【導(dǎo)讀】隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，我們的生活發(fā)生了巨大的變化。動化的社會已經(jīng)開始呈現(xiàn)于我們的眼前，這為我們提供了非常多的便利。需要而進行研究的。為核心的自動門控制系統(tǒng)。分析了該控制系統(tǒng)的工作原理,描述了系統(tǒng)的硬件組。工作過程,對PLC的選型及I/O點的確定進行了說明。結(jié)合PLC的運行特點,對控。制系統(tǒng)的工作流程作了合理的優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上,采用結(jié)構(gòu)化的編程方法,給出了。主程序模塊、開門子程序模塊、關(guān)門子程序模塊的程序流程圖。和軟件調(diào)試,在實際中獲得了應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明,整個系統(tǒng)功能完善,性能可靠。

　　

【正文】 PLC 時，應(yīng)該考慮其性能價格比?？紤]經(jīng)濟時，也應(yīng)該同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素。進行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接的影響，當點數(shù)增加到一定數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量也應(yīng)增加。因此，點數(shù)的增加對 PLC 選用、存儲器容量 、控制功能范圍等選擇都有一定的影響。所以，在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。本設(shè)計的自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟性的考慮，選用整體型 PLC。 對 PLC 響應(yīng)時間的選擇 對于多數(shù)場合， PLC 的響應(yīng)時間基本上能滿足控制要求。響應(yīng)時間包括輸入濾波時間、輸出濾波時間和掃描周期。 PLC 的工作方式?jīng)Q定了它不能接受頻率過高或持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號，當有此類信號輸入時需要選用掃描速度湖南工業(yè)大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 高的 PLC 或快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。 綜合以上的因素，本設(shè)計采用德國西門子公司生產(chǎn)的 CPU224 小型 PLC 來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。 西門子 S7200 系列 PLC 是西門子公司 20 世紀 90 年代推出的整體式小型可編程控制器，開始被稱為 CPU21X，后被稱為 CPU22X。其結(jié)構(gòu)緊湊、功能強，具有很高的性能價格比，在中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中應(yīng)用廣泛。在此設(shè)計中我們選擇S7200 CPU224，它具有 14 輸入 /10 輸出， I/O 共計 24 點。存儲容量大，有 7 個擴展模塊，有內(nèi)置時鐘，有更強的模擬量和高速計數(shù)處理能力。 西門子 S7200 CPU224 如下圖（圖 ） 圖 42 S7200CPU224 圖 對于本次 自動門的設(shè)計，所選 PLC 為西門子 S7200 CPU224 就能滿足要求，其性能如下 表 41： 表 41 S7 200 的參數(shù) 表 主要性能 集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個數(shù)字量 I/O 點， 2 輸入 /1 輸出共 3個模擬量 I/O 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 168 路數(shù)字量 I/O 點或 38 路模擬量 I/O 點 其他性能 20K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間， 6 個獨立的高速計數(shù)器（ 100KHZ），2 個 100KHZ 的高速脈沖輸出， 2 個 RS485 通訊 /編程口，具有 PPI通訊協(xié)議， MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力 特點 本機還新增多種 功能，如內(nèi)置模擬量 I/O，位控特性，自整定 PID功能，線性斜坡脈沖指令，診斷 LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等 自動門的硬件 部分 主要是從以下幾個方面進行硬件設(shè)計：驅(qū)動裝置的選型、感應(yīng)器件的選型、自動門控制系統(tǒng) I/O 地址的分配。 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 19 驅(qū)動裝置選型 自動門的驅(qū)動裝置是自動門能否良好工作的保障，在本設(shè)計中是運用直流無刷電機。直流無刷電動機功率密度高，噪音極小，調(diào)速性能好，即具備交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，又具備直流電動機的線性機械特性、調(diào)速范圍寬、啟動轉(zhuǎn)矩大、運行效率高等諸多優(yōu)點 。是應(yīng)用于“輕、小、薄、安靜、精密、可靠”等場合的最佳選擇。