基于PLC的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 摘 要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）不斷更新、發(fā)展，PLC控制是自動(dòng)控制中最常見(jiàn)控制方式之一，自動(dòng)門(mén)就是自動(dòng)控制應(yīng)用的一典型例子，由于可編程控制器具有很好的處理自動(dòng)門(mén)的開(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)在日常生活中運(yùn)用越來(lái)越廣泛。 本文論述的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：可編程控制器(PLC)、信號(hào)采集裝置、變頻器、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置。可編程控制器選用日本三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的FX2N-32M小型PLC；信號(hào)采集裝置選用上海晶園微電子公司生產(chǎn)的微波感應(yīng)器；變頻器采用日本三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的FR－540變頻器；驅(qū)動(dòng)裝置采用天津安全電機(jī)有限公司生產(chǎn)的YSM100/112、W、S三相異步電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)矩為0.43N.m，額定轉(zhuǎn)速為400r/min；傳動(dòng)裝置采用皮帶來(lái)帶動(dòng)門(mén)的運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)對(duì)于周?chē)h(huán)境的要求較低。 本設(shè)計(jì)主要的工作原理是通過(guò)信號(hào)采集裝置判定有無(wú)人經(jīng)過(guò)并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳到PLC，PLC根據(jù)開(kāi)關(guān)信號(hào)的來(lái)控制變頻器的開(kāi)停和速度的變換，在由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)。 本文總共分五個(gè)章節(jié)進(jìn)行敘述其軟、硬件結(jié)構(gòu)、工作原理等，具體如下： 第一章介紹自動(dòng)門(mén)的國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)現(xiàn)狀，本課題研究的內(nèi)容和目的意義。 第二章主要介紹自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。 第三章介紹了自動(dòng)門(mén)的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，PLC的選型，變頻器的選型，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，自動(dòng)門(mén)控制電路，控制電路的連接。 第四章介紹了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，PLC梯形圖概述，編程軟件的介紹，程序流程圖，程序的編寫(xiě)工作。 關(guān)鍵詞：PLC，變頻器，驅(qū)動(dòng)裝置，感應(yīng)器。 30 目錄 引 言 IV 第一章 概 述 1 1.1 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2 本課題研究的內(nèi)容 2 1.3 本課題研究的目的和意義 2 第二章 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1 自動(dòng)門(mén)的功能需求分析 4 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 4 2.3 自動(dòng)門(mén)技術(shù)參數(shù)的確定 5 2.4 自動(dòng)門(mén)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 第三章 自動(dòng)門(mén)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 3.2 可編程控制器(PLC)的選型 8 3.3 驅(qū)動(dòng)裝置的選型 10 3.4 變頻器的原理 11 3.4.1 變頻器的選型 11 3.4.2 變頻器的參數(shù)設(shè)定 12 3.5 感應(yīng)開(kāi)關(guān)的選型 13 3.6 自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)I/O分配表 14 3.7 控制系統(tǒng)的電氣接線 15 第四章 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 16 4.1 PLC梯形圖概述 16 4.3 程序流程圖 18 4.4 梯形圖的設(shè)計(jì) 18 結(jié)束語(yǔ) 21 致 謝 22 參考文獻(xiàn) 23 附錄Ⅰ 自動(dòng)門(mén)的硬件連接電路 24 附錄Ⅱ PLC的I/O地址分布圖 25 附錄Ⅲ 自動(dòng)門(mén)梯形圖程序 25 附錄Ⅲ 自動(dòng)門(mén)梯形圖程序 26 引 言 在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國(guó)，高樓聳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)是隨處可見(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)人走近自動(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)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，再將門(mén)關(guān)閉。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)外早已得到普遍應(yīng)用，在我國(guó)也以其優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)同，中國(guó)已經(jīng)迎來(lái)了自動(dòng)門(mén)發(fā)展的黃金時(shí)期。 自動(dòng)門(mén)的性能優(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，造成安裝煩瑣、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(mén)及其自動(dòng)化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置是可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PLC），PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(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)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式和開(kāi)關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類(lèi)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(chē)、輕工業(yè)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，維修方便等特點(diǎn)，因此，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)的開(kāi)發(fā)和研究，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)許多的場(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)商還有使用者來(lái)說(shuō)，都是最好的。