【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 取，而不是直接使用現(xiàn)場(chǎng)的立即輸入信號(hào)。對(duì)其他信息，則是從 PLC的原件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像寄存器中，對(duì)輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對(duì)數(shù)字量 I/O指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量 I/O指令進(jìn)行處理，在掃描周期的各個(gè)部分，均可對(duì)中斷事件進(jìn)行響應(yīng)。 在這個(gè)階段，除了輸入映像寄存器外，各個(gè)元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。 這是第三個(gè)集中批處理過(guò)程，當(dāng) CPU 對(duì)全部用戶程序掃描結(jié)束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時(shí)送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動(dòng)各輸出繼電器所帶的負(fù)載。 PLC 的主要功能及其特點(diǎn) PLC 的主要功能 這是 PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場(chǎng)合。它的主要功能是完成開(kāi)關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。 （ A/D和 D/A控制） 在工業(yè)生產(chǎn) 過(guò)程中，許多連續(xù)變化的需要進(jìn)行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。過(guò)去， PLC 長(zhǎng)于邏輯運(yùn)算控制，對(duì)于模擬量的控制主要靠?jī)x表或分布式控制系統(tǒng)，目前大部分 PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能，而且編程和使用方便。 /計(jì)數(shù)控制 PLC 具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。對(duì)于定時(shí)器，定時(shí)間隔可以由用戶加以設(shè)定；對(duì)于計(jì)數(shù)器，如果需要對(duì)頻率較高的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可以選擇高速計(jì)數(shù)器。 4．步進(jìn)控制 PLC 為用戶提供了一定數(shù)量的位移寄存器，用位移寄存器可方 便地完成步進(jìn)控制功能。 在機(jī)械加工行業(yè)，可編程序控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 大部分 PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等操作，有些 PLC還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算。 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC與 PLC之間、 PLC與計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。 PLC 的主要特點(diǎn) PLC 能如此迅速發(fā)展的原因， 除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。其主要特點(diǎn)如下： 1. 可靠性高 可靠性指的是可編程控制器平均無(wú)故障工作時(shí)間。由于可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)?？删幊绦蚩刂破饕驯粡V大用戶公認(rèn)為是最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 2. 控制功能強(qiáng) 一臺(tái)小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。 與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價(jià)格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制與集中管理。 3. 用戶使用方便 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過(guò)修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 4. 編程方便、簡(jiǎn)單 梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程語(yǔ)言，其電路 符號(hào)、表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語(yǔ)言形象、直觀、簡(jiǎn)單、易學(xué)，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。 5. 設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試周期短 可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí) 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少，縮短了施工周期。