大門自動控制系統(tǒng)

課程設(shè)計（論文）用紙目錄1. 設(shè)計的主要內(nèi)容和要求 31.1 設(shè)計任務(wù) 31.2 設(shè)計要求 32. 概述 42.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 42.2 研究的實際意義 53. 硬件設(shè)計 63.1 硬件設(shè)計思想 63.2 硬件介紹 63.2.1 可編程控制器（PLC）的發(fā)展概述 63.2.2 PLC調(diào)試步驟 93.2.3 行程開關(guān)（限位開關(guān)）的工作原理 104. 設(shè)計思想 124.1 硬件設(shè)計思想 124.1.1 主電路 124.1.2 控制電路 134.2 軟件設(shè)計思想 154.2.1 程序流程圖 154.2.2 輸入/輸出地址分配 174.2.3 T形圖 175. 使用說明 226. 設(shè)計總結(jié) 236.1設(shè)計感想 236.2存在的問題及建議 24參考文獻 25大門自動控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容和要求設(shè)計任務(wù)根據(jù)控制要求，進行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括主電路、控制電路以及I/O配置。根據(jù)控制要求，編寫控制程序。畫出程序設(shè)計流程圖編寫設(shè)計說明書設(shè)計要求本建筑有四個進出口，南大門為主門（門1）、西門（門2）、北門（門3，門4）.正常情況四門均在早晨6：20開門，晚上22:30關(guān)門。發(fā)生突發(fā)事件管理中心發(fā)出一個控制信號，將四門立即鎖上，發(fā)出安防報警的警鈴信號。值班人員進行建筑內(nèi)查看時，由南大門進入，先按手動按鈕。報警信號解除后，大門的開啟關(guān)閉立即按照正常情況處理。發(fā)生火災(zāi)時，由管理中心發(fā)出火警信號，四門立即開啟，并發(fā)出火災(zāi)報警?；馂?zāi)信號優(yōu)先于安防信號。概述國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進入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，取得了驚人的成就，PLC技術(shù)成為大門控制的重要部分。在現(xiàn)代人們生活中自動控制系統(tǒng)可以使得大門開關(guān)合理，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，自動控制系統(tǒng)在大門控制中的運用越來越廣泛，其適用于賓館，酒店，銀行，寫字樓，醫(yī)院，商店等。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，所以各種門又可以分為重型和輕型。根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為平移門，平開門，旋轉(zhuǎn)門，圓弧門，折疊門，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，平移門使用得最廣泛，目前市場上流行的平移門一般是兩開，這種門的特點是簡單易控，維護方便。門的控制方法很多，從控制的不同來分，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，即通過運用線的自動化設(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)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的自動門所淘汰。在智能控制的選擇上，自動門的主控器有微電腦控制器和可編程控制器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)定性高，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。為了穩(wěn)定性與維護，本設(shè)計便是采用可編程控制器進行設(shè)計。研究的實際意義自動控制門在國內(nèi)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。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儲存器，用來在其內(nèi)部儲存執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算數(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，控制個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，實用性強，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系統(tǒng)控制門具有較高的可靠性，維修方便等特點，因此運用PLC控制門具有較高的可靠性，維護方便等特點。本課題的設(shè)計運用PLC作控制器能大大提高了穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，對于整個行業(yè)是一次技術(shù)革新，提高了自動門的使用率，因此，進行大門系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，可以推動整個行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在大門自動控制行業(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。