畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PLC在自動(dòng)門控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、大慶石油學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文東北石油大學(xué)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)專業(yè)姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師：plc在自動(dòng)門控制系統(tǒng)中的應(yīng)用2021年10月4日28 目錄摘 要1前言2第一章 緒論31.1 研究背景與研究意義31.2 自動(dòng)門的簡(jiǎn)介41.3 自動(dòng)門的組成及分類41.3.1 自動(dòng)門的組成41.3.2 自動(dòng)門的分類51.4本章小結(jié)5第二章 plc的介紹及選擇52.1plc的簡(jiǎn)介62.2 plc的主要功能及特點(diǎn)62.2.1plc的主要功能62.2.2plc的特點(diǎn)72.3 plc的組成與基本結(jié)構(gòu)72.3.1plc的硬件系統(tǒng)72.4 plc的工作原理82.5本章小結(jié)9第三章 自動(dòng)門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)93.1穩(wěn)壓

2、電源的設(shè)計(jì)93.2無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用113.3本章小結(jié)13第四章 自動(dòng)門的硬件設(shè)計(jì)134.1 自動(dòng)感應(yīng)門的基本工作原理134.2限位開關(guān)的工作原理144.3光電開關(guān)的工作原理144.4無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理144.5 plc的選擇154.5.1輸入輸出（i/o）點(diǎn)數(shù)的估算154.5.2存儲(chǔ)器容量的選擇154.5.3控制功能的選擇154.5.4機(jī)型的選擇164.5.5 對(duì)plc響應(yīng)時(shí)間的選擇164.6 自動(dòng)門的硬件部分184.6.1 驅(qū)動(dòng)裝置選型184.6.2 感應(yīng)器選型184.6.3自動(dòng)門系統(tǒng)i/o地址的分配情況194.7 本章小結(jié)19第五章 自動(dòng)門的軟件系統(tǒng)195.1控制系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)205.

3、2 mcgs組態(tài)控制設(shè)計(jì)225.2.1 自動(dòng)門組態(tài)控制對(duì)象分析：225.2.2 自動(dòng)門監(jiān)控系統(tǒng)初方案制定225.2.2 自動(dòng)門組態(tài)控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)235.3plc梯形圖的設(shè)計(jì)235.3.1 梯形圖編輯注意事項(xiàng)235.3.2 梯形圖以及指令245.3.3 過(guò)程分析265.4本章小結(jié)27摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，我們的生活發(fā)生了巨大的變化。一個(gè)智能化、自動(dòng)化的社會(huì)已經(jīng)開始呈現(xiàn)于我們的眼前，這為我們提供了非常多的便利。其中自動(dòng)門就是自動(dòng)化進(jìn)程中的一個(gè)典型代表，此設(shè)計(jì)就是運(yùn)用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)，結(jié)合實(shí)際需要而進(jìn)行研究的。為了增強(qiáng)自動(dòng)門運(yùn)行的可靠性，提出了一種以s7-200可編程控制器(plc)為核心的自動(dòng)

4、門控制系統(tǒng)。分析了該控制系統(tǒng)的工作原理，描述了系統(tǒng)的硬件組成，介紹了人體感應(yīng)探測(cè)、自動(dòng)門運(yùn)行位置檢測(cè)、門運(yùn)行障礙檢測(cè)等控制電路的工作過(guò)程，對(duì)plc的選型及i/o點(diǎn)的確定進(jìn)行了說(shuō)明。結(jié)合plc的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)控制系統(tǒng)的工作流程做了合理的優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，采用結(jié)構(gòu)化的編程方法，給出了主程序模塊、開門子程序模塊、關(guān)門子程序模塊的程序流程圖。系統(tǒng)已通過(guò)硬件和軟件調(diào)試。在實(shí)際中獲得了應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，整個(gè)系統(tǒng)功能完善，性能可靠。關(guān)鍵詞：可編程控制器：s7-200；自動(dòng)門：控制系統(tǒng)前言 自動(dòng)門控制系統(tǒng)，在現(xiàn)今社會(huì)是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，自動(dòng)門已經(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

