基于PLC步進(jìn)電機(jī)控制自動(dòng)門系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)I基于PLC步進(jìn)電機(jī)控制自動(dòng)門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)TheDesignOfStepMotorAutomaticDoorControlSystem基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)II基于PLC步進(jìn)電機(jī)控制自動(dòng)門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本文主要通過對(duì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的功能要求和運(yùn)行過程的分析，確定了自動(dòng)門控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。自動(dòng)門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要集中在硬件和軟件設(shè)計(jì)兩部分。并主要進(jìn)行了自動(dòng)門控制驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。針對(duì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，通過四相八拍步進(jìn)電機(jī)來精確控制自動(dòng)門的開關(guān)，給設(shè)計(jì)要求創(chuàng)造了條件。在控制部分，應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)和可編程序控制器技術(shù)，對(duì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)門控制系統(tǒng)的傳動(dòng)和控制要求，滿足了環(huán)保、高效、可靠和低成本的要求。關(guān)鍵詞步進(jìn)電機(jī)；三菱可編程序邏輯控制器；自動(dòng)門；超聲波開關(guān)；TheDesignOfStepMotorAutomaticDoorControlSystemElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyFENGJiayingAbstract:Thispaperthroughtheautomaticcontrolsystemandtheworkingprocessofthefunctionalrequirementsofanalysis,theautomaticcontrolsystemoftheoveralldesignscheme.Automaticsystemismainlyfocusedonthedesignofhardwareandsoftwaredesign.Theautomaticcontrolandmaindriveandcontrolsystemdesign.Automaticcontrolsystemforthecharacteristicsanddesignrequirements,adoptingstep-motordrivemode,throughthefourthphaseeightclapsteppermotortoprecisecontroloftheautomaticswitch,createconditionsfordesignrequirements.Incontrol,applicationofsteppingmotorandprogrammablecontrollertoautomaticPLCcontrolsystem,thehardwareandsoftwaredesign.Automaticcontrolsystemisachievedthetransmissionandcontrolrequirementsaremet,andtheenvironmentalprotection,efficient,reliableandlowcost.Keywords:steppermotor；threemitsubishiprogrammerlogiccontroller；automaticdoor；ultrasonicswitch；基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)III目錄1引言.11.1研究的目的與意義.11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.12FX2系列的PLC.22.1FX2PLC的主要介紹.22.2FX2PLC的主要編程元件.33步進(jìn)電機(jī)的介紹.44步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì).74.1本設(shè)計(jì)的任務(wù)要求.74.2本設(shè)計(jì)的可行性分析.74.2.1步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù).94.2.2步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ).104.2.3步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度和正