基于PLC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計

1前言在經(jīng)濟飛速開展的中國，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，當人走進自動門是感應(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)動裝置將門翻開。當人通過之后，再將門關(guān)上。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。進入90年代以來，自動化技術(shù)開展很快，技術(shù)已經(jīng)很成熟,并取得了驚人的成就，自動化技術(shù)是自動門的重要局部。在現(xiàn)在人們生活中自動門可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防塵、防風(fēng)，同時可以使出入口顯得很莊重高檔，因此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。使用中自動門的控制方法較多，但在實際中相當多的自動門系統(tǒng)一般采用繼電器邏輯控制，這種控制方式故障率高、可靠性低、維修不方便等缺點。而在自動門控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，穩(wěn)定、平安可靠及人性化是首先考慮的因素。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，中國已迎來了自動們開展的黃金時期。自動門性能優(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)用都得到了長足的開展。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，可以推動自動門行業(yè)的開展，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。自動門系統(tǒng)主要由可編程控制器〔PLC〕、感應(yīng)器件、驅(qū)動裝臵和傳動裝臵組成。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，而后發(fā)出控制信號，使驅(qū)動裝臵運行，在通過傳動裝臵帶動門的動作。隨著電子技術(shù)的開展，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。自動門就是自動控制應(yīng)用的以典型例子，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。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，不管對于產(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根本要求，還可以保證自動門的穩(wěn)定性。研究本課題意味著產(chǎn)品本錢的下降，效益提高。因此是一個比較實用且經(jīng)濟的產(chǎn)品。2國內(nèi)外自動門開展2.1國內(nèi)外自動門開展現(xiàn)狀在國外，進入90年代以來，自動化技術(shù)開展很快，技術(shù)已經(jīng)很成熟，并取得了驚人的成就，自動化技術(shù)是自動門的重要局部。在現(xiàn)在人們生活中自動門可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防塵、防風(fēng)，同時可以使出入口顯得很莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。隨著我國經(jīng)濟的飛速開展，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)設(shè)計中，穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、平安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)生很大的影響，因此，自動門還可以分為一般自動門和頻繁使用自動門。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，一般只使用余高檔酒店賓館，自動平移門使用的最廣泛，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，當人走進門時，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)動裝置將門翻開。當人通過之后，再將門關(guān)上。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。自動門的控制方法有很多，從控制器的不同來說，有繼電器控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來控制；智能控制器控制，即通過運行現(xiàn)代自動化設(shè)備來控制，它具有穩(wěn)定性高，平安等優(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)存在許多缺陷而逐步被智能控制器的自動門所淘汰。在智能控制器的選折上，自動門的主控制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，目前許多大型商場的自動門都是有這種方式來控制的。自動門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷開展和完善的過程中，涌現(xiàn)出大批獨具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級形式--自動門起源在歐美，迅速開展至今天，已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細的自動門家族。大中型公共場所，為這些建筑增添了亮麗、時尚的姿彩。自動門從理論上理解應(yīng)該是門的使用

觀念的延伸，是人們根據(jù)需要對門的功能的提升和完善。所以對自動門的認識應(yīng)該從人對門功能的要求開始。作為建筑物一局部的門，從最根本的意義上講，要同時滿足隔離外部環(huán)境和不阻礙人的通行這兩種要求。因此門體本身應(yīng)牢固、密封。自動門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護意識，提升了人們的平安觀念。自動門除可美化出入口環(huán)境外由于中國沒有相關(guān)的自動門國家標準，導(dǎo)致自動門檔次、質(zhì)量良莠不齊。如果你沒有使用過自動門，最好選擇一個由專業(yè)廠生產(chǎn)、能提供較完善售后效勞的自動門品牌〔目前有很多自動門品牌是由一些貿(mào)易公司購置散件加上自己拼裝而成，應(yīng)盡量防止購置此類產(chǎn)品〕。不要認為樣本上全部是外國語，資料也是外國語的商品就是進口的商品，其實這樣是違反國家規(guī)定的。真正的知名品牌，合法的商品不會這樣做。由于中國沒有相關(guān)的自動門國家標準，導(dǎo)致自動門檔次、質(zhì)量良莠不齊。如果你沒有使用過自動門，最好選擇一個由專業(yè)廠生產(chǎn)、能提供較完善售后效勞的自動門品牌〔目前有很多自動門品牌是由一些貿(mào)易公司購置散件加上自己拼裝而成，應(yīng)盡量防止購置此類產(chǎn)品〕。不要認為樣本上全部是外國語，資料也是外國語的商品就是進口的商品，其實這樣是違反國家規(guī)定的。真正的知名品牌，合法的商品不會這樣做。在購置自動門時最好在授權(quán)的指定經(jīng)銷商處或認定銷售店的商店購置〔有懸掛的授權(quán)書〕，而且在購置時要清楚所購置設(shè)備的根本配置，防止買家克扣部件。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寵大，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。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(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，于是迅速在國內(nèi)外的建筑市場上得到大范圍的普及。同時也幾乎成為了銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂場所裝修必不可少的一項配置。

自動平移門最常見的形式是自動門機及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達，當人走近自動門時，雷達感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門翻開。當人通過門之后，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。自動門的開門信號是觸點信號，微波雷達和紅外傳感器是常用的兩種信號源。微波雷達是對物體的位移反響，因而反響速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動后，雷達便不再反響，自動門就會關(guān)閉，對門機有一定的保護作用。紅外傳感器對物體存在進行反響，不管人員移動與否，只要處于傳感器的掃描范圍內(nèi)，它都會反響即傳出觸點信號。缺點是紅外傳感器的反響速度較慢，適用于有行動緩慢的人員出入的場所。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平安防夾人光線、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、高平安性的要求。2〕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CPU224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)器方面運用了自動門專用的微波雷達感應(yīng)器和在工業(yè)控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性好的接近傳感器，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。