自動門控制裝置PLC控制系統(tǒng)設(shè)計說明書

...wd......wd......wd...PLC設(shè)計說明書目錄獨創(chuàng)性聲明摘要引言..............................................................................................1系統(tǒng)總體方案設(shè)計.......................................................................42.1系統(tǒng)功能要求........................................................................42.2系統(tǒng)組成原理........................................................................62.3系統(tǒng)硬件配置........................................................................72.4系統(tǒng)定義變量及I/O配置....................................................122.5系統(tǒng)電氣原理圖...................................................................132.6系統(tǒng)可靠性設(shè)計...................................................................15控制系統(tǒng)設(shè)計..............................................................................163.1控制程序流程圖設(shè)計..........................................................163.2控制程序時序圖設(shè)計..........................................................173.3控制程序設(shè)計思路...............................................................183.4控制梯形圖設(shè)計...................................................................193.5創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容.......................................................................20系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析..................................................................214.1系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題.......................................................214.2結(jié)果分析...............................................................................21完畢語...........................................................................................22參考文獻(xiàn)..........................................................................................23附錄..................................................................................................24摘要在超級市場、公共建筑、銀行、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，隨著現(xiàn)代科技的開展該方法已逐漸被淘汰，取而代之的是PLC控制自動門。該方法的優(yōu)點是：故障率低、可靠性高、維修方便等，因此得以廣泛應(yīng)用。由于直流電動機的調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性平滑，過載能力較強，啟動和制動轉(zhuǎn)矩較大，所以執(zhí)行機構(gòu)采用直流電動機。本設(shè)計主要是針對于門的自動開、關(guān)而言。