基于PLC的自動(dòng)門控制畢業(yè)論文

山東科技大學(xué)畢業(yè)論文PAGEPAGE42摘要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)門系統(tǒng)已開始應(yīng)用于大型公司、科研所、政府機(jī)關(guān)等保密性較強(qiáng)的單位。為增強(qiáng)自動(dòng)門運(yùn)行的可靠性，本設(shè)計(jì)提出了一種可程序設(shè)計(jì)控制器（PLC）與變頻器控制的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)感應(yīng)探測(cè)器（門內(nèi)和門外）、一些開關(guān)及傳感器作為此系統(tǒng)的輸入設(shè)備，變頻器用來調(diào)節(jié)門體速度，并分析了該控制系統(tǒng)的工作原理及系統(tǒng)的硬件組成，分析了人體感應(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程，對(duì)PLC的選型、變頻器的選型、I/O點(diǎn)的確定及自動(dòng)門的動(dòng)作過程等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述。結(jié)合PLC的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)控制系統(tǒng)的工作流程作了合理的優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，給出了控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的程序流程圖、順序功能圖、外部端子接線圖及PLC控制梯形圖等。本設(shè)計(jì)介紹應(yīng)用可程序設(shè)計(jì)控制器取代傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門控制的過程。關(guān)鍵詞：自動(dòng)門；可控制程序設(shè)計(jì)器；梯形圖；變頻控制

ABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,automaticdoorsystemhasbeenappliedtolargecompanies,researchinstitutes,governmentagenciesandotherunitsarehighlyconfidential.Toenhancethereliabilityofautomaticdooroperation,thisdesignpresentsaprogrammablelogiccontroller(PLC)andtheinvertercontrolautomaticdoorcontrolsystem,thedesignusestwosensorprobes(dooranddooroutside),someswitchesandsensorsasthesysteminputdevice,thedrivedoorisusedtoadjustthespeed,andanalyzestheworkingprincipleofthecontrolsystemhardwarecomponentsandsystems,analysisofthehumanbodydetectionsensors,automaticdooroperationpositiondetection,thedoorobstacledetectionandothercontrolcircuittoruntheworkingprocess,theselectionofthePLC,inverterselection,I/Opointsoftheactiontoidentifyandautomaticdoorsandotheraspectsoftheprocessindetail.WithPLC'soperatingcharacteristicsofthecontrolsystemwerereasonableworkflowoptimization.Onthisbasis,giventheprocesscontrolsystemsoftwaredesignflow,sequentialfunctionchart,theexternalcontrolterminalwiringdiagramandPLCladderandsoon.Describestheapplicationoftheprogrammablecontrollerdesignedtoreplacetraditionalrelay,contactorcontrolsystems,automaticdoorcontrolprocess.KEYWORDS:AutomaticDoors；ControlProgramming；Ladder；Drive目錄第1章自動(dòng)門的概述 61.1研究意義與研究背景 71.2自動(dòng)門的簡介 81.3自動(dòng)門技術(shù)發(fā)展方向 91.4自動(dòng)門的組成和分類 101.4.1自動(dòng)門的組成 101.4.2自動(dòng)門的分類 111.5本課題研究的內(nèi)容 121.5.1自動(dòng)門類型的選擇 121.5.2自動(dòng)門的硬件設(shè)計(jì) 131.5.3自動(dòng)門的軟件設(shè)計(jì) 13第2章PLC控制系統(tǒng) 142.1PLC的簡介 142.2PLC的主要功能及特點(diǎn) 152.2.1PLC的主要功能 152.2.2PLC的特點(diǎn) 162.3PLC的組成與基本結(jié)構(gòu) 162.3.1PLC的硬件系統(tǒng) 162.4PLC的工作原理 17第3章自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 183.1自動(dòng)門的功能需求分析 193.2自動(dòng)門的控制要求 203.3自動(dòng)門控制系統(tǒng)構(gòu)成 213.4自動(dòng)門的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22第4章自動(dòng)門硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 234.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 234.2驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 234.3變頻器的選擇 244.3.1變頻器原理 244.3.2變頻器的選型 254.4探測(cè)器的選擇 264.5自動(dòng)門運(yùn)行位置檢測(cè) 274.5.1限位開關(guān)的工作原理 274.5.2光電開關(guān)的工作原理 274.6門運(yùn)行障礙檢測(cè)、報(bào)警 284.7PLC的選擇 284.7.1輸入輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)的估算 284.7.2.存儲(chǔ)容量的估算 294.7.3.控制功能的選擇 294.7.4.機(jī)型的選擇 30第5章自動(dòng)門軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 325.1PLC梯形圖概述 325.2程序流程圖 325.3梯形圖的設(shè)計(jì) 345.4過程分析 36結(jié)論 37致謝 38參考文獻(xiàn) 39附錄 41

