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洛陽(yáng)理工學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
填表時(shí)間： 2009年 3月 2日 （指導(dǎo)教師填表）
學(xué)生
姓名
邵朋
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
06機(jī)電
1班
指導(dǎo)
教師
趙秀婷
課題
類(lèi)型
軟件工程
題目
基于PLC的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
主要
研究
內(nèi)容
1.PLC的特點(diǎn)及主要功能
2.硬件電路設(shè)計(jì)
3.軟件程序設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)要求和主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
1.用PLC控制倉(cāng)庫(kù)大門(mén)的自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉，
以便讓車(chē)輛進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)。
2.按要求的格式獨(dú)立撰寫(xiě)8000-15000字的說(shuō)明書(shū)
3.查閱到10篇以上與題目相關(guān)的文獻(xiàn).
進(jìn)度
計(jì)劃
第5-6周：查閱收集資料，擬訂設(shè)計(jì)方案。翻譯科技文獻(xiàn)一篇。
第7周：擬定畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃，寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告。
第8-14周：深入課題研究，撰寫(xiě)論文，論文初稿輸入。
第15周：畢業(yè)論文初稿打印，修改成文并打印整理裝訂。
主要
參考
文獻(xiàn)
1、《可編程控制技術(shù)》 王國(guó)海 北京中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社
2、《電器控制與PLC應(yīng)用》范永勝 中國(guó)電力出版社
3、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先 北京北學(xué)工業(yè)出版社
4、《PLC可編程控制器教程》尹宏業(yè) 航空工業(yè)出版社.1997
5、《可編程控制器系統(tǒng)原理、應(yīng)用及維護(hù)》 清華大學(xué)出版社.
指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽字： 年 月 日
洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
基于PLC的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
近年來(lái)，隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，各種大型建筑物如賓館酒樓、各類(lèi)醫(yī)院、大型商場(chǎng)大廈、高檔寫(xiě)字樓、娛樂(lè)設(shè)施以及倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所不斷興建，在這些場(chǎng)所中，自動(dòng)門(mén)的應(yīng)用越來(lái)越普及，越來(lái)越廣。與此同時(shí)，對(duì)自動(dòng)門(mén)技術(shù)性能也提出了更高的要求，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)對(duì)此非常重視，即將啟用我國(guó)自動(dòng)門(mén)技術(shù)設(shè)計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步加強(qiáng)自動(dòng)化門(mén)的行業(yè)技術(shù)規(guī)范。國(guó)內(nèi)自動(dòng)門(mén)廠家發(fā)展迅速，市場(chǎng)潛力大，但隨著自動(dòng)門(mén)市場(chǎng)的快速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的性能價(jià)格比要求越來(lái)越高。本論文通過(guò)討論倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的組成，闡述可編程控制器（PLC）在自動(dòng)門(mén)控制中的應(yīng)用，采用三菱PLC編程的程序控制方式，提出了倉(cāng)庫(kù)卷簾式自動(dòng)門(mén)的PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過(guò)程、組成，列出了具體的主要硬件電路、自動(dòng)門(mén)的控制梯形圖。并在分析、處理隨機(jī)信號(hào)邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了PLC的編程方法，設(shè)計(jì)了一套完整的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)方案。
關(guān)鍵詞：PLC，自動(dòng)門(mén)，標(biāo)準(zhǔn)化
PLC-BASED CONTROL DESIGN OF THE AUTOMATIC DOOR SYSTEM
ABSTRACT
In recent years, develop with the city construction high speed, the large-scale various building builds, in these lieu if the guesthouse wineshop , hospital of all kinds , large-scale market edifice , top grade office building , lieu such as recreation facilities and storehouse are ceaseless, the automatic door application is more and more universal , more and more broad. Meanwhile, the function has also brought forward higher call for to automatic door technology , Chinese engineering construction has standardized an association attaching great importance to here , has started using the national standard that our country automatic door technology designs soon , has reinforced the automation door industry technical code further. The automatic door manufacturer is expanding by leaps and bounds in the homeland , the market potential is big, the marketplace develop rapidly , the function price ratio call for to the product are more and more high but with automatic door. The thesis passes the made up of discussing storehouse automatic door navar's , set forth programming controller (PLC) application in controlling in automatic door , adopt Mitsubishi PLC programming program control way, the PLC navar population design plan having brought forward dyadic storehouse rolling curtain automatic door , the ladder diagram having designed process , made up of , having listed concrete main hardware circuit , the automatic door controlling. Have brought forward the PLC programming method , have designed that a set of entire automatic door controls system scheme and on the basis analysing , handling random signal logical relation's.
