畢業(yè)設計_—自動門電氣控制電路設計說明

1、 . PAGE22 / NUMPAGES22畜牧工程職業(yè)技術學院畢業(yè)論文設計題 目：自動門電氣控制電路設計系 部：電子信息工程系專 業(yè)：電氣自動化班 級：電氣10.2班學生：學 號：指導老師： 巖日 期：2012.9.16前言隨著電子技術的發(fā)展，可編程控制器（簡稱PLC）有了進一步的發(fā)展。PLC控制的自動門系統(tǒng)也不斷更新著。 本文中論述的PLC自動門控制系統(tǒng)主要由以下這幾部分構成：可編程控制器(PLC)、感應探測器、變頻器、驅動器、傳動裝置。本設計可編程控制器就選用FX2N-32M小型的PLC；感應探測器選用微波感應器（微波雷達）；變頻器就采用FR540變頻器；驅動器采用三相異步電動機；傳動裝

2、置采用皮帶來帶動自動門的運動。合PLC的運行特點，對控制系統(tǒng)的工作流程作了合理的優(yōu)化。在此基礎上，給出了控制系統(tǒng)軟件設計的程序流程圖、順序功能圖、外部端子接線圖與PLC控制梯形圖等。本設計介紹應用可編程控制器取代傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動門控制的過程。 文中主要從以上幾個方面進行設計論述。其中可編程控制器（PLC）與變頻器是設計的要點。目錄第1章 概述1.1 研究背景和研究意義21世紀的今天，根據(jù)西部地區(qū)氣候特征，要求建筑物大門隨手關門，以保證防風沙、防寒。為體現(xiàn)人性化、智能化、做到人到自動開門、人走自動關門.門更加突出了安全理念，強調了有效性。有效地防、通行、疏散，同時還突出了建

3、筑藝術的理念，強調門與建筑以與周圍環(huán)境整體的協(xié)調、和諧。自動門的普與和應用，改變了人們的防護意識，提升了人們的安全觀念。自動門除可美化出入口環(huán)境外，由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調能源、防風、防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國外的建筑市場上得到大圍的普與。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。自動門的控制方法有很多，從控制器的不同來分，有傳統(tǒng)的繼電器控制，即通過按鈕和復雜的接線安裝；智能控制器控制，即通過運用現(xiàn)代自動化設備來控制，它具有穩(wěn)定性高，安全等優(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)因存在許

4、多缺陷而逐步被智能控制器控制的自動門所淘汰。當人走近自動門時，雷達感應到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅動裝置將門打開。當人通過門之后，再將門關閉。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，于是迅速在國外建筑市場上得到大圍的普與。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應，因而反應速度快，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，雷達便不再反應，自動門就會關閉，對門機有一定的保護作用。紅外傳感器對物體存在進行反應，不管人員是否移動，只要在處于傳感器的掃描圍，它都會

5、反應即傳出觸點信號。缺點是紅外傳感器的反應速度較慢，適用于有行動遲緩的人員出入的場所。在智能控制器的選擇上，自動門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，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)定性高維護方便，目前許多大型的商場的自動門都是由這種方式來控制。利用傳感器檢測、電機拖動、自動控制系統(tǒng)、自動控制理論、現(xiàn)代電氣控制與PLC等專業(yè)知識、獨立從硬件、軟件、調試、仿真設計一個自動門控制系統(tǒng)。1.2 國外自動門的發(fā)展狀況（一）國自動控制發(fā)展現(xiàn)狀（1）廠家多，規(guī)模小 56年來幾年來，自動門在國得到了快速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計

6、，目前國大大小小生產(chǎn)自動門的廠家已有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)品開發(fā)能力和質量穩(wěn)定性方面還不具備和進口產(chǎn)品競爭的實力。（2）專業(yè)化分工趨勢顯現(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，出現(xiàn)了專門生產(chǎn)主要部件的廠家，如電機、主控板、遙控器傳動件、塑料件等出現(xiàn)了專業(yè)生產(chǎn)廠家，這一趨勢使生產(chǎn)的門檻降低，進入的廠家進一步增多，導致競爭更加激烈。（3）高、低檔次的市場分明進口產(chǎn)品借助質量和品牌優(yōu)勢，占據(jù)了高端市場，目前國廠家的產(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，質量水平參差不齊，整體檔次較低，主要集中在低端市場。（4）產(chǎn)品同質化

