【正文】 本文通過對(duì)自動(dòng)門的綜合介紹，闡述了自動(dòng)門歷史的發(fā)展、現(xiàn)階段的優(yōu)勢(shì)、品種的多樣性，以及 PLC 在自動(dòng)門中作為控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，通過介紹 PLC 的 簡(jiǎn)單應(yīng)用，結(jié)合作為自動(dòng)門控制程序?qū)?PLC 在自動(dòng)。這就又給我們提出了更高層次的問題，畢竟一個(gè)較好的和較完善的應(yīng)用軟件不是在短時(shí)間內(nèi)就可以完成的它需要不斷的完善和發(fā)展，需要我們做大量的工作和時(shí)間的檢驗(yàn)。不僅在理論上論證了該系統(tǒng)實(shí)施的可行性，而且在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了模擬調(diào)試。 現(xiàn)象三：當(dāng) 8 秒延時(shí)完畢后，電動(dòng)機(jī) M進(jìn)行反轉(zhuǎn)；在反轉(zhuǎn)過程中若按下按鈕 BG1 或 BG2，則電動(dòng)機(jī) M 進(jìn)行反轉(zhuǎn) 現(xiàn)象四：當(dāng)按下緊急按鈕 SF5 時(shí)，電動(dòng)機(jī) M進(jìn)行正轉(zhuǎn)。 （ 3）運(yùn)行過程實(shí)驗(yàn) 按啟動(dòng)按鈕” SF0” a手動(dòng)開 /關(guān) 現(xiàn)象一：當(dāng)按手動(dòng)開關(guān)按鈕 SF10 時(shí)，電動(dòng)機(jī) M正轉(zhuǎn) 現(xiàn)象二：當(dāng)按手動(dòng)開關(guān)按鈕 SF11 時(shí)，電動(dòng)機(jī) M反轉(zhuǎn) b自動(dòng)開 /關(guān)門 現(xiàn)象一：當(dāng)按下按鈕 BG1 或 BG2 時(shí)，電動(dòng)機(jī) M正轉(zhuǎn)；若按下按鈕 BG4，則電動(dòng)機(jī) M 停止轉(zhuǎn)動(dòng) 現(xiàn)象二：當(dāng)電動(dòng)機(jī) M停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí) 8秒進(jìn)行延時(shí)。 QA QA2 用中間繼電器代替，其線圈電壓為 24V。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 第 6章 程序調(diào)試 硬件線路連接 圖 19 采用實(shí)驗(yàn)室可編程控制器試驗(yàn)臺(tái)，主機(jī) s7200cpu224 ac/dc/rly,其供電電壓均為直流 24v。 ，為了保證其安全性設(shè)置過載保護(hù)和緊急停車。 8 秒的延時(shí)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(jī)反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。 ，由于開門限位開關(guān)的長(zhǎng)閉變成長(zhǎng)開，故使長(zhǎng)開閉合。當(dāng) 線圈通電時(shí) 閉合，此時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)自動(dòng)門扇移動(dòng)，執(zhí)行開門過程。 梯形圖以及指令 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 16 自動(dòng)門開門梯形圖 圖 17 自動(dòng)門運(yùn)行梯形圖 圖 18 自動(dòng)門關(guān)門梯形圖 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 57 自動(dòng)門開門語句表 圖 58 自動(dòng)門運(yùn)行及關(guān)門語 句表 過程分析 閉合，若外檢測(cè)開關(guān)或內(nèi)檢測(cè)開關(guān)有信號(hào)時(shí) 或 閉合。 （ 5）在梯形體中沒有真實(shí)的電流流動(dòng)，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(dòng)，這個(gè)電流只能在梯形圖中單向流動(dòng) —— 即從左向右流動(dòng)，層次的改變只能從上向下流動(dòng)。 （ 3）線圈不能直接接在左邊母線上。 （ 5）編寫程序清單時(shí)，必須按梯形圖的邏輯行和邏輯單元的編排順序（由上而下，從左到右）依次進(jìn)行 梯形圖編輯注意事項(xiàng) （ 1）每個(gè)繼電器的線圈和它的觸點(diǎn)均用同一個(gè)編號(hào)，每個(gè)元件的觸點(diǎn)使用沒有數(shù)量限制。 （ 3）根 據(jù)控制流程圖，有規(guī)律的分配和利用 PLC 內(nèi)部有關(guān)的邏輯元件（如輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）構(gòu)成相應(yīng)的基本回路。 自動(dòng)門組態(tài)控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 根據(jù)自動(dòng)門組態(tài)對(duì)象的分析 本設(shè)計(jì)需設(shè)置如下圖 15的變量： 圖 15 自動(dòng)門實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 PLC 梯形圖的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)梯形圖的基本方法和步驟 （ 1）首先根據(jù)工藝過程控制要求，畫出控制流程圖，力求表達(dá)清晰、準(zhǔn)確。 控制變量 —— 共兩個(gè)，分別控制正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器 自動(dòng)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(dòng)化程度、降低勞動(dòng)強(qiáng)度考慮，本系統(tǒng)選擇閉環(huán)方案。 （ 4）在門打開后的 8s 等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測(cè)開關(guān) K2 或 K1 時(shí)，必須重新開始等待 8s 后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。 （ 2）自動(dòng)門在開門位置停留 8s 后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu) KM2被啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān) K4位置時(shí)，電機(jī) 停止運(yùn)行。首先提出系統(tǒng)控制要求，然后對(duì)自動(dòng)門對(duì)象進(jìn)行分析，確定控制方案。 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O地址分配如下表 12： 表 12 I/O 地址分配 表 I 門外光檢 I 門內(nèi)光檢 I 開門限 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 測(cè)電開關(guān) 測(cè)電開關(guān) 位電開關(guān) I 關(guān)門限位電開關(guān) I 過載保護(hù)開關(guān) I 緊急停車開關(guān) I 啟動(dòng)停止 I 手動(dòng)開門 I 手動(dòng)關(guān)門 第 5章 自動(dòng)門的軟件系統(tǒng) 本章 主要是對(duì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來說， I/O 地址分配以后才可進(jìn)行編程；對(duì)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?！?160186。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 （ 2）紅外感應(yīng)器，是對(duì)物體的存在進(jìn)行反應(yīng)，不管人員是否移動(dòng)，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會(huì)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。 微波感應(yīng)器的特點(diǎn)：是以 微波頻率發(fā)射、接收。 （ 1）微波感應(yīng)器，又稱微波雷達(dá)，對(duì)物體的移動(dòng)進(jìn)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(chǎng)所。本設(shè)計(jì)選用亞坦電機(jī)控制有限公司生產(chǎn)的45BLDC 系列直流無刷電機(jī)，電機(jī)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。