基于PLC的旋轉門控制系統(tǒng)

1、 畢 業(yè) 論 文 基于 plc 的旋轉門控制系統(tǒng) 目 錄 中文摘要、關鍵字.1 英文摘要、關鍵字.2 第 1 章 緒論.3 1.1 課題研究的背景.3 1.2 可編程控制器 plc .4 1.2.1 plc 的定義.4 1.2.2 plc 的產生背景.4 1.2.3 plc 的發(fā)展現狀.5 1.2.4 plc 與繼電控制系統(tǒng)的比較與分析.7 1.2.5 plc 與計算機控制系統(tǒng)的比較.8 1.3 研究的主要意義和目的.8 第 2 章 旋轉門控制系統(tǒng)硬件設計.10 2.1 可編程控制器硬件設計基本步驟.10 2.2 旋轉門的組成及特點.13 2.3 旋轉門控制系統(tǒng)方案設計.14 2.4 fx 系

2、列 plc 及變頻器的選擇原則 .14 2.5 旋轉門運行狀態(tài)分析及設計.15 第 3 章 旋轉門控制系統(tǒng)軟件設計.18 3.1 可編程序控制器軟件設計步驟.18 3.2 變頻器的主要控制參數.19 3.3 三菱 plc 指令系統(tǒng).20 3.4 三菱 plc 程序流程圖.22 3.5 控制系統(tǒng)程序梯形圖.23 結論.31 致謝.32 參考文獻.33 基于 plc 的旋轉門控制系統(tǒng) 摘要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，旋轉門在人們的日常生活中得到了廣泛的應用，同時 對其性能和安全性等方面的要求也越來越高。由于 plc 的高穩(wěn)定性和對環(huán)境較強的適應 能力，使得 plc 在旋轉門控制裝置中的應用也日益廣泛

3、。 本文圍繞旋轉門控制裝置展開研究。首先分析了國內外自動門發(fā)展的趨勢和采用的技 術，詳細介紹了可編程控制器的產生和發(fā)展過程以及它與其他控制裝置的比較。在此基 礎上選擇通用變頻器和 fx 系列 plc，控制四翼自動旋轉門的硬件系統(tǒng)組成和軟件實現。 完成了系統(tǒng)的 i/o 分配圖、plc 梯形圖程序設計，設置了變頻器參數，最后還設計完成了 旋轉門運行狀態(tài)故障診斷程序。 在軟硬件設計的基礎上，按照課題要求，通過一系列的模擬試驗，得出符合課題要求 的實驗結果。同時設計過程中給出的方法，對今后進行同樣相關設計時也有很大的指導 意義和應用價值。 關鍵詞：旋轉門 plc i/o 分配圖 梯形圖 故障診斷 th

4、e control system of revolving door based on plc abstract:with the continuing development of science and technology,the revolving door have been widely used in peoples daily life,meanwhile,the requirements in peformance and security have been higher and higner.due to the high stability and environmen

5、tal adaptability,plc has had wider application in revolving door control device. this paper study the revolving door control device.first, analyze the trend of the development of automatic door and the technology they have adopted,introduce the development process of programmable controller in detai

6、l and its comparison with other control device.then, choose the general inverter and fx series plc,in order to control the four wing automatic revolving door hardware and software system. complete the system i/o allotment,design the plc ladder-diagram ,set the inverter parameter and finally complete

7、 the revolving door operation fault diagnosis procedure. according to the topic request, this paper has a series of simulation experiment on the basis of the design of hardware and software and, the result fits to the requirements. while the method used in the design process also have great signific

8、ances and application value for the design in the future. key words: revolving door；plc；i/o allotment diagram；ladder-diagram；fault diagnosis 第 1 章 緒論 1.1 課題研究的背景 自動門大規(guī)模專業(yè)化生產始于 150 年前，在不斷發(fā)展和完善的過程中，涌現出大批 獨具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級形式-自動門起源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經形 成了種類齊全、功能完善、造工精細的自動門家族。 在大中型公共場所，為這些建筑增添了亮麗、時尚的姿彩。自動門從理論上理解

9、應 該是門的使用觀念的延伸，是人們根據需要對門的功能的提升和完善。所以對自動門的 認識應該從人對門功能的要求開始。作為建筑物一部分的門，從最基本的意義上講，要 同時滿足隔離外部環(huán)境和不妨礙人的通行這兩種要求。因此門體本身應牢固、密封。 自動門的普及和應用，改變了人們的防護意識，提升了人們的安全觀念。由于中國 沒有相關的自動門國家標準，導致自動門檔次、質量良莠不齊。如果你沒有使用過自動 門，最好選擇一個由專業(yè)廠生產、能提供較完善售后服務的自動門品牌（目前有很多自 動門品牌是由一些貿易公司購買散件加上自己拼裝而成，應盡量避免購買此類產品）。 不要認為樣本上全部是外國語，資料也是外國語的商品就是進口

10、的商品，其實這樣是違 反國家規(guī)定的。真正的知名品牌，合法的商品不會這樣做。 在購買自動門時最好在授權的指定經銷商處或認定銷售店的商店購買（有懸掛的授 權書），而且在購買時要清楚所購買設備的基本配置，防止買家克扣部件。自動門根據 使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉門、自動圓弧門、 自動折疊門等，由于自動門在通電后可以實現無人看管，同時又可節(jié)約空調能源、防風、 防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內外的建筑市場上得到大 范圍的普及。同時也幾乎成為了銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂場所裝修必不可少的一 項配置。 作為自動門中的頂級產品，旋轉門給人以親切大方的感