自動門控制裝置系統(tǒng)由檢測元件光電傳感器、繼電器、可編程控制器〔PLC〕、電動機組成，它主要是利用熱釋電人體光電傳感器檢測，有無人到門口的信號，再把檢測到的信號送入可編程控制器〔PLC〕中，由可編程控制器對信號進(jìn)展處理，處理的結(jié)果用繼電器輸出，從而到達(dá)控制直流電動機的轉(zhuǎn)動，由直流電動機帶動門的開關(guān)。直流電動機正傳，門翻開；直流電動機反轉(zhuǎn)，門關(guān)閉。【關(guān)鍵字】：可編程控制器PLC自動門光電傳感器行程開關(guān)1.引言可編程控制器，簡稱PLC，是近幾年開展迅速的工業(yè)控制裝置，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)中的各個領(lǐng)域。隨著科技的日益開展，人們的生活水平不斷提高，自動化和人性化的產(chǎn)品也越來越受到人們的青睞。大廈、賓館等公共場所普遍采用自動門。自動門的工作方式是通過自動門內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)開關(guān)來感應(yīng)人的出入，當(dāng)人走進(jìn)自動門時感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置翻開門；當(dāng)人通過之后，再自動將門關(guān)閉。由于自動門在通電之后可以實現(xiàn)無人管理，有許多優(yōu)點，例如使人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)電能、防風(fēng)、防塵等。此外自動門的全自動化給大門增加了技術(shù)含量，看起開更有修養(yǎng)。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)展的開展與完善。自動門是指可以將人接近門的動作識別為開門信號的信號控制單元，通過驅(qū)動系統(tǒng)將門開啟，在人離開后在自動將門關(guān)閉，并對開啟和關(guān)閉的過程實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)。自動門開場在建筑物上的使用是二十世紀(jì)以后。二十年代后期，美國開放超級市場，自動門開場被使用。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場使用。到了1962年，電氣式自動門開場出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)自動門技術(shù)使用的領(lǐng)域每年都在增加。起初，用建筑物供電電源控制電機的轉(zhuǎn)速很難，只能進(jìn)展油壓、空壓速度控制，但因能源利用率很低，并沒有得到推廣。然而隨著電氣控制技術(shù)的開展，現(xiàn)代電器控制技術(shù)已逐漸成熟，直接控制電動機的電氣式自動門逐漸成為主流。如感應(yīng)自動門〔紅外感應(yīng)、微波感應(yīng)、觸摸感應(yīng)、腳踏感應(yīng)等〕、刷卡自動門等。如今，門更加突出了安全理念，強調(diào)了有效性，有效地防范、通行、疏散，同時還突出了建筑藝術(shù)的理念，強調(diào)門與建筑物以及周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)、和諧。門的大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷開展和完善的過程中，涌現(xiàn)出大批獨具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級形式--自動門起源于歐美。開展至今已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細(xì)的自動門家族。九十年代中后期，各國各地區(qū)的自動門開場試探性進(jìn)入中國市場，并迅速占取各自領(lǐng)域。當(dāng)時的自動門設(shè)備已經(jīng)改良良好，導(dǎo)軌采用鋁合金材料，電動機由交流改為直流，皮帶由鐵鏈換成了三角皮帶再到2000的鋼絲齒輪皮帶，不過臺灣的自動門還是依靠磁簧開關(guān)來控制。自動門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護(hù)意識，提升了人們的安全觀念。自動門除了可以美化出入口環(huán)境外，還有助于防塵節(jié)、約空調(diào)能源等。但由于我國沒有相關(guān)的自動門國家標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致國內(nèi)自動門的檔次、質(zhì)量稂莠不齊。因此，我國的自動門開展還處于初級階段。在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計中，要考慮穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、安全以及人性化等因素。綜合以上要求，本課題中主要研究自動門中的平移門。自動平移門最常見的形式是自動門機以及門內(nèi)外兩側(cè)的光電感應(yīng)器。