基于PLC的自動(dòng)門控制系統(tǒng).doc

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1、42 電氣自動(dòng)化 基于PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要 本文是關(guān)于自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)門系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、感應(yīng)器件、驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置組成。主要工作原理是感應(yīng)器件將檢測到的人體或物體信號(hào)傳送到PLC，PLC再綜合收到的自動(dòng)門狀態(tài)信號(hào)作出判斷，而后發(fā)出控制信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，在通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)門的動(dòng)作。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，PLC不斷的更新，PLC控制已成為自動(dòng)控制中最常見的方式之一。自動(dòng)門就是自動(dòng)控制應(yīng)用的以典型例子，由于可編程控制器具有很好的處理自動(dòng)門開關(guān)控制及良好的穩(wěn)定性，而且可以很簡單的改變控制的方式，因此，自動(dòng)

2、門的生產(chǎn)商家很多都運(yùn)用PLC來做門的控制器。目前自動(dòng)門在日常生活中用越來越廣泛。PLC控制具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。 本文分四個(gè)部分來介紹其軟、硬件結(jié)構(gòu)、工作原理等，具體如下： 第二章介紹自動(dòng)門的設(shè)計(jì)要求 第三章介紹自動(dòng)門的硬件設(shè)計(jì)，PLC選型，驅(qū)動(dòng)裝置選型，感應(yīng)器件的選型， 第四章介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，PLC梯形圖設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì) 第五章介紹程序調(diào)試 ，硬件接線 關(guān)鍵詞：自動(dòng)門、PLC、感應(yīng)器件、驅(qū)動(dòng)裝置 目錄 摘要--------------------------------------7 1

3、 前言------------------------------------11 2 國內(nèi)外自動(dòng)門的發(fā)展----------------------13 2.1國內(nèi)外自動(dòng)門的發(fā)展現(xiàn)狀-------------13 2.2本課題研究的內(nèi)容-------------------15 2.3本課題研究的目的和意義-------------16 3自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)--------------17 3.1自動(dòng)門的功能需求分析--------------17 3.1自動(dòng)門的控制要求------------------18 3.3自動(dòng)門控制系統(tǒng)構(gòu)成------

4、----------19 3.3.1 PLC 概述------------------19 3.3.2 具體構(gòu)成------------------24 3.4自動(dòng)門的機(jī)械傳機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)------------25 4 自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)----------------26 4.1 PLC 的選型----------------------26 4.2 驅(qū)動(dòng)裝置的選型------------------30 4.3 感應(yīng)器件的選型------------------31 4.4 直流電

5、動(dòng)機(jī)的選型----------------32 4.4.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速------------32 4.4.2直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)-----------36 4.5 傳動(dòng)裝置------------------------37 4.6 限位開關(guān)------------------------37 4.7自動(dòng)門控制系統(tǒng)I/O地址分配表-----37 4.8 自動(dòng)門控制系統(tǒng)的原理圖----------38 4.8.1 主電路原理圖---------------38 4.8.2 PL

6、C外圍接線圖-------------39 5自動(dòng)門控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)-----------------40 5.1工作過程分析---------------------40 5.2 梯形圖程序---------------------41 5.2.1梯形圖的概述-------------41 5.2.2梯形圖的設(shè)計(jì)-------------43 6程序調(diào)試--------------------------------46 6.1硬件線路連接-----------

7、----------46 6.2聯(lián)機(jī)調(diào)試-------------------------47 7結(jié)束語----------------------------------49參考文獻(xiàn)---------------------------------50 致謝 ------------------------------------52 附錄1------------------------------------53附錄2------------------------------------54 附錄3----------------------------------

8、--55 1前言 在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動(dòng)門已經(jīng)隨處可見。自動(dòng)門的工作方式是通過自動(dòng)門內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)開關(guān)來感應(yīng)人的出入，當(dāng)人走進(jìn)自動(dòng)門是感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開門信號(hào)，控制器通過驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過之后，再將門關(guān)上。由于自動(dòng)門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人管理，不但能給我們帶來人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息。 自動(dòng)門在國外早已得到普遍的應(yīng)用，在我國也以優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)同，中國已迎來了自動(dòng)們發(fā)展的黃金時(shí)期 自動(dòng)門性能優(yōu)劣主要取決于它的控

9、制裝置，早期的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點(diǎn)已逐漸被淘汰。目前自動(dòng)門及其自動(dòng)化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置是PLC，它是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。目前他在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕化工等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。因此運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門具有較高的可靠性、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。由此看來，進(jìn)行自動(dòng)門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)自動(dòng)門行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)門行業(yè)乃至整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究價(jià)值。 本課題主要介紹運(yùn)用PLC為控制器的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所有產(chǎn)品的開發(fā)都要講究實(shí)用本課題開發(fā)

