基于PLC步進(jìn)電機(jī)控制自動門系統(tǒng)的設(shè)計.doc

基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計I基于PLC步進(jìn)電機(jī)控制自動門系統(tǒng)的設(shè)計TheDesignOfStepMotorAutomaticDoorControlSystem基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計II基于PLC步進(jìn)電機(jī)控制自動門系統(tǒng)的設(shè)計摘要本文主要通過對自動門控制系統(tǒng)的功能要求和運行過程的分析，確定了自動門控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。自動門系統(tǒng)的設(shè)計主要集中在硬件和軟件設(shè)計兩部分。并主要進(jìn)行了自動門控制驅(qū)動和控制系統(tǒng)的設(shè)計。針對自動門控制系統(tǒng)的特點和設(shè)計要求，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方式，通過四相八拍步進(jìn)電機(jī)來精確控制自動門的開關(guān)，給設(shè)計要求創(chuàng)造了條件。在控制部分，應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)和可編程序控制器技術(shù)，對自動門控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件設(shè)計。實現(xiàn)了自動門控制系統(tǒng)的傳動和控制要求，滿足了環(huán)保、高效、可靠和低成本的要求。關(guān)鍵詞步進(jìn)電機(jī)；三菱可編程序邏輯控制器；自動門；超聲波開關(guān)；TheDesignOfStepMotorAutomaticDoorControlSystemElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyFENGJiayingAbstract:Thispaperthroughtheautomaticcontrolsystemandtheworkingprocessofthefunctionalrequirementsofanalysis,theautomaticcontrolsystemoftheoveralldesignscheme.Automaticsystemismainlyfocusedonthedesignofhardwareandsoftwaredesign.Theautomaticcontrolandmaindriveandcontrolsystemdesign.Automaticcontrolsystemforthecharacteristicsanddesignrequirements,adoptingstep-motordrivemode,throughthefourthphaseeightclapsteppermotortoprecisecontroloftheautomaticswitch,createconditionsfordesignrequirements.Incontrol,applicationofsteppingmotorandprogrammablecontrollertoautomaticPLCcontrolsystem,thehardwareandsoftwaredesign.Automaticcontrolsystemisachievedthetransmissionandcontrolrequirementsaremet,andtheenvironmentalprotection,efficient,reliableandlowcost.Keywords:steppermotor；threemitsubishiprogrammerlogiccontroller；automaticdoor；ultrasonicswitch；基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計III目錄1引言.11.1研究的目的與意義.11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.12FX2系列的PLC.22.1FX2PLC的主要介紹.22.2FX2PLC的主要編程元件.33步進(jìn)電機(jī)的介紹.44步進(jìn)電機(jī)的自動門控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計.74.1本設(shè)計的任務(wù)要求.74.2本設(shè)計的可行性分析.74.2.1步