自動(dòng)門控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文) 題目自動(dòng)門控制系統(tǒng) 系部自動(dòng)化工程系 專業(yè)機(jī)電一體化姓名吳迪學(xué)號(hào) G1340722 指導(dǎo)教師史丹青 2015年12月12日摘 要隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，各種方便生活的自動(dòng)控制系統(tǒng)逐步進(jìn)入了人們的生活。自動(dòng)門是隨著人們對(duì)生活條件的不斷追求、科技的不斷發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的高科技產(chǎn)品，因此，它具備了普通門所沒有的優(yōu)勢：雅觀漂亮，而且使用管理起來更加的安全、方便、舒適，通電后可以實(shí)現(xiàn)無人看管，同時(shí)又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次。由于早期自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來控制。造成安裝繁瑣、體

2、積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點(diǎn)。而基于PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，體積小，設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。所以在商場、公共建筑、銀行、醫(yī)院等入口，使用PLC技術(shù)控制自動(dòng)門已得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：PLC、直流電機(jī)、自動(dòng)門、熱釋電紅外傳感器目錄摘 要2目錄3第一章 緒 論41.1 國內(nèi)外自動(dòng)門發(fā)展現(xiàn)狀41.2問題的提出41.3本課題設(shè)計(jì)的主要目的和意義41.4本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容51.自動(dòng)門類型的選擇52.自動(dòng)門控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)5第二章 可編程控制器（PLC)的基本知識(shí)62.1 PLC的產(chǎn)生62.2 PLC的定義62.3 PLC的特點(diǎn)7第三章 自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)83.1 自動(dòng)

3、門控制過程和要求83.2總體設(shè)計(jì)方案83.3系統(tǒng)工作原理9第四章 自動(dòng)門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)114.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)114.2 可編程控制器（PLC）的選型114.3直流電動(dòng)機(jī)的選型134.4感應(yīng)器件的選型144.5 限位開關(guān)154.6 主要硬件選型清單154.7 基于PLC的硬件電路設(shè)計(jì)164.7.1 I/O分配表164.7.2硬件接線圖174.7.3 主電路原理圖18第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)195.1梯形圖的概述195.2 梯形圖的設(shè)計(jì)方法和步驟205.3 自動(dòng)門控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)21第六章 系統(tǒng)調(diào)試236.1 調(diào)試的主要內(nèi)容236.2 調(diào)試結(jié)果分析23結(jié)束語24致 謝25參考文獻(xiàn)26附錄27第

4、一章 緒 論1.1 國內(nèi)外自動(dòng)門發(fā)展現(xiàn)狀在國外，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅猛，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)門的重要部分。在現(xiàn)代人們生活中自動(dòng)門可以節(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。隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自動(dòng)門在人們的生活中的運(yùn)用越來越廣泛，自動(dòng)門適合于賓館、酒店、銀行、寫字樓、醫(yī)院、商店等，使用自動(dòng)門。但在國內(nèi)，自動(dòng)門的自主研發(fā)尚處于初級(jí)階段。在自動(dòng)門控制系統(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。1.2問題的提出早期自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來

5、控制。造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點(diǎn)。因此，如何運(yùn)用智能控制器來取代繼電器控制，已成為推進(jìn)自動(dòng)門行業(yè)智能化發(fā)展所迫切需要解決的問題。1.3本課題設(shè)計(jì)的主要目的和意義在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動(dòng)門已經(jīng)隨處可見。自動(dòng)門的工作方式是通過自動(dòng)門內(nèi)外兩側(cè)的光電感應(yīng)開關(guān)來感應(yīng)人的出入，當(dāng)感應(yīng)到信號(hào)時(shí)使得控制器發(fā)出開門、關(guān)門信號(hào)，進(jìn)而控制驅(qū)動(dòng)裝置將門打開、關(guān)閉。早期自動(dòng)門控制系統(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。它采用可以編程的存