10、的產(chǎn)品對(duì)許多場合都能適用，而且能夠簡單化，不論對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)還是使用者來說都是最好的。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既滿足了自動(dòng)門的基本要求，還可以保證自動(dòng)門的穩(wěn)定性。研究本課題意味著產(chǎn)品成本的下降，效益提高。因此是一個(gè)比較實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。 2國內(nèi)外自動(dòng)門發(fā)展 2.1國內(nèi)外自動(dòng)門發(fā)展現(xiàn)狀 在國外，進(jìn)入90年代以來，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)已經(jīng)很成熟，并取得了驚人的成就，自動(dòng)化技術(shù)是自動(dòng)門的重要部分。在現(xiàn)在人們生活中自動(dòng)門可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防塵、防風(fēng)，同時(shí)可以使出入口顯得很莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自動(dòng)門在人們的生活中的

11、運(yùn)用越來越廣泛，自動(dòng)門適合于賓館、酒店、銀行、寫字樓、、醫(yī)院、商店等，使用自動(dòng)門。但在國內(nèi)，自動(dòng)門的自主研發(fā)尚處于初級(jí)階段。在自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、安全及人性化是需要首先考慮的因素。 由于門體的重量及體積不同會(huì)對(duì)自動(dòng)門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)提出不同的要求，所以各種自動(dòng)門又可以分為重型自動(dòng)門和輕型自動(dòng)門。 客流量的差異會(huì)對(duì)自動(dòng)門的使用產(chǎn)生很大的影響，因此，自動(dòng)門還可以分為一般自動(dòng)門和頻繁使用自動(dòng)門。 自動(dòng)門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動(dòng)平移門、自動(dòng)平開門、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門、自動(dòng)圓弧門、自動(dòng)折疊門等，其中平開門用的場合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常龐大，一般只使用余高檔酒店賓館，自動(dòng)平

12、移門使用的最廣泛，大家一般所說的自動(dòng)門、感應(yīng)門就是指自動(dòng)平移門，目前市場上流行的平移型自動(dòng)門一般是兩開，這種門的特點(diǎn)是簡單易控，維護(hù)方便。 自動(dòng)平移門最常見的形式是自動(dòng)門內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走進(jìn)門時(shí)，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開門信號(hào)，控制器通過驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過之后，再將門關(guān)上。由于自動(dòng)平移門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的普及。 自動(dòng)門的控制方法有很多，從控制器的不同來說，有繼電器控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來控制；智能控制器控制，即通過運(yùn)行現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備來控制，它具有穩(wěn)定性高，安全等優(yōu)點(diǎn)，因此被很多生產(chǎn)廠

13、商所運(yùn)用。由于繼電器邏輯控制的自動(dòng)門系統(tǒng)存在許多缺陷而逐步被智能控制器的自動(dòng)門所淘汰。 在智能控制器的選折上，自動(dòng)門的主控制器有微電腦控制器控制和可編程控制器（PLC）控制，微電腦控制主要有體積小、安裝方便等特點(diǎn)，目前有許多廠家采用此種方式生產(chǎn)自動(dòng)門，PLC控制的特點(diǎn)是穩(wěn)定型高、維護(hù)方便，目前許多大型商場的自動(dòng)門都是有這種方式來控制的。 2.2本課題研究的內(nèi)容 本設(shè)計(jì)將在以下幾個(gè)方面對(duì)自動(dòng)門的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和論證。 1. 自動(dòng)門類型的選擇。 綜合了自動(dòng)門的簡潔、簡單的要求，在本課題中主要研究自動(dòng)平移門，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)平移門具有手動(dòng)和自動(dòng)開門功能和分時(shí)間段控制功能以及

14、配備安全防夾人光線、后備電源等輔助裝置來滿足商場等人流眾多的場所的高效率、高安全性的要求。 2. 自動(dòng)門硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門要求有很高的穩(wěn)定性來滿足日常的需要，故在本設(shè)計(jì)中所選用的智能控制器為穩(wěn)定性良好的德國西門子公司生產(chǎn)的CPU224小型PLC。在自動(dòng)門的開關(guān)門速度控制上本設(shè)計(jì)以變頻器作為調(diào)節(jié)器，運(yùn)用變頻器的三段速控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的轉(zhuǎn)速控制，為了解決在頻率很低時(shí)出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，驅(qū)動(dòng)裝置選用功率強(qiáng)大、穩(wěn)定性好的自帶減速裝置的直流電動(dòng)機(jī)，在感應(yīng)器方面運(yùn)用了自動(dòng)門專用的微波雷達(dá)感應(yīng)器和在工業(yè)控制上大量運(yùn)用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性好的接近傳感器，運(yùn)用感應(yīng)器的開關(guān)量

