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1、鄭州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)生設(shè)計(jì) 題目:基于PLC的商店自動(dòng)門(mén)的設(shè)計(jì)姓 名:趙軍超學(xué) 號(hào):班 級(jí): 10級(jí)供電5班聯(lián)系方式: 論文成績(jī)指導(dǎo)教師李全勝答辯成績(jī)主答辯教師綜合成績(jī)答辯委員會(huì)主任 2013年03月15日基于PLC的商店自動(dòng)門(mén)的設(shè)計(jì)摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)已開(kāi)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,而且也開(kāi)始用于商店、酒店、辦公室等大眾場(chǎng)所。為增強(qiáng)自動(dòng)門(mén)運(yùn)行的可靠性,本設(shè)計(jì)提出了一種FX232MR可編程控制器(PLC)與變頻器控制的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)感應(yīng)探測(cè)器(門(mén)內(nèi)和門(mén)外)、一些開(kāi)關(guān)及傳感器作為此系統(tǒng)的輸入設(shè)備,變頻器用來(lái)調(diào)節(jié)門(mén)體速度,并分析了該
2、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(mén)運(yùn)行位置檢測(cè)、門(mén)運(yùn)行障礙檢測(cè)等控制電路的工作過(guò)程,對(duì)PLC的選型、變頻器的選型、I/O點(diǎn)的確定及自動(dòng)門(mén)的動(dòng)作過(guò)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)用可編程控制器取代傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)控制的過(guò)程。關(guān)鍵詞:自動(dòng)門(mén),可控制編程器,梯形圖,變頻控制目錄前言1第一章 概述31.1 研究背景和研究意義31.2 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)的發(fā)展?fàn)顩r41.3 自動(dòng)門(mén)技術(shù)發(fā)展方向5第二章 自
3、動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)72.1 自動(dòng)門(mén)的功能需求分析72.2 自動(dòng)門(mén)的部件組成82.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟82.4 自動(dòng)門(mén)技術(shù)參數(shù)的確定92.5 自動(dòng)門(mén)的控制要求10第三章 自動(dòng)門(mén)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)113.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113.2 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇113.3 變頻器的選擇123.3.1 變頻器原理123.3.2 變頻器的選型133.4 探測(cè)器的選擇133.5 自動(dòng)門(mén)運(yùn)行位置檢測(cè)143.6 門(mén)運(yùn)行障礙檢測(cè)、報(bào)警153.7 可編程控制器(PLC)的選型153.7.1 PLC概述153.7.2 可編程控制器(PLC)的選型163.8 可編程控制器(PLC)的I/O分配19第四章自動(dòng)門(mén)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4、214.1 PLC梯形圖概述214.2 程序流程圖概述22總結(jié)25致謝26參考文獻(xiàn)27附圖 前言 在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國(guó),高樓聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場(chǎng)、寫(xiě)字樓里自動(dòng)門(mén)已經(jīng)是隨處可見(jiàn)。自動(dòng)門(mén)的工作方式是通過(guò)自動(dòng)門(mén)內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)探測(cè)器來(lái)感應(yīng)人的出入,當(dāng)人走近自動(dòng)門(mén)時(shí),感應(yīng)開(kāi)關(guān)感應(yīng)到人的存在,給控制器一個(gè)開(kāi)門(mén)信號(hào),控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)打開(kāi)。當(dāng)人通過(guò)門(mén)之后,再將門(mén)關(guān)閉。由于自動(dòng)門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理,不但能給我們帶來(lái)人員進(jìn)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(mén)增添了不少高貴典雅的氣息。自動(dòng)門(mén)在國(guó)外早已得到普遍應(yīng)用,在我國(guó)也以其優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)
5、同,中國(guó)已經(jīng)迎來(lái)了自動(dòng)門(mén)發(fā)展的黃金時(shí)期。自動(dòng)門(mén)的性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置,早期的自動(dòng)門(mén)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(mén)及其自動(dòng)化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置是可編程控制器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PLC),PLC是一種專(zhuān)門(mén)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存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、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(guò)數(shù)字式或模擬式和開(kāi)關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出,控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)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
6、,體積小,重量輕,能耗低等優(yōu)點(diǎn)。目前,可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車(chē)、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,因此運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門(mén)具有較高的可靠性,維修方便等特點(diǎn),因此,進(jìn)行自動(dòng)門(mén)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),可以推動(dòng)自動(dòng)門(mén)行業(yè)的發(fā)展,擴(kuò)大PLC在自動(dòng)門(mén)行業(yè)乃至整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用,具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究?jī)r(jià)值。本設(shè)計(jì)主要介紹運(yùn)用PLC為控制器的自動(dòng)門(mén)的開(kāi)發(fā)和研究,所有產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)都要講究實(shí)用,本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品對(duì)許多的場(chǎng)合都能適用,而且能夠簡(jiǎn)單化,不論對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商還有使用者來(lái)說(shuō),都是最好的。他們需要的是一個(gè)廉價(jià)的又是一個(gè)實(shí)用的產(chǎn)品。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正好具備了這樣的一個(gè)要求,能夠在大多數(shù)
