自動門控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 自動門控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要:隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器（以下簡稱plc）不斷更新、發(fā)展，plc控制是自動控制中最常見控制方式之一，自動門就是自動控制應(yīng)用的一典型例子，由于可編程控制器具有很好的處理自動門的開關(guān)控制及良好的穩(wěn)定性，而且可以很簡單的改變控制的方式，因此，自動門的生產(chǎn)商家很多都運用plc來做門的控制器。目前自動門在日常生活中運用越來越廣泛。關(guān)鍵詞：plc；變頻器；驅(qū)動裝置；感應(yīng)器automatic control system designabstract:with the development of electronic technology, the programmab

2、le controller (hereinafter referred to as plc) constantly updated, development, plc control is the most common control automatic control one way, automatic door is a typical automatic control application examples, because programmable controller has very good deal with automatic switch control and g

3、ood stability, and can be easily change control way, therefore, automatic door production merchants many are using plc to do a door controller. at present automatic door for use in everyday life more and more widely.key words: plc;transducer;actuating device;inductorium前 言11. 概述21.1 國內(nèi)外自動門發(fā)展現(xiàn)狀21.2 本

4、課題研究的內(nèi)容31.3 本課題研究的目的和意義32. 自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計52.1 自動門的功能需求分析52.2 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟52.3 自動門技術(shù)參數(shù)的確定72.4 自動門的機械傳動機構(gòu)設(shè)計83. 自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計103.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計103.2 可編程控制器(plc)的選型103.2.1 plc概述103.2.2可編程控制器（plc）的選型113.3 驅(qū)動裝置的選型143.4 變頻器的選型153.4.1 變頻器原理153.4.2 變頻器的選型153.4.3 變頻器的參數(shù)設(shè)定173.5 感應(yīng)開關(guān)的選型183.6 自動門系統(tǒng)i/o分配表193.7 控制系統(tǒng)的電氣接線194.

5、 自動門控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計214.1 plc梯形圖概述214.2 梯形圖編程環(huán)境224.3 程序流程圖244.4 梯形圖的設(shè)計255. 系統(tǒng)調(diào)試265.1 梯形圖程序的下載265.2 程序調(diào)試記錄及結(jié)果分析26結(jié)束語28附錄 自動門的硬件連接電路29附錄 plc的i/o地址分布圖30附錄 自動門梯形圖程序31 致 謝37參考文獻37第 37 頁前言在經(jīng)濟飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動門已經(jīng)是隨處可見。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)人走近自動門時，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)動裝置將門

6、打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，不但能給我們帶來人員進出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息。自動門在國外早已得到普遍應(yīng)用，在我國也以其優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)同，中國已經(jīng)迎來了自動門發(fā)展的黃金時期。自動門的性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝煩瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點已逐漸被淘汰。目前自動門及其自動化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置是可編程控制器（以下簡稱plc），plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來

7、在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式和開關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc具有可靠性高，抗干擾能力強，功能完善，適用性強，系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點。本課題主要介紹運用plc為控制器的自動門的開發(fā)和研究，所有產(chǎn)品的開發(fā)都要講究實用，本課題開發(fā)的產(chǎn)品對許多的場合都能適用，而且能夠簡單化，不論對于產(chǎn)品開發(fā)商還有使用者來說，都是最好的。他們需要的是一個廉價的又是一個實用的產(chǎn)品。此系統(tǒng)的設(shè)計正好具備了這樣的一個要求，能夠在大多數(shù)的地方應(yīng)用。因此本設(shè)計就是解決了這樣一個問

8、題，還可以保證自動門的穩(wěn)定性。例如，某商場要求營業(yè)期間的門都運用自動門，這就需要自動門要有極高的穩(wěn)定性，且對于商場來說成本不能太高。然而本課題意味著產(chǎn)品成本下降，效益提高。因此是一個比較適合此類場合運用且經(jīng)濟的產(chǎn)品。1. 概述1.1 國內(nèi)外自動門發(fā)展現(xiàn)狀在國外，進入90年代以來，自動化技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并取得了驚人的成就，自動化技術(shù)是自動門的重要部分。在現(xiàn)代人們生活中自動門可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，自動門在人們的生活中的運用越來越廣泛，自動門適合于賓館、酒店、銀行、寫字樓、醫(yī)院、商店等，使用自動

