基于plc的自动门控制系统论文毕业论文设计（可编辑）

1、基于plc的自动门控制系统论文_毕业论文设计 毕业论文设计基于plc自动门控制系统的设计摘要可编程序控制器通产简称为plc是近年来发展迅速的工业控制装置已广泛应用于工业企业各个领域随着人们生活水平的不断提高和科学技术的飞速发展人们更加注重自动化和人性化的产品自动门是楼宇设备中的光机电一体化技术产品它给人以亲切大方的感觉同时营造出奢华的气氛其全新的概念宽敞的开放门面和高格调的设计堪称建筑物的点睛之笔由于plc控制具有较高的可靠性稳定性维修方便等优点因此自动门的生产商家很多都运用plc来做门的控制器本文是关于自动门控制系统的设计自动门系统主要由可编程控制器plc感应器件驱动装置和传动装置组成为增强

2、自动门运行的可靠性在此提出了一种以s7200可编程序控制器 pi c 为核心的自动门控制系统本文分析了自动门控制系统的设计要求介绍了自动门的硬件设计plc选型驱动装置选型感应器件的选型系统软件设计plc梯形图设计软件设计程序调试 硬件接线等多方面内容关键词可编程控制器 s7-200 自动门梯形图变频控制abstract with the continuous improvement of peoples living standards and the rapid development of science and technology people pay more attention t

3、o the automation and humane products automatic door is building equipment of light mechanical and electrical integration technology products it gives a warm feeling generous and create a luxurious atmosphere its new concept spacious open window and high-style design called the building the punchline

4、 based on the trend of the times the forefront of building because the plc control has high reliability stability convenient repair therefore automatic door production businesses are using plc to do door controllerthis article is about the design of the control system of automatic door automatic doo

5、r system mainly consists of a programmable controller plc induction device the driving device and the transmission device in order to enhance the operation reliability of automatic door in this paper a s7 -200 programmable controller pi c as the core of the automatic door control system this paper a

6、nalyzes the automatic door control system design introduces the hardware design of automatic door drive device plc selection selection induction device selection system software design plc ladder diagram design software design debugging hardware connection and other aspects of the contentkey words p

7、rogrammable controller s7-200 automatic door ladder diagram variable frequency control目录 摘要 1 引言 2 国内外自动门的发展 21国内外自动门的发展现状-1322本课题研究的内容 23本课题研究的目的和意义-163自动门控制系统总体方案设计-17 31自动门的功能需求分析-17 31自动门的控制要求 33自动门控制系统构成-19 com plc 概述 com 具体构成 34自动门的机械传机构设计-25 4 自动门控制系统的硬件设计-26 41 plc 的选型 42 驱动装置的选型 43 感应器件的选型

8、44 直流电动机的选型-32 com动机的调速-32 com动机的优势-3645 传动装置 47自动门控制系统io地址分配表-37 48 自动门控制系统的原理图-38 com 主电路原理图-38 com plc外围接线图-39 5自动门控制系统的软件设计 51工作过程分析 com的概述-41 com的设计-436程序调试 62联机调试 7总结 致谢 附录1 附录3 1引言自动门控制系统在现当代社会是一个应用非常广泛的设备自动门已经广泛应用于酒店银行超市停车场或公共建筑等入口其主要核心部分自动门控制系统正是我们这论文的主要研究讨论的课题自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置早期的自动门控制系统采

9、用继电器逻辑控制造成安装繁琐体积大不稳定不易维修等缺点已逐渐被淘汰目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器以下简称plcplc是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置它采用可以编制程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算顺序运算计时计数和算术运算等操作的指令并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程plc具有可靠性高抗干扰能力强功能完善适用性强系统的设计建造工作量小维护方便容易改造体积小重量轻能耗低等优点目前可编程控制器在机械制造石油化工冶金钢铁汽车轻工业等领域的应用都得到了长足的发展因此运用plc控制自动门具有较高的可靠性维

10、修方便等特点因此进行自动门的plc控制系统设计可以推动自动门行业的发展扩大plc在自动门行业乃至整个自动化行业的应用具有一定的经济和理论研究价值由于用plc控制自动门具有故障频率低可靠性高维修方便等优点而siemens s7200系列plc性价比高在各个行业中的运用非常普遍本研究重点讨论使用s7200系列plc来实现自动门控制系统的设计与应用11本课题研究的目的和意义21世纪的今天门更加突出了安全理念强调了有效性有效的防范通行疏散同时还突出了建筑艺术的理念强调门与建筑艺术的理念强调门与建筑以及周围环境整体的协调和谐自动门大规模专业化生产始于150年前在不断发展和完善的过程中涌现出大批独具规模专