11、覺，同時營造出奢華的氣氛， 其寬敞的開放門面和高格調的設計，堪稱建筑物的點睛之筆。其全新的概念，無可動搖 地立足于建筑時代大潮的最前端。但其高造價也不是一般人能接受的。 自動旋轉門最常見的形式是自動門機及門內外兩側加雷達，當人走近自動門時，雷 達感應到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅動裝置使旋轉門以設定好的 速度勻速旋轉，當無人通過時，旋轉門又可以自動復位。由于自動旋轉門在通電后可以 實現無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內外建筑市場上得到大范圍 的普及。本文擬設計基于 plc 的旋轉門控制系統(tǒng)。 1.2 可編程控制器 plc 可編程控制器（plc），是隨著科學技術的

12、進步與現代社會生產方式的轉變，為適應 多產品、小批量生產的需要而產生、發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置1。 plc 從 1969 年問世以來，雖然至今還不到 40 年，但由于其具有通用靈活的控制性能、 可以適應各種工業(yè)環(huán)境的可靠性與簡單方便的使用性能，在工業(yè)自動化領域取得了廣泛 的應用，曾經有人將 plc 技術與數控技術（cnc）、cad/cam 技術、工業(yè)機器人技術并稱 為現代化工業(yè)自動化技術的四大支柱。 1.2.1 plc 的定義 可編程控制器（programmable controller）簡稱 pc，但個人計算機（personal computer）也簡稱 pc，為了區(qū)別，人們仍習慣稱

13、可編程控制器為 plc（programmable logical controller）。 國際電工委員會（international electrical committee）于 1987 年頒布了可編程 控制器的標準及其定義：“可編程控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字 運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、 順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸 出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P的外圍設備都應該按易于 與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！?1.2.2 plc

14、 的產生背景 在可編程控制器問世以前，工業(yè)控制領域中是以繼電器控制占主導地位的。這種由繼 電器構成的控制系統(tǒng)存在明顯的缺點，尤其是對生產工藝多變的系統(tǒng)適應性較差。1968 年，美國通用汽車公司（gm）根據市場形勢與生產發(fā)展的需要，為了完成“多品種、小 批量、不斷翻新汽車品牌型號”的戰(zhàn)略，提出了研制新型邏輯順序控制裝置來取代繼電 器控制裝置。第 2 年，美國數字設備公司（dec）就研制出了第一臺 plc，將其應用于美 國通用汽車自動裝配生產線上，并取得了極大的成功。此后隨著計算機技術、半導體集 成技術、控制技術、數字技術、通信網絡技術等高新技術的不斷進步，plc 也迅速發(fā)展起 來。 plc 初創(chuàng)

15、階段的代表產品有 modicon 公司的 084、ab 公司的 pdqil、dec 的 pdp14 和日立公司的 scy022 等。該時期 plc 產品的主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序 控制、邏輯運算、定時和計數等。它的 cpu 由中小規(guī)模的數字集成電路組成，在 io 接 口電路上做了改進以適應工業(yè)控制現場的要求，它的控制功能比較簡單。在軟件編程上， 采用廣大電氣工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。 而通用汽車公司（gm）公司為了適應生產工藝不斷更新的需求，從用戶角度提出了新 一代控制器應具備的 10 項指標： (1) 編程方便可現場修改程序 (2) 維修方便采用模塊化結構

16、(3) 可靠性高于繼電器控制裝置 (4) 體積小于繼電器控制組裝置 (5) 具有數據通信功能數據可直接送入計算機管理 (6) 成本可與繼電器控制系統(tǒng)競爭 (7) 輸入可為市電 (8) 輸出可為市電容量要求在 2a 以上，可直接驅動接觸器、電磁閥等 (9) 易于擴展，擴展時原系統(tǒng)改變最小 (10) 用戶存儲器大于 4kb 1971 年，日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺可編程序控制器 dsc-8。1973 年，西歐國家也研制出他們的第一臺可編程序控制器。我國從 1974 年開始 研制，1977 年開始工業(yè)應用。早期的可編程序控制器是為取代繼電器控制線路、存儲程 序指令、完成順序控

17、制而設計的。主要用于：1.邏輯運算 2. 計時，計數等順序控制， 均屬開關量控制。所以，通常稱為可編程序邏輯控制器（plcprogrammable logic controller）。 進入 70 年代，隨著微電子技術的發(fā)展，plc 采用了通用微處理器，這 種控制器就不再局限于當初的邏輯運算了，功能不斷增強。因此，實際上應稱之為 pc 可編程序控制器。 至 80 年代，隨大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術的發(fā)展，以 16 位和 32 位微 處理器構成的微機化 pc 得到了驚人的發(fā)展。使 pc 在概念、設計、性能、價格以及應用 等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強，功耗和體積減小，成本下降，

18、可靠性提高， 編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠程 i/o 和通信網絡、數據處理以及圖象顯示 的發(fā)展，使 pc 向用于連續(xù)生產過程控制的方向發(fā)展，成為實現工業(yè)生產自動化的一大支 柱。 1.2.3 plc 的發(fā)展現狀 我國工業(yè)企業(yè)的自動化程度普遍較低，plc 產品有很大的應用空間，如機械行業(yè) 80% 以上的設備仍采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器進行控制。因此，plc 在我國的應用潛力遠沒有 得到充分發(fā)揮。 我國大中型企業(yè)普遍采用了先進的自動化系統(tǒng)對生產過程進行控制，但絕大部分小 型企業(yè)尚未應用自動化系統(tǒng)和產品對生產過程進行控制。隨著競爭的日益加劇，越來越 多的小型企業(yè)將采用經濟、實用的自動化產品對生

