【文章內容簡介】 種控制要求。 大慶石油學院應用技術學院畢業(yè)論文 7 （ 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(shù)控制 PLC 具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十個甚至上百個定時器與計數(shù) 器。對于定時器，定時間隔可以由用戶加以設定；對于計數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進行計數(shù)，則可以選擇高速計數(shù)器。 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的完成步進控制功能。 在機械加工行業(yè)，可編程控制器與計算機數(shù)控（ CNC)集成在一起，用以完成機床的運動控制。 大部分 PLC 都具有不同程度的數(shù)據處理能力，它不僅能進行算術運算、數(shù)據傳送，而且還能進行數(shù)據比較、數(shù)據轉換、數(shù)據顯示打印等操作，有些 PLC 還可以進行浮點運算和函數(shù)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。 的特點 ，抗干擾能力強 ，功能完善，適用性強 ，深受工程技術人員歡迎 、建造工作量小、維護方便，容易改造 ，重量輕，能耗低 PLC 的組成與基本結構 PLC 是微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物，從廣義上講， PLC 也是一種計算機系統(tǒng)，只不過它比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的輸入 /輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語言 ，具有更適用于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計算機，它的實際組成與一般微型計算機系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 大慶石油學院應用技術學院畢業(yè)論文 8 的硬件系統(tǒng) PLC 的硬件系統(tǒng)由主機系統(tǒng)（如圖 ）、輸入 /輸出擴展環(huán)節(jié)及外部設備組成。 PLC 的工作原理 可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計算機，其工作原理與計算機控制系統(tǒng)的工作原理基本相同。 PLC 是采用周期循環(huán)掃描的工作方式， CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務的循環(huán)序列稱為掃描。 CPU 對用戶程序的執(zhí)行過程是 CPU 的 循環(huán)掃描，并用周期性的集中采樣、集中輸出的方式來完成。一個掃描周期（工作周期）主要成分為以下幾個階段： 這是第一個集中批處理過程， PLC 按順序逐個采集所有輸入端子上的信號，不論輸入端子上是否接線， CPU 順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號寫到輸入映像寄存器中，在當前的掃描周期內，用戶程序用到的輸入信號的狀態(tài)是否變化。即使此時外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對于這種采集輸入信號的批處理，雖然嚴格上說每個信號被采集的時間有先有后，但由于 PLC 的掃描周期很短，這個差異對一般工程應用可忽略，所以可以認為這些采集到的輸入信息是同時的。 是第二個集中批處理過程，在執(zhí)行用戶程序階段， CPU 對用戶程序按順序進行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左到右的順序進行掃描，每掃描大慶石油學院應用技術學院畢業(yè)論文 9 到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不是直接使用現(xiàn)場的立即輸入信息。對其他信息，則是從 PLC 的元件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中每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(shù)字量 I/O 指令和不設置數(shù)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。 本章小結 本章主要介紹了 PLC 的基本概念、 PLC 的主要功能及 特點、 PLC 的組成與基本結構、 PLC 的工作原理四個方面的內容。通過對 PLC 的了解，掌握其基本功能，將其運用到自動門控制系統(tǒng)中去。 大慶石油學院應用技術學院畢業(yè)論文 10 第三章 自動門的執(zhí)行機構設計 本章主要是在上一章的基礎上對自動門的執(zhí)行機構進行設計，執(zhí)行機構主要分為有穩(wěn)壓電源設計、直流無刷電動機的應用這兩大部分，同時能夠通過這個設計對穩(wěn)壓電源的設計及無刷直流電動機有更深的了解。 穩(wěn)壓電源的設計 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提供電要求選擇合理的電路參數(shù)，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）。 圖 3— 1 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 ）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。 變壓器 過壓保護 交流 EMI 濾波器 整流電路 過流、過熱的 保護電路 二次濾波 大慶石油學院應用技術學院畢業(yè)論文 11 自動門的整流電路主要是把交變的電流電轉換成穩(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鏈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 ）是其電路圖形符號與內部電路。 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。下圖是電機的主電大慶石油學院應用技術學院畢業(yè)論文 12 路圖 （圖 ）： 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?shù)膮⒖茧娖?，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、一個脈沖調制解調器、三個集電極開路頂端驅動輸出和三個非常適用與驅動功率的效應管（ 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?shù)乃俣闰寗訄?zhí)行點擊開門。 ○ 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?shù)臅r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。 根據自動門的控制要求，系統(tǒng)原理框圖如下圖（圖 ）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）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)。 大慶石油學院應用技術學院畢業(yè)論文 13 執(zhí)行電機 圖 3— 5 系統(tǒng)原理框圖 本章小結 本章主要是對自動門控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構進行設計。主要的設計分為穩(wěn)壓電源和無刷直流電機的應用兩大部分。通過這個設計能更多的了解穩(wěn)壓電路的特點結構等方面內容，也對無刷直流電機有了很多認識，最重要的是能夠掌握其在自動門控制系統(tǒng)中的應用。 開門門磁 驅動器 220v 市電 控制器 電源 閉門門磁 紅外傳感器 M 大慶石油學院應用技術學院畢業(yè)論文 14 第四章 自動門的硬件設計 自動門的硬件根據不同的類型各有不同，此以平移型感應門為例子介紹它的硬件，主要有：自動感應門主控制器，自動感應探測器，自動感 應門動力馬達，自動感應門門扇行進軌道，門扇吊具走輪系統(tǒng)，同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶），自動感應門下部導向系統(tǒng)：是門扇下部的導向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。大體分為 6 部分如下圖 . 圖 4— 1 硬件組成框圖 自動感應門的基本 工作原理 首先，平移式自動感應門由以下部件組成： (1) 主控制器：它是自動感應門的指揮中心，通過內部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控制器調節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 (2) 感應探測器：負責采集外部信號，如同人們的眼睛，當有移動的物體進入它的工作范圍時，他就給主控制器一個脈沖信號。 (3) 無刷直流電動機：提供開門與關門的主動力，控制自動感應門的速度。 (4) 自動感應門扇行進軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的 吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定的方向行進。 (5) 門扇吊具走