6、儲(chǔ)器，用來在其內(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，并能通過數(shù)字式和開關(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)用都得到了長足的發(fā)展。因此運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門具有較高的可靠性，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。本課題的自動(dòng)門設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC做控制器能大大提高自動(dòng)門的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于整個(gè)自動(dòng)門行業(yè)是一次技術(shù)革新，提高了自動(dòng)門的使用率。因此，進(jìn)行自動(dòng)門的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可

7、以推動(dòng)自動(dòng)門行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)門行業(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)和理論研究價(jià)值。1.4本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容根據(jù)自動(dòng)門的控制要求，針對(duì)以下幾個(gè)方面對(duì)自動(dòng)門的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和論證。1.自動(dòng)門類型的選擇在本課題中主要研究自動(dòng)平移門，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)平移門具有手動(dòng)和自動(dòng)開門功能和高低速功能。2.自動(dòng)門控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中選用的為智能控制器穩(wěn)定性良好的西門子小型PLC，來滿足自動(dòng)門在日常生活中很高的穩(wěn)定性的需求。在自動(dòng)門的開關(guān)門速度控制上本設(shè)計(jì)以電阻器作為調(diào)節(jié)器，運(yùn)用直流無刷電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的轉(zhuǎn)速控制，在感應(yīng)器方面運(yùn)用了自動(dòng)門專用的微波雷達(dá)感應(yīng)器和在工業(yè)控制上大量運(yùn)用的

8、具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性好的接近傳感器，運(yùn)用感應(yīng)器的開關(guān)量信號(hào)輸入給PLC來實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)自動(dòng)門的控制。第二章 可編程控制器（PLC)的基本知識(shí)2.1 PLC的產(chǎn)生20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)的工業(yè)控制主要是以繼電器接觸器組成的控制系統(tǒng)。而其系統(tǒng)存在著設(shè)備體積大，調(diào)試維護(hù)工作量大，通用、靈活性差，可靠性低，功能簡單，不具體現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)控制所需要的數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)控制等功能。 1968年，美國通用汽車制造公司（GM）為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以解決繼電器接觸器控制系統(tǒng)普遍存在的問題。因而設(shè)想把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活及通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便

9、宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便的使用。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)通用汽車的要求首先研制成功第一臺(tái)可編程序控制器，稱之為“可編程序邏輯控制器”(PLCProgrammable Logic Controller)，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝置線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。2.2 PLC的定義 可編程控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對(duì)其下最后的定義，國際電子委員會(huì)(IEC)在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)劃案第3稿中，對(duì)PLC作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專

10、為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它作為可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！睆纳鲜龆x可以看出，PLC是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，除了能完成各種各樣的控制功能外，還有與其他計(jì)算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)的功能。2.3 PLC的特點(diǎn)1、編程簡單，容易掌握梯形圖是使用最多的PLC的編程語言，其電路符號(hào)和表達(dá)式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員很快就

11、能學(xué)會(huì)用梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 2、功能強(qiáng)，性價(jià)比高 一臺(tái)小型的PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。3、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。4、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為罪可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一

12、。 5、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及維護(hù)工作量少 目前PLC已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，用PLC組成的控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維護(hù)方面，表現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性，由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。 6、體積小、重量輕、功耗低復(fù)雜的控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型PLC的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，其結(jié)果緊湊，堅(jiān)固，重量輕，功耗低。第三章 自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 自動(dòng)門控制過程和要求自動(dòng)門控制過程和要求，具體如下：（1） 當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過時(shí)，傳感器檢測到信號(hào)，