9、門。但在國內(nèi)，自動門的自主研發(fā)尚處于初級階段。在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計中，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。由于門體的重量及體積不同會對自動門驅(qū)動和傳動系統(tǒng)提出不同的要求，所以各種自動門又可以分為重型自動門和輕型自動門?？土髁康牟町悤ψ詣娱T的使用產(chǎn)生很大影響，因此，自動門還可以分為一般自動門和可頻繁使用的自動門。自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中平開門用的場合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常龐大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動門、感應(yīng)門就是指自動平移門，目前市場上流行的平

10、移型自動門一般是兩開，這種門的特點是簡單易控，維護方便。自動平移門最常見的形式是自動門內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走近自動門時，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的普及。自動門的控制方法很多，從控制器的不同來分，有傳統(tǒng)的繼電器控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來控制；智能控制器控制，即通過運用現(xiàn)代自動化設(shè)備來控制，它具有穩(wěn)定性高，安全等優(yōu)點，因此被很多生產(chǎn)廠商所運用。由于繼電器邏輯控制的自動門系統(tǒng)因存在許多缺陷而逐步被智能控制器控制控制

11、的自動門所淘汰。在智能控制器的選擇上，自動門的主控器有微電腦控制器控制和可編程控制器（plc）控制，微電腦控制主要有體積小、安裝方便等特點，目前有許多廠家采用此種方式生產(chǎn)自動門，plc控制的特點是穩(wěn)定型高、維護方便，目前許多大型的商場的自動門都是由這種方式來控制。1.2 本課題研究的內(nèi)容本設(shè)計將在以下幾個方面對自動門的控制系統(tǒng)進行研究和論證。1.自動門類型的選擇。綜合了自動門的簡潔、簡單的要求，在本課題中主要研究自動平移門，本課題設(shè)計的自動平移門具有手動和自動開門功能和分時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滿足商場等人流眾多的場所的高效率、高安全性的要求。2.自動門硬件系

12、統(tǒng)的設(shè)計。本課題設(shè)計的自動門要求有很高的穩(wěn)定性來滿足日常的需要，故在本設(shè)計中所選用的智能控制器為穩(wěn)定性良好的三菱fx系列plc。在自動門的開關(guān)門速度控制上本設(shè)計以三菱變頻器作為調(diào)節(jié)器，運用變頻器的三段速控制來實現(xiàn)自動門的轉(zhuǎn)速控制，為了解決變頻器在頻率很低的時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，驅(qū)動裝置選用功率強大、穩(wěn)定性較好的自帶減速裝置的三相交流電機，在感應(yīng)器運用自動門專用的微波雷達感應(yīng)器和在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運用感應(yīng)器的開關(guān)量信號輸入給plc來實現(xiàn)plc對自動門的控制。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮了自動門的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定的需要。

13、3.自動門軟件的設(shè)計。在本設(shè)計中選用了目前運用最多的plc編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計出自動門控制的要求，并能更好的考慮到安全性和故障報警等問題，梯形圖的編寫運用三菱的gx developer編程軟件，此軟件支持全部的三菱的plc，并且具有強大的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，從而大大縮短了維修時間。1.3 本課題研究的目的和意義在超級市場、公共建筑、銀行、醫(yī)院入口，經(jīng)常使用自動門控制系統(tǒng)。使用自動門，可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。自動平移門最常見的形式是自動門機及門內(nèi)外兩側(cè)加光電感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)人走近自動門時，感應(yīng)開關(guān)

14、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)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的普及。自動門在國外早已得到普遍應(yīng)用，在我國也逐步得到大家的認(rèn)同，已經(jīng)迎來了自動門發(fā)展的黃金時期。早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝煩瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點已逐漸被淘汰。plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式和開關(guān)量的邏輯控制

15、的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc具有可靠性高，抗干擾能力強，功能完善，適用性強，系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。因此運用plc控制自動門具有較高的可靠性，維修方便等特點。本課題的自動門設(shè)計運用plc做控制器能大大提高自動門的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，對于整個自動門行業(yè)是一次技術(shù)的革新，提高了自動門的使用率，因此，進行自動門的plc控制系統(tǒng)設(shè)計，可以推動自動門行業(yè)的發(fā)展，擴大plc在自動門行業(yè)乃至整個自動化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究價值。2.

