PLC的地鐵自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、摘要可編程序控制器通產(chǎn)簡(jiǎn)稱為PLG是近年來(lái)發(fā)展迅速的工業(yè)控制裝置，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。隨著人們生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們更加注重自動(dòng)化和人性化的產(chǎn)品。自動(dòng)門(mén)是樓宇設(shè)備中的光機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品，它給人以親切大方的感覺(jué)，同時(shí)營(yíng)造出奢華的氣氛，其全新的概念，寬敞的開(kāi)放門(mén)面和高格調(diào)的設(shè)計(jì)，堪稱建筑物的點(diǎn)睛之筆，由于PLC控制具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，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。本文是關(guān)于地鐵自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，地鐵自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)主要由可編程控制器（PL。、感應(yīng)器件、驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置組成。由于地鐵作為公共交通工具，特別強(qiáng)調(diào)其安全可靠性

2、。因此在此提出了一種以s7400可編程序控制器（PLC）為核心的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)。該控制器是西門(mén)子s7系列產(chǎn)品中的高端產(chǎn)品，適合于大中型系統(tǒng)的控制，具有集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)裝置。它有可編程性，且編程靈活簡(jiǎn)單，有在惡劣環(huán)境下工作的高抗干擾能力，適應(yīng)性力。等特點(diǎn)，在工業(yè)控制應(yīng)用上越來(lái)越廣泛。本文分析了地鐵自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)在地鐵運(yùn)行過(guò)程中的過(guò)程原理，介紹了地鐵自動(dòng)門(mén)的硬件設(shè)計(jì)，PLC選型，驅(qū)動(dòng)裝置選型，感應(yīng)器件的選型，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，PLC梯形圖設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，程序調(diào)試，硬件接線等多方面內(nèi)容。關(guān)鍵詞：可編程控制器；S7-400;自動(dòng)門(mén)；地鐵；梯形圖；變頻控制abstra

3、ctProgrammablecontrolleristypicallyreferredtoasPLC,isdevelopingrapidlyinrecentyearstheindustrialcontrolequipment,hasbeenwidelyusedinindustrialfields.Withthecontinuousimprovementofpeople'slivingstandardandtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,peoplepaymoreattentiontoautomationandhumanizedprod

4、ucts.Opto-mechatronicsintegrationtechnologyofautomaticdoorisbuildingequipmentproducts,itgivesapersonthesensewithkindandgenerous,createsanatmosphereofluxuryatthesametime,thenewconcept,spaciousopenappearanceandhighstyledesign,isthenodseyeballpenofbuildings,becausethePLCcontrolhashighreliability,stabil

5、ity,convenientmaintenance,asaresult,theproductionofautomaticdoorsmanymerchantsusePLCtodothedoorcontroller.Thisarticleisaboutthedesignofundergroundautomaticdoorcontrolsystem,theautomaticdoorsystemismainlycomposedofprogrammablecontroller(PLC),inductiondevice,drivingdeviceanddrivingunit.Becausethesubwa

6、yaspublictransport,withparticularemphasisonthesafetyandreliability.Sointhispaperpresentsas7-400programmablecontroller(PLC)asthecoreofautomaticdoorcontrolsystem.Thecontrolleristhehigh-endproductinSiemenss7seriesproducts,suitableforlargeandmedium-sizedsystemcontrol,hasasetofautomationtechnology,comput

7、ertechnology,communicationtechnologyintegrationofnewindustrialautomaticequipment.Ithasprogrammability,andflexible,simpleprogrammingworkunderbadenvironmentofhighanti-interferenceability,adaptability.Waitforacharacteristic,hasbeenwidelyusedinindustrialcontrolapplications.Metroautomaticdoorcontrolsyste

8、minmetroareanalyzedinthispapertheprocessprincipleoftheoperationprocess,thispaperintroducesthehardwaredesignofmetroautomaticdoors,typeselectionofPLC,drivesselection,sensorselectionandsystemsoftwaredesign,PLCladderdiagramdesign,softwaredesign,programdebugging,hardwareconnectionandsoonmanyaspects.前言5第1

9、章概述61.1本課題研究的目的和意義6第2章國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)發(fā)展72.1 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)發(fā)展現(xiàn)狀72.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求82.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求82.2.2 本課題研究的內(nèi)容8第3章地鐵自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)93.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟93.2 在地鐵自動(dòng)門(mén)的功能需求分析103.3 地鐵自動(dòng)門(mén)的控制要求113.4 地鐵自動(dòng)控制系統(tǒng)具體構(gòu)成113.5 自動(dòng)門(mén)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)12第4章PLC既述134.1 PLC的概念134.2 PLC的主要功能134.3 與其他控制系統(tǒng)的區(qū)別144.3.1 PLC與其它典型控制系統(tǒng)的區(qū)別144.3.2 與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別154.4 S7-400系列PL