第1章自動(dòng)門的概述自動(dòng)門控制系統(tǒng)，在現(xiàn)當(dāng)代社會(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)閉的過程實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)。自動(dòng)門的性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動(dòng)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(diǎn)已逐漸被淘汰。目前自動(dòng)門及其自動(dòng)化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置是可程序設(shè)計(jì)控制器（以下簡稱PLC）,PLC是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的內(nèi)存，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程，PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，功能完善，適用性強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點(diǎn)例如：各種用可識(shí)別傳感器控制的自動(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（可程序設(shè)計(jì)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)的核心組件，作信號(hào)的處理工作。而感應(yīng)部分，采用BISS0001芯片與RE200B熱釋電組件的組合，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，配以繼電器控制來達(dá)到電機(jī)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菀踪徺I，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。1.1研究意義與研究背景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)門起源在歐美，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)門功能的要求開始。作為建筑物一部分的門，從最基本的意義上講，要同時(shí)滿足隔離外部環(huán)境和不妨礙人的通行這兩種要求。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，由于中國沒有相關(guān)的自動(dòng)門國家標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致自動(dòng)門檔次、質(zhì)量良莠不齊。如果你沒有使用過自動(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)易公司購買散件加上自己拼裝而成，應(yīng)盡量避免購買此類產(chǎn)品）。不要認(rèn)為樣本上全是外國語，數(shù)據(jù)也是外國語的商品就是進(jìn)口商品，其實(shí)這樣是違反國家規(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)無人看管，同時(shí)又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次，浴室迅速在國內(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是自動(dòng)門機(jī)及門內(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)，控制器通過驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，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(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)和紅外傳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的場(chǎng)所，它的特點(diǎn)是一旦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)，它都會(huì)反應(yīng)即傳出觸點(diǎn)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)門的簡介自動(dòng)門英文名：automaticdoor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。祭壇點(diǎn)火使1的空氣膨脹，水流入2，利用水的重量使軸3轉(zhuǎn)動(dòng),將門打開。祭壇滅火，門即自動(dòng)關(guān)閉?，F(xiàn)代自動(dòng)門的操作主要有三種方式。①腳踏板式：在踏板之下裝有壓力開關(guān)。②光電束式：在門的附近設(shè)置光束發(fā)射裝置和光電傳感裝置。③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)、鉸鏈或折迭等方式啟閉門扇。為了防盜，必須同時(shí)裝有特殊的設(shè)備，例如家庭用的自動(dòng)門就需要裝設(shè)來人識(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)、車站、銀行等場(chǎng)合已得到廣泛應(yīng)用。1.3自動(dòng)門技術(shù)發(fā)展方向由于目前沒有相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各廠家的產(chǎn)品都按照自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求和測(cè)量方法都不盡相同，如提升力等參數(shù)，差別較大，在市場(chǎng)上造成了較大的混亂，給用戶選擇帶來不便，也不利于行業(yè)的發(fā)展。因此，有必要制定自動(dòng)門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定的主要技術(shù)指標(biāo)以及測(cè)試方法等，引導(dǎo)市場(chǎng)有序競(jìng)爭，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。在建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)和門業(yè)標(biāo)委會(huì)的大力推動(dòng)下，《自動(dòng)門》標(biāo)準(zhǔn)編制工作已經(jīng)展開，目前有許繼施普雷特機(jī)電設(shè)備有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈陽未來科技發(fā)展有限公司、福建漳州市麒麟電子有限公司和上海昌順電子信息技術(shù)有限公司等5家單位參與了此標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。2005年4月2日，在北京召開了編制組成立會(huì)和首次工作會(huì)議。經(jīng)過編制組兩個(gè)多月的工作，現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)的初稿已經(jīng)形成，擬于近期召開編制組第二次工作會(huì)議，對(duì)初稿進(jìn)行討論和修改。經(jīng)過多年發(fā)展，自動(dòng)門行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：(1)智能化，多功能：今后的還將進(jìn)一步提高智能化程度，如自動(dòng)檢測(cè)開關(guān)門行程位置，自動(dòng)適應(yīng)門體阻力的變化，以始終保持較高的遇障保護(hù)靈敏度等。還將增加一些新的功能，如和住宅安防系統(tǒng)配合使用等。(2)免維護(hù)：采取多種措施，減少使用過程中的維護(hù)工作。(3)多樣化：將會(huì)有各種各樣不同外觀和功能的產(chǎn)品，滿足用戶的不同需要。(4)高安全性：隨著用戶安全意識(shí)的提高，安全性將是用戶非常注重的一項(xiàng)指標(biāo)，也將是一項(xiàng)基本要求。