目 录摘 要 1第 1 章 可编程序控制器的结构及基本工作原理 6 1.1 PLC 的产生和特点及其应用方向 6 1.1.1 PLC 的发展史 6 1.2 可编程序控制器的功能特点 7 1.2.1 逻辑功能介绍 7 1.2.2 PLC 的主要特点 8 1.3 PLC 的应用和发展前趋势 9 1.3.1 PLC 的发展趋势 9 1.4 可编程控制器的结构和基本工作原理 10 1.4.1 PLC 的基本结构 10 1.4.2 PLC 的工作原理 14第 2 章 自动门控制的发展 16 2.1 自动门控制系统的特点 16 2.1.1 自动门控制系统的发展与组成 16第 3 章 自动门控制装置的设计 18 3.1 自动门控制装置的硬件组成 18 3.1.1 自动门控制装置的硬件组成 18 3.1.2 硬件电路继电器接触控制 18 3.3 光电开关控制电路原理 22 3.3.1 光电开关介绍 22 3.3.2 光电开关控制电路原理图 22 3.4 行程开关限位开关的工作原理 23 3.5 功能器件的基本工作原理 23 3.5.1 自动感应门机的基本工作原理 23第 4 章自动门的控制原理 26 4.1 自动门的工作原理 26 4.1.1 自动门的工作原理的梯形图 26 4.1.2 自动门工作原理说明 264.1.3 梯形图转换 294.1.4 自动门工作的逻辑图 304.1.5 PLC 控制输出输入接线 324.1.6 自动门的程序指令图 33参考文献 36致 谢 37 第1章 可编程序控制器的结构及基本工作原理 1.1 PLC 的产生和特点及其应用方向 1.1.1 PLC 的发展史 1、PLC 的起源 PLC 是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自 1836 年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪 60 年代末，它不断吸收微电脑技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务 。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对流程迅速、频繁变更的需求，PLC 技术出现并快速发展。 PLC 之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC 的下端输入端为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。 可编程序控制器（Programmable Logic Controller），简称 PLC，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。 20 世纪 60 年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈，为了适应工艺不断更新的需要，在1968 年美国通用汽车公司（GM）首先公开招标，对控制系统提出的具体要求基本为：a 它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单成本低。b它能把计算机的功能和继电器控制系统结合起来。但编程要比计算机简单易学、操作方便。c系统通用性强。1969 年美国数字设备公司（DEC）根据上述要求，研制出**上**台 PLC，并在 GM 公司汽车线上****试用成功，实现了的自动化。其后日本、德国等相继引入，可编程序控制器迅速发展起来，但是主要应用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称 PLC。其定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC 的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功 所以又简称 PC能， ， （PROGRAMMABLE CONTROLLER）但是为了不和 PERSONAL COMPUTER混淆，仍习惯称为 PLC。目前 PLC 已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展，并且现今已出现 SOFTPLC，更是 PLC 领域无限的发展前景。 目前，PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的 PLC 从*初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及 PID 回路调节等功能的现代 PLC。但是，仍然沿用着顺序扫描、程控等基本模式及CPU通信I/O 的基本结构。 1.2 可编程序控制器的功能特点 1.2.1 逻辑功能介绍 1． 逻辑控制 PLC 具有逻辑运算功能，能够进行与、或、非等逻辑运算，可以代替继电器进行开关量控制，故它可替代继电器进行开关量控制。 2． 定时控制 为满足控制工艺对时间的要求，PLC 一般提供时间继电器，如 FX1S提供 T0—T63 共 64 个计时器。并且计时时间常数在范围内用户编写程序时自己设定：接通延时、关断延时和定 时脉冲等方式。并且在 PLC 运行中也可以读出、修改，使用方便。 3． 计数控制 为满足计数的需要，不同的 PLC 提供不同数量、不同类型的计数器。如FX1S 提供 16 位增量计数 C0—C15 、 （一般用） C16—C31 ， （保持用） 32 位高速可逆计数器 C235—C245（单相单输入）、C246—C250（单相双输入）、C251—C255（双相双输入）共 26 个定时器。用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测，且在 PLC 运行中也可以读出、修改，使用方便 4． 步进顺序控制 步进顺序控制是 plc *基本的控制方式。是为有时间或运行顺序的过程专门设置的指令，在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台 PLC可作为多部步进控制器使用。 5．对控制系统的监控 PLC 具有较强的监控能力，操作人员可以根据 PLC 的监控信息，通过监控命令，可以监视系统的运行状态，从而改变对异常值的设定。 6． 数据处理 PLC 具有较强的数据处理能力，随着 PLC 的发展，已经能对大量的数据进行快速处理。如基本数学运算、比较、对字节的运算、PID 运算、滤波、数据采集、存储与处理功能等。 7． 通信和联网 现代 PLC 大多数都采用了通信、网络技术，有 RS232 或 RS485 接口，可进行远程 I/O 控制，多台 PLC 可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。 在系统构成时，可由一台计算机与多台 PLC 构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的 SCADA 系统，现场端和远程端也可以采用 PLC 作现场机。 8．输入/输出接口调理功能 具有 A/D、D/A 转换功能，通过 I/O 模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。 9．人机界面功能 提供操作者以监视机器 、过程工作必需的信息。允许操作者和 PLC系统与其应用程序相互作用，以便作出决策和调整。实现人机界面功能的手段：从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的 CRT 显示与键盘操作和用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 1.2.2 PLC 的主要特点 可编程序控制器是属于存储程序控制的一种装置，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能作修改，在很大程度上只须改变软件指令即可，使得硬件软件化。因此它在工业控制中的地位越来越高，占有极其重要的地位，*重要的原因是它具有如下独特的特点： 1． 