7、的地方應(yīng)用。因此本設(shè)計(jì)就是解決了這樣一個(gè)問(wèn)題,還可以保證自動(dòng)門(mén)的穩(wěn)定性,且本設(shè)計(jì)意味著產(chǎn)品成本下降,效益提高。因此是一個(gè)比較實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。第一章概述1.1 研究背景和研究意義21世紀(jì)的今天,門(mén)更加突出了安全理念,強(qiáng)調(diào)了有效性:有效地防范、通行、疏散,同時(shí)還突出了建筑藝術(shù)的理念,強(qiáng)調(diào)門(mén)與建筑以及周?chē)h(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。自動(dòng)門(mén)大規(guī)模專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)始于150年前,在不斷發(fā)展和完善的過(guò)程中,涌現(xiàn)出大批獨(dú)具規(guī)模的專(zhuān)業(yè)制造商。門(mén)的高級(jí)形式-自動(dòng)門(mén)起源在歐美,迅速發(fā)展至今天,已經(jīng)形成了種類(lèi)齊全、功能完善、造工精細(xì)的自動(dòng)門(mén)家族。大中型公共場(chǎng)所,為這些建筑增添了亮麗、時(shí)尚的姿彩。自動(dòng)門(mén)從理論上理解應(yīng)該是門(mén)的使
8、用觀念的延伸,是人們根據(jù)需要對(duì)門(mén)的功能的提升和完善。所以對(duì)自動(dòng)門(mén)的認(rèn)識(shí)應(yīng)該從人對(duì)門(mén)功能的要求開(kāi)始。作為建筑物一部分的門(mén),從最基本的意義上講,要同時(shí)滿(mǎn)足隔離外部環(huán)境和不妨礙人的通行這兩種要求。因此門(mén)體本身應(yīng)牢固、密封。由于中國(guó)沒(méi)有相關(guān)的自動(dòng)門(mén)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致自動(dòng)門(mén)檔次、質(zhì)量良莠不齊。如果你沒(méi)有使用過(guò)自動(dòng)門(mén),最好選擇一個(gè)由專(zhuān)業(yè)廠生產(chǎn)、能提供較完善售后服務(wù)的自動(dòng)門(mén)品牌(目前有很多自動(dòng)門(mén)品牌是由一些貿(mào)易公司購(gòu)買(mǎi)散件加上自己拼裝而成,應(yīng)盡量避免購(gòu)買(mǎi)此類(lèi)產(chǎn)品)。不要認(rèn)為樣本上全部是外國(guó)語(yǔ),資料也是外國(guó)語(yǔ)的商品就是進(jìn)口的商品,其實(shí)這樣是違反國(guó)家規(guī)定的。真正的知名品牌,合法的商品不會(huì)這樣做。在購(gòu)買(mǎi)自動(dòng)門(mén)時(shí)最好在
9、授權(quán)的指定經(jīng)銷(xiāo)商處或認(rèn)定銷(xiāo)售店的商店購(gòu)買(mǎi)(有懸掛的授權(quán)書(shū)),而且在購(gòu)買(mǎi)時(shí)要清楚所購(gòu)買(mǎi)設(shè)備的基本配置,防止買(mǎi)家克扣部件。自動(dòng)門(mén)根據(jù)使用的場(chǎng)合及功能的不同可分為自動(dòng)平移門(mén)、自動(dòng)平開(kāi)門(mén)、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)、自動(dòng)圓弧門(mén)、自動(dòng)折疊門(mén)等,其中平開(kāi)門(mén)用的場(chǎng)合較少,旋轉(zhuǎn)門(mén)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(mén)使用得最廣泛,大家一般所說(shuō)的自動(dòng)門(mén)、感應(yīng)門(mén)就是指自動(dòng)平移門(mén)。自動(dòng)門(mén)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(mén)除可美化出入口環(huán)境外,由于自動(dòng)門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)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,于是迅速在國(guó)內(nèi)外的建筑市場(chǎng)上得到大
10、范圍的普及。同時(shí)也幾乎成為了銀行,寫(xiě)字樓,酒店等辦公娛樂(lè)場(chǎng)所裝修必不可少的一項(xiàng)配置。自動(dòng)平移門(mén)最常見(jiàn)的形式是自動(dòng)門(mén)機(jī)及門(mén)內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)探測(cè)器,當(dāng)人走近自動(dòng)門(mén)時(shí),感應(yīng)探測(cè)器感應(yīng)到人的存在,給控制器一個(gè)開(kāi)門(mén)信號(hào),控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)打開(kāi)。當(dāng)人通過(guò)門(mén)之后,再將門(mén)關(guān)閉。自動(dòng)門(mén)的控制方法有很多,從控制器的不同來(lái)分,有傳統(tǒng)的繼電器控制,即通過(guò)按鈕和復(fù)雜的接線安裝;智能控制器控制,即通過(guò)運(yùn)用現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備來(lái)控制,它具有穩(wěn)定性高,安全等優(yōu)點(diǎn),因此被很多生產(chǎn)廠商所運(yùn)用。由于繼電器邏輯控制的自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)因存在許多缺陷而逐步被智能控制器控制的自動(dòng)門(mén)所淘汰。在智能控制器的選擇上,自動(dòng)門(mén)的主控器有微電腦控制器控制和可編
11、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(diǎn),目前有許多廠家采用此種方式生產(chǎn)自動(dòng)門(mén),PLC控制的特點(diǎn)是穩(wěn)定性高維護(hù)方便,目前許多大型的商場(chǎng)的自動(dòng)門(mén)都是由這種方式來(lái)控制。1.2 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)的發(fā)展?fàn)顩r在國(guó)外,進(jìn)入90年代以來(lái),自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展很快,技術(shù)已經(jīng)很成熟,并取得了驚人的成就,自動(dòng)化技術(shù)是自動(dòng)門(mén)的重要部分。在現(xiàn)在人們生活中自動(dòng)門(mén)可以節(jié)約空間能源、降低噪音、防塵、防風(fēng),同時(shí)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(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,自動(dòng)門(mén)在人們的生活中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛,自動(dòng)門(mén)適合于賓館、酒店、銀行、寫(xiě)字樓、醫(yī)院、商店等公共場(chǎng)所。但在國(guó)內(nèi),自動(dòng)門(mén)的自主研發(fā)尚處于初級(jí)階