1.4自動(dòng)門的組成和分類1.4.1自動(dòng)門的組成主控制器：它是自動(dòng)門的指揮中心，通過內(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)，它就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)；動(dòng)力馬達(dá)：提供開門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制門扇加速與減速運(yùn)行。門扇行運(yùn)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)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)。1.4.2自動(dòng)門的分類自動(dòng)門根據(jù)使用的場(chǎng)合及功能的不同可分為自動(dòng)平移門、自動(dòng)平開門、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門、自動(dòng)圓弧門、自動(dòng)折迭門等，其中平開門用的場(chǎng)合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常寵大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動(dòng)平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動(dòng)門、感應(yīng)門就是指自動(dòng)平移門。

自動(dòng)平移門最常見的形式是自動(dòng)門機(jī)及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達(dá)，當(dāng)人走近自動(dòng)門時(shí)，雷達(dá)通過發(fā)射微波感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開門信號(hào)，控制器通過驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。另外還有紅外感應(yīng)形式，主要是通過紅外線來感受指定范圍內(nèi)溫度變化，當(dāng)人走進(jìn)時(shí)，微波感應(yīng)其器發(fā)射信號(hào)控制門的變化。微波傳感器和紅外傳感器的區(qū)別主要是：微波傳感器，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，適用于行走速度正常的人員通過的場(chǎng)所，它的特點(diǎn)是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動(dòng)，雷達(dá)便不再反應(yīng)，自動(dòng)門就會(huì)關(guān)閉，有可能出現(xiàn)夾人現(xiàn)象。紅外傳感器，對(duì)物體的存在進(jìn)行反應(yīng)，不管人員是否移動(dòng)，只要處于傳感器的掃描范圍內(nèi)，它都會(huì)反應(yīng)。紅外傳感器的反應(yīng)速度比微波傳感器慢。根據(jù)一些不同的要求，某些廠家在生產(chǎn)自動(dòng)門的時(shí)候會(huì)增加一些個(gè)性功能，以方便管理和維護(hù)。如福州蔚藍(lán)電子有限公司自動(dòng)門，它具備以下特點(diǎn)：1、自動(dòng)門微波傳感器對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，靈敏度可調(diào)，性能穩(wěn)定。2、自動(dòng)門加密遙控器聚多功能為一體，對(duì)感應(yīng)門進(jìn)行加密，可以避免工程上出現(xiàn)的賴賬，呆賬，等現(xiàn)象從而有效保護(hù)經(jīng)銷商的利益，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遙控開門、常開、上鎖、開鎖；具有連接卡片閱讀機(jī)、指紋、出門按扭、電鎖等外圍設(shè)備的功能。3、安全光線可以有效克服感應(yīng)探頭感應(yīng)不到的盲區(qū)，從而使感應(yīng)門更安全。4、自助銀行刷卡機(jī)整體一機(jī)設(shè)計(jì)，ABS電鍍外殼堅(jiān)固耐用方便安裝，可搭配任何銀行提款卡使用，無卡片容量限制，進(jìn)口合金磁頭靈敏度高、超耐磨、高抗(400)或低抗(300)Oe磁卡均可使用；適用于自助銀行。5、自動(dòng)門微波模塊、踢腳開光、ID卡密碼機(jī)、遙控收發(fā)模塊、電動(dòng)車報(bào)警器、伸縮門電子顯示屏、摩托車報(bào)警器。1.5本課題研究的內(nèi)容綜合了自動(dòng)門的實(shí)用、簡潔、便捷、簡單、的要求，在本課題中主要研究自動(dòng)平移門，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)平移門具有手動(dòng)和自動(dòng)開門功能和分時(shí)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(chǎng)等人流眾多的場(chǎng)所的高效率、高安全和穩(wěn)定性的要求。本設(shè)計(jì)將在以下幾個(gè)方面對(duì)自動(dòng)門的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和論證。1.5.1自動(dòng)門類型的選擇由于門體的重量及體積不同會(huì)對(duì)自動(dòng)門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)提出不同的要求，所以各種自動(dòng)門又可以分為重型自動(dòng)門和輕型自動(dòng)門。客流量的差異會(huì)對(duì)自動(dòng)門的使用產(chǎn)生很大的影響，因此，自動(dòng)門還可以分為一般自動(dòng)門和頻繁使用自動(dòng)門。綜合了自動(dòng)門的實(shí)用，簡潔、便捷、簡單的要求，在本課題中主要研究自動(dòng)平移門，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)平移門具有手動(dòng)和自動(dòng)開門功能和分時(shí)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(chǎng)等人流眾多的場(chǎng)所的高效率、高安全性的要求。1.5.2自動(dòng)門的硬件設(shè)計(jì)為滿足日常的需要本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門要求有很高的穩(wěn)定性，故在本設(shè)計(jì)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CPU224小型PLC。驅(qū)動(dòng)裝置選用穩(wěn)定性較好、功率強(qiáng)大、自帶減速裝置的三相交流電機(jī)，在傳感器運(yùn)用自動(dòng)門專用的微波雷達(dá)傳感器和在工業(yè)自動(dòng)控制上大量運(yùn)用的具有檢測(cè)精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運(yùn)用傳感器件感應(yīng)到的開關(guān)量信號(hào)輸入給PLC，再由來PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)門的控制。本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮了自動(dòng)門的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、方便、安全的需要。1.5.3自動(dòng)門的軟件設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中選用了目前運(yùn)用最多的PLC程序設(shè)計(jì)語言梯形圖，梯形圖能直觀明了的設(shè)計(jì)出自動(dòng)門的控制要求，并能更好的實(shí)現(xiàn)安全性和故障報(bào)警等問題，梯形圖的編寫運(yùn)用西門子程序設(shè)計(jì)軟件，此軟件具有強(qiáng)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(shí)間。