16、 自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 自動門的功能需求分析本設(shè)計面向商場入口的應(yīng)用，需要有安全和可靠性，在設(shè)計的時候改進了自動門的友好性，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示： 圖2.1 自動門結(jié)構(gòu)圖根據(jù)商場中對自動門的具體要求，本課題所設(shè)計的自動門應(yīng)具有以下功能：1開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動和自動方式為了便于維護，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。手動和自動開門方式由手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動位置時，門可以手動調(diào)節(jié)開或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動位置時，手動開門失效，由感應(yīng)器檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門且門未關(guān)閉，plc動作輸出信號給變頻器來控制電機的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)開門或者關(guān)門。2蜂

17、鳴器的提示功能當(dāng)自動門開啟和關(guān)閉時，plc輸出信號給蜂鳴器，蜂鳴器響以提醒來往行人注意。3防夾人功能為了杜絕自動門的夾人事件，在門兩側(cè)安裝防夾人紅外感應(yīng)器，以防止停留在門附近的人被門所夾住。自動門控制系統(tǒng)包含plc控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動和手動點動控制方式，此種控制模式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)采用plc為控制中心來控制傳動機構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實現(xiàn)門的自動化控制。2.2 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟在自動門系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試過程中最主要的是先列出設(shè)計的主要步驟流程圖，如圖2.2所示。在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要要考慮以下幾點：1.深入了解和分析自動門的工藝條件和控

18、制要求。2.確定i/o設(shè)備。根據(jù)自動門控制系統(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、選擇開關(guān)、行程開關(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點數(shù)選擇合適的plc類型。4.分配i/o點，分配plc的輸入輸出點，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)計自動門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個自動門系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。6.將程序輸入plc進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。7.自動門系統(tǒng)的整體調(diào)試，在plc軟硬件設(shè)計和現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試種發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排

19、除，直至調(diào)試成功。 圖2.2 設(shè)計調(diào)試步驟圖2.3 自動門技術(shù)參數(shù)的確定自動平移門安裝和調(diào)試的關(guān)鍵是提高精度，即導(dǎo)軌的平直度和水平度，門體的兩個吊掛點所形成的直線與導(dǎo)軌的平行度和垂直度，最大限度地減少門體的靜態(tài)側(cè)擺。在自動門投入使用后，尤其是初期，應(yīng)經(jīng)常調(diào)節(jié)門體，修正運行產(chǎn)生的誤差。要嚴(yán)格限制門體重量，不能超過自動門的額定負(fù)重。通常在三個月最多一年內(nèi)要對自動門進行全面的清理和調(diào)整。公共場所的自動平移門因為使用頻率非常頻繁，而任何自動門的使用頻率和使用壽命都有限。例如機場、大型超市和醫(yī)院外門的人員流量每天可達成千上萬人次，或者在特定時間段里集中通過大量人員，在這種情況下，要使用自動門就必須進行綜

20、合考慮。例如增加門的數(shù)量，加大門扇寬度，增加關(guān)門延遲時間等。具體參數(shù)如表2.1所示。表2.1 自動門具體參數(shù)單扇開啟寬度（mm）1250mm（最寬）單扇門的最大承重（kg）1x120kg高度（mm）2500mm最快開/關(guān)門速度（cm/s）60cm/s常速開/關(guān)門速度（cm/s）32.5cm/s減速開/關(guān)門速度（cm/s）20cm/s開啟保持時間（s）15s（程序中可調(diào)）可編程控制器（plc）電源220v ac,50-60hz驅(qū)動器電源380v ac,50hz驅(qū)動器輸出額定功率120w2.4 自動門的機械傳動機構(gòu)設(shè)計在本課題設(shè)計的自動門針對人流較多的商場，應(yīng)對周圍環(huán)境進行綜合考慮，所以在本課題的

21、自動門機械傳動設(shè)計中考慮了以下幾個方面：1自動門的傳動主要包括安裝板，軌道，門機，皮帶，吊掛件等。2所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡便。3電機：驅(qū)動電機采用380v三相交流電機，功率大，可調(diào)性強。4導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形成正懸掛，解決了側(cè)擺的問題，從而確保了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側(cè)密封毛刷，形成密封式導(dǎo)軌，避免積塵對導(dǎo)軌及滑輪的磨損，實現(xiàn)了維護方面的特點。5滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強度高，耐磨性好，同時還有一定的減震效果。6皮帶：采用齒形皮帶, 齒形皮帶的齒形截面為曲線設(shè)計，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了機械效率。皮帶底部采用尼龍加強，減少了齒距變形，提高

