【文章內容簡介】 取，而不是直接使用現(xiàn)場的立即輸入信號。對其他信息，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，每一次運算的中間結果都立即寫入元件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結果，也不是馬上去驅動外部負載，而是將其結果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對數字量 I/O指令和不設置數字濾波的模擬量 I/O指令進行處理，在掃描周期的各個部分，均可對中斷事件進行響應。 在這個階段，除了輸入映像寄存器外，各個元件映像寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。 這是第三個集中批處理過程，當 CPU 對全部用戶程序掃描結束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經輸出端子去驅動各輸出繼電器所帶的負載。 PLC 的主要功能及其特點 PLC 的主要功能 這是 PLC應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種控制要求。 （ A/D和 D/A控制） 在工業(yè)生產 過程中，許多連續(xù)變化的需要進行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。過去， PLC 長于邏輯運算控制，對于模擬量的控制主要靠儀表或分布式控制系統(tǒng)，目前大部分 PLC產品都具備處理這類模擬量的功能，而且編程和使用方便。 /計數控制 PLC 具有很強的定時、計數功能，它可以為用戶提供數十甚至上百個定時器與計數器。對于定時器，定時間隔可以由用戶加以設定；對于計數器，如果需要對頻率較高的信號進行計數，則可以選擇高速計數器。 4．步進控制 PLC 為用戶提供了一定數量的位移寄存器，用位移寄存器可方 便地完成步進控制功能。 在機械加工行業(yè)，可編程序控制器與計算機數控（ CNC）集成在一起，用以完成機床的運動控制。 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 8 大部分 PLC都具有不同程度的數據處理能力，它不僅能進行算術運算、數據傳送，而且還能進行數據比較、數據轉換、數據顯示打印等操作，有些 PLC還可以進行浮點運算和函數運算。 PLC具有通信聯(lián)網的功能，它使 PLC與 PLC之間、 PLC與計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。 PLC 的主要特點 PLC 能如此迅速發(fā)展的原因， 除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經濟等問題。其主要特點如下： 1. 可靠性高 可靠性指的是可編程控制器平均無故障工作時間。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，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現(xiàn)場?？删幊绦蚩刂破饕驯粡V大用戶公認為是最可靠的工業(yè)控制設備之一。 2. 控制功能強 一臺小型可編程序控制器內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。 與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網，實現(xiàn)分散控制與集中管理。 3. 用戶使用方便 可編程序控制器產品已經標準化、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，有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。 4. 編程方便、簡單 梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程語言，其電路 符號、表達方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象、直觀、簡單、易學，熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 5. 設計、安裝、調試周期短 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 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 9 間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少，縮短了施工周期?