3〕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，并能更好的考慮到平安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。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及門內(nèi)外的光電開關(guān)，當人走進自動門時，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門的信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門翻開，當人通過門之后，在將關(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檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到了廣泛應(yīng)用。自動門在國外早就得到了普遍應(yīng)用，在國內(nèi)也逐漸得到了大家的認可，已經(jīng)迎來了自動門開展的黃金時期。早期自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點已被逐漸淘汰。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。他采用可以編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、和算數(shù)運算等操作指令，并能通過數(shù)字式和開關(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。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕化工等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的開展。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。21世紀的今天，門更加突出了平安理念，強調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時還突出了建筑藝術(shù)的理念，強調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。自動門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷開展和完善的過程中，涌現(xiàn)出大批獨具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級形式--自動門起源在歐美，迅速開展至今天，已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細的自動門家族。大中型公共場所，為這些建筑增添了亮麗、時尚的姿彩。自動門從理論上理解應(yīng)該是門的使用觀念的延伸，是人們根據(jù)需要對門的功能的提升和完善。所以對自動門的認識應(yīng)該從人對門功能的要求開始。作為建筑物一局部的門，從最根本的意義上講，要同時滿足隔離外部環(huán)境和不阻礙人的通行這兩種要求。因此門體本身應(yīng)牢固、密封。自動門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護意識，提升了人們的平安觀念。自動門除可美化出入口環(huán)境外由于中國沒有相關(guān)的自動門國家標準，導(dǎo)致自動門檔次、質(zhì)量良莠不齊。如果你沒有使用過自動門，最好選擇一個由專業(yè)廠生產(chǎn)、能提供較完善售后效勞的自動門品牌〔目前有很多自動門品牌是由一些貿(mào)易公司購置散件加上自己拼裝而成，應(yīng)盡量防止購置此類產(chǎn)品〕。不要認為樣本上全部是外國語，資料也是外國語的商品就是進口的商品，其實這樣是違反國家規(guī)定的。真正的知名品牌，合法的商品不會這樣做。由于中國沒有相關(guān)的自動門國家標準，導(dǎo)致自動門檔次、質(zhì)量良莠不齊。如果你沒有使用過自動門，最好選擇一個由專業(yè)廠生產(chǎn)、能提供較完善售后效勞的自動門品牌〔目前有很多自動門品牌是由一些貿(mào)易公司購置散件加上自己拼裝而成，應(yīng)盡量防止購置此類產(chǎn)品〕。不要認為樣本上全部是外國語，資料也是外國語的商品就是進口的商品，其實這樣是違反國家規(guī)定的。真正的知名品牌，合法的商品不會這樣做。在購置自動門時最好在授權(quán)的指定經(jīng)銷商處或認定銷售店的商店購置〔有懸掛的授權(quán)書〕，而且在購置時要清楚所購置設(shè)備的根本配置，防止買家克扣部件。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寵大，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。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(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，于是迅速在國內(nèi)外的建筑市場上得到大范圍的普及。同時也幾乎成為了銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂場所裝修必不可少的一項配置。自動平移門最常見的形式是自動門機及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達，當人走近自動門時，雷達感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門翻開。當人通過門之后，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。自動門的開門信號是觸點信號，微波雷達和紅外傳感器是常用的兩種信號源。微波雷達是對物體的位移反響，因而反響速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動后，雷達便不再反響，自動門就會關(guān)閉，對門機有一定的保護作用。紅外傳感器對物體存在進行反響，不管人員移動與否，只要處于傳感器的掃描范圍內(nèi)，它都會反響即傳出觸點信號。缺點是紅外傳感器的反響速度較慢，適用于有行動緩慢的人員出入的場所。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，對與整個自動門行業(yè)是一次技術(shù)革新，提高了自動門的使用率，因此，進行自動門的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以推動自動門行業(yè)的開展，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。2.4電氣控制系統(tǒng)存在問題繼電器控制邏輯采用硬件接線邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想在改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數(shù)目有限，每個只有4-8對觸點，因此靈活性和擴展性很差，而PLC采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式儲存在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變程序即可，因此靈活性和擴展性很好。電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器同時處于受控制狀態(tài)，它屬于并行方式。而PLC的控制邏輯中，各內(nèi)部期間都處于周期性掃描過程中，各種邏輯、數(shù)值輸出地結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計算出來的，它屬于串行方式。PLC有微型計算機的許多特點，但他的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。而PLC那么采用不斷循環(huán)的順序掃描的工作方式。每次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，按順序逐條執(zhí)行用戶程序知道用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新一輪的掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始的重復(fù)上述循環(huán)掃描的，這種工作方式是在系統(tǒng)的控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。PLC是一種工業(yè)控制計算機，所以他的工作原理是建立在計算機的工作原理根底上的，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的。但是CPU是分時操作方式來處理各項任務(wù)的，計算機在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序一次完成相應(yīng)各電器的動作，便成為時間上的串行。由于運算速度極高，各電器的動作似乎是同時完成的，但實際輸入輸出的響應(yīng)是有滯后的。繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點開閉動作一般幾十毫秒數(shù)量級。另外機械觸點還會出PLC現(xiàn)抖動問題；而是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。