KEY WORDS：PLC，Automatic door，Standardization
目 錄
前 言 1
第1章 PLC概述 2
1.1 PLC的產(chǎn)生及定義 2
1.2 PLC的特點(diǎn) 3
1.3 PLC的主要功能 5
1.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理 6
1.5 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 10
第2章 硬件電路設(shè)計(jì) 12
2.1 PLC的設(shè)備要求 12
2.2硬件的可靠性 14
2.3 PLC的編程語(yǔ)言 14
2.4 PLC的機(jī)型選擇 15
2.5 I/O口的分配及PLC控制外部接線圖 17
第3章 軟件程序設(shè)計(jì) 19
3.1倉(cāng)庫(kù)大門(mén)PLC控制梯形圖 19
3.2動(dòng)作說(shuō)明 19
結(jié) 論 21
謝 辭 22
參考文獻(xiàn) 23
外文資料翻譯 24
31
前 言
在倉(cāng)庫(kù)、超級(jí)市場(chǎng)、公共建筑、銀行及醫(yī)院等入口，經(jīng)常使用自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)。早期的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，已逐漸被淘汰。PLC控制自動(dòng)門(mén)由于具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。本論文介紹了PLC控制倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)門(mén)的一種方案。希望通過(guò)這次設(shè)計(jì)能夠熟練使用三菱FX系列可編程控制器的編程軟件，掌握可編程控制器軟件程序的設(shè)計(jì)思路和梯形圖的設(shè)計(jì)方法；能夠掌握三菱FX系列可編程控制器程序的應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試、監(jiān)控、運(yùn)行方法；能過(guò)通過(guò)課程設(shè)計(jì)而熟練掌握數(shù)據(jù)的查詢(xún)（圖書(shū)、網(wǎng)絡(luò)），PLC課程所獲知識(shí)在工程設(shè)計(jì)工作中綜合地加以應(yīng)用，使理論知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。
其設(shè)計(jì)任務(wù)是用PLC控制倉(cāng)庫(kù)大門(mén)的自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉，以便讓車(chē)輛進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)。本系統(tǒng)用兩種不同的傳感器檢測(cè)車(chē)輛。控制要求如下：
1. 在操作面板上設(shè)有SB1和SB2兩個(gè)常開(kāi)按鈕，其中SB1用來(lái)啟動(dòng)大門(mén)控制系統(tǒng)，SB2用于停止大門(mén)控制系統(tǒng)。
2. 用超聲波接受開(kāi)關(guān)檢測(cè)是否有車(chē)輛要進(jìn)入大門(mén)。當(dāng)本單位的車(chē)輛駛近大門(mén)時(shí)，車(chē)上發(fā)出特定編碼的超聲波，被門(mén)上的超聲波接收器識(shí)別，輸出邏輯“1”信號(hào)，則開(kāi)啟大門(mén)。
3. 用光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)車(chē)輛是否已進(jìn)入大門(mén)。光電開(kāi)關(guān)由發(fā)射頭和接收頭兩部分組成，發(fā)射頭發(fā)出特定頻譜的紅外光束，由接收頭加以接收。當(dāng)紅外光束被車(chē)輛遮住時(shí)，接收頭輸出邏輯“1”；當(dāng)紅外光束未被車(chē)輛遮住時(shí)，接收頭輸出邏輯“0”。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到車(chē)輛已進(jìn)入大門(mén)時(shí)，則關(guān)閉大門(mén)。
4. 門(mén)的上限裝有限位開(kāi)關(guān)SQ1，門(mén)的下限裝有限位開(kāi)關(guān)SQ2.