可編程序控制器的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將 PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝和接線，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，大大縮短了設(shè)計(jì)和 投運(yùn)周期。 6. 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 可編程序控制器體積小、重量輕、功耗低、抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前以 PLC作為控制器的 CNC設(shè)備和機(jī)器人裝置已成為典型。 PLC 在自動(dòng)門中的應(yīng)用 通過(guò) PLC控制系統(tǒng)作為中央處理器，來(lái)宏觀整體調(diào)控自動(dòng)門中各硬件設(shè)施協(xié)調(diào)工作，來(lái)完成自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉大門。 使用紅外感應(yīng)器或微波發(fā)射器來(lái)感應(yīng)外界的物體，當(dāng)有人進(jìn)如了感應(yīng)范圍之后，感應(yīng)器通過(guò)感應(yīng)到人的到來(lái)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，通過(guò) PLC的模擬 /數(shù)字輸入部分輸入 PLC。玻璃門的打開(kāi)或關(guān)閉 由電機(jī)控制來(lái)完成，目前少數(shù)由交流變頻電機(jī)或無(wú)刷直流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但更多的使用步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)作為可靠性好，控制簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的動(dòng)力裝置已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)門。圖 2 是一個(gè)以 PIC為控制器，統(tǒng)一控制傳感器、步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)機(jī)械直線運(yùn)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)玻璃門的 PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)。目前一些廠家 PIE供應(yīng)商都提供可直接控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的定位控制單元，可直接控制步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)編程完成單軸，兩軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師習(xí)慣上自行設(shè)計(jì)包括軸承、滾珠絲杠副、同步齒形帶等。設(shè)計(jì)時(shí)非常簡(jiǎn)單，零件可直接選用，但裝配時(shí)有較高的 要求。因此，國(guó)際上出現(xiàn)了一些機(jī)械直線運(yùn)動(dòng)控制單元，將滾珠絲杠副、同步齒形帶、軸承等安裝在一個(gè)密閉的長(zhǎng)殼體內(nèi)，并安裝有一個(gè)滑動(dòng)模塊。生產(chǎn)商預(yù)先調(diào)整好精度、預(yù)緊力等，該單元安裝有限位開(kāi)關(guān)，并提供安裝法蘭，供電機(jī)、編碼器安裝用。用戶按傳動(dòng)行程、受力情況等直接選用，直接安裝在基礎(chǔ)上即可。 步進(jìn)電機(jī)與機(jī)械直線運(yùn)動(dòng)單元連接，建立一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸，“零點(diǎn)”、“終點(diǎn)”分別為玻璃門全開(kāi)、全閉時(shí)的位置。如果無(wú)人進(jìn)出，玻璃門關(guān)閉。傳感器一旦給 PIC 信號(hào)， PLC 通過(guò)定位控制單元立刻控制步進(jìn)電機(jī)中斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)，回零位。開(kāi)始速度逐 漸提高，在即將閉合時(shí)，速度逐漸減為零。而當(dāng)門在關(guān)閉的過(guò)程時(shí)，一旦有人通過(guò)，應(yīng)立即停止動(dòng)作，轉(zhuǎn)入開(kāi)門過(guò)程。 PIC 通過(guò)定位控制單元進(jìn)行速度調(diào)節(jié)非常方便。一旦無(wú)人進(jìn)出，傳感器無(wú)信號(hào)發(fā)出， PIC 控制步進(jìn)電機(jī) ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 中斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)，向終點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，速度控制如前。 圖 2 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3章 自動(dòng)門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 隨 著自動(dòng)門的不斷發(fā)展，被越來(lái)越多的應(yīng)用于各建筑物，廣泛的應(yīng)用也使其安全變的越來(lái)越重要。對(duì)電源的影響因素是多方面的，其中主要干擾，來(lái)自噪聲的影響。因此，為了提高自動(dòng)門的運(yùn)行穩(wěn)定性，穩(wěn)定的電 壓和較小的波紋是重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。