第2章PLC控制系統(tǒng)可程序設(shè)計(jì)控制器（ProgrammableController簡稱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，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)?？沙绦蛟O(shè)計(jì)控制器具有能力強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、程序設(shè)計(jì)簡單等優(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的簡介由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對(duì)它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1980年正式將可編程控器命名為PC（ProgrammableController），但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC（PersonalComputer）相區(qū)別，常將可程序設(shè)計(jì)控制器簡稱為PLC，并給PLC作了定義：可編程控器是一種帶有指令內(nèi)存、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)生過程的自動(dòng)化控制裝置。1982年，國際電工委員會(huì)（InternationalElectricalCommittee，IEC）頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年提交了第二稿，并在1987年的3稿中對(duì)PLC作了如下的定義：“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)。它采用可編程控器的內(nèi)存，用來在其內(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)過程?？沙绦蛟O(shè)計(jì)控制器及其有關(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)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”程序設(shè)計(jì)是一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。2.2PLC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。過去，PLC長于邏輯運(yùn)算控制，對(duì)于模擬量的控制主要靠儀表或分布式控制系統(tǒng)，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類仿真量的功能，而且程序設(shè)計(jì)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)十甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。對(duì)于定時(shí)器，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地完成步進(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，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2.3PLC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)，只不過它比一般計(jì)算器具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的程序設(shè)計(jì)語言，具有更適應(yīng)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。2.3.1PLC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。圖2-1PLC硬件主機(jī)系統(tǒng)圖2.4PLC的工作原理可程序設(shè)計(jì)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)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性的地集中采樣、集中輸出的方式來完成。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)的立即輸入信號(hào)。對(duì)其他信息，則是從PLC的原件映射寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入組件映像寄存器中，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)果寫入到輸出映射寄存器中。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，除了輸入映射寄存器外，各個(gè)組件映像寄存器的內(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)集中批處理過程，當(dāng)CPU對(duì)全部用戶程序掃描結(jié)束后，將組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。第3章自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本章從自動(dòng)門的功能需求、控制要求、系統(tǒng)組成、機(jī)械傳動(dòng)等方面系統(tǒng)介紹了自動(dòng)門控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題及解決辦法。3.1自動(dòng)門的功能需求分析本設(shè)計(jì)面向商場(chǎng)入口的應(yīng)用，需要有安全性和可靠性。結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：圖3-1自動(dòng)門結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)商場(chǎng)中對(duì)自動(dòng)門的具體要求，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門應(yīng)由以下功能：1、開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式為了便于維護(hù)，自動(dòng)門應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動(dòng)位置時(shí)，門可以手動(dòng)調(diào)節(jié)開或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動(dòng)位置時(shí)，手動(dòng)開門失效，由感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)有人接近門口且門未打開或者檢測(cè)到已無人接近門口且門未關(guān)閉，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)給變頻器來控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)開門或者關(guān)門。2、防夾人功能為了杜絕自動(dòng)門的夾人事件，在門兩側(cè)安裝主動(dòng)式紅外線防夾傳感器，一防止停留在門附近的人被門所夾住。3、蜂鳴器提示功能當(dāng)自動(dòng)門出現(xiàn)夾人意外狀況時(shí)，PLC輸出信號(hào)給蜂鳴器，蜂鳴器響以提示管理人員的注意。