7、和市場特點導致利潤微薄產(chǎn)品同質化嚴重，加之自動門產(chǎn)品往往是開發(fā)商而非最終用戶在選擇產(chǎn)品，所以價格因素占的比重較大，加劇了市場競爭。其結果是眾多廠家一味地比拼價格，導致利潤微薄。同時，由于價格過低，也使產(chǎn)品的持續(xù)改進和發(fā)展受到限制。（二）自動控制發(fā)展趨勢自動門是門的一種，指可以將人接近門的動作或將某種入門授權識別為開門信號的控制單元。通過驅動系統(tǒng)將門開啟,在人離開后再將門自動關閉，并對開啟和關閉的過程實現(xiàn)控制的系統(tǒng)。 自動門起源于20世紀30到40年代，當時主要用于軍事倉庫、重要工廠為的是防火、防彈與開門方便。20世紀50年代后，自動門應用日漸廣泛形成批量生產(chǎn)。許多大型銀行、賓館、酒店、大廈為提

8、高檔次和服務水平，為了與高層次的建筑相匹配，競相采用自動門，促進了自動門的迅速發(fā)扎。真正較大規(guī)模生產(chǎn)和應用時70年代以后的事。目前自動門的主要生產(chǎn)國是美國、德國、意大利、荷蘭和日本等發(fā)達國家。自動門開始在建筑物上使用，是在二十世紀年以后。二十年代后期，美國的超級市場的開放，自動門開始被使用，受此影響。世界第一自動門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動門，新建大樓的正門也開始使用了。到了1962年，電氣式己開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設。自動門技術的領域每年都在增加。當初，用供給建筑物用電源進行電動機的速度控制很難，只好進行油壓、空壓速度控制，轉換但因能源利用效率很低。然而伴隨著電氣控制

9、的技術發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術已經(jīng)成熟，直接控制電動機的電氣式自動門逐漸成為主流。例如，各種用可識別控制的自動專用門，感應自動門(紅外感應,微波感應,觸摸感應,腳踏感應)、刷卡自動門等。1.3 自動門技術發(fā)展方向由于目前沒有相關的技術標準，各廠家的產(chǎn)品都按照自己的企業(yè)標準進行生產(chǎn)，對各項技術指標的要求和測量方法都不盡一樣，如提升力等參數(shù)，差別較大，在市場上造成了較大的混亂，給用戶選擇帶來不便，也不利于行業(yè)的發(fā)展。因此，有必要制定自動門的技術標準，明確規(guī)定的主要技術指標以與測試方法等，引導市場有序競爭，促進行業(yè)發(fā)展。經(jīng)過多年發(fā)展，自動門行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：(1) 智能化，多功能：今后的還將進一步

10、提高智能化程度，如自動檢測開關門行程位置，自動適應門體阻力的變化，以始終保持較高的遇障保護靈敏度等。還將增加一些新的功能，如和住宅安防系統(tǒng)配合使用等。(2) 免維護：采取多種措施，減少使用過程中的維護工作。 (3) 多樣化：將會有各種各樣不同外觀和功能的產(chǎn)品，滿足用戶的不同需要。(4) 高安全性：隨著用戶安全意識的提高，安全性將是用戶非常注重的一項指標，也將是一項基本要求。傳統(tǒng)的自動門是由繼電器控制的，即通過按鈕和復雜的接線安裝來控制?，F(xiàn)在的自動門大多都是由智能控制器控制，即通過運用現(xiàn)代自動化設備來控制，它具有穩(wěn)定性高、安全等優(yōu)點。 而在智能控制器的選擇上，現(xiàn)今自動門的主控器有單片機控制和可編