他們需要的是一個(gè)廉價(jià)的又是一個(gè)實(shí)用的產(chǎn)品。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正好具備了這樣的一個(gè)要求，能夠在大多數(shù)的地方應(yīng)用。因此本設(shè)計(jì)就是解決了這樣一個(gè)問(wèn)題，還可以保證自動(dòng)門(mén)的穩(wěn)定性。例如，某商場(chǎng)要求營(yíng)業(yè)期間的門(mén)都運(yùn)用自動(dòng)門(mén)，這就需要自動(dòng)門(mén)要有極高的穩(wěn)定性，且對(duì)于商場(chǎng)來(lái)說(shuō)成本不能太高。然而本課題意味著產(chǎn)品成本下降，效益提高。因此是一個(gè)比較適合此類(lèi)場(chǎng)合運(yùn)用且經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。 第一章 概 述 1.1 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)相對(duì)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)代人們生活中自動(dòng)門(mén)可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時(shí)可以使出入口顯得莊重高檔，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、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)的設(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)和傳動(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)生很大影響，因此，自動(dòng)門(mén)還可以分為一般自動(dòng)門(mén)和可頻繁使用的自動(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，一般只用于有需要的高檔賓館，自動(dòng)平移門(mén)使用得最廣泛，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)人走近自動(dòng)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)門(mén)之后，再將門(mén)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)的控制方法很多，從控制器的不同來(lái)分，有傳統(tǒng)的繼電器控制，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)用現(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)因存在許多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自動(dòng)門(mén)所淘汰。 在智能控制器的選擇上，自動(dòng)門(mén)的主控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，目前許多大型的商場(chǎng)的自動(dòng)門(mén)都是由這種方式來(lái)控制[5]。 1.2 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(lèi)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(mǎn)足商場(chǎng)等人流眾多的場(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(mǎn)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)定性良好的三菱FX系列PLC。在自動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)門(mén)速度控制上本設(shè)計(jì)以三菱變頻器作為調(diào)節(jié)器，運(yùn)用變頻器的三段速控制來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)的轉(zhuǎn)速控制，為了解決變頻器在頻率很低的時(shí)候會(huì)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)定性較好的自帶減速裝置的三相交流電機(jī)，在感應(yīng)器運(yùn)用自動(dòng)門(mén)專(zhuān)用的微波雷達(dá)感應(yīng)器和在工業(yè)自動(dòng)控制上大量運(yùn)用的具有檢測(cè)精度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，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。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了自動(dòng)門(mén)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定的需要。 3.自動(dòng)門(mén)軟件的設(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，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計(jì)出自動(dòng)門(mén)控制的要求，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)用三菱的GX Developer編程軟件，此軟件支持全部的三菱的PLC，并且具有強(qiáng)大的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，從而大大縮短了維修時(shí)間。 1.3 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)可以使出入口顯得莊重高檔，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)機(jī)及門(mén)內(nèi)外兩側(cè)加光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)人走近自動(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)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，再將門(mén)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)在國(guó)外早已得到普遍應(yīng)用，在我國(guó)也逐步得到大家的認(rèn)同，已經(jīng)迎來(lái)了自動(dòng)門(mén)發(fā)展的黃金時(shí)期。 早期的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝煩瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點(diǎn)已逐漸被淘汰。 PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(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)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式和開(kāi)關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類(lèi)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(chē)、輕工業(yè)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，維修方便等特點(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)于整個(gè)自動(dòng)門(mén)行業(yè)是一次技術(shù)的革新，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)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。[3] 第二章 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 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，需要有安全和可靠性，在設(shè)計(jì)的時(shí)候改進(jìn)了自動(dòng)門(mén)的友好性，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示： 圖2.1 自動(dòng)門(mén)結(jié)構(gòu)圖 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)具有以下功能： 1．開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)控制應(yīng)具有手動(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。手動(dòng)和自動(dòng)開(kāi)門(mén)方式由手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)控制。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥向手動(dòng)位置時(shí)，門(mén)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥向自動(dòng)位置時(shí)，手動(dòng)開(kāi)門(mén)失效，由感應(yīng)器檢測(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)且門(mén)未關(guān)閉，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)給變頻器來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)或者關(guān)門(mén)。 2．蜂鳴器的提示功能 當(dāng)自動(dòng)門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)，PLC輸出信號(hào)給蜂鳴器，蜂鳴器響以提醒來(lái)往行人注意。 3．防夾人功能 為了杜絕自動(dòng)門(mén)的夾人事件，在門(mén)兩側(cè)安裝防夾人紅外感應(yīng)器，以防止停留在門(mén)附近的人被門(mén)所夾住。 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)點(diǎn)動(dòng)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。 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 在自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程中最主要的是先列出設(shè)計(jì)的主要步驟流程圖，如圖2.2所示。 在自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要要考慮以下幾點(diǎn)： 1.深入了解和分析自動(dòng)門(mén)的工藝條件和控制要求。 2.確定I/O設(shè)備。根據(jù)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶(hù)輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。 3.根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類(lèi)型。 4.分配I/O點(diǎn)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。 5.設(shè)計(jì)自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè)自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。 6.將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 7.自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試種發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要逐一排除，直至調(diào)試成功。 圖2.2 設(shè)計(jì)調(diào)試步驟圖 2.3 自動(dòng)門(mén)技術(shù)參數(shù)的確定 自動(dòng)平移門(mén)安裝和調(diào)試的關(guān)鍵是提高精度，即導(dǎo)軌的平直度和水平度，門(mén)體的兩個(gè)吊掛點(diǎn)所形成的直線與導(dǎo)軌的平行度和垂直度，最大限度地減少門(mén)體的靜態(tài)側(cè)擺。在自動(dòng)門(mén)投入使用后，尤其是初期，應(yīng)經(jīng)常調(diào)節(jié)門(mén)體，修正運(yùn)行產(chǎn)生的誤差。 要嚴(yán)格限制門(mén)體重量，不能超過(guò)自動(dòng)門(mén)的額定負(fù)重。通常在三個(gè)月最多一年內(nèi)要對(duì)自動(dòng)門(mén)進(jìn)行全面的清理和調(diào)整。 公共場(chǎng)所的自動(dòng)平移門(mén)因?yàn)槭褂妙l率非常頻繁，而任何自動(dòng)門(mén)的使用頻率和使用壽命都有限。例如機(jī)場(chǎng)、大型超市和醫(yī)院外門(mén)的人員流量每天可達(dá)成千上萬(wàn)人次，或者在特定時(shí)間段里集中通過(guò)大量人員，在這種情況下，要使用自動(dòng)門(mén)就必須進(jìn)行綜合考慮。例如增加門(mén)的數(shù)量，加大門(mén)扇寬度，增加關(guān)門(mén)延遲時(shí)間等。具體參數(shù)如表2.1所示。 表2.1 自動(dòng)門(mén)具體參數(shù) 單扇開(kāi)啟寬度（mm） 1250mm（最寬） 單扇門(mén)的最大承重（kg） 1x120kg 高度（mm） 2500mm 最快開(kāi)/關(guān)門(mén)速度（cm/s） 60cm/s 常速開(kāi)/關(guān)門(mén)速度（cm/s） 32.5cm/s 減速開(kāi)/關(guān)門(mén)速度（cm/s） 20cm/s 開(kāi)啟保持時(shí)間（s） 15s（程序中可調(diào)） 可編程控制器（PLC）電源 220V AC,50-60Hz 驅(qū)動(dòng)器電源 380V AC,50Hz 驅(qū)動(dòng)器輸出額定功率 120W 2.4 自動(dòng)門(mén)的機(jī)械傳動(dòng)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?chē)h(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)主要包括安裝板，軌道，門(mén)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(jiǎn)便。 