、反的控制.114.3設(shè)計(jì)思想.124.31流程圖.124.32控制過程分析.124.33控制接線圖.135步進(jìn)電機(jī)控制自動(dòng)門系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).145.1I/O口分配表.145.2程序編寫.145.21梯形圖.145.22程序指令表(見附錄).175.23驗(yàn)證調(diào)試.17結(jié)束語(yǔ).18參考文獻(xiàn).19附錄.20致謝.22基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11引言1.1研究的目的與意義自動(dòng)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)行的發(fā)展和完善。自動(dòng)門開始在建筑物上使用，是在二十世紀(jì)年以后。二十年代后期，美國(guó)的超級(jí)市場(chǎng)的開放，自動(dòng)門開始被使用，受此影響，世界第一自動(dòng)門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動(dòng)門，新建大樓的正門也開始使用了。到了1962年，電氣式己開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自動(dòng)門技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增加。當(dāng)初，用供給建筑物用電源進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的速度控制很難，只好進(jìn)行油壓、空壓速度控制，轉(zhuǎn)換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動(dòng)機(jī)的電氣式自動(dòng)門逐漸成為主流。由于大規(guī)模集成電路與微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，給電氣控制技術(shù)開辟了新的前景。PLC作為一種新型工業(yè)控制器，它將計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點(diǎn)，因此，在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用1。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自動(dòng)門主要有:旋轉(zhuǎn)自動(dòng)門、弧形自動(dòng)門、平滑自動(dòng)門、平開自動(dòng)門、折疊自動(dòng)門、重疊自動(dòng)門、醫(yī)用自動(dòng)門、卷閘自動(dòng)門、車庫(kù)自動(dòng)門、特種自動(dòng)門。兩翼旋轉(zhuǎn)自動(dòng)門新型兩翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門是集自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門和自動(dòng)平滑門二者優(yōu)點(diǎn)于一身的完美結(jié)合，是旋轉(zhuǎn)門、平移門和豪華展箱的完美結(jié)合，是融合世界先進(jìn)科技與現(xiàn)代時(shí)尚的經(jīng)典之作。中間的自動(dòng)平開門可實(shí)現(xiàn)單、雙向通行和常開等運(yùn)作模式。是最適合飯店、機(jī)場(chǎng)、大型商場(chǎng)、醫(yī)院、商戶會(huì)館、酒店、辦公樓、大型大廈等的出入口系統(tǒng)。三翼旋轉(zhuǎn)自動(dòng)門三翼旋轉(zhuǎn)門誕生于一種全新的構(gòu)思和功能之中。簡(jiǎn)單實(shí)用，安全穩(wěn)定，它將旋轉(zhuǎn)通道體系和最大旋轉(zhuǎn)直徑容為一體，同時(shí)滿足了“最大程度的通行量”與“完美無缺的除風(fēng)效果”這兩個(gè)相對(duì)立的條件，適用于銀行、商店、酒店、商場(chǎng)、辦公樓、機(jī)場(chǎng)、賓館及各種娛樂場(chǎng)所內(nèi)，為所在的建筑增添一份尊貴氣息。四翼旋轉(zhuǎn)自動(dòng)門四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門是最美觀最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的旋轉(zhuǎn)門，其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，操作方便簡(jiǎn)單，它具備通行能力強(qiáng)，入口較大的特點(diǎn)，運(yùn)行安全可靠，故障率極低，免維護(hù)時(shí)間最長(zhǎng)，是非常安全和舒適的通道，能使行人很方便得出入，是應(yīng)用最廣泛的一種旋轉(zhuǎn)門。適基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2用于銀行、商店、酒店、商場(chǎng)、辦公樓、機(jī)場(chǎng)、賓館及各種娛樂場(chǎng)所內(nèi)，為所在的建筑增添一份尊貴氣息。