10、C的組成與基本結(jié)構(gòu)164.5 PLC的硬件系統(tǒng)164.6 PLC的工作原理19第5章地鐵自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)205.1 PLC的選擇205.2 驅(qū)動(dòng)裝置的選型225.3 感應(yīng)器件的選型235.4 直流電動(dòng)機(jī)的選型245.4.1 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速245.4.2 直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)245.5 傳動(dòng)裝置255.6 限位開(kāi)關(guān)255.7 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)I/O地址分配表255.8 自動(dòng)們控制系統(tǒng)的原理圖275.8.1 主電路及供電線路27第6章自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)286.1 工作過(guò)程的分析286.2 梯形圖程序296.2.1 梯形圖的概述296.2.2 梯形圖的設(shè)計(jì)30第7章程序調(diào)試337.1硬件線

11、路連接33第八章總結(jié)36第九章參考文獻(xiàn)37第十章致謝38第十一章附錄139附錄139、，、.刖百自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)，在現(xiàn)當(dāng)代社會(huì)是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，自動(dòng)門(mén)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于酒店、銀行、超市、停車場(chǎng)或公共建筑等入口，其主要核心部分一一自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)正是我們這論文的主要研究討論的課題。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，造成安裝繁瑣、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PL。，PLC是一種專門(mén)為工業(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)

12、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、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。由于用PLC控制自動(dòng)門(mén)具有故障頻率低

13、、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，而Siemenss7400系歹IPLC穩(wěn)定，在各個(gè)行業(yè)中的運(yùn)用非常普遍，本研究重點(diǎn)討論使用s7400系列PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)地鐵自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市的交通越來(lái)越擁擠，地鐵已經(jīng)在各大城市中相繼出現(xiàn)，越來(lái)越多的深入到人們的生活當(dāng)中，對(duì)自動(dòng)地鐵門(mén)的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。本設(shè)計(jì)主要是介紹利用西門(mén)子S400為控制器實(shí)現(xiàn)地鐵門(mén)的自動(dòng)控制。具有較高的可靠性，維修方便等特點(diǎn)。第1章概述1.1本課題研究的目的和意義隨著城市人口的的不斷增加，城市的交通越來(lái)越擁擠，地鐵已經(jīng)在各大城市中相繼出現(xiàn)，越來(lái)越多的深入到人們的生活當(dāng)中，對(duì)自動(dòng)地鐵門(mén)的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。與此同時(shí)可

14、編程控制在工程領(lǐng)域的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，其具備的高可靠行和強(qiáng)抗干擾性都是地鐵安全運(yùn)行的保障。本設(shè)計(jì)主要是介紹利用西門(mén)子S40吻控制器實(shí)現(xiàn)地鐵門(mén)的自動(dòng)控制。具有較高的可靠性，維修方便等特點(diǎn)。隨著電子科技的不斷發(fā)展，各種智能控制系統(tǒng)進(jìn)入人們的生活。自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)成為地鐵、超市等人流密集地疏導(dǎo)人流、控制出入的首選。目前國(guó)內(nèi)高速軌道客車主要采用氣動(dòng)自動(dòng)門(mén)，主要應(yīng)用于150km/h及以下速度級(jí)的軌道客車，200km/h及以上速度級(jí)軌道客車用的電動(dòng)自動(dòng)門(mén)完全依靠進(jìn)口，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟可靠的產(chǎn)品。外國(guó)高速軌道客車電動(dòng)自動(dòng)門(mén)技術(shù)比較成熟，其產(chǎn)品通常是用可編程控制器和單片機(jī)作為系統(tǒng)的處理器。為了使地鐵自動(dòng)門(mén)能夠更好的為

15、地鐵服務(wù),本文研究基于西門(mén)子S400勺地鐵自動(dòng)門(mén)的設(shè)計(jì)可以得到一種電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高的地鐵門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)于保障地鐵安全運(yùn)行方面有著重要意義。首先是硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以高穩(wěn)定性為原則對(duì)各個(gè)傳感裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、控制裝置進(jìn)行選取。接下來(lái)是對(duì)整個(gè)地鐵運(yùn)行時(shí)自動(dòng)門(mén)控制過(guò)程的分析，分別列舉出各種運(yùn)行狀況和安全要求，然后就是軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)PLC編程語(yǔ)言梯形圖，簡(jiǎn)單明了的設(shè)計(jì)出自動(dòng)門(mén)的控制要求，并且要考慮到安全性和故障報(bào)警等方面的問(wèn)題?；诳删幊炭刂破骶哂泻芎玫奶幚碜詣?dòng)門(mén)開(kāi)關(guān)控制及良好的穩(wěn)定性，PLCE制具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在很多工業(yè)控制的生產(chǎn)商都

