基于PLC的自动门论文.docx
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基于PLC的自动门论文
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第一章绪论…….。
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(一)研究背景和研究意义…………………………………………….。
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(二)自动门的介绍……...。
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自动门的简介、起源。
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2.国内自动门发展现状……。
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自动门的技术发展方向……。
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(三)课题研究内容。
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第二章自动门控制系统硬件介绍……...………………………………………6
(一)可编程程序控制器(PLC)……。
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PLC的定义……。
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2.PLC的特点……。
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PLC的产生背景……。
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4.PLC的发展理历史……。
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5.PLC的应用与发展趋势……...………………………………………11
第三章自动门控制器件的基本原理……。
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(一)自动感应门机的基本工作原理……………………………………..12
1.平移式自动感应门机组由以下部件组成…………………………12
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工作流程……………………………………………………………..12
(二)自动门的分类……………………………………………………….。
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(三)行程开关(限位开关)的工作原理……………………………………13
(四)光电开关………………………………………………………………。
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光电开关的分类…………………………………………………....。
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2.光电开关工作原理………………………………………………..。
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3.光电开关的特点……………………………………………………。
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使用及注意事项…………………………………………………….14
第四章自动门的程序设计……………………………………………………。
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(一)继电器接触控制图………………………………………………….。
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(二)自动门控制PLC外部接线图………………………………………..17
(三)自动门控制系统流程图……………………………………………。
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(四)自动门控制的梯形图和指令………………………………………。
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(五)自动门控制过程分析……………………………………………….。
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第五章结束语…………………………………………………………………。
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致谢………………………………………………………………………………….22
参考文献……………………………………………………………………………。
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[中文摘要]
随着科学技术的不断发展,自动门在人们的日常生活中得到了广泛的应用,同时对其性能和安全性等方面的要求也越来越高。
由于PLC的高稳定性和对环境较强的适应能力,使得PLC在自动门控制装置中的应用也日益广泛.
当自动感应门门扇要完成一次开门与关门,感应探测器探测到有人进入时,将脉冲信号传给主控器,主控器判断后通知马达运行,同时监控马达转数,以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行.马达得到一定运行电流后做正向运行,将动力传给同步带,再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启;自动感应门扇开启后由控制器作出判断,如需关自动感应门,通知马达作反向运动,关闭自动感应门。
[关键词]:
PLC自动门自动感应门马达开门关
第一章绪论
(一)研究背景和研究意义
21世纪的今天,门更加突出了安全理念,强调了有效性:
有效地防范、通行、疏散,同时还突出了建筑艺术的理念,强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐.
自动门大规模专业化生产始于150年前,在不断发展和完善的过程中,涌现出大批独具规模的专业制造商。
门的高级形式—-自动门起源在欧美,迅速发展至今天,已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。
大中型公共场所,为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿彩。
