【文章內(nèi)容簡介】 C的I/O點數(shù)和存儲容量，并且在此基礎上分別做15% ~20% 和25% 的預留。本課題中，為滿足所需功能，共需7個輸入量以及7個輸出量，因此經(jīng)過分析與選擇，證明之前所提到的西門子S7—200 PLC滿足課題所需，即為課題所選擇的PLC型號。該類PLC具有以下的主要功能特點：1）采用模塊化緊湊設計，可按積木式結(jié)構進行系統(tǒng)配置，功能擴展非常靈活方便；2）能以極快的速度處理自動化控制任務，S7—200和S7—。3）具有很強的網(wǎng)絡功能，可以將多個PLC按照工藝或控制方式連接成工業(yè)網(wǎng)絡，構成多級完整的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)總線聯(lián)網(wǎng)也可以實現(xiàn)點到點通信。4）在軟件方面，允許在Windows操作平臺下，使用相關的程序軟件包、標準的辦公室軟件和工業(yè)通信網(wǎng)絡軟件，識別C++等高級語言環(huán)境。5）編程工具更為開放，可使用普通的筆記本電腦。因此，對于本課題所設計的控制系統(tǒng)而言，該型PLC是最優(yōu)的選擇，一是由于它出色的運算執(zhí)行速度，二是其龐大的I/O個數(shù)以及開放的編程及運行環(huán)境，方便了之后的軟件設計。： PLC端子連接圖西門子S7—200 型PLC電源電壓采用DC 24V，而工業(yè)用電電壓為AC 220V，因此需要經(jīng)過變壓器與整流器來提供PLC工作所需電壓，： 驅(qū)動電路電機即為本設計的驅(qū)動裝置，是本設計所涉及的控制系統(tǒng)之中的核心設備，因此，驅(qū)動裝置的選型是本課題中較為重要的一環(huán)。在此次的驅(qū)動裝置（以下稱電機）選型中，有直流和交流兩種類型可選，于是根據(jù)本課題控制系統(tǒng)的需求，做了如下的分析。對于直流電機而言，使用直流電作為其電源，電流通過電刷以及換向器引入到轉(zhuǎn)子電樞中。直流電機的有點簡單明了，它在調(diào)速范圍上比較廣泛，并且可以達到平滑調(diào)速；起動、制動以及過載轉(zhuǎn)矩相對較大；在控制方面，直流電機易于控制并且有著較高的可控性。直流電機的主要缺點就是其換向問題，在換向過程中容易產(chǎn)生換向火花【5】。相對于直流電機，交流電機的優(yōu)點顯得比較實用，他結(jié)構簡單、制造方便、價格低廉、運行穩(wěn)定、耐用堅固、運行效率高并且有著出色的適用性，它的缺點就是功率因數(shù)差。綜合以上的依據(jù)，可以得出結(jié)論，從理論的角度來評價，直流電機有著相對交流電機來說所不具備的優(yōu)點，它的廣調(diào)速、大載矩，這些都是交流電機所不具備的，而在實際之中，就本設計而言，可用性和安全性才是真正選擇一個好的電機的參考標準，在這個方面，直流電機便難以望其項背，交流電機在其自身的種種優(yōu)點的基礎之上，還克服了直流電機的換向問題。雖然交流電機存在著功率因數(shù)較差的問題，但是這個缺點可以通過別的方式來進行彌補，因此在本課題中，電機的選型上交流電機成為選擇。在確定了交流電機的基礎上，課題參考了市面上在自動車庫門方面采用的電機類型，并考慮到在實際中要達到噪聲低、過載強、低轉(zhuǎn)速等要求，并結(jié)合安全性和實用性的設計理念，本課題選用的電機是來自意大利的SEJ電機，采用Y型接法，380V三相或220V電源，~，最大轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分，~。該型電機的的特點就是可以與PLC、變頻器以及常用保護裝置兼容，并可以采用按鈕控制，并有熱敏電阻保護。，： 驅(qū)動裝置連接圖 SEJ電機 變頻器的選型根據(jù)課題的功能需求分析，需要對電機采用變頻調(diào)速，即改變供電電壓的頻率來實現(xiàn)對交流電機的速度控制。變頻調(diào)速的特點有：允許使用標準電機，能夠連續(xù)調(diào)速，能夠改變電子回路改變相序、改變轉(zhuǎn)速方向。其優(yōu)點就是啟動電流相對較小，可以調(diào)節(jié)加減速，而且電動機可以實現(xiàn)高速化和小型化，各種保護功能齊全（例如過載保護、短路保護、過壓和欠壓保護）等等。因此變頻調(diào)速的應用范圍非常廣泛【3】。變頻器的電路一般由三部分組成，分別為主電路，控制電路以及保護電路【6】。其中主電路來進行電力交換，微電極提供調(diào)頻調(diào)壓電源。控制電路用來給主電路提供控制信號，而保護電路則是在變頻器發(fā)生故障時，給變頻器提供預先設定好的各種保護。： 變頻器的內(nèi)部結(jié)構圖和主要的外部端口組成 在變頻器的選型上，主要包括種類選擇和容量選擇兩個大方面。1）種類選擇目前在市面上主流的變頻器，大體上可以分為三類：通用性變頻器：指的是配備有一般V/F控制方式的變頻器，這種變頻器成本較低且使用廣泛。高性能變頻器：指的是配備有矢量控制的功能的變頻器，這種變頻器適用于對于調(diào)速性能要求相對較高的場合。專用變頻器：指專門針對某類型機械設計的變頻器【3】。2）容量選擇使用變頻器來驅(qū)動電機，由于電機電抗較小，高次諧波的增加致使輸出電流變大。所以電機的變頻器選型，容量須稍大于電機。