5、核心部分自動(dòng)門控制系統(tǒng)正是我們這論文的主要研究討論的課題。自動(dòng)門是指：可以將人接近門的動(dòng)作（或?qū)⒛撤N入門授權(quán)）識(shí)別為開門信號(hào)的控制單元，通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將門開啟，在人離開后再將門自動(dòng)關(guān)閉，并對(duì)開啟和關(guān)閉的過(guò)程實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)。例如：各種可用識(shí)別感應(yīng)器控制的自動(dòng)專用門。這是實(shí)現(xiàn)生活自動(dòng)化進(jìn)程的一個(gè)重要組成部分。自動(dòng)門的問(wèn)題研究，其控制系統(tǒng)可追溯到早期的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，已逐漸被淘汰。而基于plc（可編程控制器，以下統(tǒng)一用“plc”表示）控制自動(dòng)門由于具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。因而得到廣泛的應(yīng)用。所以此設(shè)計(jì)中，我以西門子公司s7-200系列plc為控制系統(tǒng)的核心元件，作信號(hào)的

6、處理工作。而感應(yīng)部分，采用biss0001芯片與re200b熱釋電元件的組合，實(shí)現(xiàn)人或物體進(jìn)出時(shí)的信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置。而實(shí)現(xiàn)門的開與關(guān)，則用直流電機(jī)作為動(dòng)力裝置，配以繼電器控制來(lái)達(dá)到電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)作，并加上行程開關(guān)作為限位，以實(shí)現(xiàn)該功能，因?yàn)橐陨掀骷谏钪蟹浅Ｈ菀踪?gòu)買，且價(jià)格適宜，同時(shí)也便于維護(hù)，非常適合廣泛生產(chǎn)應(yīng)用。本課題所研究的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，主要通過(guò)plc作為控制基礎(chǔ)，加上對(duì)紅外熱釋電傳感器的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了門的“自動(dòng)”功能，此設(shè)計(jì)拓展了plc的應(yīng)用層面，增加了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的選擇性。第一章 緒論本章主要從自動(dòng)門的研究背景與意義、自動(dòng)門的介紹及起源、自動(dòng)門的組成及分類三個(gè)部分來(lái)的自動(dòng)門進(jìn)

7、行簡(jiǎn)單的了解。1.1 研究背景與研究意義21世紀(jì)的今天，門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)門與建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。自動(dòng)門大規(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。門的高級(jí)形式自動(dòng)門起源于歐美，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)門從理論上理解應(yīng)該是門的使用觀念的延伸，是人們根據(jù)需要對(duì)門的功能的提升和完善。所以對(duì)自動(dòng)門的認(rèn)識(shí)應(yīng)該從人們對(duì)門的功能要求開始。作為建筑物的一部分的門

8、，從最基本的意義上講，要同時(shí)滿足隔離外部環(huán)境和不妨礙認(rèn)得通行這兩種要求。因此門體本身應(yīng)牢固、密封。自動(dòng)門的普及和應(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)門國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致自動(dòng)門檔次、質(zhì)量良莠不齊。如果你沒(méi)有使用過(guò)自動(dòng)門，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)門品牌（目前有很多自動(dòng)門品牌是有一些貿(mào)易公司購(gòu)買散件加上自己拼裝而成，應(yīng)盡量避免購(gòu)買此類 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)門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人看管，同時(shí)又可節(jié)約

9、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，入市迅速在國(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)門平移門最常見的形式就是自動(dòng)門機(jī)及內(nèi)外兩側(cè)加雷達(dá)，當(dāng)人走近自動(dòng)門時(shí)，雷達(dá)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開門信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過(guò)門之后，再將門關(guān)閉。由于自動(dòng)平移門在通電后可以實(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)門的開門信號(hào)是觸點(diǎn)信號(hào)，微波雷達(dá)和紅外線穿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

10、場(chǎng)所，他的特點(diǎn)是一但在門附近的人員不想出門而靜止不動(dòng)后，雷達(dá)便不再反應(yīng)，自動(dòng)門就會(huì)關(guān)閉，對(duì)門機(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)，他都會(huì)反應(yīng)即傳出觸電信號(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。1.2 自動(dòng)門的簡(jiǎn)介自動(dòng)門 英文名：automatic door自動(dòng)門開始在建筑物上使用，是在二十世紀(jì)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，電氣式已開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自