12、段。在自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、安全及人性化是需要首先考慮的因素。我國(guó)的自動(dòng)門(mén)狀況有如下幾點(diǎn):廠家多,規(guī)模小 56年來(lái)幾年來(lái), 自動(dòng)門(mén)在國(guó)內(nèi)得到了快速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前國(guó)內(nèi)大大小小生產(chǎn)自動(dòng)門(mén)的廠家已有50多家,但普遍生產(chǎn)規(guī)模小,自主研發(fā)能力差。從新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力和質(zhì)量穩(wěn)定性方面還不具備和進(jìn)口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。 專(zhuān)業(yè)化分工趨勢(shì)顯現(xiàn)早期的生產(chǎn)廠家,一般是自主研發(fā)和生產(chǎn),頂多委托代加工部分零部件。近兩年來(lái),出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)主要部件的廠家,如電機(jī)、主控板、遙控器傳動(dòng)件、塑料件等出現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠家,這一趨勢(shì)使生產(chǎn)的門(mén)檻降低,進(jìn)入的廠家進(jìn)一步增多,導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。 高、低檔次的市場(chǎng)分明進(jìn)
13、口產(chǎn)品借助質(zhì)量和品牌優(yōu)勢(shì),占據(jù)了高端市場(chǎng),目前國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品基本上也都具備了比較完善的功能,但生產(chǎn)工藝略嫌粗糙,質(zhì)量水平參差不齊,整體檔次較低,主要集中在低端市場(chǎng)。 產(chǎn)品同質(zhì)化和市場(chǎng)特點(diǎn)導(dǎo)致利潤(rùn)微薄產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重,加之自動(dòng)門(mén)產(chǎn)品往往是開(kāi)發(fā)商而非最終用戶(hù)在選擇產(chǎn)品,所以?xún)r(jià)格因素占的比重較大,加劇了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。其結(jié)果是眾多廠家一味地比拼價(jià)格,導(dǎo)致利潤(rùn)微薄。同時(shí),由于價(jià)格過(guò)低,也使產(chǎn)品的持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展受到限制。1.3 自動(dòng)門(mén)技術(shù)發(fā)展方向由于目前沒(méi)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
14、戶(hù)選擇帶來(lái)不便,也不利于行業(yè)的發(fā)展。因此,有必要制定自動(dòng)門(mén)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(zhēng),促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。在建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)和門(mén)業(yè)標(biāo)委會(huì)的大力推動(dòng)下,自動(dòng)門(mén)標(biāo)準(zhǔn)編制工作已經(jīng)展開(kāi),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(yáng)未來(lái)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(kāi)了編制組成立會(huì)和首次工作會(huì)議。經(jīng)過(guò)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(kāi)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(guò)多年發(fā)展,自動(dòng)門(mén)行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì): 智
15、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(kāi)關(guān)門(mén)行程位置,自動(dòng)適應(yīng)門(mén)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。免維護(hù):采取多種措施,減少使用過(guò)程中的維護(hù)工作。 多樣化:將會(huì)有各種各樣不同外觀和功能的產(chǎn)品,滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需要。 高安全性:隨著用戶(hù)安全意識(shí)的提高,安全性將是用戶(hù)非常注重的一項(xiàng)指標(biāo),也將是一項(xiàng)基本要求。 第二章 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 自動(dòng)門(mén)的功能需求分析本設(shè)計(jì)是面向公共場(chǎng)所入口的應(yīng)用設(shè)計(jì),需要有安全和可靠性,在設(shè)計(jì)的時(shí)候改良了自動(dòng)門(mén)的友好性,結(jié)構(gòu)如圖2-1所示:圖2-1 自動(dòng)門(mén)結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)入口處對(duì)自
16、動(dòng)門(mén)的具體要求,本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)應(yīng)具有以下功能:為了便于維護(hù),自動(dòng)門(mén)應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)控制,當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥向手動(dòng)位置時(shí),門(mén)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥向自動(dòng)位置時(shí),手動(dòng)開(kāi)門(mén)失效,由感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)有人接近門(mén)口且門(mén)未打開(kāi)或者檢測(cè)到已無(wú)人接近門(mén)口且門(mén)未關(guān)閉,PLC動(dòng)作輸出信號(hào)給變頻器來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)或者關(guān)門(mén)。為了杜絕自動(dòng)門(mén)的夾人事件,在門(mén)兩側(cè)安裝主動(dòng)式紅外線防夾感應(yīng)器,一防止停留在門(mén)附近的人被門(mén)所夾住。當(dāng)自動(dòng)門(mén)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(mén)控制系統(tǒng)包含PLC控制和動(dòng)作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)控