自動(dòng)門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動(dòng)作執(zhí)行組件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)控制方式，此種控制模式為目前大多數(shù)自動(dòng)門的控制方式。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)化控制。3.2自動(dòng)門的控制要求1.當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開關(guān)SBl或SB2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KMl、KM2動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)門到達(dá)開門減速開關(guān)SB3位置時(shí)，電機(jī)開始減速，門到達(dá)開門限位開關(guān)SB4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。2.自動(dòng)門在開門位置停留8秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM3、KM4被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門減速開關(guān)SB5位置時(shí)，電機(jī)開始減速，門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)SB6位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。3.在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開關(guān)SBl或SB2時(shí)，門立即停止且停止0.5秒后，自動(dòng)進(jìn)入開門程序。4.在門打開后的8秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開關(guān)SBl或SB2時(shí)，必須重新開始等待8秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。5.當(dāng)有人站在門口不進(jìn)入時(shí)，感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開關(guān)SBl或SB2就會(huì)一直檢測(cè)到信號(hào)，定時(shí)器處于循環(huán)定時(shí)狀態(tài)。自動(dòng)門控制裝置由門外感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開關(guān)SBl、門內(nèi)感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開關(guān)SB2、開門減速開關(guān)SB3、開門到限位開關(guān)SB4、關(guān)門減速開關(guān)SB5、關(guān)門到限位開關(guān)SB6、開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KMl/KM2(使直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn))、關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM3/KM4(使直流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn))等部件組成?？紤]到自動(dòng)控制門在出現(xiàn)故障時(shí)的維修方便，所以增加了手動(dòng)開門K1、手動(dòng)關(guān)門K2.3.3自動(dòng)門控制系統(tǒng)構(gòu)成自動(dòng)門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動(dòng)作執(zhí)行組件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(dòng)電動(dòng)控制方式，此種控制方式為目前大多自動(dòng)門的控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)化控制。1.主控器是自動(dòng)感應(yīng)門的指揮中心，它通過內(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)工作人員可通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。2.感應(yīng)探測(cè)器負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，當(dāng)有移動(dòng)物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控器一個(gè)脈沖信號(hào)。3.動(dòng)力馬達(dá)可提供開關(guān)門的主動(dòng)力。4.自動(dòng)感應(yīng)門扇行進(jìn)軌道用于約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進(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)力牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行。6.同步皮帶(有的廠家使用三角皮帶)用于傳輸馬達(dá)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)前后擺動(dòng)。3.4自動(dòng)門的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門針對(duì)人流較多的商場(chǎng)，應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，所以在本課題的自動(dòng)門機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中考慮了以下幾個(gè)方面：1.自動(dòng)門的傳動(dòng)主要包括安裝版，軌道，門機(jī)，皮帶，吊掛件等。2.所有的組件都為插入式組件，使得安裝很簡單。3.電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用64V直流電動(dòng)機(jī)，功率大，可調(diào)性強(qiáng)。4.導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形式正懸掛，解決了側(cè)擺得問題，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(duì)導(dǎo)軌及滑輪的磨損，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)方便的特點(diǎn)。5滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強(qiáng)度高，耐磨性好，同時(shí)還有一定的減震效果。6皮帶：采用齒形皮帶，齒形皮帶的截面為曲線設(shè)計(jì)，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動(dòng)齒輪的吻合度，從而提高了使用壽命。

