基于PLC的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】

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購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 I 基于 自動門控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 近年來，隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，各種大型建筑物如賓館酒樓、各類醫(yī)院、大型商場大廈、高檔寫字樓、娛樂設(shè)施以及倉庫等場所不斷興建，在這些場所中，自動門的應(yīng)用越來越普及，越來越廣。與此同時，對自動門技術(shù)性能也提出了更高的要求，中國工程建設(shè)標準化協(xié)會對此非常重視，即將啟用我國自動門技術(shù)設(shè)計的國家標準，進一步加強自動化門的行業(yè)技術(shù)規(guī)范。國內(nèi)自動門廠家發(fā)展迅速，市場潛力大，但隨著自動門市場的快速發(fā)展，對產(chǎn)品的性能價格比要求越來越高。本論文通過討論倉庫自動門控制系統(tǒng)的組成，闡述可 編程控制器（ 自動門控制中的應(yīng)用，采用三菱 程的程序控制方式，提出了 倉庫卷簾式自動門 的制系統(tǒng)總體設(shè)計方案、設(shè)計過程、組成，列出了具體的主要硬件電路、 自動門 的控制梯形圖。并在分析、處理隨機信號邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了 編程方法，設(shè)計了一套完整的自動門控制系統(tǒng)方案。 關(guān)鍵詞： 動門， 標準化 F n in if of as is to an to is by in is to up of s , in in LC LC up LC a of on s. 錄 言 ............................................................................................................. 1 第 1 章 述 ........................................................................................ 2 產(chǎn)生及定義 .......................................................................... 2 特點 ...................................................................................... 3 主要功能 .............................................................................. 5 基本結(jié)構(gòu)及原理 .................................................................. 6 發(fā)展趨勢 .............................................................................. 9 第 2 章 硬件電路設(shè)計 ............................................................................... 11 設(shè)備要求 .......................................................................... 11 件的可靠性 ................................................................................. 13 編程語言 ............................................................................ 14 機型選擇 ............................................................................ 14 、超級市場、公共建筑、銀行及醫(yī)院等入口，經(jīng)常使用自動門控制系統(tǒng)。早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，已逐漸被淘汰。 制自動門由于具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點，因而得到廣泛的應(yīng)用。本論文介紹了 制倉庫自動門的一種方案。希望通過這次設(shè)計能夠熟練使用三菱列可編程控制器的編程軟件，掌握可編程控制器軟件程序的設(shè)計思路和梯形圖的設(shè)計方法；能夠掌握三菱 列可編 程控制器程序的應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試、監(jiān)控、運行方法；能過通過課程設(shè)計而熟練掌握數(shù)據(jù)的查詢（圖書、網(wǎng)絡(luò)）， 程所獲知識在工程設(shè)計工作中綜合地加以應(yīng)用，使理論知識和實踐結(jié)合起來。 其設(shè)計任務(wù)是 用 制倉庫大門的自動打開和關(guān)閉，以便讓車輛進入倉庫。本系統(tǒng)用兩種不同的傳感器檢測車輛。控制要求如下： 1. 在操作面板上設(shè)有 個常開按鈕，其中 來啟動大門控制系統(tǒng)， 于停止大門控制系統(tǒng)。 2. 用超聲波接受開關(guān)檢測是否有車輛要進入大門。當本單位的車輛駛近大門時，車上發(fā)出特定編碼的超聲波，被門 上的超聲波接收器識別，輸出邏輯 “1”信號，則開啟大門。 3. 用光電開關(guān)檢測車輛是否已進入大門。光電開關(guān)由發(fā)射頭和接收頭兩部分組成，發(fā)射頭發(fā)出特定頻譜的紅外光束，由接收頭加以接收。當紅外光束被車輛遮住時，接收頭輸出邏輯 “1”；當紅外光束未被車輛遮住時，接收頭輸出邏輯 “0”。當光電開關(guān)檢測到車輛已進入大門時，則關(guān)閉大門。 4. 門的上限裝有限位開關(guān) 的下限裝有限位開關(guān) 5. 門的上下運動由電機驅(qū)動，開門接觸器 合時門打開，關(guān)門接觸器合時門關(guān)下。 2 第 1 章 述 20 世紀 20 年代起，人們把各種繼電器 ,定時器 ,接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng) 容易掌握 ,價格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導地位 備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現(xiàn)較復雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復雜，當生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活 性較差 . 20 世紀 60 年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(tǒng)重新配置 應(yīng)白熱化的市場競爭要求， 1968年美國通用汽車公司公開向社會招標，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： 1. 編程方便，可現(xiàn)場修改程序 2. 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) 3. 可靠性高于繼電器控制裝置 4. 體積小于繼電器控制盤 5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機 6. 成本可與繼電器控制盤競爭 7. 