11、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。例如：各種用可識(shí)別控制的自動(dòng)專用門，如：感應(yīng)自動(dòng)門（紅外感應(yīng)，微波感應(yīng)，觸摸感應(yīng)，腳踏感應(yīng)）、刷卡自動(dòng)門等。利用腳踏板、光電束等作用以電力、氣壓或液壓為動(dòng)力自動(dòng)啟閉門扇的系統(tǒng)。公元1世紀(jì)，希臘人希羅建造的自動(dòng)打開廟門的裝置是最早利用氣壓和液壓為動(dòng)力的自動(dòng)門。 現(xiàn)代自動(dòng)門的操作主要有三種方式。腳踏板式：在踏板之下裝有壓力開關(guān)。光電束式：在門的附近設(shè)置光束發(fā)射裝置和光電傳感

12、裝置。按鈕方式：用手按類似開關(guān)的按鈕使門扇打開。自動(dòng)門以滑動(dòng)、鉸鏈或折疊等方式啟閉門扇。為了防盜，必須同時(shí)裝有特殊設(shè)備，例如家庭用的自動(dòng)門就需要裝設(shè)來(lái)人識(shí)別裝置或電視監(jiān)視器等，對(duì)家庭以外的人員進(jìn)行嚴(yán)格限制。自動(dòng)門在商場(chǎng)、賓館、飯店、機(jī)場(chǎng)、銀行等場(chǎng)合已得到廣泛應(yīng)用。1.3 自動(dòng)門的組成及分類1.3.1 自動(dòng)門的組成主控制器：他是自動(dòng)門的指揮中心，通過(guò)內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令、指揮馬達(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通過(guò)主控制器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。感應(yīng)探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，他就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)；動(dòng)力馬達(dá)：提供開

13、門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制門扇加速與減速運(yùn)行。門扇運(yùn)行軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進(jìn)行。門扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)的門扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行。同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后門體擺動(dòng)。1.3.2 自動(dòng)門的分類自動(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。如圖1.1：1.4本章小結(jié)本章主要介紹了自動(dòng)門控制系統(tǒng)的研究意義與背景、自動(dòng)門的介紹與起源、自動(dòng)門的組成

14、及分類。主要是對(duì)自動(dòng)門的發(fā)展歷史以及其基本概念有一個(gè)大致的了解，為下面的設(shè)計(jì)打下一個(gè)基礎(chǔ)。第二章 plc的介紹及選擇可編程控制器（programmable controller簡(jiǎn)稱plc）。plc是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來(lái)取代繼電器、執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的控制系統(tǒng)。可編程控制器具有能力強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的主要手段和重要的自動(dòng)化控制設(shè)備。由于plc在自動(dòng)化控制中的種種優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛的引用于自動(dòng)門系統(tǒng)中。2.1plc的簡(jiǎn)介由于plc在不斷

15、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做了定義：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，1

16、985年提交了第二稿，并在1987年的3搞中對(duì)plc作了如下定義：“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?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(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)?！鄙鲜龅亩x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

17、通用工業(yè)控制裝置。2.2 plc的主要功能及特點(diǎn)2.2.1plc的主要功能1. 開關(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關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)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)十個(gè)甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。對(duì)于定時(shí)器，

18、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的完成步進(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，

19、實(shí)現(xiàn)分散集中控制。2.2.2plc的特點(diǎn)1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)2. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)3. 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎4. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小、維護(hù)方便，容易改造5. 體積小，重量輕，能耗低2.3 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)它比一般的計(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，具有更適用于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此，plc是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，它的實(shí)際組成與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。2.3.1p

20、lc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。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。plc是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，cpu連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。cpu對(duì)用戶程序的執(zhí)行過(guò)程是cpu的循環(huán)掃描，并用周期性的集中采樣、集中輸出的方式來(lái)完成。一個(gè)掃描周期（工作周期）主要成分為以下幾個(gè)階段：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)寫到輸入映