3自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計本設(shè)計面向商場入口的應(yīng)用，需要有平安性和可靠性。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)由以下功能：開門和關(guān)門控制應(yīng)有手動和自動方式為了便于維護，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人接近門口且門未翻開或者檢測到已無人接近門口且門未關(guān)閉，PLC動作輸出信號開控制點動機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來開門或者關(guān)門。自動門控制系統(tǒng)包含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。1〕當有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時，開門執(zhí)行機構(gòu)KM1動作，電動機正轉(zhuǎn)，到達開門限位開關(guān)K3位置時，電機停止運行。2〕自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)KM2被起動，電動機反轉(zhuǎn)，當門移動到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時，電機停止運行。3〕在關(guān)門過程中，當有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進入開門程序。4〕在門翻開后的8秒等待時間內(nèi)，假設(shè)有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時，必須重新開始等待8秒后，再自動進入關(guān)門過程，以保證人員平安通過。自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動和手動電動控制方式，此種控制方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?？删幊炭刂破鳎⑽腜rogrammableController,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。它以微處理器為核心，集自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)為一體，它通過運行儲存在其內(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)對負載的控制。PLC基于電子計算機，但并不等同于計算機。普通計算機進行入出信息交換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC那么要考慮信息入出的可靠性、實時性、以及信息的實際使用。特別要考慮怎樣適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝便于門內(nèi)外感應(yīng)采集信號，便于維修和抗干擾等問題，入出信息變換及可靠地物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個根本點。PLC可以通過他的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電器控制裝置多得多、強得多。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)，因而具有以下根本功能：邏輯處理功能；數(shù)據(jù)運算功能；準確定時功能；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，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，PLC幾乎都可以做到。像PLC這樣，集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無法比較的。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、智能化創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計，一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣闊工程人員的歡送。其主要特點有:抗干擾能力強，可靠性能高；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強；編程方便，易于使用；功能強大，本錢低；設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短；維護方便；1〕PLC與其它典型控制系統(tǒng)的區(qū)別繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸點。是設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點在開閉時易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差。繼電器控制邏輯采用硬件接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，及時間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想在改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數(shù)目有限，每個只有4-8對觸點，因此靈活性和擴展性很差，而PLC采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式儲存在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變程序即可，因此靈活性和擴展性很好。電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器同時處于受控制狀態(tài)，它屬于并行方式。而PLC得控制邏輯中，各內(nèi)部期間都處于周期性掃描過程中，各種邏輯、數(shù)值輸出地結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計算出來的，它屬于串行方式。PLC有微型計算機的許多特點，但他的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。而PLC那么采用不斷循環(huán)的順序掃描的工作方式。每次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，按順序逐條的執(zhí)行用戶程序知道用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新一輪的掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始的重復(fù)上述循環(huán)掃描的，這種工作方式是在系統(tǒng)的控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。PLC是一種工業(yè)控制計算機，所以他的工作原理是建立在計算機的工作原理根底上的，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的。但是CPU是分時操作方式來處理各項任務(wù)的，計算機在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序一次完成相應(yīng)各電器的動作，便成為時間上的串行。由于運算速度極高，各電器的動作似乎是同時完成的，但實際輸入輸出的響應(yīng)是有滯后的。繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點開閉動作一般幾十毫秒數(shù)量級。另外機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題；而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。2〕與單片機控制系統(tǒng)的區(qū)別單片機控制系統(tǒng)是基于芯片級的系統(tǒng)，而PLC控制系統(tǒng)是基于板級或模塊級的系統(tǒng)。其實PLC本身就是一個單片機系統(tǒng)，他是已經(jīng)開發(fā)好的單片機產(chǎn)品。開發(fā)單片機控制系統(tǒng)屬于底層開發(fā)，而設(shè)計PLC控制系統(tǒng)是在產(chǎn)品的單片機控制系統(tǒng)上進行二次開發(fā)。單片機控制系統(tǒng)適合于家電產(chǎn)品、智能化的儀器儀表、玩具和批量生產(chǎn)的控制器產(chǎn)品等場合使用；而PLC控制系統(tǒng)適合在單片機電氣控制系統(tǒng)、工業(yè)控制領(lǐng)域的制造業(yè)自動化和過程中使用。設(shè)計開發(fā)一個單片機控制系統(tǒng)，需要先設(shè)計硬件系統(tǒng)，畫硬件電路圖，制作印刷電路板，購置各種所需要的電子元件，焊接電路板，進行硬件調(diào)試，進行抗干擾等大量工作需要專門的開發(fā)裝置和低級編輯語言控制程序，進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；而PLC不必操心內(nèi)部的計算機系統(tǒng)是否可靠和他們的抗干擾能力，軟件設(shè)計使用工業(yè)編程語言，相對來說比較簡單。進行系統(tǒng)調(diào)試時，因為有好的工程工具幫助，所以非常容易。國際電工委員會〔InternationalElectricalCommittee〕于1987年公布了可編程控制器的標準及其定義：“可編程控制器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)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原那么而設(shè)計。