基于PLC的車庫自動門控制系統(tǒng)電氣設(shè)計

學院畢業(yè)設(shè)計(論文)PAGEIVPAGE畢業(yè)設(shè)計(論文):基于PLC的車庫自動門控制系統(tǒng)電氣設(shè)計摘要本文是基于S7-200自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計，自動門系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、感應(yīng)器件、驅(qū)動裝置和傳動裝置組成。主要工作原理是感應(yīng)器件將檢測到的人體或物體信號傳送到PLC，PLC再綜合收到的自動門狀態(tài)信號作出判斷，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換發(fā)出控制信號，使驅(qū)動裝置運行，在通過傳動裝置帶車庫門的升降。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，PLC不斷的更新，PLC控制已成為自動控制中最常見的方式之一。自動門就是PLC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用越來越廣泛。PLC控制具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、維修方便等優(yōu)點。主要闡述了車庫自動門的設(shè)計思想與程序編制,應(yīng)用PLC作為現(xiàn)場控制器，對現(xiàn)場設(shè)備進行信號采集與控制?？刂频恼f明、系統(tǒng)流程圖、外部接線圖、梯形圖必要的文字說明介紹了以PLC為應(yīng)用的車庫自動門的系統(tǒng)軟件設(shè)計。關(guān)鍵詞：可編程控制器S7-200；置位復位指令；順序控制指令；PLC控制AbstractThispaperisthedesignoftheautomaticdoorcontrolsystembasedonS7-200,theautomaticdoorsystemismainlycomposedofaprogrammablelogiccontroller(PLC),aninductiondevice,drivingdeviceandadrivingdevice.ThemainworkingprincipleisthatabodyoranobjectsignalinductiondevicewillbedetectedtojudgethestateofPLC,automaticdoorthenreceivedPLCsignal,andthensendsthecontrolsignal,thedrivingdeviceisdrivenbyadrivingdeviceinoperation,thedoor.Withthedevelopmentofelectronictechnology,updatethePLCconstant,PLCcontrolhasbecomeoneofthemostcommonmodeofautomaticcontrol.Istheapplicationofautomaticcontrolautomaticdoorwithatypicalexample,theprogrammablecontrollerhasgoodprocessingautomaticdoorswitchcontrolandgoodstability,andcanbeveryeasytochangethecontrolmode,therefore,thecontrollerofautomaticdoorproductionbusinessesareusingPLCtodothedoor.Theautomaticdoorsindailylifemoreandmorewidelyused.PLCcontrol,stability,reliability,convenientrepairhastheadvantagesofhigh.Mainlyonthedesignandprogrammingoftheautomaticgaragedoors,usingPLCasthefieldcontroller,signalacquisitionandcontroloffielddevice.Thetextdescriptionofthecontrol,theflowchartofthesystem,theexternalwiringdiagram,ladderdiagramillustratesintroducedthedesignofsystemsoftwareisbasedonPLCautomaticgaragedoorapplications.Keywords:programmablecontrollerS7-200;resetcommandsequencecontrol;PLCcontrol;目錄第1章緒論……………6第2章國內(nèi)外自動門的發(fā)展………72.1國內(nèi)外自動門的發(fā)展現(xiàn)狀……………72.2本課題研究的內(nèi)容………82.3本課題研究的目的和意義……………8第3章自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計……………93.1自動門的功能需求分析…………………93.2自動門的控制要求………103.3自動門控制系統(tǒng)構(gòu)成……10第4章自動門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計………………114.1PLC的選型………………134.2直流電動機的選型……144.2.1直流電動機的調(diào)速…………………144.2.2直流電動機的優(yōu)勢…………………144.3自動門控制系統(tǒng)的原理圖……………154.5.1主電路原理圖………154.5.2PLC外圍接線圖…………………16第5章自動門控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計………………175.1車庫系統(tǒng)控制平面圖和控制要求……………185.2自動門控制系統(tǒng)I/O地址分配表………195.3梯形圖程序……………205.3.1梯形圖的概述……………215.3.2梯形圖的語句指令………235.3.3梯形圖的設(shè)計……………24參考文獻…………………25致謝………………………26學院畢業(yè)設(shè)計(論文)緒論在經(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)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，當人走進自動門的感應(yīng)范圍之內(nèi)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，控制器發(fā)送信號驅(qū)動傳動裝置將門打開。