毕业设计（论文）-基于PLC 的商场自动门控制系统设计.doc

平顶山学院2013届本科生毕业设计 基于PLC的商场自动门控制系统设计 王卫丽目 录1 绪论11.1 研究背景和研究意义11.2国内外发展现状11.3本课题研究的内容22系统总体方案设计42.1商场自动门功能需求分析42.2自动门控制要求42.3自动门控制系统构成52.3.1 PLC概述52.3.2 自动门系统具体构成53系统硬件设计73.1 PLC的选择73.2感应装置的设计93.3驱动机构的设计103.4传动机构的设计123.5自动门系统I/0地址分配表134 系统软件设计144.1 工作过程的分析144.2梯形图程序154.2.1梯形图的概述154.2.2 梯形图的设计165 程序调试205.1硬件电路联线205.2联机调试20结 论23参考文献24致 谢251 绪论1.1 研究背景和研究意义在经济飞速发展的今天，门不仅用于通行、疏散，还更加突出了安全理念，同时还与建筑艺术的完美结合，充分强调了门与建筑及周围环境的协调、和谐。 在一些公共场所的入口，经常使用自动门控制系统。因为使用自动门，不但节约空调能源，降低噪音，使出入口显得高档，同时自动门在通电后可以实现无人管理，既方便出入又提高了建筑档次。于是在国内外的建筑市场上迅速得到普及。同时也几乎成为写字楼，商店，酒店等场所装修必不可少的一项设备。早期采用继电器逻辑控制而设计的自动门控制系统，由于安装繁琐、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。PLC是一种特定为在工业环境下应用而设计的数字运算电子装置1。它采用能编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、算数运算等操作指令。PLC具有稳定性高，抗干扰能力强，适用性强，维护方便，体积小，重量轻，能耗低等优点。目前，PLC在机械制造、石油化工、汽车、轻化工等领域的应用得到了快速的发展。本课题的基于PLC的商场自动门设计能大大提高自动门的可靠性和经济性，对于整个自动门行业及其自动化行业是一次技术的革新，提高了自动门的应用范围，因此，进行商场自动门的PLC控制系统设计，具有一定的理论研究价值。1.2 国内外发展现状在国外，自动化技术发展很快，已经逐步走向成熟，并取得了很大的成就。自动化技术是自动门的重要组成部分，自动化技术的进步推动自动门行业的快速发展。在现在人们生活中，自动门提供了很大的方便，并且运用的越来越广泛。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，首先需要考虑稳定、节能、安全、环保等因素。自动门的使用会因客流量的差异产生很大的影响，因此，自动门可以分为一般自动门和频繁使用自动门。自动门根据使用场合及功能不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动折叠门等，其中平开门使用的场合较少，旋转门由于昂贵且很庞大，一般只用于高档宾馆，自动平移门使用最为广泛，我们一般所说的自动们就是指自动平移门，目前市场上流行的自动平移门一般是两开，这种门具有简单易控，维护方便等优点。自动平移门最常见的形式是自动门内外两侧加感应器，当人走进门时，感应器感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过之后，再将门关闭。由于自动平移门在通电后能实现无人管理，因此在市场上得到大范围的应用。自动门的控制方法有多种，根据控制器的不同来分有：继电器控制和智能控制器控制2。前者通过按钮和复杂的接线来控制；后者通过运行自动化设备来控制，它具有稳定性高，维修方便等优点，因此被很多生厂商所运用。由于继电器逻辑控制的自动门系统存在很多缺陷而逐步被智能控制器控制的系统所取代。在智能控制器的选择上，自动门的主控制器有微电脑控制器控制和可编程控制器控制，微电脑控制的特点是体积小、安装方便，目前许多厂家采用此种方式生产自动门，PLC控制有稳定型高、维护方便等特点，目前许多商场的自动门都用这种方式来控制。 1.3 本课题研究的内容本设计将从以下几个方面对自动门的控制系统进行研究和论证。(1) 自动门类型的选择。结合商场自动门简单，简洁的要求， 本课题主要研究自动平移门，所设计的自动平移门具有手动和自动开门功能，分时间段控制功能，及配备后备电源等辅助装置来满足商场的高效率、高安全性的要求。(2) 自动门硬件系统的设计。由于本课题设计的自动门具有高稳定性的要求，故在设计中选用稳定性较好的德国西门子公司生产的CPU224小型PLC为智能控制器。在自动门的开关门速度控制方面，本设计选用变频器为调节器，运用变频器的三段速控制来实现自动门的转速控制，为了解决频率很低时出现不稳定性的问题，驱动装置选用稳定性良好的带有减速装置的直流电动机，在感应器方面采用了可靠性高的微波雷达感应器，将感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对自动门的控制。基于本课题的具体要求，在硬件系统的设计过程中主要考虑自动门的经济实用和稳定可靠。(3) 自动门的软件设计。