3．電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用380V三相交流電機(jī)，功率大，可調(diào)性強(qiáng)。 4．導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形成正懸掛，解決了側(cè)擺的問(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)方面的特點(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, 齒形皮帶的齒形截面為曲線設(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，從而提高了機(jī)械效率。皮帶底部采用尼龍加強(qiáng)，減少了齒距變形，提高了使用壽命。[22] 7．傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。其中馬達(dá)皮帶輪直徑為5cm,皮帶滑輪內(nèi)徑為13.5cm,外徑為28.5cm。 圖2.3 機(jī)械傳動(dòng) 第三章 自動(dòng)門(mén)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC控制變頻器來(lái)調(diào)節(jié)交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制方式。采用變頻器電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便、可靠性高，交流電機(jī)具有效率高、維護(hù)成本低的特點(diǎn)。 交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、易于冷卻和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),并且系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，而且能實(shí)現(xiàn)低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)等特性。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)控制的成本得以降低，為交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)門(mén)中的大量運(yùn)用提供了條件。 3.2 可編程控制器(PLC)的選型 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(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、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)，再增加10%～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/O點(diǎn)數(shù)為輸入12點(diǎn)，輸出12點(diǎn)。 2．存儲(chǔ)器容量的估算 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(hù)應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶(hù)應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(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)替代。 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15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），另外再按此數(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)2000條梯形圖，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特性的選擇。 根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 （1）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(zhuān)用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。 （2）編程功能 離線編程方式：PLC和編程器公用一個(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，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。在線編程方式：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)化編程語(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)句表（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)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如C，Basic等，以滿(mǎn)足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。 （3）診斷功能 PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。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)軟件對(duì)PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(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 (1)PLC的類(lèi)型 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類(lèi)，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類(lèi)；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/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶(hù)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/O卡件或插卡，因此用戶(hù)可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O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)。 （2）經(jīng)濟(jì)性的考慮 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，最終選出較滿(mǎn)意的產(chǎn)品。 輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(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)CPU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)性的考慮因此選擇整體型PLC。 