17、制方式,此種控制模式為目前大多數(shù)自動(dòng)門(mén)的控制方式。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來(lái)控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門(mén)的開(kāi)和關(guān)實(shí)現(xiàn)門(mén)的自動(dòng)化控制。2.2 自動(dòng)門(mén)的部件組成主控器是自動(dòng)感應(yīng)門(mén)的指揮中心,它通過(guò)內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊,發(fā)出相應(yīng)指令,指揮馬達(dá)或電鎖類(lèi)系統(tǒng)工作;同時(shí)工作人員可通過(guò)主控器調(diào)節(jié)門(mén)扇開(kāi)啟速度、開(kāi)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),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)。動(dòng)力馬達(dá)可提供開(kāi)關(guān)門(mén)的主動(dòng)力。自動(dòng)感應(yīng)門(mén)扇行進(jìn)軌道用于約束門(mén)扇的吊具走輪系統(tǒng),使其按特定方向行進(jìn)。 門(mén)扇吊具走輪系統(tǒng)用于吊掛活動(dòng)門(mén)扇,同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門(mén)扇運(yùn)行。 同步皮帶
18、(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(mén)扇吊具走輪系統(tǒng)。下部導(dǎo)向系統(tǒng)是自動(dòng)感應(yīng)門(mén)門(mén)扇下部的導(dǎo)向與定位裝置,防止門(mén)扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后擺動(dòng)。2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟在自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要要考慮以下幾點(diǎn): 深入了解和分析自動(dòng)門(mén)的工藝條件和控制要求;確定I/O設(shè)備。根據(jù)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的功能要求,確定系統(tǒng)所需的用戶(hù)輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、傳感器等,常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等;根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類(lèi)型;分配I/O點(diǎn)數(shù),分配PLC的輸入輸出點(diǎn),編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖; 設(shè)計(jì)自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的梯形圖程序,根據(jù)
19、工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序,這是整個(gè)自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。2.4 自動(dòng)門(mén)技術(shù)參數(shù)的確定自動(dòng)平移門(mén)安裝和調(diào)試的關(guān)鍵是提高精度,即導(dǎo)軌的平直度和水平度,門(mén)體地兩個(gè)吊掛點(diǎn)所形成的直線與導(dǎo)軌的平行度和垂直度,最大限度地減少門(mén)體的靜態(tài)側(cè)擺。在自動(dòng)門(mén)投入使用后,尤其是初期,應(yīng)經(jīng)常調(diào)節(jié)門(mén)體,修正運(yùn)行產(chǎn)生的誤差。要嚴(yán)格限制門(mén)體重量,不能超過(guò)自動(dòng)門(mén)的額定負(fù)重。通常在三個(gè)月最多一年內(nèi)要對(duì)自動(dòng)門(mén)進(jìn)行全面的清理和調(diào)整。公共場(chǎng)所的自動(dòng)平移門(mén)因?yàn)槭褂妙l率非常頻繁,而任何自動(dòng)門(mén)的使用頻率和使用壽命都有限。例如機(jī)場(chǎng)、大型超市和醫(yī)院外門(mén)的人員流量每天可達(dá)到成千上萬(wàn)人次,或者在特定時(shí)間段里集中通過(guò)大量人員,在這種情況
20、下,要使用自動(dòng)門(mén)就必須進(jìn)行綜合考慮。例如增加門(mén)的數(shù)量,加大門(mén)扇寬度,增加關(guān)門(mén)延遲時(shí)間等。具體參數(shù)如表2-1所示。表2-1 自動(dòng)門(mén)具體參數(shù)單扇開(kāi)啟寬度(mm)1250(最寬)單扇門(mén)的最大承重(kg)1120kg高度(mm)2500mm最快開(kāi)/關(guān)門(mén)速度(cm/s)60cm/s減速開(kāi)/關(guān)門(mén)速度(cm/s)20cm/s開(kāi)啟保持時(shí)間(s)15s(程序中可調(diào))可編程控制器電源220V AC,50-60Hz驅(qū)動(dòng)器電源380V AC,50Hz驅(qū)動(dòng)器輸出額定功率120W 2.5 自動(dòng)門(mén)的控制要求 當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過(guò)感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)SBl或SB2時(shí),開(kāi)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KMl、KM2動(dòng)作,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),當(dāng)門(mén)到達(dá)
21、開(kāi)門(mén)減速開(kāi)關(guān)SB3位置時(shí),電機(jī)開(kāi)始減速,門(mén)到達(dá)開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)SB4位置時(shí),電機(jī)停止運(yùn)行。 自動(dòng)門(mén)在開(kāi)門(mén)位置停留8秒后,自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程,關(guān)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM3、KM4被起動(dòng),電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),當(dāng)門(mén)移動(dòng)到關(guān)門(mén)減速開(kāi)關(guān)SB5位置時(shí),電機(jī)開(kāi)始減速,門(mén)移動(dòng)到關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)SB6位置時(shí),電機(jī)停止運(yùn)行。 在關(guān)門(mén)過(guò)程中,當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)SBl或SB2時(shí),門(mén)立即停止且停止0.5秒后,自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門(mén)程序。 在門(mén)打開(kāi)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(guò)感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)SBl或SB2時(shí),必須重新開(kāi)始等待8秒后,再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程,以保證人員安全通過(guò)。 當(dāng)有人站在門(mén)口不進(jìn)入時(shí),感應(yīng)探測(cè)