15、信號(hào)輸入給PLC來實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)自動(dòng)門的控制。由于本課題的具體需要在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮自動(dòng)門的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定的需要。 3. 自動(dòng)門的軟件設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中選用了目前運(yùn)用最多的PLC編程語言梯形圖，梯形圖能直觀明了的設(shè)計(jì)出自動(dòng)門的控制要求，并能更好的考慮到安全性和故障報(bào)警等問題，梯形圖的編寫運(yùn)用西門子自帶的編程軟件，此軟件具有強(qiáng)大的診斷功能，能更快的查處故障原因，從而大大縮短了維修時(shí)間。 2.3本課題研究的目的和意義 在超級(jí)市場、公共建筑、銀行、醫(yī)院入口，經(jīng)常使用自動(dòng)門控制系統(tǒng)。使用自動(dòng)門，可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時(shí)可以使出口顯得莊重高檔，

16、因此應(yīng)用非常廣泛。自動(dòng)平移門最常見的形式是自動(dòng)門及門內(nèi)外的光電開關(guān)，當(dāng)人走進(jìn)自動(dòng)門時(shí)，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開門的信號(hào)，控制器通過驅(qū)動(dòng)裝置將門打開，當(dāng)人通過門之后，在將關(guān)閉。由于自動(dòng)平移門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到了廣泛應(yīng)用。 自動(dòng)門在國外早就得到了普遍應(yīng)用，在國內(nèi)也逐漸得到了大家的認(rèn)可，已經(jīng)迎來了自動(dòng)門發(fā)展的黃金時(shí)期。 早期自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點(diǎn)已被逐漸淘汰。 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。他采用可以編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存

17、儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、和算數(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過數(shù)字式和開關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，功能完善，適用性強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕化工等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。因此運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門具有較高的可靠性，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。 本課題的自動(dòng)門設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC做控制器能大大提高自動(dòng)門的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)與整個(gè)自動(dòng)門行業(yè)是一次技術(shù)革新，提高了自動(dòng)門的使用率，因此，進(jìn)行自動(dòng)門的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)自動(dòng)門行業(yè)

18、的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)門行業(yè)乃至整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究價(jià)值。 3自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3.1在自動(dòng)門的功能需求分析 本設(shè)計(jì)面向商場入口的應(yīng)用，需要有安全性和可靠性。根據(jù)商場中對(duì)自動(dòng)門的具體要求，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門應(yīng)由以下功能： （1） 開門和關(guān)門控制應(yīng)有手動(dòng)和自動(dòng)方式 為了便于維護(hù)，自動(dòng)門應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。當(dāng)信號(hào)采集裝置檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門口且門未關(guān)閉，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)開控制點(diǎn)動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來開門或者關(guān)門。 （2） 緊急停止 當(dāng)自動(dòng)門出現(xiàn)夾人現(xiàn)象時(shí)，可閉合緊急停止開關(guān)，自動(dòng)門自動(dòng)進(jìn)入開門過程。

19、 自動(dòng)門控制系統(tǒng)包含PLC控制和執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(dòng)控制方式，此種控制模式為目前大多自動(dòng)門的控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)化控制。 3.2自動(dòng)門的控制要求 （1）當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。 （2）自動(dòng)門在開門位置停留8秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。 （3） 在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K2或K

20、1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序。 （4） 在門打開后的8秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開始等待8秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。 3.3自動(dòng)門控制系統(tǒng)構(gòu)成 自動(dòng)門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動(dòng)作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(dòng)電動(dòng)控制方式，此種控制方式為目前大多自動(dòng)門的控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)化控制。 3.3.1PLC概述 可編程控制器，英文Programmable Controller,簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PL

21、C是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它以微處理器為核心，集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為一體，它通過運(yùn)行儲(chǔ)存在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。 PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息交換時(shí)，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性、以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎樣適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝便于門內(nèi)外感應(yīng)采集信號(hào)，便于維修和抗干擾等問題，入出信息變換及可靠地物理實(shí)現(xiàn)，可以說是PLC實(shí)現(xiàn)控

22、制的兩個(gè)基本點(diǎn)。PLC可以通過他的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電器控制裝置多得多、強(qiáng)得多。 PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本功能： （1） 邏輯處理功能； （2） 數(shù)據(jù)運(yùn)算功能； （3） 準(zhǔn)確定時(shí)功能； （4） 高速計(jì)數(shù)功能； （5） 中斷處理(可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷)功能； （6） 程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能； （7） 聯(lián)網(wǎng)通信功能 ； （8） 自檢測、自診斷功能。 可以說，凡普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能，PLC幾乎都可以做到。像 PLC這樣，集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的，更是

23、傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC 的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時(shí)，也為自動(dòng)門行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化、智能化創(chuàng)造了條件。 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對(duì)控制的要求也各不相同。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)，一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程人員的歡迎。其主要特點(diǎn)有: (1) 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性能高 (2) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng) (3) 編程方便，易于使用 (4) 功能強(qiáng)大，成本低 (5) 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短 (6) 維護(hù)方便 （1）PLC與其它典型控制系統(tǒng)的區(qū)別 繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)。是設(shè)備連線復(fù)雜，