綜合以上因素，本課題的設(shè)計(jì)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-32M小型PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)的控制，如圖3.2所示。[15] 圖3.2 FX2N可編程控制器（PLC） 三菱FX2N-32M具有如下優(yōu)點(diǎn)：最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿(mǎn)足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 三菱FX2N-32M具有突出的寄存器容量：三菱FX2N-32M包括8K步內(nèi)置RAM寄存器，用一個(gè)寄存器盒可擴(kuò)充到16K步RAM或EEPROM。 豐富的元件資源：3072點(diǎn)輔助繼電器、256點(diǎn)計(jì)時(shí)器、235點(diǎn)計(jì)數(shù)器和8000點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、使用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘滿(mǎn)足時(shí)間靈敏度應(yīng)用要求。 3.3 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)用變頻器的三段速度調(diào)節(jié)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門(mén)的目的。這種方法具有穩(wěn)定性能好，維修方便，連接簡(jiǎn)單，成本較低，是在目前的自動(dòng)門(mén)行業(yè)主流控制方式。 根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)的要求應(yīng)選用絕緣電阻、絕緣介電強(qiáng)度、接地裝置、過(guò)電壓保護(hù)等符合國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，具有噪聲低、過(guò)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)的并且轉(zhuǎn)速不高于500r/min的電機(jī)，在結(jié)合了安全、穩(wěn)定的考慮本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置選用天津安全電機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為YSM100/112、W、S的3相380V交流電機(jī)，電機(jī)如圖3.3所示。 圖3.3 YSM100/112、W、S交流電機(jī) 3.4 變頻器的原理 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。 變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動(dòng)設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機(jī)定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機(jī)使用。 3.4.1 變頻器的選型 根據(jù)自動(dòng)門(mén)的需要，變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)： 1. 變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題 （1）電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。本課題所用的電機(jī)的額定電壓為380V，故在選擇變頻器時(shí)要符合電機(jī)的額定電壓。 （2）電流匹配；變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和過(guò)載能力。在本課題所使用的三相交流電機(jī)的最大起動(dòng)電流為Y形接法為0.37A，△形接法為0.64A，本設(shè)計(jì)中采用Y形接法，所用的變頻器的最大電流應(yīng)大于電機(jī)的Y形接法的最大起動(dòng)電流。 （3）轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生，本課題所用電機(jī)的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1.4Nm，在選型中要考慮。 2. 在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。 綜合以上因素，本課題變頻器采用日本三菱公司生產(chǎn)的FR－500系列中的FR-540變頻器（如圖3.4所示）作為控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器。 圖3.4 三菱FR-540變頻器 三菱FR-540變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 接線簡(jiǎn)單，可運(yùn)用PLC的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來(lái)控制變頻的正反轉(zhuǎn)和頻率。 (2) 安裝靈活，可以根據(jù)實(shí)際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作?！　? (3) 頻率設(shè)置簡(jiǎn)單，并且具有三速設(shè)定功能，可以滿(mǎn)足本課題自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的控制要求，且操作方便，只需輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)外接電位器的旋鈕，就可以進(jìn)行頻率設(shè)置。 3.4.2 變頻器的參數(shù)設(shè)定 本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)具有如下速度要求： 自動(dòng)門(mén)要求快速啟動(dòng)→（限位）常速運(yùn)行→（限位）慢速運(yùn)行→停止, 構(gòu)成了如圖3.5的開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)曲線。 根據(jù)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p(1-s)其中f表示電流的頻率，p表示電機(jī)的極對(duì)數(shù)，s表示電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，n表示轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速，計(jì)算出變頻器的設(shè)定頻率。 根據(jù)公式和電機(jī)參數(shù)p=6，額定轉(zhuǎn)速為400 r/min，算出電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S=-0.25，馬達(dá)皮帶輪與門(mén)上的皮帶輪外徑、門(mén)上的皮帶輪內(nèi)徑轉(zhuǎn)速比為5.7：1：2.1,得出馬達(dá)皮帶輪與門(mén)上的皮帶輪內(nèi)徑轉(zhuǎn)速比為2.4：1。 1.根據(jù)上一章提到的門(mén)的規(guī)格,加速開(kāi)門(mén)或者關(guān)門(mén)的距離為30cm，時(shí)間控制在0.5S，速度為3600 cm /min，此時(shí)要求轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為204r/min。 