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù).94.2.2步進(jìn)電機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語.104.2.3步進(jìn)電機(jī)運動速度和正、反的控制.114.3設(shè)計思想.124.31流程圖.124.32控制過程分析.124.33控制接線圖.135步進(jìn)電機(jī)控制自動門系統(tǒng)的軟件設(shè)計.145.1I/O口分配表.145.2程序編寫.145.21梯形圖.145.22程序指令表(見附錄).175.23驗證調(diào)試.17結(jié)束語.18參考文獻(xiàn).19附錄.20致謝.22基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計11引言1.1研究的目的與意義自動門從理論上理解應(yīng)該是門的概念的延伸，是門的功能根據(jù)人的需要所進(jìn)行的發(fā)展和完善。自動門開始在建筑物上使用，是在二十世紀(jì)年以后。二十年代后期，美國的超級市場的開放，自動門開始被使用，受此影響，世界第一自動門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動門，新建大樓的正門也開始使用了。到了1962年，電氣式己開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自動門技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增加。當(dāng)初，用供給建筑物用電源進(jìn)行電動機(jī)的速度控制很難，只好進(jìn)行油壓、空壓速度控制，轉(zhuǎn)換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動機(jī)的電氣式自動門逐漸成為主流。由于大規(guī)模集成電路與微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，給電氣控制技術(shù)開辟了新的前景。PLC作為一種新型工業(yè)控制器，它將計算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點與繼電器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點結(jié)合起來，其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點，因此，在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用1。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自動門主要有:旋轉(zhuǎn)自動門、弧形自動門、平滑自動門、平開自動門、折疊自動門、重疊自動門、醫(yī)用自動門、卷閘自動門、車庫自動門、特種自動門。兩翼旋轉(zhuǎn)自動門新型兩翼自動旋轉(zhuǎn)門是集自動旋轉(zhuǎn)門和自動平滑門二者優(yōu)點于一身的完美結(jié)合，是旋轉(zhuǎn)門、平移門和豪華展箱的完美結(jié)合，是融合世界先進(jìn)科技與現(xiàn)代時尚的經(jīng)典之作。中間的自動平開門可實現(xiàn)單、雙向通行和常開等運作模式。是最適合飯店、機(jī)場、大型商場、醫(yī)院、商戶會館、酒店、辦公樓、大型大廈等的出入口系統(tǒng)。三翼旋轉(zhuǎn)自動門三翼旋轉(zhuǎn)門誕生于一種全新的構(gòu)思和功能之中。簡單實用，安全穩(wěn)定，它將旋轉(zhuǎn)通道體系和最大旋轉(zhuǎn)直徑容為一體，同時滿足了“最大程度的通行量”與“完美無缺的除風(fēng)效果”這兩個相對立的條件，適用于銀行、商店、酒店、商場、辦公樓、機(jī)場、賓館及各種娛樂場所內(nèi)，為所在的建筑增添一份尊貴氣息。四翼旋轉(zhuǎn)自動門四翼自動旋轉(zhuǎn)門是最美觀最經(jīng)濟(jì)實用的旋轉(zhuǎn)門，其結(jié)構(gòu)堅固耐用，操作方便簡單，它具備通行能力強(qiáng)，入口較大的特點，運行安全可靠，故障率極低，免維護(hù)時間最長，是非常安全和舒適的通道，能使行人很方便得出入，是應(yīng)用最廣泛的一種旋轉(zhuǎn)門。適基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計2用于銀行、商店、酒店、商場、辦公樓、機(jī)場、賓館及各種娛樂場所內(nèi)，為所在的建筑增添一份尊貴氣息。