在本设计中选用了目前运用最多的梯形图编程语言，梯形图能简单明了的反应出自动门的控制要求，并能很好的考虑到安全和故障报警等问题。梯形图运用西门子自带的编程软件进行编写，此软件具有强大的诊断功能，能很快的查出故障原因，从而大大缩短了维修时间。2 系统总体方案设计2.1 商场自动门功能需求分析本设计是面向商场入口的应用，需要考虑到安全性和稳定性。根据商场中对自动门的具体要求，所设计的自动门应由以下功能：(1)开关门控制应具有手动和自动方式。为了便于维护，方便出入，自动门控制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时，PLC将动作于输出信号控制电动机正转来开门；反之，当采集装置检测到无人接近门口但门未关闭时，PLC将动作输出信号控制电动机反转来关门。(2) 紧急停止。当自动门出现夹人现象时，可快速闭合紧急停止按钮，自动门自动进入开门状态。自动门控制系统由PLC控制和执行元件构成。运用自动和手动控制方式，这种控制方式为目前很多自动门所选用的控制模式。本课题设计的自动门控制系统以PLC为控制中心来控制传动机构，从而通过控制开关门来实现门的自动化。2.2自动门控制要求(1) 当有人进门或出门通过光电检测开关K1或K2时，开门执行元件KM1动作，电机正转，达到开门限位开关K3位置时，电动机停止运行。(2) 自动门在开门位置停留9秒后，自动进入关门状态，关门执行元件KM2动作，电机反转，当到达关门限位开关K4位置时，电动机停止运行。(3) 在门处于开门位置的9秒等待时间内，若有人员进出门通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始计时9秒后，再自动进入关门状态，以确保人员安全通过。(4) 在关门过程中，当有人员通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门过程。2.3自动门控制系统构成自动门控制系统由PLC控制和执行元件构成。采用手动和自动控制方式，本课题设计的自动门控制系统以PLC为核心来控制传动机构，从而通过控制门的开和关来实现自动化。2.3.1 PLC概述可编程控制器，英文Programmable Controller,简称PLC3。它是在工业环境下应用的智能控制器。它以微处理器为核心，集计算机技术、自动化技术、通信技术为一体，它通过运行在内存中储存的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC基于电子计算机，但不等同于计算机。普通计算机进行信息交换时，大多数情况下只考虑信息本身，而信息出入的过程一般不考虑。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、信息的实际使用情况。特别要考虑如何运用于工业环境，如何便于安装门内外感应采集信号等问题，输入输出信息交换和可靠地物理实现过程，是PLC实现控制的两个基本点。PLC能通过他的通信接口与外界交换信息，其功能比继电器控制器强得多。PLC有大量的操作指令系统，有各种样式的通信接口、I/O接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本功能：数据运算功能；逻辑处理功能；高速计数功能；中断处理功能；程序存储功能；网络通信功能；自检测、诊断功能4。凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都能实现。像PLC这样，拥有大量的功能，是别的控制器所没有的，更是传统的继电器控制器所无法比拟的。丰富的功能为PLC 的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、智能化创造了有利条件。2.3.2 自动门系统具体构成自动门控制系统的基本构成如图2-1所示，当感应器件检测到人体或物体信号时，将采集到的信号传给PLC，PLC根据已经采集的信号，发出控制信号的命令，使驱动装置动作，然后通过传动装置带动自动门的运行。PLC自动门感应装置传动机构驱动机构（）图2-1 自动门系统的具体组成3 系统硬件设计自动门控制系统主要由PLC、感应装置、驱动机构、传动机构、自动门等构成。下面对各硬件的选择及设计做一下简要分析。3.1 PLC的选择在PLC系统设计时，首先应确定控制系统方案，然后就是PLC工程设计选型。工程设计选型的主要依据是工艺流程的特点和应用要求。因此设计选型和估算时，应详细分析工艺流程的特点，明确控制任务和内容，确定所需要的操作和指令。然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器的容量，确定PLC的主要功能及外部设备特性，最后选择具有较高性价比的可编程控制器。 (1) 输入输出（I/O）点数的估算输入输出点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的I/O点数，在增加10%到20%的余量后，作为I/O点数的估算数值。实际订产品时，还需要根据生产商所生产的PLC产品的特点，对I/O点数进行圆整。根据估算的方法，故本课题所选用的I/O点数为输入12点，输出11点。