11、程控制器（PLC）控制。單片機控制主要有體積小、安裝方便等特點，一般多數(shù)被對自動門性能要求稍低的場合采用；PLC控制的特點是穩(wěn)定型高、維護方便，目前許多大型的商場等人流量多的自動門都是由這種方式來控制。第2章 自動門控制系統(tǒng)總體方案設計2.1 自動門的功能需求分析本設計是面向公共場所入口的應用設計，需要有安全和可靠性，在設計的時候改良了自動門的友好性，結構如圖2-1所示：圖2-1 自動門結構示意圖根據(jù)入口處對自動門的具體要求，本設計所設計的自動門應具有以下功能：(1) 開門和關門控制應具有手動和自動方式為了便于維護，自動門應具有手動和自動方式。手動和自動轉換開關來控制，當轉換開關撥向手動位置時

12、，門可以手動調節(jié)開或者關。當轉換開關撥向自動位置時，手動開門失效，由感應探測器檢測有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門口且門未關閉，PLC動作輸出信號給變頻器來控制電機的正轉或者反轉來實現(xiàn)開門或者關門。(2) 防夾人功能為了杜絕自動門的夾人事件，在門兩側安裝主動式紅外線防夾感應器，一防止停留在門附近的人被門所夾住。(3) 蜂鳴器提示功能當自動門出現(xiàn)夾人意外狀況時，PLC輸出信號給蜂鳴器，蜂鳴器響以提示管理人員的注意。自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作執(zhí)行元件構成。采用自動和手動點動控制方式，此種控制模式為目前大多數(shù)自動門的控制方式。本設計所設計的自動門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制

13、傳動機構從而控制門的開和關實現(xiàn)門的自動化控制。2.2系統(tǒng)設計的基本步驟在自動門控制系統(tǒng)的設計過程中主要要考慮以下幾點：(1) 深入了解和分析自動門的工藝條件和控制要求。(2) 確定I/O設備。根據(jù)自動門控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈等。(3) 根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。(4) 分配I/O點數(shù)，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。(5) 設計自動門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設計出周密完整的梯形圖程序，這是整個自動門系統(tǒng)設計的核心工作。2

14、.3自動門技術參數(shù)的確定自動平移門安裝和調試的關鍵是提高精度，即導軌的平直度和水平度，門體地兩個吊掛點所形成的直線與導軌的平行度和垂直度，最大限度地減少門體的靜態(tài)側擺。在自動門投入使用后，尤其是初期，應經(jīng)常調節(jié)門體，修正運行產(chǎn)生的誤差。要嚴格限制門體重量，不能超過自動門的額定負重。通常在三個月最多一年要對自動門進行全面的清理和調整。公共場所的自動平移門因為使用頻率非常頻繁，而任何自動門的使用頻率和使用壽命都有限。例如機場、大型超市和醫(yī)院外門的人員流量每天可達到成千上萬人次，或者在特定時間段里集過大量人員，在這種情況下，要使用自動門就必須進行綜合考慮。例如增加門的數(shù)量，加大門扇寬度，增加關門延遲

15、時間等。具體參數(shù)如表2-1所示。表2-1 自動門具體參數(shù)單扇開啟寬度(mm)1250(最寬)單扇門的最大承重(kg)1120kg高度(mm)2500mm最快開/關門速度(cm/s)60cm/s減速開/關門速度(cm/s)20cm/s開啟保持時間(s)15s(程序中可調)可編程控制器電源220V AC，50-60Hz驅動器電源380V AC，50Hz驅動器輸出額定功率120W2.4自動門的控制要求(1) 當有人由到外或由外到通過感應探測器檢測開關SB1或SB2時，開門執(zhí)行機構KM1、KM2動作，電動機正轉，當門到達開門減速開關SB3位置時，電機開始減速，門到達開門限位開關SB4位置時，電機停止運

