基于PLC的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)

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1、基于PLC自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要 本文是關(guān)于自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)門(mén)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(cè)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(mén)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(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)門(mén)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(jiàn)的方式之一。自動(dòng)門(mén)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(mén)開(kāi)關(guān)控制及良好的穩(wěn)定性，而且可以很簡(jiǎn)單的改變控制的方式，因此，自動(dòng)門(mén)的生產(chǎn)商家很多都運(yùn)用PLC來(lái)做門(mén)的控制器。目前自動(dòng)門(mén)在日常

2、生活中用越來(lái)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(lái)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(mén)的設(shè)計(jì)要求 第三章介紹自動(dòng)門(mén)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(mén)、PLC、感應(yīng)器件、驅(qū)動(dòng)裝置 目錄 摘要--------------------------------------7 1 前言---------------------------

3、---------11 2 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)的發(fā)展----------------------13 2.1國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)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(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)--------------17 3.1自動(dòng)門(mén)的功能需求分析--------------17 3.1自動(dòng)門(mén)的控制要求------------------18 3.3自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)構(gòu)成----------------19 3.3.1 PLC

4、概述------------------19 3.3.2 具體構(gòu)成------------------24 3.4自動(dòng)門(mén)的機(jī)械傳機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)------------25 4 自動(dòng)門(mén)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 直流電動(dòng)機(jī)的選型----------------32

5、 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(kāi)關(guān)------------------------37 4.7自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)I/O地址分配表-----37 4.8 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的原理圖----------38 4.8.1 主電路原理圖---------------38 4.8.2 PLC外圍接線圖-------------39

6、 5自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)-----------------40 5.1工作過(guò)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---------------------46 6.2聯(lián)機(jī)調(diào)試----

7、---------------------47 7結(jié)束語(yǔ)----------------------------------49參考文獻(xiàn)---------------------------------50 致謝 ------------------------------------52 附錄1------------------------------------53附錄2------------------------------------54 附錄3------------------------------------55 1前言 在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國(guó)，高樓聳

8、立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場(chǎng)、寫(xiě)字樓，自動(dòng)門(mén)已經(jīng)隨處可見(jiàn)。自動(dòng)門(mén)的工作方式是通過(guò)自動(dòng)門(mén)內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)開(kāi)關(guān)來(lái)感應(yīng)人的出入，當(dāng)人走進(jìn)自動(dòng)門(mén)是感應(yīng)開(kāi)關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開(kāi)門(mén)信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)打開(kāi)。當(dāng)人通過(guò)之后，再將門(mén)關(guān)上。由于自動(dòng)門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，不但能給我們帶來(lái)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(mén)增添了不少高貴典雅的氣息。 自動(dòng)門(mén)在國(guó)外早已得到普遍的應(yīng)用，在我國(guó)也以優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)同，中國(guó)已迎來(lái)了自動(dòng)們發(fā)展的黃金時(shí)期 自動(dòng)門(mén)性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝繁瑣

9、、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(mén)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(mén)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(zhǎng)足的發(fā)展。因此運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門(mén)具有較高的可靠性、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。由此看來(lái)，進(jìn)行自動(dòng)門(mén)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)自動(dòng)門(mén)行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)門(mén)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?jī)r(jià)值。 本課題主要介紹運(yùn)用PLC為控制器的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所有產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)都要講究實(shí)用本課題開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品對(duì)許多場(chǎng)合都能適用，而且能夠簡(jiǎn)單化，不論對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)還

10、是使用者來(lái)說(shuō)都是最好的。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既滿足了自動(dòng)門(mén)的基本要求，還可以保證自動(dòng)門(mén)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(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)發(fā)展 2.1國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)發(fā)展現(xiàn)狀 在國(guó)外，進(jìn)入90年代以來(lái)，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(mén)的重要部分。在現(xiàn)在人們生活中自動(dòng)門(mén)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(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自動(dòng)門(mén)在人們的生活中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，自動(dòng)門(mén)適合于賓館、酒店、銀行、寫(xiě)字樓、、醫(yī)院

