【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 種控制要求。 大慶石油學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 （ 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)十個(gè)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。 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(jìn)控制功能。 在機(jī)械加工行業(yè)，可編程控制器與計(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。 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。 的特點(diǎn) ，抗干擾能力強(qiáng) ，功能完善，適用性強(qiáng) ，深受工程技術(shù)人員歡迎 、建造工作量小、維護(hù)方便，容易改造 ，重量輕，能耗低 PLC 的組成與基本結(jié)構(gòu) PLC 是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講， PLC 也是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過(guò)它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)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(yǔ)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(jì)算機(jī)，它的實(shí)際組成與一般微型計(jì)算機(jī)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(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 的硬件系統(tǒng) PLC 的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)（如圖 ）、輸入 /輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)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(jì)算機(jī)，其工作原理與計(jì)算機(jī)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(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。 CPU 對(duì)用戶程序的執(zhí)行過(guò)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(lái)完成。一個(gè)掃描周期（工作周期）主要成分為以下幾個(gè)階段： 這是第一個(gè)集中批處理過(guò)程， PLC 按順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號(hào)，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(hào)寫到輸入映像寄存器中，在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶程序用到的輸入信號(hào)的狀態(tài)是否變化。即使此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對(duì)于這種采集輸入信號(hào)的批處理，雖然嚴(yán)格上說(shuō)每個(gè)信號(hào)被采集的時(shí)間有先有后，但由于 PLC 的掃描周期很短，這個(gè)差異對(duì)一般工程應(yīng)用可忽略，所以可以認(rèn)為這些采集到的輸入信息是同時(shí)的。 是第二個(gè)集中批處理過(guò)程，在執(zhí)行用戶程序階段， CPU 對(duì)用戶程序按順序進(jìn)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(jìn)行掃描，每掃描大慶石油學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)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(chǎng)的立即輸入信息。對(duì)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(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。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 PLC 的基本概念、 PLC 的主要功能及 特點(diǎn)、 PLC 的組成與基本結(jié)構(gòu)、 PLC 的工作原理四個(gè)方面的內(nèi)容。通過(guò)對(duì) PLC 的了解，掌握其基本功能，將其運(yùn)用到自動(dòng)門控制系統(tǒng)中去。 大慶石油學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 10 第三章 自動(dòng)門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本章主要是在上一章的基礎(chǔ)上對(duì)自動(dòng)門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為有穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)、直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用這兩大部分，同時(shí)能夠通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)及無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)有更深的了解。 穩(wěn)壓電源的設(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)提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）。 圖 3— 1 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 ）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。 變壓器 過(guò)壓保護(hù) 交流 EMI 濾波器 整流電路 過(guò)流、過(guò)熱的 保護(hù)電路 二次濾波 大慶石油學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 自動(dòng)門的整流電路主要是把交變的電流電轉(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鏈接并封裝為一體構(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 ）是其電路圖形符號(hào)與內(nèi)部電路。 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)的主電大慶石油學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 路圖 （圖 ）： 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⒖茧娖?，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)制解調(diào)器、三個(gè)集電極開(kāi)路頂端驅(qū)動(dòng)輸出和三個(gè)非常適用與驅(qū)動(dòng)功率的效應(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)行點(diǎn)擊開(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。 根據(jù)自動(dòng)門的控制要求，系統(tǒng)原理框圖如下圖（圖 ）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）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)。 大慶石油學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 執(zhí)行電機(jī) 圖 3— 5 系統(tǒng)原理框圖 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要的設(shè)計(jì)分為穩(wěn)壓電源和無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用兩大部分。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)能更多的了解穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)等方面內(nèi)容，也對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)有了很多認(rèn)識(shí)，最重要的是能夠掌握其在自動(dòng)門控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 開(kāi)門門磁 驅(qū)動(dòng)器 220v 市電 控制器 電源 閉門門磁 紅外傳感器 M 大慶石油學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 14 第四章 自動(dòng)門的硬件設(shè)計(jì) 自動(dòng)門的硬件根據(jù)不同的類型各有不同，此以平移型感應(yīng)門為例子介紹它的硬件，主要有：自動(dòng)感應(yīng)門主控制器，自動(dòng)感應(yīng)探測(cè)器，自動(dòng)感 應(yīng)門動(dòng)力馬達(dá)，自動(dòng)感應(yīng)門門扇行進(jìn)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(dòng)感應(yīng)門下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后門體擺動(dòng)。大體分為 6 部分如下圖 . 圖 4— 1 硬件組成框圖 自動(dòng)感應(yīng)門的基本 工作原理 首先，平移式自動(dòng)感應(yīng)門由以下部件組成： (1) 主控制器：它是自動(dòng)感應(yīng)門的指揮中心，通過(guò)內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮馬達(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通過(guò)主控制器調(diào)節(jié)門扇開(kāi)啟速度、開(kāi)啟幅度等參數(shù)。 (2) 感應(yīng)探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，他就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)。 (3) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)：提供開(kāi)門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制自動(dòng)感應(yīng)門的速度。 (4) 自動(dòng)感應(yīng)門扇行進(jìn)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(jìn)。 (5) 門扇吊具走