24、且觸點(diǎn)在開閉時(shí)易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差。 a． 控制邏輯 繼電器控制邏輯采用硬件接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及時(shí)間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想在改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有4-8對(duì)觸點(diǎn)，因此靈活性和擴(kuò)展性很差，而PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式儲(chǔ)存在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變程序即可，因此靈活性和擴(kuò)展性很好。 b.工作方式 電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器同時(shí)處于受控制狀態(tài)，它屬于并行方式。而PLC得控制邏輯中，各內(nèi)部期間都處于周期

25、性掃描過程中，各種邏輯、數(shù)值輸出地結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計(jì)算出來的，它屬于串行方式。 PLC有微型計(jì)算機(jī)的許多特點(diǎn)，但他的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。而PLC則采用不斷循環(huán)的順序掃描的工作方式。每次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，按順序逐條的執(zhí)行用戶程序知道用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新一輪的掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始的重復(fù)上述循環(huán)掃描的，這種工作方式是在系統(tǒng)的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。 PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，所以他的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)

26、的工作原理基礎(chǔ)上的，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。但是CPU是分時(shí)操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序一次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，便成為時(shí)間上的串行。由于運(yùn)算速度極高，各電器的動(dòng)作似乎是同時(shí)完成的，但實(shí)際輸入輸出的響應(yīng)是有滯后的。 c.控制速度 繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點(diǎn)開閉動(dòng)作一般幾十毫秒數(shù)量級(jí)。另外機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題；而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，屬于無觸點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)，且不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。 （2）與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別 a.本質(zhì)區(qū)別

27、 單片機(jī)控制系統(tǒng)是基于芯片級(jí)的系統(tǒng)，而PLC控制系統(tǒng)是基于板級(jí)或模塊級(jí)的系統(tǒng)。其實(shí)PLC本身就是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，他是已經(jīng)開發(fā)好的單片機(jī)產(chǎn)品。開發(fā)單片機(jī)控制系統(tǒng)屬于底層開發(fā)，而設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)是在產(chǎn)品的單片機(jī)控制系統(tǒng)上進(jìn)行二次開發(fā)。 b.使用場合 單片機(jī)控制系統(tǒng)適合于家電產(chǎn)品、智能化的儀器儀表、玩具和批量生產(chǎn)的控制器產(chǎn)品等場合使用；而PLC控制系統(tǒng)適合在單片機(jī)電氣控制系統(tǒng)、工業(yè)控制領(lǐng)域的制造業(yè)自動(dòng)化和過程中使用。 c.使用過程 設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)，需要先設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，畫硬件電路圖，制作印刷電路板，購置各種所需要的電子元件，焊接電路板，進(jìn)行硬件調(diào)試，進(jìn)行抗干擾等大量工作需要專門

28、的開發(fā)裝置和低級(jí)編輯語言控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；而PLC不必操心內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是否可靠和他們的抗干擾能力，軟件設(shè)計(jì)使用工業(yè)編程語言，相對(duì)來說比較簡單。進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，因?yàn)橛泻玫墓こ坦ぞ邘椭?，所以非常容易? 3.3．2 具體構(gòu)成 自動(dòng)門系統(tǒng)的具體組成如下圖： 由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測到人體或物體信號(hào)時(shí)將信號(hào)傳給PLC,PLC根據(jù)已經(jīng)采集的信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)，是驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)自動(dòng)門的運(yùn)行。 3.4自動(dòng)門的機(jī)械傳機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門針對(duì)人流較多的商場，應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，所以在本課題的自動(dòng)門機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中考慮了以下幾個(gè)方面： 1

29、. 自動(dòng)門的傳動(dòng)主要包括安裝版，軌道，門機(jī)，皮帶，吊掛件等。 2. 所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡單。 3. 電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用64V直流電動(dòng)機(jī)，功率大，可調(diào)性強(qiáng)。 4. 導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形式正懸掛，解決了側(cè)擺得問題，從而確保了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側(cè)密封毛刷，形成密封式導(dǎo)軌，避免積塵對(duì)導(dǎo)軌及滑輪的磨損，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)方便的特點(diǎn)。 5. 滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強(qiáng)度高，耐磨性好，同時(shí)還有一定的減震效果。 6. 皮帶：采用齒形皮帶，齒形皮帶的截面為曲線設(shè)計(jì)，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動(dòng)齒輪的吻合度，從而提高了使用壽命。 4自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

30、 4.1 PLC的選擇 在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需要的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估計(jì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器的容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 （1） 輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，在增加10%到20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的

31、產(chǎn)品特點(diǎn)對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入12點(diǎn)，輸出12點(diǎn)。 （2） 存儲(chǔ)器容量的選擇 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器的容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，須在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)，能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來代替，存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的形式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10到15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)

32、字），另外再按次數(shù)的25%考慮余量。因此本課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ)索要儲(chǔ)存的程序，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 （3） 控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等性能的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的要求，主要介紹一下幾種功能的選擇。 a 控制功能 PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需要的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。 b編程功能 離線編程方式：PLC和編程器共用一個(gè)CPU，編程器在編程模式時(shí)，

33、CPU只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。 五種標(biāo)準(zhǔn)化變成語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語言表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守標(biāo)準(zhǔn)（IEC6