〞可編程控制器是60年代末在美國首先出現(xiàn)，當時叫可編程邏輯控制器PLC〔ProgrammableLogicController〕，目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。PLC的根本設(shè)計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格廉價等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)。控制器和被控對象連接方便。隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計算機技術(shù)的開展，到70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時的PLC已不再是邏輯判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計算和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用微處理器的優(yōu)點?？删幊炭刂破鲗τ脩魜碚f，是一種無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計階段選用可編程控制器，在實施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計控制器，適合批量生產(chǎn)。特別是它的高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到用戶的青昧，因而在冶金、化工、交通、電力等諸多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，與機器人、CAD/CAM一起，被稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱?？删幊炭刂破髡蔀楣I(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡送，并得到迅速的開展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。3.3.2PLC的特點PLC作為一種專用于工業(yè)環(huán)境的、具有特殊結(jié)構(gòu)的計算機，有其顯著的特點。1〕可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。2〕高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間那么更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。3〕硬件配套齊全，功能完善，適用性強PLC開展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的開展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。4〕易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡送PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制翻開了方便之門。5〕安裝方便，擴展靈活PLC采用標準的整體式和模塊式硬件結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場安裝簡便，接線簡單，工作量相對較?。欢夷芨鶕?jù)應(yīng)用的要求擴展輸入—輸出模塊或插件，系統(tǒng)集成方便靈活。各種控制功能通過軟件編程完成，因而能適應(yīng)各種復(fù)雜情況下的控制系統(tǒng)，也便于控制系統(tǒng)的改良和修正，特別適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場合。6〕系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。7〕體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。3.3.3PLC開展歷史自第一臺可編程控制器問世以來，可編程控制器的開展與計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)及通信技術(shù)等高新技術(shù)的開展是緊密相關(guān)的。這些技術(shù)的每次革新，都會給可編程控制器帶來功能和特性的新變化，使得可編程控制器技術(shù)的與飛速開展。目前，可編程控制器以實現(xiàn)從“單片機控制自動化——生產(chǎn)線控制自動化——全廠生產(chǎn)自動化〞的三級解決方案，成為工業(yè)自動化的核心控制設(shè)備?；貞浛删幊炭刂破鞯拈_展歷程，大致可劃分為4個階段。1)從1969年到20世紀70年代中期這一階段可編程控制器主要用于邏輯運算和技術(shù)技術(shù)運算其中央處理器由中小規(guī)模數(shù)字集成電路組成存儲器為此信存儲器，控制功能比較簡單。典型產(chǎn)品有莫迪康公司的084、ALLEN-BRADLEY(AB)公司的PDQ2等。由于這些產(chǎn)品主要完成邏輯運算功能，因此，被稱為可編程序邏輯控制器〔PLC〕。2)20世紀70年代中期到80年代初期這一階段可編程控制器的CPU采用微車力氣，存儲器采用半導(dǎo)體存儲器，不僅整機的體積減小，而且數(shù)據(jù)處理能力獲得很大提高，增加了數(shù)據(jù)運算、傳送、比較等功能，實現(xiàn)了對模擬量的控制?？删幊炭刂破鞯拿Q碎屑為PC，但為了于個人計算機的名稱縮寫PC相區(qū)別，通常還把可編程控制器簡稱為PLC。3)20世紀80年代初期到90年代初期這一階段由于16位，32位微處理器的出現(xiàn)和應(yīng)用，PLC向大規(guī)模、高速度、高性能和網(wǎng)絡(luò)化方向開展，形成了多種系列化產(chǎn)品，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊、功能強大、性能價格比搞的新一代產(chǎn)品，并出現(xiàn)多種不同性能的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在功能上，PLC具有了數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)采集和處理、運動控制、閉環(huán)控制、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，而且隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷迅速擴大，PLC已成為構(gòu)成生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)的主要設(shè)備。在此期間，國際電工委員會公布了PLC標準，似的PLC向標準化開展。典型產(chǎn)品有羅克韋爾自動化公司的PLC-2系列、PLC-3系列，西門子公司的SYMATICS5系列等。4)20世紀90年代至今這一階段PLC繼續(xù)得到快速開展，系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)通信、熱備冗余方面都有了長足的進步，成為了一種功能強大的、成熟的控制系統(tǒng)。同時，通信從各廠家的自稱系統(tǒng)逐步向開放的、統(tǒng)一的和通用的標準網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開展，如控制層的控制網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)和現(xiàn)場總線、管理層的以太網(wǎng)等。產(chǎn)品系列不斷豐富，互通功能得到了較大的開展，系統(tǒng)性能日趨可靠、完善。同時，還捉不采用了符合IEC61131-3標準的程序設(shè)計語言，增加了高級編程語言等，似的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和信息系統(tǒng)管理的視線變得容易、直接。這是，PLC已不是單純意義上的可編程控制器了，而是一種完全的過程系統(tǒng)。典型產(chǎn)品有羅克韋爾自動化公司的PLC-5系列、Control-Logix系列，西門子公司的SYMATICS7系統(tǒng)，莫迪康公司的Quantum系列等。3.3.4PLC的應(yīng)用與開展趨勢目前，PLC已成為工業(yè)控制的標準設(shè)備，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、汽車、采礦、水泥、機械制造、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保、娛樂等行業(yè)。概括起來主要有以下幾個方面：開關(guān)邏輯和順序邏輯模擬量控制運動控制數(shù)據(jù)處理通信與聯(lián)網(wǎng)從第一臺PLC問世至今，其開展經(jīng)歷了實用化階段、成熟階段和加速開展階段。PLC主要在以下幾個方面得到了不斷開展：小型PLC產(chǎn)品性能提高、結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化大型PLC功能不斷完善強化聯(lián)網(wǎng)通信能力I/0模塊分散化、智能化編程語言標準化控制算法不斷增加迅速與其他工業(yè)產(chǎn)品整合進一步向開放型開展伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的開展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成局部，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。在21世紀，PLC將會有更大的開展空間。