16、行。(2) 自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關門過程，關門執(zhí)行機構KM3、KM4被起動，電動機反轉，當門移動到關門減速開關SB5位置時，電機開始減速，門移動到關門限位開關SB6位置時，電機停止運行。(3) 在關門過程中，當有人員由外到或由到外通過感應探測器檢測開關SB1或SB2時，門立即停止且停止0.5秒后，自動進入開門程序。(4) 在門打開后的8秒等待時間，若有人員由外至或由至外通過感應探測器檢測開關SB1或SB2時，必須重新開始等待8秒后，再自動進入關門過程，以保證人員安全通過。(5) 當有人站在門口不進入時，感應探測器檢測開關SB1或SB2就會一直檢測到信號，定時器處于循環(huán)定時狀態(tài)。

17、自動門控制裝置由門外感應探測器檢測開關SB1、門感應探測器檢測開關SB2、開門減速開關SB3、開門到限位開關SB4、關門減速開關SB5、關門到限位開關SB6、開門執(zhí)行機構KM1/KM2(使直流電動機正轉)、關門執(zhí)行機構KM3/KM4(使直流電動機反轉)等部件組成?？紤]到自動控制門在出現(xiàn)故障時的維修方便，所以增加了手動開門K1、手動關門K2.第3章 自動門硬件系統(tǒng)的設計3.1 控制系統(tǒng)結構設計本設計運用PLC控制變頻器來調節(jié)交流電機運轉來實現(xiàn)自動門運轉的控制方式。采用變頻器電路，結構簡單，控制方便，可靠性高，交流電機具有效率高、維護成本低的特點。交流電機驅動系統(tǒng)與直流電機驅動系統(tǒng)相比具有效率高、

18、結構簡單、維護方便、易于冷卻和壽命長等優(yōu)點，并且系統(tǒng)調速圍寬，而且能實現(xiàn)低速恒轉矩、高速橫功率運轉等特性。隨著變頻技術的發(fā)展，交流電機控制的成本得以降低，為交流驅動系統(tǒng)在自動門中的大量運用提供了條件?？刂葡到y(tǒng)結構圖如圖3-1所示：圖3-1控制系統(tǒng)結構圖3.2 驅動裝置的選擇自動門的驅動器是自動門能否良好工作的保障，本設計中是運用變頻器來自動調節(jié)電機的速度，以達到驅動自動門的目的。這種方法具有穩(wěn)定性好，維修方便，連接簡單，成本較低，是在目前的自動門行業(yè)的主流控制方式。根據(jù)本設計所設計的自動門的要求應選用絕緣電阻、絕緣介電強度、接地裝置、過電壓保護等符合國際安全標準規(guī)定的，具有噪聲低、過載能力強的

19、特點，在結合了安全、穩(wěn)定的考慮，本設計的自動門控制系統(tǒng)的驅動裝置選用步進電機。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個同定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100)的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制。PLC對電機的控制有兩種方式：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

20、高速脈沖輸出提供一個指定脈沖數(shù)目的方波輸出(占空比為50)。在加速和減速時輸出脈沖的頻率(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?，直到裝載一個新的指定值時才產(chǎn)生脈沖。PTO輸出占用一個PLC輸出點，用于控制門體的位移和速度，由另一個輸出點的信號控制門體運動的方向。這兩個信號送給步進電機驅動器去驅動電機，以帶動門體完成相應的運動。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整流

21、器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。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、直流儲能和緩沖無功功率。變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設備。變頻器調速的主要工作原理是將供給電機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節(jié)技術逆變?yōu)轭l率可調、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機使用。3.3.2 變頻器的選型根據(jù)自動門的需要，變頻器選型時要確定以下幾點：1. 變頻器與負載的匹配問

22、題(1) 電壓匹配：變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。本設計所用的電機的額定電壓為380V，故在選擇變頻器時要符合電機的額定電壓。(2) 電流匹配：變頻器的額定電流與電機的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。在本設計所使用的三相交流電機的最大啟動電流為0.37A，故所用的變頻器的最大電流應大于電機的最大啟動電流。(3) 轉矩匹配：這種情況在恒轉矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生，本設計所使用的最初啟動轉矩為1.4N/m，所以，在選型中要考慮。2. 在使用變頻器驅動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電