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蚩梢栽趯嶒炇夷M調試，模擬調試好后再將 PLC控制系統(tǒng)在生產現(xiàn)場進行安裝和接線，在現(xiàn)場的統(tǒng)調過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，大大縮短了設計和 投運周期。 6. 易于實現(xiàn)機電一體化 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，使之易于安裝在機器設備內部，制造出機電一體化產品。目前以 PLC作為控制器的 CNC設備和機器人裝置已成為典型。 PLC 在自動門中的應用 通過 PLC控制系統(tǒng)作為中央處理器，來宏觀整體調控自動門中各硬件設施協(xié)調工作，來完成自動打開和關閉大門。 使用紅外感應器或微波發(fā)射器來感應外界的物體，當有人進如了感應范圍之后，感應器通過感應到人的到來，會產生一個信號，通過 PLC的模擬 /數字輸入部分輸入 PLC。玻璃門的打開或關閉 由電機控制來完成，目前少數由交流變頻電機或無刷直流電機來實現(xiàn)。但更多的使用步進電機來實現(xiàn)。步進電機作為可靠性好，控制簡單，價格低廉的動力裝置已經被廣泛的應用于自動門。圖 2 是一個以 PIC為控制器，統(tǒng)一控制傳感器、步進電機，通過機械直線運動單元驅動玻璃門的 PLC自動門控制系統(tǒng)。目前一些廠家 PIE供應商都提供可直接控制步進電機運動的定位控制單元，可直接控制步進電機，通過編程完成單軸，兩軸插補運動。直線運動系統(tǒng)設計師習慣上自行設計包括軸承、滾珠絲杠副、同步齒形帶等。設計時非常簡單，零件可直接選用，但裝配時有較高的 要求。因此，國際上出現(xiàn)了一些機械直線運動控制單元，將滾珠絲杠副、同步齒形帶、軸承等安裝在一個密閉的長殼體內，并安裝有一個滑動模塊。生產商預先調整好精度、預緊力等，該單元安裝有限位開關，并提供安裝法蘭，供電機、編碼器安裝用。用戶按傳動行程、受力情況等直接選用，直接安裝在基礎上即可。 步進電機與機械直線運動單元連接，建立一個直線運動軸，“零點”、“終點”分別為玻璃門全開、全閉時的位置。如果無人進出，玻璃門關閉。傳感器一旦給 PIC 信號， PLC 通過定位控制單元立刻控制步進電機中斷當前運動，回零位。開始速度逐 漸提高，在即將閉合時，速度逐漸減為零。而當門在關閉的過程時，一旦有人通過，應立即停止動作，轉入開門過程。 PIC 通過定位控制單元進行速度調節(jié)非常方便。一旦無人進出，傳感器無信號發(fā)出， PIC 控制步進電機 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 10 中斷當前運動，向終點運動，速度控制如前。 圖 2 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 11 第 3章 自動門的執(zhí)行機構的設計 穩(wěn)壓電源設計 隨 著自動門的不斷發(fā)展，被越來越多的應用于各建筑物，廣泛的應用也使其安全變的越來越重要。對電源的影響因素是多方面的，其中主要干擾，來自噪聲的影響。因此，為了提高自動門的運行穩(wěn)定性，穩(wěn)定的電 壓和較小的波紋是重點考慮的問題。較為普遍的穩(wěn)壓裝置是變壓器，因為它價格實惠，但有一定的弱點，對于電源的穩(wěn)壓性能并不是很強。因此我們需要設計穩(wěn)壓電源并根據無刷直流電機供電要求選擇合理的電路參數，同時需要合理設計交流濾波器以減少電磁干擾。 由于自動門工作時間長、安全性要求高，因此從電網電源開始，就應用了過流、過熱保護以盡量避免意外發(fā)生。保護電路有多種形式，下面是一種保護電路的框圖 （圖 3） 。 圖 3 保護電路框圖 過壓保護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生的瞬間高壓。交流 EMI 濾波器主要是用來 抑制共模、共差干擾。如 圖（ 圖 4） 所示，它主要包括兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，電路包括共模扼流圈、濾波電容、共模濾波電容。 自動門的整流電路主要是把交變的交流電轉換成穩(wěn)定的直流電，使電源適合各種驅動裝置（如無刷直流電機）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）是其電路圖形符號與內部電路。 交流 EM I 濾波器整流電路變壓器二次濾波過壓保護過流 、 過熱的保護電路 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 12 圖 4 圖 5 無刷直流電機的應用 目前自動門中的動力部分主要有無刷直流電機、交流變頻電機及步進電機的使用。