22、了使用壽命。7傳動結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。其中馬達皮帶輪直徑為5cm,皮帶滑輪內(nèi)徑為13.5cm,外徑為28.5cm。圖2.3 機械傳動3.自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計本設(shè)計運用plc控制變頻器來調(diào)節(jié)交流電機運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)自動門運轉(zhuǎn)的控制方式。采用變頻器電路，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便、可靠性高，交流電機具有效率高、維護成本低的特點。 交流電機驅(qū)動系統(tǒng)與直流電機驅(qū)動系統(tǒng)相比，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、易于冷卻和壽命長等優(yōu)點,并且系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，而且能實現(xiàn)低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率運轉(zhuǎn)等特性。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，交流電機控制的成本得以降低，為交流驅(qū)動系統(tǒng)在自動門中的大量運用提供了條件。控制系統(tǒng)

23、結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示：變頻器門內(nèi)外感應(yīng)器采集信號p l c交流電機手動控制開關(guān)開/關(guān)門指示燈蜂鳴器安全感應(yīng)器圖3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 可編程控制器(plc)的選型3.2.1 plc概述可編程控制器，英文稱programmable controller，簡稱plc，本課題中用plc作為它的簡稱。plc是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負(fù)載的控制。plc基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮

24、信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而plc則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題,入出信息變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說是plc實現(xiàn)控制的兩個基本要點。plc可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。plc有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的i/o接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：邏輯處理功能；數(shù)據(jù)運算功能；準(zhǔn)確定時功能；高速計數(shù)功能；中斷處理（可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能；程序與數(shù)據(jù)存儲功能；聯(lián)網(wǎng)通信功能；自檢測、自診斷功能?？梢哉f，

25、凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，plc幾乎也都可以做到。像plc這樣。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為plc的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。3.2.2可編程控制器（plc）的選型plc系統(tǒng)設(shè)計時，首先確定控制方案，下一步工作就是plc工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定plc的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價

26、格比的plc和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。1輸入輸出（i/o）點數(shù)的估算i/o點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商plc的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的i/o點數(shù)為輸入12點，輸出12點。2存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估

27、算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量i/o點數(shù)的1015倍，加上模擬i/o點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按此數(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2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。3控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計的自動門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。（1）控制功能plc主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控

28、制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高plc的處理速度和節(jié)省存儲器容量。（2）編程功能離線編程方式：plc和編程器公用一個cpu，編程器在編程模式時，cpu只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，cpu對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：cpu和編程器有各自的cpu，主機cpu負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(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，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。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

29、標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（sfc）、梯形圖（ld）、功能模塊圖（fbd）三種圖形化語言和語句表（il）、結(jié)構(gòu)文本（st）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（iec6113123），同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如c，basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。（3）診斷功能plc的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過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。通過軟件對plc內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對plc的cpu與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。plc的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間

30、。4機型的選擇(1)plc的類型plc按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按cpu字長分為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數(shù)選型。整體型plc的i/o點數(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/o卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的i/o點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（2）經(jīng)濟性的考慮選擇plc時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直

31、接影響。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，點數(shù)的增加對cpu選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。本課題所設(shè)計的自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟性的考慮因此選擇整體型plc。綜合以上因素，本課題的設(shè)計采用日本三菱公司生產(chǎn)的fx2n-32m小型plc來實現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制，如圖3.2所示。圖3.2 fx2n可編程控制器（plc） 三菱fx2n-32m具有如下優(yōu)點：最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為自動化應(yīng)用提供最大的靈

32、活性和控制能力。三菱fx2n-32m具有突出的寄存器容量：三菱fx2n-32m包括8k步內(nèi)置ram寄存器，用一個寄存器盒可擴充到16k步ram或eeprom。 豐富的元件資源：3072點輔助繼電器、256點計時器、235點計數(shù)器和8000點數(shù)據(jù)寄存器、實時時鐘、使用標(biāo)準(zhǔn)型號實時時鐘滿足時間靈敏度應(yīng)用要求。3.3 驅(qū)動裝置的選型自動門的驅(qū)動器是自動門能否良好工作的保障，在本設(shè)計中是運用變頻器的三段速度調(diào)節(jié)來自動調(diào)節(jié)電機的速度，以達到驅(qū)動自動門的目的。這種方法具有穩(wěn)定性能好，維修方便，連接簡單，成本較低，是在目前的自動門行業(yè)主流控制方式。根據(jù)本課題所設(shè)計的自動門的要求應(yīng)選用絕緣電阻、絕緣介電強度、