2.中速開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)的距離為65cm，時(shí)間為2s,速度為1950cm/min，此時(shí)要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速為110.4r/min。 3.減速開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)的距離為30cm,時(shí)間為1.5s,速度為1200cm/s，此時(shí)要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速為67.9r/min。 根據(jù)以上速度要求設(shè)置變頻器，變頻器的頻率具體設(shè)定方式見(jiàn)表3.1，根據(jù)以下設(shè)定方式按課題要求設(shè)定好變頻器三速控制的頻率。 圖3.5 開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)曲線 表3.1 變頻器設(shè)定 名 稱(chēng) 表示 設(shè)定范圍 最小設(shè)定單位 設(shè)定值 上限頻率(Pr1) 0～120Hz 0.1Hz 50Hz 下限頻率(Pr2) 0～120Hz 0.1Hz 0.1Hz 3速設(shè)定（高速）(Pr4) 0～120Hz 0.1Hz 25.5Hz 3速設(shè)定（中速）(Pr5) 0～120Hz 0.1Hz 13.8Hz 3速設(shè)定（低速）(Pr6) 0～120Hz 0.1Hz 8.5Hz 加速時(shí)間(Pr7) 0～999s 0.1s 0.3s 減速時(shí)間(Pr8) 0～999s 0.1s 0.3s 操作模式選擇(Pr79) 0～4,7,8 1 2 3.5 感應(yīng)開(kāi)關(guān)的選型 目前自動(dòng)門(mén)行業(yè)的運(yùn)用的感應(yīng)開(kāi)關(guān)主要有觸摸感應(yīng)開(kāi)關(guān)，微波感應(yīng)器，紅外感應(yīng)器，接近感應(yīng)開(kāi)關(guān)等，根據(jù)不同的功能和性能運(yùn)用在各類(lèi)不同場(chǎng)合的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)中，是自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的關(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)的自動(dòng)門(mén)的人員檢測(cè)上運(yùn)用上海晶園微電子公司生產(chǎn)的WB-3001微波感應(yīng)器，又稱(chēng)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(guò)的場(chǎng)所，它的特點(diǎn)是幾乎不受周?chē)h(huán)境因素影響。 在防夾人感應(yīng)器的選擇上本設(shè)計(jì)選用上海晶園微電子公司生產(chǎn)的WS-210微型紅外安全光線，可避免外界光線干擾。在門(mén)下行關(guān)閉時(shí),當(dāng)有人或車(chē)經(jīng)過(guò)安全光線時(shí),門(mén)體會(huì)自動(dòng)停止下行,并自動(dòng)上行以起到安全作用。　 自動(dòng)門(mén)的速度信號(hào)采集上運(yùn)用了Keyence（基恩士）公司生產(chǎn)的ED-130U非埋入型接近傳感器，這種傳感器的特點(diǎn)是能檢測(cè)所有的金屬，最大檢測(cè)距離為20mm，檢測(cè)距離調(diào)節(jié)方便，安裝簡(jiǎn)單。 3.6 自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)I/O分配表 I/O分配表是編寫(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)。根據(jù)自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)的要求，確定了PLC的I/O分配表，在表3.2中列出。 表3.2 I/O分配表 類(lèi)型 PLC元件 作用 輸入 X0 緊急停止 X1 手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) X2 感應(yīng)開(kāi)關(guān)（內(nèi)） X3 感應(yīng)開(kāi)關(guān)（外） X4 防夾人光柵（常閉） X5 關(guān)門(mén)下限 X6 開(kāi)門(mén)下限 X7 開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)中速 X10 關(guān)門(mén)低速/開(kāi)門(mén)高速 X11 手動(dòng)開(kāi)門(mén) X12 手動(dòng)關(guān)門(mén) X13 關(guān)門(mén)高速/開(kāi)門(mén)低速 X14 異常復(fù)位 輸出 Y1 手動(dòng)開(kāi)門(mén) Y2 手動(dòng)關(guān)門(mén) Y3 開(kāi)/關(guān)門(mén)中速 Y4 開(kāi)/關(guān)門(mén)低速 Y5 開(kāi)/關(guān)門(mén)高速 Y6 自動(dòng)開(kāi)門(mén)燈閃爍 Y7 自動(dòng)關(guān)門(mén)燈閃爍 Y10 開(kāi)/關(guān)門(mén)提醒 Y11 故障報(bào)警燈 Y12 自動(dòng)開(kāi)門(mén) Y13 自動(dòng)關(guān)門(mén) Y14 異常停止 3.7 控制系統(tǒng)的電氣接線 本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的控制連接電路主要包括自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)連接電路、自動(dòng)門(mén)I/O接線電路，詳細(xì)的接線方式分別在附表Ⅰ和Ⅱ中列出。 第四章 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 4.1 PLC梯形圖概述 PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制而開(kāi)發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術(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)）詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5種編程語(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 list）、結(jié)構(gòu)文本（structured 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，功能表圖是一種結(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)描述程序的一種程序設(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，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是最常用的一種程序設(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，并得到廣泛的應(yīng)用。[3] 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是： 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. 