由于自動平移門在通電以后可實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑物的檔次，在國內(nèi)外建筑市場上得以廣泛應(yīng)用。自動門的開展前景很樂觀，以后自動門的應(yīng)用會像家用電器一樣普及。系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)功能要求本課程設(shè)計的主題是自動門控制裝置PLC控制系統(tǒng)設(shè)計有以下要求：當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時，開門執(zhí)行機構(gòu)KM1動作，電動機正轉(zhuǎn)，到達(dá)門限開關(guān)K3位置時，電動機停頓運行；自動門在開門位置停留8S后，自動進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)KM2被起動，電動機反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時，電動機停頓運行；在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K1或K2時，應(yīng)立即停頓關(guān)門，并自動進(jìn)入開門程序；在門翻開后的8S等待時間內(nèi)，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K1或K2時，必須重新開場等待8S，再自動進(jìn)入關(guān)門程序，以保證人員安全通過；開門與關(guān)門不同時進(jìn)展。本設(shè)計是面向公共廠所入口的應(yīng)用設(shè)計，要求有安全性和可靠性，在設(shè)計時，對自動門做了局部改變，具體構(gòu)造如圖2.1所示。如圖中所示，SQ1和SQ2處的電氣器件為限位開關(guān)。本次設(shè)計中的自動門有以下功能：〔1〕開門和關(guān)門控制除自動外應(yīng)有手動方式〔2〕有緊急停頓控制當(dāng)門出現(xiàn)故障時，可以按下緊急停頓開關(guān)，及時停頓門的運。關(guān)門限位開關(guān)關(guān)門限位開關(guān)門扇開啟方向開門限位開關(guān)光電開關(guān)圖2.1自動門開關(guān)功能示意圖自動門配電盤控制面板電氣器件包括啟動、停頓、開關(guān)、啟動停頓指示燈、開門關(guān)門控制按鈕以及急停按鈕和燈。設(shè)計布局如圖2.2圖2.2自動門配電盤控制版面布局設(shè)計2.2系統(tǒng)組成原理自動門控制裝置由門內(nèi)光電探測開關(guān)K1、門外光電探測開關(guān)K2、開門到位限位開關(guān)K3、關(guān)門到限位開關(guān)K4、開門執(zhí)行機構(gòu)KM1〔使直流電動機正轉(zhuǎn)〕、關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)KM2〔使直流電動機反轉(zhuǎn)〕等部件組成。光電探測開關(guān)為有光導(dǎo)通，無光斷開。2.2.1開門動作當(dāng)有人靠近自動門時，門內(nèi)側(cè)或外側(cè)的檢測裝置動作，將信號傳送到控制裝置，電動機正傳，電動機帶動減速器、皮帶或鏈條，帶動門的開啟，當(dāng)門碰到上限位開關(guān)時，電動機停頓轉(zhuǎn)動，門停頓開啟。2.2.2關(guān)門動作當(dāng)人離開檢測范圍且門在上限位停留8s后，通電延時繼電器動作，使電動機得電反轉(zhuǎn)，電動機帶動門的關(guān)閉。當(dāng)門碰到下限位開關(guān)時電動機停頓，門停頓關(guān)閉。2.3系統(tǒng)硬件配置本系統(tǒng)所需硬件為：三菱PLC、直流電動機光電開關(guān)、皮帶、接觸器、熔斷絲、熱繼電器。表2.1系統(tǒng)硬件配置編號名稱型號數(shù)量1三菱PLCFX2N-48MR1臺2直流電動機45BLDC1臺3接觸器3個4感應(yīng)器WB-30043個5熔斷絲1個6熱繼電器1個其中日本三菱公司型號為FX2N-48MR的可編程控制器〔ProgrammableLogicController,PLC)具體技術(shù)參數(shù)如下：FX2N是小型化、高速度、高性能，所有方面都相當(dāng)于FX系列中最該檔次的超小型程序裝置。除輸入輸出16-25點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接、模擬控制、定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC系統(tǒng)。系統(tǒng)配置既固定又靈活，在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進(jìn)展16-256點的靈活輸入輸出組合，備有可自由選擇豐富的品種，可選用16/32/48/64/80/128點的主機?？刹捎米钚?點的擴展模塊進(jìn)展擴展，可根據(jù)電源及輸出形式自由選擇令人放心的高性能程序容量；內(nèi)置80步RAM〔可輸入注釋〕可使用存儲盒，最大可擴大至16K步。