11、业制造商门的高级形式自动门起源在欧美迅速发展至今已经形成了种类齐全功能完善造工精细的自动门家族大中型公共场所为这些建筑增添了亮丽时尚的姿态自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸是人们根据需要对门的功能的提升和完善所以对自动门的认识应该从人们对门功能的要求开始作为建筑物一部分的门从最基本的意义上讲要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求因此门体本身应牢固密封自动门的普及和应用改变了人们的防护意识提升了人们的安全观念自动门除可美化出入口环境外由于中国没有相关的自动门国家标准导致自动门档次质量良莠不齐如果你没有使用过自动门最好选择一个由专业厂生产能提供较完善售后服务的自动门品牌目前有很多

12、自动门品牌是有一些贸易公司购买散件加上自己拼装而成应尽量避免购买此类产品不要认为样本上全是外国语资料也是外国语的商品就是进口商品其实这样是违反国家规定的真正的知名品牌合法的商品不会这样做由于自动门在通电后可以实现无人看管同时又可节约空调能源防风防尘降低噪音既方便又提高了建筑的档次浴室迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及同时也几乎成为了银行写字楼酒店等办公娱乐场所装修所不可少的一项配置自动门平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达当人走近自动门时雷达感应到人的存在给控制器一个开门信号控制器通过驱动装置将门打开当人通过门之后再将门关闭由于自动平移门在通电后可以实现无人管理既方便又提高了建

13、筑的档次于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及自动门的开门信号是触点信号微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源微波雷达是对物体的位移反应因而反应速度快适用于行走速度正常的人员通过的场所它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后雷达便不再反应自动门就会关闭对门机有一定的保护作用红外传感器对物体存在进行反应不管人员是否移动只要在处于传感器的扫描范围内它都会反应即传出触点信号缺点是红外传感器的反应速度较慢适用于有行动迟缓的人员出入的场所12国内外自动门发展现状在国外进入90年代以来自动化技术发展很快技术已经很成熟并取得了惊人的成就自动化技术是自动门的重要部分在现在人们生活中自动门可以节约空

14、调能源降低噪音防尘防风同时可以使出入口显得很庄重高档因此应用非常广泛随着我国经济的飞速发展自动门在人们的生活中的运用越来越广泛自动门适合于宾馆酒店银行写字楼医院商店等使用自动门但在国内自动门的自主研发尚处于初级阶段在自动门控制系统设计中稳定节能环保安全及人性化是需要首先考虑的因素我国的自动门状况有如下几点 1 厂家多规模小 56年来几年来 自动门在国内得到了快速的发展据不完全统计目前国内大大小小生产自动门的厂家已有50多家但普遍生产规模小自主研发能力差从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力 2 专业化分工趋势显现早期的生产厂家一般是自主研发和生产顶多委托代加工部分零部件近

15、两年来出现了专门生产主要部件的厂家如电机主控板遥控器传动件塑料件等出现了专业生产厂家这一趋势使生产的门槛降低进入的厂家进一步增多导致竞争更加激烈 3 高低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势占据了高端市场目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能但生产工艺略嫌粗糙质量水平参差不齐整体档次较低主要集中在低端市场 4 产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品所以价格因素占的比重较大加剧了市场竞争其结果是众多厂家一味地比拼价格导致利润微薄同时由于价格过低也使产品的持续改进和发展受到限制13毕业设计任务及要求com务要求设计题目是基于pl

16、c的自动门控制系统根据题目要求设计的控制系统的控制核心是plc主要实现的功能是是全自动化操作不需要人为参与要完成整体系统的设计控制系统硬件设计和软件设计com研究的内容本设计将在以下几个方面对自动门的控制系统进行研究和论证自动门类型的选择 综合了自动门的简洁简单的要求在本课题中主要研究自动平移门本课题设计的自动平移门具有手动和自动开门功能和分时间段控制功能以及配备安全防夹人光线后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多的场所的高效率高安全性的要求自动门硬件系统的设计 本课题设计的自动门要求有很高的稳定性来满足日常的需要故在本设计中所选用的智能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的cpu224小型