硬件設(shè)計硬件設(shè)計思想控制裝置由開門到位限位開關(guān)、關(guān)門到限位開關(guān)、開門執(zhí)行機構(gòu)（使直流電動機正轉(zhuǎn)）、關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)（使直流電動機反轉(zhuǎn)）等部件組成PLC控制自動門由于具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點，因而得到廣泛的應(yīng)用。由于直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機超載能力較強，熱動和制動轉(zhuǎn)矩較大，所以執(zhí)行機構(gòu)使用直流電動機。硬件介紹可編程控制器（PLC）的發(fā)展概述PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自1836年繼電器問世，人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接，構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀(jì)60年代末，它不斷吸收微電腦技術(shù)使之功能不斷增強，逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù)。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn)，以及流程加工行業(yè)（如汽車制造業(yè)）對生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的需求，PLC技術(shù)出現(xiàn)并快速發(fā)展。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強功能等方面有了質(zhì)的飛躍，使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。但是，仍然沿用著順序掃描、程控等基本模式及CPU+通信+I/O的基本結(jié)構(gòu)。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。人們在應(yīng)用它時，可以不必進行計算機方面的專門培訓(xùn)，就能對可編程控制器進行操作及編程。PLC的功能數(shù)據(jù)采集與輸出。控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時、計數(shù)等。數(shù)據(jù)處理功能。包括基本數(shù)學(xué)運算、比較、對字節(jié)的運算、PID運算、濾波等。輸入/輸出接口調(diào)理功能。具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)，具有溫度、運動等測量接口。通信、聯(lián)網(wǎng)功能?，F(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文文件轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成"集中管理、分散控制"的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機。支持人機界面功能。提供操作者以監(jiān)視機器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整，實現(xiàn)工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。7、編程、調(diào)試等，并且大部分支持在線編程。PLC的主要特點：可靠性高。PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10~20萬h，且均有完善的自診斷功能。結(jié)構(gòu)形式多樣，模塊化組合靈活。有固定式適于小型系統(tǒng)或機床，組合式適于集控制系統(tǒng)。最少的PLC只有6點，而AB的ControlLogix系統(tǒng)的容量達(dá)128000點。功能強大。編程方便?？刂凭哂袠O大靈活性。適應(yīng)工業(yè)環(huán)境。適應(yīng)高溫、振動、沖擊和粉塵，惡劣環(huán)境以及電磁干擾環(huán)境。安裝、維修簡單。與DCS相比，價格低。PLC的通信包括PLC之間、PLC與上位計算機之間以及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計算機可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成"集中管理、分散控制"的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化(FA)系統(tǒng)發(fā)展的需要，各PLC系統(tǒng)或遠(yuǎn)程I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場分散控制，然后采用網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目前各廠商都主推各自的總線標(biāo)準(zhǔn)，如西門子Profibus、A-BControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其構(gòu)成的"集中管理、分散控制"分布式控制方式是十分類似的。