19、產過程進行控制，以提高企業(yè)的經濟 效益和競爭實力。 中國加入 wto 后越來越多的國際公司把其制造基地轉移到中國。同時，中國的國有 企業(yè)和民營企業(yè)也在利用難得的歷史機遇大力發(fā)展制造業(yè)。中國正在努力成為世界新的 制造業(yè)基地。制造業(yè)的控制主要以離散控制為主，plc 是該領域控制系統(tǒng)的首選。制造企 業(yè)為提高勞動生產率和產品質量，必然會大量采用 plc，從而為 plc 的應用提供廣闊的應 用前景。 自 2001 年以來，作為基礎工業(yè)之一的機械工業(yè)成為我國工業(yè)發(fā)展新的增長點，年均 增長率超過 20%。與流程工業(yè)對模擬量的反饋調節(jié)不同，機械工業(yè)需對開關量進行連鎖及 順序控制，因此 plc 成為其控制產品的

20、首選。機械行業(yè)的高速增長和自動化現狀為 plc 應用提供了巨大的市場空間。 我國在“十五規(guī)劃中已明確提出了“用信息化帶動工業(yè)化的發(fā)展計劃，大量傳統(tǒng)產 業(yè)的自動化改造將為 plc 的應用提供巨大的發(fā)展空間。 我國的工業(yè)發(fā)展及自動化應用水平與工業(yè)發(fā)達國家相比有幾十年的滯后，按目前的經 濟形勢分析，我國將迎來一個 plc 市場高速增長的時期。 基于上述原因和中國經濟高速增長的現狀，今后若干年內中國 plc 市場將保持持續(xù)高 速增長。綜合相關資料提供的數據，并分析目前中國 plc 市場主要廠商的經營數據，初 步估計目前在我國本土銷售的 plc 總量為 3040 億元人民幣（不含隨進口主設備配套的 pl

21、c），年增長率為 1520%。 巨大的市場需求為發(fā)展 plc 業(yè)務提供了難得的歷史機遇，國內有實力的自動化公司應 充分利用在市場、技術、行業(yè)影響和品牌等方面的積累，大力拓展 plc 業(yè)務，使國產 plc 早日成為中國 plc 市場的主要參與者之一。 目前中國 plc 市場主要廠商為 siemens、mitsubishi、omron、rockwell、schneider、ge-fanuc 等國際大公司，歐美公 司在大、中型 plc 領域占有絕對優(yōu)勢，日本公司在小型 plc 領域占據十分重要的位置， 韓國和中國臺灣的公司在小型 plc 領域也有一定市場份額，中國大陸 plc 廠商的市場份 額幾乎可

22、以忽略。 大型 plc 的目標用戶在選用 plc 時一般不會把價格作為首要考慮因素，而是更關注產 品性能、質量和品牌，對價格不是十分敏感，故日本產品很難進入該領域。韓國和中國 臺灣的產品從一開始就是模仿日本產品，基本沿襲日本產品的技術路線，其在中國的市 場策略、行業(yè)影響基本是步日本廠商的后塵，只不過比日本產品滯后一段時間。 對中、小型 plc 的目標用戶而言，市場上主要廠商的 plc 產品均能滿足其要求，所 以在產品選型時價格是十分重要的因素。因此，日本產品在該領域占有絕對優(yōu)勢。 siemens 在推出新一代小型 plc 產品 s7200 后其價格與日本產品相差不大，最近幾年其小 型 plc

23、的市場增長迅速，已經與日本主要產品（mitsubishi 和 omron）在小型 plc 領域 取得了類似的市場地位。近年來，由于具有明顯的價格優(yōu)勢，中國臺灣的部分 plc 廠商 在小型 plc 領域發(fā)展勢頭十分強勁，搶占了原來日本產品的一部分低端市場。 1.2.4 plc 與繼電控制系統(tǒng)的比較與分析 幾十年來，繼電器控制系統(tǒng)為工業(yè)控制的發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前仍然在 工業(yè)領域中大量地應用，然而其控制性能與自身的功能己無法滿足與適應工業(yè)控制的要 求和發(fā)展，與 plc 相比較，存在著質的差別，表 1.1 給出了 plc 與繼電器控制系統(tǒng)功能 與特點的比較。 表 1.1 plc 與繼電器的功

24、能與特點比較 比較項目比較項目繼電器控制繼電器控制 plcplc 控制功能的實現 由許多繼電器，采用接線的 方式來完成控制功能 各種控制功能是通過編制的 程序來實現的 對生產工藝過程變更的適應 性 適應性差，需要重新設計， 改變繼電器和接線 適應性強，只需對程序進行 修改 可靠性差，觸電多，故障多 高，因元器件采取了篩選和 老化等可靠性措施 柔韌性與靈活性差 具有種類齊全的擴展單元， 擴展靈活 控制的實時性 機械動作時間常數大，實時 性差 微處理器控制，實時性非常 好 占用空間與安裝 控制柜體積大、笨重，安裝 施工工作量大 體積小，重量輕，安裝工作 量少 使用壽命易損，壽命短壽命長 復雜控制能

25、力極差很強 價格較低較高 維護復雜、工作量大工作量小 1.2.5 plc 與計算機控制系統(tǒng)的比較 通用計算機具有十分強大的計算與數據處理能力，同時數據處理的速度已達到極高 的水平，但是應用通用計算機進行工業(yè)控制，在很多方面遠遠沒有 plc 功能強大，表 1.2 給出了它們的對比2。 1.3 研究的主要意義和目的 隨著我國國民經濟持續(xù)穩(wěn)定地增長，從本世紀開始，我國進入了全面建設小康社會 的新階段，創(chuàng)造美好生活環(huán)境是裝飾業(yè)發(fā)展的巨大推動力。現代城市建筑物裝飾裝修中， 將高科技應用到建筑物的外觀形象上，使城市建筑的入口體現出智能化。對門的選擇由 單一的功用型向個性化、品位化發(fā)展，旋轉門以其全新的概念