21、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)的立即輸入信息。對(duì)其

22、他信息，則是從plc的元件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中每次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫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。2.5

23、本章小結(jié)本章主要介紹了plc的基本概念、plc的主要功能及特點(diǎn)、plc的組成與基本結(jié)構(gòu)、plc的工作原理四個(gè)方面的內(nèi)容。通過(guò)對(duì)plc的了解，掌握其基本功能，將其運(yùn)用到自動(dòng)門控制系統(tǒng)中去。第三章 自動(dòng)門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本章主要是在上一章的基礎(chǔ)上對(duì)自動(dòng)門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為有穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)、直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用這兩大部分，同時(shí)能夠通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)及無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)有更深的了解。3.1穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)隨著自動(dòng)門的不斷發(fā)展，被越來(lái)越多的應(yīng)用于各建筑物，廣泛的應(yīng)用也使其安全變的越來(lái)越重要。對(duì)電源的影響因素是多方面的，其中主要干擾，來(lái)自噪聲的影響。因此，為了提高自動(dòng)門的運(yùn)行穩(wěn)定性，穩(wěn)定

24、的電壓和較小的波紋是重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。較為普遍的穩(wěn)壓裝置是變壓器，因?yàn)樗鼉r(jià)格實(shí)惠，但有一定的弱點(diǎn)，對(duì)于電源的穩(wěn)壓性能并不是很強(qiáng)。因此我們需要設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源并根據(jù)無(wú)刷直流電機(jī)提供電要求選擇合理的電路參數(shù)，同時(shí)需要合理設(shè)計(jì)交流濾波器以減少電磁干擾。由于自動(dòng)門工作時(shí)間長(zhǎng)、安全性要求高，因此從電網(wǎng)電源開始，就應(yīng)用了過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)以盡量避免意外發(fā)生。保護(hù)電路有多種形式，下面是一種保護(hù)電路的框圖（圖3.1）。變壓器過(guò)壓保護(hù)交流emi濾波器過(guò)流、過(guò)熱的保護(hù)電路整流電路 二次濾波 圖31 保護(hù)電路框圖過(guò)壓保護(hù)采用壓敏電阻和瞬變電壓抑制器，以防止雷擊等意外事故產(chǎn)生的瞬間高壓。交流emi濾波器主要是用來(lái)抑制共模、共差

25、干擾。如圖（圖3.2）所示，它主要包括兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，電路包括共模扼流圈、濾波電容、共模濾波電容。自動(dòng)門的整流電路主要是把交變的電流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電，使電源適合各種驅(qū)動(dòng)裝置（如無(wú)刷直流電機(jī)）的使用。全橋是由4只整流二極管按橋式全波整流電路的形式鏈接并封裝為一體構(gòu)成的。全橋的正向電流有0.5a、1a、1.5a、2a、2.5a、3a、5a、10a、20a等多種規(guī)格，耐壓值（最高反向電壓有）25v、50v、100v、200v、300v、400v、500v、600v、800v、1000v等多種規(guī)格。下圖（圖3.3）是其電路圖形符號(hào)與內(nèi)部電路。3.2無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用 目前自動(dòng)門

26、中的動(dòng)力部分主要有無(wú)刷直流電機(jī)、交流變頻電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)的使用。今以無(wú)刷直流電機(jī)為例來(lái)介紹自動(dòng)門系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。下圖是電機(jī)的主電路圖（圖3.4）：無(wú)刷直流電機(jī)需要控制器來(lái)進(jìn)行控制，mc33035無(wú)刷直流電機(jī)控制器采用雙極性模擬工藝制造，可在任何惡劣的工業(yè)環(huán)境條件下保證高品質(zhì)和高穩(wěn)定性。該控制器內(nèi)含可用于正確整流時(shí)序的轉(zhuǎn)子位置譯碼器，以及可對(duì)傳感器的溫度進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膮⒖茧娖?，同時(shí)它還具有一個(gè)頻率可編程的鋸齒波振蕩器、一個(gè)誤差信號(hào)放大器、一個(gè)脈沖調(diào)制解調(diào)器、三個(gè)集電極開路頂端驅(qū)動(dòng)輸出和三個(gè)非常適用與驅(qū)動(dòng)功率的效應(yīng)管（mosfet）的大電流圖騰柱式底部輸出器。此外，mc33035還有欠鎖定功能，同