11、、商店等，使用自動(dòng)門(mén)。但在國(guó)內(nèi)，自動(dòng)門(mén)的自主研發(fā)尚處于初級(jí)階段。在自動(dòng)門(mén)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(mén)體的重量及體積不同會(huì)對(duì)自動(dòng)門(mén)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(mén)又可以分為重型自動(dòng)門(mén)和輕型自動(dòng)門(mén)。 客流量的差異會(huì)對(duì)自動(dòng)門(mén)的使用產(chǎn)生很大的影響，因此，自動(dòng)門(mén)還可以分為一般自動(dòng)門(mén)和頻繁使用自動(dòng)門(mén)。 自動(dòng)門(mén)根據(jù)使用的場(chǎng)合及功能的不同可分為自動(dòng)平移門(mén)、自動(dòng)平開(kāi)門(mén)、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)、自動(dòng)圓弧門(mén)、自動(dòng)折疊門(mén)等，其中平開(kāi)門(mén)用的場(chǎng)合較少，旋轉(zhuǎn)門(mén)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)平移門(mén)使用的最廣泛，大家一般所說(shuō)的自動(dòng)門(mén)、感應(yīng)門(mén)就是指自動(dòng)平移

12、門(mén)，目前市場(chǎng)上流行的平移型自動(dòng)門(mén)一般是兩開(kāi)，這種門(mén)的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易控，維護(hù)方便。 自動(dòng)平移門(mén)最常見(jiàn)的形式是自動(dòng)門(mén)內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走進(jìn)門(mén)時(shí)，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開(kāi)門(mén)信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)打開(kāi)。當(dāng)人通過(guò)之后，再將門(mén)關(guān)上。由于自動(dòng)平移門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國(guó)內(nèi)外建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。 自動(dòng)門(mén)的控制方法有很多，從控制器的不同來(lái)說(shuō)，有繼電器控制，即通過(guò)按鈕和復(fù)雜的接線安裝來(lái)控制；智能控制器控制，即通過(guò)運(yùn)行現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備來(lái)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)廠商所運(yùn)用。由于繼電器邏輯控制的自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)存在許多缺陷而逐步被

13、智能控制器的自動(dòng)門(mén)所淘汰。 在智能控制器的選折上，自動(dòng)門(mén)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(mén)，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(chǎng)的自動(dòng)門(mén)都是有這種方式來(lái)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(mén)的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和論證。 1. 自動(dòng)門(mén)類型的選擇。 綜合了自動(dòng)門(mén)的簡(jiǎn)潔、簡(jiǎn)單的要求，在本課題中主要研究自動(dòng)平移門(mén)，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)平移門(mén)具有手動(dòng)和自動(dòng)開(kāi)門(mén)功能和分時(shí)間段控制功能以及配備安全防夾人光線、后備電源等輔助裝置來(lái)滿足商場(chǎng)等人流眾多的

14、場(chǎng)所的高效率、高安全性的要求。 2. 自動(dòng)門(mén)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)要求有很高的穩(wěn)定性來(lái)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(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的CPU224小型PLC。在自動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)門(mén)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(mén)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(wèn)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(mén)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(cè)精度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好的接近傳感器，運(yùn)用感應(yīng)器的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入給PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)自動(dòng)門(mén)的控制。由于本課題的具體

15、需要在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮自動(dòng)門(mén)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定的需要。 3. 自動(dòng)門(mén)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(yǔ)言梯形圖，梯形圖能直觀明了的設(shè)計(jì)出自動(dòng)門(mén)的控制要求，并能更好的考慮到安全性和故障報(bào)警等問(wèn)題，梯形圖的編寫(xiě)運(yùn)用西門(mén)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(chǎng)、公共建筑、銀行、醫(yī)院入口，經(jīng)常使用自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)。使用自動(dòng)門(mén)，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，因此應(yīng)用非常廣泛。自動(dòng)平移門(mén)最常見(jiàn)的形式是自動(dòng)門(mén)及門(mén)內(nèi)外的光

16、電開(kāi)關(guān)，當(dāng)人走進(jìn)自動(dòng)門(mén)時(shí)，感應(yīng)開(kāi)關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開(kāi)門(mén)的信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)打開(kāi)，當(dāng)人通過(guò)門(mén)之后，在將關(guān)閉。由于自動(dòng)平移門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，既方便又提高了建筑檔次，于是迅速在國(guó)內(nèi)外建筑市場(chǎng)上得到了廣泛應(yīng)用。 自動(dòng)門(mén)在國(guó)外早就得到了普遍應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)也逐漸得到了大家的認(rèn)可，已經(jīng)迎來(lái)了自動(dòng)門(mén)發(fā)展的黃金時(shí)期。 早期自動(dòng)門(mén)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(mén)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(lái)在其內(nèi)部存儲(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