17、plc在自动门的开关门速度控制上本设计以变频器作为调节器运用变频器的三段速控制实现自动门的转速控制为了解决在频率很低时出现不稳定的问题驱动装置选用功率强大稳定性好的自带减速装置的直流电动机在感应器方面运用了自动门专用的微波雷达感应器和在工业控制上大量运用的具有检测精度高寿命长稳定性好的接近传感器运用感应器的开关量信号输入给plc来实现plc对自动门的控制由于本课题的具体需要在硬件系统的设计过程中主要考虑自动门的经济实用稳定的需要自动门的软件设计 在本设计中选用了目前运用最多的plc编程语言梯形图梯形图能直观明了的设计出自动门的控制要求并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题梯形图的编写运用西门子

18、自带的编程软件此软件具有强大的诊断功能能更快的查处故障原因从而大大缩短了维修时间3自动门控制系统总体方案设计23 系统设计的基本步骤在自动门控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点 1 深入了解和分析自动门的工艺条件和控制要求 2 确定io设备根据自动门控制系统的功能要求确定系统所需的用户输入输出设备常用的输入设备有按钮选择开关行程开关传感器等常用的输出设备有继电器接触器指示灯等 3 根据io点数选择合适的plc类型 4 分配io点数分配plc的输入输出点编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图 5 设计自动门系统的梯形图程序根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序这是整个自动门系统设计的核心

19、工作31在自动门的功能需求分析本设计是面向公共场所入口的应用设计需要有安全和可靠性在设计的时候改良了自动门的友好性结构如图2-1所示图2-1 自动门结构示意图根据入口处对自动门的具体要求本设计所设计的自动门应具有以下功能开门和关门控制应有手动和自动方式为了便于维护自动门应具有手动和自动方式当信号采集装置检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭plc动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门紧急停止当自动门出现夹人现象时可闭合紧急停止开关自动门自动进入开门过程 3 蜂鸣器的提示功能当自动门开启和关闭时plc输出信号给蜂鸣器蜂鸣器响以提醒来往行人注意自动门控制系统包含

20、plc控制和执行元件构成采用自动和手动控制方式此种控制模式为目前大多自动门的控制方式本课题所设计的自动门控制系统采用plc为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制首先通过信号采集装置判断门前是否有人若有人则将信号转换为开关量信号传送到plcplc根据开关信号来控制变频器的开停和速度的变换最后由传动装置带动门运动32自动门的控制要求1当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关k1或k2时开门执行机构km1动作电动机正转到达开门限位开关k3位置时电机停止运行2自动门在开门位置停留8秒后自动进入关门过程关门执行机构km2被起动电动机反转当门移动到关门限位开关k4位置时电机停止运行在

21、关门过程中当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关k2或k1时应立即停止关门并自动进入开门程序在门打开后的8秒等待时间内若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关k2或k1时必须重新开始等待8秒后再自动进入关门过程以保证人员安全通过33自动门控制系统构成 自动门控制系统包含plc控制和动作执行元件构成采用自动和手动电动控制方式此种控制方式为目前大多自动门的控制方式本课题所设计的自动门控制系统采用plc为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制com概述可编程控制器plc是在计算机技术通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发而来的是一种数字运算操作的电子系统它以微处理器为核心

22、用编写的程序进行逻辑控制定时计数和算数运算等并通过数字量和模拟量的输入输出来控制机械设备或生产过程由于plc在不断发展因此对它进行确切的定义是比较困难的美国电气制造商协会nema经过四年的调查工作于1980年正式将可编程序控制器命名为pcprogrammable controller但为了与个人计算机pcpersonal computer相区别常将可编程控制器简称为plc并给plc作了定义可编程序控制器是一种带有指令存储器数字的或模拟的输入输出接口以位运算为主能完成逻辑顺序定时计数和运算等功能用于控制器或产生过程的自动化控制装置1982年国际电工委员会international electri

23、cal committeeiec颁布了plc标准草案第一稿1985年提交了第二稿并在1987年的3稿中对plc作了如下的定义plc是一种数字运算的电子系统专为工业环境下应用而设计它采用可编程序控制器的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算顺序运算定时计数和算术运算等操作的指令并能通过数字式或模拟式的输入控制各种类型的机械或生产过程可编程控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体易于扩展其功能的原则而设计上述的定义表明plc是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置是以微处理器为基础结合计算机技术自动控制技术和通信技术用面向控制过程面向用户的自然语言编程是一种简单易懂操作方便可靠性