27、時(shí)帶有可選時(shí)間延遲鎖存關(guān)斷模式的逐周限流特性以及內(nèi)部運(yùn)行使能等。自動(dòng)門控制要求。物體靠近門時(shí)傳感器獲得信號(hào)傳給控制器，控制器根據(jù)當(dāng)前所在位置決定門的動(dòng)作。有三種情況：門處于關(guān)閉狀態(tài)，控制器應(yīng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)以最佳速度曲線打開門。門處于半開狀態(tài)，控制器應(yīng)根據(jù)門當(dāng)前所在位置，以適當(dāng)?shù)乃俣闰?qū)動(dòng)執(zhí)行點(diǎn)擊開門。門處于開啟狀態(tài)，控制器使門保持開啟狀態(tài)。無(wú)物體靠近門時(shí)：如果門處于開啟狀態(tài)，延時(shí)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后以最佳速度曲線關(guān)閉門；如果門處于關(guān)閉狀態(tài)，維持相應(yīng)的開、關(guān)門速度曲線。根據(jù)自動(dòng)門的控制要求，系統(tǒng)原理框圖如下圖（圖3.5）所示。開門門磁：檢測(cè)門的最大開啟位置，門開后驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止工作，并防止開門過(guò)量而損壞系統(tǒng)部

28、件。閉門門磁：檢測(cè)門的關(guān)閉位置，門關(guān)后驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止工作。驅(qū)動(dòng)器：擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)功率以驅(qū)動(dòng)150w的無(wú)刷直流電機(jī)。工作指示燈：（a）電源指示燈；（b）正常、故障指示燈。超過(guò)預(yù)期時(shí)間門不到位即是故障狀態(tài)。紅外傳感器驅(qū)動(dòng)器m控制器220v市電電源閉門門磁開門門磁 執(zhí)行電機(jī) 圖35 系統(tǒng)原理框圖3.3本章小結(jié)本章主要是對(duì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要的設(shè)計(jì)分為穩(wěn)壓電源和無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用兩大部分。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)能更多的了解穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)等方面內(nèi)容，也對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)有了很多認(rèn)識(shí)，最重要的是能夠掌握其在自動(dòng)門控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。第四章 自動(dòng)門的硬件設(shè)計(jì)自動(dòng)門的硬件根據(jù)不同的類型各有不同，此以平移型感應(yīng)門

29、為例子介紹它的硬件，主要有：自動(dòng)感應(yīng)門主控制器，自動(dòng)感應(yīng)探測(cè)器，自動(dòng)感應(yīng)門動(dòng)力馬達(dá)，自動(dòng)感應(yīng)門門扇行進(jìn)軌道，門扇吊具走輪系統(tǒng)，同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶），自動(dòng)感應(yīng)門下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后門體擺動(dòng)。大體分為6部分如下圖4.1.plcplc人機(jī)界面 紅外傳感限位開關(guān)電機(jī) 圖41 硬件組成框圖4.1 自動(dòng)感應(yīng)門的基本工作原理 首先，平移式自動(dòng)感應(yīng)門由以下部件組成： (1) 主控制器：它是自動(dòng)感應(yīng)門的指揮中心，通過(guò)內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮馬達(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通過(guò)主控制器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 (2) 感應(yīng)

30、探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，他就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)。 (3) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)：提供開門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制自動(dòng)感應(yīng)門的速度。 (4) 自動(dòng)感應(yīng)門扇行進(jìn)軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定的方向行進(jìn)。 (5) 門扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)門扇，同時(shí)在動(dòng)力的牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行。 (6) 同步皮帶：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引自動(dòng)感應(yīng)門扇吊具走輪系統(tǒng)。 (7) 下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是自動(dòng)感應(yīng)門門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)門體擺動(dòng)。自動(dòng)感應(yīng)門門扇完成一次開門與關(guān)門，其工作流程如下：感應(yīng)探測(cè)器探測(cè)到有人進(jìn)入時(shí)，將脈沖信號(hào)