當物體通過之后門自動關(guān)上。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)自動管理，不但能給我們帶來人員進出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風、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的應(yīng)用，在我國也以優(yōu)異的性能逐步得到大家的認同，中國已迎來了自動門發(fā)展的黃金時期。自動門性能優(yōu)劣主要取決于它的控制和感應(yīng)裝置，早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝繁瑣、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PLC，它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。目前他在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕化工等領(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、維修方便等優(yōu)點。由此看來，進行自動門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的研究，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。本課題主要介紹運用PLC為控制器的自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計，所有產(chǎn)品的開發(fā)都要講究實用本課題開發(fā)的產(chǎn)品對許多場合都能適用，而且能夠簡單化，不論對于產(chǎn)品開發(fā)還是使用者來說都是最好的。此系統(tǒng)的設(shè)計既滿足了自動門的基本要求，還可以保證自動門的穩(wěn)定性。研究本課題意味著產(chǎn)品成本的下降，效益提高。因此是一個比較實用且經(jīng)濟的產(chǎn)品。自動門控制技術(shù)的發(fā)展2.1車庫門研究的現(xiàn)狀車庫的發(fā)展，從第一輛汽車誕生以來就隨之誕生。公安部交通管理局的數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，截至2007年底，我國每年汽車保有總量為2142萬輛，與2006年相比，增長278萬輛，增長率為13%。在汽車總量快速增加的同時，“停車難”的問題越來越嚴重的凸顯出來。以北京市為例，截止2006年底，北京市己擁有機動車輛150萬輛，其中汽車80萬輛。而目前全市各類停車場停車位總數(shù)量約為49萬個。到2015年全國機動車擁有總量將達到15000多萬輛。泊車位的現(xiàn)太以及發(fā)展速度還遠遠不能適應(yīng)我國汽車行業(yè)迅速發(fā)展的需求。與此同時對于快速發(fā)展的中國各個大中城市，停車困難問題也隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展和汽車保有量的劇增而襲來。資料顯示，全國數(shù)個大中城市停車位滿足率嚴重不足。國內(nèi)家用汽車擁有總量的迅速增加，便使城市道路交通變得非常擁擠，增大了道路交通的壓力，同時也增加了道路維護成本。每天各大城市高峰時塞車已經(jīng)成為天天令人頭痛的問題。家用私車的停放也逐漸成為一個社會焦點問題。在普遍的大中城市中由于泊車位的嚴重不足，而可供開發(fā)的土地隨著城市的發(fā)展越來越少，導致車位售價令人堪憂，由此可見解決城市停車難的問題，家用車庫是一個明智的出路。我國家用車庫發(fā)展雖經(jīng)歷了近幾十年的發(fā)展，大部分仍處于初級的停車功能，是最原始的使用階段，它的設(shè)計水平、經(jīng)濟市場價值還有待于完善和開發(fā)。為此對家用車庫設(shè)計方案優(yōu)化具有重大的現(xiàn)實意義和潛在的市場經(jīng)濟效益。2．2本課題研究的內(nèi)容自動門類型的選擇。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卷簾門，本課題設(shè)計的卷簾門具有手動和自動開門功能和配備安全防夾人光電開關(guān)、后備電源等輔助裝置來滿足車主的停車需求。自動門硬件系統(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)定性良好的德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200小型PLC。在自動門的開關(guān)門速度控制上本設(shè)計以變頻器作為調(diào)節(jié)器，運用變頻器的三段速控制實現(xiàn)自動門的轉(zhuǎn)速控制，為了解決在頻率很低時出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，驅(qū)動裝置選用功率強大、穩(wěn)定性好的自帶減速裝置的直流電動機，在感應(yīng)器方面運用了車庫自動門的超聲波和光電感應(yīng)，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要在硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮自動門的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定的需要。