26、，寬敞開放的門面和高格 調的設計，自然成為當代的建筑裝飾的主流，無可質疑的必選設施。堪稱建筑物的點睛 之筆。因此，自動旋轉門的使用越來越多，對旋轉門控制系統(tǒng)的控制要求也就越來越高。 結合市場調研，根據實際需要，所設計的旋轉門應該具有下列功能：當無人接近旋轉門 時，旋轉門能自動停止；當進出旋轉門的人比較多時，旋轉門能自動加速旋轉；當按下 殘疾人專用按鍵時，旋轉門能啟用殘疾人專用旋轉速度；當行人通過旋轉門不慎被夾時， 旋轉門能迅速制動，待行人解脫后旋轉門能自動恢復正常旋轉速度；旋轉門的全部運行 狀態(tài)都送入樓宇自動監(jiān)控系統(tǒng)等。因此，要求旋轉門控制系統(tǒng)在控制上具有更高的自動 化和智能化。 表 1.2

27、plc 與通用計算機控制系統(tǒng)功能與特點比較 比較項目比較項目通用計算機系統(tǒng)通用計算機系統(tǒng)plcplc 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 工作目的科學計算，數據管理等 工業(yè)自動控制 工作環(huán)境對工作環(huán)境的要求較高對環(huán)境要求低，可在惡劣的 工業(yè)環(huán)境 工作方式中斷處理方式循環(huán)掃描方式 系統(tǒng)軟件需配備功能較強的系統(tǒng)軟 件 一般只需簡單的監(jiān)控程序 采用的特殊措施掉電保護等一般性措施采用多種抗干擾措施，自診 斷，斷電保護 編程語言匯編語言，高級語言如： basic、c 等 梯形圖，助記符語言，sfc 標 準化語言 對操作人員的要求需專門培訓，并且有一定 的計算機基礎 一般的技術人員，稍加培訓 即可操作使用 對內存的要求容量

28、大容量小 價格價格高價格較低 其他若用與控制，一般需自行 設計 機種多，規(guī)模種類多，易于 集成系統(tǒng) 根據旋轉門國內外發(fā)展現狀，通過詳細考察市場，分析同行業(yè)產品以及用戶使用情況， 本文研制開發(fā)了具有多重保護功能的智能型旋轉門。這種旋轉門通過“以人為本”的設 計理念，在傳統(tǒng)的旋轉門控制系統(tǒng)的基礎之上增加了多項安全保護功能，在多重安全系 統(tǒng)的保障下，可以保證不會發(fā)生夾人事故，保障了用戶和行人的安全。 第 2 章 旋轉門控制系統(tǒng)硬件設計 2.1 可編程控制器硬件設計基本步驟 1plc 型號的選擇 在做出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制 要求，從而決定是否選用 plc 進行控制。 在控制

29、系統(tǒng)邏輯關系較復雜(需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數器等)、工藝 流程和產品改型較為頻繁、需要進行數據處理和信息管理(有數據運算、模擬量的控制、 pid 調節(jié)等)、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現工廠自動化聯網等情況下， 使用 plc 控制是很必要的16。 目前，國內外眾多的生產廠家提供了多種系列功能各異的 plc 產品，使用戶眼花繚 亂、無所適從。所以全面權衡利弊、合理地選擇機型才能達到經濟實用的目的。一般選 擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的 浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。 (1) 對輸入/輸出點的選擇 盲目選擇點數多的機型會

30、造成一定浪費。 要先弄清除控制系統(tǒng)的 i/o 總點數，再按實際所需總點數的 15 至 20留出備用量 (為系統(tǒng)的改造等留有余地)后確定所需 plc 的點數。另外要注意，一些高密度輸入點的 模塊對同時接通的輸入點數有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60；plc 每個輸出點的驅動能力(ma/點)也是有限的，有的 plc 其每點輸出電流的大小 還隨所加負載電壓的不同而異；一般 plc 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低 等。在選型時要考慮這些問題。 plc 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可 以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 plc 平均

31、每點的價格較高。如果輸出信號之 間不需要隔離，則應選擇前兩種輸出方式的 plc。 (2) 對存儲容量的選擇 對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入 總點數乘 10 字/點輸出總點數乘 5 字/點來估算；計數器/定時器按(3 至 5)字/個估算； 有運算處理時按(5 至 10)字/量估算；在有模擬量輸入/輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 /(或輸出)一路模擬量約需(80 至 100)字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接 口 200 字以上的數量粗略估算。最后，一般按估算容量的 50 至 100留有裕量。對缺乏 經驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。 (3)

32、對 i/o 響應時間的選擇 plc 的 i/o 響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延 遲(一般在 2 至 3 個掃描周期)等。對開關量控制的系統(tǒng)，plc 和 i/o 響應時間一般都能滿 足實際工程的要求，可不必考慮 i/o 響應問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系 統(tǒng)就要考慮這個問題。 (4) 根據輸出負載的特點選型 不同的負載對 plc 的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇 晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 plc 有許多 優(yōu)點，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力 較強，