34、113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言變成方式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。 c診斷功能 PLC的診斷功能爆孔硬件和軟鍵的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟鍵對(duì)PLC的CPU玉外部輸入輸出等部件信息叫喚功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。 (4)機(jī)型的選擇 a.PLC的類型 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊兩類型型，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU

35、字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/0點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/0卡件或插卡，因此用戶可較合理的選擇和配置系統(tǒng)控制的I/0點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 b經(jīng)濟(jì)的考慮 選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。點(diǎn)當(dāng)數(shù)增加到一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)PLC選用、存儲(chǔ)器容量、控

36、制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮因此選用整體型PLC。 （5）對(duì)PLC響應(yīng)時(shí)間的要求 對(duì)于多數(shù)場合，PLC的相應(yīng)時(shí)間基本上能滿足控制要求。響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間，輸出濾波時(shí)間和掃描周期。PLC的工作方式?jīng)Q定了他不能接受頻率過高或持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號(hào)，當(dāng)有此類信號(hào)輸入時(shí)需要選用掃描速度高的PLC或快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。 綜合以上因素，本課題的設(shè)計(jì)采用德國西門子公司生產(chǎn)的CPU224小型PLC來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。 4.2驅(qū)動(dòng)裝置的選型 自動(dòng)

37、門的驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)門能否良好工作的保障。在本設(shè)計(jì)中是運(yùn)用直流無刷電機(jī)。直流無刷電機(jī)功率密度高，噪音極小、調(diào)速性能好，即具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)線性機(jī)械特性、調(diào)速范圍寬、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。是應(yīng)用于“輕、小、薄、安靜、精密、可靠”等場合的最佳選擇本設(shè)計(jì)選用的是亞坦電機(jī)控制有限公司生產(chǎn)的45BLDC系列直流無刷電機(jī)，電機(jī)直徑φ45，額定轉(zhuǎn)數(shù)4000轉(zhuǎn)，額定扭矩0.036N.m，功率15W～100W。額定電壓24V DC。 4.3感應(yīng)器件的選型 目前自動(dòng)門行業(yè)運(yùn)用的感應(yīng)器件主要有微波感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器等。微波感應(yīng)器，又

38、稱微波雷達(dá)，對(duì)物體的移動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，微波感應(yīng)器是以微波多普勒原理為基礎(chǔ)，平面型天線昨感應(yīng)系統(tǒng)，以微處理器作控制。整機(jī)關(guān)鍵元器件均為進(jìn)口器件，方案設(shè)計(jì)選擇器件均確保了產(chǎn)品可靠性。 微波感應(yīng)器的特點(diǎn)： 微波感應(yīng)器是以10.525GHz微波頻率發(fā)射、接收。其探測方式具體如下優(yōu)點(diǎn)： （1）非接觸探測。 （2）不受溫度、濕度、噪音。 紅外感應(yīng)器，是對(duì)物體的存在進(jìn)行反應(yīng)，不管人員是否移動(dòng)，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會(huì)反應(yīng)，另外，紅外感應(yīng)器的反應(yīng)速度比微波感應(yīng)器慢。 根據(jù)不同的

39、功能和性能運(yùn)用在各類不同場合的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，是自動(dòng)門系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動(dòng)門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫字樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應(yīng)器。 結(jié)合本課題的實(shí)際需要在設(shè)計(jì)自動(dòng)門的人員檢測上運(yùn)用上海順安達(dá)門業(yè)裝飾有限公司的微波自動(dòng)門感應(yīng)器WB-3004，其規(guī)格如下： 4.4 直流電動(dòng)機(jī)的選型 4.4.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 并勵(lì)或他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)與交流異步電動(dòng)機(jī)相比，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，維修也不方便，但是在調(diào)速性能上有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槭蠡\式電動(dòng)機(jī)在一般情況下是不能調(diào)速

40、的，更不能無級(jí)調(diào)速，因此，對(duì)調(diào)速要求高的設(shè)備，均采用直流電動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)能無級(jí)調(diào)速，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較簡單。 由直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： 　 n=（U-IaRa）/KEΦ 　可知，Ra、Φ和U中的任意一個(gè)值，都可使轉(zhuǎn)速改變，改變電樞電路中外電阻的方法也可進(jìn)行調(diào)速。但其缺點(diǎn)是耗電多，電機(jī)機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍小，且只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，故這種方法目前已較少采用?，F(xiàn)常用的對(duì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法有調(diào)磁法和調(diào)壓法。 （1）調(diào)磁法 　即改變磁通量Φ。當(dāng)保持電源電壓U為額定值時(shí)，調(diào)節(jié)Rf，改變勵(lì)磁電流If以改變磁通量，如圖13所示。由于 　n=U/KEΦ-Ra/KTKEΦT