自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸,是人们根据需要对门的功能的提升和完善.所以对自动门的认识应该从人对门功能的要求开始。
作为建筑物一部分的门,从最基本的意义上讲,要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求.因此门体本身应牢固、密封。
自动门的普及和应用,改变了人们的防护意识,提升了人们的安全观念。
自动门除可美化出入口环境外由于中国没有相关的自动门国家标准,导致自动门档次、质量良莠不齐。
如果你没有使用过自动门,最好选择一个由专业厂生产、能提供较完善售后服务的自动门品牌(目前有很多自动门品牌是由一些贸易公司购买散件加上自己拼装而成,应尽量避免购买此类产品).不要认为样本上全部是外国语,资料也是外国语的商品就是进口的商品,其实这样是违反国家规定的.真正的知名品牌,合法的商品不会这样做。
由于中国没有相关的自动门国家标准,导致自动门档次、质量良莠不齐。
如果你没有使用过自动门,最好选择一个由专业厂生产、能提供较完善售后服务的自动门品牌(目前有很多自动门品牌是由一些贸易公司购买散件加上自己拼装而成,应尽量避免购买此类产品)。
不要认为样本上全部是外国语,资料也是外国语的商品就是进口的商品,其实这样是违反国家规定的。
真正的知名品牌,合法的商品不会这样做。
在购买自动门时最好在授权的指定经销商处或认定销售店的商店购买(有悬挂的授权书),而且在购买时要清楚所购买设备的基本配置,防止买家克扣部件。
自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等,其中平开门用的场合较少,旋转门由于昂贵而且非常宠大,一般只用于有需要的高档宾馆,自动平移门使用得最广泛,大家一般所说的自动门、感应门就是指自动平移门。
由于自动门在通电后可以实现无人看管,同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音,既方便又提高了建筑的档次,于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。
同时也几乎成为了银行,写字楼,酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。
自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达,当人走近自动门时,雷达感应到人的存在,给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装置将门打开.当人通过门之后,再将门关闭。
由于自动平移门在通电后可以实现无人管理,既方便又提高了建筑的档次,于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。
自动门的开门信号是触点信号,微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。
²微波雷达是对物体的位移反应,因而反应速度快,适用于行走速度正常的人员通过的场所,它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后,雷达便不再反应,自动门就会关闭,对门机有一定的保护作用。
²红外传感器对物体存在进行反应,不管人员移动与否,只要处于传感器的扫描范围内,它都会反应即传出触点信号。
缺点是红外传感器的反应速度较慢,适用于有行动迟缓的人员出入的场所.
本文拟使用PLC设计一个自动门控制器系统,同时使用Rockwell公司的RSView32设计一个监控界面,模拟该控制过程.
(二)自动门的介绍
1.自动门的简介·起源
(1)自动门简介
自动门英文名:
automaticdoor
自动门开始在建筑物上使用,是在二十世纪年以后.二十年代后期,美国的超级市场的开放,自动门开始被使用,受此影响,世界第一自动门品牌多玛在1945年开发出油压式、空气式自动门,新建大楼的正门也开始使用了。
到了1962年,电气式己开始出现,之后伴随着城市的建设,自动门技术的领域每年都在增加。
当初,用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难,只好进行油压、空压速度控制,转换但因能源利用效率很低,然而伴随着电气控制的技术发展,现在电气控制技术已经成熟,直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。
例如:
各种用可识别控制的自动专用门,如:
感应自动门(红外感应,微波感应,触摸感应,脚踏感应)、刷卡自动门等
(2)自动门的起源
利用脚踏板、光电束等作用以电力、气压或液压为动力自动启闭门扇的系统。
公元1世纪,希腊人希罗建造的自动打开庙门的装置(图1)是最早利用气压和液压为动力的自动门。
如图所示,祭坛点火使1的空气膨胀,水流入2,利用水的重量使轴3转动,将门打开。
祭坛灭火,门即自动关闭。
现代自动门的操作主要有三种方法(图2)。
①脚踏板式:
在踏板之下装有压力开关。
②光电束式:
在门的附近设置光束发射装置和光电传感装置。
③按钮方式:
用手按类似开关的按钮使门扇打开。
自动门以滑动、铰链或折叠等方式启闭门扇.为了防盗,必须同时装有特殊的设备,例如家庭用的自动门就需要装设来人识别装置或电视监视器等,对家庭以外的人员进行严格限制。
自动门在商场、宾馆、饭店、机场、车站、银行等场合已得到广泛应用.
2。
国内自动门发展现状
(1)国内自动门现状
厂家多,规模小5~6年来几年来,自动门在国内得到了快速的发展。
据不完全统计,目前国内大大小小生产自动门的厂家已有50多家,但普遍生产规模小,自主研发能力差.从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。
专业化分工趋势显现早期的生产厂家,一般是自主研发和生产,顶多委托代加工部分零部件。
近两年来,出现了专门生产主要部件的厂家,如电机、主控板、遥控器传动件、塑料件等出现了专业生产厂家,这一趋势使生产的门槛降低,进入的厂家进一步增多,导致竞争更加激烈。
高、低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势,占据了高端市场,目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能,但生产工艺略嫌粗糙,质量水平参差不齐,整体档次较低,主要集中在低端市场。
产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重,加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品,所以价格因素占的比重较大,加剧了市场竞争。
其结果是众多厂家一味地比拼价格,导致利润微薄。
同时,由于价格过低,也使产品的持续改进和发展受到限制。
3。
自动门的技术发展方向
由于目前没有相关的技术标准,各厂家的产品都按照自己的企业标准进行生产,对各项技术指标的要求和测量方法都不尽相同,如提升力等参数,差别较大,在市场上造成了较大的混乱,给用户选择带来不便,也不利于行业的发展.因此,有必要制定自动门的技术标准,明确规定的主要技术指标以及测试方法等,引导市场有序竞争,促进行业发展.