16、運(yùn)用PLC來(lái)做控制器，PLC空制已成為自動(dòng)控制中最常見(jiàn)的方式之一，因此本次的課程設(shè)計(jì)，是對(duì)于自己一次很好地學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，也是對(duì)所學(xué)的知識(shí)的一次檢驗(yàn)的機(jī)會(huì)，對(duì)以后從事專業(yè)方面知識(shí)的一個(gè)很好的儲(chǔ)備，相信自己會(huì)做好的。第2章國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)發(fā)展2.1 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)很成熟，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)在人們生活中自動(dòng)門(mén)可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防塵、防風(fēng)，同時(shí)可以使出入口顯得很莊重高檔，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

17、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)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。我國(guó)的自動(dòng)門(mén)狀況有如下幾點(diǎn)：(1)廠家多，規(guī)模小56年來(lái)幾年來(lái)，自動(dòng)門(mén)在國(guó)內(nèi)得到了快速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)大大小小生產(chǎn)自動(dòng)門(mén)的廠家已有50多家，但普遍生產(chǎn)規(guī)模小，自主研發(fā)能力差。從新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力和質(zhì)量穩(wěn)定性方面還不具備和進(jìn)口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。(2)專業(yè)化分工趨勢(shì)顯現(xiàn)早期的生產(chǎn)廠家，一般是自主研發(fā)和生產(chǎn)，頂多委托代加工部分零部件。近兩年來(lái)，出現(xiàn)了專門(mén)生產(chǎn)主要部件的廠家，如電機(jī)、主控板、遙控器傳動(dòng)件、塑料件等出現(xiàn)了專業(yè)生產(chǎn)廠家，這一趨勢(shì)使生產(chǎn)的門(mén)檻降低，進(jìn)入的廠家進(jìn)

18、一步增多，導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。(3)高、低檔次的市場(chǎng)分明進(jìn)口產(chǎn)品借助質(zhì)量和品牌優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了高端市場(chǎng)，目前國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品基本上也都具備了比較完善的功能，但生產(chǎn)工藝略嫌粗糙，質(zhì)量水平參差不齊，整體檔次較低，主要集中在低端市場(chǎng)。(4)產(chǎn)品同質(zhì)化和市場(chǎng)特點(diǎn)導(dǎo)致利潤(rùn)微薄產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，加之自動(dòng)門(mén)產(chǎn)品往往是開(kāi)發(fā)商而非最終用戶在選擇產(chǎn)品，所以價(jià)格因素占的比重較大，加劇了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。其結(jié)果是眾多廠家一味地比拼價(jià)格，導(dǎo)致利潤(rùn)微薄。同時(shí)，由于價(jià)格過(guò)低，也使產(chǎn)品的持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展受到限制。2.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)題目是基于PLC的地鐵自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)，根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的控制核心是P

19、LG主要實(shí)現(xiàn)的功能是是全自動(dòng)化操作，不需要人為參與。要完成整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。2.2.2 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 .地鐵自動(dòng)門(mén)類型的選擇。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 .地鐵自動(dòng)門(mén)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)的地鐵自動(dòng)門(mén)要求有很高的穩(wěn)定性來(lái)滿足日常的需要，故在本設(shè)計(jì)中所選用的智能控制器為穩(wěn)定性良好的德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-400型P

20、LG在地鐵自動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)門(mén)速度控制上本設(shè)計(jì)以變頻器作為調(diào)節(jié)器，運(yùn)用變頻器的三段速控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)的轉(zhuǎn)速控制，為了解決在頻率很低時(shí)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)定性好的自帶減速裝置的直流電動(dòng)機(jī)，在對(duì)地鐵檢測(cè)的過(guò)程中用限位開(kāi)關(guān)對(duì)地鐵進(jìn)站時(shí)的位置進(jìn)行檢測(cè)，在感應(yīng)器方面運(yùn)用了自動(dòng)門(mén)專用的紅外感應(yīng)器和在工業(yè)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要在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮地鐵自動(dòng)門(mén)的安全性能和運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定的需要。3 .地鐵自動(dòng)門(mén)的軟件設(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，

21、梯形圖能直觀明了的設(shè)計(jì)出地鐵自動(dòng)門(mén)的控制要求，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)用西門(mén)子自帶的編程軟件，此軟件具有強(qiáng)大的診斷功能，能更快的查處故障原因，從而大大縮短了維修時(shí)間。4 .地鐵運(yùn)行過(guò)程分析在地鐵運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)?shù)罔F靠站時(shí)，觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，開(kāi)始自動(dòng)門(mén)開(kāi)啟過(guò)程，經(jīng)過(guò)延時(shí)，電機(jī)正傳開(kāi)始開(kāi)門(mén)，通過(guò)行程檢測(cè)，達(dá)到最大位置，然后進(jìn)入延時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間電機(jī)反轉(zhuǎn)，開(kāi)始關(guān)門(mén)，其中通過(guò)傳感器檢測(cè)關(guān)門(mén)過(guò)程中是否有人進(jìn)入，同時(shí)考慮出現(xiàn)夾人狀況的緊急處理。第三章地鐵自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟在地鐵自動(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)深入了解和分析地鐵運(yùn)