41、 　可知磁通Φ減少時(shí)，n0升高，轉(zhuǎn)速降△n增大，但后者與Φ2成反比，所以磁通愈小，機(jī)械特性曲線愈陡，但仍具有一定硬度，如圖14所示。在一定負(fù)載下，Φ愈小，則n愈高。由于電動(dòng)機(jī)在額狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，它的磁路已接近飽和，所以通常都是減小磁通（Φ＜Φn），將轉(zhuǎn)速往上調(diào)（n＞nn）。 　調(diào)速的過程是：當(dāng)電壓U保持恒定時(shí)，減小磁通Φ。由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速產(chǎn)立即發(fā)生變化，于是反電動(dòng)勢(shì)E=KEΦn就減小，Ia隨之增加。由于Ia增加的影響超過Φ減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩T=KTΦIa也就增加。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T＞Tc轉(zhuǎn)速n上升。隨著n的升高，反電動(dòng)勢(shì)E增大，Ia和T也著減小，直到T=Tc時(shí)為止。但這時(shí)轉(zhuǎn)速已比原來

42、升高了。 必須指出，若電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行，則電樞電流Ia為額定值，如果調(diào)速時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍舊保持不變（為額定值），由于T=KTΦIa，故減小磁通量Φ后Ia必然超過額定值，因此調(diào)速后負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須減小。這種調(diào)速方法適用于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比而輸出功率基本不變（恒功率調(diào)速）的場合。 這種調(diào)速方法有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）調(diào)速平滑，可無級(jí)調(diào)速； （2）調(diào)速經(jīng)濟(jì)，控制方便； （3）機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好。 這種調(diào)速方法的局限是轉(zhuǎn)速只能升高，即調(diào)速后的轉(zhuǎn)速要超過額定轉(zhuǎn)速。因?yàn)殡姍C(jī)不允許超速太多，因此限制了它的調(diào)速范圍。在實(shí)際工作中，這種方法常作為電壓調(diào)速的一種補(bǔ)充手段。 （2）調(diào)壓法 　即改變

43、電壓U。當(dāng)保持他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流If為額定值時(shí)，降低電樞電壓U，則由 　n=U/KTΦ-Ra/KEKTΦ2T 　可見，n0變低了，但△n未改變。因此改變U可得出一組平行的機(jī)械特性曲線。在一定負(fù)載下，U愈低，則n愈低。由于改變電樞電壓只能向小于電動(dòng)機(jī)額定電壓的方向改變，所以轉(zhuǎn)速將下調(diào)(nn)。 　 調(diào)速的過程是：當(dāng)磁通Φ保持不變時(shí)，減小電壓U由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，反電動(dòng)勢(shì)E便暫不變化，于是電流Ia減小，轉(zhuǎn)矩T也減小。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T＜Tc，轉(zhuǎn)速n下降。隨著n的降低，反電動(dòng)勢(shì)E減小，Ia和T增大，直到T=Tc時(shí)為止。但這時(shí)轉(zhuǎn)速已比原來降低了。 　 由于調(diào)速時(shí)磁通不變，如

44、在一定的額定電流下調(diào)速，則電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩便是一定的（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）。 　這種調(diào)速方法有下列優(yōu)點(diǎn)： ?。?）機(jī)械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好； ?。?）調(diào)速幅度大； ?。?）可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓；得到平滑的無級(jí)調(diào)速。 　這種調(diào)速方法的缺點(diǎn)是調(diào)壓需用專門的設(shè)備，投資較高。近年來由于采用了可控硅整流電源對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)速，使這種方法得到了廣泛應(yīng)用。印刷設(shè)備中直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速多采用這種方法。 4.4.2直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì) 因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)在調(diào)方面很簡單，相對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來說又有以下的優(yōu)勢(shì)： （1） 由于采用高性能永磁材料，無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子尺寸得以減小，可以具

45、有較低的慣性、更快的響應(yīng)速度、更高的轉(zhuǎn)矩慣量比。 （2） 由于沒用轉(zhuǎn)子損耗（轉(zhuǎn)子使用永磁材料），也無需定子勵(lì)磁電流分量（應(yīng)用新理論），所以無刷直流電機(jī)具有較高的效率和功率密度。對(duì)于同等容量輸出，交流異步電機(jī)需要更大功率的整流器和逆變器。 （3） 由于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無刷直流電機(jī)也無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。 （4） 交流異步電機(jī)由于其非線性本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)控制極為復(fù)雜。無刷直流電機(jī)把其復(fù)雜的磁場定向控制簡化為離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，無需坐標(biāo)變換，調(diào)速范圍更寬，控制性能更好。 綜上所述，無刷直流電機(jī)具有更大的功率密度（鐵芯利用率高）、更高的效率和更好的控制性能，如將節(jié)能因素、省卻變頻