22、器檢測(cè)開(kāi)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(mén)控制裝置由門(mén)外感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)SBl、門(mén)內(nèi)感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)SB2、開(kāi)門(mén)減速開(kāi)關(guān)SB3、開(kāi)門(mén)到限位開(kāi)關(guān)SB4、關(guān)門(mén)減速開(kāi)關(guān)SB5、關(guān)門(mén)到限位開(kāi)關(guān)SB6、開(kāi)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KMl/KM2(使直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn))、關(guān)門(mén)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(mén)在出現(xiàn)故障時(shí)的維修方便,所以增加了手動(dòng)開(kāi)門(mén)K1、手動(dòng)關(guān)門(mén)K2.第三章 自動(dòng)門(mén)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 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(lái)調(diào)節(jié)交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制方式。采用變頻器電路,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制方便,可靠性高,交流電機(jī)具有效率高
23、、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(jiǎn)單、維護(hù)方便、易于冷卻和壽命長(zhǎng)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(mén)中的大量運(yùn)用提供了條件??刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示: 圖3-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇自動(dòng)門(mén)的驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)門(mén)能否良好工作的保障,本設(shè)計(jì)中是運(yùn)用變頻器來(lái)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(mén)的目的。這種方法具有穩(wěn)定性好,維修方便,連接簡(jiǎn)單,成本較低,是在目前的自動(dòng)門(mén)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(mén)的要求應(yīng)選用絕緣電阻、絕緣介電強(qiáng)
24、度、接地裝置、過(guò)電壓保護(hù)等符合國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的,具有噪聲低、過(guò)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(mén)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(chēng)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^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)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(guò)控制脈沖頻率來(lái)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(méi)有積累誤差(精度為100)的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。PLC對(duì)電機(jī)的控制有兩種方式
25、: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?,直到裝載一個(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(mén)體的位移和速度,由另一個(gè)輸出點(diǎn)的信號(hào)控制門(mén)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(mén)體完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。3.3 變頻器的選擇3.3.1 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
26、變頻器主要采用交-直-交方式(VVVF變頻或矢量控制變頻),先把工頻交流電源通過(guò)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(wú)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)大功率整流元件整流,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。3.3.2
27、變頻器的選型根據(jù)自動(dòng)門(mén)的需要,變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn): 變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題;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;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過(guò)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;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。 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
28、。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): 接線簡(jiǎn)單,可運(yùn)用PLC的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來(lái)控制變頻的正反轉(zhuǎn)和頻率。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。 頻率設(shè)置簡(jiǎn)單,并且具有三速設(shè)定功能,可以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的控制要求,且操作方便,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。3.4 探測(cè)器的選擇目前自動(dòng)門(mén)行業(yè)的運(yùn)用的感應(yīng)開(kāi)關(guān)主要有觸摸感應(yīng)開(kāi)關(guān),微波感應(yīng)開(kāi)關(guān),紅外感應(yīng)器,接近感應(yīng)開(kāi)關(guān)等,根據(jù)不
29、同的功能和性能運(yùn)用在各類(lèi)不同場(chǎng)合的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)中,是自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的關(guān)鍵部位,其性能直接影響自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定,如在高檔酒店、寫(xiě)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(guò)的地方,選擇窄區(qū)域的感應(yīng)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(zhǎng)為10微米左右的紅外線。熱釋電元件探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的,對(duì)波長(zhǎng)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)的熱釋電元件,環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的用,使其