可靠性高 PLC 是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰、精选元件的措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性较高。PLC是以集成电路为基本单元的电子设备，内部处理不依赖于接点，元件的寿命长，平均无故障工作时间高。PLC 的 MTBF 一般在 40000～50000h 以上，有的在 1020 万 h，且均有完善的自诊断功能。 2．编程简单易学 PLC 的**特点之一，就是采用易学易懂的梯形图语言，它是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，形成一套**风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言。编程方便，控制具有极大灵活性。方便电气人员在了解 PLC 工作原理和它的编程技术后，就可迅速地结合实际需要进行应用设计，进而将 PLC 用于实际控制系统中。 3．通用性强，使用方便 由于 PLC 自身硬件特点，用户在进行控制系统的设计时，不需要自己设计和制作硬件装置，只需要根据控制要求进行模块的配置；用户所作的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改程序，就能变更控制功能；与外围设备的连接方便，通讯协议标准。 4．系统设计周期短 由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要求配置适当的模块，而不要设计具体的接口电路，同时软件设计和外围电路设计可以同时进行，这样大大缩短了整个系统设计的时间，加快了系统的设计周期。 5．对工艺改变适应性强 其控制功能是通过软件编程来实现的，当工艺改变时，在很大程度上只需改变用户程序，这对现代化的小批量 、多品种产品的尤其适合；功能强大，现今 plc 已经朝着嵌入式系统发展，将进入日常生活中。 6．安装简单、调试方便、维护工作量小 PLC 控制系统的安装接线工作量比继电器控制系统少得多，只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 口相连。PLC 软件设计和调试大部分可以在实验室模拟进行，模拟调试好后再将 PLC 控制系统进行现场联机调试，方便省时。其本身可靠性高，有完善的自诊断能力和系统监控能力，方便迅速故障查明和排除，维护的工作效率高。 7．适应工业环境 ： PLC 的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。这是 PLC 产品的市场生存价值。 8. 结构形式多样，模块化组合灵活。有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统。*少的 PLC 只有 6 点，而 AB 的 ControlLogix 系统的容量达 128000 点。 9.与 DCS 相比，价格低。 集散系统 DCS 从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能，满足快速大量数据处理要求。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。PLC 是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。PLC 在自身发展同时，也在吸收 DCS 系统的优点。PLC 在过程控制的发展将是与现场总线技术结合，发展向下拓展功能，开放总线。 10.当前 PLC 产品紧跟现场总线的发展潮流。 1.3 PLC 的应用和发展前趋势 1.3.1 PLC 的发展趋势 PLC 的应用是基于其以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点，因而在制造、冶金、能源、交通、化工、电力等领域有着广泛的应用，成为现代工业控制的支柱之一。 根据这些特点，可将其应用形式归纳为以下几种：开关量逻辑控制 、模拟量控制、过程控制、定时和计数控制、顺序控制；、数据处理、通信和联网。 现代 PLC 的发展有两个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展，即现今开始发展的嵌入式 PLC 控制方式；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。 1、大型网络化 主要是朝 DCS 方向发展，使其具有 DCS 系统的一些功能。网络化和通信能力强是 PLC 发展的一个重要方面，向下可将多个 PLC、I/O 框架相连；向上与工业计算机、以太网、MAP 网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。 2、多功能 随着自调整、步进电机控制、位置控制、 使 伺服控制等模块的出现， PLC控制领域更加宽广。 如研制出了多回路闭环控制模块、步进电机控制模块、仿真模块和通信处理模块等。并为用户提供了方便的人机界面，用户程序多级口令保护，极强的计算性能，完善的指令集，通过工业现场总线 PROFIBUS 以及以太网联网的网络能力，强劲的内部集成功能，**的故障诊断功能；模块式结构可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进电机和直流电机；快速的指令处理大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅度降低了成本。 3、高可靠性 由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。PLC 即使在恶劣、不稳定的工作环境下，坚固、全密封的模板依然可正常工作，在操作运行过程中模板还可热插拔。 4、市场占有率 1987 年** PLC 的销售额为 25 亿美元，此后每年以 20左右的速度递增。进入 90 年代以来，** PLC 的年平均销售额在 55 亿美元以上，其中我国约占 1。当前，PLC在国际市场上已成为****的工业控制畅销产品，用 PLC 设计自动控制系统已成为**潮流。 1.4 可编程控制器的结构和基本工作原理 PLC 由于其自身的特点，在工业的各个领域拥有了愈来愈广泛的应用。而作为 PLC 的用户，要正确地应用 PLC 去完成各种不同的控制任务，首先应了解其组成结构和工作原理。 1.4.1 PLC 的基本结构 可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是 PLC 实施控制的两个基本点，同时物理实现也是 PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以 PLC 采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC 的基本结构如图 1-1 所示： 图 1-1 1、中央处理单元CPU 中央处理单元 CPU是 PLC 的控制核心。它按照 PLC系统程序赋予的功能：a. 接收并存储从用户程序和数据；b.检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式采集现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象寄存区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算并将结果送入 I/O 映象寄存区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，**将 I/O 映象寄存区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环直到停止运行。 为了进一步提高 PLC 的可靠性，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 2、存储器 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储.