自動門的軟件設(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，梯形圖能直觀明了的設(shè)計出自動門的控制要求，并能更好的考慮到安全性和故障報警等問題，梯形圖的編寫運用西門子自帶的編程軟件，此軟件具有強大的診斷功能，能更快的查處故障原因，從而大大縮短了維修時間。2.3本課題研究的目的和意義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。所以在停車場智能管理領(lǐng)域，相應(yīng)的也出現(xiàn)了PLC停車場智能管理的概念，即含有高科技的智能系統(tǒng)，與普通的停車系統(tǒng)不同的是，它能以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)來解決停車難的問題，直接為目標安全、迅速地到達目的地。車庫管理系統(tǒng)重點要做到車輛進出時車庫門可以準確的作出反應(yīng),使車輛入庫時給與駕駛?cè)藴蚀_的車位剩余量與具體停車位置,車輛進入庫,記錄車位剩余總量;車輛離開車庫時,減少車輛數(shù)量。車輛進出指示可完全由PLC進行CPU控制處理,車庫空位剩余量顯示可利用廉價的數(shù)碼管顯示。因此，PLC自動管理系統(tǒng)在加強車輛停放智能管理的建設(shè)方面，尤其在實現(xiàn)快捷、便利、安全這一點上擁有很大的發(fā)展空間和潛力第3章車庫自動門的設(shè)計要求分析3.1在車庫自動門的功能需求分析本設(shè)計面向車庫入口的應(yīng)用，需要有安全性和可靠性。根據(jù)車庫中對自動門的具體要求，本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)應(yīng)有以下功能：開門和關(guān)門控制應(yīng)有手動和自動方式為了便于維護和預(yù)防緊急情況，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。當信號采集裝置檢測到有物體接近門口且門未打開或者檢測到已無物體接近門口且門未關(guān)閉，PLC動作輸出信號來控制電動機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來控制開門或者關(guān)門。緊急停止當自動門出現(xiàn)夾人現(xiàn)象時，可閉合緊急停止開關(guān)，自動門自動進入開門過程。自動門控制系統(tǒng)由PLC控制和執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動和手動控制方式，此種控制模式為目前應(yīng)用較多的控制方式。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。3.2自動門的控制要求當PLC投入運行，PLC系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。車庫門設(shè)計為卷簾式，用一個電機來拖動卷簾。正轉(zhuǎn)接觸器KM1使電機開門，反轉(zhuǎn)接觸器KM2使電機關(guān)門。在車庫門的上方裝設(shè)一個超聲波探測開關(guān)ST1，超聲波開關(guān)發(fā)射超聲波探測是否有物體靠近。1）按下啟動按扭，當有人或車由外到內(nèi)進入超聲波的探測范圍時，超聲波開關(guān)便檢測出超聲回波，從而產(chǎn)生輸出電信號（S01=ON），由該信號啟動接觸器KM1，電機M正轉(zhuǎn)使卷簾上升開門，當車庫門上升接觸到上限位開關(guān)位置時，電機M停止正轉(zhuǎn)。2）如果此時車不想停入車庫，需要離開，車離開超聲波發(fā)射范圍，5秒后，車庫門自動關(guān)閉。如果此時車又想開進車庫，再次進入超聲波發(fā)射范圍，車庫門停止關(guān)閉，進行開門動作。3）當車開到車庫門下時，在庫門的下方裝設(shè)一套光電傳感器ST4，用以檢測是否有物體穿過庫門。光電開關(guān)由兩個部件組成，一個是能連續(xù)發(fā)光的光源；另一個是能接收光束，并能將之轉(zhuǎn)換成電脈沖的接收器。若行車（人）遮斷了光束，光電傳感器ST4便檢測到這一物體，產(chǎn)生電脈沖，在延時定時器3秒后，由該信號啟動反轉(zhuǎn)接觸器KM2，使電機M反轉(zhuǎn)，從而使卷簾開始下降關(guān)門，當門移動接觸到下限位開關(guān)時，電機停止運行。4）在關(guān)門過程中，當有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外進入超聲波發(fā)射范圍時，則立即停止關(guān)門，并自動進入開門程序。5）考慮到自動門在出現(xiàn)故障或在維修的時候，用自動控制存在一定問題，增加手動開門和關(guān)門開關(guān)。3.3．2具體構(gòu)成自動門系統(tǒng)的具體組成如下圖一：圖一由上圖一可知，當感應(yīng)器件檢測到人體或物體信號時將信號傳給PLC,PLC根據(jù)已經(jīng)采集的信號發(fā)出控制信號，是驅(qū)動裝置運行，通過傳動裝置帶動自動門的運行。第4章車庫自動門的硬件設(shè)計4.1PLC功能特點及選型PLC目前主要的品牌有：比利時ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，信捷創(chuàng)研等。目前，國內(nèi)外已廣泛運用PLC作為控制器于化工、冶煉、機械控制、電力方面、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、文化娛樂和環(huán)保等各個行業(yè)領(lǐng)域，使用情況大致可歸納為如下幾類。1、邏輯控制（開關(guān)量）這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路控制，可以實現(xiàn)邏輯控制、順序控制等多種控制方式，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。2、轉(zhuǎn)換控制（數(shù)模量）在當前大部分的工業(yè)生產(chǎn)過程當中，大部分為連續(xù)且有規(guī)律的變化量，像流量的變化、液位的升降和速度等都是模擬變量?？