與原有的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； 梯形圖是使用得最多的圖形編程語(yǔ)言，被稱(chēng)為PLC的第一編程語(yǔ)言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱(chēng)為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱(chēng)為編程。 下面主要介紹下GX Developer 7.0編程軟件概要： GX Developer 7.0是具有下列功能的軟件包。 1、 制作程序 圖4.2 梯形圖程序樣式 2、對(duì)可編程控制器CPU的寫(xiě)入/讀出 圖4.3 可編程控制器CPU的寫(xiě)入/讀出示意圖 3、監(jiān)視功能，監(jiān)視功能包括回路監(jiān)視，軟元件同時(shí)監(jiān)視，軟元件登陸監(jiān)視機(jī)能。此功能對(duì)于自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)在查找故障的時(shí)候是非常重要的。 4、模擬調(diào)試功能，把制作好的可編程控制器程序模擬寫(xiě)入可編程控制器的CPU內(nèi)，測(cè)試此程序能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。次功能對(duì)于在完成自動(dòng)門(mén)程序的時(shí)候進(jìn)行程序的檢查是很重要的。 5、PC診斷功能，因?yàn)闀?huì)見(jiàn)現(xiàn)在的錯(cuò)誤狀態(tài)或是故障履歷表示出來(lái)，可以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)作業(yè)。對(duì)于自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)以后的故障查找是很重要的一項(xiàng)功能。 GX Developer 7.0軟件的特長(zhǎng)： 1、軟件的共通化 GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運(yùn)動(dòng)控制（SCPU））,FX 系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。 此外，選擇FX系列情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。 2、利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升，能夠?qū)xcel,Word等作成的說(shuō)明數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，粘貼，并有效利用。 3、程序的標(biāo)準(zhǔn)化 (1) 標(biāo)號(hào)編程 用標(biāo)號(hào)編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認(rèn)識(shí)軟元件的號(hào)碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。 用標(biāo)號(hào)編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實(shí)際的程序來(lái)使用。 (2) 功能塊 FB是以提高順序程序的開(kāi)發(fā)效率為目的而開(kāi)發(fā)的一種功能。把開(kāi)發(fā)順序程序時(shí)反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開(kāi)發(fā)變得容易。 此外，零件化后，能夠防止將其運(yùn)用到別的順序程序時(shí)的順序輸入錯(cuò)誤。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡(jiǎn)單的命令就能夠讀出登錄過(guò)的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。 4、能夠簡(jiǎn)單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接 由于連接對(duì)象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡(jiǎn)單的設(shè)定。 4.3 程序流程圖 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?qǐng)D4.4所示的流程運(yùn)行，以達(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)。 圖4.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 4.4 梯形圖的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)運(yùn)用GX Developer 7.0編程軟件進(jìn)行梯形圖順控程序編寫(xiě)，在編寫(xiě)梯形圖的過(guò)程中遵循以下編程規(guī)則： 1．每個(gè)繼電器的線圈和它的觸點(diǎn)均用同一編號(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．線圈不能直接接在左邊母線上。 4．在一個(gè)程序中，同一編號(hào)的線圈如果使用兩次，稱(chēng)為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，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”只能在梯形圖中單方向流動(dòng)——即從左向右流動(dòng)，層次的改變只能從上向下。 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，具體梯形圖程序在附錄Ⅲ中列出。 5.2 程序調(diào)試記錄及結(jié)果分析 本課題進(jìn)行了模擬的在線聯(lián)機(jī)調(diào)試，目的在于確定整個(gè)系統(tǒng)的程序，在調(diào)試中，程序的變動(dòng)，包括功能的增減、變化是難免的。程序是否好用，最終要通過(guò)調(diào)試才能使程序進(jìn)一步完善和最終的確定。首先在PLC面板上將PLC設(shè)置為RUN位置，此時(shí)PLC開(kāi)始運(yùn)行。然后接好控制箱連線，根據(jù)I/O分配表中的輸入輸出所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)試。記錄如表5.1。 完成以下的基本調(diào)試，整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試工作基本完成了，最后的工作就是調(diào)試結(jié)果的分析。 