30、產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)相互抵消,于是探測(cè)器無(wú)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元件接收,由于兩片熱釋電元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(kāi)關(guān)電路組成,安裝在自動(dòng)門(mén)兩側(cè)。當(dāng)有人靠近自動(dòng)門(mén)時(shí),身體輻射出的紅外線被熱釋電紅外傳感器接收下來(lái)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(kāi)關(guān)電路。電子開(kāi)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(mén)打開(kāi)。人體感應(yīng)探測(cè)器需要2個(gè),分別用來(lái)感應(yīng)門(mén)內(nèi)外的來(lái)人情況,占用PLC兩個(gè)輸入點(diǎn)。3.5 自動(dòng)門(mén)運(yùn)行位置檢測(cè)本系統(tǒng)的關(guān)鍵是控制門(mén)的運(yùn)行,為了達(dá)
31、到更好的控制效果,PLC必須時(shí)刻知道門(mén)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(kāi)關(guān),一個(gè)用于檢測(cè)門(mén)完全打開(kāi)時(shí)的位置,叫開(kāi)門(mén)極限開(kāi)關(guān),一個(gè)用于檢測(cè)門(mén)完全關(guān)閉時(shí)的位置,叫關(guān)門(mén)極限開(kāi)關(guān)。當(dāng)門(mén)在運(yùn)行過(guò)程中,接近最大位置時(shí),限位開(kāi)關(guān)的信號(hào)傳給PLC,電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。門(mén)離限位開(kāi)關(guān)較近時(shí),電機(jī)低速運(yùn)行,通過(guò)程序來(lái)控制。2個(gè)行程開(kāi)關(guān),占用PLC3個(gè)輸入點(diǎn)。3.6 門(mén)運(yùn)行障礙檢測(cè)、報(bào)警在門(mén)運(yùn)行過(guò)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(kāi)門(mén)過(guò)程中出現(xiàn)這種情況,有可能是途中障礙的阻止,或者是開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)壞了,停止運(yùn)行并報(bào)警;如是
32、關(guān)門(mén)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(mén)過(guò)程中有無(wú)人或物體在門(mén)的中間。主動(dòng)式紅外線防夾感應(yīng)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(mén)過(guò)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(mén)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(mén)電機(jī)不會(huì)因過(guò)載而燒壞。在自動(dòng)門(mén)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(guò)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(lái)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
33、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)。3.7 可編程控制器(PLC)的選型3.7.1 PLC概述可編程控制器,英語(yǔ)稱(chēng)Programmable Controller,簡(jiǎn)稱(chēng)PLC,本設(shè)計(jì)中用PLC作為它的簡(jiǎn)稱(chēng)。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù),但基于電子計(jì)算機(jī)。它通過(guò)運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序,把經(jīng)輸入電路的物理過(guò)程得到的輸入信息,變換為所要求的輸入信息,進(jìn)而再通過(guò)輸出電路的物理過(guò)程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。PLC基于電子計(jì)算機(jī),但并不等于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行出入信息變換時(shí),大多只考慮信息本身,信息出入的物理過(guò)程一般不考慮的。而PLC則要
34、考慮信息出入的可靠性、實(shí)時(shí)性,以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境,如便于安裝,便于維修及抗干擾等問(wèn)題,出入信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn),可以說(shuō)是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。PLC可以通過(guò)它的外設(shè)或者通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電裝置多的多、強(qiáng)的多。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),因而具有以下基本的功能:邏輯處理功能; 數(shù)據(jù)運(yùn)算功能;準(zhǔn)確定時(shí)功能;高速計(jì)數(shù)功能;中斷處理(可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷)功能; 程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能; 聯(lián)網(wǎng)通信功能;自檢測(cè)、自診斷功能??梢哉f(shuō),凡普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能,PLC幾乎也可以做到
35、。像PLC這樣,集豐富功能于一身,是別的電控器所沒(méi)有的,更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無(wú)法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能,同時(shí),也為自動(dòng)門(mén)行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。3.7.2 可編程控制器(PLC)的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),首先應(yīng)確定控制方案,下一步工作就是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)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求,明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作,然后根據(jù)控制要求,估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、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)。 輸入輸