33、接地裝置、過電壓保護等符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，具有噪聲低、過載能力強的特點的并且轉(zhuǎn)速不高于500r/min的電機，在結(jié)合了安全、穩(wěn)定的考慮本課題所設(shè)計的自動控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置選用天津安全電機有限公司生產(chǎn)的型號為ysm100/112、w、s的3相380v交流電機，電機如圖3.3所示。圖3.3 ysm100/112、w、s交流電機3.4 變頻器的選型3.4.1 變頻器原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（vvvf變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的

34、交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為igbt三相橋式逆變器，且輸出為pwm波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給 電機定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機使用。3.4.2 變頻器的選型根據(jù)自動門的需要，變頻器選型時要確定以下幾點：1. 變頻器與負(fù)載的匹配問題（1）電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。本

35、課題所用的電機的額定電壓為380v，故在選擇變頻器時要符合電機的額定電壓。（2）電流匹配；變頻器的額定電流與電機的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。在本課題所使用的三相交流電機的最大起動電流為y形接法為0.37a，形接法為0.64a，本設(shè)計中采用y形接法，所用的變頻器的最大電流應(yīng)大于電機的y形接法的最大起動電流。（3）轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時有可能發(fā)生，本課題所用電機的最初起動轉(zhuǎn)矩為1.4nm，在選型中要考慮。2. 在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。

36、綜合以上因素，本課題變頻器采用日本三菱公司生產(chǎn)的fr500系列中的fr-540變頻器（如圖3.4所示）作為控制電機轉(zhuǎn)速的控制器。圖3.4 三菱fr-540變頻器三菱fr-540變頻器具有以下優(yōu)點：(1) 接線簡單，可運用plc的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來控制變頻的正反轉(zhuǎn)和頻率。(2) 安裝靈活，可以根據(jù)實際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進行遠距離操作。(3) 頻率設(shè)置簡單，并且具有三速設(shè)定功能，可以滿足本課題自動門系統(tǒng)的控制要求，且操作方便，只需輕輕轉(zhuǎn)動外接電位器的旋鈕，就可以進行頻率設(shè)置。3.4.3 變頻器的參數(shù)設(shè)定本課題所設(shè)計的自動門系統(tǒng)具有如下速度要求：自動門要求快速啟動（限位

37、）常速運行（限位）慢速運行停止, 構(gòu)成了如圖3.5的開門和關(guān)門曲線。根據(jù)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p(1-s)其中f表示電流的頻率，p表示電機的極對數(shù)，s表示電機的轉(zhuǎn)差率，n表示轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速，計算出變頻器的設(shè)定頻率。根據(jù)公式和電機參數(shù)p=6，額定轉(zhuǎn)速為400 r/min，算出電機的轉(zhuǎn)差率s=-0.25，馬達皮帶輪與門上的皮帶輪外徑、門上的皮帶輪內(nèi)徑轉(zhuǎn)速比為5.7：1：2.1,得出馬達皮帶輪與門上的皮帶輪內(nèi)徑轉(zhuǎn)速比為2.4：1。1.根據(jù)上一章提到的門的規(guī)格,加速開門或者關(guān)門的距離為30cm，時間控制在0.5s，速度為3600 cm /min，此時要求轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為204r/min。2.中速開門和關(guān)門

38、的距離為65cm，時間為2s,速度為1950cm/min，此時要求電機的轉(zhuǎn)速為110.4r/min。3.減速開門和關(guān)門的距離為30cm,時間為1.5s,速度為1200cm/s，此時要求電機的轉(zhuǎn)速為67.9r/min。根據(jù)以上速度要求設(shè)置變頻器，變頻器的頻率具體設(shè)定方式見表3.1，根據(jù)以下設(shè)定方式按課題要求設(shè)定好變頻器三速控制的頻率。 圖3.5 開門和關(guān)門曲線表3.1 變頻器設(shè)定名 稱表示設(shè)定范圍最小設(shè)定單位設(shè)定值上限頻率(pr1)0120hz0.1hz50hz下限頻率(pr2)0120hz0.1hz0.1hz3速設(shè)定（高速）(pr4)0120hz0.1hz25.5hz3速設(shè)定（中速）(pr5)