較為普遍的穩(wěn)壓裝置是變壓器，因?yàn)樗鼉r(jià)格實(shí)惠，但有一定的弱點(diǎn)，對(duì)于電源的穩(wěn)壓性能并不是很強(qiáng)。因此我們需要設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源并根據(jù)無(wú)刷直流電機(jī)供電要求選擇合理的電路參數(shù)，同時(shí)需要合理設(shè)計(jì)交流濾波器以減少電磁干擾。 由于自動(dòng)門工作時(shí)間長(zhǎng)、安全性要求高，因此從電網(wǎng)電源開(kāi)始，就應(yīng)用了過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)以盡量避免意外發(fā)生。保護(hù)電路有多種形式，下面是一種保護(hù)電路的框圖 （圖 3） 。 圖 3 保護(hù)電路框圖 過(guò)壓保護(hù)采用壓敏電阻和瞬變電壓抑制器，以防止雷擊等意外事故產(chǎn)生的瞬間高壓。交流 EMI 濾波器主要是用來(lái) 抑制共模、共差干擾。如 圖（ 圖 4） 所示，它主要包括兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，電路包括共模扼流圈、濾波電容、共模濾波電容。 自動(dòng)門的整流電路主要是把交變的交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電，使電源適合各種驅(qū)動(dòng)裝置（如無(wú)刷直流電機(jī)）的使用。全橋是由 4只整流二極管按橋式全波整流電路的形式連接并封裝為一體構(gòu)成的。全橋的正向電流有 、 1A、 、2A、 、 3A、 5A、 10A、 20A等多種規(guī)格，耐壓值（最高反向電壓有） 25V、 50V、100V、 200V、 300V、 400V、 500V、 600V、 800V、 1000V等多種規(guī)格。下圖 （圖 5）是其電路圖形符號(hào)與內(nèi)部電路。 交流 EM I 濾波器整流電路變壓器二次濾波過(guò)壓保護(hù)過(guò)流 、 過(guò)熱的保護(hù)電路 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 4 圖 5 無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用 目前自動(dòng)門中的動(dòng)力部分主要有無(wú)刷直流電機(jī)、交流變頻電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)的使用。今以無(wú)刷直流電機(jī)為例來(lái)介紹自動(dòng)門系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。下圖是電機(jī)的主電路圖 （圖 6） ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 6 無(wú)刷直流電機(jī)需要控制器來(lái)進(jìn)行控制， MC33035 無(wú)刷直流電機(jī)控制器采用雙極性模擬工藝制造，可在任何惡劣的工業(yè)環(huán)境條件下保證高品質(zhì)和高穩(wěn)定性。該控制器內(nèi)含可用于正確整流時(shí)序的轉(zhuǎn)子位置譯碼器，以及可對(duì)傳感器的溫度進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膮?考電平，同時(shí)它還具有一個(gè)頻率可編程的鋸齒波振蕩器、一個(gè)誤差信號(hào)放大器、一個(gè)脈沖調(diào)制器比較器、三個(gè)集電極開(kāi)路頂端驅(qū)動(dòng)輸出和三個(gè)非常適用于驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管（ MOSFET）的大電流圖騰柱式底部輸出器。此外， MC33035還有欠鎖定功能，同時(shí)帶有可選時(shí)間延遲鎖存關(guān)斷模式的逐周限流特性以及內(nèi)部運(yùn)行使能等。 自動(dòng)門控制要求。物體靠近門時(shí)傳感器獲得信號(hào)傳給控制器，控制器根據(jù)當(dāng)前所在位置決定門的動(dòng)作。有三種情況： ①門處于關(guān)閉狀態(tài)，控制器應(yīng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)以最佳速度曲線打開(kāi)門。 ②門處于半開(kāi)狀態(tài)，控制器應(yīng)根據(jù)門當(dāng)前所在位置，以 適當(dāng)?shù)乃俣闰?qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)開(kāi)門。 ③門處于開(kāi)啟狀態(tài)，控制器使門保持開(kāi)啟狀態(tài)。 無(wú)物體靠近門時(shí)：如果門處于開(kāi)啟狀態(tài)，延時(shí)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后以最佳速度曲線關(guān)閉門：如果門處于關(guān)閉狀態(tài)，維持相應(yīng)的開(kāi)、關(guān)門速度曲線如圖一所示。關(guān)門時(shí)： OA 段為加速段， AB 段為穩(wěn)速運(yùn)行段， BC 段為減速停止（門關(guān)到位）段。開(kāi)門時(shí)： CB段為加速段， BA段為穩(wěn)速運(yùn)行段， OA段為減速停止（門開(kāi)到位）段。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 根據(jù)自動(dòng)門控制要求，系統(tǒng)原理框圖如下圖 （圖 7） 所示。開(kāi)門門磁：檢測(cè)門的最大開(kāi)啟位置，門開(kāi)后驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止工作，并防止開(kāi)門過(guò)量而損壞系統(tǒng)部件。