22、行過(guò)程中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類型。(4)分配I/O點(diǎn)數(shù)，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)地鐵自動(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)地鐵自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。(6)連接硬件電路，畫(huà)出主電路和控制電路，并在組態(tài)軟件中進(jìn)行演示。3.2 在地鐵自動(dòng)門(mén)的功能需求分析本設(shè)計(jì)是地鐵自動(dòng)門(mén)入口的應(yīng)用設(shè)計(jì)，需要有

23、安全和可靠性，在設(shè)計(jì)的時(shí)候改良根據(jù)入口處對(duì)地鐵自動(dòng)門(mén)的具體要求，本設(shè)計(jì)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)有手動(dòng)和自動(dòng)方式為了便于維護(hù)，地鐵自動(dòng)門(mén)應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。當(dāng)信號(hào)采集裝置檢測(cè)到地鐵靠站后，開(kāi)啟動(dòng)作過(guò)程，首先進(jìn)行延時(shí)，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)開(kāi)控制點(diǎn)動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來(lái)開(kāi)門(mén)或者關(guān)門(mén)。(2)緊急停止當(dāng)?shù)罔F自動(dòng)門(mén)出現(xiàn)夾人現(xiàn)象時(shí)，可閉合緊急停止開(kāi)關(guān)，自動(dòng)門(mén)自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門(mén)過(guò)程。(3)蜂鳴器和閃光的提示功能當(dāng)?shù)罔F自動(dòng)門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)，PLC輸出信號(hào)給蜂鳴器和閃光，以提醒來(lái)往行人注意。地鐵自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)包含PLC空制和執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(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

24、式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)采用PLE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。首先通過(guò)信號(hào)采集裝置判斷門(mén)前是否有人，若有人則將信號(hào)轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳送到PLCPLC艮據(jù)開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制變頻器的開(kāi)停和速度的變換，最后由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)門(mén)動(dòng)。3.3地鐵自動(dòng)門(mén)的控制要求(1)當(dāng)?shù)罔F靠站后，行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)，通過(guò)延時(shí)開(kāi)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM位作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。(2)自動(dòng)門(mén)在開(kāi)門(mén)位置停留40秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程，關(guān)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2M起動(dòng),電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門(mén)移動(dòng)到關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。(3)在關(guān)門(mén)過(guò)程中，當(dāng)有人員由外到

25、內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K2或K1時(shí),應(yīng)立即停止關(guān)門(mén)，并自動(dòng)進(jìn)入電機(jī)停轉(zhuǎn)程序。(4)當(dāng)出現(xiàn)夾人狀況是可以手動(dòng)打開(kāi)地鐵自動(dòng)門(mén)。3.4 地鐵自動(dòng)控制系統(tǒng)具體構(gòu)成由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測(cè)到人體或物體信號(hào)時(shí)將信號(hào)傳給PLC,PLC艮據(jù)已經(jīng)采集的信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)，是驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)自動(dòng)門(mén)的運(yùn)行。地鐵自動(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)電動(dòng)控制方式，此種控制方式為目前大多自動(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。3.5 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)的地鐵自動(dòng)門(mén)針對(duì)人流較多的地鐵

26、站，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(mén)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中考慮了以下幾個(gè)方面：1 .地鐵自動(dòng)門(mén)的傳動(dòng)主要包括安裝版，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)單。3 .電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用64V直流電動(dòng)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)，形式正懸掛，解決了側(cè)擺得問(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)方便的特點(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，

27、從而提高了使用壽命。第4章PLC概述4.1 PLC的概念可編程控制器(plc)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)而來(lái)的，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它以微處理器為核心，用編寫(xiě)的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對(duì)它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA經(jīng)過(guò)四年的調(diào)查工作，于1980年正式將可編程序控制器命名為PC(ProgrammableController),但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC(PersonalComputer)相區(qū)別，常將可編程控制器簡(jiǎn)稱為PLC并給P

28、LC作了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器、數(shù)字的或模擬的輸入/輸出接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等功能，用于控制器或產(chǎn)生過(guò)程的自動(dòng)化控制裝置。1982年，國(guó)際電工委員會(huì)(InternationalElectricalCommittee,IEC)頒布了PLCfe準(zhǔn)草案第一稿，1985年提交了第二稿，并在1987年的3稿中對(duì)PLC作了如下的定義：“PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序控制器的存儲(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、定時(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)字式或模擬式的輸入，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。