4自動門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1PLC的選擇在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)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)和范圍確定所需要的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估計輸入輸出點數(shù)、所需存儲器的容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的廉價，且體積相比照較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴展相比而言更加方便靈活，易于擴展，在I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地較大，且維護方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠程I/O硬件，系統(tǒng)反響快、本錢低；遠程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分配范圍廣，遠程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增加驅(qū)動器以及遠程I/O電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但是必須要附加通訊模塊。一般小型〔低檔〕PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量為主，帶少量模擬量的控制系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小以及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次的PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要，如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有的速度要求時，那么應(yīng)慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。PLC平均的I/O點的價格還比較高，因此應(yīng)該合理的選用PLC的I/O點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的I/O點數(shù)最少，但必須有一定的裕留。通常I/O點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10%~15%的裕量來確定。用戶程序所需要的存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能相關(guān)，而且還與功能實現(xiàn)的方法、編程水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時，其程序量可能相差25%之多，所以對于初學(xué)者應(yīng)該在存儲容量估算時多留裕量。PLC的I/O點數(shù)的多少，在很大程度上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在I/O點數(shù)確定的根底上，按下式估算存儲容量以后，再加20%~30~裕量。存儲容量〔字節(jié)〕=開關(guān)量I/O點數(shù)*10+模擬量I/O通道數(shù)*100另外，在存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。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?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，在增加10%到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〕存儲器容量的選擇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)用工程實用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器的容量。設(shè)計階段，由于用戶程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，須在程序調(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算，通常采用存儲器容量的估算來代替，存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的形式，許多文獻資料中給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10到15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)〔16位為一個字〕，另外再按次數(shù)的25%考慮余量。因此本課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲索要儲存的程序，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性能的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)的要求，主要介紹一下幾種功能的選擇。a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。b編程功能離線編程方式：PLC和編程器共用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供效勞，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)本錢，但使用和調(diào)試不方便。在編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責(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。這種方式本錢較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化變成語言：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言表〔IL〕、結(jié)構(gòu)文本〔ST〕兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守標準〔IEC6113123〕，同時，還應(yīng)支持多種語言變成方式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。c診斷功能PLC的診斷功能爆孔硬件和軟鍵的診斷。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，通過軟鍵對PLC的CPU玉外部輸入輸出等部件信息叫喚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。4〕機型的選擇PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊兩類型型，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/0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/0卡件或插卡，因此用戶可較合理的選擇和配置系統(tǒng)控制的I/0點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。b經(jīng)濟的考慮選擇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，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。點當數(shù)增加到一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對PLC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)濟性的考慮因此選用整體型PLC。5〕對PLC響應(yīng)時間的要求對于多數(shù)場合，PLC的相應(yīng)時間根本上能滿足控制要求。響應(yīng)時間包括輸入濾波時間，輸出濾波時間和掃描周期。PLC的工作方式?jīng)Q定了他不能接受頻率過高或持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號，當有此類信號輸入時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。綜合以上因素，本課題的設(shè)計采用德國西門子公司生產(chǎn)的CPU224小型PLC來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。其主要參數(shù)如下表：表4-1主要參數(shù)表Tab.4-1Themainparametertable主要性能集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點，2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或38路模擬量I/O點其他性能20K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的高速計數(shù)器〔100KHZ〕，2個100KHZ的高速脈沖輸出，2個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本機還新增多種功能，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LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等自動門的驅(qū)動器是自動門能否良好工作的保障。