【文章內(nèi)容簡介】 C的I/O點(diǎn)數(shù)和存儲容量，并且在此基礎(chǔ)上分別做15% ~20% 和25% 的預(yù)留。本課題中，為滿足所需功能，共需7個(gè)輸入量以及7個(gè)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(diǎn)：1）采用模塊化緊湊設(shè)計(jì)，可按積木式結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)配置，功能擴(kuò)展非常靈活方便；2）能以極快的速度處理自動(dòng)化控制任務(wù)，S7—200和S7—。3）具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，可以將多個(gè)PLC按照工藝或控制方式連接成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成多級完整的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，既可以實(shí)現(xiàn)總線聯(lián)網(wǎng)也可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)通信。4）在軟件方面，允許在Windows操作平臺下，使用相關(guān)的程序軟件包、標(biāo)準(zhǔn)的辦公室軟件和工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)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(yùn)算執(zhí)行速度，二是其龐大的I/O個(gè)數(shù)以及開放的編程及運(yùn)行環(huán)境，方便了之后的軟件設(shè)計(jì)。： 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(dòng)電路電機(jī)即為本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)裝置，是本設(shè)計(jì)所涉及的控制系統(tǒng)之中的核心設(shè)備，因此，驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置（以下稱電機(jī)）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(jī)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(jī)的有點(diǎn)簡單明了，它在調(diào)速范圍上比較廣泛，并且可以達(dá)到平滑調(diào)速；起動(dòng)、制動(dòng)以及過載轉(zhuǎn)矩相對較大；在控制方面，直流電機(jī)易于控制并且有著較高的可控性。直流電機(jī)的主要缺點(diǎn)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(jī)，交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)顯得比較實(shí)用，他結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價(jià)格低廉、運(yùn)行穩(wěn)定、耐用堅(jiān)固、運(yùn)行效率高并且有著出色的適用性，它的缺點(diǎn)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(jià)，直流電機(jī)有著相對交流電機(jī)來說所不具備的優(yōu)點(diǎn)，它的廣調(diào)速、大載矩，這些都是交流電機(jī)所不具備的，而在實(shí)際之中，就本設(shè)計(jì)而言，可用性和安全性才是真正選擇一個(gè)好的電機(jī)的參考標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)方面，直流電機(jī)便難以望其項(xiàng)背，交流電機(jī)在其自身的種種優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，還克服了直流電機(jī)的換向問題。雖然交流電機(jī)存在著功率因數(shù)較差的問題，但是這個(gè)缺點(diǎn)可以通過別的方式來進(jìn)行彌補(bǔ)，因此在本課題中，電機(jī)的選型上交流電機(jī)成為選擇。在確定了交流電機(jī)的基礎(chǔ)上，課題參考了市面上在自動(dòng)車庫門方面采用的電機(jī)類型，并考慮到在實(shí)際中要達(dá)到噪聲低、過載強(qiáng)、低轉(zhuǎn)速等要求，并結(jié)合安全性和實(shí)用性的設(shè)計(jì)理念，本課題選用的電機(jī)是來自意大利的SEJ電機(jī)，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(jī)的的特點(diǎn)就是可以與PLC、變頻器以及常用保護(hù)裝置兼容，并可以采用按鈕控制，并有熱敏電阻保護(hù)。，： 驅(qū)動(dòng)裝置連接圖 SEJ電機(jī) 變頻器的選型根據(jù)課題的功能需求分析，需要對電機(jī)采用變頻調(diào)速，即改變供電電壓的頻率來實(shí)現(xiàn)對交流電機(jī)的速度控制。變頻調(diào)速的特點(diǎn)有：允許使用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，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(diǎn)就是啟動(dòng)電流相對較小，可以調(diào)節(jié)加減速，而且電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高速化和小型化，各種保護(hù)功能齊全（例如過載保護(hù)、短路保護(hù)、過壓和欠壓保護(hù)）等等。因此變頻調(diào)速的應(yīng)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(hù)電路【6】。其中主電路來進(jìn)行電力交換，微電極提供調(diào)頻調(diào)壓電源?？刂齐娐酚脕斫o主電路提供控制信號，而保護(hù)電路則是在變頻器發(fā)生故障時(shí)，給變頻器提供預(yù)先設(shè)定好的各種保護(hù)。： 變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(gè)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(jī)械設(shè)計(jì)的變頻器【3】。