24、高的新一代通用工业控制装置22 plc的主要功能及特点com plc的主要功能1开关逻辑和顺序控制这是plc应用最广泛最基本的场合它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制从而可以实现各种控制要求2模拟控制ad和da控制在工业生产过程中许多连续变化的需要进行控制的物理量如温度压力流量液位等这些都属于模拟量过去plc长于逻辑运算控制对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统目前大部分plc产品都具备处理这类模拟量的功能而且编程和使用方便3定时计数控制plc具有很强的定时计数功能它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器对于定时器定时间隔可以由用户加以设定对于计数器如果需要对频率较高的信号

25、进行计数则可以选择高速计数器4步进控制plc为用户提供了一定数量的位移寄存器用位移寄存器可方便地完成步进控制功能5运动控制在机械加工行业可编程序控制器与计算机数控cnc集成在一起用以完成机床的运动控制6数据处理大部分plc都具有不同程度的数据处理能力它不仅能进行算术运算数据传送而且还能进行数据比较数据转换数据显示打印等操作有些plc还可以进行浮点运算和函数运算7通信联网plc具有通信联网的功能它使plc与plc之间plc与计算机以及其他智能设备之间能够交换信息形成一个统一的整体实现分散集中控制 现代化工业生产过程是复杂多样的它们对控制的要求也各不相同plc专为工业控制应用而设计一经出现就受到了

26、广大工程人员的欢迎其主要特点有可靠性高控制功能强组成灵活操作方便1plc与其它典型控制系统的区别 继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力但使用了大量的机械触点是设备连线复杂且触点在开闭时易受电弧的损害寿命短系统可靠性差控制逻辑 继电器控制逻辑采用硬件接线逻辑利用继电器机械触点的串联或并联及时间继电器等组合成控制逻辑其接线多而复杂体积大功耗大故障率高一旦系统构成后想在改变或增加功能都很困难另外继电器触点数目有限每个只有4-8对触点因此灵活性和扩展性很差而plc采用存储器逻辑其控制逻辑以程序方式储存在内存中要改变控制逻辑只需要改变程序即可因此灵活性和扩展性很好 b工作方式电源接通时继电器控制线路中各继

27、电器同时处于受控制状态它属于并行方式而plc得控制逻辑中各内部期间都处于周期性扫描过程中各种逻辑数值输出地结果都是按照在程序中的前后顺序计算出来的它属于串行方式plc有微型计算机的许多特点但他的工作方式却与微机有很大不同微机一般采用等待命令的工作方式而plc则采用不断循环的顺序扫描的工作方式每次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期cpu从第一条指令开始按顺序逐条的执行用户程序知道用户程序结束然后返回第一条指令开始新一轮的扫描plc就是这样周而复始的重复上述循环扫描的这种工作方式是在系统的控制下顺次扫描各输入点的状态按用户程序进行运算处理然后顺序向输出点发出相应的控制信号plc是一种工业控制计算

28、机所以他的工作原理是建立在计算机的工作原理基础上的即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的但是cpu是分时操作方式来处理各项任务的计算机在每一瞬间只能做一件事所以程序的执行是按程序顺序一次完成相应各电器的动作便成为时间上的串行由于运算速度极高各电器的动作似乎是同时完成的但实际输入输出的响应是有滞后的c控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制工作频率低触点开闭动作一般几十毫秒数量级另外机械触点还会出现抖动问题而plc是由程序指令控制半导体电路来实现控制属于无触点控制速度极快一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级且不会出现抖动2与单片机控制系统的区别a本质区别 单片机控制系统是基于芯片级的

29、系统而plc控制系统是基于板级或模块级的系统其实plc本身就是一个单片机系统他是已经开发好的单片机产品开发单片机控制系统属于底层开发而设计plc控制系统是在产品的单片机控制系统上进行二次开发b使用场合单片机控制系统适合于家电产品智能化的仪器仪表玩具和批量生产的控制器产品等场合使用而plc控制系统适合在单片机电气控制系统工业控制领域的制造业自动化和过程中使用c使用过程设计开发一个单片机控制系统需要先设计硬件系统画硬件电路图制作印刷电路板购置各种所需要的电子元件焊接电路板进行硬件调试进行抗干扰等大量工作需要专门的开发装置和低级编辑语言控制程序进行系统联调而plc不必操心内部的计算机系统是否可靠和他