環(huán)柱旋轉(zhuǎn)自動門環(huán)柱旋轉(zhuǎn)門是先進(jìn)的電子技術(shù)與現(xiàn)代化的結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)合，使圍柱式旋轉(zhuǎn)門的使用非常安全和方便，現(xiàn)代化的結(jié)構(gòu)設(shè)計使它和建筑物本身容為一體。有效地阻隔了嚴(yán)寒、酷暑、風(fēng)沙的侵襲，減少了制冷和供暖的能源消耗，而且營造了清潔、安靜、四季宜人的綠色通行環(huán)境。水晶旋轉(zhuǎn)自動門水晶門可以大大減低紫外線的破壞力，防止室內(nèi)裝飾擺設(shè)及展品因受光照而導(dǎo)致出現(xiàn)老化和變黃等現(xiàn)象。水晶片的隔熱效果較玻璃優(yōu)勝10倍，同時也可保持室溫，節(jié)省能源。色澤鮮艷、顏色豐富，易清洗，造型多樣。晶瑩剔透，透視清晰，方便巡視，可增強(qiáng)保安效益。2FX2系列的PLC2.1FX2PLC的主要介紹三菱公司是日本國生產(chǎn)PLC的主要廠家之一。先后推出的小型、超小型PLC有F、F1、FX2、FX1、FX2C、FX0FX0S、FX2N、FX2NC等系列。其中F系列已停產(chǎn)。F1系列在我國曾有較廣泛的應(yīng)用。FX2系列機(jī)是F、F1、F2等機(jī)型的更新?lián)Q代產(chǎn)品，屬于高性能疊裝式機(jī)種，也是三菱公司的典型產(chǎn)品。FX2N型機(jī)是三菱公司的近期產(chǎn)品，按疊裝式配置。另外，三菱公司還生產(chǎn)A系列PLC，這是一種大型模塊式機(jī)種。本設(shè)計采用FX2系列PLC，F(xiàn)X2系列PLC是三菱公司高性能小型機(jī)的代表作。系統(tǒng)最大I/O點數(shù)為128點，配置擴(kuò)展單元后可達(dá)256點。FX2系列機(jī)執(zhí)行基本指令的速度為0.48us/步，用戶程序存儲器的容量可擴(kuò)展至8K步。它有與F1兼容的20條基本指令和2條步進(jìn)指令，此外還有功能很強(qiáng)的95種功能指令。它有6個和普通輸入口兼容的告訴計數(shù)器輸入點，最高計數(shù)頻率為10KHz。FX2系列PLC在我國應(yīng)用比較廣泛。FX2系列PLC由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能單元構(gòu)成?；締卧–PU、存儲器、輸入輸出口及電源，是PLC的主要部分。擴(kuò)展單元是用于增加I/O點數(shù)的裝置，內(nèi)部設(shè)有電源。擴(kuò)展模塊用于增加用于增加I/O點數(shù)及改變I/O比例，內(nèi)部無電源，用電由基本單元或擴(kuò)展單元供給。因擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊無CPU,必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些專門用途的裝置。如模擬量I/O單元、高速計數(shù)單元、位置控制單元、通信單元等；這些單元大多數(shù)通過基本單元的擴(kuò)展口連接基本單元，也可以通過編程器接口接入或通過主機(jī)上并接的適配器接入，不影響原系統(tǒng)的擴(kuò)展。FX2系列PLC具有數(shù)十種編程元件。FX2系列PLC編程元件的編號分為兩部分，第一部分是代表功能的字母。如輸入繼電器用“X”表示，輸出繼電器用“Y”表示。第二基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計3部分為數(shù)字，數(shù)字為該類器件的序號。FX2系列PLC中輸入繼電器及輸出繼電器的序號為八進(jìn)制，其余器件的序號為十進(jìn)制。從元件的最大序列號我們可以了解可編程控制器可能具有的某類器件的最大數(shù)量。例如輸入繼電器的編號范圍為X0X177，為八進(jìn)制編號，我們可以計算出FX2系列PLC可能接入的最大輸入信號數(shù)為128點。FX2系列可編程控制器有基本指令20條，步進(jìn)指令2條，應(yīng)用指令85條。FX2系列可編程控制器的編程語言主要有梯形圖及指令表。指令表由指令集合而成，且和梯形圖有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。梯形圖主要使用圖形符號及圖形符號間的相互關(guān)聯(lián)表達(dá)控制思想，而指令則是圖形符號及它們間的關(guān)聯(lián)語句表達(dá)3。2.2FX2PLC的主要編程元件可編程序控制器內(nèi)部有許多具有不同功能的器件，從物理實質(zhì)上講，這些器件是由電子電路和存儲器組成的?？紤]到工程技術(shù)人員的習(xí)慣，常用繼電器電路種類類似器件名稱命名。為了明確它們的物理屬性，稱它們?yōu)椤败浝^電器”。