删幊炭刂破鞑荒苤苯犹幚磉@些模擬變量。所以處理這些模擬量，需要將模擬量和數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)換即A/D轉(zhuǎn)換，生產(chǎn)適配的A/D轉(zhuǎn)換模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊，即可實現(xiàn)編程控制器對模擬量控制。3、運動控制編程控制器可適用于多種運動方式的控制，如圓周和直線運動。與邏輯控制量I/O模塊連接位移傳感器和驅(qū)動執(zhí)行裝置，目前通常使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進、伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。目前市場生產(chǎn)的PLC都有運動控制功能，廣泛用于各種機械運動的控制。4、控制功能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制，有時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)省存儲器容量。2）定時控制?？删幊炭刂破骶哂袦蚀_的定時控制功能。它為用戶提供若干個定時器并設(shè)置了定時指令。定時時間可由用戶在編程時設(shè)定，并能在運行中被讀出與修改，使用靈活，操作方便。3）計數(shù)控制?？删幊炭刂破骶哂杏嫈?shù)控制功能。它為用戶提供若干個計數(shù)器并設(shè)置了計數(shù)指令。定數(shù)值可由用戶在編程時設(shè)定，并能在運行中被讀出與修改，使用靈活，操作方便。4）A/D、D/A轉(zhuǎn)換。大多數(shù)可編程控制器還具有模/數(shù)（A/D）和數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換功能，能完成對模擬量的檢測與控制。5）定位控制。有些可編程控制器具有步進電動機和伺服電動機控制功能，能組成開環(huán)系統(tǒng)或閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)位置控制。6）通訊與聯(lián)網(wǎng)。有些可編程控制器具有聯(lián)網(wǎng)和通訊功能，可以進行遠程I/O控制，多臺可編程控制器之間可以進行同位鏈接，還可以與計算機進行上位鏈接。由一臺計算機和多臺可編程控制器可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復雜控制。7）數(shù)據(jù)處理功能。大多數(shù)可編程控制器都具有數(shù)據(jù)處理功能，能進行數(shù)據(jù)的傳送即數(shù)據(jù)的輸入，在此過程中數(shù)據(jù)保持不變；數(shù)據(jù)的比較，比較獨立的完成某種操作從而實現(xiàn)某種操作；數(shù)據(jù)額位移；數(shù)據(jù)的運算，包括加\減,乘\除,加1或減1等操作。5、編程功能按照梯形圖編寫指令程序，依據(jù)所選用的PLC所規(guī)定的指令系統(tǒng)，將梯形圖的圖形符號編定成可用編程器送人PLC的代碼。通常采用指令語句表形式編寫。通過編程器將上列用戶程序的指令表語句逐句寫入PLC的RAM中。注意：不同型號的PLC要選用與其相對應(yīng)的專用編程器。由于S7-200優(yōu)越的性能表現(xiàn)為抗干擾能力強，有很強的可靠性，對環(huán)境的適應(yīng)性好，編程方法簡單易學，應(yīng)用靈活，通用性好所以本設(shè)計中采用西門子公司的S7-200型PLC。二、S7-200簡介1.概述S7-200是西門子公司生產(chǎn)的一種小型的可編程序控制器，可用于各種場合的控制系統(tǒng)的需求，如各種生產(chǎn)中的質(zhì)量檢測、人員監(jiān)測及控制的自動化。此系列的強大的控制功能讓其能適應(yīng)在獨立運行過程和相連成網(wǎng)絡(luò)復雜的控制要求。因此西門子S7-200系列具有非常高的實際應(yīng)用的性價比。2．S7-200優(yōu)點S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：1、很強的可靠性。2、非常豐富的指令庫。3、抗干擾能力強，環(huán)境適應(yīng)性好。4、編程方法簡單易學。5、內(nèi)置集成功能強大。6、應(yīng)用靈活，通用性好。7、完善的監(jiān)視和診斷功能。8、豐富的擴展模塊。3.S7-200適用范圍S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。有繼電器輸出和晶體管輸出方式。繼電器輸出模塊可控電流較大，輸出速度慢。晶體管輸出可控電流較小，但其輸出速度快。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)及民用生產(chǎn)，包括各種機床設(shè)備、機械生產(chǎn)、電力設(shè)備、民用設(shè)備、環(huán)境保護設(shè)備等等。S7-200系列可提供5個不同的基本型號的CPU可選擇,各種CPU各有兩種輸出方式，所以有10種CPU供選擇。 4.CPU單元設(shè)計集成的24V負載電源：可直接與傳感器和變送器相連，便于操作，CPU221(6DI\4DO)，CPU222CN(8DI\16DO)、CPU224CN(14DI/10DO)、CPU224XP/224XPSICN(14DI+2A)，CPU226CN(24DO/15DO)、分別輸出大電流。可作為負載電源。a.不同的設(shè)備類型CPU221~226分別有2種類型不同的CPU，分別有不同的輸出方式繼電器輸出和晶體管輸出。b.本機數(shù)字量輸入/輸出點CPU22110個輸出端，CPU224XP具有14個輸入端和10個輸出端，CPU226具有2U221具有4個輸出端和6個輸入端，CPU222具有6個輸入端和8個輸入端，CPU224具有14個輸入端4個輸入端口和16個輸出端口。c.本機模擬量輸入/輸出點CPU224XP具有2個輸入端口，1個輸出端口。d.中斷輸入。在程序發(fā)生被干擾時，需要中斷程序時，能做出快速的響應(yīng)。e.計數(shù)器