(2) 存储器容量的选择存储器容量是指PLC本身所能提供的硬件存储单元的大小，程序容量是存储器中用户应用项目实际的存储单元大小，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，必须在程序调试之后才知道程序容量的大小。为了在设计选型时，对程序容量有一定的估算，故通常采用存储器容量的估算来代替。存储器容量的估算没有固定的形式，许多参考资料中给出了不同的公式，大体上都是按数字量I/O点数的10到15倍加上模拟量I/O点数的100倍，以此数作为内存的总字数（16位为一个字），另外再按次数的25%考虑余量5。因此本课题的PLC存储器容量的选择应能存储所要储存的程序，这样才能保证在以后的改造过程中有足够的空间。(3) 控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、编程功能、诊断功能的选择。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。 控制功能由于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来解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能I/O单元完成所需要的控制功能，提高PLC的处理速度，节省存储器容量。 编程功能离线编程方式：主要特点是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，而对现场设备不再进行控制。当完成编程以后，编程器切换到运行模式，此时CPU对现场设备进行控制，而不能进行编程。离线编程方式可以降低系统成本，但调试和操作不太方便。在线编程方式：PLC和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场设备的控制，并在一个扫描周期内完成与编程器的数据交换，编程器把在线编制的程序发送到主机，下一个扫描周期，主机就会根据新收到的程序运行。在线编程方式成本较高，但系统调试和使用方便，在大中型PLC中经常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图(SFC)、功能模块图(FBD)、梯形图（LD）、语言表（IL）、结构文本（ST）。其中前三种为图形化语言，后两种为文本语言6。我们所选用的编程语言应遵守标准化，同时，还应支持多种编程语言方式，以满足特殊场合的控制要求。诊断功能PLC的诊断功能包括硬件诊断和软件诊断。其中硬件诊断是通过硬件的逻辑判断来确定硬件的故障位置。软件诊断分为内诊断和外诊断。其中内诊断是通过软件对PLC内部的性能和功能进行的诊断，外诊断是通过软件对可编程控制器的CPU和外部I/O等部件信息交换所进行的诊断。对维护人员技术水平的要求直接受PLC的诊断功能强弱的影响。(4) 机型的选择 PLC的类型。PLC按照结构分为整体型和模块型两种，按工业环境分为现场安装和控制室安装两类7。从应用角度出发，通常按照控制功能或I/O点数选型。整体型PLC的输入输出点数固定，用户选择的余地较小，因此用于小型控制系统；模块型PLC提供多种输入输出点或插卡，因此用户可合理的选择控制系统的I/0点数，可方便灵活的扩展功能，一般用于大中型控制系统。 经济考虑。选择PLC考虑经济性时，应同时考虑到性能价格比，既应考虑到应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等方面的因素，然后进行对比和判断，最终选出比较满意的产品。选择输入输出点数的多少对价格有直接的影响。当点数增加时，相应的存储器容量也随之增加，因此，点数的增加对PLC的选用类型、及存储器容量的选择都有影响。在估算时,应充分考虑I/O点数的选用，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，结合经济性的考虑选用整体型PLC。 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。3.2感应装置的设计微波雷达感应器、红外线感应器是自动门行业主要运用的感应器件。微波雷达感应器，又称微波感应器，是对物体的移动进行反应，反应速度较快。适用于行走速度正常的人员通过的场所，微波感应器是以微波多普勒原理为基础，以微处理器作为控制系统。整个元件器件均为进口器件，方案设计所选器件均确保了产品可靠性。微波感应器是以10.525GHz微波频率发射、接收。其探测方式具有如下优点：非接触探测。不受温度、湿度、噪音的影响9。红外线感应器，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，红外线感应器的反应速度比微波感应器慢。根据感应器性能的不同，运用在自动控制系统中不同场合，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定。如在高档宾馆、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器；在银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。