第4章自動(dòng)門硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC控制變頻器來調(diào)節(jié)交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門運(yùn)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(jī)具有效率高、維護(hù)成本低的特點(diǎn)。交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、易于冷卻和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，并且系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，而且能實(shí)現(xiàn)低速恒轉(zhuǎn)矩、高速橫功率運(yùn)轉(zhuǎn)等特性。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)控制的成本得以降低，為交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)門中的大量運(yùn)用提供了條件?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示：圖4-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.2驅(qū)動(dòng)裝置的選擇自動(dòng)門的驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)門能否良好工作的保障，本設(shè)計(jì)中是運(yùn)用變頻器來自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門的目的。這種方法具有穩(wěn)定性好，維修方便，連接簡單，成本較低，是在目前的自動(dòng)門行業(yè)的主流控制方式。根據(jù)本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門的要求應(yīng)選用絕緣電阻、絕緣介電強(qiáng)度、接地裝置、過電壓保護(hù)等符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，具有噪聲低、超載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在結(jié)合了安全、穩(wěn)定的考慮，本設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)同定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100％)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。PLC對(duì)電機(jī)的控制有兩種方式：一種是脈沖+方向控制；一種是正反向脈沖輸出。這里采用第1種方法。PLC的高速脈沖輸出(FrO)提供一個(gè)指定脈沖數(shù)目的方波輸出(占空比為50％)。在加速和減速時(shí)輸出脈沖的頻率(或周期)線性變化，而在恒定頻率段部分保持不變。一旦產(chǎn)生完指定數(shù)目的脈沖，PTO輸出變?yōu)榈碗娖剑钡窖b載一個(gè)新的指定值時(shí)才產(chǎn)生脈沖。PTO輸出占用一個(gè)PLC輸出點(diǎn)，用于控制門體的位移和速度，由另一個(gè)輸出點(diǎn)的信號(hào)控制門體運(yùn)動(dòng)的方向。這兩個(gè)信號(hào)送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器去驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以帶動(dòng)門體完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。4.3變頻器的選擇4.3.1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變頻或向量控制變頻)，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、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。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(gè)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(chǔ)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(dòng)設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機(jī)定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流組件整流，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(jī)使用。4.3.2變頻器的選型根據(jù)自動(dòng)門的需要，變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)：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。本設(shè)計(jì)所用的電機(jī)的額定電壓為380V，故在選擇變頻器時(shí)要符合電機(jī)的額定電壓。(2)電流匹配：變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和超載能力。在本設(shè)計(jì)所使用的三相交流電機(jī)的最大啟動(dòng)電流為0.37A，故所用的變頻器的最大電流應(yīng)大于電機(jī)的最大啟動(dòng)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(shí)有可能發(fā)生，本設(shè)計(jì)所使用的最初啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1.4N/m，所以，在選型中要考慮。2.在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)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(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。綜合以上因素，本設(shè)計(jì)變頻器采用日本三菱公司生產(chǎn)的FR-540變頻器作為控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器。三菱FR-540變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)接線簡單，可運(yùn)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(shí)際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。(3)頻率設(shè)置簡單，并且具有三速設(shè)定功能，可以滿足本設(shè)計(jì)自動(dòng)門系統(tǒng)的控制要求，操作方便，只需輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)外接電位器的旋鈕，就可以進(jìn)行頻率設(shè)置。4.4探測(cè)器的選擇目前自動(dòng)門行業(yè)的運(yùn)用的感應(yīng)開關(guān)主要有觸摸感應(yīng)開關(guān)，微波感應(yīng)開關(guān)，紅外傳感器，接近感應(yīng)開關(guān)等，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，是自動(dòng)門系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動(dòng)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傳感器；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)域的傳感器。