在本設(shè)計中是運用直流無刷電機。直流無刷電機功率密度高，噪音極小、調(diào)速性能好，即具備交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，又具備直流電動機線性機械特性、調(diào)速范圍寬、啟動轉(zhuǎn)矩大、運行效率高等諸多優(yōu)點。是應(yīng)用于“輕、小、薄、安靜、精密、可靠〞等場合的最正確選擇本設(shè)計選用的是亞坦電機控制生產(chǎn)的45BLDC系列直流無刷電機，電機直徑φ45，額定轉(zhuǎn)數(shù)4000轉(zhuǎn)，額定扭矩0.036N.m，功率15W～100W。額定電壓24VDC。目前自動門行業(yè)運用的感應(yīng)器件主要有微波感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器等。微波感應(yīng)器，又稱微波雷達，對物體的移動進行反響，因而反響速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，微波感應(yīng)器是以微波多普勒原理為根底，平面型天線昨感應(yīng)系統(tǒng)，以微處理器作控制。微波感應(yīng)器：微波感應(yīng)器又稱微波雷達，是利用電磁波的多普勒原理來做的，我們知道微波傳感器，任何波都有反射的特性，當一定頻率的波碰到阻擋物的時候，就會有一局部的波被反射回來，如果阻擋物是靜止的，反射波的波長就是恒定的，如果阻擋物是向波源運動，反射波的波長就比波源的波長來得短，如果阻擋物是向遠離波源的方向運動，反射波的波長就比波源的波長來的長，波長的變化，就意味著頻率的變化。微波感應(yīng)正是通過反射波的變化知道有運動物體逼近或遠離的。微波感應(yīng)器的特點：微波感應(yīng)器是以10.525GHz微波頻率發(fā)射、接收。其探測方式具體如下優(yōu)點：1〕非接觸探測。2〕不受溫度、濕度、噪音。紅外感應(yīng)器：紅外感應(yīng)器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測設(shè)備和其他局部的技術(shù)的提高，紅外感應(yīng)器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度。紅外感應(yīng)器的特點：紅外感應(yīng)器，是對物體的存在進行反響，不管人員是否移動，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會反響，另外，紅外感應(yīng)器的反響速度比微波感應(yīng)器慢。根據(jù)不同的功能和性能運用在各類不同場合的自動控制系統(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)的平安及穩(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)計自動門的人員檢測上運用上海順安達門業(yè)裝飾的微波自動門感應(yīng)器WB-3004，其規(guī)格如下：表4-2感應(yīng)器規(guī)格表Tab.4-2Thesensorspecifications型號WB-3004供電電壓AC/DC12V—AC/DC24V工作頻率50Hz—60Hz感應(yīng)探頭工作頻率—12.00GHz)工作指示方式LED感應(yīng)時間/延時時間感應(yīng)范圍4.0M(W)X3.0M(D)靜態(tài)功耗：200Mw/12V工作功耗：550Mw/12V探頭可調(diào)角度40o—160o工作溫度范圍-25℃—+60℃相對濕度0—95％安裝方式WALL4.4直流電動機的選型直流電動機分為有換向器和無換向器兩大類。直流電動機調(diào)速系統(tǒng)最早采用恒定直流電壓給直流電動機供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡單易行、設(shè)備制造方便、價格低廉；但缺點是效率低、機械特性軟，不能得到較寬和平滑的調(diào)速性能。該法只適用在一些小功率且調(diào)速范圍要求不大的場合。30年代末期，發(fā)電機-電動機系統(tǒng)的出現(xiàn)才使調(diào)速性能優(yōu)異的直流電動機得到廣泛應(yīng)用。這種控制方法可獲得較寬的調(diào)速范圍、較小的轉(zhuǎn)速變化率和平滑的調(diào)速性能。但此方法的主要缺點是系統(tǒng)重量大、占地多、效率低及維修困難。近年來，隨著電力電子技術(shù)的迅速開展，由晶閘管變流器供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)已取代了發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)，它的調(diào)速性能也遠遠地超過了發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)。特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)以及計算機技術(shù)的飛速開展，使直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的精度、動態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。電力電子技術(shù)中IGBT等大功率器件的開展正在取代晶閘管，出現(xiàn)了性能更好的直流調(diào)速系統(tǒng)。常用的控制直流電動機有以下幾種:第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動機電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡單易行設(shè)備制造方便，價格低廉。但缺點是效率低、機械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機-電動機(也稱為旋轉(zhuǎn)變流組)，配合采用磁放大器、電機擴大機、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍(十比一至數(shù)十比一)、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等，特別是當電動機減速時，可以通過發(fā)電機非常容易地將電動機軸上的飛輪慣量反響給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機、電動機調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調(diào)速電動機相當?shù)男D(zhuǎn)電機和一些輔助勵磁設(shè)備，因而體積大，維修困難等。第三，自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機、電動機系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標又進一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機、電動機系統(tǒng)不能比較的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點:維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護人員會造成一定的危害等。第四，1957年世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立即顯示出強大的生命力。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟指標上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在10000以上，比機組(放大倍數(shù)10)高1000倍，比汞弧變流器(放大倍數(shù)1000)高10倍;在響應(yīng)快速性上，機組是秒級，而晶閘管變流裝置為毫秒級。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(fù)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。由直流電動機的轉(zhuǎn)速公式：n=〔U-IaRa〕/KEΦ可知，Ra、Φ和U中的任意一個值，都可使轉(zhuǎn)速改變，改變電樞電路中外電阻的方法也可進行調(diào)速。但其缺點是耗電多，電機機械特性軟，調(diào)速范圍小，且只能進行有級調(diào)速，故這種方法目前已較少采用。現(xiàn)常用的對直流電動機調(diào)速的方法有調(diào)磁法和調(diào)壓法。〔1〕調(diào)磁法即改變磁通量Φ。當保持電源電壓U為額定值時，調(diào)節(jié)Rf，改變勵磁電流If以改變磁通量，如圖13所示。由于n=U/KEΦ-Ra/KTKEΦ·T可知磁通Φ減少時，n0升高，轉(zhuǎn)速降△n增大，但后者與Φ2成反比，所以磁通愈小，機械特性曲線愈陡，但仍具有一定硬度，如圖14所示。在一定負載下，Φ愈小，那么n愈高。由于電動機在額狀態(tài)運行時，它的磁路已接近飽和，所以通常都是減小磁通〔Φ＜Φn〕，將轉(zhuǎn)速往上調(diào)〔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，那么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。必須指出，假設(shè)電動機在額定狀態(tài)下運行，那么電樞電流Ia為額定值，如果調(diào)速時負載轉(zhuǎn)矩仍舊保持不變〔為額定值〕，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)速方法適用于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比而輸出功率根本不變〔恒功率調(diào)速〕的場合。