31、穿給主控制器，主控制器判斷后通知馬達(dá)，同時(shí)監(jiān)控馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達(dá)在一定時(shí)候加力和進(jìn)行慢行運(yùn)行。馬達(dá)得到一定運(yùn)行電流后做出正向運(yùn)行，將動(dòng)力傳給同步皮帶，再由同步皮帶將動(dòng)力傳給吊具系統(tǒng)使自動(dòng)感應(yīng)門門扇開啟；自動(dòng)感應(yīng)門門扇開啟后由控制器做出判斷，若需關(guān)閉自動(dòng)感應(yīng)門，通知馬達(dá)做相反運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉自動(dòng)感應(yīng)門。4.2限位開關(guān)的工作原理行程開關(guān)又被稱為限位開關(guān)，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝有機(jī)械部件的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。4.3光電開關(guān)的工作原理它

32、是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，是利用被測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通所要接通的電路，從而檢測(cè)物體的有無(wú)。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)化為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接受到的光線強(qiáng)弱或有無(wú)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。4.4無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理是將交流電源整流后變成直流，再由逆變器轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電，但是，注意此處逆變是工作在直流斬波方式。它是由同步電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組成，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成對(duì)星型接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。而轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集

33、成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接收速度指令和速度反饋信號(hào)，用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁來(lái)源于永久磁體，所以不像異步電動(dòng)機(jī)那樣需要從電網(wǎng)吸取勵(lì)磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無(wú)交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無(wú)銅損耗又無(wú)鐵損耗，所以效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)高10%左右，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的力能指針（cosa）比同容量異步電動(dòng)機(jī)高12%20%。因此，它采用的是方波自控永磁體式同步機(jī)，以霍爾傳感器取代碳刷換向器，以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料；產(chǎn)品性能超越

34、傳統(tǒng)直流電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又解決了直流電機(jī)碳刷滑環(huán)的缺點(diǎn)，數(shù)字式控制，是當(dāng)今最理想的調(diào)速電機(jī)。4.5 plc的選擇在plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要確定控制方案，下一步的工作就是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)該詳細(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)。4.5.1輸入輸出（i/o）點(diǎn)數(shù)的估算i/o點(diǎn)數(shù)的估算時(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%

35、到20%的可擴(kuò)展。留有余量后，就作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。在實(shí)際訂貨時(shí)，還需要根據(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。根據(jù)估算的方法本設(shè)計(jì)的i/o點(diǎn)數(shù)為輸入12點(diǎn)，輸出12點(diǎn)。4.5.2存儲(chǔ)器容量的選擇存儲(chǔ)器容量是可編程控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元的大小，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)器容量。在設(shè)計(jì)階段，由于用戶的程序還未編制，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)程序容量有一定的估算，通常采用存儲(chǔ)器容量估算來(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

36、/o點(diǎn)數(shù)的10到15倍，加上模擬i/o點(diǎn)數(shù)的100倍，以此為內(nèi)存的字?jǐn)?shù)（16位為一字），另外再按字?jǐn)?shù)的25%考慮余量。因此，本設(shè)計(jì)的plc內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ)所要存儲(chǔ)的程序，這樣才能在以后的改造過(guò)程中有足夠的空間。4.5.3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)本設(shè)計(jì)的要求，主要有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，在大多數(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)容量。（2） 編程功能 離線編程方式：plc

37、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)進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。在線編程方式：cpu和編程器都有各自的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)，在下一個(gè)掃描周期里，主機(jī)就根據(jù)收到的程序運(yùn)行。這種方式成本高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大型plc中常采用。編程軟件應(yīng)該帶有五種標(biāo)準(zhǔn)化的編程語(yǔ)言：順序功能圖（sfc)、梯形圖（ld）、功能模塊圖（fbd）、語(yǔ)言表(il)和機(jī)構(gòu)文本（st）。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守標(biāo)準(zhǔn)（iec6113123),