在建筑金属结构协会和门业标委会的大力推动下,《自动门》标准编制工作已经展开,目前有许继施普雷特机电设备有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈阳未来科技发展有限公司、福建漳州市麒麟电子有限公司和上海昌顺电子信息技术有限公司等5家单位参与了此标准的编制工作。
2005年4月2日,在北京召开了编制组成立会和首次工作会议。
经过编制组两个多月的工作,现该标准的初稿已经形成,拟于近期召开编制组第二次工作会议,对初稿进行讨论和修改。
经过多年发展,自动门行业呈现以下发展趋势:
智能化,多功能:
今后的还将进一步提高智能化程度,如自动检测开关门行程位置,自动适应门体阻力的变化,以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。
还将增加一些新的功能,如和住宅安防系统配合使用等。
免维护:
采取多种措施,减少使用过程中的维护工作。
多样化:
将会有各种各样不同外观和功能的产品,满足用户的不同需要。
高安全性:
随着用户安全意识的提高,安全性将是用户非常注重的一项指标,也将是一项基本要求。
(三)课题研究内容
本文以某营业厅自动门为例,设计了以PLC为控制器、rsview32进行远程监控的自动门控制系统.
在营业厅自动门正上方里外各安装一个光电探测开关,当有人欲进入时,光电探测开关检测出有人要进入或出去,从而产生输出信号。
PLC获取到该输入信号,启动电机,将门打开.当门打开到一定程度后,碰到限位开关,限位开关动作,产生输出信号,自动门停止动作。
等待一时间段后,自动门自动合上。
在闭合过程中,如光电探测开关检测有人要进入或出去时,自动门停止闭合,并立刻打开.为了保障门的安全性,设置关门限位开关,从而保障在自动门闭合即将结束时,不会发生两扇门相撞的事故
第二章自动门控制系统硬件介绍
(一)可编程程序控制器(PLC)
1。
PLC的定义
可编程控制器(ProgrammableController)简称PC,但个人计算机(PersonalComputer)也简称PC,为了区别,人们仍习惯称可编程控制器为PLC(ProgrammableLogicalController)。
国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)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(ProgrammableLogicController),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。
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。
PLC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。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
(3)易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门.
(4)安装方便,扩展灵活
PLC采用标准的整体式和模块式硬件结构,现场安装简便,接线简单,工作量相对较小;而且能根据应用的要求扩展输入—输出模块或插件,系统集成方便灵活.各种控制功能通过软件编程完成,因而能适应各种复杂情况下的控制系统,也便于控制系统的改进和修正,特别适应各种工艺流程变更较多的场合.
(5)系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便,容易改造
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。
这种编程方法很有规律,很容易掌握。
对于复杂的控制系统,梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多.
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合.
(6)体积小,重量轻,能耗低
以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,仅相当于几个继电器的大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。
它的重量小于150g,功耗仅数瓦.由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。
3。
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。
l987年国际电工技术委员会(InternationalElectrotechnicalCommission,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:
编程方便可现场修改程序
维修方便采用模块化结构
可靠性高于继电器控制装置
体积小于继电器控制组装置
具有数据通信功能数据可直接送入计算机管理
成本可与继电器控制系统竞争
输入可为市电
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
易于扩展扩展时原系统改变最小
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.
4.PLC的发展理历史
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PDQ2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
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