17、過(guò)數(shù)字式和開(kāi)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(guò)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(zhǎng)足的發(fā)展。因此運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門(mén)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(mén)設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC做控制器能大大提高自動(dòng)門(mén)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)與整個(gè)自動(dòng)門(mén)行業(yè)是一次技術(shù)革新，提高了自動(dòng)門(mén)的使用率，因此，進(jìn)行自動(dòng)門(mén)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)自動(dòng)門(mén)行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)門(mén)行業(yè)乃至整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用，具有

18、一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究?jī)r(jià)值。 3自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3.1在自動(dòng)門(mén)的功能需求分析 本設(shè)計(jì)面向商場(chǎng)入口的應(yīng)用，需要有安全性和可靠性。根據(jù)商場(chǎng)中對(duì)自動(dòng)門(mén)的具體要求，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)應(yīng)由以下功能： （1） 開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)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(mén)應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。當(dāng)信號(hào)采集裝置檢測(cè)到有人接近門(mén)口且門(mén)未打開(kāi)或者檢測(cè)到已無(wú)人接近門(mén)口且門(mén)未關(guān)閉，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)開(kāi)控制點(diǎn)動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來(lái)開(kāi)門(mén)或者關(guān)門(mén)。 （2） 緊急停止 當(dāng)自動(dòng)門(mén)出現(xiàn)夾人現(xiàn)象時(shí)，可閉合緊急停止開(kāi)關(guān)，自動(dòng)門(mén)自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門(mén)過(guò)程。 自動(dòng)門(mén)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)

19、控制方式，此種控制模式為目前大多自動(dòng)門(mén)的控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來(lái)控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門(mén)的開(kāi)和關(guān)實(shí)現(xiàn)門(mén)的自動(dòng)化控制。 3.2自動(dòng)門(mén)的控制要求 （1）當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K1或K2時(shí)，開(kāi)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。 （2）自動(dòng)門(mén)在開(kāi)門(mén)位置停留8秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程，關(guān)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門(mén)移動(dòng)到關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。 （3） 在關(guān)門(mén)過(guò)程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K2或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門(mén)，并自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門(mén)程序。 （4） 在門(mén)打

20、開(kāi)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(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開(kāi)始等待8秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程，以保證人員安全通過(guò)。 3.3自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)構(gòu)成 自動(dòng)門(mén)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(mén)的控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來(lái)控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門(mén)的開(kāi)和關(guān)實(shí)現(xiàn)門(mén)的自動(dòng)化控制。 3.3.1PLC概述 可編程控制器，英文Programmable Controller,簡(jiǎn)稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡(jiǎn)稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子

21、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(guò)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(guò)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(guò)輸出電路的物理過(guò)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(guò)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(mén)內(nèi)外感應(yīng)采集信號(hào)，便于維修和抗干擾等問(wèn)題，入出信息變換及可靠地物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本點(diǎn)。PLC可以通過(guò)他的外設(shè)或通信接口與外界交換信

22、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(cè)、自診斷功能。 可以說(shuō)，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(méi)有的，更是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無(wú)法比擬的。豐富的功能為PLC 的廣泛

23、應(yīng)用提供了可能，同時(shí)，也為自動(dòng)門(mén)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(guò)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(jiǎn)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，且觸點(diǎn)在開(kāi)閉時(shí)易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差。 a．

24、 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)部期間都處于周期性掃描過(guò)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

25、順序計(jì)算出來(lái)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(kāi)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(kāi)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)的工作原理基礎(chǔ)上的，即通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的

26、。但是CPU是分時(shí)操作方式來(lái)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(kāi)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(wèn)題；而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，屬于無(wú)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 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