29、可編程控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！鄙鲜龅亩x表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過(guò)程、面向用戶的“自然語(yǔ)言”編程是一種簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。4.2 PLC的主要功能1 .開(kāi)關(guān)邏輯和順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場(chǎng)合。它的主要功能是完成開(kāi)關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。2 .模擬控制(A/D和D/A控制)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，許多連續(xù)變化的需要進(jìn)行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液

30、位等，這些都屬于模擬量。過(guò)去，PLC長(zhǎng)于邏輯運(yùn)算控制，對(duì)于模擬量的控制主要靠?jī)x表或分布式控制系統(tǒng)，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能，而且編程和使用方便。3 .定時(shí)/計(jì)數(shù)控制PLC具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。對(duì)于定時(shí)器，定時(shí)間隔可以由用戶加以設(shè)定；對(duì)于計(jì)數(shù)器，如果需要對(duì)頻率較高的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可以選擇高速計(jì)數(shù)器。4 .步進(jìn)控制PLC為用戶提供了一定數(shù)量的位移寄存器，用位移寄存器可方便地完成步進(jìn)控制功能。5 .運(yùn)動(dòng)控制在機(jī)械加工行業(yè)，可編程序控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。6 .數(shù)據(jù)處理大部分PLC#B具有不

31、同程度的數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等操作，有些PLC還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算。7 .通信聯(lián)網(wǎng)PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是復(fù)雜多樣的，它們對(duì)控制的要求也各不相同。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)，一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程人員的歡迎。其主要特點(diǎn)有：(1)可靠性高(2) 控制功能強(qiáng)(3) 組成靈活(4) 操作方便4.3 與其他控制系統(tǒng)的區(qū)別4.3.1 PLC與其它典型控制系統(tǒng)的區(qū)別繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾

32、能力，但使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)。是設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點(diǎn)在開(kāi)閉時(shí)易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差。a.控制邏輯繼電器控制邏輯采用硬件接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及時(shí)間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想在改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有4-8對(duì)觸點(diǎn)，因此靈活性和擴(kuò)展性很差，而PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式儲(chǔ)存在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變程序即可，因此靈活性和擴(kuò)展性很好。b.工作方式電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器同時(shí)處于受控制狀態(tài)，它屬于并行方式。而PLC得控制邏輯中，各內(nèi)部期間都處

33、于周期性掃描過(guò)程中，各種邏輯、數(shù)值輸出地結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計(jì)算出來(lái)的，它屬于用行方式。PLC有微型計(jì)算機(jī)的許多特點(diǎn)，但他的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。而PLC則采用不斷循環(huán)的順序掃描的工作方式。每次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPLM第一條指令開(kāi)始，按順序逐條的執(zhí)行用戶程序知道用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開(kāi)始新一輪的掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始的重復(fù)上述循環(huán)掃描的，這種工作方式是在系統(tǒng)的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，所以他的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)的

34、工作原理基礎(chǔ)上的，即通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是CPU分時(shí)操作方式來(lái)處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序一次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，便成為時(shí)間上的串行。由于運(yùn)算速度極高，各電器的動(dòng)作似乎是同時(shí)完成的，但實(shí)際輸入輸出的響應(yīng)是有滯后的。c.控制速度繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點(diǎn)開(kāi)閉動(dòng)作一般幾十毫秒數(shù)量級(jí)。另外機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問(wèn)題；而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，屬于無(wú)觸點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)，且不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。4.3.2 與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別a.本質(zhì)區(qū)別單片機(jī)控制系統(tǒng)是

35、基于芯片級(jí)的系統(tǒng)，而PLC控制系統(tǒng)是基于板級(jí)或模塊級(jí)的系統(tǒng)。其實(shí)PLC本身就是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，他是已經(jīng)開(kāi)發(fā)好的單片機(jī)產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)單片機(jī)控制系統(tǒng)屬于底層開(kāi)發(fā)，而設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)是在產(chǎn)品的單片機(jī)控制系統(tǒng)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。b.使用場(chǎng)合單片機(jī)控制系統(tǒng)適合于家電產(chǎn)品、智能化的儀器儀表、玩具和批量生產(chǎn)的控制器產(chǎn)品等場(chǎng)合使用；而PLC控制系統(tǒng)適合在單片機(jī)電氣控制系統(tǒng)、工業(yè)控制領(lǐng)域的制造業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程中使用。c.使用過(guò)程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)，需要先設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，畫(huà)硬件電路圖，制作印刷電路板，購(gòu)置各種所需要的電子元件，焊接電路板，進(jìn)行硬件調(diào)試，進(jìn)行抗干擾等大量工作需要專門(mén)的開(kāi)發(fā)裝置和低級(jí)編輯語(yǔ)言控制程序，進(jìn)