閉門門磁： 檢測(cè)門的關(guān)閉位置，門關(guān)后驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止工作。驅(qū)動(dòng)器：擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)功率以驅(qū)動(dòng) 150w的無(wú)刷直流電機(jī)。工作指示燈：（ a）有電源指示燈；（ b）正常、故障指示燈。超過(guò)預(yù)期時(shí)間門不到位即是故障狀態(tài)。 圖 7 系統(tǒng)原理框圖 直流電動(dòng)機(jī)的選型 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 并勵(lì)或他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)與交流異步電動(dòng)機(jī)相比，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，維修也不方便，但是在調(diào)速性能上有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槭蠡\式電動(dòng)機(jī)在一般情況下是不能調(diào)速的，更不能無(wú)級(jí)調(diào)速，因此，對(duì)調(diào)速要求高的設(shè)備，均采用直流電動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)能無(wú)級(jí)調(diào)速，機(jī)械傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。 由直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： n=（ UIaRa） /KEΦ 可知， Ra、Φ和 U中的任意一個(gè)值，都可使轉(zhuǎn)速改變，改變電樞電路中外電阻的方法也可進(jìn)行調(diào)速。但其缺點(diǎn)是耗電多，電機(jī)機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍小，且只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，故這種方法目前已較少采用。現(xiàn)常用的對(duì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法有調(diào)磁法和調(diào)壓法。 紅外傳感器開(kāi)門門磁閉門門磁控制器 驅(qū)動(dòng)器電源220 v 市電M執(zhí)行電機(jī) 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 1）調(diào)磁法 即改變磁通量Φ。當(dāng)保持電源電壓 U為額定值時(shí)，調(diào)節(jié) Rf，改變勵(lì)磁電流If以改變磁通量，如圖 13所示。由于 n=U/KEΦ Ra/KTKEΦ T 可知磁通Φ減少時(shí)， n0 升高 ，轉(zhuǎn)速降△ n 增大，但后者與Φ 2 成反比，所以磁通愈小，機(jī)械特性曲線愈陡，但仍具有一定硬度，如圖 14所示。在一定負(fù)載下，Φ愈小，則 n 愈高。由于電動(dòng)機(jī)在額狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，它的磁路已接近飽和，所以通常都是減小磁通（Φ＜Φ n），將轉(zhuǎn)速往上調(diào)（ n＞ nn）。 調(diào)速的過(guò)程是：當(dāng)電壓 U保持恒定時(shí)，減小磁通Φ。由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速產(chǎn)立即發(fā)生變化，于是反電動(dòng)勢(shì) E=KEΦ n 就減小， Ia 隨之增加。由于 Ia 增加的影響超過(guò)Φ減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩 T=KTΦ Ia也就增加。如果阻轉(zhuǎn)矩 Tc未變，則 T＞ Tc轉(zhuǎn)速 n上升。隨著 n的升高，反電動(dòng)勢(shì) E增大 ， Ia和 T也著減小，直到T=Tc時(shí)為止。但這時(shí)轉(zhuǎn)速已比原來(lái)升高了。 必須指出，若電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行，則電樞電流 Ia為額定值，如果調(diào)速時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍舊保持不變（為額定值），由于 T=KTΦ Ia，故減小磁通量Φ后 Ia必然超過(guò)額定值，因此調(diào)速后負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須減小。這種調(diào)速方法適用于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比而輸出功率基本不變（恒功率調(diào)速）的場(chǎng)合。 這種調(diào)速方法有 3個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （ 1）調(diào)速平滑，可無(wú)級(jí)調(diào)速； （ 2）調(diào)速經(jīng)濟(jì)，控制方便； （ 3）機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好。 這種調(diào)速方法的局限是轉(zhuǎn)速只能升高，即調(diào)速后的轉(zhuǎn)速要超過(guò)額定轉(zhuǎn)速 。因?yàn)殡姍C(jī)不允許超速太多，因此限制了它的調(diào)速范圍。在實(shí)際工作中，這種方法常