39、0120hz0.1hz13.8hz3速設(shè)定（低速）(pr6)0120hz0.1hz8.5hz加速時間(pr7)0999s0.1s0.3s減速時間(pr8)0999s0.1s0.3s操作模式選擇(pr79)04,7,812 3.5 感應(yīng)開關(guān)的選型目前自動門行業(yè)的運用的感應(yīng)開關(guān)主要有觸摸感應(yīng)開關(guān)，微波感應(yīng)器，紅外感應(yīng)器，接近感應(yīng)開關(guān)等，根據(jù)不同的功能和性能運用在各類不同場合的自動門控制系統(tǒng)中，是自動門系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫字樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應(yīng)器。結(jié)合本課題的實際需要在設(shè)計的自動

40、門的人員檢測上運用上海晶園微電子公司生產(chǎn)的wb-3001微波感應(yīng)器，又稱微波雷達，對物體的移動進行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是幾乎不受周圍環(huán)境因素影響。在防夾人感應(yīng)器的選擇上本設(shè)計選用上海晶園微電子公司生產(chǎn)的ws-210微型紅外安全光線，可避免外界光線干擾。在門下行關(guān)閉時,當(dāng)有人或車經(jīng)過安全光線時,門體會自動停止下行,并自動上行以起到安全作用。自動門的速度信號采集上運用了keyence（基恩士）公司生產(chǎn)的ed-130u非埋入型接近傳感器，這種傳感器的特點是能檢測所有的金屬，最大檢測距離為20mm，檢測距離調(diào)節(jié)方便，安裝簡單。3.6 自動門系統(tǒng)i/o分配表

41、i/o分配表是編寫plc程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場接線和調(diào)試的重要依據(jù)。根據(jù)自動門的控制系統(tǒng)的要求，確定了plc的i/o分配表，在表3.2中列出。3.7 控制系統(tǒng)的電氣接線本課題設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)的控制連接電路主要包括自動門控制系統(tǒng)連接電路、自動門i/o接線電路，詳細的接線方式分別在附表和中列出。表3.2 i/o分配表類型plc元件作用輸入x0緊急停止x1手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)x2感應(yīng)開關(guān)（內(nèi)）x3感應(yīng)開關(guān)（外）x4防夾人光柵（常閉）x5關(guān)門下限x6開門下限x7開門/關(guān)門中速x10關(guān)門低速/開門高速x11手動開門x12手動關(guān)門x13關(guān)門高速/開門低速x14異常復(fù)位輸出y1手動開門y2手動關(guān)門

42、y3開/關(guān)門中速y4開/關(guān)門低速y5開/關(guān)門高速y6自動開門燈閃爍y7自動關(guān)門燈閃爍y10開/關(guān)門提醒y11故障報警燈y12自動開門y13自動關(guān)門y14異常停止4. 自動門控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1 plc梯形圖概述plc是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術(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不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會（iec）1994年5月公布的iec1131-3（可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn)）詳細地說明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖（sequential function chart）、梯形

43、圖（ladder diagram）、功能塊圖（function black diagram）、指令表（instruction list）、結(jié)構(gòu)文本（structured text）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計語言。采用梯形圖程序設(shè)計語言，這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。梯形圖程序設(shè)計語言是最常用的一種程序設(shè)計語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控

44、制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計語言的特點是：1. 與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；2. 與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)；3. 與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是：梯形圖中的能流（power flow）不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此應(yīng)用時需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待；梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為plc的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開

45、關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。4.2 梯形圖編程環(huán)境 本設(shè)計的梯形圖編程是運用三菱公司的gx developer 7.0編程軟件完成的，其編程環(huán)境界面如圖4.1所示：圖4.1 gx developer 7.0編程界面下面主要介紹下gx developer 7.0編程軟件概要：gx developer 7.0是具有下列功能的軟件包。 1、制作程序 圖4.2 梯形圖程序樣式 2、對可編程控制器cpu的寫入/讀出圖4.3 可編程控制器cpu的寫入/讀出示意圖3、監(jiān)視功能，監(jiān)視功能包括回路監(jiān)視，軟元件同時監(jiān)視，軟元件登陸監(jiān)視機能。此功能對于自動門的控制系統(tǒng)在查找故障的時