直流電動機的選擇自動門的驅(qū)動裝置是自動門能否良好工作的保障，在本設(shè)計中運用直流無刷電動機。直流無刷電動機功率密度高，噪音小，調(diào)速性能好，既具備交流電動機的構(gòu)造簡單，運行可靠，維護(hù)方便等優(yōu)點，又具備直流電動機的線性機械特性、調(diào)速范圍寬、啟動轉(zhuǎn)矩大、運行效率高等諸多優(yōu)點，是應(yīng)用于“輕、小、薄、安靜、精細(xì)、可靠〞等場合的最正確選擇。本設(shè)計選用亞坦電機控制生產(chǎn)的45BLDC系列直流無刷電動機，點擊直徑為Φ45，額定轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/秒，額定轉(zhuǎn)矩0.036N?m，功率15W—100W，額定電壓24V.DC。光電開關(guān)〔感應(yīng)器〕的選擇目前，自動門行業(yè)運用的感應(yīng)器件主要有微波感應(yīng)器，紅外線感應(yīng)器等。根據(jù)不同的功能和性能運用在各類不同的場合的自動門控制系統(tǒng)中，感應(yīng)器是自動門系統(tǒng)的重要局部。其性能直接影響自動門系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，結(jié)合本設(shè)計的要求，選用微波自動門感應(yīng)器WB-3004，其規(guī)格如表2-2.直流電動機的選擇1〕直流電動機的調(diào)速并勵或他勵直流電動機與交流異步電動機相比，雖然構(gòu)造復(fù)雜價格高維修也不方便，但是在調(diào)速性能上具有獨特地優(yōu)點。因為鼠籠式電動機在一般情況下是不能調(diào)速的，更不能無極調(diào)速，因此對調(diào)速要求高的設(shè)備均采用直流電動機。這是因為直流電動機能無極調(diào)速，機械傳動機構(gòu)比較簡單。由直流電動機的轉(zhuǎn)速公式：n=〔U-IaRa〕/kEΦ可知表2-2WB-3004的規(guī)格型號WB-3004供電電壓AC/DC12V－AC/DC24V工作頻率50Hz－60Hz感應(yīng)探頭工作頻率10.25GHz(9.00GHz－12.00GHz)工作指示方式LED感應(yīng)時間/延時時間REAL-TIME/0.5SEC感應(yīng)范圍4.0M(W)×3.0M(D)靜態(tài)功耗/功作功耗200MW/12V/550MW/12V探頭可調(diào)角度40°－160°工作溫度范圍-25℃－60℃Ra、Φ和U中的任意一個值得改變，都可以改變直流電動機的轉(zhuǎn)速。但缺點是耗電多，電機機械特性軟，調(diào)速范圍小且只能進(jìn)展有級調(diào)速，故這種方法目前已較少采用?，F(xiàn)常用的對直流電動機調(diào)速的方法有調(diào)磁法和調(diào)壓法。2)直流電動機的優(yōu)勢由于采用高性能永久磁材料，無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子尺寸得以減小，可以具有更低的慣性，更快的影響轉(zhuǎn)速，更高的轉(zhuǎn)矩慣量比。由于沒有轉(zhuǎn)子損耗〔轉(zhuǎn)自使用永磁材料〕，所以無刷直流電機具有較高的效率和功率。對于同等容量輸出，交流電機需要更大功率的整流器和逆變器。由于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無刷直流電機也無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。交流電機由于其非線性本質(zhì)，實現(xiàn)控制極為復(fù)雜。無刷直流電機把其復(fù)雜的磁場定向控制簡化離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，無需坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，調(diào)整范圍變寬，控制性能更好。綜上所述，無刷直流電機具有更大的功率密度，更高的效率和更好的控制性能，使用者的投資成本下降很大，所以本設(shè)計選用無刷直流電機。〔5〕傳動裝置本控制系統(tǒng)所用到的傳動裝置具體包括如下：1〕自動門扇形進(jìn)軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊其走論系統(tǒng)，使其按特定方向進(jìn)展。2〕自動門扇吊其走論系統(tǒng)：用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。3〕同步皮帶：用于傳輸電機所產(chǎn)動力，牽引自動門吊其走論系統(tǒng)?！?〕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)機械某些部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制元件。