如ROCKWELL（A-B）推出了"全方位自動化"的理念，推薦三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即1）設(shè)備層（DeviceNet為代表）；2）控制層（ControlNet為代表）；3）管理層（EtheNet）。PLC的日常維護和保養(yǎng)比較簡單，主要是更換保險絲和鋰電池,基本沒有其它易損元器件。由于存放用戶程序的隨機存儲器（RAM）、計數(shù)器和具有保持功能的輔助繼電器等均用鋰電池保護，鋰電池的壽命大約為5年，當(dāng)鋰電池的電壓逐漸降低到一定程度時，PLC基本單元上電池電壓跌落到指示燈亮，提示用戶注意有鋰電池所支持的程序還可保留一周左右，必須更換電池，這是日常維護的主要內(nèi)容。PLC調(diào)試步驟檢查路線、確認(rèn)地址這一步需要比較細(xì)心逐點進行，要保證路線、地址正確無誤。否則會影響后面的調(diào)試?？刹粠щ姾藢Γ蔷褪遣榫€，較麻煩。也可帶電查，加上信號后，看電控系統(tǒng)的動作情況是否符合設(shè)計的目的。檢查與測試指示燈控制面板上如有指示燈，應(yīng)先對應(yīng)指示燈的顯示進行檢查。一方面，查看燈壞了沒有，另一方面檢查邏輯關(guān)系是否正確。指示燈是反映系統(tǒng)工作的一面鏡子，先調(diào)好它，將對進一步調(diào)試提供方便。檢查手動動作及手動控制邏輯關(guān)系完成了以上調(diào)試，繼而可進行手動動作及手動控制邏輯關(guān)系調(diào)試。要查看各個手動控制的輸出點，是否有相應(yīng)的輸出以及與輸出對應(yīng)的動作，然后再看，各個手動控制是否能夠?qū)崿F(xiàn)。如有問題，立即解決。半自動工作如系統(tǒng)可自動工作，那先調(diào)半自動工作能否實現(xiàn)。調(diào)試時可一步步推進。直至完成整個控制周期。哪個步驟或環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就著手解決哪個步驟或環(huán)節(jié)的問題。自動工作在完成半自動調(diào)試后，可進一步調(diào)試自動工作。要多觀察幾個工作循環(huán)，以確保系統(tǒng)能正確無誤地連續(xù)工作。模擬量調(diào)試、參數(shù)確定以上調(diào)試的都是邏輯控制的項目。這是系統(tǒng)調(diào)試時，首先要調(diào)通的。這些調(diào)試基本完成后，可著手調(diào)試模擬量、脈沖量控制。最主要的是選定合適控制參數(shù)。一般講，這個過程是比較長的。要耐心調(diào)，參數(shù)也要作多種選擇，再從中選出最優(yōu)者。有的PLC，它的PID參數(shù)可通過自整定獲得。但這個自整定過程，也是需要相當(dāng)?shù)臅r間才能完成的。行程開關(guān)（限位開關(guān)）的工作原理行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于控制機械設(shè)備的限位以及行程保護，是一種非常小的電流主令電器。其作用原理與按鈕類似，并且可以起到簡化電路的作用。這類開關(guān)被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。圖3.1行程開關(guān)符號利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。在電氣控制系統(tǒng)中，位置開關(guān)的作用是實現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測。用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護。由操作頭、觸點系統(tǒng)和外殼組成。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器。行程開關(guān)廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關(guān)來控制開關(guān)轎門的速度、自動開關(guān)門的限位、轎廂的上、下限位保護。行程開關(guān)可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當(dāng)動物接近靜物時，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點引起閉合的接點分?jǐn)嗷蛘邤嚅_的接點閉合。由開關(guān)接點開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C構(gòu)的動作。(其作用原理如圖3.2)SQ2SQ1圖3.2行程開關(guān)模擬運行本設(shè)計以電機的正傳反轉(zhuǎn)來模擬大門的開啟閉合，為了使其代表的大門在完全開啟（閉合）后電機停轉(zhuǎn)，并且為了節(jié)約資源，不燒壞電機采用限位開關(guān)，并且使得在開啟的過程中不能因為意外摁下關(guān)閉按鈕時出現(xiàn)錯誤。行程開關(guān)在本設(shè)計中的應(yīng)用，以小車的運行來類比。假設(shè)小車向右運行代表門開，當(dāng)小車運行到SQ1時刻，觸發(fā)SQ1，通過設(shè)計電路可以使得小車停止運行。從而達(dá)到門完全開（閉）時候停止轉(zhuǎn)動。設(shè)計思想硬件設(shè)計思想大門控制系統(tǒng)是利用主電路、控制電路、定時器/計數(shù)器及輸入/輸出I/O接口電路組成，然后通過編程（梯形圖）與電路的配合形成完整的控制系統(tǒng)，并且實現(xiàn)功能要求。