36、行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；而PLC不必操心內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是否可靠和他們的抗干擾能力，軟件設(shè)計(jì)使用工業(yè)編程語(yǔ)言，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，因?yàn)橛泻玫墓こ坦ぞ邘椭苑浅Ｈ菀住?.4 S7-400系列PLC的組成與基本結(jié)構(gòu)PLC是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講，PLC也是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過(guò)它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語(yǔ)言，具有更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。S7-400可編程控制系統(tǒng)有主機(jī)（基本單元）、I/O擴(kuò)展單元、功能單元（模塊）和外部設(shè)備等組成。S7-400PLC主機(jī)（基本單元）的結(jié)構(gòu)形式為整體式結(jié)構(gòu)。4.5 PL

37、C的硬件系統(tǒng)從硬件來(lái)看，PLC主要由CPU存儲(chǔ)器，I/O接口，電源，編程器等組成。編程器圖二PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)(1)CPU®CPUKPLC的核心部件，它包括：微處理器CPU存儲(chǔ)器(ROMRAM、并行接口(PIO)、串行接口(SIO)及時(shí)鐘控制電路等。CPU®是PLC的運(yùn)算、控制中心，用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算及對(duì)整機(jī)進(jìn)行管理控制；PLC內(nèi)部配有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ROMRAM,分別用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序和用戶程序，并生成用戶環(huán)境；并行接口和串行接口主要用于CUPW各接口電路之間的信息交換。時(shí)鐘及控制電路用于產(chǎn)生脈沖及各種控制信號(hào)。(2)輸入/輸出電路輸入電路通常有兩種形

38、式；直流輸入和交流輸入電路。輸入電路的作用是接收現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備送來(lái)的控制信號(hào)，并經(jīng)光電耦合器隔離后轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)，然后由CPU賣入并送至輸入映象寄存器中，供程序執(zhí)行使用。輸出電路的作用是將PLC的輸出控制信號(hào)送給外部輸出設(shè)備，通過(guò)輸出設(shè)備控制被控制對(duì)象工作。輸出電路共有三種形式：一種是繼電器形式，它是通過(guò)控制繼電器的線圈使其觸點(diǎn)的通斷來(lái)控制輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電氣隔離；另一種是晶體管輸出型，它是通過(guò)光電耦合器使輸出開(kāi)關(guān)晶體管通斷，進(jìn)而控制輸出設(shè)備；第三種是可控硅輸出型，通過(guò)觸發(fā)可控硅的通斷實(shí)現(xiàn)對(duì)外部輸出設(shè)備的控制。(3)存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口用于連接用戶程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的

39、擴(kuò)展卡盒。常用的擴(kuò)展卡盒有三種：一種是COMSF型ROW盒，它需要用鋰電池后備，以防止斷電時(shí)丟失程序及數(shù)據(jù)；另一種是EPRO前盒，這種卡盒需要用專門(mén)寫(xiě)入器將調(diào)試好的用戶程序或數(shù)據(jù)寫(xiě)入EPROMs擦寫(xiě)時(shí)需要用紫外線擦除器；第三種是EEPRO陳盒，是電可擦除存儲(chǔ)器，它的寫(xiě)入和擦寫(xiě)只需專用編程器。(4)I/O擴(kuò)展接口I/O擴(kuò)展接口與CPU問(wèn)是以總線方式連接的，因此它可以連接開(kāi)總量的I/O擴(kuò)展單元及擴(kuò)展塊，使I/O點(diǎn)數(shù)規(guī)模在配置更加靈活。同時(shí)也可以配接如模擬量、高速脈沖等單元及通信適配器等特殊功能模塊，使PLC的功能大大增強(qiáng)。(5)編程器及其接口編程器用于程序及數(shù)據(jù)的輸入、編輯、調(diào)試和檢測(cè)。當(dāng)PLC在

40、正常運(yùn)時(shí)，一般不需要編程器，因此編程器設(shè)計(jì)為獨(dú)立的部件。為了能對(duì)PLC進(jìn)行編程及調(diào)試，在PLC上專門(mén)設(shè)有一個(gè)編程接口，通過(guò)這個(gè)接口可以連接各種形式的編程器。編程器的對(duì)PLC的編程。(6)電源PLC一般使用220V的交流電源，電源部件將交流電轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器，存儲(chǔ)器等電子電路工作所需的直流電源，使PLC能正常工作。種類很多，常見(jiàn)的有便攜式手持程器、專用智能編程器和通過(guò)計(jì)算機(jī)和專用接口實(shí)現(xiàn)(7)可編程控制任何一個(gè)控制系統(tǒng)要完成目的控制功能，必須通過(guò)一定的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通常控制序可分兩大類：固定布線程序和可編程序。(1)固定布線程序傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和電子器件系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)各種控制功

