基于plc自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

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1基于 PLC 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：可編程序控制器通產(chǎn)簡(jiǎn)稱為 PLC，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)于自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC） 、感應(yīng)器件、驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置組成。為增強(qiáng)自動(dòng)門(mén)運(yùn)行的可靠性，在此提出了一種以 s7—200 可編程序控制器(PI C)為核心的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)。本文分析了自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，介紹了自動(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； S7-200； 自動(dòng)門(mén)，梯形圖，變頻控制Abstract: with the continuous improvement of people's living standards and the rapid development of science and technology, people pay more attention to the automation and humane products. Automatic door is building equipment of light mechanical and electrical integration technology products, it gives a warm feeling generous, and create a luxurious atmosphere, its new concept, spacious open window and high-style design, called the building the punchline, based on the trend of the times the forefront of building. Because the PLC control has high reliability, stability, convenient repair, therefore, automatic door production businesses are using PLC to do door controllerThis article is about the design of the control system of automatic door, automatic door system mainly consists of a programmable controller ( PLC ), induction device, the driving device and the transmission device. In order to enhance the operation reliability of automatic door, in this paper, a S7 -200 programmable controller ( PI C ) as the core of the automatic door control system. This paper analyzes the automatic door control system design, introduces the hardware design of automatic door drive device, PLC selection, selection, induction device selection, system software design, PLC ladder diagram design, software design, debugging, hardware connection and other aspects of the content.Key words: programmable controller; S7-200; automatic door, ladder diagram, variable frequency control2目錄摘要--------------------------------------71 引言------------------------------------112 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)的發(fā)展----------------------132.1 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)的發(fā)展現(xiàn)狀-------------132.2 本課題研究的內(nèi)容-------------------152.3 本課題研究的目的和意義-------------163 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)--------------173.1 自動(dòng)門(mén)的功能需求分析--------------17 3.1自動(dòng)門(mén)的控制要求------------------183.3 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)構(gòu)成----------------19 3.3.1 PLC 概述------------------193.3.2 具體構(gòu)成------------------243.4 自動(dòng)門(mén)的機(jī)械傳機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)------------254 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)----------------264.1 PLC 的選型----------------------264.2 驅(qū)動(dòng)裝置的選型------------------304.3 感應(yīng)器件的選型------------------314.4 直流電動(dòng)機(jī)的選型----------------324.4.1 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速------------324.4.2 直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)-----------3634.5 傳動(dòng)裝置------------------------37 4.6 限位開(kāi)關(guān)------------------------374.7 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng) I/O 地址分配表 -----374.8 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的原理圖----------384.8.1 主電路原理圖---------------38 4.8.2 PLC 外圍接線圖-------------39 5 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)-----------------405.1 工作過(guò)程分析---------------------40 5.2 梯形圖程序---------------------415.2.1 梯形圖的概述-------------415.2.2 梯形圖的設(shè)計(jì)-------------436 程序調(diào)試--------------------------------46 6.1 硬件線路連接---------------------466.2 聯(lián)機(jī)調(diào)試-------------------------477 總結(jié)----------------------------------49 參考文獻(xiàn)---------------------------------50致謝 ------------------------------------52附錄 1------------------------------------53 附錄 2------------------------------------54附錄 3------------------------------------551 引言4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——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 PLC）,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)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、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，而 Siemens s7—200 系列 PLC 性價(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。51.1 本課題研究的目的和意義21 世紀(jì)的今天，門(mén)更加突出了安全理念，強(qiáng)調(diào)了有效性:有效的防范通行、疏散，同時(shí)還突出了建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門(mén)與建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門(mén)與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。自動(dòng)門(mén)大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于 150 年前，在不斷發(fā)展和完善的過(guò)程中，涌現(xiàn)出大批獨(dú)具規(guī)模專業(yè)制造商。門(mén)的高級(jí)形式——自動(dòng)門(mén)起源在歐美，迅速發(fā)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(dòng)門(mén)家族。大中型公共場(chǎng)所，為這些建筑增添了亮麗、時(shí)尚的姿態(tài)。自動(dòng)門(mén)從理論上理解應(yīng)該是門(mén)的使用觀念的延伸，是人們根據(jù)需要對(duì)門(mén)的功能的提升和完善。所以對(duì)自動(dòng)門(mén)的認(rèn)識(shí)應(yīng)該從人們對(duì)門(mén)功能的要求開(kāi)始。作為建筑物一部分的門(mén)，從最基本的意義上講，要同時(shí)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(mén)體本身應(yīng)牢固、密封。自動(dòng)門(mén)的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護(hù)意識(shí)，提升了人們的安全觀念。