環(huán)柱旋轉(zhuǎn)自動(dòng)門環(huán)柱旋轉(zhuǎn)門是先進(jìn)的電子技術(shù)與現(xiàn)代化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)合，使圍柱式旋轉(zhuǎn)門的使用非常安全和方便，現(xiàn)代化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使它和建筑物本身容為一體。有效地阻隔了嚴(yán)寒、酷暑、風(fēng)沙的侵襲，減少了制冷和供暖的能源消耗，而且營(yíng)造了清潔、安靜、四季宜人的綠色通行環(huán)境。水晶旋轉(zhuǎn)自動(dòng)門水晶門可以大大減低紫外線的破壞力，防止室內(nèi)裝飾擺設(shè)及展品因受光照而導(dǎo)致出現(xiàn)老化和變黃等現(xiàn)象。水晶片的隔熱效果較玻璃優(yōu)勝10倍，同時(shí)也可保持室溫，節(jié)省能源。色澤鮮艷、顏色豐富，易清洗，造型多樣。晶瑩剔透，透視清晰，方便巡視，可增強(qiáng)保安效益。2FX2系列的PLC2.1FX2PLC的主要介紹三菱公司是日本國(guó)生產(chǎn)PLC的主要廠家之一。先后推出的小型、超小型PLC有F、F1、FX2、FX1、FX2C、FX0FX0S、FX2N、FX2NC等系列。其中F系列已停產(chǎn)。F1系列在我國(guó)曾有較廣泛的應(yīng)用。FX2系列機(jī)是F、F1、F2等機(jī)型的更新?lián)Q代產(chǎn)品，屬于高性能疊裝式機(jī)種，也是三菱公司的典型產(chǎn)品。FX2N型機(jī)是三菱公司的近期產(chǎn)品，按疊裝式配置。另外，三菱公司還生產(chǎn)A系列PLC，這是一種大型模塊式機(jī)種。本設(shè)計(jì)采用FX2系列PLC，F(xiàn)X2系列PLC是三菱公司高性能小型機(jī)的代表作。系統(tǒng)最大I/O點(diǎn)數(shù)為128點(diǎn)，配置擴(kuò)展單元后可達(dá)256點(diǎn)。FX2系列機(jī)執(zhí)行基本指令的速度為0.48us/步，用戶程序存儲(chǔ)器的容量可擴(kuò)展至8K步。它有與F1兼容的20條基本指令和2條步進(jìn)指令，此外還有功能很強(qiáng)的95種功能指令。它有6個(gè)和普通輸入口兼容的告訴計(jì)數(shù)器輸入點(diǎn)，最高計(jì)數(shù)頻率為10KHz。FX2系列PLC在我國(guó)應(yīng)用比較廣泛。FX2系列PLC由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能單元構(gòu)成?；締卧–PU、存儲(chǔ)器、輸入輸出口及電源，是PLC的主要部分。擴(kuò)展單元是用于增加I/O點(diǎn)數(shù)的裝置，內(nèi)部設(shè)有電源。擴(kuò)展模塊用于增加用于增加I/O點(diǎn)數(shù)及改變I/O比例，內(nèi)部無電源，用電由基本單元或擴(kuò)展單元供給。因擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊無CPU,必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些專門用途的裝置。如模擬量I/O單元、高速計(jì)數(shù)單元、位置控制單元、通信單元等；這些單元大多數(shù)通過基本單元的擴(kuò)展口連接基本單元，也可以通過編程器接口接入或通過主機(jī)上并接的適配器接入，不影響原系統(tǒng)的擴(kuò)展。FX2系列PLC具有數(shù)十種編程元件。FX2系列PLC編程元件的編號(hào)分為兩部分，第一部分是代表功能的字母。如輸入繼電器用“X”表示，輸出繼電器用“Y”表示。第二基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3部分為數(shù)字，數(shù)字為該類器件的序號(hào)。FX2系列PLC中輸入繼電器及輸出繼電器的序號(hào)為八進(jìn)制，其余器件的序號(hào)為十進(jìn)制。從元件的最大序列號(hào)我們可以了解可編程控制器可能具有的某類器件的最大數(shù)量。例如輸入繼電器的編號(hào)范圍為X0X177，為八進(jìn)制編號(hào)，我們可以計(jì)算出FX2系列PLC可能接入的最大輸入信號(hào)數(shù)為128點(diǎn)。FX2系列可編程控制器有基本指令20條，步進(jìn)指令2條，應(yīng)用指令85條。FX2系列可編程控制器的編程語(yǔ)言主要有梯形圖及指令表。指令表由指令集合而成，且和梯形圖有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。梯形圖主要使用圖形符號(hào)及圖形符號(hào)間的相互關(guān)聯(lián)表達(dá)控制思想，而指令則是圖形符號(hào)及它們間的關(guān)聯(lián)語(yǔ)句表達(dá)3。2.2FX2PLC的主要編程元件可編程序控制器內(nèi)部有許多具有不同功能的器件，從物理實(shí)質(zhì)上講，這些器件是由電子電路和存儲(chǔ)器組成的?？紤]到工程技術(shù)人員的習(xí)慣，常用繼電器電路種類類似器件名稱命名。為了明確它們的物理屬性，稱它們?yōu)椤败浝^電器”。例如輸入繼電器X是由輸入電路和輸入影像寄存器組成的，輸出繼電器Y是由輸出電路和輸出影像寄存器組成的；定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C、輔助繼電器M、狀態(tài)繼電器S、數(shù)據(jù)寄存器D、變址寄存器V/Z等都事由相應(yīng)的影像寄存器組成的。