今以無刷直流電機為例來介紹自動門系統(tǒng)中執(zhí)行機構的設計。下圖是電機的主電路圖 （圖 6） 專科生畢業(yè)設計（論文） 13 圖 6 無刷直流電機需要控制器來進行控制， MC33035 無刷直流電機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和高穩(wěn)定性。該控制器內含可用于正確整流時序的轉子位置譯碼器，以及可對傳感器的溫度進行補償的參 考電平，同時它還具有一個頻率可編程的鋸齒波振蕩器、一個誤差信號放大器、一個脈沖調制器比較器、三個集電極開路頂端驅動輸出和三個非常適用于驅動功率場效應管（ MOSFET）的大電流圖騰柱式底部輸出器。此外， MC33035還有欠鎖定功能，同時帶有可選時間延遲鎖存關斷模式的逐周限流特性以及內部運行使能等。 自動門控制要求。物體靠近門時傳感器獲得信號傳給控制器，控制器根據當前所在位置決定門的動作。有三種情況： ①門處于關閉狀態(tài)，控制器應驅動執(zhí)行電機以最佳速度曲線打開門。 ②門處于半開狀態(tài)，控制器應根據門當前所在位置，以 適當的速度驅動執(zhí)行電機開門。 ③門處于開啟狀態(tài)，控制器使門保持開啟狀態(tài)。 無物體靠近門時：如果門處于開啟狀態(tài)，延時適當的時間后以最佳速度曲線關閉門：如果門處于關閉狀態(tài)，維持相應的開、關門速度曲線如圖一所示。關門時： OA 段為加速段， AB 段為穩(wěn)速運行段， BC 段為減速停止（門關到位）段。開門時： CB段為加速段， BA段為穩(wěn)速運行段， OA段為減速停止（門開到位）段。 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 14 根據自動門控制要求，系統(tǒng)原理框圖如下圖 （圖 7） 所示。開門門磁：檢測門的最大開啟位置，門開后驅動電機停止工作，并防止開門過量而損壞系統(tǒng)部件。閉門門磁： 檢測門的關閉位置，門關后驅動電機停止工作。驅動器：擴大驅動功率以驅動 150w的無刷直流電機。工作指示燈：（ a）有電源指示燈；（ b）正常、故障指示燈。超過預期時間門不到位即是故障狀態(tài)。 圖 7 系統(tǒng)原理框圖 直流電動機的選型 直流電動機的調速 并勵或他勵直流電動機與交流異步電動機相比，雖然結構復雜，價格高，維修也不方便，但是在調速性能上有其獨特的優(yōu)點。因為鼠籠式電動機在一般情況下是不能調速的，更不能無級調速，因此，對調速要求高的設備，均采用直流電動機。這是因為直流電動機能無級調速，機械傳 動機構比較簡單。 由直流電動機的轉速公式： n=（ UIaRa） /KEΦ 可知， Ra、Φ和 U中的任意一個值，都可使轉速改變，改變電樞電路中外電阻的方法也可進行調速。但其缺點是耗電多，電機機械特性軟，調速范圍小，且只能進行有級調速，故這種方法目前已較少采用?，F(xiàn)常用的對直流電動機調速的方法有調磁法和調壓法。 紅外傳感器開門門磁閉門門磁控制器 驅動器電源220 v 市電M執(zhí)行電機 專科生畢業(yè)設計（論文） 15 （ 1）調磁法 即改變磁通量Φ。當保持電源電壓 U為額定值時，調節(jié) Rf，改變勵磁電流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， n0 升高 ，轉速降△ n 增大，但后者與Φ 2 成反比，所以磁通愈小，機械特性曲線愈陡，但仍具有一定硬度，如圖 14所示。在一定負載下，Φ愈小，則 n 愈高。由于電動機在額狀態(tài)運行時，它的磁路已接近飽和，所以通常都是減小磁通（Φ＜Φ n），將轉速往上調（ n＞ nn）。 調速的過程是：當電壓 U保持恒定時，減小磁通Φ。由于機械慣性，轉速產立即發(fā)生變化，于是反電動勢 E=KEΦ n 就減小， Ia 隨之增加。由于 Ia 增加的影響超過Φ減小的影響，所以轉矩 T=KTΦ Ia也就增加。如果阻轉矩 Tc未變，則 T＞ Tc轉速 n上升。隨著 n的升高，反電動勢 E增大 ， Ia和 T也著減小，直到T=Tc時為止。但這時轉速已比原來升高了。 必須指出，若電動機在額定狀態(tài)下運行，則電樞電流 Ia為額定值，如果調速時負載轉矩仍舊保持不變（為額定值），由于 T=KTΦ Ia，故減小磁通量Φ后 Ia必然超過額定值，因此調速后負載轉矩必須減小。這種調速方法適用于轉矩與轉速成反比而輸出功率基本不變（恒功率調速）的場合。 這種調速方法有 3個優(yōu)點： （ 1）調速平滑，可無級調速； （ 2）調速經濟，控制方便； （ 3）機械特性較硬，穩(wěn)定性較好。 這種調速方法的局限是轉速只能升高，即調速后的轉速要超過額定轉速 。因為電機不允許超速太多，因此限制了它的調速范圍。在實際工作中，這種方法常