23、機的選型。綜合以上因素，本設計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轉速的控制器。三菱FR-540變頻器具有以下優(yōu)點：(1) 接線簡單，可運用PLC的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來控制變頻的正反轉和頻率。(2) 安裝靈活，可以根據(jù)實際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進行遠距離操作。(3) 頻率設置簡單，并且具有三速設定功能，可以滿足本設計自動門系統(tǒng)的控制要求，且操作方便，只需輕輕轉動外接電位器的旋鈕，就可以進行頻率設置。3.4 探測器的選擇目前自動門行業(yè)的運用的感應開關主要有觸摸感應開關，微波感應開關，紅外感應器，接近感應開關等，根據(jù)不同的功能和性能運用在各類不同場合的

24、自動門控制系統(tǒng)中，是自動門系統(tǒng)的關鍵部位，其性能直接影響自動門系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫字樓，可以選擇高靈敏度的感應器；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)域的感應器。根據(jù)本設計的需要選用人體感應探測器。人體都有恒定的體溫，一般在37，發(fā)出波長為10微米左右的紅外線。熱釋電元件探頭是以探測人體輻射為目標的，對波長為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就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生信號。被動式紅外探頭，其傳感器包含兩個反向相串聯(lián)的熱釋電元件，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有一樣的用，使其產(chǎn)生熱釋電效應相互抵消，于是探測器

25、無信號輸出。一旦人進入探測區(qū)域，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)生相應的信號。人體感應探測電路由被動紅外探頭、放大電路與電子開關電路組成，安裝在自動門兩側。當有人靠近自動門時，身體輻射出的紅外線被熱釋電紅外傳感器接收下來并將其轉換成信號，經(jīng)檢測放大電路放大處理后輸出給電子開關電路。電子開關信號輸入到PLC輸入繼電器中，PLC根據(jù)收到的信號，驅動步進電機將門打開。人體感應探測器需要2個，分別用來感應門外的來人情況，占用PLC兩個輸入點。3.5 自動門運行位置檢測本系統(tǒng)的關鍵是控制門的運行，為了達到更好的控制效果，PLC必須時刻知道門

26、所處的位置從而做出相應的處理，所以在關鍵的位置上安裝位置傳感器，并把傳感器信號傳給PLC。為此設置了兩個行程開關，一個用于檢測門完全打開時的位置，叫開門極限開關，一個用于檢測門完全關閉時的位置，叫關門極限開關。當門在運行過程中，接近最大位置時，限位開關的信號傳給PLC，電機停止運轉。門離限位開關較近時，電機低速運行，通過程序來控制。2個行程開關，占用PLC3個輸入點。3.6 門運行障礙檢測、報警在門運行過程中，有時會遇到障礙物阻止它的運行。這時需要具體分析，如果是在開門過程中出現(xiàn)這種情況，有可能是途中障礙的阻止，或者是開門限位開關壞了，停止運行并報警；如是關門時出現(xiàn)這種情況，有可能擠到人或物了

27、，應向相反方向運行，給出報警信號。設置一個傳感器檢測在關門過程中有無人或物體在門的中間。主動式紅外線防夾感應器由發(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與人體的紅外線不同。在關門過程中當人或物阻擋時，接收器收不到光信號產(chǎn)生一個負脈沖，該脈沖作為PLC的一個中斷信號，PLC控制門體向相反方向運動。這是一個非常重要的保護功能，在防止碰人或物的同時，保護自動門電機不會因過載而燒壞。在自動門運行中，由于電機的頻繁轉動，可能會使電機過熱造成電機機芯的損壞，因此，在電機上安置一個溫度傳感器來監(jiān)測電機的溫度，當電機的溫度高于預定值時，傳感器把信號傳給PLC，PLC分析輸出信號，指示燈亮，