5. 門(mén)的上下運(yùn)動(dòng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，開(kāi)門(mén)接觸器KM1閉合時(shí)門(mén)打開(kāi)，關(guān)門(mén)接觸器KM2閉合時(shí)門(mén)關(guān)下。
第1章 PLC概述
1.1 PLC的產(chǎn)生及定義
20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器,定時(shí)器,接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng).由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易掌握,價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿(mǎn)足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤(pán)就要更換，所以通用性和靈活性較差.
20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)的汽車(chē)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車(chē)型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開(kāi)展系統(tǒng)重新配置.為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司公開(kāi)向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車(chē)流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來(lái)是：
1. 編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序
2. 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)
3. 可靠性高于繼電器控制裝置
4. 體積小于繼電器控制盤(pán)
5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)
6. 成本可與繼電器控制盤(pán)競(jìng)爭(zhēng)
7. 輸入可以是交流150V以上
8. 輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等
9. 擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小
10.用戶(hù)存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車(chē)裝配過(guò)程的需要）
十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。
美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可遍程序控制器極其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。
定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。
定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶(hù)的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。
1.2 PLC的特點(diǎn)
1. 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好
PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個(gè)方面：
（1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采
用光電耦合器來(lái)傳遞信號(hào)。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對(duì)于PLC的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。
（2）濾波：這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出
電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效抑制。
（3）對(duì)內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)
供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。
（4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、watchdog（“看門(mén)狗”）等電路，一旦
發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了警戒時(shí)鐘（WDT）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循 環(huán)），立即報(bào)警，以保證CPU可靠運(yùn)行。
（5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶(hù)程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)，并
采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。
（6）對(duì)用戶(hù)程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信
息不丟失。
（7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。
（8）以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過(guò)程不依賴(lài)于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可
靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。
2. 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)
PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。
3. 編程方便，易于使用
PLC是面向用戶(hù)的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能 和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類(lèi)似，這種編程語(yǔ)言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。
4. 功能完善
PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。
5. 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、的周期短
用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫(huà)出電氣原理圖，然后畫(huà)出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，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。
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/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過(guò)各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
7. 易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化
PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
8. 可實(shí)現(xiàn)三電一體化
PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。
1.3 PLC的主要功能
1. 條件控制功能
條件控制（或稱(chēng)邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
2. 定時(shí)/記數(shù)控制功能
定時(shí)/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。