30、们的抗干扰能力软件设计使用工业编程语言相对来说比较简单进行系统调试时因为有好的工程工具帮助所以非常容易332 具体构成自动门系统的具体组成如下图 由上图可知当感应器件检测到人体或物体信号时将信号传给plcplc根据已经采集的信号发出控制信号是驱动装置运行通过传动装置带动自动门的运行23 s7-200系列plc的组成与基本结构plc是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物从广义上讲plc也是一种计算机系统只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入输出接口具有更适用于控制要求的编程语言具有更适应于工业环境的抗干扰性能s7-200可编程控制系统有主机基本单元io扩展单元功能单元模块和外部

31、设备等组成s7-200plc主机基本单元的结构形式为整体式结构com plc的硬件系统plc的硬件系统由主机系统如图21输入输出扩展环节及外部设备组成图2-1 plc硬件主机系统图24 plc的工作原理可编程控制器是一种专用的工业控制计算机其工作原理与计算机控制系统的工作原理基本相同s7-200cpu连续执行用户任务的循环序列成为扫描plc的一个机器扫描周期是指用户程序运行一次所经历的时间plc运行状态按输入采样程序执行输出刷新等步骤周而复始地循环扫描工作1输入采样扫描阶段这是第一个集中批处理过程plc按顺序逐个采集所有输入端子上的信号不论输入端子上是否接线cpu顺序读取全部输入端将所有采集到

32、的一批输入信号写到输入映像寄存器中在当前的扫描周期内用户程序用到的输入信号的状态是否变化即使此时外部输入信号的状态发生了变化也只能在下一个扫描周期的输入采样扫描阶段去读取对于这种采集输入信号的批处理虽然严格上说每个信号被采集的时间有先有后但由于plc的扫描周期很短这个差异对一般工程应用可忽略所以可以认为这些采集到的输入信息是同时的2执行用户程序扫描阶段是第二个集中批处理过程在执行用户程序阶段cpu对用户程序按顺序进行扫描如果程序用梯形图表示则总是按先上后下从左到右的顺序进行扫描每扫描到一条指令所需要的输入信息的状态均从输入映像寄存器中去读取而不是直接使用现场的立即输入信号对其他信息则是从plc

33、的原件映像寄存器中去读取在执行用户程序中每一次运算的中间结果都立即写入元件映像寄存器中对输出继电器的扫描结果也不是马上去驱动外部负载而是将其结果写入到输出映像寄存器中在此阶段允许对数字量io指令和不设置数字滤波的模拟量io指令进行处理在扫描周期的各个部分均可对中断事件进行响应在这个阶段除了输入映像寄存器外各个元件映像寄存器的内容是随着程序的执行而变化的3输出刷新扫描阶段这是第三个集中批处理过程当cpu对全部用户程序扫描结束后将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出锁存器中再由输出锁存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载34自动门的机械传动机构设计 在本课题设计的自动门针对人流较多的

34、商场应对周围环境进行综合考虑所以在本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面自动门的传动主要包括安装版轨道门机皮带吊挂件等所有的组件都为插入式元件使得安装很简单电机驱动电机采用64v直流电动机功率大可调性强导轨水平双导轨结构形式正悬挂解决了侧摆得问题从而确保了门扇的稳定性并配以双侧密封毛刷形成密封式导轨避免积尘对导轨及滑轮的磨损实现了维护方便的特点滑轮采用特殊的尼龙滑轮强度高耐磨性好同时还有一定的减震效果皮带采用齿形皮带齿形皮带的截面为曲线设计增加了齿形的高度提高了皮带与传动齿轮的吻合度从而提高了使用寿命 4自动门控制系统的硬件设计41 plc的选择在plc系统设计时首先应确定控制方案下一

35、步工作就是plc工程设计选型工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据因此工程设计选型和估算时应详细分析工艺过程的特点控制要求明确控制任务和范围确定所需要的操作和动作然后根据控制要求估计输入输出点数所需存储器的容量确定plc的功能外部设备特性等最后选择有较高性能价格比的plc和设计相应的控制系统输入输出io点数的估算io点数估算时应考虑适当的余量通常根据统计的输入输出点数在增加10到20的可扩展余量后作为输入输出点数估算数据实际订货时还需根据制造厂商plc的产品特点对输入输出点数进行圆整根据估算的方法故本课题的io点数为输入12点输出12点存储器容量的选择存储器容量是可编程序控制器本身能提供

