自動(dòng)門(mén)控制裝置 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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1、 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 《可編程控制器》課程設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 題 目： 自動(dòng)門(mén)控制裝置 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 學(xué) 號(hào)： 102261008001 專(zhuān)業(yè)（方向）年級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 何智杰 福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電氣工程系 2013年 6 月 17日 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目錄 1引言 3

2、 2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 4 2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表 4 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì) 5 3控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 6 4控制系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)計(jì) 7 4.1 人機(jī)界面選擇 7 4.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 8 5系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 10 5.1 PLC程序調(diào)試及解決的問(wèn)題 10 5.2 PLC與上位機(jī)聯(lián)調(diào) 10 5.3 結(jié)果分析 10 結(jié)束語(yǔ)： 11 參考文獻(xiàn) 11  1引言 在人來(lái)人往的商業(yè)化城市以及自動(dòng)化經(jīng)營(yíng)的現(xiàn)代化都市中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作控制系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步提高的今天，具有至關(guān)重要的作用。設(shè)計(jì)出一個(gè)可以感應(yīng)的門(mén)控制裝置

3、是我設(shè)計(jì)的主要目的，以符合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為前提，精簡(jiǎn)流程、簡(jiǎn)化硬件、可持續(xù)應(yīng)用為基礎(chǔ)，以期設(shè)計(jì)出實(shí)用、簡(jiǎn)潔的自動(dòng)門(mén)控制裝置。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(chē)場(chǎng)或公共建筑等入口，其主要核心部分——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(chēng)PLC）,PLC是一種專(zhuān)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

4、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、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(lèi)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(chē)、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PL

5、C控制自動(dòng)門(mén)具有故障頻率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，而Siemens s7—200系列PLC性?xún)r(jià)比高，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s7—200系列PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。  2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 確定I/O點(diǎn)數(shù)，選擇PLC 的型號(hào)，完成系統(tǒng)組態(tài)或硬件配置。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%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。選用s7—200系列PLC有助于課程的溫固，而且切合課本知識(shí)，易于設(shè)

6、計(jì)、操作。 根據(jù)對(duì)自動(dòng)門(mén)控制裝置的作用分析，該控制系統(tǒng)應(yīng)有4個(gè)輸入點(diǎn)，2個(gè)輸出點(diǎn)。I/O點(diǎn)總數(shù)為5個(gè)。本課題設(shè)計(jì)的自動(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CPU224小型PLC。在自動(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)，在感應(yīng)器方面運(yùn)用了自動(dòng)門(mén)專(zhuān)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)

7、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)程中主要考慮自動(dòng)門(mén)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定的需要。 2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表 正確合理地進(jìn)行編程元件的地址分配。 表2.1 I/0地址分配表（需有，居中） I0.1 門(mén)外光檢測(cè)電開(kāi)關(guān) I0.0 啟動(dòng)停止 I0.2 門(mén)內(nèi)光檢測(cè)電開(kāi)關(guān) Q0.0 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) I0.3 開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān) Q0.1 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) I0.4 關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān) 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì) 畫(huà)出輸入/輸出接線圖及相關(guān)電氣原理圖。 圖2.1  3控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)梯形圖控制程序。 圖3.1 I0.0為總開(kāi)關(guān)，控制整個(gè)系統(tǒng)。

8、I0.1為門(mén)外光感，當(dāng)門(mén)外有人向里面走時(shí)可以檢測(cè)；I0.2為門(mén)內(nèi)光感，當(dāng)門(mén)外有人向里面走時(shí)可以檢測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，將觸發(fā)Q0.0開(kāi)門(mén)，且具有自保持功能，當(dāng)?shù)絀0.3限位開(kāi)關(guān)時(shí)，斷開(kāi)。與Q0.1具有線圈互鎖。 圖3.2 I0.3開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)觸發(fā)后，計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)8秒。 圖3.3 T37觸發(fā)后，將觸發(fā)Q0.1關(guān)門(mén)動(dòng)作，期間I0.1、I0.2等光感檢測(cè)將使Q0.1失效，當(dāng)關(guān)門(mén)到達(dá)I0.4關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，Q0.1置0. 編制系統(tǒng)的操作說(shuō)明。 1）當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K1或K2時(shí)，開(kāi)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)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

9、動(dòng)門(mén)在開(kāi)門(mén)位置停留8s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)KM2被起動(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)入開(kāi)門(mén)程序。 4）在門(mén)打開(kāi)后的8s等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開(kāi)始等待8s后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程，以保證人員安全通過(guò)。 5）開(kāi)門(mén)與關(guān)門(mén)不可同時(shí)進(jìn)行。  4控制系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)計(jì) 4.1 人機(jī)界面選擇 Zd系列和太力主要面向電力系統(tǒng)，組態(tài)王和力控是通用組態(tài)軟件。 a. 風(fēng)格: ZD系列采用獨(dú)有風(fēng)格，太力有M