3. 數(shù)據(jù)處理功能
數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。
4. 步進(jìn)控制功能
步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。
5. 運(yùn)動(dòng)控制功能
運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過(guò)高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運(yùn)動(dòng)控制。
6. 過(guò)程控制功能
過(guò)程控制功能是指通過(guò)PLC的PID控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。
7. 擴(kuò)展功能
擴(kuò)展功能是指通過(guò)連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來(lái)增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過(guò)附加各種智能單元及特殊功能單元來(lái)提高PLC的控制功能。
8. 遠(yuǎn)程I/O功能
遠(yuǎn)程I/O功能是指通過(guò)I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)、傳出輸出信號(hào)。
1.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理
1. PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
目前PLC種類(lèi)繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。
如圖1-1所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見(jiàn)，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。
圖1-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖
2. PLC各部分的作用
（1）中央處理器
CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱(chēng)為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下：
① 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。
② 采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC寄存器中。
③ 按用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。
④ 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。
⑤ 應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。
（2）存儲(chǔ)器
PLC的存儲(chǔ)器分為兩大部分：
一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來(lái)存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。
二大部分是用戶(hù)存儲(chǔ)器，包括用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
（3）輸入輸出接口電路
PLC通過(guò)輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過(guò)PLC的輸入端子接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。
（4）電源
PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿(mǎn)足PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。
（5）輸入輸出I/O擴(kuò)展接口
若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿(mǎn)足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過(guò)此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。
3. PLC的基本工作原理
PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶(hù)程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。PLC的掃描全過(guò)程如圖1-2所示。
（1）輸入刷新階段
在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫(xiě)入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。
（2）程序執(zhí)行階段
在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶(hù)輸入的控制程序，從第一條開(kāi)始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。
（3）輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過(guò)一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。
圖1-2 PLC的掃描全過(guò)程
顯然掃描周期的長(zhǎng)短主要取決與程序的長(zhǎng)短。掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見(jiàn)，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會(huì)發(fā)生變化。這對(duì)于一般的開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是完全允許的，不但不會(huì)造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會(huì)大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對(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)滯后等不良影響。
1.5 PLC的發(fā)展趨勢(shì)
PLC總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1. 向小型化、專(zhuān)用化、低成本方向發(fā)展
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價(jià)格，使PLC結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一本精裝書(shū)的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來(lái)大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。
2. 向大容量、高速度方向發(fā)展
大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲(chǔ)容量大大增加。
3. 智能型I/O模塊的發(fā)展
智能型I/O模塊是以微處理器和存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。
4. 基于PC的編程軟件取代編程器
隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來(lái)越多的用戶(hù)使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對(duì)PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上模塊的型號(hào)、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。
5. PLC編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化