限位開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機床、起重機械以及輕工機械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機械運動到某一運動位置時，行程開關(guān)通過機械可動部件的動作，將機械信號轉(zhuǎn)化為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產(chǎn)機械給以必要的保護(hù)。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關(guān)廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進(jìn)展終端限位保護(hù)。自動門控制系統(tǒng)中控制配電盤器件分布如圖2-4.圖2-4自動門控制系統(tǒng)配電盤器件分布圖2.4系統(tǒng)變量定義及I/O配置I/O分配表是編寫PLC程序的前提條件，也是現(xiàn)場接線和調(diào)試的重要依據(jù)。PLC輸入/輸出結(jié)點配置表如表2-3.表2-3PLC輸入/輸出結(jié)點配置編號結(jié)點功能名稱功能描述1X001門外光檢測開關(guān)檢測是否有信號輸入2X002門內(nèi)光檢測開關(guān)檢測是否有信號輸入3X003開門限位開關(guān)檢測門是否完全翻開4X004關(guān)門限位開關(guān)檢測門是否完全關(guān)閉5X005過載保護(hù)開關(guān)保證控制系統(tǒng)安全6X006緊急停頓開關(guān)保證控制系統(tǒng)安全7X007啟動開關(guān)啟動控制系統(tǒng)8X0010手動開門手動控制門開啟9X0011手動關(guān)門手動控制門關(guān)閉10Y000正傳線圈控制電機正傳，門開啟11Y001反轉(zhuǎn)線圈控制電機反轉(zhuǎn)，門關(guān)閉12Y002急停線圈控制電機緊急停頓2.5系統(tǒng)電氣原理圖系統(tǒng)電氣原理圖包括兩個局部：PLC控制局部電氣原理圖和主電器電路電氣原理圖。自動控制系統(tǒng)中，PLC控制局部電氣接線圖如圖2.2所示。圖2.2自動門的PLC外部接線圖自動控制系統(tǒng)中主電氣電路原理圖如圖2.3所示。a.主電路b.控制電路圖2.3自動控制系統(tǒng)中主電氣電路原理圖2.6系統(tǒng)可靠性設(shè)計使用變頻器驅(qū)動高速電機，可以滿足本課題所設(shè)計的自動門系統(tǒng)的調(diào)速要求，即：快速啟動→常速運行→減速運行→停頓。PLC控制單元增加專用的控制配電箱，可以屏蔽外部電磁信號的干擾，從而增加系統(tǒng)的可靠性。控制系統(tǒng)設(shè)計3.1控制程序流程圖設(shè)計本設(shè)計的控制程序流程圖如圖3.1所示。圖3.1控制程序流程圖3.2控制系統(tǒng)時序圖設(shè)計自動門控制程序的時序圖如圖3.2所示。X007X001〔X002〕X003Y000T0X004Y001X005〔X006〕Y002圖3.2自動門控制程序的時序圖3.3控制程序設(shè)計思路(1)首先按下啟動按鈕x007，假設(shè)外檢測開關(guān)或內(nèi)檢測開關(guān)有信號時，x001或x002閉合。由于開門限位開關(guān)x003是長閉的，所以Y006線圈得電，有原理分析可知，光電檢測開關(guān)的觸發(fā)方式是脈沖出發(fā)，所以需要自鎖。當(dāng)Y000線圈得電時，Y000開關(guān)閉合時，電動機正轉(zhuǎn)，帶動自動門扇移動，執(zhí)行開門程序。(2)當(dāng)門完全翻開是限位開關(guān)x003翻開時，Y000線圈失電，電動機停頓轉(zhuǎn)動。(3)當(dāng)門停頓移動時，由于開門限位開關(guān)的常閉變?yōu)槌ｉ_，故常開閉合，進(jìn)展8s延時。假設(shè)此時外側(cè)開關(guān)或內(nèi)側(cè)開關(guān)x001或x002閉合，那么使TO重新延時8s。(4)當(dāng)8s延時完畢后，線圈得電，關(guān)閉限位開關(guān)閉合，Y001得電自鎖，電機反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門程序。(5)在關(guān)門過程中，假設(shè)門外檢測開關(guān)或門內(nèi)檢測開關(guān)閉合，又使Y000得電，由于在關(guān)門過程中Y000常閉，此時翻開或者中斷關(guān)門過程，轉(zhuǎn)向開門程序。(6)在此控制過程中，為了保證其安全性設(shè)置過載保護(hù)和緊急停頓。(7)考慮到自動門假設(shè)出現(xiàn)故障時，使用自動控制系統(tǒng)有所不適，于是設(shè)置手動開門和手動關(guān)門。3.4控制梯形圖設(shè)計本設(shè)計的控制梯形圖如圖3.4所示。圖3.4自動門開關(guān)程序控制梯形圖按下啟動按鈕X007后X001或X002閉合，Y000得電自鎖，電動機正傳，門翻開。門開到門限位開關(guān)X003時，Y000失電，T0延時8s得電，Y001得電自鎖，門關(guān)閉。延時8s時，假設(shè)X001或X002閉合，那么T0失電清零，重新延時8s。關(guān)門時假設(shè)X001或X002閉合，那么Y000得電門翻開。關(guān)門關(guān)到門限位開關(guān)X0