36、的硬件存储单元大小程序容量是存储器中用户应用项目实用的存储单元的大小因此程序容量小于存储器的容量设计阶段由于用户程序还未编制因此程序容量在设计阶段是未知的须在程序调试之后才知道为了设计选型时能对程序容量有一定估算通常采用存储器容量的估算来代替存储器内存容量的估算没有固定的形式许多文献资料中给出了不同的公式大体上都是按数字量io点数的10到15倍加上模拟io点数的100倍以此数为内存的总字数16位为一个字另外再按次数的25考虑余量因此本课题的plc内存容量选择应能存储索要储存的程序这样才能在以后的改造过程中有足够的空间控制功能的选择 该选择包括运算功能控制功能通信功能编程功能诊断功能和处理速度等

37、性能的选择根据本课题所设计的自动门控制系统的要求主要介绍一下几种功能的选择a 控制功能plc主要用于顺序逻辑控制因此大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能提高plc的处理速度和节省存储器容量b编程功能离线编程方式plc和编程器共用一个cpu编程器在编程模式时cpu只为编程器提供服务不对现场设备进行控制完成编程后编程器切换到运行模式cpu对现场设备进行控制不能进行编程离线编程方式可降低系统成本但使用和调试不方便在编程方式cpu和编程器有各自的cpu主机cpu负责现场控制并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换编程器把在线编制的程序或

38、数据发送到主机下一扫描周期主机就根据新收到的程序运行这种方式成本较高但系统调试和操作方便在大中型plc中常采用五种标准化变成语言顺序功能图sfc梯形图ld功能模块图fbd三种图形化语言和语言表il结构文本st两种文本语言选用的编程语言应遵守标准iec6113123同时还应支持多种语言变成方式如cbasic等以满足特殊控制场合的控制要求 c诊断功能 plc的诊断功能爆孔硬件和软键的诊断硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置软件诊断分内诊断和外诊断通过软件对plc内部的性能和功能进行诊断是内诊断通过软键对plc的cpu玉外部输入输出等部件信息叫唤功能进行诊断是外诊断plc的诊断功能的强弱直接

39、影响对操作和维护人员技术能力的要求并影响平均维修时间 4 机型的选择 aplc的类型 plc按结构分为整体型和模块两类型型按应用环境分为现场安装和控制室安装两类按cpu字长分为1位4位8位16位32位64位等从应用角度出发通常可按控制功能或输入输出点数选型整体型plc的i0点数固定因此用户选择的余地较小用于小型控制系统模块型plc提供多种i0卡件或插卡因此用户可较合理的选择和配置系统控制的i0点数功能扩展方便灵活一般用于大中型控制系统 b经济的考虑 选择plc时应考虑性能价格比考虑经济性时应同时考虑应用的可扩展性可操作性投入产出比等因素进行比较和兼顾最终选出比较满意的产品输入输出点数对价格有直

40、接影响点当数增加到一数值后相应的存储器容量相应增加因此点数的增加对plc选用存储器容量控制功能范围等选择都有影响在估算和选用时应充分考虑使整个控制系统有较合理的性能价格比本课题所设计的自动门属于小型控制系统结合经济性的考虑因此选用整体型plc 5对plc响应时间的要求对于多数场合plc的相应时间基本上能满足控制要求响应时间包括输入滤波时间输出滤波时间和扫描周期plc的工作方式决定了他不能接受频率过高或持续时间小于扫描周期的输入信号当有此类信号输入时需要选用扫描速度高的plc或快速响应模块和中断输入模块综合以上因素本课题的设计采用德国西门子公司生产的cpu224小型plc来实现整个系统的控制 4

41、2驱动装置的选型 自动门的驱动装置是自动门能否良好工作的保障在本设计中是运用直流无刷电机直流无刷电动机功率密度高噪音极小调速性能好即具备交流电动机的结构简单运行可靠维护方便等优点又具备直流电动机的线性机械特性调速范围宽启动转矩大运行效率高等诸多优点是应用于轻小薄安静精密可靠等场合的最佳选择本设计选用亚坦电机控制有限公司生产的45bldc系列直流无刷电机电机直径45额定转数4000转额com功率15w-100w额定电压24v dc 43感应器件的选型 目前自动门行业运用的感应器件主要由微波感应器红外线感应器等1微波感应器又称微波雷达对物体的移动进行反应因而反应速度快适用于行走速度正常的人员通过的

