立公司的SCY．022等。

该时期PLC产品的主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、逻辑运算、定时和计数等。

它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，在I／O接口电路上做了改进以适应工业控制现场的要求，它的控制功能比较简单。

在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式——梯形图。

而通用汽车公司（GM）公司为了适应生产工艺不断更新的需求，从用户角度提出了新一代控制器应具备的10项指标：(1)编程方便可现场修改程序(2)维修方便采用模块化结构(3)可靠性高于继电器控制装置(4)体积小于继电器控制组装置(5)具有数据通信功能数据可直接送入计算机管理(6)成本可与继电器控制系统竞争(7)输入可为市电(8)输出可为市电容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等(9)易于扩展扩展时原系统改变最小(10)用户存储器大于4KB根据这10项指标，美国数字设备公司(DEC 公司)于1969年研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上使用成功，可编程控制器自此诞生。

气候美国的莫迪康（MODICON）公司也推车了084控制器；1971年，日本推出了DSC-8控制器；1973年，西欧各国的可编程控制系也相继研制成功；我国于1974年开始研制可编程控制器，并于1977年开始工业应用。

2.1.3 PLC发展历史自第一台可编程控制器问世以来，可编程控制器的发展与计算机技术、自动控制技术、半导体技术及通信技术等高新技术的发展是紧密相关的。

这些技术的每次革新，都会给可编程控制器带来功能和特性的新变化，使得可编程控制器技术的与飞速发展。

目前，可编程控制器以实现从“单片机控制自动化——生产线控制自动化——全厂生产自动化”的三级解决方案，成为工业自动化的核心控制设备。

回顾可编程控制器的发展历程，大致可划分为4个阶段。

(1) 从1969年到20世纪70年代中期这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和技术技术运算其中央处理器由中小规模数字集成电路组成存储器为此信存储器，控制功能比较简单。

典型产品有莫迪康公司的084、ALLEN-BRADLEY(AB)公司的PDQ 2等。

由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此，被称为可编程序逻辑控制器（PLC）。

(2) 20世纪70年代中期到80年代初期这一阶段可编程控制器的CPU采用微车力气，存储器采用半导体存储器，不仅整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实现了对模拟量的控制。

可编程控制器的名称碎屑为PC，但为了于个人计算机的名称缩写PC相区别，通常还把可编程控制器简称为PLC。

(3) 20世纪80年代初期到90年代初期这一阶段由于16位，32位微处理器的出现和应用，PLC向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展，形成了多种系列化产品，出现了结构紧凑、功能强大、性能价格比搞的新一代产品，并出现多种不同性能的分布式网络系统，在功能上，PLC具有了数学运算、数据采集和处理、运动控制、闭环控制、联网通信等功能，而且随着应用领域的不断迅速扩大，PLC已成为构成生产过程自动控制系统的主要设备。

在此期间，国际电工委员会颁布了PLC标准，似的PLC向标准化发展。

典型产品有罗克韦尔自动化公司的PLC-2系列、PLC-3系列，西门子公司的SYMATIC S5系列等。

(4) 20世纪90年代至今这一阶段PLC继续得到快速发展，系统在网络通信、热备冗余方面都有了长足的进步，成为了一种功能强大的、成熟的控制系统。

同时，通信从各厂家的自称系统逐步向开放的、统一的和通用的标准网络结构发展，如控制层的控制网、设备网和现场总线、管理层的以太网等。

产品系列不断丰富，互通功能得到了较大的发展，系统性能日趋可靠、完善。

同时，还捉不采用了符合IEC61131-3标准的程序设计语言，增加了高级编程语言等，似的各种生产数据采集和信息系统管理的视线变得容易、直接。

这是，PLC已不是单纯意义上的可编程控制器了，而是一种完全的过程系统。

典型产品有罗克韦尔自动化公司的PLC-5系列、Control-Logix系列，西门子公司的SYMATIC S7系统，莫迪康公司的Quantum系列等。

2.1.4 PLC的特点PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，有其显著的特点。

(1) 可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。

由于触点接触不良，容易出现故障。

PL C用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

(2) 硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。