自動(dòng)門(mén)除可美化出入口環(huán)境外，由于中國(guó)沒(méi)有相關(guān)的自動(dòng)門(mén)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致自動(dòng)門(mén)檔次、質(zhì)量良莠不齊。如果你沒(méi)有使用過(guò)自動(dòng)門(mén)，最好選擇一個(gè)由專業(yè)廠生產(chǎn)、能提供較完善售后服務(wù)的自動(dòng)門(mén)品牌（目前有很多自動(dòng)門(mén)品牌是有一些貿(mào)易公司購(gòu)買(mǎi)散件加上自己拼裝而成，應(yīng)盡量避免購(gòu)買(mǎi)此類產(chǎn)品） 。不要認(rèn)為樣本上全是外國(guó)語(yǔ)，資料也是外國(guó)語(yǔ)的商品就是進(jìn)口商品，其實(shí)這樣是違反國(guó)家規(guī)定的。真正的知名品牌，合法的商品不會(huì)這樣做。由于自動(dòng)門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)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，浴室迅速在國(guó)內(nèi)外的建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。同時(shí)也幾乎成為了銀行，寫(xiě)字樓，酒店等辦公娛樂(lè)場(chǎng)所裝修所不可少的一項(xiàng)配置。自動(dòng)門(mén)平移門(mén)最常見(jiàn)的形式是自動(dòng)門(mén)機(jī)及門(mén)內(nèi)外兩側(cè)加雷達(dá)，當(dāng)人走近自動(dòng)門(mén)時(shí)，雷達(dá)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開(kāi)門(mén)信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)打開(kāi)。當(dāng)人通過(guò)門(mén)之后，再將門(mén)關(guān)閉。由于自動(dòng)平移門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國(guó)內(nèi)外建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。自動(dòng)門(mén)的開(kāi)門(mén)信號(hào)是觸點(diǎn)信號(hào)，微波雷達(dá)和紅外傳感器是常用的兩種信號(hào)源。微波雷達(dá)是對(duì)物體的位移反應(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，它的特點(diǎn)是一旦在門(mén)附近的人員不想出門(mén)而靜止不動(dòng)后，雷達(dá)便不再反應(yīng)，自動(dòng)門(mén)就會(huì)關(guān)閉，對(duì)門(mén)機(jī)有一定的保護(hù)作用。紅外傳感器對(duì)物體存在進(jìn)行反應(yīng)，不管人員是否移動(dòng)，只要在處于傳感器的掃描范圍內(nèi)，它都會(huì)反應(yīng)即傳出觸點(diǎn)信號(hào)。缺點(diǎn)是紅外傳感器的反應(yīng)速度較慢，適用于有行動(dòng)遲緩的人員出入的場(chǎng)所。61.2 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 5～6 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)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。1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)題目是基于 plc 的自動(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7Plc。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)。1.3.2 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. 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. 自動(dòng)門(mén)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)自動(dòng)門(mén)的控制。由于本課題的具體需要在硬件系8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。3. 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，梯形圖能直觀明了的設(shè)計(jì)出自動(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。3 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟在自動(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) 深入了解和分析自動(dòng)門(mén)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)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)自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。3.1 在自動(dòng)門(mén)的功能需求分析本設(shè)計(jì)是面向公共場(chǎng)所入口的應(yīng)用設(shè)計(jì)，需要有安全和可靠性，在設(shè)計(jì)的時(shí)候改良了自動(dòng)9門(mén)的友好性，結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示：圖 2-1 自動(dòng)門(mén)結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)入口處對(duì)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)，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)到有人接近門(mén)口且門(mén)未打開(kāi)或者檢測(cè)到已無(wú)人接近門(mén)口且門(mén)未關(guān)閉，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)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)．蜂鳴器的提示功能當(dāng)自動(dòng)門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)，PLC 輸出信號(hào)給蜂鳴器，蜂鳴器響以提醒來(lái)往行人注意。自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)包含PLC控制和執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動(dòng)10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。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PLC，PLC根據(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)運(yùn)動(dòng)。3.2 自動(dòng)門(mén)的控制要求（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）自動(dòng)門(mén)在開(kāi)門(mén)位置停留 8 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) 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 8 秒等待時(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 8 秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程，以保證人員安全通過(guò)。3.3 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)構(gòu)成自動(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。11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。3.3.1PLC 概述可編程控制器（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（Programmable Controller） ，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC（Personal Computer）相區(qū)別，常將可編程控制器簡(jiǎn)稱為 PLC，并給 PLC 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)（International Electrical Committee，IEC）頒布了 PLC 標(biāo)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。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)。 ”上述的定義表明，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。2.2 PLC 的主要功能及特點(diǎn)2.2.1 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)12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 都具有不同程度的數(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13（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，它屬于串行方式。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14描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPU 從第一條指令開(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 是分時(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)。（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)是基于芯片級(jí)的系統(tǒng)，而 PLC 控制15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)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?.3．2 具體構(gòu)成自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的具體組成如下圖：16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 根據(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。