自動(dòng)門(mén)的plc控制設(shè)計(jì)說(shuō)明

摘要./自動(dòng)門(mén)的plc控制設(shè)計(jì)院〔系〕名稱(chēng)專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)學(xué)生XX指導(dǎo)教師年月日摘要隨著科學(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XX性較強(qiáng)的單位。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)與傳感器作為此系統(tǒng)的輸入設(shè)備,變頻器用來(lái)調(diào)節(jié)門(mén)體速度,并分析了該控制系統(tǒng)的工作原理與系統(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)的確定與自動(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、外部端子接線圖與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DesignofAutomaticDoorControlSystemBasedonPLCABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,automaticdoorsystemhasbeenappliedtolargecompanies,researchinstitutes,governmentagenciesandotherunitsarehighlyconfidential.Toenhancethereliabilityofautomaticdooroperation,thisdesignpresentsaFX2-32MRprogrammablelogiccontroller<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前言.目錄概述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r4自動(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153.7.1PLC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自動(dòng)門(mén)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)214.1PLC梯形圖概述214.2程序流程圖22結(jié)論25謝辭26參考文獻(xiàn)27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X、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)與建筑以與周?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。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、安全與人性化是需要首先考慮的因素。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：<1>開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)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(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)。<2>防夾人功能為了杜絕自動(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。<3>蜂鳴器提示功能當(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<1>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)。<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X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(kāi)關(guān)門(mén)的主動(dòng)力。<4>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)。<5>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。<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(mén)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(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)：<1>深入了解和分析自動(dòng)門(mén)的工藝條件和控制要求。<2>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。<3>根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類(lèi)型。<4>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。<5>設(shè)計(jì)自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的梯形圖程序,根據(jù)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>1×120kg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220VAC,50-60Hz驅(qū)動(dòng)器電源380VAC,50Hz驅(qū)動(dòng)器輸出額定功率120W2.5自動(dòng)門(mén)的控制要求<1>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)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。<2>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。<3>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。<4>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)。<5>當(dāng)有人站在門(mén)口不進(jìn)入時(shí),感應(yīng)探測(cè)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.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、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X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)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)。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)：1.變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)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。<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。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)的安全與穩(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。人體感應(yīng)探測(cè)電路由被動(dòng)紅外探頭、放大電路與電子開(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)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)。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3.7.1PLC概述可編程控制器,英語(yǔ)稱(chēng)ProgrammableController,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則要考慮信息出入的可靠性、實(shí)時(shí)性,以與信息的實(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,便于維修與抗干擾等問(wèn)題,出入信息變換與可靠的物理實(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。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、信息化與智能化創(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X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)。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?通常根據(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)。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(lái)代替。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(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(guò)程中有足夠的空間。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(mén)控制的需要,主要介紹以下幾種功能的選擇。<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(zhuān)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(yǔ)言：順序功能<SFC>、梯形圖<LD>、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)<IEC6113123>,同時(shí),還應(yīng)支持多種語(yǔ)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(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。4.機(jī)型的選擇<1>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),通常可按控制功能或輸入輸出點(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X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3-1I/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3-2PLC外部I/O配置圖自動(dòng)門(mén)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1PLC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。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：圖4-1梯形圖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,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)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。結(jié)論本設(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