27、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(kāi)發(fā)好的單片機(jī)產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)單片機(jī)控制系統(tǒng)屬于底層開(kāi)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(kāi)發(fā)。 b.使用場(chǎng)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(chǎng)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(guò)程中使用。 c.使用過(guò)程 設(shè)計(jì)開(kāi)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(huà)硬件電路圖，制作印刷電路板，購(gòu)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(mén)的開(kāi)發(fā)裝置和低級(jí)編輯語(yǔ)言控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；而PLC不必

28、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(yǔ)言，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，因?yàn)橛泻玫墓こ坦ぞ邘椭苑浅Ｈ菀住? 3.3．2 具體構(gòu)成 自動(dòng)門(mén)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(cè)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(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)自動(dòng)門(mén)的運(yùn)行。 3.4自動(dòng)門(mén)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(mén)針對(duì)人流較多的商場(chǎng)，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(mén)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中考慮了以下幾個(gè)方面： 1. 自動(dòng)門(mén)的傳動(dòng)主要包括安裝版，軌道，門(mén)機(jī)，皮帶，吊掛件等。

29、 2. 所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡(jiǎn)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(wèn)題，從而確保了門(mén)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(mén)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 4.1 PLC的選擇 在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控

30、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(guò)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?，通常根?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/

31、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(lái)代替，存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)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)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

32、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(guò)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(mén)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(chǎng)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)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，

33、編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(yǔ)言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)言表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言變成方式，如C，Bas

34、ic等，以滿足特殊控制場(chǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角

35、度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(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

36、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(mén)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(chǎng)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(guò)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(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的CPU224小型PLC來(lái)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)門(mén)的驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)門(mén)能否良好工作的保障。在本設(shè)計(jì)中是運(yùn)用直流無(wú)

37、刷電機(jī)。直流無(wú)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(jiǎn)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(chǎng)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(wú)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(mén)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

38、速度正常的人員通過(guò)的場(chǎng)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(cè)方式具體如下優(yōu)點(diǎn)： （1）非接觸探測(cè)。 （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)不同的功能和性能運(yùn)用在各類不同場(chǎng)合的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，是自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的

39、關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫(xiě)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(guò)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(mén)的人員檢測(cè)上運(yùn)用上海順安達(dá)門(mén)業(yè)裝飾有限公司的微波自動(dòng)門(mén)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)速的，更不能無(wú)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)

40、機(jī)。這是因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)能無(wú)級(jí)調(diào)速，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)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 　可知磁通Φ減少時(shí)，n0升高，轉(zhuǎn)速降△n增大，但后者與Φ

41、2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(guò)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(guò)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(lái)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I

42、a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(guò)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(chǎng)合。 這種調(diào)速方法有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）調(diào)速平滑，可無(wú)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(guò)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

43、壓U，則由 　n=U/KTΦ-Ra/KEKTΦ2T 　可見(jiàn)，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(guò)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(lái)降低了。 　 由于調(diào)速時(shí)磁通不變，如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

44、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(wú)級(jí)調(diào)速。 　這種調(diào)速方法的缺點(diǎn)是調(diào)壓需用專門(mén)的設(shè)備，投資較高。近年來(lái)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(jiǎn)單，相對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)又有以下的優(yōu)勢(shì)： （1） 由于采用高性能永磁材料，無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子尺寸得以減小，可以具有較低的慣性、更快的響應(yīng)速度、更高的轉(zhuǎn)矩慣量比。 （2）

45、 由于沒(méi)用轉(zhuǎn)子損耗（轉(zhuǎn)子使用永磁材料），也無(wú)需定子勵(lì)磁電流分量（應(yīng)用新理論），所以無(wú)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(méi)有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無(wú)刷直流電機(jī)也無(wú)需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問(wèn)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(wú)刷直流電機(jī)把其復(fù)雜的磁場(chǎng)定向控制簡(jiǎn)化為離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，無(wú)需坐標(biāo)變換，調(diào)速范圍更寬，控制性能更好。 綜上所述，無(wú)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

46、本課題設(shè)計(jì)中選用了無(wú)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(mén)扇行進(jìn)軌道：就像火車的鐵軌，約束門(mén)扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進(jìn)行。 2 自動(dòng)門(mén)扇吊具走論系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)門(mén)扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門(mén)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(mén)吊具走論系統(tǒng)。 4.6 限位開(kāi)關(guān) 限位開(kāi)關(guān)又稱行程開(kāi)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(lái)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、速度、行程大小或位置的一種自動(dòng)控制器件。