28、提醒監(jiān)管人員的注意，以保證電機的良好運轉。3.7 可編程控制器(PLC)的選型3.7.1 PLC概述可編程控制器，英語稱Programmable Controller，簡稱PLC，本設計中用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，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸入信息，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，但并不等于普通計算機。普通計算機進行出入信息變換時，大多只考慮信息本身，信息出入的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息出入的可靠性、實時性，以與信息的

29、實際使用。特別要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修與抗干擾等問題，出入信息變換與可靠的物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。PLC可以通過它的外設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，有大容量的存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：(1) 邏輯處理功能；(2) 數(shù)據(jù)運算功能；(3) 準確定時功能；(4) 高速計數(shù)功能；(5) 中斷處理(可以實現(xiàn)各種外中斷)功能；(6) 程序與數(shù)據(jù)存儲功能；(7) 聯(lián)網(wǎng)通信功能；(8) 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

30、幾乎也可以做到。像PLC這樣，集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠程化、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)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要設計選型的主要依據(jù)。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。

31、1. 輸入輸出(I/O)點數(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%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，故本設計的I/O點數(shù)為輸入12點，輸出11點。2. 存儲容量的估算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用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需要在程序調試之后才知道。為了設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

32、。 存儲器存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為存的的總字數(shù)(16位為一個字)；另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此本設計的PLC存容量選擇應能存儲2000梯形圖，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特性的選擇。根據(jù)本設計所設計的自動門控制的需要，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

33、單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。(2) 編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期與編程器進行數(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。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言：順序功能(SFC

34、)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結構文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準(IEC6113123)，同時，還應支持多種語言編程形式如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。(3) 診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分診斷和外診斷。通過軟件對PLC部的性能和功能進行診斷是診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換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能力的要求，并影響平均維修時間。4. 機型的選擇(1) PLC的類型P

35、LC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(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/O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/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點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。(2) 經(jīng)濟性的考慮選擇PLC時，應考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，

36、相應的存儲器容量相應增加，因此，點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。本設計所設計的自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結合經(jīng)濟性的考慮，因此選擇整體型PLC。綜合以上因素，本設計采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2-32MR小型PLC來實現(xiàn)整個自動系統(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PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場接線和調試的重要依據(jù)。根據(jù)自動門的控制系統(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分配表類型設備PLC端子號輸入端門外感應探測器SB1X000門感

37、應探測器SB2X001開門減速開關SB3X002開門限位開關SB4X003關門減速開關SB5X004關門限位開關SB6X005防夾人SB7X006手動開門K1X007手動關門K2X008手動/自動開關K3X009電機過熱K4X010急停開關K5X011輸出端高速開門KM1Y000低速開門KM2Y001高速關門KM3Y002低速關門KM4Y003報警器Y004門動作中指示燈Y005門停止工作指示燈Y006門達到上限指示燈Y007電機過熱指示燈Y008手動開門Y009手動關門Y010PLC外部端子I/O配置圖是I/O分配表的直觀表達，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-

38、2所示：圖3-2 PLC外部I/O配置圖第4章 自動門軟件系統(tǒng)的設計4.1 PLC梯形圖概述PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術人員，為了適應他們的傳統(tǒng)習慣和掌握能力，通常PLC不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會(IEC)1994年5月公布的IEC1131-3(可編程控制器語言標準)詳細地說明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖、梯形圖、功能塊圖、指令表、結構文本。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結構文本為文字語言，功能表圖是一種結構塊控制流程圖。梯形圖程序設計語言是梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序

39、設計語言。采用梯形圖程序設計語言，這種程序設計語言采用因果關系來描述事件發(fā)生的條件和結果，每個梯級是一個因果關系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結果表示在右面。梯形圖程序設計語言是最常用的一種程序設計語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領域，電氣技術人員對繼電器邏輯控制較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應用。梯形圖程序設計語言的特點是：1. 與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；2. 與原有繼電器邏輯控制技術相一致，易于掌握和學習；3. 與原有的繼電器邏輯控制技術的不同點是：梯形圖中的能流不是實際意義的電流，部的繼電器也不