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第二章 PLC的概述
2.1 PLC的定义
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。”
定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。
定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”它也是一种计算机，它是专业在工业环境下应用而设计的工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算，顺序运算，定时，计数和算数运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统”联成一体，易于“扩充”。
2.2 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。
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
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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。
20世纪20年代起，人们把各种继电器，定时器，接触器及触电按一定的逻辑关系连接起来，组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电器接触控制系统，由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广。在工业领域控制中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难以实现交复杂的的控制，特别是由于它是靠硬件连线逻辑构成的系统
接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统从新配置。为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是;
（1）编程方便，可现场修改程序 （2）维修方便，采用插件式结构 （3）可靠性高于继电器控制装置 （4）体积小于继电器控制盘 （5）数据可直接送入管理计算机 （6）成本可与继电器控制盘竞争 （7）输入可以是交流150V以上
（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等 （9）扩展时原装系统改变最小 （10）用户存储器至少能扩展到4KB
十项指针的核心要求是采用软布线（编程）方程代替继电器控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。
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2.3 PLC控制系统简介
可编程控制器，英文Programmable Controller,简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。
PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都可以做到。像PLC这样，集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的，更是传统的继电器控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC 的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化、智能化创造了条件。
现代化工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC专为工业控制应用而设计，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。
2.4 PLC的基本结构及原理
目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都个不相同但都一微处理器为核心用微工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大至相同，硬件结构与微机相似，主要包括中央处理单元CPU存储器RAM和ROM，输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部识别接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。
PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，他们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。
2.5 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。具体特点如下:
（1）可靠性高，抗干扰能力强
（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
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（4）安装方便，扩展灵活
（5）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 （6）体积小，重量轻，能耗低
2.6 PLC的选型原则
当某一个任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。再PLC系统设计时，首先应确定控制方案，一方面工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此工程设计选型和估算时应该详细分析工艺过程的特点，控制要求，明确控制任务和范围，确定需要的操作和动作，然后根据控制要求估计输入输出点数，确定PLC的功能外部设备等内存有多大。第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O，以及输出量是用继电器还是晶体管或可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果他们之中既有交流220V的接触器,电磁阀，又有24V指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC的实际点数，因为PLC的输出点一般是几个一组公用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦他们是交流220V的负载使用。则直流24V的负载智能使用其他的输出端了。这样有可能造成输出点浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载。
第二个问题，则有以下几个方面要考虑 （1）功能方面
所有PLC一般都具有常，规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所发用的PLC是否有能力控制任务。如PLC的计算速度。用户程序容量等有特殊要求。该选择包括运算功能，控制功能，通信功能，编辑功能，诊断功能和处理速度等性能的选择。根据本课题所设计的自动门控制系统的要求主要有一下几种功能的选择：
a.控制功能 b.编辑功能 c.诊断功能 d.机型的选择
e.对PLC响应时间的要求 （2）价格方面
不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似，质量相当，I/O点数相当，PLC价格却相差很大在使用PLC较多情况下，这样的差价是必须考虑的因素。
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综合以上因素，本课题的设计采用智能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的CPU224小型PLC来实现整个自动系统的控制。
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