與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開(kāi)放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問(wèn)題，IEC制定了可遍程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語(yǔ)言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語(yǔ)言，這使編程能夠選擇不同的語(yǔ)言來(lái)適應(yīng)特殊的工作。
6. PLC通信的易用化
PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制。
7. 組態(tài)軟件與PLC的軟件化
個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。
8. PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合
現(xiàn)場(chǎng)總線I/O與PLC可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)的DCS系統(tǒng)。
9. 開(kāi)發(fā)新型特殊功能模塊
I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。
10.CPU的處理速度進(jìn)一步加快
目前，PLC的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，其高的CPU也不過(guò)80486，將來(lái)會(huì)全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進(jìn)行處理、分時(shí)處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門(mén)陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級(jí)。21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
第2章 硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 PLC的設(shè)備要求
1. PLC的構(gòu)成
從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
2. CPU的構(gòu)成
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(hù)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(lái)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(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶(hù)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。
在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。
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，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。
3. I/O模塊
PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。
常用的I/O分類(lèi)如下：
開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量：按信號(hào)類(lèi)型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。
4. 電源模塊
PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。
5. 底板或機(jī)架
大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。
6. PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備
編程設(shè)備：編程器是PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。
人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
7. PLC的通信聯(lián)網(wǎng)
依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說(shuō)法。
PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。
2.2 硬件的可靠性
PLC是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的PLC能置于有很強(qiáng)的電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。
在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡(jiǎn)化安裝，使它易于抗振動(dòng)沖擊，對(duì)印制電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨(dú)特的方式。例如，在輸入/輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，用提高了抗干擾性能；各個(gè)I/O端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號(hào)；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線插拔、調(diào)試時(shí)不會(huì)影響各機(jī)的正常運(yùn)行。
由于PLC本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入/輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、電磁電機(jī)等外圍裝置上。
2.3 PLC的編程語(yǔ)言
PLC提供了較完整的編程語(yǔ)言，以適應(yīng)PLC在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用編程語(yǔ)言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變繼電器的硬接線線路，這就是所謂的“可編程序”。程序由編程器送到PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，它也能方便地讀出、檢查與修改。
PLC提供的編程語(yǔ)言通常由三種：梯形圖、功能圖、及布爾邏輯編程。
梯形圖(Ladder Programming)是應(yīng)用最廣的，梯形圖編程有時(shí)稱(chēng)為繼電器梯形圖邏輯圖編程。它使用的最廣是因?yàn)樗鸵酝睦^電器控制線路很接近。梯形圖是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，它與電氣操作原理相呼應(yīng)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是形象、直觀和實(shí)用，為廣大電氣技術(shù)人員所熟知。PLC的梯形圖與電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號(hào)和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的時(shí)內(nèi)部繼電器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，都是由軟件實(shí)現(xiàn)的，其主要特點(diǎn)為使用方便、修改靈活。
2.4 PLC的機(jī)型選擇
1. PLC機(jī)型的選擇步驟與原則
隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類(lèi)也越來(lái)越多。不同型號(hào)的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。
PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。
2. PLC機(jī)型的選擇
PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿(mǎn)足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：
（1）合理的結(jié)構(gòu)型式
PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。