41、能，其控制程序是由種電氣元件通過(guò)一定的聯(lián)接方式-布線而成，輸入設(shè)備如按鈕開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、傳感器等，用以向控制系統(tǒng)送入信號(hào)。輸出設(shè)備如接觸器、電磁閥等用以控制被控制對(duì)象的動(dòng)作。其輸入對(duì)輸出的控制是通過(guò)接線來(lái)實(shí)現(xiàn)，接線工作結(jié)束后，控制程序也被確定下來(lái)，若要改變控制程序，則必須改變接線方式重新布線，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，是非常困難的。(2)可編程序控制可編程序控制控制系統(tǒng)中完成一定的控制，只通過(guò)專用的編程器，用程序語(yǔ)言進(jìn)行編程，寫(xiě)入可編程控制的程序的存儲(chǔ)器中，然后由可編程序控制器來(lái)完成各種操作。在可編程系統(tǒng)中，若要改變控制程序，只用編程器改寫(xiě)程序存儲(chǔ)器中的某些程序語(yǔ)句，不必要重新布線，由于控制被控對(duì)象

42、的動(dòng)作是控制程序語(yǔ)言來(lái)表達(dá)的，故又稱為軟件程序4.6PLC的工作原理可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其工作原理與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理基本相同。S7-400CPU連續(xù)執(zhí)行用戶任務(wù)的循環(huán)序列成為掃描。PLC的一個(gè)機(jī)器掃描周期是指用戶程序運(yùn)行一次所經(jīng)歷的時(shí)間。Plc運(yùn)行狀態(tài)按輸入采樣、程序執(zhí)行。輸出刷新等步驟，周而復(fù)始地循環(huán)掃描工作，1 .輸入采樣掃描階段這是第一個(gè)集中批處理過(guò)程，PLC按順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號(hào)，不論輸入端子上是否接線，CPU順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號(hào)寫(xiě)到輸入映像寄存器中，在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶程序用到的輸入信號(hào)的狀態(tài)是否變化。即使此時(shí)外部

43、輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對(duì)于這種采集輸入信號(hào)的批處理，雖然嚴(yán)格上說(shuō)每個(gè)信號(hào)被采集的時(shí)間有先有后，但由于PLC的掃描周期很短，這個(gè)差異對(duì)一般工程應(yīng)用可忽略，所以可以認(rèn)為這些采集到的輸入信息是同時(shí)的。2 .執(zhí)行用戶程序掃描階段是第二個(gè)集中批處理過(guò)程，在執(zhí)行用戶程序階段，CPUM用戶程序按順序進(jìn)行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左到右的順序進(jìn)行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不是直接使用現(xiàn)場(chǎng)的立即輸入信號(hào)。對(duì)其他信息，則是從PLC的原件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)

44、果都立即寫(xiě)入元件映像寄存器中，對(duì)輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫(xiě)入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對(duì)數(shù)字量I/O指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進(jìn)行處理，在掃描周期的各個(gè)部分，均可對(duì)中斷事件進(jìn)行響應(yīng)。在這個(gè)階段，除了輸入映像寄存器外，各個(gè)元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。3 .輸出刷新掃描階段這是第三個(gè)集中批處理過(guò)程，當(dāng)CPU寸全部用戶程序掃描結(jié)束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時(shí)送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動(dòng)各輸出繼電器所帶的負(fù)載。第5章地鐵自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)5.1PLC的選擇在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控

45、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)和范圍確定所需要的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估計(jì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器的容量、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PLCft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)，在增加10%到20%勺可擴(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

46、輸入12點(diǎn)，輸出12點(diǎn)。(2)存儲(chǔ)器容量的選擇存儲(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)目實(shí)用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器的容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，須在程序調(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)代替，存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的形式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10到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)，另外再按次數(shù)的25%*慮余量。因此本課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ)索要

47、儲(chǔ)存的程序，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性能的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的要求，主要介紹一下幾種功能的選擇。a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)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需要的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。b編程功能離線編程方式：PLC和編程器共用一個(gè)CPU編程器在編程模式時(shí)，CPUR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

48、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。在編程方式：CPUW編程器有各自的CPU主機(jī)CPUffl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)化變成語(yǔ)言：順序功能圖（SF。、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)言表（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)遵守標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123）,同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言變成方式，如C,Basic等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。c診斷功能PLC的診斷功能

49、爆孔硬件和軟鍵的診斷。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)軟鍵對(duì)PLC的CPLE外部輸入輸出等部件信息叫喚功能進(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a.PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊兩類型型，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU?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)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/0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

50、型PLC提供多種I/0卡件或插卡，因此用戶可較合理的選擇和配置系統(tǒng)控制的I/0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)。b經(jīng)濟(jì)的考慮選才¥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，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。點(diǎn)當(dāng)數(shù)增加到一數(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)PLC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)性的考慮因此選用整體型PLC(5) XPPLC響應(yīng)時(shí)間