结合本课题的实际需要，在设计自动门的人员检测上运用微波自动门感应器WB-3004，其规格如下： 表3-1 感应器WB-3004的规格型号WB-3004供电电压AC/DC 12V24V工作频率范围50Hz60Hz感应探头工作频率10.525GHz(9.00GHz12.00GHz)工作指示方式LED感应时间/延时时间REAL-TIME/0.5 SEC感应范围4.0M(W) X 3.0M(D)静态功耗：工作功耗：200mW550mW工作温度范围-25+60相对湿度096安装方式WALL3.3驱动机构的设计自动门的驱动装置是决定自动门是否良好工作的重要保障。在本设计中驱动器采用的是无刷直流电动机。无刷直流电动机不但具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机调速范围广、启动转矩大、运行效率高等优点，是应用于众多场合的最佳选择。本设计选用的是45BLDC系列无刷直流电机，电机直径45，额定转数4000转，额定扭矩0.036N.m，功率15W100W。额定电压24V DC8。并励或他励直流电动机与交流异步电动机相比，虽然价格昂贵，结构复杂，维修也不方便，但在调速性能上却有独特的优点。而交流异步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。因为直流电动机能无级调速，且机械传动装置比较简单。直流电动机的转速公式为： (3-1)由公式可知，、和U中的任意一个值变化，都可以使转速改变。改变电路中外电阻的大小，可以进行调速。但却具有耗电量大，调速范围小，机械特性软，且只能进行有级调速等缺点，故这种方法目前运用较少。现在常用的对直流电动机调速方法有调磁法和调压法。(1)调磁法改变电路中磁通量的大小，进行调速。当保持电源电压U为额定值不变时，调节，改变励磁电流以改变磁通量。 (3-2)由上式可知，磁通量减少时，升高，转速降n增大，但后者与成反比，所以磁通量愈小，机械特性曲线愈陡，但仍具有一定的硬度。在一定负载下，愈小，则n愈高。由于电动机在额定状态运行时，它的磁通已接近饱和，所以通常都是减小磁通（），提高转速（n）。调速过程为：当电压U保持恒定时，减小磁通。由于机械惯性，当减小，转速未立即发生变化，于是反电动势E=KEn就减小，随之增加。由于增加的影响超过减小的影响，所以转矩T=KT也就增加。假如阻转矩未变，则T，转速n上升。随着n的升高，反电动势E增大，和T也随之减小，直到T=时为止。但此时转速已经比原来升高了。必须指出，如果电动机在额定状态下运行，则电枢电流为额定值，若调速时负载转矩仍旧为额定值，由于T=KT，故减小磁通量后，必然超过额定值，因此调速后负载转矩必然减小。这种调速方法适用于转速与转矩成反比而输出功率基本不变的场合。此种调速方法有3个优点：调速平滑，可无级调速；经济可靠，控制方便；机械特性较硬，稳定性好。这种调速方法的局限是调速后的转速要超过额定转速，即转速只能升高。因为电动机不允许超速太多，因此限制了调速范围。在实际工作中，这种方法常作为电压调速的一种补充手段。(2)调压法即改变电压U。当保持他励电动机的励磁电流为额定值时，降低电枢电压U，则由 (3-3)可知，变低了，但n未改变。因此改变U可得出一组平行的机械特性曲线。在一定负载下，U愈低，则n愈低。由于改变电枢电压只能向小于电动机额定电压的方向改变，所以转速将下调()。调速过程为：当磁通保持不变时，减小电压U。由于机械惯性，当减小电压U时，转速未立即发生变化，反电动势E暂不变化，于是电流减小，转矩T也减小。如果阻转矩Tc未变，则T，转速n下降。随着n的降低，反电动势E减小，和T增大，直到T=时为止。但这时转速已比原来降低了。由于调速时磁通不变，若在一定的额定电流下调速，则电动机的输出转矩便是恒定的。这种调速方法有以下优点：调速幅度大；机械特性较硬，稳定性较好；可均匀调节电压；得到平滑的无级调速。缺点是：调压需用专门的设备，投资较高。近年来由于采用了可控硅整流电源对电动机进行调压和调速，使这种方法得到了广泛应用。本设计采用的直流电动机的调速方法是调压法。直流电动机相对于交流异步电动机来说又有以下的优点：(1)由于采用高性能永磁材料，可以使无刷直流电机的转子尺寸减小，可以具有较低的惯性、更快的响应速度。 (2)由于没用转子损耗，也无需定子励磁电流分量，所以无刷直流电机的效率和功率密度较高。输出同等容量，而交流异步电机需要更大功率的整流器和逆变器。 (3)由于没有转子发热，无刷直流电机不需要考虑转子冷却问题。 (4)交流异步电机由于具有非线特性，实现控制极为复杂。而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，扩宽了调速范围，提高了控制性能。 综上所述，无刷直流电机铁芯利用率高、控制性能好，可大大降低使用者综的综合成本。所以本设计中选用的电动机为无刷直流电动机，调速方法为调压法。3.4传动机构的设计由于本课题设计的是商场自动门，人流量较大，所以应对周围环境进行全面考虑，本课题的自动门机械传动设计应考虑以下几点：(1)自动门的传动装置主要包括安装版，轨道，门机，皮带等。