33、其負載電壓靈活(可交流、可直流)且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、 直流負載可以選擇繼電器輸出型的 plc。 (5) 對在線和離線編程的選擇 離線編程是指主機和編程器共用一個 cpu，通過編程器的方式選擇開關來選擇 plc 的 編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時，cpu 只為編程器服務，而不對現場進行控制。 專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 cpu，主機的 cpu 完 成對現場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機， 在下一個掃描周期主機將按新的程序對現場進行控制。計算機輔助編程既能實現離線編 程，也能實現在線編程。在線編程需購

34、置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法 應根據需要決定。 (6) 根據是否聯網通信選型 若 plc 控制的系統(tǒng)需要聯入工廠自動化網絡，則 plc 需要有通信聯網功能，即要求 plc 應具有連接其他 plc、上位計算機及 crt 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前 大部分小型機也具有通信功能。 (7) 對 plc 結構形式的選擇 在相同功能和相同 i/o 點數據的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功 能擴展靈活，維修方便(換模塊)，容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇 plc 的結構 形式。 2分配輸入/輸出點 一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應的。 分配好后，按系

35、統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編 號。 在個別情況下，為節(jié)省輸入點，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入 點前，按邏輯關系接好線(如兩個觸點先串聯或并聯)，然后再接到輸入點。 (1) 確定 i/o 通道范圍 不同型號的 plc，其輸入/輸出通道的范圍是不一樣的，應根據所選 plc 型號，查閱 相應的編程手冊，決不可“張冠李戴”。必須參閱有關操作手冊。 (2) 內部輔助繼電器 內部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定 時器/計數器時作數據存儲或數據處理用。 從功能上講，內部輔助繼電器相當于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。 (3)

36、分配定時器/計數器 繪制電氣原理圖是很關鍵的一步。在繪制 plc 的輸入電路時，不僅要考慮到信號的 連接點是否與命名一致，還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適，也要考慮到在特殊 條件下運行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導到 plc 的輸入端， 把高壓引入 plc 輸入端，會對 plc 造成比較大的傷害。在繪制 plc 的輸出電路時，不僅 要考慮到輸出信號的連接點是否與命名一致，還要考慮到 plc 輸出模塊的帶負載能力和 耐電壓能力。此外，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題。在整個電路的繪制中，還 要考慮設計的原則努力提高其穩(wěn)定性和可靠性。雖然用 plc 進行控制方便、靈活。

37、但是 在電路的設計上仍然需要謹慎、全面。因此，在繪制電路圖時要盡量考慮周全。 控制系統(tǒng)采用市電和 ups 雙重供電，由 km 接觸器來完成市電和 ups 間的自動轉換。 當市電有電時，km 的動合觸點閉合為系統(tǒng)供電，此時 km 的動斷觸點斷開；當市電停電時， km 的動合觸點斷開，km 的動斷觸點閉合為系統(tǒng)供電。 空氣開關 q 為系統(tǒng)提供過壓、欠壓、過流等保護，也可以利用 q 實現手動為系統(tǒng)斷電 或停電。 強電系統(tǒng)還為其它有強電需求的部件提供電源，如：plc 控制器、變頻器、抱閘、照 明等。 其中，電機抱閘線圈常得電，由電機的控制部分來執(zhí)行抱閘與否?？紤]到安全原因， 系統(tǒng)照明電壓為 24vdc

38、，由變壓整流模塊來完成變壓和整流功能。 采用 fx32mr 型三菱系列的 plc 作為控制器。輸入部分為共點輸入方式，有按鈕、 扭子開關、無觸點開關等組成；輸出部分要求全部為 220vac，故將所有 com 端子連接 在一起，并加裝熔斷器防止短路造成故障范圍擴大。 為了現場安裝、拆卸方便，同時也為了防水、防塵，從控制箱到旋轉門各個部件的 連線采用航空防水、防塵接頭。同時考慮到強電對弱電可能產生的干擾，以及現場可能 出現的誤插等因素，采用的接頭有多種?，F場即使誤插也不會造成器件損壞的事故。 2.2 旋轉門的組成及特點 旋轉門主要由旋轉門門體、接近傳感器、可編程序控制器和變頻器組成，如圖 2-1

39、所 示7。 圖 2.1 旋轉門總體結構圖 旋轉門的特點： （1）全數字化的程序控制器 簡單明了的人機對話操作界面，驅動部分為日本生產 的變頻和交流電機； （2）高速運轉 當上下班高峰期時，旋轉門以高速運轉，增加單位時間的客流數量； （3）正常運轉 一般情況下，旋轉門以常人的步行速度運轉，滿足常人的通行要求； （4）慢速運轉 當有老人、小孩或殘疾人通過時，按下殘疾人按扭，旋轉門以正常 轉速的一半運轉，運行一周后，自動恢復到正常運轉速度； （5）定位功能 智能化自動定位停車功能； （6）安全系統(tǒng) 多部傳感器對通行區(qū)域進行監(jiān)控，防止發(fā)生夾人、撞人事故。 2.3 旋轉門控制系統(tǒng)方案設計 根據旋轉門的總

40、體結構和特點，初步確定其控制功能，由此設計出旋轉門的基本控 制功能框架圖，并在其基礎上設計控制系統(tǒng)的硬件和軟件（見圖 2.2）。 該旋轉門由多扇玻璃門相互垂直地鑲嵌在同一個軸柱上構成，電機通過減速機構帶 動旋轉門的軸柱，從而產生門的旋轉運動(見圖 2.3)。 圖 2.2 旋轉門控制功能框圖 2.4 fx 系列 plc 及變頻器的選擇原則 該系統(tǒng)利用日本三菱公司的 fx 系列 plc 作為系統(tǒng)的控制指揮中心。該 plc 把來自旋 轉門現場的檢測信號、變頻器的狀態(tài)信號以及樓宇自動監(jiān)控系統(tǒng)的指令，經過收集、處 理后，完成對變頻器的頻率控制和對樓宇自動監(jiān)控系統(tǒng)的信息反饋。當 x0 閉合時，啟動 該旋轉