46、器以及產(chǎn)能提高因素考慮在內(nèi)，使用者的綜合成本下降很大。所以在本課題設(shè)計(jì)中選用了無刷直流電動(dòng)機(jī)。 4.5傳動(dòng)裝置 本控制系統(tǒng)所用到的傳動(dòng)裝置具體包括如下： 1 自動(dòng)門扇行進(jìn)軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進(jìn)行。 2 自動(dòng)門扇吊具走論系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)門扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行。 3 同步皮帶：用于傳輸電機(jī)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引自動(dòng)門吊具走論系統(tǒng)。 4.6 限位開關(guān) 限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械某些運(yùn)動(dòng)部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方向、

47、速度、行程大小或位置的一種自動(dòng)控制器件。 限位開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床、起重機(jī)械以及輕工機(jī)械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)到某一運(yùn)動(dòng)位置時(shí)，行程開關(guān)通過機(jī)械可動(dòng)部分的動(dòng)作，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的控制，限制它們的動(dòng)作和位置，借此對(duì)生產(chǎn)機(jī)械給以必要的保護(hù)。 4.7自動(dòng)門控制系統(tǒng)I/0地址分配表 I/0分配表示編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場接線和調(diào)試的重要依據(jù)。 4.8自動(dòng)們控制系統(tǒng)的原理圖 4.8.1主電路及供電線路 上圖為自動(dòng)門控制系統(tǒng)的主電路原理圖。

48、 4.8.2外圍接線 如上圖所示KA1 KA2是感應(yīng)器控制的兩個(gè)繼電器，有感應(yīng)器感應(yīng)到有人時(shí)會(huì)自動(dòng)閉合，SQ1、SQ2是開關(guān)門到位行程開關(guān) ，檢測開關(guān)門是否到位檢，SQ3、SQ4是開關(guān)門時(shí)減速行程開關(guān)。 5自動(dòng)門控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 5.1 工作過程的分析 根據(jù) 本課題的控制要求和安全要求，所設(shè)計(jì)的程序按照下圖所示的流程運(yùn)行，已達(dá)到本系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)，工作流程如下： （1） 首先按下啟動(dòng)按鈕，當(dāng)傳感器檢測到能有人體信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)正傳，帶動(dòng)自動(dòng)門執(zhí)行開門過程。 （2） 當(dāng)門完全打開之后，使開門限位開關(guān)打開，此時(shí)自動(dòng)門停止，進(jìn)行8秒延時(shí)。

49、若此時(shí)感應(yīng)器重新檢測到有人體信號(hào)時(shí)，則在重新進(jìn)行8秒延時(shí) （3） 當(dāng)8秒的延時(shí)完畢后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。在關(guān)門過程中，傳感器重新檢測到人體信號(hào)時(shí)，此時(shí)中斷關(guān)門轉(zhuǎn)向開門過程。 （4） 考慮到自動(dòng)門若出現(xiàn)故障時(shí)，使用自動(dòng)控制系統(tǒng)有所不適，于是設(shè)置手動(dòng)開門和手動(dòng)關(guān)門。以上工作過程可用流程圖表達(dá)如附圖所示。 5.2梯形圖程序 5.2.1梯形圖的概述 PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者工廠廣大電氣技術(shù)人員，為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，通常PLC不采用微機(jī)的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會(huì)（IEC）19

50、94年5月公布的IEC1131-3(可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn))詳細(xì)的說明了句法、語義和下述5中編程語言：功能表圖（sequential function chart）、梯形圖（ladder diagram）、功能塊圖(function black diagram)、指令表（ Instruction Iist）結(jié)構(gòu)文本（strured text）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符號(hào)來描述程序的一種設(shè)計(jì)語言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語言，這種程序設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系

51、。在梯級(jí)中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件的結(jié)果表示在右面。 梯形圖設(shè)計(jì)語言是最常見的一種程序設(shè)計(jì)語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛應(yīng)用。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)： 1.與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性； 2.與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)； 3.與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是：梯形圖中的能流（Power Flow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此應(yīng)用時(shí)需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)

52、待； 梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言梯形圖與電氣控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電器人員掌握，特別適用于開關(guān)開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。 5.2.2 梯形圖的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)梯形圖的基本方法和步驟： （1）首先根據(jù)工藝過程控制要求，畫出控制流程圖，力求表達(dá)清晰、準(zhǔn)確。必要時(shí)可以把控制系統(tǒng)分解成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，盡量簡化，利于編程 (2)將所有的輸入信號(hào)（按鍵，行程限位開關(guān)，壓力開關(guān)，壓力、速度、時(shí)間等傳感器）和輸出控制對(duì)象（接觸器、電磁閥、電動(dòng)機(jī)、指示燈等）分別列出，按被采用的PLC型

53、號(hào)內(nèi)部邏輯元件編號(hào)范圍，對(duì)I/O端子做出相應(yīng)的分配和安排。 （3）根據(jù)控制流程圖，有規(guī)律的分配和利用PLC內(nèi)部有關(guān)的邏輯元件（如輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）構(gòu)成相應(yīng)的基本回路。 （4）以梯形圖的形式來描述控制要求，繪制梯形圖要遵循編程原則。 （5）編寫程序清單時(shí)，必須按梯形圖的邏輯行和邏輯單元的編排順序（由上而下，從左到右）依次進(jìn)行。 本系統(tǒng)的程序軟件采用西門子公司設(shè)計(jì)開發(fā)的STEP-Micro/WIN,選擇他的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循以下編程規(guī)則： 1. 每個(gè)繼電器的線圈和他的觸點(diǎn)均用同一個(gè)編號(hào)，每個(gè)元件的觸點(diǎn)使用時(shí)沒有數(shù)量限制。 2. 梯形圖每一行都是從