為了和通常的硬器件相區(qū)別，通常把上面的器件成為軟器件，是等效概念抽象的模擬器件。并非實(shí)際的物理器件。在可編程序控制器中這種編程元件的數(shù)量往往是巨大的。為了區(qū)分它們的功能，通常給編程元件編上號(hào)碼。這些號(hào)碼就是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元的地址510。(1)輸入繼電器X輸入繼電器是PLC接收外部輸入的開關(guān)量信號(hào)電路的一種等效表示。PLC通過光電耦合器將外部信號(hào)的狀態(tài)讀入并存儲(chǔ)在輸入影像寄存器中。輸入端可以外接動(dòng)合觸電點(diǎn)或動(dòng)斷觸點(diǎn)，也可以接多個(gè)觸點(diǎn)組成的串并聯(lián)電路或電子傳感器。FX2系列PLC輸入繼電器編號(hào)范圍為X0-X177（128點(diǎn)）。(2)輸出繼電器Y輸出繼電器是PLC內(nèi)部輸出信號(hào)控制被控對(duì)象的電路的一種等效表示，它是用來將PLC的輸出信號(hào)傳送給輸出模塊，再由后者驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。FX2系列PLC輸出繼電器編號(hào)范圍為Y0-Y177（128點(diǎn)）。(3)輔助繼電器MPLC中配有大量的通用輔助繼電器，它是用軟件實(shí)現(xiàn)的，它們不能接受外部的輸入信號(hào)，也不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，只能由程序驅(qū)動(dòng)，是一種內(nèi)部的狀態(tài)標(biāo)志，其主要的用途和繼電器電路中的中間繼電器類似，常用于邏輯運(yùn)算的中間狀態(tài)存儲(chǔ)及信號(hào)類型的變換。輔助繼電器分以下三種類型：a.通用型輔助繼電器M0-M99（500點(diǎn)）。基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4b.具有掉電保持的通用型輔助繼電器M500-M1023（524點(diǎn)）。掉電保持的通用型輔助繼電器具有記憶功能。所謂掉電保持是指在PLC外部電源停電后，由機(jī)內(nèi)電池為某些特殊工作單元供電，可以記憶它們?cè)诘綦娗暗臓顟B(tài)。c.特殊輔助繼電器M8000-M8255（256點(diǎn)）。特殊輔助繼電器是具有特定功能的輔助繼電器。根據(jù)使用方式又可以分為二類。一類只能利用其觸點(diǎn)的特殊輔助繼電器，器線圈由PLC自行驅(qū)動(dòng)，用戶只能利用其觸點(diǎn)。這類特殊輔助繼電器常用做時(shí)基、狀態(tài)標(biāo)志或?qū)Ｓ每刂圃霈F(xiàn)在程序中。例如M8000：運(yùn)行標(biāo)志（Run）PLC運(yùn)行時(shí)監(jiān)控接通。另一類是可驅(qū)動(dòng)線圈型特殊輔助繼電器，用戶驅(qū)動(dòng)線圈后，PLC做特定動(dòng)作。例如M8030：使BATTLED（鋰電池欠壓指示燈）熄滅。(4)定時(shí)器T定時(shí)器相當(dāng)于繼電器電路中的時(shí)間繼電器，可在程序中用作延時(shí)控制。由設(shè)定值寄存器、當(dāng)前值寄存器和定時(shí)器觸點(diǎn)組成。FX2系列可變程序控制器具有以下四種類型。100ms定時(shí)器：T0-T199200點(diǎn)計(jì)時(shí)范圍：0.1-3276.7s10ms定時(shí)器：T200-T24546點(diǎn)計(jì)時(shí)范圍：0.01-327.67s1ms積算計(jì)時(shí)器：T246-T2494點(diǎn)（中斷動(dòng)作）計(jì)時(shí)范圍：0.001-32.767s100ms積算定時(shí)器：T250-T2556點(diǎn)計(jì)時(shí)范圍：0.1-3276.7s(5)計(jì)時(shí)器Ca.16位增計(jì)數(shù)器（設(shè)定值：1-32767）有兩種16位二進(jìn)制增計(jì)數(shù)器。通用：C0-C99（100點(diǎn)）掉電保持用：C100-C199（100點(diǎn)）b.32位增/減計(jì)數(shù)器（設(shè)定值-2147483648-+2147483647）有兩種32位的增/減計(jì)數(shù)器通用：C200-C219（20點(diǎn)）掉電保持用：C220-C234（15點(diǎn)）3步進(jìn)電機(jī)的介紹步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年由英國(guó)人所開發(fā)。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，這對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。以后經(jīng)過不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分解性能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場(chǎng)合步進(jìn)電機(jī)用得最多。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛基于PLC步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)