41、門控制系統(tǒng)。 由于旋轉門處于公共場所，行人或物品阻礙旋轉門正常旋轉的現象時常發(fā)生，因此 導致電動機的負載變化大、過電流現象發(fā)生頻繁，所以選用通用 fvr015e7s-7ex 型變頻 器。該變頻器具有快速響應的電流限制功能，當負載波動較大時，變頻器并不跳閘，能 自動減速運行；當負載恢復正常時，變頻器能自動升速到設定值。使用該變頻器，電動 機低速驅動能力強，起動轉矩能達到額定值的 150%，該變頻器還具有電壓自整定等一系 列功能。 2.5 旋轉門運行狀態(tài)分析及設計 (1) 自動運轉功能：當紅外線動作感應器感應到行人時，門扇馬上用正常速度轉動， 若一直有行人通過轉門，則旋轉門一直不停的旋轉。行人離開

42、后，轉門自動變?yōu)槁龠\ 轉或停止。 (2) 速度可調功能：旋轉門的運轉速度(正常速度和慢速)均可根據門的大小和客戶 的要求進行調整。 (3) 定位停功能：當行人離開轉門時，門扇將由正常運轉狀態(tài)變?yōu)槁龠\轉并自動 停止于雙層密封位。 (4) 當 x1 閉合時，旋轉門的轉速不受客流量多少的控制，以固定不變的轉速旋轉。 反饋給樓宇自動監(jiān)控系統(tǒng)的信息狀態(tài)如表 2.1 所示。 該旋轉門由多扇玻璃門相互垂直地鑲嵌在同一個軸柱上構成，電機通過減速機構帶 動旋轉門的軸柱，從而產生門的旋轉運動(見圖 2.3)。 l n x0 x1 y0 com1 y1 y4 com x2 x3 x4 y5 y6 y7 com2

43、 x5 x6 x7 x16y12 fx2n-32mr x17 x10 x11 x12 y13 y10 y11 com3 x13 x14 x15 com y3 com4 + - km 到到機機械械抱抱閘閘系系統(tǒng)統(tǒng) 樓樓宇宇 自自動動 化化系系 統(tǒng)統(tǒng) rst x2 x1 fwd cm rt1 30a 30c 故故障障 報報警警 220v uvw 變變頻頻器器 fr m 3 km 220v 樓樓宇宇自自動動監(jiān)監(jiān) 控控系系統(tǒng)統(tǒng) 30c fr 24v 傳傳感感器器電電源源 進進門門防防夾夾傳傳感感器器 門門外外接接近近傳傳感感器器 b2 c2 門門內內暫暫停停按按鍵鍵 門門內內換換速速按按鍵鍵 門門內內

44、接接近近傳傳感感器器 出出門門防防夾夾傳傳感感器器 定定位位行行程程開開關關 d2 門門外外換換速速按按鍵鍵 c1 b1 e1 門門外外急急停停按按鍵鍵 定定位位行行程程開開關關 d1 a2 a1a1a1 旋旋轉轉門門 減減速速機機構構及及機機 械械抱抱閘閘系系統(tǒng)統(tǒng) 圖 2.3 旋轉門控制系統(tǒng)結構圖 為了實現系統(tǒng)的全部自動化和智能化，系統(tǒng)在旋轉門圓形框架的上端，安裝了 4 個 接近傳感器，其中 3 個面向進門的行人(見圖 2.3 的 a1)，一個面向出門的行人(見圖 2.3 的 a2)；在門框外側的邊沿上分別安裝了 2 套防夾傳感器(見圖 2.3 的 e1 和 e2)；在圓弧 門框外側的表面上

45、，分別安裝了急停按鍵和殘疾人專用換速按鍵(見圖 2.3 的 b1、b2 和 c1、c2)；d1 和 d2 是旋轉門的定位或加減速起點行程開關。 本章介紹了旋轉門的組成和功能特點，對控制系統(tǒng)的硬件和控制方案進行了設計， 選用了合適的 plc 和變頻器，對旋轉門的運行狀態(tài)進行了分析和設計。 表 2.1 旋轉門運行狀態(tài)表 y7y6y5y4 診斷信息 0000 控制系統(tǒng)沒工作 0001 將有人進門 0010 將有人出門 0011 進出人都有 0100 有多人進門 0101 旋轉門低速運行(按鍵 c1 動作) 0110 旋轉門低速運行(按鍵 c2 動作) 0111 旋轉門高速運行 1000 旋轉門急停(

46、出門人被夾) 1001 旋轉門急停(進門人被夾) 1010 旋轉門停轉(按鍵 b1 動作) 1011 旋轉門停轉(按鍵 b2 動作) 1100 旋轉門停轉(變頻器故障) 1101 旋轉門停轉(電動機故障) 1110 旋轉門停轉(沒有人進出) 注：表中“1”表示“on”，“0”表示“off”。y7、y6、y5、y4 為 plc 的輸出端。 第 3 章 旋轉門控制系統(tǒng)軟件設計 3.1 可編程序控制器軟件設計步驟 軟件部分設計主要就是程序的編制，在確定了 plc 程序結構之后，就要具體地編制 程序了。編制 plc 控制程序的方法很多15,16，綜合考慮以下幾種典型的編程方法。 1. 圖解法編程 圖解