2）容量選擇使用變頻器來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由于電機(jī)電抗較小，高次諧波的增加致使輸出電流變大。所以電機(jī)的變頻器選型，容量須稍大于電機(jī)。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(shè)定變頻器的參數(shù)之前，課題依照參考文獻(xiàn)對自動(dòng)們的傳動(dòng)裝置做了了解。其中馬達(dá)皮帶直徑為5cm，皮帶外徑為28cm，內(nèi)徑為14cm。 傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)按照本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門系統(tǒng)的速度要求：快速啟動(dòng)(行程開關(guān)1)→中速運(yùn)行(行程開關(guān)2)→低速運(yùn)行(行程開關(guān)3)→停止運(yùn)行(限位下限開關(guān))。 開關(guān)門曲線根據(jù)開關(guān)門曲線，對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)行如下計(jì)算。線速度和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，公式v= =可設(shè)馬達(dá)輪皮帶輪的直徑為(m)，其轉(zhuǎn)速為(r/min)，線速度為(m/s)；設(shè)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(dá)皮帶輪線速度與馬達(dá)轉(zhuǎn)速的關(guān)系馬達(dá)皮帶輪線速度與門外徑轉(zhuǎn)的速關(guān)系門皮帶內(nèi)輪線速度與門滑輪轉(zhuǎn)速的關(guān)系由上述三式化簡，可得，時(shí)間為1s，則此時(shí)要求電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 =1154r/min。，其線速度為1m/s，則此時(shí)要求電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 =769r/min。，，則此時(shí)要求電機(jī)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(jī)的極對數(shù)，s為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，n為轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速），計(jì)算變頻器的設(shè)定頻率。根據(jù)公式和電機(jī)參數(shù)p=6，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，算出電機(jī)的轉(zhuǎn)差率s= 。根據(jù)公式可得：電機(jī)高速設(shè)定頻率= Hz電機(jī)中速設(shè)定頻率=電機(jī)低速設(shè)定頻率= Hz根據(jù)以上速度要求，參照松下電工提供的設(shè)置手冊進(jìn)行設(shè)定，并按設(shè)計(jì)要求設(shè)定好變頻器三速控制的頻率【4】。參數(shù)設(shè)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(yùn)動(dòng)的控制器，驅(qū)動(dòng)器則由變頻器以及電機(jī)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(yīng)開關(guān)的選型地磁感應(yīng)開關(guān)（地磁感應(yīng)器）的原理其實(shí)就是利用一個(gè)磁性物體，無論其運(yùn)動(dòng)與否，都會在一個(gè)范圍之內(nèi)對地球自身的磁場產(chǎn)生明顯地?cái)_動(dòng)，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(shè)計(jì)的自動(dòng)車庫門控制系統(tǒng)在感應(yīng)開關(guān)上所利用的正是鐵磁物體的這種特性，利用地磁感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)金屬物體（通常是汽車或者金屬手推車），并借此傳輸開關(guān)信號給PLC，以此控制車庫門的開與關(guān)，從而達(dá)到感應(yīng)自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)目的。： 地磁感應(yīng)開關(guān) 主電路圖在主電路中，電機(jī)用來驅(qū)動(dòng)，變頻器則在經(jīng)過頻率值設(shè)定后，當(dāng)門體運(yùn)行到不同的限位開關(guān)時(shí)，不同的速度信號被接通，并通過傳送指令傳送二進(jìn)制碼000011至PLC的輸出端，進(jìn)而送到變頻器的輸入端，以實(shí)現(xiàn)對變頻器多功能SW端子地選擇，達(dá)到變頻器輸出頻率的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。為了保護(hù)電路，加入了熔斷器，用來提供短路保護(hù)和過載保護(hù)。另外，為了在緊急情況下可以快速定制電機(jī)運(yùn)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(shí)，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(jī)因此被緊急制動(dòng)。： 車庫門控制系統(tǒng)主電路 本章小結(jié)本章進(jìn)行了自動(dòng)車庫門控制系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)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(chǔ)工作。第4章 PLC程序設(shè)計(jì)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(gè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(dá)出來。PLC梯形圖在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的靈魂。在梯形圖之中，符號以及相應(yīng)的文字標(biāo)注了整個(gè)控制線路之中的各個(gè)電器元件以及其工作的狀態(tài)。整個(gè)梯形圖呈階梯型，故此得名，也即表示每一個(gè)階梯都能夠通過能流線與上下階梯相互連接起來，從而表