本設(shè)計選用亞坦電機控制有限公司生產(chǎn)的45BLDC系列直流無刷電機，電機直徑φ 45，額定轉(zhuǎn)數(shù) 4000轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)矩 ，功率 15W100W，額定電壓 24V DC。 感應(yīng)器選型 目前，自動門行業(yè)運用的感應(yīng)器件主要由微波感應(yīng)器、紅外線感應(yīng)器等。 （ 1）微波感應(yīng)器，又稱微波雷達，對物體的移動進行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所。微波感應(yīng)器是以微波多普勒原理為基礎(chǔ)，平面型天線作感應(yīng)系統(tǒng)，以微處理器作控制。 微波 感應(yīng)器的特點：是以 微波頻率發(fā)射、接收。 其探測方式具體有以下優(yōu)點：非接觸探測和不受溫度、濕度、噪音影響。 （ 2）紅外感應(yīng)器，是對物體的存在進行反應(yīng)，不管人員是否移動，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會反應(yīng)，另外，紅外感應(yīng)器的反應(yīng)速度比微波感應(yīng)器慢。 根據(jù)不同的功能和性能運用在各類不同場合的自動門控制系統(tǒng)中，感應(yīng)器是自動門系統(tǒng)的重要部位，其性能直接影響自動門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，結(jié)合本設(shè)計要求，選用上海安達門業(yè)裝飾有限公司的微波自動門感應(yīng)器 WB3004，其規(guī)格如下 表 42： 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 20 表 42 感 應(yīng)器的參 數(shù) 表 型號 WB3004 供電電壓 AC/DC12V— AC/DC24V 工作頻率 50Hz— 60Hz 感應(yīng)探頭工作頻率 (— ) 工作指示方式 LED 感應(yīng)時間 /延時時間 REALTIME/ 感應(yīng)范圍 (W)(D) 靜態(tài)功耗： 工作功耗： 200Mw/12V 550Mw/12V 探頭可調(diào)角度 40186。— 160186。 工作溫度范圍 25℃ — +60℃ 相對濕度 0— 95％ 安裝方式 WALL 自動門 系統(tǒng) I/O 地址的分配 情況 輸入 /輸出信號在 PLC 接線端子的地址分配是進行 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)。對軟件設(shè)計來說， I/O 地址分配以后才可進行編程；對控制柜及 PLC 的外圍接線來說，只有 I/O 地址確定以后，才 可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖來安裝控制柜。 I/O 地址分配是編寫 PLC 程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)成接線和調(diào)試的重要依據(jù)。 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 地址分配如下表 43： 表 43 I/O地址分配 表 門外光檢測電開關(guān) 門內(nèi)光檢測電開關(guān) 開門限位電開關(guān) 關(guān)門限位電開關(guān) 過載保護開關(guān) 緊急停車開關(guān) 啟動停止 手動開門 手動關(guān)門 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 21 本章小結(jié) 本章主要 是在上一章執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上對自動門的硬件系統(tǒng)進行選擇與設(shè)計 。其中 主要是從以下幾個方面進行硬件設(shè)計：驅(qū)動裝置的選型、感應(yīng)器件的選型、自動門控制系統(tǒng) I/O 地址的分配。 使我對這些硬件有了更深的了解。 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 22 第 五 章 自動門的軟件系統(tǒng) 本章 主要是對自動門控制系統(tǒng)的軟件部分進行設(shè)計。通過 上章 對自動門控制系統(tǒng)的 硬件部分的設(shè)計本章軟件 采用 MCGS 組態(tài)軟 件、 IPC 和 PLC 構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)。首先提出系統(tǒng)控制要求，然后對自動門 對象進行分析，確定控制方案 。 控制系統(tǒng)流程 設(shè)計 當門扇要完成一次開門與關(guān)門，其工作流程 如 圖 所示： 圖 51 自動門系統(tǒng)流程圖 框圖說明如下 : （ 1）當有人有內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān) K1 或 K2 時，開門執(zhí)行機構(gòu) KM1 動作，電動機正轉(zhuǎn)，到達開門限位開關(guān) K3 位置時，電機停止運行。 （ 2）自動門在開門位置停留 8s 后，自動進入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu) KM2開始手動 / 自動K 1 、 K 2 是否有信號開門 （ KM 1 通電 、 直流電機正傳 ）門碰到行程開關(guān) K 3 后停止 （ 門全開狀態(tài) ）延時 8 s （ 通過可調(diào)延時器實現(xiàn) ）關(guān)門時是否有人經(jīng)過關(guān)門 （ KM 2 線圈通電 ， 驅(qū)動電機反轉(zhuǎn) ）結(jié)束等待時是否有人經(jīng)過門碰到行程開關(guān) K 4 后停止 （ 門關(guān)閉狀態(tài) ）是是否否是返回否是是按下按鈕門關(guān)閉到底門打開到底按下按鈕是 是湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 23 被啟動，電動機反轉(zhuǎn)，當門移動到關(guān)門限位開關(guān) K4 位置時，電機停止運行。 （ 3） 在關(guān)門過程中，當有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān) K2或 K1 時，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進入開門程序。 （ 4）在門打開后的 8s 等待時間內(nèi)，若有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關(guān) K2 或 K1 時，必須重新開始等待 8s 后，再自動進入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。 MCGS 組態(tài)控制 設(shè)計 自動門組態(tài)控制 對象分析 : 被控對象 —— 自動門 被控參數(shù) —— 開關(guān)門動作、報警燈閃爍 控制目標 —— 是自動門能夠接收開門、關(guān)門、停止等命令，并發(fā)出正、反轉(zhuǎn)信號，大門動作后，還應(yīng)能夠檢測是否已經(jīng)全部打開或關(guān)閉，是否 夾到人或物品，能夠自動打開。 控制變量 —— 共兩個，分別控制正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器 自動門 監(jiān)控系統(tǒng)初方案指定 從 人身安全、公共利益，提高自動化程度、降低勞動強度考慮，本系統(tǒng)選擇閉環(huán)方案。 自動門控制系統(tǒng)的閉環(huán)方案如圖 ： 圖 52 閉環(huán)控制自動門系統(tǒng)方框圖 閉環(huán)控制需要安裝 3 個傳感器，檢測門是否已全部打開、關(guān)閉，是否夾到人或物品，閉環(huán)控制在硬件結(jié)構(gòu)上比開環(huán)開銷稍大，但可以實現(xiàn)到位后自動打開。 湖南工業(yè)大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 自動門組態(tài)控制實時數(shù)據(jù) 根據(jù)自動門組態(tài)對象的分析 本設(shè)計需設(shè)置如下圖 的變量： 圖 53 自動門實時數(shù)據(jù) PLC 梯形圖 的設(shè)計 梯形圖編輯注意事項 （ 1）每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一個編號，每個元件的觸點使用沒有數(shù)量限制。 （ 2）梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點）。 （ 3）線圈不能直接接在左邊母線上。 （ 4）在一個程序中，同一編號的線圈只能輸出一次。 （ 5）在梯形體中沒有真實的電流流動，為了便于分析 PLC 的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有電流流動，這個電流只能在梯形圖中單向流動 —— 即從左向右流動，層次的改變只能從 上向下流動。 （ 6）無論選用何種 PLC 機型，所使用的軟件編號（即地址）必須在該機型湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 25 的有效范圍以內(nèi)。 梯形圖以及指令 圖 54 自動門開門梯形圖 圖 55 自動門運行梯形圖 圖 56 自動門關(guān)門梯形圖 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 57 自動門開門語句表 圖 58 自動門運行 及關(guān)門 語句表 過程分析 閉合，若外檢測開關(guān)或內(nèi)檢測開關(guān)有信號時 或 閉合。由于開門限位開關(guān) 是長閉的，所以 線圈通電，有原理分析可知光電檢測開關(guān)的觸發(fā)方式是脈沖 觸發(fā)所以需要自鎖。當 線圈通電時 閉合，此時電動機正轉(zhuǎn)帶動自動門扇移動，執(zhí)行開門過程。 ，使開門限位開關(guān) 打開， 線圈斷電 .電動機停止轉(zhuǎn)動。 ，由于開門限位開關(guān)的長閉變成長開，故使長開閉合。進行 8 秒的延時，若此時外檢測開關(guān)或內(nèi)檢測開關(guān) 或 有信號，則使T0 重新延時。 8 秒的延時完畢后 T0 線圈通電，關(guān)門限位開關(guān)關(guān)閉，所以使 通電并自鎖，電機反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 27 ，若外檢測開關(guān)或內(nèi)檢測開關(guān) , 有信 號又使 通電，由于在關(guān)門過程中 長閉，此時打開并中斷關(guān)門過程，轉(zhuǎn)向開門過程。 ，為了保證其安全性設(shè)置過載保護和緊急停車。 ，使用自動控制系統(tǒng)有所不適，于是設(shè)置手動開門和手動關(guān)門。 本章小結(jié) 本章通過對自動門軟件部分的設(shè)計 ,完成了對自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計。本章主要從 MCGS 工控組態(tài)、 PLC 兩個軟件進行設(shè)計的。加深了我對這兩個軟件的了解， 也了解到了工控組態(tài)、 PLC 編輯的一些注意事項。