47、法是靠畫圖進行 plc 程序設計。常見的主要有梯形圖法、邏輯 流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。 (1) 梯形圖法 梯形圖法是用梯形圖語言去編制 plc 程序。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。 其圖形甚至元件名稱都與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易地就可以把原繼電 器控制電路移植成 plc 的梯形圖語言。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是最方便的一 種編程方法。 (2) 邏輯流程圖法 邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示 plc 程序的執(zhí)行過程，反應輸入與輸出的關系。邏 輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程，用邏輯框圖表示出來形成系統(tǒng)的邏輯流程圖。這種方 法編制的 plc 控制程序邏輯思路清晰、輸

48、入與輸出的因果關系及聯鎖條件明確。邏輯流 程圖會使整個程序脈絡清楚，便于分析控制程序，便于查找故障點，便于調試程序和維 修程序。有時對一個復雜的程序，直接用語句表和用梯形圖編程可能覺得難以下手，則 可以先畫出邏輯流程圖，再為邏輯流程圖的各個部分用語句表和梯形圖編制 plc 應用程 序。 (3) 時序流程圖法 時序流程圖法是首先畫出控制系統(tǒng)的時序圖(即到某一個時間應該進行哪項控制的控 制時序圖)，再根據時序關系畫出對應的控制任務的程序框圖，最后把程序框圖寫成 plc 程序。時序流程圖法很適合于以時間為基準的控制系統(tǒng)的編程方法。 (4) 步進順控法 步進順控法是在順控指令的配合下設計復雜的控制程序

49、。一般比較復雜的程序，都 可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。 從整個角度去看，一個復雜系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個步組成的。系統(tǒng)控制的任務 實際上可以認為在不同時刻或者在不同進程中去完成對各個步的控制。為此，不少 plc 生產廠家在自己的 plc 中增加了步進順控指令。在畫完各個步進的狀態(tài)流程圖之后，可 以利用步進順控指令方便地編寫控制程序。 2. 經驗法編程 經驗法是運用自己的或別人的經驗進行設計。多數是設計前先選擇 與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗程序”。結合自己工程的 情況，對這些“試驗程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求

50、。這里所說的經驗，有 的是來自自己的經驗總結，有的可能是別人的設計經驗，就需要日積月累，善于總結。 3. 計算機輔助設計編程 計算機輔助設計是通過 plc 編程軟件在計算機上進行程序 設計、離線或在線編程、離線仿真和在線調試等等。使用編程軟件可以十分方便地在計 算機上離線或在線編程、在線調試，使用編程軟件可以十分方便地在計算機上進行程序 的存取、加密以及形成 exe 運行文件。 plc 軟件系統(tǒng)設計的步驟: 在確定了程序結構和編程方法后，就要編寫 plc 程序了。編寫 plc 程序和編寫其他計 算機程序一樣，都需要經歷如下過程。 (1) 對系統(tǒng)任務分塊(模塊化) 分塊的目的就是把一個復雜的工程

51、，分解成多個比較簡單的小任務。這樣就把一個 復雜的大問題化為多個簡單的小問題。這樣可便于編制程序以及將來的程序調試。 (2) 編制控制系統(tǒng)的邏輯關系圖 從邏輯關系圖上，可以反應出某一邏輯關系的結果是什么，這一結果又導出哪些動 作。這個邏輯關系可以是以各個控制活動順序為基準，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍 為基準。邏輯關系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動，也反應了輸入與輸 出的關系。 (3) 編制 plc 程序并進行模擬調試 在繪制完電路圖之后，就可以著手編制 plc 程序了。當然可以用上述方法編程。在 編程時，除了要注意程序要正確、可靠之外，還要考慮程序要簡捷、省時、便于閱讀、 便于修

52、改。編好一個程序塊要進行模擬實驗，這樣便于查找問題，便于及時修改。 4. 現場調試 現場調試是整個控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何程序的設計很難說不 經過現場調試就能使用的。只有通過現場調試才能發(fā)現控制回路和控制程序不能滿足系 統(tǒng)要求之處；只有通過現場調試才能發(fā)現控制電路和控制程序發(fā)生矛盾之處；只有進行 現場調試才能最后實地測試和最后調整控制電路和控制程序，以適應控制系統(tǒng)的要求。 3.2 變頻器的主要控制參數 經現場調試后，變頻器的主要控制參數確定如下： 當客流量較小或 x0 為“on”時，變頻器的工作頻率為 42hz(僅當 y11=on)，上升時 間 6s，下降時間 15s；當客流量比較大時（x

53、3、x4 和 x5 都為“on”時），變頻器的工作 頻率為 50hz（y11 和 y10 同為“on”時）；當第一次按動換速鍵時，變頻器的工作頻率 為 21hz(當 y11 和 y13 同為“on”時)，當第二次按動換速鍵時，變頻器工作狀態(tài)由其他 現場狀態(tài)控制；當有行人不慎被夾時，旋轉門迅速制動并待行人解脫后，經過 10s 的延 遲，啟用變頻器第二“加/減速”選擇，自動恢復到正常旋轉速度（上升時間和下降時間 均為 25s，實現方法是 y11 和 y3 都為“on”）。變頻器主要控制端子與輸出頻率之間的 關系如圖 3.1 所示。 f t 50hz50hz 42hz 21hz on on on o

54、n on onfwd-cm x1-cm x2-cm rt1-cm 圖 3.1 變頻器輸出頻率與控制端子的關系 3.3 三菱 plc 指令系統(tǒng) 采用的 plc 是三菱 fx232mr，下面簡單介紹一下它的指令系統(tǒng)。三菱的 plc 為當今 世界上最先進的小型 plc，具有各類功能齊全的高性能模塊，及快速可靠的系統(tǒng)網絡10。 1三菱 plc 分類及性能分析 三菱 plc 可分為小型系列、中型和大型系列。小型系列為 i/o 點數最大 256 點的 fx 系列，大中型系列為 i/o 點數可達到 8192 點。各系列 plc 的性能指標比較見表 3.1。 表 3.1 各系列 plc 的性能指標比較 分類q