51、的要求對(duì)于多數(shù)場(chǎng)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(guò)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，本課題的設(shè)計(jì)采用德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的CPU22M、型PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。5.2驅(qū)動(dòng)裝置的選型自動(dòng)門(mén)的驅(qū)動(dòng)裝置是自動(dòng)門(mén)能否良好工作的保障，在本設(shè)計(jì)中是運(yùn)用直流無(wú)刷電機(jī)。直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)功率密度高，噪音極小，調(diào)速性能好，即具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)的線性機(jī)械特性、調(diào)速范圍寬、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大

52、、運(yùn)行效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。是應(yīng)用于“輕、小、薄、安靜、精密、可靠”等場(chǎng)合的最佳選擇。本設(shè)計(jì)選用亞坦電機(jī)控制有限公司生產(chǎn)的45BLDC系列直流無(wú)刷電機(jī)，電機(jī)直徑645,額定轉(zhuǎn)數(shù)4000轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)矩0.036N.m,功率15W-100W額定電壓24VDG目前，自動(dòng)門(mén)行業(yè)運(yùn)用的感應(yīng)器件主要由微波感應(yīng)器、紅外線感應(yīng)器等。(1)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(guò)的場(chǎng)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。微波感應(yīng)器的特點(diǎn)：是以10.525GHz微波頻率發(fā)射、接收。其探測(cè)方式具體有以下優(yōu)點(diǎn)：非接觸探測(cè)和不受溫度

53、、濕度、噪音影響。(2)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(chǎng)合的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)中，感應(yīng)器是自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的重要部位，其性能直接影響自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，選用上海安達(dá)門(mén)業(yè)裝飾有限公司的微波自動(dòng)門(mén)感應(yīng)器WB-3004其規(guī)格如下表4-2:型號(hào)WB-3004供電電壓AC/DC12AC/DC24V工作頻率50Hz-60Hz感應(yīng)探頭工作頻率10.525GHz(9.00GHz-12.00GHz)工作指示方式LED感應(yīng)時(shí)間/延時(shí)時(shí)間REAL-TIME/0.5SE

54、C感應(yīng)范圍4.0M(W)X3.0M(D)靜態(tài)功耗：工作功耗：200Mw/12V550Mw/12V探頭可調(diào)角度40o160o工作溫度范圍-25C+60c相對(duì)濕度095%安裝方式WALL表4-2感應(yīng)器的參數(shù)表5.4 直流電動(dòng)機(jī)的選型5.4.1 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速并勵(lì)或他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)與交流異步電動(dòng)機(jī)相比，雖然結(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)槭蠡\式電動(dòng)機(jī)在一般情況下是不能調(diào)速的，更不能無(wú)級(jí)調(diào)速，因此，對(duì)調(diào)速要求高的設(shè)備，均采用直流電動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)能無(wú)級(jí)調(diào)速，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。由直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：n=(U-IaRa)/KE可知，Ra和U中的任意一個(gè)值，

55、都可使轉(zhuǎn)速改變，改變電樞電路中外電阻的方法也可進(jìn)行調(diào)速。但其缺點(diǎn)是耗電多，電機(jī)機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍小，且只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，故這種方法目前已較少采用?，F(xiàn)常用的對(duì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法有調(diào)磁法和調(diào)壓法。5.4.2 直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)在調(diào)方面很簡(jiǎn)單，相對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)又有以下的優(yōu)勢(shì)：(1)由于采用高性能永磁材料，無(wú)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(méi)用轉(zhuǎn)子損耗(轉(zhuǎn)子使用永磁材料)，也無(wú)需定子勵(lì)磁電流分量(應(yīng)用新理論)，所以無(wú)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

56、沒(méi)有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無(wú)刷直流電機(jī)也無(wú)需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問(wèn)題。(4)交流異步電機(jī)由于其非線性本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)控制極為復(fù)雜。無(wú)刷直流電機(jī)把其復(fù)雜的磁場(chǎng)定向控制簡(jiǎn)化為離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，無(wú)需坐標(biāo)變換，調(diào)速范圍更寬，控制性能更好。綜上所述，無(wú)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、省卻變頻器以及產(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(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)5.5 傳動(dòng)裝置本控制系統(tǒng)所用到的傳動(dòng)裝置具體包括如下：1 自動(dòng)門(mén)扇行進(jìn)軌道：就像火車的鐵軌，約束門(mén)扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進(jìn)行。2 自動(dòng)門(mén)扇吊具走論系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)門(mén)扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門(mén)扇運(yùn)行。3 同步皮帶：用于傳輸電機(jī)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引自動(dòng)門(mén)吊具走論系統(tǒng)。5.6 限位開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)又稱行程開(kāi)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(lái)發(fā)出控制命令的主令電器。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(kāi)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(kāi)關(guān)通過(guò)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)。5.7 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)I/O地址分配表I/0分配表示編寫(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