整體式PLC的每一個(gè)I／O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小,一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便,在I／O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I／O模塊的種類(lèi)等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。
（2）安裝方式的選擇
PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I／O式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I／O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I／O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I／O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I／O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。
（3）相應(yīng)的功能要求
一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿(mǎn)足。
對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A／D和D／A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。
對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。
（4）響應(yīng)速度要求
PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿(mǎn)足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I(mǎi)／O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。
（5）系統(tǒng)可靠性的要求
對(duì)于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿(mǎn)足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。
3. PLC的容量包括I／O點(diǎn)數(shù)和用戶(hù)存儲(chǔ)容量?jī)蓚€(gè)方面
（1）I／O點(diǎn)數(shù)的選擇
PLC平均的I／O點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I／O點(diǎn)的數(shù)量，在滿(mǎn)足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的I／O點(diǎn)最少，但必須留有一定的裕量。通常I／O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10％~15％的裕量來(lái)確定。
（2）存儲(chǔ)容量的選擇
用戶(hù)程序所需的存儲(chǔ)容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，而且還與功能實(shí)現(xiàn)的方法、程序編寫(xiě)水平有關(guān)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的程序員和一個(gè)初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時(shí)，其程序量可能相差25％之多，所以對(duì)于初學(xué)者應(yīng)該在存儲(chǔ)容量估算時(shí)多留裕量。
PLC的I／O點(diǎn)數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在I／O點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲(chǔ)容量后，再加20％~30％的裕量。存儲(chǔ)容量（字節(jié)）＝開(kāi)關(guān)量I／O點(diǎn)數(shù)×10 ＋ 模擬量I／O通道數(shù)×100。另外，在存儲(chǔ)容量選擇的同時(shí)，注意對(duì)存儲(chǔ)器的類(lèi)型的選擇。
綜上考慮：對(duì)于倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)門(mén)的設(shè)計(jì)，加上我對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)，選擇三菱FX2N—16MR型，完全能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，操作簡(jiǎn)單很適合初學(xué)者。
2.5 I/O口的分配及PLC控制外部接線圖
1. 倉(cāng)庫(kù)大門(mén)控制I/O點(diǎn)分配
表2-1 倉(cāng)庫(kù)大門(mén)控制I/O點(diǎn)分配
輸入電器
輸入點(diǎn)
輸出電器
輸出點(diǎn)
啟用大門(mén)控制系統(tǒng)按鈕SB1
X0
開(kāi)門(mén)接觸器KM1
Y1
停用大門(mén)控制系統(tǒng)按鈕SB2
X1
關(guān)門(mén)接觸器KM2
Y2
超聲波開(kāi)關(guān)
X2
光電開(kāi)關(guān)
X3
門(mén)上限位開(kāi)關(guān)SQ1（常開(kāi)）
X4
門(mén)下限位開(kāi)關(guān)SQ2（常開(kāi)）
X5
2. PLC控制外部接線圖
圖2-1 PLC控制外部接線圖
第3章 軟件程序設(shè)計(jì)
3.1 倉(cāng)庫(kù)大門(mén)PLC控制梯形圖
圖3-1 PLC控制梯形圖
3.2 動(dòng)作說(shuō)明
按下啟用大門(mén)控制系統(tǒng)按鈕SB1，輸入繼電器X0接通，內(nèi)部輔助繼電器M1接通并自鎖，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，允許大門(mén)做升降運(yùn)動(dòng)。當(dāng)有車(chē)輛駛近大門(mén)時(shí)，超聲波開(kāi)關(guān)接通，輸入繼電器X2接通，輸出繼電器Y1接通并自鎖，開(kāi)門(mén)接觸器KM1接通，電機(jī)驅(qū)動(dòng)大門(mén)打開(kāi)。當(dāng)門(mén)開(kāi)啟到頂碰到上限位行程開(kāi)關(guān)SQ1時(shí)，SQ1閉合，輸入繼電器X4常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，輸出繼電器Y1斷開(kāi)，開(kāi)門(mén)接觸器KM1斷開(kāi)，大門(mén)停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)車(chē)輛前端進(jìn)入大門(mén)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)輸出邏輯“1”，輸入繼電器X3閉合。當(dāng)車(chē)輛后端進(jìn)入大門(mén)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)輸出邏輯“0”，輸入繼電器X3斷開(kāi)。經(jīng)下降沿微分后，內(nèi)部輔助繼電器M2接通一個(gè)掃描周期，使輸出繼電器Y2接通并自鎖，關(guān)門(mén)接觸器KM2接通，電機(jī)驅(qū)動(dòng)大門(mén)關(guān)閉。當(dāng)門(mén)關(guān)閉到底碰到下限位行程開(kāi)關(guān)SQ2時(shí)，SQ2閉合，輸入繼電器X5常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，輸出繼電器Y2斷開(kāi)，關(guān)門(mén)接觸器KM2斷開(kāi)，大門(mén)停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)按下停用大門(mén)控制系統(tǒng)按鈕SB2，輸入繼電器X1常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，內(nèi)部輔助繼電器M1斷開(kāi)，其常開(kāi)觸點(diǎn)均斷開(kāi)。從而阻止輸出繼電器Y1和Y2的接通，因此大門(mén)不會(huì)運(yùn)動(dòng)。
結(jié) 論
通過(guò)這次設(shè)計(jì)有一種很深的感觸，就是我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)是非常必要的！因?yàn)樵O(shè)計(jì)我學(xué)習(xí)掌握了很多以前所不懂的知識(shí)，熟悉了三菱的編程軟件。為我們以后從事相應(yīng)的工作打下了一個(gè)良好基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)完成我得出幾個(gè)結(jié)論如下：