42、场所微波感应器是以微波多普勒原理为基础平面型天线作感应系统以微处理器作控制微波感应器的特点是以10525ghz微波频率发射接收其探测方式具体有以下优点非接触探测和不受温度湿度噪音影响2红外感应器是对物体的存在进行反应不管人员是否移动只要处于感应器的扫描范围内它都会反应另外红外感应器的反应速度比微波感应器慢根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动门控制系统中感应器是自动门系统的重要部位其性能直接影响自动门系统的安全及稳定结合本设计要求选用上海安达门业装饰有限公司的微波自动门感应器wb-3004其规格如下表4-2型号wb-3004供电电压acdc12vacdc24v工作频率50hz60hz感应

43、探头工作频率10525ghz 900ghz1200ghz 工作指示方式led感应时间延时时间real-time05sec感应范围40m w x30m d 静态功耗工作功耗200mw12v550mw12v探头可调角度40o160o工作温度范围-2560相对湿度095安装方式wall表4-2 感应器的参数表44 直流电动机的选型com动机的调速并励或他励直流电动机与交流异步电动机相比虽然结构复杂价格高维修也不方便但是在调速性能上有其独特的优点因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的更不能无级调速因此对调速要求高的设备均采用直流电动机这是因为直流电动机能无级调速机械传动机构比较简单由直流电动机的转速

44、公式 n u-iarake可知ra和u中的任意一个值都可使转速改变改变电枢电路中外电阻的方法也可进行调速但其缺点是耗电多电机机械特性软调速范围小且只能进行有级调速故这种方法目前已较少采用现常用的对直流电动机调速的方法有调磁法和调压法com动机的优势 因为直流电动机在调方面很简单相对于异步电动机来说又有以下的优势1 由于采用高性能永磁材料无刷直流电机的转子尺寸得以减小可以具有较低的惯性更快的响应速度更高的转矩惯量比 2 由于没用转子损耗转子使用永磁材料也无需定子励磁电流分量应用新理论所以无刷直流电机具有较高的效率和功率密度对于同等容量输出交流异步电机需要更大功率的整流器和逆变器 3 由于没有转子

45、发热无刷直流电机也无需考虑转子冷却问题 4 交流异步电机由于其非线性本质实现控制极为复杂无刷直流电机把其复杂的磁场定向控制简化为离散状态的转子位置控制无需坐标变换调速范围更宽控制性能更好 综上所述无刷直流电机具有更大的功率密度铁芯利用率高更高的效率和更好的控制性能如将节能因素省却变频器以及产能提高因素考虑在内使用者的综合成本下降很大所以在本课题设计中选用了无刷直流电动机 45传动装置 本控制系统所用到的传动装置具体包括如下 1 自动门扇行进轨道就像火车的铁轨约束门扇的吊具走轮系统使其按特定方向进行 2 自动门扇吊具走论系统用于吊挂活动门扇同时在动力牵引下带动门扇运行 3 同步皮带用于传输电机所

46、产动力牵引自动门吊具走论系统 46 限位开关 限位开关又称行程开关是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器用于控制生产机械的运动方向速度行程大小或位置的一种自动控制器件 限位开关广泛应用于各类机床起重机械以及轻工机械的行程控制当生产机械运动到某一运动位置时行程开关通过机械可动部分的动作将机械信号转化为电信号以实现对生产机械的控制限制它们的动作和位置借此对生产机械给以必要的保护 47自动门控制系统i0地址分配表 i0分配表示编写plc程序首先要做的前提条件也是现场接线和调试的重要依据48自动们控制系统的原理图 com及供电线路 上图为自动门控制系统的主电路原理图5自动门控制系

47、统软件的设计51 工作过程的分析根据 本课题的控制要求和安全要求所设计的程序按照下图所示的流程运行已达到本系统的最佳设计要求和完成系统的最终设计工作流程如下首先按下启动按钮当传感器检测到能有人体信号时电动机正传带动自动门执行开门过程当门完全打开之后使开门限位开关打开此时自动门停止进行8秒延时 若此时感应器重新检测到有人体信号时则在重新进行8秒延时 当8秒的延时完毕后电动机反转执行关门过程在关门过程中传感器重新检测到人体信号时此时中断关门转向开门过程考虑到自动门若出现故障时使用自动控制系统有所不适于是设置手动开门和手动关门以上工作过程可用流程图表达如附图所示52梯形图程序 com的概述plc是专