13、電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，執(zhí)行開門動(dòng)作，到達(dá)開門限位位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。（2） 自動(dòng)門在開門位置停留8s后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。（3） 在關(guān)門過程中，當(dāng)有人由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過時(shí)，傳感器檢測到信號(hào)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序，保證人安全通過。（4） 設(shè)計(jì)門扇的移動(dòng)速度為高速和低速兩個(gè)速度，開門和關(guān)門啟動(dòng)時(shí)為高速運(yùn)行，門扇即將到位時(shí)進(jìn)入低速運(yùn)行，到達(dá)限位位置時(shí)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。（5） 在關(guān)門過程中檢測到信號(hào)需要開門時(shí)，電動(dòng)機(jī)需先停轉(zhuǎn)0.5s,然后執(zhí)行相反動(dòng)作。（6） 使用4個(gè)行程開關(guān)，兩個(gè)分別為開門和關(guān)門限位到位開關(guān)，另外兩個(gè)為高低速轉(zhuǎn)換開關(guān)

14、。3.2總體設(shè)計(jì)方案自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：P L C直流無刷電機(jī)門內(nèi)外感應(yīng)器采集信號(hào)開/關(guān)門指示燈手動(dòng)控制開關(guān)圖1: 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測到人體或物體信號(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)，PLC根據(jù)開關(guān)信號(hào)來控制相應(yīng)的繼電器實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)以及減速。再由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來帶動(dòng)門的移動(dòng)。3.3系統(tǒng)工作原理首先，平移式自動(dòng)感應(yīng)門機(jī)組由以下部件組成：（1）主控制器：它是自動(dòng)感應(yīng)門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮馬達(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。（2）感應(yīng)探測器：負(fù)

15、責(zé)采集外部信號(hào)，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)；（3）動(dòng)力馬達(dá)：提供開門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制自動(dòng)感應(yīng)門門扇加速與減速運(yùn)行。（4）自動(dòng)感應(yīng)門扇行進(jìn)軌道：就象火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進(jìn)。（5）門扇吊具走輪系統(tǒng):用于吊掛活動(dòng)門扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行。（6）同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引自動(dòng)感應(yīng)門扇吊具走輪系統(tǒng)。（7）下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是自動(dòng)感應(yīng)門門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后門體擺動(dòng)。當(dāng)自動(dòng)感應(yīng)門門扇要完成一次開門與關(guān)門，其工作流程如下：感應(yīng)探測器探測到有人進(jìn)入時(shí)，將脈沖

16、信號(hào)傳給主控器，主控器判斷后通知馬達(dá)運(yùn)行，當(dāng)碰到減速行程開關(guān)時(shí)進(jìn)入慢行運(yùn)行。馬達(dá)得到一定運(yùn)行電流后做正向運(yùn)行，將動(dòng)力傳給同步帶，再由同步帶將動(dòng)力傳給吊具系統(tǒng)使自動(dòng)感應(yīng)門扇開啟；自動(dòng)感應(yīng)門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關(guān)自動(dòng)感應(yīng)門，通知馬達(dá)作反向運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉自動(dòng)感應(yīng)門。3.4自動(dòng)門的機(jī)械傳機(jī)構(gòu)研究在本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門針對(duì)人流較多的商場，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)門的傳動(dòng)主要包括安裝板，軌道，門機(jī)，皮帶，吊掛件等。2所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡便。3電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用直流無刷電機(jī)，調(diào)速性能好。4導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形成正懸掛，解

17、決了側(cè)擺的問題，從而確保了門扇的穩(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。7傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖2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：傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖第四章 自動(dòng)門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC控制直流無刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門運(yùn)轉(zhuǎn)的控制方

18、式。采用直流無刷電機(jī)，即具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、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)。4.2 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)

19、考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?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。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)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，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1015倍，

20、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)

21、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)化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LAD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的

22、編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。（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的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、

23、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(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/O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/O卡件或插卡，因此用戶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。考慮經(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)

24、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。 5、對(duì)PLC響應(yīng)時(shí)間的要求 對(duì)于多數(shù)場合，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，根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)需要的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入8點(diǎn)，輸出4點(diǎn)。故采用德國西門子公司生產(chǎn)的CPU224小型PLC來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。4.3直流電動(dòng)機(jī)的選型 直流電動(dòng)機(jī)與交流異步電動(dòng)機(jī)相比，雖