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要選用人體感應(yīng)探測(cè)器。人體都有恒定的體溫，一般在37°，發(fā)出波長為10微米左右的紅外線。熱釋電組件探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，對(duì)波長為10微米左右的紅外輻射非常敏感，在接收到人體紅外輻射時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生信號(hào)。被動(dòng)式紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)反向相串聯(lián)的熱釋電組件，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋組件幾乎具有相同的用，使其產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出。一旦人進(jìn)入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射被熱釋電組件接收，由于兩片熱釋電組件接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，因而產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。人體感應(yīng)探測(cè)電路由被動(dòng)紅外探頭、放大電路及電子開關(guān)電路組成，安裝在自動(dòng)門兩側(cè)。當(dāng)有人靠近自動(dòng)門時(shí)，身體輻射出的紅外線被熱釋電紅外傳感器接收下來并將其轉(zhuǎn)換成信號(hào)，經(jīng)檢測(cè)放大電路放大處理后輸出給電子開關(guān)電路。電子開關(guān)信號(hào)輸入到PLC輸入繼電器中，PLC根據(jù)收到的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)將門打開。人體感應(yīng)探測(cè)器需要2個(gè)，分別用來感應(yīng)門內(nèi)外的來人情況，占用PLC兩個(gè)輸入點(diǎn)。4.5自動(dòng)門運(yùn)行位置檢測(cè)本系統(tǒng)的關(guān)鍵是控制門的運(yùn)行，為了達(dá)到更好的控制效果，PLC必須時(shí)刻知道門所處的位置從而做出相應(yīng)的處理，所以在關(guān)鍵的位置上安裝位置傳感器，并把傳感器信號(hào)傳給PLC。為此設(shè)置了兩個(gè)行程開關(guān)，一個(gè)用于檢測(cè)門完全打開時(shí)的位置，叫開門極限開關(guān)，一個(gè)用于檢測(cè)門完全關(guān)閉時(shí)的位置，叫關(guān)門極限開關(guān)。當(dāng)門在運(yùn)行過程中，接近最大位置時(shí)，限位開關(guān)的信號(hào)傳給PLC，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。門離限位開關(guān)較近時(shí)，電機(jī)低速運(yùn)行，通過程序來控制。2個(gè)行程開關(guān)，占用PLC3個(gè)輸入點(diǎn)。4.5.1限位開關(guān)的工作原理行程開關(guān)又稱為限位開關(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)裝有生產(chǎn)的機(jī)械部件上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)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。4.5.2光電開關(guān)的工作原理它是光電接近開關(guān)的簡稱，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。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，接受器再根據(jù)接受到的光線強(qiáng)弱或有無目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。4.6門運(yùn)行障礙檢測(cè)、報(bào)警在門運(yùn)行過程中，有時(shí)會(huì)遇到障礙物阻止它的運(yùn)行。這時(shí)需要具體分析，如果是在開門過程中出現(xiàn)這種情況，有可能是途中障礙的阻止，或者是開門限位開關(guān)壞了，停止運(yùn)行并報(bào)警；如是關(guān)門時(shí)出現(xiàn)這種情況，有可能擠到人或物了，應(yīng)向相反方向運(yùn)行，給出報(bào)警信號(hào)。設(shè)置一個(gè)傳感器檢測(cè)在關(guān)門過程中有無人或物體在門的中間。主動(dòng)式紅外線防夾傳感器由發(fā)射特定頻率的紅外線發(fā)射器與接收器組成，其紅外線頻率與自然界及人體的紅外線不同。在關(guān)門過程中當(dāng)人或物阻擋時(shí)，接收器收不到光信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，該脈沖作為PLC的一個(gè)中斷信號(hào)，PLC控制門體向相反方向運(yùn)動(dòng)。這是一個(gè)非常重要的保護(hù)功能，在防止碰人或物的同時(shí)，保護(hù)自動(dòng)門電機(jī)不會(huì)因超載而燒壞。在自動(dòng)門運(yùn)行中，由于電機(jī)的頻繁轉(zhuǎn)動(dòng)，可能會(huì)使電機(jī)過熱造成電機(jī)機(jī)芯的損壞，因此，在電機(jī)上安置一個(gè)溫度傳感器來監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度，當(dāng)電機(jī)的溫度高于預(yù)定值時(shí)，傳感器把信號(hào)傳給PLC，PLC分析輸出信號(hào)，指示燈亮，提醒監(jiān)管人員的注意，以保證電機(jī)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。4.7PLC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)、所需內(nèi)存的容量、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)。4.7.1輸入輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)的估算I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%~20%可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商的產(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，故本設(shè)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入12點(diǎn)，輸出11點(diǎn)。4.7.2.存儲(chǔ)容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)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(jì)階段是未知的，需要在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來代替。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10~15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的的總字?jǐn)?shù)(16位為一個(gè)字)；另外再按此數(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)2000梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。4.7.3.