47、 限位開(kāi)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(kāi)關(guān)通過(guò)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(mén)控制系統(tǒng)I/0地址分配表 I/0分配表示編寫(xiě)PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場(chǎng)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(mén)控制系統(tǒng)的主電路原理圖。 4.8.2外圍接線 如上圖所示KA1

48、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(kāi)關(guān)門(mén)到位行程開(kāi)關(guān) ，檢測(cè)開(kāi)關(guān)門(mén)是否到位檢，SQ3、SQ4是開(kāi)關(guān)門(mén)時(shí)減速行程開(kāi)關(guān)。 5自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 5.1 工作過(guò)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(cè)到能有人體信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)正傳，帶動(dòng)自動(dòng)門(mén)執(zhí)行開(kāi)門(mén)過(guò)程。 （2） 當(dāng)門(mén)完全打開(kāi)之后，使開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)打開(kāi)，此時(shí)自動(dòng)門(mén)停止，進(jìn)行8秒延時(shí)。 若此時(shí)感應(yīng)器重新檢測(cè)到有人體信號(hào)時(shí)，則在重新進(jìn)行8秒延時(shí)

49、 （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(mén)過(guò)程。在關(guān)門(mén)過(guò)程中，傳感器重新檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí)，此時(shí)中斷關(guān)門(mén)轉(zhuǎn)向開(kāi)門(mén)過(guò)程。 （4） 考慮到自動(dòng)門(mén)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(kāi)門(mén)和手動(dòng)關(guān)門(mén)。以上工作過(guò)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(mén)為工業(yè)控制而開(kāi)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(yǔ)言，而常常采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3(可編程控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn))詳

50、細(xì)的說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5中編程語(yǔ)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(yǔ)言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語(yǔ)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(yǔ)言是用梯形圖的圖形符號(hào)來(lái)描述程序的一種設(shè)計(jì)語(yǔ)言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用因果關(guān)系來(lái)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。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

51、面。 梯形圖設(shè)計(jì)語(yǔ)言是最常見(jiàn)的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過(guò)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(lái)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(yǔ)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)待； 梯形圖是使用的最多的圖形編程語(yǔ)言，被稱為P

52、LC的第一編程語(yǔ)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(kāi)關(guān)開(kāi)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(guò)程控制要求，畫(huà)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(jiǎn)化，利于編程 (2)將所有的輸入信號(hào)（按鍵，行程限位開(kāi)關(guān)，壓力開(kāi)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。

53、 （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(lái)描述控制要求，繪制梯形圖要遵循編程原則。 （5）編寫(xiě)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(mén)子公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的STEP-Micro/WIN,選擇他的梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)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(méi)有數(shù)量限制。 2. 梯形圖每一行都是從左邊開(kāi)始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點(diǎn)）。 3.

54、 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(méi)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(wú)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(xiě)了本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的梯形圖程序，具體程序如下： 6 程序調(diào)試 6.1硬件線路連接

55、 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(guò)程的電路圖如5-1所示； 在模擬調(diào)試過(guò)程中，因于實(shí)驗(yàn)條件有限，所以微波探測(cè)信號(hào)與限位開(kāi)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 V4.0SP5”開(kāi)發(fā)平臺(tái)編寫(xiě)好的軟件通過(guò)“RS-232/PPI電

56、纜”下載到“CPU224”中。 （3）運(yùn)行過(guò)程實(shí)驗(yàn) 按啟動(dòng)按鈕”SF0” a手動(dòng)開(kāi)/關(guān) 現(xiàn)象一：當(dāng)按手動(dòng)開(kāi)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(kāi)關(guān)按鈕SF11時(shí)，電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn) b自動(dòng)開(kāi)/關(guān)門(mén) 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。 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(guò)程中若

57、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(yǔ) 本文研究了基于plc的自動(dòng)門(mén)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(shuō)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(wèn)題、電纜設(shè)計(jì)與鋪設(shè)、plc輸出端保護(hù)等問(wèn)題，已使系統(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(guò)現(xiàn)場(chǎng)

58、調(diào)試。這就又給我們提出了更高層次的問(wèn)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(méi)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，《電氣控制與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》，北京機(jī)械工業(yè)出版社2007.1

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