輸入可以是 交流 150V 以上 8. 輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等 9. 擴展時原系統(tǒng)改變最小 應(yīng)當時汽車裝配過程的需要） 十項指標的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。 美國國際電工委員會（ 1987 年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記 3 數(shù)和算 術(shù)運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？杀槌绦蚩刂破鳂O其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 定義強調(diào)了 直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。 定義還強調(diào)了 數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng) ”，他也是一種計算機，它是 “專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的 ”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用 “面向用戶的指令 ”，因此編程方便。它能完成邏輯 運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等操作，它還具有 “數(shù)字量和模擬量輸入和輸出 ”的能力，并且非常容易與 “工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體 ”，易于 “擴充 ”。 特點 1. 抗干擾能力強，可靠性好 電子線路、機械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。 I/O 系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個方面： （ 1） 隔離：這是抗干擾的主要措施之一。 輸入、輸出接口電路一 般 采 用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對于 影響，同時防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。 （ 2） 濾波：這是抗干擾的另一個主要措施。在 電源電路和輸入 /輸 出 電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進行有效抑制。 （ 3） 對內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干擾，保 護 供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。 （ 4） 內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、 “看門 狗 ”）等電路，一 旦 發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時間超過了警戒時鐘（ 定時間（預示程序進入了死循 環(huán)），立即報警，以保證 靠運行。 （ 5） 利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測， 并 采用信息保護和恢復措施。 4 （ 6） 對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或 信 息不丟失。 （ 7） 采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 （ 8） 以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機械觸點，以保障高 可 靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力 。 2. 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強 外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 3. 編程方便，易于使用 面向用戶的設(shè)備， 設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能 和習慣， 序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間內(nèi)學會。 4. 功能完善 輸出 /輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入 /輸出。在 部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強制 I/O 等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。 5. 設(shè)計、施工、調(diào)試、的周期短 用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用 制，由于其硬軟件 齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 貨前進行，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進行。 6. 體積小，維護操作方便 積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 輸入 /輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 7. 易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 5 8. 可實現(xiàn)三電一體化 電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種 不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。 主要功能 1. 條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用 與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進行開關(guān)控制。 2. 定時 /記數(shù)控制功能 定時 /記數(shù)控制功能指用 供的定時器、記數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制，以取代時間繼電器和記數(shù)繼電器。 3. 數(shù)據(jù)處理功能 數(shù)據(jù)處理功能是指 進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算 、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 4. 步進控制功能 步進控制功能是指用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進控制器。 5. 運動控制功能 運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。 6. 過程控制功能 過程控制功能是指通過 制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 7. 擴展功能 擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即 I/O 擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可 通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高 控制功能。 8. 