表5.1 PLC調(diào)試記錄 PLC元件 動(dòng)作記錄 動(dòng)作結(jié)果 X0 OFF 自動(dòng)門(mén)停止運(yùn)轉(zhuǎn) X1 ON 程序跳轉(zhuǎn)至自動(dòng)，自動(dòng)門(mén)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng) X2、X3 ON Y12自動(dòng)開(kāi)門(mén)、Y6自動(dòng)開(kāi)門(mén)燈閃爍動(dòng)作 X4 OFF Y13自動(dòng)關(guān)門(mén)停止，Y12自動(dòng)開(kāi)門(mén)動(dòng)作 X5 ON Y13自動(dòng)關(guān)門(mén)停止、Y7關(guān)門(mén)燈停止閃爍 X6 ON Y12自動(dòng)開(kāi)門(mén)停止、Y6開(kāi)門(mén)燈停止閃爍 X7 ON Y3自動(dòng)開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)中速運(yùn)行 X10 ON 關(guān)門(mén)時(shí)，Y4自動(dòng)門(mén)關(guān)門(mén)低速動(dòng)作；開(kāi)門(mén)時(shí)，Y5自動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)高速動(dòng)作 X11 ON 在X1 OFF的時(shí)候，Y1手動(dòng)開(kāi)門(mén)動(dòng)作 X12 ON 在X1 OFF的時(shí)候，Y2手動(dòng)關(guān)門(mén)動(dòng)作 X13 ON 開(kāi)門(mén)時(shí)，Y4自動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)低速動(dòng)作；關(guān)門(mén)時(shí)，Y5自動(dòng)門(mén)關(guān)門(mén)高速動(dòng)作 X14 ON 異常消除 在本課題的調(diào)試過(guò)程中，預(yù)先設(shè)計(jì)的功能和動(dòng)作都能正常實(shí)現(xiàn)，具有較高的可靠性，維修方便等特點(diǎn)，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)是針對(duì)商場(chǎng)，在編寫(xiě)程序過(guò)程中加強(qiáng)了自動(dòng)門(mén)的安全性，針對(duì)商場(chǎng)的實(shí)際情況增加了防夾人的設(shè)計(jì)，程序中也加強(qiáng)了自動(dòng)門(mén)的安全性以及門(mén)的故障提示功能。因此，本課題解決了某商場(chǎng)要求自動(dòng)門(mén)要有極高的穩(wěn)定性，且成本不能太高的要求，是一個(gè)比較適合此類(lèi)場(chǎng)合運(yùn)用且經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我初步試著用自己所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出程序和硬件系統(tǒng)，進(jìn)一步理解了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，提高了PLC梯形圖的編程能力，掌握了PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試技巧，更加熟悉了GX Developer7.0編程軟件的應(yīng)用。雖然在這其中自己提高了很多，但同時(shí)這也讓我明白自身知識(shí)的貧乏，很多方面還需要加強(qiáng)努力；體會(huì)到網(wǎng)絡(luò)資源的豐富，找資料也需要技術(shù)，開(kāi)拓了眼界，并為以后查找資料墊定了基礎(chǔ)。 一個(gè)設(shè)計(jì)的完成并不只是了解某一方面的知識(shí)就夠了，還需要了解和掌握與之有密切關(guān)系的其他課程知識(shí)的學(xué)習(xí)。硬件開(kāi)發(fā)是PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，軟件的開(kāi)發(fā)是建立在硬件之上，軟硬件設(shè)計(jì)的巧妙結(jié)合是項(xiàng)目開(kāi)發(fā)質(zhì)量保證的關(guān)鍵。如果我們能用軟件解決的問(wèn)題，應(yīng)盡量用軟件解決，畢竟軟件開(kāi)發(fā)成本低，只需開(kāi)發(fā)時(shí)間。PLC控制系統(tǒng)在滿(mǎn)足使用功能的前提下，還應(yīng)具有較高的可靠性，一旦出現(xiàn)故障，必將造成整個(gè)自動(dòng)化過(guò)程的混亂和失控，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。因此，對(duì)可靠性的考慮應(yīng)貫穿于PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。 設(shè)計(jì)是在他人的基礎(chǔ)之上建造屬于自己的東西，我們要學(xué)會(huì)的就是把人家已經(jīng)制造好的東西，添加自己的思想組合、加工。而這也不是簡(jiǎn)單的事情，要保證它功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)要考慮到產(chǎn)品的實(shí)用性、安全性、持久性、可靠性、穩(wěn)定性等。 致 謝 感謝我們的導(dǎo)師黃老師，這篇論文的每個(gè)細(xì)節(jié)，都離不開(kāi)您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開(kāi)朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，讓我們倍感親切 。 在此我們要向諸位老師表示由衷的感謝。設(shè)計(jì)中院系領(lǐng)導(dǎo)為我們提供了良好的設(shè)計(jì)環(huán)境，謹(jǐn)向各位領(lǐng)導(dǎo)表示誠(chéng)摯的敬意和衷心的感謝。 感謝我們的父母家人，焉得諼草，言樹(shù)之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我們最大的心愿。 在論文即將完成之際，我們的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到設(shè)計(jì)的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我們無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我們誠(chéng)摯的謝意 參考文獻(xiàn) [1]《可編程控制應(yīng)用技術(shù)》，胡學(xué)林主編，高等教育出版社，2001年 [2]《PLC原理及應(yīng)用技術(shù)》，湯自春主編，高等教育出版社，2006年 [3]《可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)》，廖常初主編，重慶大學(xué)出版社，2004年 [4]《PLC應(yīng)用及維修技術(shù)》，張萬(wàn)忠等主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年 [5]《PLC應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐》，求事科技主編，人民郵電出版社，2005年 [6]《PLC分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用》，高鴻斌等主編，電子工業(yè)出版社，2004年 [7]《可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，丁慶廣主編，清華大學(xué)出版社，2004年 [8]《可編程控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用》，丁煒等主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年 [9]《可編程控制器應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)》，陳定明主編，高等教育出版社，2004年 [10]《可編程控制器原理及程序設(shè)計(jì)》，崔亞軍主編，電子工業(yè)出版社，1993年 [11]《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》，田瑞庭主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1993年 [12]《可編程序控制器應(yīng)用指南》，易傳祿主編，上?？破粘霭嫔?，2002年 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