54、左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點(diǎn)）。 3. 線圈不能直接接在左邊的母線上。 4. 在一個(gè)程序中，同一編號(hào)的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，他很容易引起誤操作，應(yīng)避免。 5. 在梯形圖中沒有真實(shí)的電流流動(dòng)，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有電流流動(dòng)，這個(gè)電流只能在梯形圖中單向流動(dòng)—即從左向右流動(dòng)，層次的改變只能從上向下流動(dòng)。 6. 無論選用何種PLC機(jī)型，所使用的軟件編號(hào)（即地址）必須在該機(jī)型的有效范圍以內(nèi)。 根據(jù)以上規(guī)則和PLC的編程方法和思路編寫了本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的梯形圖程序，具體程序如下： 6

55、 程序調(diào)試 6.1硬件線路連接 圖6-1接線圖 采用實(shí)驗(yàn)室可編程控制器試驗(yàn)臺(tái)，主機(jī)s7-200cpu224 cn ac/dc/rly,其供電電壓均為直流24v。調(diào)試過程的電路圖如5-1所示； 在模擬調(diào)試過程中，因于實(shí)驗(yàn)條件有限，所以微波探測信號(hào)與限位開關(guān)動(dòng)作均由按鈕代替（即BG1、BG2、BG3、BG4），SF0、SF11均接按鈕。QA1、QA2用中間繼電器代替，其線圈電壓為24V。 6.2聯(lián)機(jī)調(diào)試 （1）按圖6-1連接線路，接電源 （2）將在“STEP7-Micro/WIN V4

56、.0SP5”開發(fā)平臺(tái)編寫好的軟件通過“RS-232/PPI電纜”下載到“CPU224”中。 （3）運(yùn)行過程實(shí)驗(yàn) 按啟動(dòng)按鈕”SF0” a手動(dòng)開/關(guān) 現(xiàn)象一：當(dāng)按手動(dòng)開關(guān)按鈕SF10時(shí)，電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn) 現(xiàn)象二：當(dāng)按手動(dòng)開關(guān)按鈕SF11時(shí)，電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn) b自動(dòng)開/關(guān)門 現(xiàn)象一：當(dāng)按下按鈕BG1或BG2時(shí)，電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)；若按下按鈕BG4，則電動(dòng)機(jī)M停止轉(zhuǎn)動(dòng) 現(xiàn)象二：當(dāng)電動(dòng)機(jī)M停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)8秒進(jìn)行延時(shí)。若此時(shí)再次按下按鈕BG1或BG2，則計(jì)時(shí)器重新計(jì)時(shí)8秒。

57、 現(xiàn)象三：當(dāng)8秒延時(shí)完畢后，電動(dòng)機(jī)M進(jìn)行反轉(zhuǎn)；在反轉(zhuǎn)過程中若按下按鈕BG1或BG2，則電動(dòng)機(jī)M進(jìn)行反轉(zhuǎn) 現(xiàn)象四：當(dāng)按下緊急按鈕SF5時(shí)，電動(dòng)機(jī)M進(jìn)行正轉(zhuǎn)。 7 結(jié)束語 本文研究了基于plc的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法，包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。不僅在理論上論證了該系統(tǒng)實(shí)施的可行性，而且在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了模擬調(diào)試。 雖說調(diào)試后本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)能夠達(dá)到實(shí)際要求，但在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，考慮各部分的容量及其技術(shù)參數(shù)，供電電源的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)接地問題、電纜設(shè)計(jì)與鋪設(shè)、plc輸出端保護(hù)等問題，已使

58、系統(tǒng)達(dá)到安全可靠的工作，所以要想交付用戶使用，必須得通過現(xiàn)場調(diào)試。這就又給我們提出了更高層次的問題，畢竟一個(gè)較好的和較完善的應(yīng)用軟件不是在短時(shí)間內(nèi)就可以完成的它需要不斷的完善和發(fā)展，需要我們做大量的工作和時(shí)間的檢驗(yàn)?，F(xiàn)在的系統(tǒng)還沒有達(dá)到真正的智能化，還需要正增加很多新的功能和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，才能達(dá)到真正意義上的智能化控制。 參考文獻(xiàn) （1） 王永華，《現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)》。北京航空航天大學(xué)出版社 2008 . 3.9 （2） 何衍慶主編，何一平、王鵬副主編著，《常用PLC應(yīng)用手冊(cè)》，電子工業(yè)出版社2008.3.7 （3） 李鳳閣，佟為明，編著，《電氣

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