38、同時(shí)，也應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程方式，如c語(yǔ)言，basic語(yǔ)言等，以滿足特殊控制場(chǎng)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。硬件診斷是通過(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)軟件對(duì)plc的cpu 外部輸入輸出等部件信息交換功能進(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。4.5.4機(jī)型的選擇（1）plc的類型 plc按結(jié)構(gòu)分為整體性和模塊型，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。

39、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。整體型的plc的i/o點(diǎn)數(shù)是固定的，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，因此用戶可較合理的選擇和配置系統(tǒng)的i/o點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方面靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（2）經(jīng)濟(jì)角度的考慮 在選擇plc時(shí)，應(yīng)該考慮其性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)時(shí)，也應(yīng)該同時(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)格有直接的影響，點(diǎn)數(shù)增加到一定數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量也應(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一定的影響。所以，在估算和選用

40、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。本設(shè)計(jì)的自動(dòng)門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮，選用整體型plc。4.5.5 對(duì)plc響應(yīng)時(shí)間的選擇對(duì)于多數(shù)場(chǎng)合，plc的響應(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定了他不能接收頻率過(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。綜合以上的因素，本設(shè)計(jì)采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的cpu224小型plc來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。西門子s7-200系列plc是西門子公司20世紀(jì)90年代推出的整體式小型可編程控制器，開始被稱為cpu21x

41、，后被稱為cpu22x。其機(jī)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比，在中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中應(yīng)用廣泛。在此設(shè)計(jì)中我們選擇s7-200cpu224，它具有14輸入/10輸出，i/o共計(jì)24點(diǎn)。存儲(chǔ)容量大，有7個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)處理能力。西門子s7-200cpu224如下圖（圖4.2）對(duì)于本次自動(dòng)門的設(shè)計(jì)，所選plc為西門子s7-200 cpu224就能滿足要求，其性能如下表4-1： 表4-1 s7-200的參數(shù)表主要性能集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量i/o點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量i/o點(diǎn)，可以連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量i/o點(diǎn)或38路模擬量i/

42、o點(diǎn)其他性能20k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器（100khz)，2個(gè)100khz的高速脈沖輸出，2個(gè)rs485通訊/編程口，具有ppi通訊協(xié)議，mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力特點(diǎn)本機(jī)還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量i/o，位控特性，自整定pid功能，線性斜坡脈沖指令，診斷l(xiāng)ed，數(shù)據(jù)記錄集配方功能等 4.6 自動(dòng)門的硬件部分主要是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行硬件分析：驅(qū)動(dòng)裝置的選型、感應(yīng)器件的選型、自動(dòng)門控制系統(tǒng)i/o地址的分配。4.6.1 驅(qū)動(dòng)裝置選型自動(dòng)門的驅(qū)動(dòng)裝置是自動(dòng)門能否良好工作的保障，在本設(shè)計(jì)中是運(yùn)用直流無(wú)刷電動(dòng)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，既具備交流電動(dòng)

43、機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)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45，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。4.6.2 感應(yīng)器選型目前，自動(dòng)門行業(yè)運(yùn)用的感應(yīng)器件主要有微波感應(yīng)器、紅外感應(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

44、線作感應(yīng)系統(tǒng)，以微處理器做控制。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、適度、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)門控制系統(tǒng)中，感應(yīng)器是自動(dòng)門系統(tǒng)的重要部位，其性能直接影響自動(dòng)門系統(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)門業(yè)裝飾有限公司的微波自動(dòng)門感應(yīng)器wb-3004，其規(guī)格如下表4-2： 表4-2 感應(yīng)器的參數(shù)表型號(hào)wb-3004供電電壓ac/dc12vac/d

45、c24v工作頻率50hz60hz感應(yīng)探頭工作頻率10.525ghz（9.00ghz12.00ghz）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40160工作溫度范圍-25c+60c相對(duì)濕度095%安裝方式wall4.6.3自動(dòng)門系統(tǒng)i/o地址的分配情況 輸入/輸出信號(hào)在plc接線端子的地址分配是進(jìn)行plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，i/o地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對(duì)控制柜及plc的外圍接線來(lái)說(shuō)，只有i/o地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人