主電路圖4.1主電路圖控制電路融斷解除警鈴開門限位熱繼電器器火災(zāi)警鈴緊急照明安防警鈴安防閃光圖4.2控制電路熱繼電器的作用：通常用熱繼電器的常閉觸點斷開控制電路，實現(xiàn)過載保護。并且由于熱慣性，不能用于短路保護或者瞬時的過載保護。熔斷器的作用：如果被保護電路發(fā)生短路現(xiàn)象，由于其安秒特性具有反時限特性，電流過大熔斷時間過短，則熔斷器瞬時熔斷，則熔斷器在電路中主要起短路保護的作用。四個門均采用電動機的正轉(zhuǎn)（開）反轉(zhuǎn)（關(guān)）來表示四個大門的開啟關(guān)閉，由于方位和可靠性的考慮，四個門由不同的電機帶動（兩個北門也可用一個電機，若是一臺故障，另一扇門打不開則不使用）。軟件設(shè)計思想通過定時器計數(shù)器實現(xiàn)時間的控制，白天打開、晚上關(guān)閉。通過中斷的設(shè)計來實現(xiàn)非正常情況下大門的開閉，其中中斷優(yōu)先級的設(shè)置為：安防信號＜火災(zāi)信號。南大門外部進入單獨設(shè)置一個刀開關(guān)。并且通過電動機的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)來模擬大門的開啟關(guān)閉，通過行程開關(guān)來控制大門是開啟關(guān)閉的結(jié)束。程序流程圖圖4.3總流程圖輸入/輸出地址分配對軟件設(shè)計來說，I/O地址分配以后才可進行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖來安裝控制柜。輸入/輸出信號在PLC接線端子的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)。I/O地址分配是編寫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)。表4.1I/O地址分配表輸入地址對應(yīng)的外部設(shè)備I0.0啟動信號I0.1給定的安防事件信號I0.2給定的火災(zāi)事件信號輸出地址對應(yīng)的外部設(shè)備Q0.0啟動開門開關(guān)S1Q0.1啟動關(guān)門開關(guān)S2Q0.2安防警燈Q0.3火災(zāi)警燈Q0.4安防警鈴Q0.5火災(zāi)警鈴Q0.6安防解除按鈕Q0.7火災(zāi)解除按鈕T形圖由于圖形較大，分開截圖表示。圖4.4程序T形圖（1）圖4.4程序T形圖（2）圖4.4程序T形圖（3）采用通電延時定時器（T37/T38/T39），根據(jù)預(yù)設(shè)值（PT、字類型）的不同可以使定時時間發(fā)生改變。T37/T38/T39的最大時間基為100ms，最大定時范圍3276.7s。定時器的延時時間由指令的預(yù)設(shè)值和時間基確定，即延時時間等于指令預(yù)設(shè)值與時間基的乘積。加計數(shù)指令（CTU）：對CU端計數(shù)脈沖的上升沿進行加計數(shù)。當(dāng)計數(shù)器的當(dāng)前值大于預(yù)設(shè)值時，計數(shù)器位被置位，當(dāng)復(fù)位R為“1”或執(zhí)行復(fù)位指令時，計數(shù)器復(fù)位，計數(shù)當(dāng)前值清零，計數(shù)器位被復(fù)位。計數(shù)器最大計數(shù)值為32767.ENI(Enableinterrupt):全局性的允許所有被連接的中斷事件。系統(tǒng)進入RUN模式時，會自動禁止所有者中斷。ATCH(AttachInterrupt)：中斷連接指令。用來建立事件EVNT（中斷號）和處理該事件的中斷程序INT（中斷程序號）之間的聯(lián)系。只有執(zhí)行了全局允許指令，再為某個中斷事件指定了相應(yīng)的中斷程序后（建立連接），該中斷事件才能被允許。CPU在接到多個中斷時，按照固定的優(yōu)先級順序執(zhí)行：通信（高優(yōu)先級）中斷，I/O中斷和定時中斷（低優(yōu)先級）。在3個優(yōu)先級范圍內(nèi)，CPU按照先來先服務(wù)的原則處理中斷，，任何時候都只執(zhí)行一個中斷程序。若正在執(zhí)行某個中斷程序時，則即使有高優(yōu)先級的事件發(fā)生，CPU也不會響應(yīng)。此時該中斷進入中斷等候隊列，直至正在執(zhí)行的中斷程序執(zhí)行完畢。本設(shè)計中考慮到安全等因素，必須使火災(zāi)信號的優(yōu)先級高于安防信號，及時完成人員的疏散，將傷亡損失降至最低。采用外部激勵的信號模擬安防與火災(zāi)信號。使用說明SB1：常閉觸點，動作時斷開，實現(xiàn)在安防警報和火災(zāi)警報情況下的解除，使得解除后能夠按照正常情況工作。SB2：開門按鈕，SB2動作時候，線圈KM1得電，并且與輔助常開觸點形成自鎖，即使按鈕松開也能運行，電機正轉(zhuǎn)大門打開，KM1常閉觸點斷開，則若無意中觸動SB3也對大門的打開沒有影響。當(dāng)大門打開至SQ1時刻，大門完全打開，SQ1動作，電機停轉(zhuǎn)。SB3：關(guān)門按鈕，線圈KM2與KM2輔助常開觸點形成自鎖，按下SB2，線圈KM2得電，KM2常開閉合，KM2常閉斷開，電機反轉(zhuǎn)，大門開始關(guān)閉，直到SQ2受到觸發(fā)動作，此時大門完全關(guān)閉，并且電機停轉(zhuǎn)。SB4：火災(zāi)報警按鈕，SB4動作，線圈KM3、KM1得電，常開觸點KM3閉合，電機正轉(zhuǎn)，大門打開，同時火災(zāi)報警警鈴響，火災(zāi)緊急照明燈打開，確保在濃煙過大時候為疏散人群提供足夠的指示、照明，同時照明電路需要采用防火、防煙、光照足夠強的安全短路，并且能夠蓄電，在大樓斷電時仍能顧提供照明。SB5：安防報警信號，線圈KM4和KM2得電，形成回路，電機反轉(zhuǎn)，大門開始關(guān)閉，安防報警警鈴