例如輸入繼電器X是由輸入電路和輸入影像寄存器組成的，輸出繼電器Y是由輸出電路和輸出影像寄存器組成的；定時器T、計數(shù)器C、輔助繼電器M、狀態(tài)繼電器S、數(shù)據(jù)寄存器D、變址寄存器V/Z等都事由相應(yīng)的影像寄存器組成的。為了和通常的硬器件相區(qū)別，通常把上面的器件成為軟器件，是等效概念抽象的模擬器件。并非實際的物理器件。在可編程序控制器中這種編程元件的數(shù)量往往是巨大的。為了區(qū)分它們的功能，通常給編程元件編上號碼。這些號碼就是計算機(jī)存儲單元的地址510。(1)輸入繼電器X輸入繼電器是PLC接收外部輸入的開關(guān)量信號電路的一種等效表示。PLC通過光電耦合器將外部信號的狀態(tài)讀入并存儲在輸入影像寄存器中。輸入端可以外接動合觸電點或動斷觸點，也可以接多個觸點組成的串并聯(lián)電路或電子傳感器。FX2系列PLC輸入繼電器編號范圍為X0-X177（128點）。(2)輸出繼電器Y輸出繼電器是PLC內(nèi)部輸出信號控制被控對象的電路的一種等效表示，它是用來將PLC的輸出信號傳送給輸出模塊，再由后者驅(qū)動外部負(fù)載。FX2系列PLC輸出繼電器編號范圍為Y0-Y177（128點）。(3)輔助繼電器MPLC中配有大量的通用輔助繼電器，它是用軟件實現(xiàn)的，它們不能接受外部的輸入信號，也不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，只能由程序驅(qū)動，是一種內(nèi)部的狀態(tài)標(biāo)志，其主要的用途和繼電器電路中的中間繼電器類似，常用于邏輯運算的中間狀態(tài)存儲及信號類型的變換。輔助繼電器分以下三種類型：a.通用型輔助繼電器M0-M99（500點）?；赑LC步進(jìn)電機(jī)的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計4b.具有掉電保持的通用型輔助繼電器M500-M1023（524點）。掉電保持的通用型輔助繼電器具有記憶功能。所謂掉電保持是指在PLC外部電源停電后，由機(jī)內(nèi)電池為某些特殊工作單元供電，可以記憶它們在掉電前的狀態(tài)。c.特殊輔助繼電器M8000-M8255（256點）。特殊輔助繼電器是具有特定功能的輔助繼電器。根據(jù)使用方式又可以分為二類。一類只能利用其觸點的特殊輔助繼電器，器線圈由PLC自行驅(qū)動，用戶只能利用其觸點。這類特殊輔助繼電器常用做時基、狀態(tài)標(biāo)志或?qū)Ｓ每刂圃霈F(xiàn)在程序中。例如M8000：運行標(biāo)志（Run）PLC運行時監(jiān)控接通。另一類是可驅(qū)動線圈型特殊輔助繼電器，用戶驅(qū)動線圈后，PLC做特定動作。例如M8030：使BATTLED（鋰電池欠壓指示燈）熄滅。(4)定時器T定時器相當(dāng)于繼電器電路中的時間繼電器，可在程序中用作延時控制。由設(shè)定值寄存器、當(dāng)前值寄存器和定時器觸點組成。FX2系列可變程序控制器具有以下四種類型。100ms定時器：T0-T199200點計時范圍：0.1-3276.7s10ms定時器：T200-T24546點計時范圍：0.01-327.67s1ms積算計時器：T246-T2494點（中斷動作）計時范圍：0.001-32.767s100ms積算定時器：T250-T2556點計時范圍：0.1-3276.7s(5)計時器Ca.16位增計數(shù)器（設(shè)定值：1-32767）有兩種16位二進(jìn)制增計數(shù)器。通用：C0-C99（100點）掉電保持用：C100-C199（100點）b.32位增/減計數(shù)器（設(shè)定值-2147483648-+2147483647）有兩種32位的增/減計數(shù)器通用：C200-C219（20點）掉電保持用：C220-C234（15點）3步進(jìn)電機(jī)的介紹步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年由英國人所開發(fā)。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，這對于數(shù)字化的控制變得更為容易。以后經(jīng)過不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運用在需要高定位精度、高分解性能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項指令動作的靈活控制性場合步進(jìn)電機(jī)用得最多。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計5應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電動