25、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)橹绷麟妱?dòng)機(jī)能無級(jí)調(diào)速，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較簡單。因此，對(duì)調(diào)速要求高的設(shè)備，均采用直流電動(dòng)機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)相對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)有以下的優(yōu)勢：（1） 由于采用高性能永磁材料，無刷直流電機(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） 由于沒用轉(zhuǎn)子損耗（轉(zhuǎn)子使用永磁材料），也無需定子勵(lì)磁電流分量（應(yīng)用新理論），所以無刷直流電機(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） 由于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無刷直流電機(jī)也無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。 （4） 交流異步電機(jī)由于其非

26、線性本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)控制極為復(fù)雜。無刷直流電機(jī)把其復(fù)雜的磁場定向控制簡化為離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，無需坐標(biāo)變換，調(diào)速范圍更寬，控制性能更好。 綜上所述，無刷直流電機(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、省略變頻器以及產(chǎn)能提高因素考慮在內(nèi)，使用者的綜合成本下降很大。所以在本課題設(shè)計(jì)中選用了無刷直流電動(dòng)機(jī)。4.4感應(yīng)器件的選型目前自動(dòng)門行業(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，適用于行走速度正常的人員通過的場所，微波感應(yīng)器是以微波多普勒原理為基礎(chǔ)，平面型天線作感應(yīng)系統(tǒng)，以微處理器作控制。 微波

27、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。其探測方式具體如下優(yōu)點(diǎn)： （1）非接觸探測。 （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)用在各類不同場合的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，是自動(dòng)門系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動(dòng)門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定.如在高檔酒店、寫字樓，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)常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應(yīng)器。 4.5 限位開關(guān)限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械某些運(yùn)動(dòng)部件的碰撞來發(fā)出控制命

28、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。限位開關(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)，行程開關(guān)通過機(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)。4.6 主要硬件選型清單 表4.6 自動(dòng)門主要硬件清單表硬件名稱規(guī)格型號(hào)可編程控制器（PLC)S7-200(CPU224)直流電機(jī)伊曼特WWDC2465紅外傳感器E3JK-5M3行程開關(guān)LW42A2Y4.7 基于PLC的硬件電路設(shè)計(jì)4.7.1 I/O分配表輸入輸出輸入繼電器作 用輸出繼電器作

29、用I0.0門外光電探測開關(guān)Q0.0電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器I0.1門內(nèi)光電探測開關(guān)Q0.1電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器I0.2啟、停Q0.2減速中間繼電器I0.3開門減速開關(guān)Q0.3正轉(zhuǎn)指示燈I0.4關(guān)門減速開關(guān)Q0.4反轉(zhuǎn)指示燈I0.5左限位（開門）I0.6右限位（關(guān)門）I0.7手動(dòng)開門I1.0手動(dòng)關(guān)門I1.1急停4.7.2硬件接線圖 SB1根據(jù)I/O分配表，確定了基于PLC的硬件接線圖，如圖3所示： KM1 QO.0IO.0 KM2 SB2IO.1 KA QO.1 SB3IO.2 QO.2 SB4HL1IO.3 QO.3 SB5HL2L2HL2IO.4 QO.4 SB6IO.5 SB7IO.6 SB8IO.7 S

30、B9I1.0 SB10I1.1 1L1M PLC控制輸出輸入接線220V24V4.7.3 主電路原理圖主電路原電路圖如圖4所示：+_ KM1KM2KAARKAAM圖4第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1梯形圖的概述PLC是專門為工業(yè)控制而開發(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)的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會(huì)（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3(可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn))詳細(xì)的說明了句法、語義和下述5中編程語言：功能表圖（sequential function chart）、梯形圖（ladd

31、er 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言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，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)語言是用梯形圖的圖形符號(hào)來描述程序的一種設(shè)計(jì)語言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語言，這種程序設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述事件發(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)果表示在右面。梯形圖設(shè)計(jì)語言是最常見的一種程序設(shè)計(jì)語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯

32、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言，被稱為PLC的第一編程語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，特別適用于開關(guān)開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯

33、形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。5.2 梯形圖的設(shè)計(jì)方法和步驟（1）首先根據(jù)工藝過程控制要求，畫出控制流程圖，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，盡量簡化，利于編程。(2)將所有的輸入信號(hào)（按鍵，行程限位開關(guān)，壓力開關(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。（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）以梯形圖的形式來描述控制要求，繪制梯形圖要遵循編程原則。（5）編寫程序清單時(shí)

34、，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子公司設(shè)計(jì)開發(fā)的STEP-Micro/WIN SP6版本,選擇他的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中應(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)沒有數(shù)量限制。2. 梯形圖每一行都是從左邊開始，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

35、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)。5.3 自動(dòng)門控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)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)D5所示的流程運(yùn)行，已達(dá)到本系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)要求，工作流程如下：（1） 當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過時(shí)，傳感器檢測到信號(hào)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，執(zhí)行開門動(dòng)作，到達(dá)開門限位位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。（2） 自動(dòng)門在開門位置停留8s后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。（3） 在關(guān)門過程中，當(dāng)有人由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通

36、過時(shí)，傳感器檢測到信號(hào)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序，保證人安全通過。（4） 設(shè)計(jì)門扇的移動(dòng)速度為高速和低速兩個(gè)速度，開門和關(guān)門啟動(dòng)時(shí)為高速運(yùn)行，門扇即將到位時(shí)進(jìn)入低速運(yùn)行，到達(dá)限位位置時(shí)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。（5） 在關(guān)門過程中檢測到信號(hào)需要開門時(shí)，電動(dòng)機(jī)需先停轉(zhuǎn)0.5s,然后執(zhí)行相反動(dòng)作。（6） 使用4個(gè)行程開關(guān)，兩個(gè)分別為開門和關(guān)門限位到位開關(guān)，另外兩個(gè)為高低速轉(zhuǎn)換開關(guān)。 開門方向開門低速區(qū)開門高速區(qū)關(guān)門高速區(qū)關(guān)門低速區(qū) 關(guān)門方向 圖5：程序流程運(yùn)行YNYNNYY N 停止 K4打開 停止若K1、K2有信號(hào)減速開關(guān)打開 減速關(guān)門若K1、K2有信號(hào) 高速關(guān)門 延時(shí)8s 若K1，K2有信號(hào)

37、K4打開 停止若K1、K2有信號(hào) K3打開 減速開門 高速開門以上工作過程可用流程圖表達(dá)如下圖圖6所示: 開始（K1、K2表示有人來）第六章 系統(tǒng)調(diào)試6.1 調(diào)試的主要內(nèi)容1、將系統(tǒng)啟停開關(guān)閉合，即系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行方式下運(yùn)行。當(dāng)光電開光檢測到信號(hào)，自動(dòng)門自動(dòng)進(jìn)行開關(guān)門，高低速切換。2、將系統(tǒng)啟停開關(guān)打開，即系統(tǒng)在手動(dòng)運(yùn)行方式下運(yùn)行。當(dāng)按下手動(dòng)開門按鈕，自動(dòng)門執(zhí)行開門動(dòng)作。當(dāng)按下手動(dòng)關(guān)門按鈕，自動(dòng)門執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作。3、在開門狀態(tài)下開門指示燈亮，在關(guān)門狀態(tài)下關(guān)門指示燈亮。6.2 調(diào)試結(jié)果分析首先將開關(guān)I0.2閉合，此時(shí)自動(dòng)門運(yùn)行方式為自動(dòng)運(yùn)行。在自動(dòng)運(yùn)行方式下，當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)區(qū)域內(nèi)，門外光電探測器I0.0或門內(nèi)光電探測器I0.1閉合產(chǎn)生開門信號(hào)。自動(dòng)門執(zhí)行高速開門動(dòng)作。當(dāng)自動(dòng)門碰