CPU221/CPU222

4個高速計數(shù)器（30KHz的），可編程和可復位的輸入，同時作為加法，減法計數(shù)2個獨立的輸入。

CPU224/224XP/226

6高速計數(shù)器（30KHz的），CPU221/222具有相同的功能。

CPU224XP/226

可以方便地擴展擴展模塊的數(shù)字和模擬?？墒褂梅抡嫫鳎蛇x）模擬機輸入信號調(diào)試用戶程序，本設(shè)計采用CPU224。

5模擬電位器

CPU221和CPU222電位器1

CPU224和CPU224XP和CPU226電位器2

CPU221和CPU222和CPU224和CPU224XP和CPU226也有

6脈沖輸出

2高頻脈沖輸出（20KHz的），是用來控制步進電機或伺服電機實現(xiàn)定位任務(wù)。

7實時時鐘

信息，如加入時間標記，記錄運行時間或處理的時間控制的機器。

EEPROM存儲器模塊

快下班可以作為修改和拷貝程序而不程序員，和助手軟件存檔。

8有兩種不同型號的PC/PPI電纜：

帶隔離PC/PPI電纜的RS-232端口交換機，設(shè)置波特率和其它配置與5DIP。

與非隔離的PC/PPI電纜將RS-232端口，波特率設(shè)置有4個DIP開關(guān)。非隔離的PC/PPI電纜的技術(shù)規(guī)范，請參閱S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊。

當數(shù)據(jù)被從RS-232傳送到RS-485端口，PC/PPI電纜傳輸模式。當數(shù)據(jù)被從RS-485傳送到RS-232端口，PC/PPI電纜是接收模式。當檢測到的RS-232的傳輸線是字符，電纜接收來自即時變化的傳輸模式的模式。當RS-232發(fā)來的空閑時間超過電纜切換時間，電纜線，并切換到接收模式。這一次電纜上的DIP開關(guān)，設(shè)置波特率選擇。

9種不同類型的優(yōu)點

CPU221

本機集成6輸入端/輸出的4位10數(shù)字I/O。但是沒有I/O擴展能力。6K字節(jié)的程序和數(shù)據(jù)的存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz的高速脈沖輸出。1/RS485通訊編程，通訊用PPI通信協(xié)議的能力，MPI通訊協(xié)議和自由的方式此CPU適合于微控制器控制的小的數(shù)目。

CPU222

本機集成了8個輸入/輸出的6位14數(shù)字I/O。具備連接2個擴展模塊的能力。6K字節(jié)的程序和數(shù)據(jù)的存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz的高速脈沖輸出。1/RS485通訊編程，通訊用PPI通信協(xié)議的能力，MPI通訊協(xié)議和自由的方式。非常適合于微控制器控制的小的數(shù)目。