遠程 I/O 功能 遠程 I/O 功能是指通過 I/O 單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設(shè)備與 主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。 基本結(jié)構(gòu)及原理 1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 目前 類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。主要包括中央處理單元 儲器 入輸出接口電路、電源、 I/O 擴展接口、外 部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 如圖 1示， 制系統(tǒng)由輸入量 — 輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為 輸入量，它們經(jīng) 部輸入端子，作為 輸出量對外圍設(shè)備進行各種控制。由此可見， 基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。 圖 12. 部分的作用 7 （ 1） 中央處理器 由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進行算術(shù)運算和邏輯運算?？刂破鞯淖饔檬强?制整個計算機的各個部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： ① 診斷 源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。 ② 采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入 存器中。 ③ 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運算和操作。 ④ 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 ⑤ 應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。 （ 2） 存儲器 存儲器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部 數(shù)據(jù)。 二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲器。 （ 3） 輸入輸出接口電路 過輸入輸出（ I/O）接口電路實現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過 將這些信號轉(zhuǎn)換成 能接受和處理的數(shù)字信號。 （ 4） 電源 電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足 儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 （ 5） 輸入輸出 I/O 擴展接口 若主機單元的 I/O 點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過 此接口用扁平電纜線將 I/O 擴展單元與主機單元相連接。 3. 基本工作原理 用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序， 第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。 掃描全過程如圖 1示。 8 （ 1） 輸入刷新階段 在輸入刷新階段， 描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 （ 2） 程序執(zhí) 行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （ 3） 輸出刷新階段當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 實際輸出。 圖 1掃描全過程 顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。 9 由于每一個掃描周期只進行一次 I/O 刷新，即每一個掃描周期 對 輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在 I/O 刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的 I/O 刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行， 工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式 的、短時的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較嚴格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。 發(fā)展趨勢 的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。 1. 向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格 ，使 構(gòu)相當于一本精裝書的大小，操作使用十分方便。 功能不斷增加，將原來大、中型 有的功能部分地移植到小型 。 2. 向大容量、高速度方向發(fā)展 大型 用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了 32 位微處理器，可同時進行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。 3. 智能型 I/O 模塊的發(fā)展 智能型 I/們的 行工作，占用主 時間很少，有利于提高 掃描速度。 4. 基于 編程軟件取代編程器 隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機上的編程軟件。 10 編程軟件可以對 制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。 5. 程語言的標準化 與個人計算機相比， 硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的 塊和 I/O 模塊互不通用。 編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問題， 定了可遍 程序控制器標準。標準中共有 5 種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應(yīng)特殊的工作。 6. 信的易用化 通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個人計算機和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制和集中控制。 7. 組態(tài)軟件與 軟件化 個人計算機（ 價格便宜，有很強的數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。 8. 現(xiàn)場總線相結(jié)合 現(xiàn)場總線 I/O 與 以組成功能強大的、廉價的 統(tǒng)。 9. 開發(fā)新型特殊功能模塊 I/O 組件可以提高 智能化、高密集度和增大處理能力。 處理速度進一步加快 目前， 處理速度與計算機相比還比較慢，其高的 不過 80486，將來會全面使用 64 位的 片，采用多 行處理、分時處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使 處理速度達到納秒級。 