所以綜合上述因素，本課題選取的變頻器為松下VFO系列的單相220V級變頻器，（）型號【4】。： 松下VFO變頻器外觀在設定變頻器的參數(shù)之前，課題依照參考文獻對自動們的傳動裝置做了了解。其中馬達皮帶直徑為5cm，皮帶外徑為28cm，內(nèi)徑為14cm。 傳動裝置結(jié)構按照本課題所設計的自動門系統(tǒng)的速度要求：快速啟動(行程開關1)→中速運行(行程開關2)→低速運行(行程開關3)→停止運行(限位下限開關)。 開關門曲線根據(jù)開關門曲線，對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進行如下計算。線速度和轉(zhuǎn)速之間的關系，公式v= =可設馬達輪皮帶輪的直徑為(m)，其轉(zhuǎn)速為(r/min)，線速度為(m/s)；設門滑輪外直徑是(m)，其內(nèi)直徑是(m)，內(nèi)外徑轉(zhuǎn)速同為(r/min)，門皮帶內(nèi)輪線速度為(m/s)。于是可得：馬達皮帶輪線速度與馬達轉(zhuǎn)速的關系馬達皮帶輪線速度與門外徑轉(zhuǎn)的速關系門皮帶內(nèi)輪線速度與門滑輪轉(zhuǎn)速的關系由上述三式化簡，可得，時間為1s，則此時要求電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 =1154r/min。，其線速度為1m/s，則此時要求電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 =769r/min。，，則此時要求電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速=384r/min。于是由轉(zhuǎn)速公式：（式中f為電流的頻率，p為電機的極對數(shù)，s為電機的轉(zhuǎn)差率，n為轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速），計算變頻器的設定頻率。根據(jù)公式和電機參數(shù)p=6，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，算出電機的轉(zhuǎn)差率s= 。根據(jù)公式可得：電機高速設定頻率= Hz電機中速設定頻率=電機低速設定頻率= Hz根據(jù)以上速度要求，參照松下電工提供的設置手冊進行設定，并按設計要求設定好變頻器三速控制的頻率【4】。參數(shù)設定表見附錄二。： 變頻器端子接線圖變頻器在與PLC共同組成的調(diào)速系統(tǒng)之中，PLC作為運動的控制器，驅(qū)動器則由變頻器以及電機組成。根據(jù)課題系統(tǒng)的功能需求，： PLC的調(diào)速控制系統(tǒng)連接圖 感應開關的選型地磁感應開關（地磁感應器）的原理其實就是利用一個磁性物體，無論其運動與否，都會在一個范圍之內(nèi)對地球自身的磁場產(chǎn)生明顯地擾動，這就是磁干擾，通常來說，鐵磁性的物體都會對地球自身的磁力線產(chǎn)生扭曲和畸變。因此，本課題所設計的自動車庫門控制系統(tǒng)在感應開關上所利用的正是鐵磁物體的這種特性，利用地磁感應開關感應金屬物體（通常是汽車或者金屬手推車），并借此傳輸開關信號給PLC，以此控制車庫門的開與關，從而達到感應自動控制的設計目的。： 地磁感應開關 主電路圖在主電路中，電機用來驅(qū)動，變頻器則在經(jīng)過頻率值設定后，當門體運行到不同的限位開關時，不同的速度信號被接通，并通過傳送指令傳送二進制碼000011至PLC的輸出端，進而送到變頻器的輸入端，以實現(xiàn)對變頻器多功能SW端子地選擇，達到變頻器輸出頻率的轉(zhuǎn)換，進而改變電機轉(zhuǎn)速。為了保護電路，加入了熔斷器，用來提供短路保護和過載保護。另外，為了在緊急情況下可以快速定制電機運轉(zhuǎn)，加入了抱閘裝置，在通電情況下，銜鐵被吸起，在遇到緊急狀況時，切斷主電源，銜鐵彈簧的作用下被拉下，閘瓦將閘輪鎖死，電機因此被緊急制動。： 車庫門控制系統(tǒng)主電路 本章小結(jié)本章進行了自動車庫門控制系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)的設計，包括器件的選擇以及PLC端子、變頻器端子的連接以及三者之間的連接，并設計出了車庫門控制系統(tǒng)的主電路，為接下來的軟件編寫做好了基礎工作。第4章 PLC程序設計本章介紹了PLC編程的編程環(huán)境以及一種常用的工具—梯形圖，通過流程圖以及電氣圖（繼電器—接觸器線路）對系統(tǒng)控制過程做了描述，并對梯形圖的各個部分的功能做了講解。 梯形圖及編程環(huán)境概述PLC梯形圖是PLC程序設計之中最為常見和常用的一類編程語言。梯形圖本身繼承了繼電器—接觸器控制電路的設計原理，相不同的是，梯形圖采用了圖形符號連接的形式，使電氣控制線路的連接更加直接，更加形象地表達出來。PLC梯形圖在控制系統(tǒng)的設計以及其后的系統(tǒng)改造中起著非常重要的作用。因此，梯形圖也被看作是PLC設計的靈魂。在梯形圖之中，符號以及相應的文字標注了整個控制線路之中的各個電器元件以及其工作的狀態(tài)。整個梯形圖呈階梯型，故此得名，也即表示每一個階梯都能夠通過能流線與上下階梯相互連接起來，從而表