2.3 s7-200 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。S7-200 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。S7-200PLC 主機(jī)（基本單元）的結(jié)構(gòu)形式為整體式結(jié)構(gòu)。172.3.1 PLC 的硬件系統(tǒng)PLC 的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)（如圖 2.1） 、輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。圖 2-1 PLC 硬件主機(jī)系統(tǒng)圖2.4 PLC 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。S7-200CPU 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，CPU 對(duì)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，18在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)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 對(duì)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。3.4 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)的自動(dòng)門(mén)針對(duì)人流較多的商場(chǎng)，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. 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)。195. 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，從而提高了使用壽命。4 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 PLC 的選擇在 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(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 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)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)，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)20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%考慮余量。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。21a 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)，CPU 只為編程器提供服務(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：CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)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（SFC）、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22PLC 的診斷功能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 CPU 玉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 字長(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?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(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23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）對(duì) PLC 響應(yīng)時(shí)間的要求對(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 CPU224 小型 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。4.2 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、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 φ45，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 24V DC。244.3 感應(yīng)器件的選型目前，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、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：表 4-2 感應(yīng)器的參數(shù)表4.4 直流電動(dòng)機(jī)的選型型號(hào) 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 10.525GHz(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/0.5SEC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 40o—160o工作溫度范圍 -25℃—+60℃相對(duì)濕度 0—95％安裝方式 WALL254.4.1 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）/KEΦ可知，Ra、Φ 和 U 中的任意一個(gè) 值，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。現(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。4.4.2 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、26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)。 4.5 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27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)。4.6 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)。4.7 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng) I/0 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)試的重要依據(jù)。284.8 自動(dòng)們控制系統(tǒng)的原理圖4.8.1 主電路及供電線路29上圖為自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的主電路原理圖。5 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)5.1 工作過(guò)程的分析1 根據(jù) 本課題的控制要求和安全要求，所設(shè)計(jì)的程序按照下圖所示的流程運(yùn)行，已達(dá)到本系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)，工作流程如下：首先按下啟動(dòng)按鈕，當(dāng)傳感器檢測(cè)到能有人體信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)正傳，帶動(dòng)自動(dòng)門(mén)執(zhí)行開(kāi)門(mén)開(kāi) 始手 動(dòng) /自 動(dòng)K1、 2是 否 有 信 號(hào)開(kāi) 門(mén) （ M1通 電 、 直流 電 機(jī) 正 傳 ）門(mén) 碰 到 行 程 開(kāi) 關(guān) K3后停 止 （ 門(mén) 全 開(kāi) 狀 態(tài) ）延 時(shí) 8s（ 通 過(guò) 可調(diào) 延 時(shí) 器 實(shí) 現(xiàn) ）關(guān) 門(mén) 時(shí) 是 否 有 人 經(jīng) 過(guò)關(guān) 門(mén) （ KM2線 圈 通電 ， 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 反 轉(zhuǎn) ）結(jié) 束等 待 時(shí) 是 否 有 人 經(jīng) 過(guò)門(mén) 碰 到 行 程 開(kāi) 關(guān) K4后停 止 （ 門(mén) 關(guān) 閉 狀 態(tài) ）是是否否是返 回 否 是是 按 下 按 鈕 門(mén) 關(guān) 閉 到 底門(mén) 打 開(kāi) 到 底 按 下 按 鈕是 是30過(guò)程。2 當(dāng)門(mén)完全打開(kāi)之后，使開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)打開(kāi)，此時(shí)自動(dòng)門(mén)停止，進(jìn)行 8 秒延時(shí)。 若此時(shí)感應(yīng)器重新檢測(cè)到有人體信號(hào)時(shí)，則在重新進(jìn)行 8 秒延時(shí) 3 當(dāng) 8 秒的延時(shí)完畢后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門(mén)過(guò)程。在關(guān)門(mén)過(guò)程中，傳感器重新檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí)，此時(shí)中斷關(guān)門(mén)轉(zhuǎn)向開(kāi)門(mén)過(guò)程。4 考慮到自動(dòng)門(mén)若出現(xiàn)故障時(shí)，使用自動(dòng)控制系統(tǒng)有所不適，于是設(shè)置手動(dòng)開(kāi)門(mén)和手動(dòng)關(guān)門(mén)。以上工作過(guò)程可用流程圖表達(dá)如附圖所示。5.2 梯形圖程序5.2.1 梯形圖的概述PLC 是專門(mén)為工業(yè)控制而開(kāi)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(yǔ)言，而常常采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然 語(yǔ)言”編程。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）1994 年 5 月公布的 IEC1131-3(可編程控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)) 詳細(xì)的說(shuō)明了句法、語(yǔ)義 和下述 5 中編程語(yǔ)言：功能表圖（sequential function chart）、梯形圖（ladder diagram）、功能 塊圖 (function black diagram)、指令表（