這種調(diào)速方法有3個優(yōu)點：1〕調(diào)速平滑，可無級調(diào)速；2〕調(diào)速經(jīng)濟，控制方便；3〕機械特性較硬，穩(wěn)定性較好。這種調(diào)速方法的局限是轉(zhuǎn)速只能升高，即調(diào)速后的轉(zhuǎn)速要超過額定轉(zhuǎn)速。因為電機不允許超速太多，因此限制了它的調(diào)速范圍。在實際工作中，這種方法常作為電壓調(diào)速的一種補充手段?！?〕調(diào)壓法即改變電壓U。當保持他勵電動機的勵磁電流If為額定值時，降低電樞電壓U，那么由n=U/KT·Φ-Ra/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，那么n愈低。由于改變電樞電壓只能向小于電動機額定電壓的方向改變，所以轉(zhuǎn)速將下調(diào)(nn)。調(diào)速的過程是：當磁通Φ保持不變時，減小電壓U由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，反電動勢E便暫不變化，于是電流Ia減小，轉(zhuǎn)矩T也減小。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，那么T＜Tc，轉(zhuǎn)速n下降。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。由于調(diào)速時磁通不變，如在一定的額定電流下調(diào)速，那么電動機的輸出轉(zhuǎn)矩便是一定的〔恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速〕。這種調(diào)速方法有以下優(yōu)點：1〕機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好；2〕調(diào)速幅度大；3〕可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓；得到平滑的無級調(diào)速。這種調(diào)速方法的缺點是調(diào)壓需用專門的設(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。直流電動機雖然比三相交流異步電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修也不便，但由于它的調(diào)速性能較好和起動轉(zhuǎn)矩較大，因此，對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機械或者需要較大起動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械往往采用直流電動機驅(qū)動。直流電機的優(yōu)點：調(diào)速性能好,調(diào)速范圍廣,易于平滑調(diào)節(jié)。起動、制動轉(zhuǎn)矩大,易于快速起動、停車。易于控制。應(yīng)用:軋鋼機、電氣機車、中大型龍門刨床、礦山豎井提升機以及起重設(shè)備等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。并勵(他勵)電動機與異步電動機相比，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，維護也不方便，但在調(diào)速性能上由其獨特的優(yōu)點。主要優(yōu)點：〔1〕調(diào)速均勻平滑，可以無級調(diào)速(注：異步機改變極對數(shù)調(diào)速的方法叫有級調(diào)速)。〔2〕調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達200以上(調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比〕，因此機械變速所用的齒輪箱可大大簡化?？梢娭绷麟姍C調(diào)速方法有三種。減小調(diào)速的特點：調(diào)速平滑，可得到無級調(diào)速；但只能向上調(diào)，受機械本身強度所限，n不能太高。(2)調(diào)速設(shè)備簡單，經(jīng)濟，電流小，便于控制。機械特性較硬，穩(wěn)定性較好。(4)對專門生產(chǎn)的調(diào)磁電動機,其調(diào)速幅度可達3~4,例如530~2120r/min及310~1240r/min。使用調(diào)磁調(diào)速時應(yīng)注意：假設(shè)調(diào)速后Ia保持不變，電動機在高速運轉(zhuǎn)時其負載轉(zhuǎn)矩必須減小。這種調(diào)速方法只適用于恒功率調(diào)速(如用于切削機床)。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〔應(yīng)用新理論〕，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(fù)雜。無刷直流電機把其復(fù)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)，使用者的綜合本錢下降很大。所以在本課題設(shè)計中選用了無刷直流電動機。在本課題的自動門機械傳動設(shè)計中考慮了以下幾個方面：自動門的傳動主要包括安裝版，軌道，門機，皮帶，吊掛件等。所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡單。電機：驅(qū)動電機采用64V直流電動機，功率大，可調(diào)性強。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，防止積塵對導(dǎo)軌及滑輪的磨損，實現(xiàn)了維護方便的特點?；啠翰捎锰厥獾哪猃埢?，強度高，耐磨性好，同時還有一定的減震效果。皮帶：采用齒形皮帶，齒形皮帶的截面為曲線設(shè)計，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了使用壽命。本控制系統(tǒng)所用到的傳動裝置具體包括如下：1〕自動門扇行進軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進行。2〕自動門扇吊具走論系統(tǒng)：用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。3〕同步皮帶：用于傳輸電機所產(chǎn)動力，牽引自動門吊具走論系統(tǒng)。4.6限位開關(guān)限位開關(guān)就是用以限定機械設(shè)備的運動極限位置的電氣開關(guān)。限位開關(guān)有接觸式的和非接觸式的。接觸式的比較直觀，機械設(shè)備的運動部件上，安裝上行程開關(guān)，與其相對運動的固定點上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當行程開關(guān)的機械觸頭碰上擋塊時，切斷了〔或改變了〕控制電路，機械就停止運行或改變運行。由于機械的慣性運動，這種行程開關(guān)有一定的“超行程〞以保護開關(guān)不受損壞。非接觸式的形式很多，常見的有干簧管、光電式、感應(yīng)式等，這幾種形式在電梯中都能夠見到。當然還有更多的先進形式。限位開關(guān)是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，到達一定的控制目的。通常，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。在電氣控制系統(tǒng)中，限位開關(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。構(gòu)造：由操作頭、觸點系統(tǒng)和外殼組成。在實際生產(chǎn)中，將限位開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，限位開關(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，它的作用原理與按鈕類似。限位開關(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。限位開關(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斷或者斷開的接點閉合。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。限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。限位開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機床、起重機械以及輕工機械的行程控制。當生產(chǎn)機械運動到某一運動位置時，行程開關(guān)通過機械可動局部的動作，將機械信號轉(zhuǎn)化為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產(chǎn)機械給以必要的保護。4.6.1限位開關(guān)的用途日常生活：限位開關(guān)的應(yīng)用方面很多，很多電器里面都有它的身影。那這么簡單的開關(guān)能起什么作用呢？它主要是起連鎖保護的作用。最常見的例子莫過于其在洗衣機和錄音機〔錄像機〕中的應(yīng)用了。在洗衣機的脫水〔甩干〕過程中轉(zhuǎn)速很高，如果此時有人由于疏忽翻開洗衣機的門或蓋后，再把手伸進去，很容易對人造成傷害，為了防止這種事故的發(fā)生，在洗衣機的門或蓋上裝了個電接點，一旦有人開啟洗衣機的門或蓋時，就自動把電機斷電，甚至還要靠機械方法聯(lián)動，使門或蓋一翻開就立刻“剎車〞，強迫轉(zhuǎn)動著的部件停下來，免得傷害人身。在錄音機和錄像機中，我們常常使用到快進或者倒帶，磁帶急速地轉(zhuǎn)動，但是當?shù)竭_磁帶的端點時會自動停下來。在這里行程開關(guān)又一次發(fā)揮了作用，不過這一次不是靠碰撞而是靠磁帶的張力的突然增大引起動作的。工業(yè)：限位開關(guān)主要用于將機械位移轉(zhuǎn)變成電信號，使電動機的運行狀態(tài)得以改變，從而控制機械動作或用作程序控制。