(2)所有的组件都为插入式元件，使得安装简单，便于使用。(3)驱动电机采用64V直流电动机，具有功率大，可调性强等优点。(4)导轨采用水平双导轨结构，采用正悬挂的形式，解决了侧摆的问题，确保了门扇的稳定性，牢固性。导轨双侧配以密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的影响，实现了维护方便的特点。(5)皮带采用齿形皮带，因为齿形皮带的截面为曲线形状，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而延长了使用寿命。(6)在感应器方面，采用了可靠性高的微波雷达感应器，具有反应速度快，灵敏度高，不受外界因素影响等特点。3.5自动门系统I/0地址分配表I/0分配表是编写PLC程序首要满足的条件，也是现场接线和调试的重要依据。PLC的I/O分配表如表3-2。表3-2 PLC的I/O分配表类型PLC元件电气元件输入X0X1X2X3X4X5屋外光电开关控制的继电器KA1屋内光电开关控制的继电器KA2开门到位行程开关SQ1关门到位行程开关SQ2开门减速行程开关SQ3关门减速行程开关SQ4输出Y0Y1Y2开门接触器KM1关门接触器KM2换速继电器KA34 系统软件设计4.1 工作过程的分析根据本课题的控制要求和安全要求，所设计的程序如图4-1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：PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，首先进行系统初始化，然后根据输入信号进行不同的处理。若按下手动按钮，则自动门进行手动程序，当按下开门按钮时，自动门开门到极限，然后停止运行；当按下关门按钮时，自动门关门到达极限，然后停止运行。若按下自动选择开关，则自动门进行自动程序，当有人经过时，感应探测器感应到人的存在，当没有人经过时，循环到上一步；当有人经过时，自动门打开 ，当达到开门极限开关时，门停止运行。在自动门停留9秒等待时间内，若有人经过，计时器进行循环计时，直到无人进出，然后进入关门程序；若没人经过，则自动进入关门程序，当自动门达到关门极限开关时，门停止运行。考虑到自动门若出现故障时，自动控制系统会暂停使用，于是设置手动开门和关门。是是开始手动/自动选择否 门口是否有人门打开开到最底开门计时门关闭关到最底停止运行关门按钮按下开门按钮按下是否是否门关闭到底门打开到底否是否蜂鸣器响是结束运行图4-1 程序流程图4.2梯形图程序4.2.1梯形图的概述PLC是专门为应用于工业环境而开发的装置，其主要使用者是工厂电气技术人员，为了适应于他们的操作能力和传统习惯，通常PLC不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程的“自然语言”编程。国际电工委员会(IEC)1994年5月公布的可编程控制器语言标准详细的说明了句法、语义。PLC的五种编程语言为：梯形图、功能块图、功能表图、指令表,结构文本。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是用梯形图的图形符号来描述程序的一种设计语言。梯形图程序设计语言是采用因果关系来描述事件发生的条件和结果，每个梯级都是一个因果关系。在梯级中，描述事件的条件在左面表示，事件的结果在右面表示。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运用。在工业控制领域，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，很直观明了；(2)与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习；(3)梯形图中的能流(Power Flow)不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，这是与原有继电器逻辑控制技术的不同点，因此应用时需要把相关概念区别对待；梯形图是使用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，很容易被工厂电气技术人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。4.2.2 梯形图的设计设计梯形图的基本步骤：(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(行程开关、压力开关、速度、时间等)和输出控制对象(接触器、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，对I/O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-Micro/WIN，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：(1)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。