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特性的選擇。根據(jù)本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制的需要，主要介紹以下幾種功能。(1)控制功能PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(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的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。(2)編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個(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)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)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(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)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)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。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能(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(shí)，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(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(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì)PLC的CPU與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。4.7.4.機(jī)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(chǎng)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(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)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(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。(2)經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)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，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(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)所設(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，因此選擇整體型PLC。綜合以上因素，本設(shè)計(jì)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2-32MR小型PLC來實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)的控制。

第5章自動(dòng)門軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1PLC梯形圖概述梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)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(jì)語言的特點(diǎn)是：1.與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)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(diǎn)是：梯形圖中的能流（PowerFlow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此應(yīng)用時(shí)需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)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(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(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(jì)稱為編程。5.2程序流程圖根據(jù)本設(shè)計(jì)的控制要求和安全要求，所設(shè)計(jì)的程序按照?qǐng)D5-2所示的流程運(yùn)行，以達(dá)到本系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)。圖5-2程序流程圖PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。一個(gè)掃描周期主要分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。由于PLC采用這樣的工作原理，所以即使是順序程序也會(huì)反復(fù)執(zhí)行，程序中各個(gè)部分的執(zhí)行與否由相應(yīng)的條件來控制，條件滿足則執(zhí)行，否則不執(zhí)行。下面就詳細(xì)地介紹程序的流程，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后PLC根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行不同的處理。若按下手動(dòng)選擇按鈕，則自動(dòng)門進(jìn)行手動(dòng)程序，當(dāng)開門按鈕按下時(shí)，自動(dòng)門開門到極限，然后停止運(yùn)行。當(dāng)關(guān)門按鈕按下時(shí)，自動(dòng)門關(guān)門到極限，然后停止運(yùn)行；若按下自動(dòng)選擇開關(guān)，則自動(dòng)門進(jìn)行自動(dòng)程序，當(dāng)門口有人時(shí)，感應(yīng)探測(cè)器感應(yīng)到人的存在，門高速開門到達(dá)開門減速開關(guān)，門減速運(yùn)行到達(dá)開門極限開關(guān)，門停止運(yùn)行，自動(dòng)門停留8秒后自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門程序，到達(dá)關(guān)門減速開關(guān)，門減速運(yùn)行到達(dá)關(guān)門極限開關(guān)，門停止運(yùn)行，當(dāng)感應(yīng)探測(cè)感應(yīng)到有人時(shí)，進(jìn)入下一循環(huán)。若關(guān)門過程中感應(yīng)探測(cè)器感應(yīng)到有人時(shí)，門立即中止關(guān)門程序，停留0.5秒后，自動(dòng)進(jìn)入開門程序，到達(dá)開門極限，然后停留8秒再關(guān)門。若在停留的時(shí)間內(nèi)有人出入，計(jì)時(shí)器進(jìn)行循環(huán)計(jì)時(shí)，直到無人進(jìn)出，然后進(jìn)入關(guān)門程序。5.3梯形圖的設(shè)計(jì)表5-1自動(dòng)門I/O地址分配表類型設(shè)備PLC端子號(hào)輸入端門外感應(yīng)探測(cè)器SB1X000門內(nèi)感應(yīng)探測(cè)器SB2X001開