限位開關(guān)真正的用武之地是在工業(yè)上，在那里它與其它設(shè)備配合，組成更復(fù)雜的自動化設(shè)備。機床上有很多這樣的限位開關(guān)，用它控制工件運動或自動進刀的行程，防止發(fā)生碰撞事故。有時利用限位開關(guān)使被控物體在規(guī)定的兩個位置之間自動換向，從而得到不斷的往復(fù)運動。比方自動運料的小車到達終點碰著限位開關(guān)，接通了翻車機構(gòu)，就把車里的物料翻倒出來，并且退回到起點。到達起點之后又碰著起點的行程開關(guān)，把裝料機構(gòu)的電路接通，開始自動裝車?？偸沁@樣下去，就成了一套自動生產(chǎn)線，用不著人管，日以繼夜地工作，節(jié)省了人的體力勞動。4.6.2限位開關(guān)的結(jié)構(gòu)限位開關(guān)分工作限位開關(guān)和極限限位開關(guān)，工作限位開關(guān)是用來給出機構(gòu)動作到位信號的。極限限位開關(guān)是防止機構(gòu)動作超出設(shè)計范圍而發(fā)生事故的。工作限位開關(guān)安裝在機構(gòu)需要改變工況的位置，開關(guān)動作后，給出信號，進行別的相關(guān)動作。極限限位開關(guān)安裝在機構(gòu)動作的最遠端，用來保護機構(gòu)動作過大出現(xiàn)機構(gòu)損壞。限位開關(guān)，指為保護內(nèi)置微動開關(guān)免受外力、水、油、氣體和塵埃等的損害，而組裝在外殼內(nèi)的開關(guān)，尤其適用于對機械強度和環(huán)境適應(yīng)性有特殊要求的地方。形狀大致分為橫向型、豎向型和復(fù)合型。對于限位開關(guān)來說，微動開關(guān)的驅(qū)動機構(gòu)是與密封性能和動作特性直接相關(guān)的重要局部。其構(gòu)造分為三類：1〕活塞型根據(jù)密封方法不同，有表中的A型和B型2個種類。A型是用O型環(huán)或薄膜密封的，由于密封橡膠沒有外露，在抵抗工作機械的切割碎屑方面功能較強大，但其反面影響是，有可能會將砂子、切割粉末等壓入活塞的滑動面。B型雖然不會把砂子、切割粉末等壓入，且密封性能優(yōu)于A型，但由于熾熱的切割碎屑飛濺過來，有可能會損壞橡膠帽。因此，要根據(jù)使用場所的不同選用A型或B型。而柱塞型仍然通過柱塞的往復(fù)運動壓縮或吸進空氣。為此，如果長時間將柱塞壓入，限位開關(guān)內(nèi)的壓縮空氣逸失，內(nèi)部壓力將與大氣壓相同，即使急于讓柱塞復(fù)位，柱塞卻有緩慢復(fù)位的傾向。為了防止發(fā)生這種故障，設(shè)計時，根據(jù)柱塞的壓入將空氣的壓縮量控制在限位開關(guān)內(nèi)部全部空氣量的20%以內(nèi)。另外，為了延長微動開關(guān)的壽命，在這一構(gòu)造內(nèi)部設(shè)置了一個OT吸收機構(gòu)，該OT吸收機構(gòu)采用OT吸收彈簧，用以吸收剩余的柱塞的行程。該機構(gòu)相對于柱塞的運動，在中途停止按壓微動開關(guān)輔助柱塞的行程。2〕鉸鏈擺桿型在擺桿端部〔滾珠〕，柱塞的行程量根據(jù)擺桿的比例擴大，因此，一般不使用OT吸收機構(gòu)。3〕旋轉(zhuǎn)擺桿型舉一個典型的例如，來例如WL的構(gòu)造，但除此之外，還有兩個類型：將復(fù)位柱塞的功能賦予柱塞的類型；通過線圈彈簧獲取復(fù)位力、用凸輪帶動輔助柱塞的類型。I/0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)。表4-3I/0分配表Tab.4-3I/0allocationtable名稱代碼地址編碼輸入信號啟動停止QS門外光檢測電開關(guān)K1門內(nèi)光檢測電開關(guān)K2開門限位開關(guān)K3關(guān)門限位開關(guān)K4手動開門SB1手動關(guān)門SB2緊急停止開關(guān)KA開門減速限位開關(guān)K5關(guān)門減速限位開關(guān)K6輸出信號開門指示KM1關(guān)門指示KM2速度控制KA3圖4-1主電路圖Fig.4-1Themaincircuitdiagram圖4-2外圍接線圖Fig.4-2Externalwiringdiagram5自動門控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計5.1工作過程的分析根據(jù)本課題的控制要求和平安要求，所設(shè)計的程序按照以下圖所示的流程運行，已到達本系統(tǒng)的最正確設(shè)計要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)計，工作流程如下：首先按下啟動按鈕，當傳感器檢測到能有人體信號時，電動機正傳，帶動自動門執(zhí)行開門過程。當門完全翻開之后，使開門限位開關(guān)翻開，此時自動門停止，進行8秒延時。假設(shè)此時感應(yīng)器重新檢測到有人體信號時，那么在重新進行8秒延時當8秒的延時完畢后，電動機反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。在關(guān)門過程中，傳感器重新檢測到人體信號時，此時中斷關(guān)門轉(zhuǎn)向開門過程。考慮到自動門假設(shè)出現(xiàn)故障時，使用自動控制系統(tǒng)有所不適，于是設(shè)置手動開門和手動關(guān)門。以上工作過程可用流程圖表達如附圖所示。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，事件的結(jié)果表示在右面。梯形圖設(shè)計語言是最常見的一種程序設(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)開展而來的梯形圖受到歡送，并得到廣泛應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計語言的特點：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〕與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是：梯形圖中的能流〔PowerFlow〕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；梯形圖是使用的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氣控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電器人員掌握，特別適用于開關(guān)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)計稱為編程。設(shè)計梯形圖的根本方法和步驟：1〕首先根據(jù)工藝過程控制要求，畫出控制流程圖，力求表達清晰、準確。必要時可以把控制系統(tǒng)分解成幾個相對獨立的局部，盡量簡化，利于編程2)將所有的輸入信號〔按鍵，行程限位開關(guān)，壓力開關(guān)，壓力、速度、時間等傳感器〕和輸出控制對象〔接觸器、電磁閥、電動機、指示燈等〕分別列出，按被采用的PLC型號內(nèi)部邏輯元件編號范圍，對I/O端子做出相應(yīng)的分配和安排。3〕根據(jù)控制流程圖，有規(guī)律的分配和利用PLC內(nèi)部有關(guān)的邏輯元件〔如輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等〕構(gòu)成相應(yīng)的根本回路。4〕以梯形圖的形式來描述控制要求，繪制梯形圖要遵循編程原那么。5〕編寫程序清單時，必須按梯形圖的邏輯行和邏輯單元的編排順序〔由上而下，從左到右〕依次進行。本系統(tǒng)的程序軟件采用西門子公司設(shè)計開發(fā)的STEP-Micro/WIN,選擇他的梯形圖語言進行程序設(shè)計。在設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下編程規(guī)那么：每個繼電器的線圈和他的觸點均用同一個編號，每個元件的觸點使用時沒有數(shù)量限制。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〕。線圈不能直接接在左邊的母線上。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，他很容易引起誤操作，應(yīng)防止。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向流動—即從左向右流動，層次的改變只能從上向下流動。無論選用何種PLC機型，所使用的軟件編號〔即地址〕必須在該機型的有效范圍以內(nèi)。根據(jù)以上規(guī)那么和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，具體程序如下：6程序調(diào)試采用實驗室可編程控制器試驗臺，主機s7-200cpu224cnac/dc/rly,其供電電壓均為直流24v。在模擬調(diào)試過程中，因于實驗條件有限，所以微波探測信號與限位開關(guān)動作均由按鈕代替。1〕連接線路，接電源2〕將在“〞開發(fā)平臺編寫好的軟件通過“RS-232/PPI電纜〞下載到“CPU224〞中。3〕運行過程實驗按啟動按鈕〞QS〞a手動開/關(guān)現(xiàn)象一：當按手動開關(guān)按鈕SB1時，電動機M正轉(zhuǎn)現(xiàn)象二：當按手動開關(guān)按鈕SB2時，電動機M反轉(zhuǎn)b自動開/關(guān)門現(xiàn)象一：當按下按鈕K1或K2時，電動機M正轉(zhuǎn)；假設(shè)按下按鈕K3，那么電動機M停止轉(zhuǎn)動現(xiàn)象二：當電動機M停止轉(zhuǎn)動時，計時器計時8秒進行延時。假設(shè)此時再次按下按鈕K1或K2，那么計時器重新計時8秒?，F(xiàn)象三：當8秒延時完畢后，電動機M進行反轉(zhuǎn)；在反轉(zhuǎn)過程中假設(shè)按下按鈕K1或K2，那么電動機M進行正轉(zhuǎn)?，F(xiàn)象四：當電動機M進行反轉(zhuǎn)過程中，假設(shè)按下K4按鈕，那么電動機停止轉(zhuǎn)動。6.3流程框