CPU224

CPU224集成的14/10輸入和輸出24個I/O口。具備連接7個擴展模塊的擴展能力，擴展到最大168數(shù)字I/O或35路模擬量I/O。13K字節(jié)的程序和數(shù)據(jù)的存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz的高速脈沖輸出，具有PID控制器。1/RS485通訊編程，通訊用PPI通信協(xié)議的能力，MPI通訊協(xié)議和自由的方式。I/O端子排可容易地拆卸。是控制器具有強大的控制功能。4.2電動機的選型并勵或他勵直流電動機與交流異步電動機相比，雖然結(jié)構(gòu)復雜，價格高，維修也不方便，但是在調(diào)速性能上有其獨特的優(yōu)點。因為鼠籠式電動機在一般情況下是不能調(diào)速的，更不能無級調(diào)速，因此，對調(diào)速要求高的設(shè)備，均采用直流電動機。這是因為直流電動機能無級調(diào)速，機械傳動機構(gòu)比較簡單。由直流電機的轉(zhuǎn)速公式：n=（U-IaRa）/KEΦ可知，Ra、Φ和U中的任意一個量，都可以改變轉(zhuǎn)速，改變Ra的方法可進行調(diào)速。但不足之處是消耗在Ra上的電量多，但是電機機械特性較軟，電阻越大，機械特性越，穩(wěn)定性越低，在空載或輕載時速度可調(diào)范圍小，實現(xiàn)無極調(diào)速困難，特別值得提醒的是，啟動電阻布恩那個當調(diào)速電阻，所以這種方法目前一般已很少采用，僅在有些起重機、卷揚機等低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。他勵直流電動機有三種調(diào)速方式；改變電樞電路串聯(lián)電阻；改變電動機電樞供電電壓；改變電動機的主磁通。（1）調(diào)磁法即改變磁通量。當負載功率PL為一定值時，改變Rf使磁通量發(fā)生改變，如圖13所示。由于n=U/KEΦ-Ra/KTKEΦ·T可知磁通Φ減少時，轉(zhuǎn)速n0升高，△n(轉(zhuǎn)速變化量)增大 但后者與Φ2成反比，所以磁通量越小，機械特性曲線斜率越大，但仍具有一定硬度，如圖14所示。在恒定負載下，Φ愈小，則n越大。由于電機一直在額定電壓下運轉(zhuǎn)，電路磁通已接近飽和，所以一般都是降低磁通的大小（Φ＜Φn），使轉(zhuǎn)速升高（n＞nn）。調(diào)速的過程是：當電壓U保持恒定時，減小磁通Φ。由于機械慣性，轉(zhuǎn)速產(chǎn)立即發(fā)生變化，于是反電動勢E=KE·Φ·n就減小，Ia隨之增加。由于Ia增加的影響超過Φ減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩T=KTΦIa也就增加。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T＞Tc轉(zhuǎn)速n上升。隨著n的升高，反電動勢E增大，Ia和T也著減小，直到T=Tc時為止。但這時轉(zhuǎn)速已比原來升高了。必須注意的是，他勵電動機在額定功率下運行，則電樞電流Ia為額定值，如果調(diào)速時負載轉(zhuǎn)矩仍舊保持額定值，由于T=KTΦIa，故減小磁通量Φ后Ia必然超過額定值，因此調(diào)速后負載轉(zhuǎn)矩必須減小。這種調(diào)速的特點：（1）可以平滑無極調(diào)速，但只能弱磁調(diào)速，即在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)。（2）調(diào)速經(jīng)濟，穩(wěn)定性好；（3）調(diào)速性較軟，且受電動機換向條件等限制。普通他勵電動機的最高轉(zhuǎn)速不能超過額定轉(zhuǎn)速的1.2倍，所以調(diào)速范圍不大。（4）調(diào)速是維持電樞電壓U額定電樞電流Ia保持不變，即P保持不變屬于恒功率型調(diào)速。這種調(diào)速方法的缺點是轉(zhuǎn)速只能上升，即調(diào)速后的轉(zhuǎn)速會超過額定轉(zhuǎn)速。因為電機不允許超過額定轉(zhuǎn)速太多，所以限制了它的調(diào)速范圍。在實際工作中，這種方法常與電壓調(diào)速法配合使用。一般用于不經(jīng)常逆轉(zhuǎn)的重型機床。（2）調(diào)壓法即改變電動機的電樞供電電壓。