36、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?,通常根?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)。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(hù)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(hù)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(lái)代替。 存儲(chǔ)器內(nèi)存
37、容量的估算沒(méi)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1015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(guò)程中有足夠的空間。 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(mén)控制的需要,主要介紹以下幾種功能的選擇。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(zhuān)用的智能輸入輸出單元完成所需的控
38、制功能,提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。 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(yǔ)言:順序功能(SFC)、梯形圖(LD)
39、、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表(IL)、結(jié)構(gòu)文本(ST)兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)(IEC),同時(shí),還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式如C,Basic等,以滿(mǎn)足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。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(guò)硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置,軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過(guò)軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷,通過(guò)軟件對(duì)PLC的CPU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。機(jī)型的選擇: PLC的類(lèi)型,PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類(lèi),按應(yīng)用
40、環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類(lèi):按CPU字長(zhǎng)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(hù)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(hù)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)。 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(mǎn)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
41、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(mén)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(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)的控制。3.8 可編程控制器(PLC)的I/O分配I/O分配表是編寫(xiě)PLC程序首先要做的前提條件,也是現(xiàn)場(chǎng)接線和調(diào)試的重要依據(jù)。根據(jù)自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)的要求,確定了PLC的I/O分配表,如表3-1所示:表3-1 I/O分配表類(lèi)型設(shè)備PLC端子號(hào)輸入端門(mén)外感應(yīng)探測(cè)器SB1X000門(mén)內(nèi)感應(yīng)探測(cè)器SB2X001開(kāi)門(mén)減速開(kāi)關(guān)SB3X002開(kāi)門(mén)限
42、位開(kāi)關(guān)SB4X003關(guān)門(mén)減速開(kāi)關(guān)SB5X004關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)SB6X005防夾人SB7X006手動(dòng)開(kāi)門(mén)K1X007手動(dòng)關(guān)門(mén)K2X008手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)K3X009電機(jī)過(guò)熱K4X010急停開(kāi)關(guān)K5X011輸出端高速開(kāi)門(mén)KM1Y000低速開(kāi)門(mén)KM2Y001高速關(guān)門(mén)KM3Y002低速關(guān)門(mén)KM4Y003報(bào)警器Y004門(mén)動(dòng)作中指示燈Y005門(mén)停止工作指示燈Y006門(mén)達(dá)到上限指示燈Y007電機(jī)過(guò)熱指示燈Y008手動(dòng)開(kāi)門(mén)Y009手動(dòng)關(guān)門(mén)Y010PLC外部端子I/O配置圖是I/O分配表的直觀表達(dá),可以清楚的表示PLC的外部端子的接線情況,是非常必要的,如圖3-2所示:圖3-2 PLC外部I/O配置圖 第四章 自動(dòng)
43、門(mén)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 PLC梯形圖概述PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制而開(kāi)發(fā)的裝置,其主要使用者是工廠廣大電氣技術(shù)人員,為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力,通常PLC不采用微機(jī)的編程語(yǔ)言,而常常采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)1994年5月公布的IEC1131-3(可編程控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn))詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5種編程語(yǔ)言:功能表圖、梯形圖、功能塊圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本。梯形圖和功能塊圖為圖形語(yǔ)言,指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語(yǔ)言,功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是梯形圖的圖形符號(hào)來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采
44、用因果關(guān)系來(lái)描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果,每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)中,描述事件發(fā)生的條件表示在左面,事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,它來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域,電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制較為熟悉。因此,由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)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(yǔ)言的特點(diǎn)是: 與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng),具有直觀性和對(duì)應(yīng)性;. 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);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