21 世紀， 有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步 向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技 11 術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng) 已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng) 絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 第 2 章 硬件電路設(shè)計 設(shè)備要求 1. 構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分， 為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 括 、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 括 塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 2. 構(gòu)成 核心， 起神經(jīng)中樞的作用，每套 少有一個 按 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。 12 要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， 元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 可缺少的組成單元。 在使用者看來，不必要詳細分析 內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。 控制器控制 作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 度和內(nèi)存容量是 重要參數(shù)，它們決定著 工作速度，I/O 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 3. I/O 模塊 電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完 成的。 I/O 模塊集成了 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入 統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O 分為開關(guān)量輸入（ 開關(guān)量輸出（ 模擬量輸入（ 模擬量輸出（ 模塊。 常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 22011024隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（ 4電壓型（ 010，按 精度分，有 1246。 除了上述通用 ，還有特殊 塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按 I/O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 4. 電源模塊 源用于為 模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220110直流電源（常用的為 24 13 5. 底板或機架 大多數(shù)模塊式 用底板或 機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 6. 統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器 般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操 作員終端應(yīng)用越來越廣泛。 7. 通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 "網(wǎng)絡(luò)就是控制器 "的觀點說法。 有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 間、 上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) 有 口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 件的可靠性 在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應(yīng)用而設(shè)計的，一個設(shè)計良好的 置于有很強的電噪聲、電磁干擾、機械振動、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。 在硬件設(shè)計方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡化安裝，使它易于抗振動沖擊，對印制電路板的設(shè)計、加工及焊接都采取了極為嚴格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨特的方式。例如，在輸入 /輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，用提高了抗干擾性能；各個 I/O 端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進的電源電路，以防止由電 14 源回路串 入的干擾信號；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進行在線插拔、調(diào)試時不會影響各機的正常運行。 由于 身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入 /輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開關(guān)、光電開關(guān)、電磁電機等外圍裝置上。 編程語言 供了較完整的編程語言，以適應(yīng) 工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當于設(shè)計和改變繼電器的硬接線線路，這就是所謂的 “可編程序 ”。程序由編程器送到 部的存儲器中，它也能方便地讀出、檢查 與修改。 供的編程語言通常由三種：梯形圖、功能圖、及布爾邏輯編程。 梯形圖 (應(yīng)用最廣的，梯形圖編程有時稱為繼電器梯形圖邏輯圖編程。它使用的最廣是因為它和以往的繼電器控制線路很接近。梯形圖是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的，它與電氣操作原理相呼應(yīng)。它的最大優(yōu)點是形象、直觀和實用，為廣大電氣技術(shù)人員所熟知。梯形圖與電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上有一定區(qū)別。 梯形圖使用的時內(nèi)部繼電器、定時器 /計數(shù)器，都是由軟件實現(xiàn)的，其主要特點為使用方便、修改靈活。 機型選擇 1. 型的選擇步驟與原則 隨著 術(shù)的發(fā)展， 品的種類也越來越多。不同型號的 結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用 于提高 制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有著重要意義。 選擇主要應(yīng)從 機型、容量、 I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。 2. 型的選擇 15 型選擇的基本原則 是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： （ 1） 合理的結(jié)構(gòu)型式 要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 整體式 每一個 I／ O 點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小 ,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 功能擴展靈活方便 ,在 I／ O 點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、 I／ O 模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復雜的控制系統(tǒng)。 （ 2） 安裝方式的選擇 統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程 I／ O 式以及多臺 網(wǎng)的分布式 。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠程 I／ O 硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠程 I／ O 式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程 I／ O 可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠程 I／ O 電源；多臺 網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型 必須要附加通訊模塊。 （ 3） 相應(yīng)的功能要求 一般小型 (低檔 )有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A／ D 和 D／ A 轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運 算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔 對于控制較復雜，要求實現(xiàn) 算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔 是中、高檔 格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 （ 4） 響應(yīng)速度要求 為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次 響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用 者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應(yīng)該慎重考慮 響應(yīng)速度，可選用具有高速 I／ O 處理功能的 選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的 。 （ 5） 系統(tǒng)可靠性的要求 對于一般系統(tǒng) 可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 16 3. 容量包括 I／ O 點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面 （ 1） I／ O 點數(shù)的選擇 均的 I／ O 點的價格還比較高，因此應(yīng)該合理選用 I／ O 點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的 I／ O 點最少，但必須留有一定的裕量。通常 I／ O 點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上 10％ ~15％的裕量來確定。 （ 2） 存儲容量的選擇 用戶程序所需的存儲容量大小不僅與 統(tǒng) 的功能有關(guān)，而且還與功能實現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學者，在完成同一復雜功能時，其程序量可能相差 25％之多，所以對于初學者應(yīng)該在存儲容量估算時多留裕量。 I／ O 點數(shù)的多少，在很大程序上反映了 統(tǒng)的功能要求，因此可在 I／ O 點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲容量后，再加 20％ ~30％的裕量。存儲容量（字節(jié)）＝開關(guān)量 I／ O 點數(shù) ×10 ＋ 模擬量 I／ O 通道數(shù) ×100。另外，在存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。 綜上考慮： 對于倉庫自動門的設(shè)計，加上我對 認識， 選擇三菱6，完全能滿足設(shè)計的要求，操作簡單很適合初學者。 （常開） 17 門下限位開關(guān) 開） 2. 制外部接線圖 圖 2制外部接線圖 18 第 3 章 軟件程序設(shè)計 庫大門 制梯形圖 圖 3制梯形圖 作說明 按下啟用大門控制系統(tǒng)按鈕 入繼電器 通，內(nèi)部輔助繼電器 常開觸點閉合，允許大門做升降運動。當有車輛駛近大門時，超聲波開關(guān)接通，輸入繼電器 通，輸出繼電器 通并自鎖，開門接觸器 機驅(qū)動大門打開。當門開啟到頂碰到上限位行程開關(guān) ， 合，輸入繼電器 閉觸點斷開，輸出繼電器 開，開門接觸器 開，大門停止運動。當車輛前端進入大門時，光電開關(guān)輸出邏輯 “ 1” ，輸入繼電器 合。當車輛后端進入大門時，光電開關(guān)輸出邏輯 “ 0” ，輸入繼電器 開。經(jīng) 19 下降沿微分后，內(nèi)部輔助繼電器 通一個掃描周期，使輸出繼電器 通并自鎖，關(guān)門接觸器 通，電機驅(qū)動大門關(guān)閉。當門關(guān)閉到底碰到下限位行程開關(guān) ， 合，輸入繼電器 閉觸點斷開，輸出繼電器 開，關(guān)門接觸器 開，大門停止運動。當按下停用大門控制系統(tǒng)按鈕 入繼電器 閉觸點斷開，內(nèi)部輔助繼電器 開，其常開觸點均斷 開。從而阻止輸出繼電器 接通，因此大門不會運動。 20 結(jié) 論 通過這次設(shè)計有一種很深的感觸，就是我們做畢業(yè)設(shè)計是非常必要的！因為設(shè)計我學習掌握了很多以前所不懂的知識，熟悉了三菱的編程軟件。為我們以后從事相應(yīng)的工作打下了一個良好基礎(chǔ)。設(shè)計完成我得出幾個結(jié)論如下： 1. 經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，使我對 掌握進一步的增強，加深了對 理解，并對 生了濃厚的興趣，但是我也深深地知道自己的不足之處，比如說對應(yīng)用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序復雜 程度。 2. 大多在學習過程中不能想通的問題，在 試過程中，終于得以解決?？梢钥闯鏊鼘碚摻虒W起到了必要的補充和拓寬作用，對培養(yǎng)既具有扎實理論功底又具有相當實踐能力的人才必不可少。 3. 在這次的設(shè)計中，我發(fā)現(xiàn) 工業(yè)控制中的作用很大，它能使人的控制轉(zhuǎn)變成電腦的控制，大大地降低了產(chǎn)品的成本，很大地提高生產(chǎn)效率。 4. 在此畢業(yè)設(shè)計的過程中我還發(fā)現(xiàn)到修改完善程序的重要性。當時編完一個程序后感覺是正確的，即使如此還要仔細檢查自己的程序?？紤]到各種可能發(fā)生的情況。 總之 ,這次畢業(yè)設(shè)計的過程鍛煉了我們的設(shè) 計能力以及全面的考慮問題能力。學習的過程是枯燥的但是收獲成功的喜悅更是讓人激動的。相信這次畢業(yè)設(shè)計對我們以后的學習和工作都會產(chǎn)生積極的影響。希望以后在這方面的設(shè)計先有一些實例的操作，然后再進行編程設(shè)計會有更好的效果。 21 謝 辭 22 參考文獻 [1]郭宗仁 ,吳亦鋒 ,郭永 .《可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》人民郵電出版社 2]朱善君等《可編程控制器系統(tǒng)原理、應(yīng)用及維護》清華大學出版社 3]尹宏業(yè)《 編程控制器教程》航空工業(yè)出版社 4]巖本洋，森田克己，天野 一美 .《機電一體化入門》北京 :科學出版社， 2003. 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