在一定的負載轉(zhuǎn)矩TL下，加上那個不同的電壓，可以得到不同的轉(zhuǎn)速，則由n=U/KT·Φ-(Ra+Rd/KE·KT·Φ2)·T可見，n0變低了，但△n未改變。因此改變U可得出一組平行的機械特性曲線。在一定負載下，U愈低，則n愈低。因為改變電樞供電電壓只能向小于電機額定電壓的方向改變，所以電機轉(zhuǎn)速將下調(diào)。調(diào)速的過程是：當負載轉(zhuǎn)矩保持一定，上升供電電壓U，由于系統(tǒng)的機械慣性作用，轉(zhuǎn)速n不會突變，相應(yīng)的反電動勢E=KeΦn也不能突變，于是電流Ia減小，轉(zhuǎn)矩T隨之減小。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T小于Tc，電機轉(zhuǎn)速n減小。隨著n的降低，反電動勢E減小，Ia和T增大，直到T=Tc時為止。但這時轉(zhuǎn)速已比原來降低了，系統(tǒng)又工作在一個穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速n。由于調(diào)速時磁通保持不變，在額定的電流下進行調(diào)速，因此電動機的輸出轉(zhuǎn)矩便是一定的這種調(diào)速方式稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。這種調(diào)速方法有下列優(yōu)點：（1）當電源電壓連續(xù)變化時，轉(zhuǎn)速可以平滑無極調(diào)節(jié)，一般只能在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)；（2）調(diào)速特性與固定特性互相平行，機械特性硬度不變，跳讀穩(wěn)定性較高，調(diào)速范圍大；（3）調(diào)速時，因電樞電流與電壓無關(guān)，適合與對恒轉(zhuǎn)矩型負載進行調(diào)速。（4）可以靠調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電樞電壓而不用啟動設(shè)備來啟動電動機。這種調(diào)速方法的缺點是調(diào)壓需配備專門的調(diào)壓設(shè)備，投資較高。近年來由于采用了可控硅整流電源對電動機進行調(diào)壓和調(diào)速，使這種方法得到了廣泛應(yīng)用。印刷設(shè)備中直流電動機的調(diào)速多采用這種方法。2.2.1直流電動機的優(yōu)勢因為直流電動機在調(diào)方面很簡單，相對于異步電動機來說又有以下的優(yōu)勢：（1）由于采用高性能永磁材料，無刷直流電機的轉(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、更高的轉(zhuǎn)矩慣量比。（2）由于沒用轉(zhuǎn)子損耗（轉(zhuǎn)子使用永磁材料），也無需定子勵磁電流分量，所以無刷直流電機具有較高的效率和功率密度。對于同等容量輸出，交流異步電機需要更大功率的整流器和逆變器。（3）由于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無刷直流電機也無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。（4）交流異步電機由于其非線性本質(zhì)，實現(xiàn)控制極為復雜。無刷直流電機把其復雜的磁場定向控制簡化為離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，無需坐標變換，調(diào)速范圍更寬，控制性能更好。綜上所述，無刷直流電機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)計中選用了無刷直流電動機。4.3控制程序的編制，并畫出硬件接線圖1、主電路圖如下所示：圖二車庫自動門主電路電路圖2PLC外圍連接線路如下圖所示：圖三車庫門硬件連線圖第五章自動門控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計5.1汽車車庫自動門電氣控制系統(tǒng)的平面圖及控制要求汽車車庫自動門電氣控制系統(tǒng)控制的平面圖如圖2.2所示。圖2.2說明：超聲波傳感器：紅色區(qū)域為超聲波的感應(yīng)范圍，當小車進入到這個范圍，超聲波開關(guān)被觸發(fā)，常閉變常開，常開變常閉。