48、门为工业控制而开发的装置其主要使用者工厂广大电气技术人员为了适应他们的传统习惯和掌握能力通常plc不采用微机的编程语言而常常采用面向控制过程面向问题的自然语言编程国际电工委员会iec1994年5月公布的iec1131-3 可编程控制器语言标准 详细的说明了句法语义和下述5中编程语言功能表图sequential function chart梯形图ladder diagram功能块图 function black diagram 指令表 instruction iist结构文本strured text梯形图和功能块图为图形语言指令表和结构文本为文字语言功能表是一种结构块控制流程图梯形图程序设计语言

49、是用梯形图的图形符号来描述程序的一种设计语言采用梯形图程序设计语言这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果每个梯级是一个因果关系在梯级中描述事件发生的条件表示在左面事件的结果表示在右面梯形图设计语言是最常见的一种程序设计语言它来源于继电器逻辑控制系统的描述在工业过程控制领域电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉因此由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到欢迎并得到广泛应用梯形图程序设计语言的特点1与电气操作原理图相对应具有直观性和对应性2与原有继电器逻辑控制技术相一致易于掌握和学习3与原有继电器逻辑控制技术的不同点是梯形图中的能流power flow不是实际意义的电流内部的继电器

50、也不是实际存在的继电器因此应用时需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待 梯形图是使用的最多的图形编程语言被称为plc的第一编程语言梯形图与电气控制系统的电路图很相似具有直观易懂的优点很容易被工厂电器人员掌握特别适用于开关开关量逻辑控制梯形图常被称为电路或程序梯形图的设计称为编程com 梯形图的设计设计梯形图的基本方法和步骤1首先根据工艺过程控制要求画出控制流程图力求表达清晰准确必要时可以把控制系统分解成几个相对独立的部分尽量简化利于编程 2 将所有的输入信号按键行程限位开关压力开关压力速度时间等传感器和输出控制对象接触器电磁阀电动机指示灯等分别列出按被采用的plc型号内部逻辑元件编号范围

51、对io端子做出相应的分配和安排3根据控制流程图有规律的分配和利用plc内部有关的逻辑元件如辅助继电器定时器计数器等构成相应的基本回路4以梯形图的形式来描述控制要求绘制梯形图要遵循编程原则5编写程序清单时必须按梯形图的逻辑行和逻辑单元的编排顺序由上而下从左到右依次进行 本系统的程序软件采用西门子公司设计开发的step-microwin选择他的梯形图语言进行程序设计在设计过程中应遵循以下编程规则每个继电器的线圈和他的触点均用同一个编号每个元件的触点使用时没有数量限制梯形图每一行都是从左边开始线圈接在最右边线圈右边不允许再有触点线圈不能直接接在左边的母线上在一个程序中同一编号的线圈如果使用两次称为双

52、线圈输出他很容易引起误操作应避免在梯形图中没有真实的电流流动为了便于分析plc的周期扫描原理和逻辑上的因果关系假定在梯形图中有电流流动这个电流只能在梯形图中单向流动即从左向右流动层次的改变只能从上向下流动无论选用何种plc机型所使用的软件编号即地址必须在该机型的有效范围以内根据以上规则和plc的编程方法和思路编写了本课题设计的自动门控制系统的梯形图程序具体程序如下com 梯形图以及指令图5-4 自动门开门梯形图图5-5 自动门运行梯形图图5-6 自动门关门梯形图图5-7 自动门开门语句表图5-8 自动门运行及关门语句表6 程序调试61硬件线路连接 图6-1接线图采用实验室可编程控制器试验台主机s7-200cpu224 cn acdcrly其供电电压均为直流24v调试过程的电路图如5-1所示 在模拟调试过程中因于实验条件有限所以微波探测信号与限位开关动作均由按钮代替即bg1bg2bg3bg4sf0sf11均接按钮qa1qa2用中间继电器代替其线圈电压为24v62联机调试 1按图6-1连接线路接电源 2将在step7-microwin v40sp5开发平台编写好的软件通过rs-232ppi电缆下载到cpu224中 3运行过程实验com 过程分析1首先按下启动按钮使i07闭合若外检测开关或内检测开关有信com由于开门限位开关i0