(2)梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边。(3)线圈不能直接接在左边的母线上。(4)在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，被称为双线圈输出，很容易引起误操作，应避免。(5)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，方向从左向右，层次的改变只能从上向下流动。(6)无论选用何种PLC机型，所使用的软件编号必须在该机型的有效范围内。根据以上规则和编程方法，编写了本课题设计的自动门控制系统的梯形图程序，具体程序如图4-2 。图4-2 控制系统的梯形图程序首先按下启动按钮使MS002闭合，当检测开关有信号时，X001或X002闭合。由于开门限位开关X003是常闭的，所以M0线圈通电，此时M0闭合，电动机正转，带动自动门移动，执行开门过程。当门扇完全打开时，开门限位开关X003打开，M0线圈断电，电动机停止转动。当门扇停止移动时，由于开门限位开关的常闭变成常开，故使常开闭合。进行9秒延时，若此时检测开关X001或X002有信号，则使T0重新延时。当9秒的延时完毕后，T0线圈通电，关门限位开关关闭，使Y001通电并自锁，电机反转执行关门过程。在关门过程中，若检测开关X001，X002有信号，Y000通电，由于在关门过程中Y000常闭，此时中断关门过程，转向开门过程。5 程序调试5.1硬件电路联线自动门控制系统的外围接线图如5-1所示，其中KA1、KA2是感应器控制的两个继电器，当感应器感应到有人时会自动闭合，SQ1、SQ2是开门到位行程开关，检测开关是否到位，SQ3、SQ4是开关门减速行程开关。X0Y0X1X2Y1X3X4Y2X5COM COMO24VKA1KA2SQ1SQ2SQ3SQ4KM1MM1KM2KA3 图5-1 外围接线图5.2联机调试该系统的程序流程图如4-1所示，关于程序流程在第四章已做了详细介绍。下面介绍一下程序调试的 分类及实现的步骤。程序调试分为模拟调试和现场调试。模拟调试是将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，用按钮模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗了解程序运行情况。观察输入输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，及时修改不满足条件的程序，直到达到满足设计要求为止。现场调试是在模拟调试合格的前提下，将可编程控制器与现场设备相连。现场调试一定要做个全面检查，在保证各个硬件连接准确无误的情况下方可送电。然后经过反复调试，消除可能出现的问题。该程序调试属于现场调试，采用实验室可编程控制器试验台，主机是德国西门子公司生产的S7-200cpu224小型PLC ，其供电电压均为直流24V。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BG1、BG2、BG3、BG4代替，SF0、SF10、SF11均接按钮。KA1、KA2用中间继电器代替，其线圈电压为24V。自动门调试前需要做大量的准备工作，比如：自动门接线要正确；自动门及相应的控制单元配线正确，无松动现象；自动门相应的控制单元，接触器、按钮、继电器复查无问题；将自动门打至手动，摇动手柄，检查自动门是否有卡涩、过沉现象等等。待检查完毕，其调试过程如下：(1)连接硬件线路，接通电源。自动门控制装置的硬件组成主要有光电开关K1、K2，开门到位限位开关K3，关门到位限位开关K4，开门执行机构KM1，关门执行机构KM2等。 (2)将在“STEP7-Micro/WIN V4.0SP5”开发平台编写好的软件通过“RS-232/PPI电缆”下载到“CPU224”中。 (3)运行实验首先按启动按钮”SF0”手动开/关现象一：当按手动开关按钮SF10时，电动机正转，进入开门状态。 现象二：当按手动开关按钮SF11时，电动机反转，进入关门状态，自动开/关门 现象一：当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，按下按钮BG1或BG2，电动机正转；到达开门限位开关，按下按钮BG3，则电动机停止转动。 现象二：当电动机停止转动时，计时器计时9秒进行延时，在门打开后的9秒等待时间内，若有人员由内之外或由外之内通过光电检测开关时，此时再次按下按钮BG1或BG2，则计时器重新计时9秒。现象三：当9秒延时完毕后，自动门进入关门过程，关门执行机构被起动，电动机进行反转，若按下按钮BG4，则电动机停止转动；若在反转过程中按下按钮BG1或BG2，则电动机再进行正转。现象四：在关门过程中，当有人员由内到外或由外到内通过光电检测开关时，按下紧急按钮SF5，则立即停止关门，并自动进入开门过程，电动机进行正转。 结 论本设计利用PLC实现商场自动门的控制系统，基本上达到了设计的要求。首先，阐述了自动门的历史背景，现阶段的发展趋势，以及PLC在自动门控制系统中所占优势。另外，介绍了商场自动门控制系统的总体方案及软硬件知识，了解到PLC在自动门中程序的编写，