46、候是非常重要的。4、模擬調(diào)試功能，把制作好的可編程控制器程序模擬寫入可編程控制器的cpu內(nèi)，測試此程序能否正常運轉(zhuǎn)。次功能對于在完成自動門程序的時候進行程序的檢查是很重要的。5、pc診斷功能，因為會見現(xiàn)在的錯誤狀態(tài)或是故障履歷表示出來，可以在短時間內(nèi)恢復(fù)作業(yè)。對于自動門系統(tǒng)以后的故障查找是很重要的一項功能。gx developer 7.0軟件的特長：1、軟件的共通化gx developer能夠制作q系列，qna系列，a系列（包括運動控制（scpu）,fx系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成gppq,gppa格式的文檔。此外，選擇fx系列情況下，還能變換成fxgp(dos),fxgp(win)格式的文檔。2、

47、利用windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升，能夠?qū)xcel,word等作成的說明數(shù)據(jù)進行復(fù)制，粘貼，并有效利用。3、程序的標(biāo)準(zhǔn)化(1) 標(biāo)號編程用標(biāo)號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認(rèn)識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。用標(biāo)號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用。(2) 功能塊fb是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。 此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。(3) 宏只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就

48、能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。4、能夠簡單設(shè)定和其他站點的鏈接由于連接對象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設(shè)定。4.3 程序流程圖根據(jù)本課題的控制要求和安全要求，所設(shè)計的程序按照圖4.4所示的流程運行，以達到本系統(tǒng)的最佳設(shè)計要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)計。圖4.4 系統(tǒng)設(shè)計流程圖4.4 梯形圖的設(shè)計本系統(tǒng)運用gx developer 7.0編程軟件進行梯形圖順控程序編寫，在編寫梯形圖的過程中遵循以下編程規(guī)則：1每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個元件的觸點使用時沒有數(shù)量限制。2梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點）。3

49、線圈不能直接接在左邊母線上。4在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應(yīng)避免。5在梯形圖中沒有真實的電流流動，為了便于分析plc的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有“電流”流動，這個“電流”只能在梯形圖中單方向流動即從左向右流動，層次的改變只能從上向下。根據(jù)以上規(guī)則和plc的編程方法和思路編寫了本課題設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)的梯形圖程序，具體梯形圖程序在附錄中列出。 5. 系統(tǒng)調(diào)試5.1 梯形圖程序的下載1傳輸設(shè)置 要將gx developer7.0中已編制好的程序下載到plc，必須先進行網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)置。先將plc與計算機的串口互連，然后單擊在線-

50、傳輸設(shè)置，可以進入傳輸設(shè)置對話框，進行fx2n plc設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)設(shè)定，可以進行plc和計算機的串口通信口及通信方式的設(shè)定，可以進行其他網(wǎng)絡(luò)站點的設(shè)定，還可以實現(xiàn)通信測試。2梯形圖寫入plc單擊在線-plc寫入，就可以打開“plc寫入”對話框，進行相關(guān)設(shè)置并執(zhí)行，就可將gx developer中已編好的程序?qū)懭雙lc，如圖5.1所示。選中要下載到plc的內(nèi)容，單擊執(zhí)行就可以將寫好的梯形圖程序下載到plc的cpu中。圖5.1 plc寫入對話框5.2 程序調(diào)試記錄及結(jié)果分析本課題進行了模擬的在線聯(lián)機調(diào)試，目的在于確定整個系統(tǒng)的程序，在調(diào)試中，程序的變動，包括功能的增減、變化是難免的。程序是否

51、好用，最終要通過調(diào)試才能使程序進一步完善和最終的確定。首先在plc面板上將plc設(shè)置為run位置，此時plc開始運行。然后接好控制箱連線，根據(jù)i/o分配表中的輸入輸出所對應(yīng)的開關(guān)進行調(diào)試。記錄如表5.1。完成以下的基本調(diào)試，整個系統(tǒng)的調(diào)試工作基本完成了，最后的工作就是調(diào)試結(jié)果的分析。表5.1 plc調(diào)試記錄plc元件動作記錄動作結(jié)果x0off自動門停止運轉(zhuǎn)x1on程序跳轉(zhuǎn)至自動，自動門自動運轉(zhuǎn)啟動x2、x3ony12自動開門、y6自動開門燈閃爍動作x4offy13自動關(guān)門停止，y12自動開門動作x5ony13自動關(guān)門停止、y7關(guān)門燈停止閃爍x6ony12自動開門停止、y6開門燈停止閃爍x7ony3自動開門/關(guān)門中速運行x10on關(guān)門時，y4自動門關(guān)門低速動作；開門時，y5自動門開門