46、員根據(jù)線路圖來(lái)安裝控制柜。i/o地址分配時(shí)編寫plc程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)成接線和調(diào)試的重要依據(jù)。plc控制系統(tǒng)的i/o地址分配如下表4-3： 表4-3 i/o地址分配表i0.1門外光檢測(cè)電開關(guān)i0.2門內(nèi)光檢測(cè)電開關(guān)i0.3開門限位電開關(guān)i0.4關(guān)門限位電開關(guān)i0.5過(guò)載保護(hù)開關(guān)i0.6緊急停車開關(guān)i0.7啟動(dòng)停止i1.0手動(dòng)開門i1.1手動(dòng)關(guān)門4.7 本章小結(jié)本章主要是在上一章執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)自動(dòng)門的硬件系統(tǒng)進(jìn)行選擇與設(shè)計(jì)。其中主要是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)：驅(qū)動(dòng)裝置的選型、感應(yīng)器件的選型、自動(dòng)門控制系統(tǒng)i/o地址的分配。使我們對(duì)這些硬件有了更深的了解。第五章 自動(dòng)門的軟件

47、系統(tǒng)本章主要是對(duì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)上章對(duì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件部分的設(shè)計(jì)本章軟件采用mcgs組態(tài)軟件、ipc和plc構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)。首先提出系統(tǒng)控制要求，然后對(duì)自動(dòng)門對(duì)象進(jìn)行分析，確定控制方案。5.1控制系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)當(dāng)門扇要完成一次開門與關(guān)門，其工作流程如圖5.1所示：開始 手動(dòng)/自動(dòng) 是是k1、k2是否有信號(hào) 是 開門（kmi通電直流電機(jī)正轉(zhuǎn)） 門碰到行程開關(guān)k3后停止（門全開狀態(tài)）延時(shí)8s(通過(guò)可調(diào)延時(shí)器實(shí)現(xiàn)）按下按鈕按下按鈕等待時(shí)是否有人經(jīng)過(guò)返回否 關(guān)門（km2線圈通電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)） 是 是否門關(guān)閉到底門打開到底關(guān)門時(shí)是否有人經(jīng)過(guò) 否門碰到限位開關(guān)k4后停止（門關(guān)閉狀態(tài)

48、）結(jié)束 始 圖5-1 自動(dòng)門系統(tǒng)流程圖 框圖說(shuō)明如下：（1）當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過(guò)光電檢測(cè)開關(guān)k1或k2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)km1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)k3位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。（2）自動(dòng)門在開門位置停留8s后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過(guò)程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)km2被啟動(dòng)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)k4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。（3）在關(guān)門過(guò)程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)廣電檢測(cè)開關(guān)k2或k1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序。（4）在門打開后的8s時(shí)間內(nèi)，若有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)光電檢測(cè)開關(guān)k2或k1時(shí)，必須重新開始等待8s后，在自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過(guò)程，以保證人員安全通過(guò)。5.2 mcgs組態(tài)控制設(shè)計(jì)5.2.1 自動(dòng)門組態(tài)控制對(duì)象分析：被控對(duì)象自動(dòng)門被控參數(shù)開關(guān)門動(dòng)作、報(bào)警燈閃爍控制目標(biāo)是自動(dòng)門能夠接收開門、關(guān)門、停止等命令，并發(fā)出正、反轉(zhuǎn)信號(hào)，大門動(dòng)作后，還應(yīng)能夠檢測(cè)是否已經(jīng)全部打開或關(guān)閉，是否夾到人或物品，能夠自動(dòng)打開?？刂谱兞抗矁蓚€(gè)，分別控制正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器5.2.2 自動(dòng)門監(jiān)控系統(tǒng)初方案制定從人身安全、公共利益，提高自動(dòng)化程度、降低勞動(dòng)強(qiáng)度考慮，本系統(tǒng)選擇閉環(huán)方案。自動(dòng)門控制系統(tǒng)的閉環(huán)方案如圖5.2：1個(gè)報(bào)警器顯示器鍵盤 閃爍 i/o接口 i/o接口 開、關(guān)