45、技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待:梯形圖是使用的最多的圖形編程語(yǔ)言,被稱(chēng)為PLC的第一編程語(yǔ)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(diǎn),很容易被工廠電器人員掌握,特別適用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱(chēng)為電路或程序,梯形圖的設(shè)計(jì)稱(chēng)為編程。本設(shè)計(jì)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的梯形圖如圖4-1所示: 4.2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)D4-2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4-2 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,
46、程序中各個(gè)部分的執(zhí)行與否由相應(yīng)的條件來(lái)控制,條件滿(mǎn)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(mén)進(jìn)行手動(dòng)程序,當(dāng)開(kāi)門(mén)按鈕按下時(shí),自動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)到極限,然后停止運(yùn)行。當(dāng)關(guān)門(mén)按鈕按下時(shí),自動(dòng)門(mén)關(guān)門(mén)到極限,然后停止運(yùn)行;若按下自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān),則自動(dòng)門(mén)進(jìn)行自動(dòng)程序,當(dāng)門(mén)口有人時(shí),感應(yīng)探測(cè)器感應(yīng)到人的存在,門(mén)高速開(kāi)門(mén)到達(dá)開(kāi)門(mén)減速開(kāi)關(guān),門(mén)減速運(yùn)行到達(dá)開(kāi)門(mén)極限開(kāi)關(guān),門(mén)停止運(yùn)行,自動(dòng)門(mén)停留8秒后自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)程序,到達(dá)關(guān)門(mén)減速開(kāi)關(guān),門(mén)減速運(yùn)行到達(dá)關(guān)門(mén)極限開(kāi)關(guān),門(mén)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(mén)過(guò)程中感應(yīng)探測(cè)
47、器感應(yīng)到有人時(shí),門(mén)立即中止關(guān)門(mén)程序,停留0.5秒后,自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門(mén)程序,到達(dá)開(kāi)門(mén)極限,然后停留8秒再關(guān)門(mén)。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(wú)人進(jìn)出,然后進(jìn)入關(guān)門(mén)程序??偨Y(jié)本設(shè)計(jì)研究了PLC的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法,包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì),將PLC應(yīng)用到自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)中,充分發(fā)揮PLC高可靠性和抗干擾性特點(diǎn),外部接線簡(jiǎn)單、靈活,維修方便。采用了雙元件型紅外線光電感應(yīng)器防止夾人(或物)的情況出現(xiàn)。傳感器靈敏可靠,不受環(huán)境因素的干擾,具有較高的適用性。但在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況,考慮各部分的容量及其實(shí)際的技術(shù)參數(shù),供電電源的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)接地問(wèn)題、電纜設(shè)計(jì)與鋪設(shè)、PLC輸
48、出端保護(hù)等問(wèn)題,已使系統(tǒng)達(dá)到安全可靠的工作,所以要想用于實(shí)際中,必須得通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。這就又給我們提出了更高層次的問(wèn)題,畢竟一個(gè)較好的和較完善的應(yīng)用軟件不是在短時(shí)間內(nèi)就可以完成它的需要,要不斷的完善和發(fā)展,需要我們做大量的工作和時(shí)間的檢驗(yàn)?,F(xiàn)在的系統(tǒng)還沒(méi)有達(dá)到真正的智能化,還需要增加很多新的功能和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),才能達(dá)到真正意義上的智能化控制。雖然現(xiàn)在自動(dòng)門(mén)廣泛地使用PLC作為控制元件,但單片機(jī)等更為便宜,所以,應(yīng)該在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)利用單片機(jī)等控制的自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)。而且現(xiàn)有的故障診斷很不全面,應(yīng)該增加主動(dòng)性預(yù)防診斷,可使系統(tǒng)在發(fā)生故障之前,我們就可以預(yù)見(jiàn)故障、排除故障,使運(yùn)行中的故障率降低到最低水
49、平,保障自動(dòng)門(mén)安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。最終,就是以信息技術(shù)為主,通過(guò)先進(jìn)使用技術(shù),提升傳統(tǒng)自動(dòng)門(mén)制造業(yè),強(qiáng)化產(chǎn)、學(xué)、研的有效結(jié)合,盡快實(shí)現(xiàn)技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新相結(jié)合的模式,建立和完善技術(shù)開(kāi)發(fā)體系,全力提升自動(dòng)門(mén)制造層次和水平。致謝在本論文完成之際,謹(jǐn)向指導(dǎo)教師表示最衷心的感謝和最誠(chéng)摯的敬意,感謝他對(duì)我的指導(dǎo)和教誨!感謝在我寫(xiě)作論文期間幫助我的同學(xué),謝謝你們的幫助,幫我克服一些困難!感謝答疑教師對(duì)論文的指導(dǎo)和對(duì)我的教誨,讓我受益匪淺。值此論文完成之際,謹(jǐn)向他們致以崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝!參考文獻(xiàn)1 湯自春. PLC原理及應(yīng)用技術(shù)M. 北京: 高等教育出版社. 20062 趙玉安. 姚大鵬. 無(wú)線熱釋電紅外傳
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52、-1所示:圖4-1 梯形圖程序流程圖內(nèi)部資料僅供參考9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&
53、ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vST
54、T#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcU
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