它的初始狀態(tài)是上面為常閉觸點，下面為常開觸點。光電傳感器：當有物體穿過開關(guān)，并遮住了光束，那么開關(guān)的狀態(tài)常閉變常開，常開變常閉。它的初始狀態(tài)是上面為常閉觸點，下面為常開觸點。門下限開關(guān)：當門下降，碰到它時，門下限開關(guān)會有動作，那么開關(guān)的狀態(tài)常閉變常開，常開變常閉。由于現(xiàn)在門是關(guān)閉的，因此它的初始狀態(tài)是上面為常開觸點，下面為常閉觸點。門上限開關(guān)：當門上升時，碰到它時，門上限開關(guān)會有動作，那么開關(guān)的狀態(tài)常閉變常開，常開變常閉。它的初始狀態(tài)是上面為常閉觸點，下面為常開觸點。門位電動機：采用直流驅(qū)動，按正負方向接入電源，電動機正轉(zhuǎn)（門上升），反之，電動機反轉(zhuǎn)（門下降）。5.2I/O口及定時器/計數(shù)器說明I/O口及定時器/計數(shù)器說明表類別元件端子號作用輸入ST1I0.0超聲波傳感器ST2I0.1上限位行程開關(guān)ST3I0.2下限位行程開關(guān)ST4I0.3光電開關(guān)SB3I0.4啟動/停止開關(guān)SB4I0.5手動開門開關(guān)SB5I0.6聲控開關(guān)輸出KM1Q0.0電機上升接觸器KM2Q0.1電機下降接觸器HLQ0.2照明燈定時器說明：類別器件號設(shè)定值作用定時器T3710秒聲控開關(guān)啟動后，10秒照明燈關(guān)閉T383S車觸光電開關(guān)后，3秒后關(guān)自動門控制過程：按下啟動開關(guān)SB3，當車進入超聲波范圍時電動機正轉(zhuǎn)卷簾門打開，同時給信號T38照明燈打開。當電動機正轉(zhuǎn)接觸到上限位開關(guān)ST2時，電動機停止轉(zhuǎn)動卷簾門停止打開。汽車開始駛進車庫。全部進入后，光電傳感器發(fā)送信號給PLC，同時延時3S，電動機M反轉(zhuǎn)卷簾門開始關(guān)閉。當?shù)竭_下限位開關(guān)ST4時，電動機M停止轉(zhuǎn)動，卷簾門關(guān)閉完成。最后有一個聲音信號I0.6聲控開關(guān)促使照明燈打開，計時器開始計時，10秒后照明燈自動關(guān)閉，如此循環(huán)。5.3梯形圖的設(shè)計5.3.1梯形圖的概述梯形圖。梯形圖基本上沿用繼電器-接觸器電氣控制圖的形式，采用的符號也大致相同。如圖5-2所示，梯形圖兩側(cè)的平行豎線為母線，其間為由許多觸點和編程線圈組成的邏輯行。應(yīng)用梯形圖進行編程時，只要按梯形圖邏輯行順序輸入到計算機中，計算機就可自動將梯形圖轉(zhuǎn)換成PLC能接受的機器語言，存入并執(zhí)行。梯形圖編程的一般規(guī)則有：①梯形圖按自上而下,從左到右的順序排列,每一個繼電器為一個邏輯行,起始于左母線,然后是觸點的各種連接,最后是線圈與右母線連接。②沒有輸入繼電器線圈,其他繼電器線圈在一個程序中只出現(xiàn)一次,而觸點可以重復使用。③在時間繼電器和計數(shù)繼電器之后,要設(shè)常數(shù),并單獨占一行。2）指令語句表。指令表類似于計算機匯編語言的形式，用指令的助記符來進行編程。它通過編程器按照指令表的指令順序逐條寫入PLC并可直接運行。指令表的指令助記符比較直觀易懂，編程也很簡單，便于工程人員掌握，因此得到了廣泛的應(yīng)用。梯形圖包括順序功能圖和功能圖塊；①順序功能圖應(yīng)用于順序控制類的程序設(shè)計，包括步、動作、轉(zhuǎn)換條件、有向連線和轉(zhuǎn)換五個基本要素。順序功能圖的編程方法是將復雜的控制過程分成對個工作步驟（簡稱步），每個步又對應(yīng)著工藝動作，把這些步按照一定的順序要求進行排列組合，就構(gòu)成整體的控制程序②功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言，熟悉數(shù)字電路的技術(shù)人員比較容易掌握。該編程語言類似“與門”、“或門”的方框來表示邏輯運算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入端、輸出端的小圓圈表示“非”運算，信號自左向右流動。5.3.2梯形圖的語句指令設(shè)計網(wǎng)絡(luò)1LDI0.4OM0.0=M0.0網(wǎng)絡(luò)2LDI0.0OQ0.0AM0.0OI0.5ANI0.1=Q0.0AN