55、 系列qna 系列fx 系列 總體比較高中高中 程序語言 語句表、梯形圖、 sfc(標簽、功能塊編 程) 語句表、梯形圖、 sfc(標簽編程) 語句表、梯形圖、 sfc(標簽編程) i/o 點數 256 至 4096 點(遠程 8196) 512 至 4096 點(遠程 8169 點) 256 點以下 處理速度/s/步(刷 新方式) 0.034 至 0.20.075 至 0.20.09 至 1.0 指令數/條 基本型 cpu：249 高性能型 cpu：360 761 至 808271 至 482 程序容量/k 步8 至 25228 至 1246 至 120 可執(zhí)行程序數/個 基本型 cpu：1

56、 高性能型 cpu：28 至 124 28 至 124 1 內部繼電器容量(k)12 至 24 24 3 至 16 內部寄存器容量(k)14 至 153 23 2.5 至 7 2. 三菱 plc 指令系統(tǒng)的特點 (1) 采用高速系統(tǒng)總線 通過高速的系統(tǒng)總線，fxcpu 與輸入輸出模塊、智能化功能模塊之間的數據交換速度 有了顯著的提高(與以往的相比，約提高了 4 至 8 倍)，可以做到減少對掃描時間帶來的 影響，使整個系統(tǒng)的性能和運行速度有大幅度的提高。 (2) 更快速的編程口 高性能型 fxcpu 標準配置有一個最大可達 115.2kbit/s 的 rs-232c 編程口。高速編 程口可實現更

57、快速的程序傳送和監(jiān)控，增加機器和設備的調整效率。 (3) 事件中斷 功能模塊可向 cpu 模塊發(fā)出中斷請求。cpu 使用這一功能時，對于與程序掃描不是同 步發(fā)生的事件就可以作出高速響應。這樣就可以從掃描執(zhí)行程序中除去相應程序，從而 縮短了掃描時間。 (4) 故障歷史記錄 當 cpu 模塊檢測到系統(tǒng)出錯時，出錯類型、發(fā)生日期、時間和出錯地點可自動登入 到出錯列表中并記錄，因此維護人員可以通過個人計算機、hmi(人機界面)、網絡等系統(tǒng) 或者使用 plc 程序等方法進行查看。 (5) 與人機界面 got 的連接 可以將三菱觸摸屏 got-900 系列通過 cpu 模塊的 rs-232 端口、串行通信

58、模塊與 fx 系列 plc 相連。 3.4 三菱 plc 程序流程圖 該產品是一種智能化的以可編程序控制器為基礎的產品。在傳統(tǒng)的旋轉門控制系統(tǒng) 的基礎之上增加了多項安全保護功能。由于旋轉門工作特點是無法預測下一時間會發(fā)生 什么情況，如果用傳統(tǒng)的編程方式會增加編程、調試的難度。 編程過程中我主要采用了狀態(tài)轉換法編程，同時也采用了其它編程方法，結合多種 編程方法的優(yōu)點，使得所編程序給編程過程和后來的調試過程帶來了不少的方便。下面 是程序的狀態(tài)轉換圖(如圖 3.2)。 程序從初始化狀態(tài)開始，判斷中間寄存器 m99 的狀態(tài)，如果 m99 就進入等待態(tài)，這 個狀態(tài)也是旋轉門在無人狀態(tài)下密封內外空間的狀態(tài)

59、；當紅外感應器感應到有人時，進 入高速正轉態(tài)，因為不可預知這個人走出去后是否還有人再來，所以設置了兩個正轉等 人態(tài)，以方便這兩個狀態(tài)之間的轉換；當紅外感應器不再有信號時，延時進入低速正轉 態(tài)，低速正轉到正確的停位狀態(tài)，發(fā)出停車信號，旋轉門進入到等待態(tài)。 無論在等待態(tài)、高速正轉態(tài)、兩個正轉等人態(tài)還是在低速正轉態(tài)，plc 一旦檢測到有 殘疾人信號馬上進入殘疾人態(tài)，低速旋轉一周以上，并進入等待態(tài)。 在以上工作狀態(tài)下一旦檢測到夾人信號馬上置位 m99，進入反轉態(tài)，延時 3s 進入停 止態(tài)，再延時 2s 執(zhí)行 rstm99 命令，保證被夾人能夠從容出來，最后回到等待態(tài)。 殘殘疾疾人人態(tài)態(tài) 等等待待態(tài)態(tài)

60、初初始始化化 等等待待態(tài)態(tài) 高高速速正正轉轉 正正轉轉等等人人1 正正轉轉等等人人2 低低速速反反轉轉 停停止止態(tài)態(tài) 低低速速正正轉轉 殘殘疾疾人人 感感應應信信號號 停停位位 m99=0 正正常常態(tài)態(tài)m99=1 夾夾態(tài)態(tài) rstm99=0 m93 圖 3.2 智能型旋轉門的控制系統(tǒng)流程圖 3.5 控制系統(tǒng)程序梯形圖 1.圖 3.3 是根據系統(tǒng)要求用 gx-developer version8.0 編制的 plc 控制變頻器的梯 形圖。在進行 plc 程序設計時應注意如下幾點： plsm2 x3 x4 pls m2 x0x14x15 m11 m11t3 t5 y0 t0k5 變頻器通電 t0t