1. 經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)PLC的掌握進(jìn)一步的增強(qiáng)，加深了對(duì)PLC的理解，并對(duì)PLC產(chǎn)生了濃厚的興趣，但是我也深深地知道自己的不足之處，比如說(shuō)對(duì)應(yīng)用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序復(fù)雜程度。
2. 大多在學(xué)習(xí)過(guò)程中不能想通的問(wèn)題，在PLC調(diào)試過(guò)程中，終于得以解決。可以看出它對(duì)理論教學(xué)起到了必要的補(bǔ)充和拓寬作用，對(duì)培養(yǎng)既具有扎實(shí)理論功底又具有相當(dāng)實(shí)踐能力的人才必不可少。
3. 在這次的設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)PLC在工業(yè)控制中的作用很大，它能使人的控制轉(zhuǎn)變成電腦的控制，大大地降低了產(chǎn)品的成本，很大地提高生產(chǎn)效率。
4. 在此畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我還發(fā)現(xiàn)到修改完善程序的重要性。當(dāng)時(shí)編完一個(gè)程序后感覺(jué)是正確的，即使如此還要仔細(xì)檢查自己的程序?？紤]到各種可能發(fā)生的情況。
總之,這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程鍛煉了我們的設(shè)計(jì)能力以及全面的考慮問(wèn)題能力。學(xué)習(xí)的過(guò)程是枯燥的但是收獲成功的喜悅更是讓人激動(dòng)的。相信這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)產(chǎn)生積極的影響。希望以后在這方面的設(shè)計(jì)先有一些實(shí)例的操作，然后再進(jìn)行編程設(shè)計(jì)會(huì)有更好的效果。
謝 辭
隨著的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人民生活水平及要求的提高，PLC控制電器在人們生活中逐漸扮演著重要角色。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，更讓我了解了PLC的產(chǎn)生、發(fā)展以及它的重要性。
由于以前學(xué)習(xí)的不足，更沒(méi)注重實(shí)踐的應(yīng)用。因此，在這次親身設(shè)計(jì)中也遇到了不少問(wèn)題和困惑。設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然有一些理論知識(shí)的欠缺，以及查閱資料中也碰到部分不了解、甚至教材中未提及的知識(shí)。這些都要通過(guò)自己的二次學(xué)習(xí)與了解，以及在老師與同學(xué)的幫助下，才得以設(shè)計(jì)的繼續(xù)進(jìn)行。然而，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，更加認(rèn)識(shí)到只有理論知識(shí)的學(xué)習(xí)而沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，設(shè)計(jì)也是很難完成。只有不斷查找實(shí)例、不斷向老師和同學(xué)請(qǐng)教討論、不斷地將理論與實(shí)踐較好的結(jié)合，才能更快更好地進(jìn)行。
通過(guò)設(shè)計(jì)，確實(shí)學(xué)習(xí)到了很多東西，在工作學(xué)習(xí)的細(xì)心上也得到了很大提高。并且，更了解了有關(guān)可編程控制器的功能。我選擇這個(gè)設(shè)計(jì)，也正彌補(bǔ)了以前學(xué)習(xí)上的不足。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，不管是從老師、同學(xué)那還是通過(guò)自己的努力都學(xué)到了很多東西。老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的教學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我受益匪淺。她無(wú)論在理論上還是實(shí)踐中，都給予了我很大的幫助，使我得到不少的提高，這對(duì)于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有著很大的幫助。
總之，經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，使自己在各方面都有了很大提高，自己更會(huì)珍惜這次設(shè)計(jì)為我所帶來(lái)的任何收獲。另外，在此對(duì)那些幫助過(guò)我的同學(xué)，以及悉心指導(dǎo)我的老師表示感謝。因?yàn)樗麄兊膮⑴c和幫助，才使我順利地完成設(shè)計(jì)，也正是他們的參與才使我懂得團(tuán)結(jié)合作的力量。
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外文資料翻譯
原文：
MACHINABILITY
The machinability of a material usually defined in terms of four factors:
1. Surface finish and integrity of the machined part;
2. Tool life obtained;
3. Force and power requirements;
4.Chip control.
Thus, good machinability good surface finish and integrity, long tool life, and low force And power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.
Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.
1. Machinability Of Steels
Because steels are among the most important engineering materials, their machinability has been studied extensively. The machinability of steels has been mainly improved by adding lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.
Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganese sulfide inclusions (second-phase particles), which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and are small; this improves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as tellurium and selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.
Phosphorus in steels has two major effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels can be difficult to machine, with built-up edge formation and poor surface finish. The second effect is that increased hardness causes the formation of short chips instead of continuous stringy ones, thereby improving machinability.
Leaded Steels. A high percentage of lead in steels solidifies at the tip of manganese sulfide inclusions. In non-resulfurized grades of steel, lead takes the form of dispersed fine particles. Lead is insoluble in iron, copper, and aluminum and their alloys. Because of its low shear strength, therefore, lead acts as a solid lubricant (Section 32.11) a