10、S Office特征，組態(tài)王模仿了西門(mén)子的WinCC，接近Visual C++ 6.0的UI設(shè)計(jì)器，力控偏向于Delphi和Visual Studio 2003及以上版本，采用了Property Grid。 b. 繪圖操作如選擇、復(fù)制、粘貼、刪除以及縮放操作和動(dòng)畫(huà)連接的設(shè)置方面，ZD100采用自有的獨(dú)特操作方式，而太力、組態(tài)王和力控都采用windows通行的操作方法。 b. ZD系列采用位圖, 不能實(shí)現(xiàn)無(wú)限放大，太力、組態(tài)王和力控都采用矢量圖，能夠無(wú)限放大。 c. ZD系列能夠批量粘貼，另外三種不能夠批量粘貼。 d. 全都有圖庫(kù)，但ZD系列的圖庫(kù)有數(shù)量限制，不可分類(lèi)，而組態(tài)王等沒(méi)有限制

11、可以分類(lèi)。 e. 控件的使用: ZD系列不能夠使用控件，太力、組態(tài)王和力控可以使用ActiveX控件。 f. ZD100只能實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的圖形切換來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形變化，包括文字變化都是通過(guò)切換圖片來(lái)實(shí)現(xiàn)，太力、組態(tài)王和力控都實(shí)現(xiàn)了靈活的動(dòng)畫(huà)連接。 4.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 圖4.1 圖4.2 圖4.3 圖4.3  5系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1 PLC程序調(diào)試及解決的問(wèn)題 5.2 PLC與上位機(jī)聯(lián)調(diào) （1）連接線路，接電源 （2）將在“組態(tài)王6.55”開(kāi)發(fā)平臺(tái)編寫(xiě)好的軟件通過(guò)“RS-232/PPI電纜”下載到“CPU224”中。 （3）運(yùn)行過(guò)程實(shí)驗(yàn) 5.3 結(jié)

12、果分析 本文研究了基于plc的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法，包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。不僅在理論上論證了該系統(tǒng)實(shí)施的可行性，而且在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了模擬調(diào)試。 雖說(shuō)調(diào)試后本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)能夠達(dá)到實(shí)際要求，但在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，考慮各部分的容量及其技術(shù)參數(shù)，供電電源的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)接地問(wèn)題、電纜設(shè)計(jì)與鋪設(shè)、plc輸出端保護(hù)等問(wèn)題，已使系統(tǒng)達(dá)到安全可靠的工作，所以要想交付用戶使用，必須得通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試?，F(xiàn)在的系統(tǒng)還沒(méi)有達(dá)到真正的智能化，還需要正增加很多新的功能和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，才能達(dá)到真正意義上的智能化控制。 雖然現(xiàn)在自動(dòng)門(mén)廣泛地使用PLC作為控制元件，但單片機(jī)等更為便宜，所以，應(yīng)該在現(xiàn)有

13、的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)利用單片機(jī)等控制的自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)。而且現(xiàn)有的故障診斷很不全面，應(yīng)該增加主動(dòng)性預(yù)防診斷，可使系統(tǒng)在發(fā)生故障之前，我們就可以預(yù)見(jiàn)故障、排除故障，使運(yùn)行中的故障率降低到最低水平，保障自動(dòng)門(mén)安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。 最終，就是以信息技術(shù)為主，通過(guò)先進(jìn)使用技術(shù)，提升傳統(tǒng)自動(dòng)門(mén)制造業(yè)，強(qiáng)化產(chǎn)、學(xué)、研的有效結(jié)合，盡快實(shí)現(xiàn)技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新相結(jié)合的模式，建立和完善技術(shù)開(kāi)發(fā)體系，全力提升自動(dòng)門(mén)制造層次和水平。 結(jié)束語(yǔ)： 雖說(shuō)設(shè)計(jì)無(wú)什么特別突出的新意，但是為了符合商業(yè)化城市以及自動(dòng)化經(jīng)營(yíng)的現(xiàn)代化都市中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作控制系統(tǒng)的要求，可以說(shuō)初步的模型構(gòu)架已有。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)過(guò)程中也許會(huì)伴有干擾、不符合實(shí)際

14、現(xiàn)場(chǎng)條件等缺陷，但對(duì)自我的提升已有了一定的作用，同時(shí)也加深了對(duì)這門(mén)課程的理解以及實(shí)際應(yīng)用，對(duì)自身是很有實(shí)際意義的。  參考文獻(xiàn) [1]西門(mén)子公司.深入淺出西門(mén)子S7-200PLC[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2005:1-15,76-132. [2]馬 丁.西門(mén)子PLC200/300/400應(yīng)用程序設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社.2008:41-128. [3]邊 春 元,滿永奎.S7-300/400PLC梯形圖與語(yǔ)句表編程[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2009:257-264. [4]孫海維.西門(mén)子可編程序控制器及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2006:199-224. [5] 吉 順 平.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].