直流無刷電動(dòng)機(jī)功率密度高，噪音極小，調(diào)速性能好，即具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)的線性機(jī)械特性、調(diào)速范圍寬、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。西門子 S7200 CPU224 如下圖（圖 9） 對(duì)于本次自動(dòng)門的設(shè)計(jì)，所選 PLC 為西門子 S7200 CPU224 就能滿足要求，其性能如下 表 10： 表 10 S7 200 的參數(shù) 表 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 主要性能 集成 14輸入 /10 輸出共 24個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)， 2 輸入 /1輸出共 3個(gè)模擬量 I/O點(diǎn)，可 連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 38 路模擬量 I/O 點(diǎn) 其他性能 20K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間， 6 個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器（ 100KHZ）， 2個(gè) 100KHZ 的高速脈沖輸出， 2個(gè) 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(diǎn) 本機(jī)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(dòng)門的硬件 部分 主要是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)：驅(qū)動(dòng)裝置的選型、感應(yīng)器件的選型、自動(dòng)門控制系統(tǒng) I/O 地 址的分配。在此設(shè)計(jì)中我們選擇S7200 CPU224，它具有 14 輸入 /10 輸出， I/O 共計(jì) 24 點(diǎn)。 西門子 S7200 系列 PLC 是西門子公司 20 世紀(jì) 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。 PLC 的工作方式?jīng)Q定了它不能接受頻率過高或持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號(hào)，當(dāng)有此類信號(hào)輸入時(shí)需要選用掃描速度高的 PLC 或快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。 對(duì) PLC 響應(yīng)時(shí)間的選擇 對(duì)于多數(shù)場(chǎng)合， PLC 的響應(yīng)時(shí)間基本上能滿足控制要求。所以，在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接的影響，當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到一定數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量也應(yīng)增加。考慮經(jīng)濟(jì)時(shí)，也應(yīng)該同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素。整體型的 PLC 的 I/O點(diǎn)數(shù)是固定的，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型 PLC提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理的選擇和配置系統(tǒng)的 I/O點(diǎn)數(shù)， 功能擴(kuò)展方面靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 機(jī)型的選擇 （ 1） PLC 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按 CPU字長(zhǎng)分為 1位、 4位、 8 位、 16位、 32 位、 64位等。軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷，通過軟件對(duì) PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì) PLC 的 CPU外部輸入輸出等 部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 （ 3）診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。編程軟件應(yīng)該帶有五種標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言：順序功能圖（ SFC） 、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）、語言表（ IL）、和結(jié)構(gòu)文本（ ST）。在線編程方式： CPU和編程器都有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，在下一個(gè)掃描周期里，主機(jī)就根據(jù)新收到程序運(yùn)行。 （ 2）編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器共用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)， CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，主要由以下幾種功能的選擇。因此，本設(shè)計(jì)的 PLC 內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ)索要儲(chǔ)存的程序，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。在設(shè)計(jì)階段，由于用戶的程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，須在程序調(diào)試之后在知道。 I/O 分配表是編寫 PLC 程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場(chǎng)接線和調(diào)試的重要依據(jù)。在實(shí)際訂貨時(shí)，還需要根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。 輸入輸出（ I/O） 點(diǎn)數(shù)的估算 I/O 點(diǎn)數(shù)的估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì) 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10％到 20％的可擴(kuò)展。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。 因此，它采用的是方波自控永磁式同步機(jī)，以霍爾傳感器取代碳刷換向器，以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料；產(chǎn)品性能超越傳統(tǒng)直流電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又解決了直流電機(jī)碳刷滑環(huán)的缺點(diǎn)，數(shù)字 式控制，是當(dāng)今最理想的調(diào)速電機(jī)。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生 連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成對(duì)成星型接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。 無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 是將交流電源整流后變成直流，再由逆變器轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電，但是，注意此處逆變是工作在直流斬波方式。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可檢測(cè)。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。 限位開關(guān)的工作原理 行程開關(guān)又稱為限位開關(guān)， 用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及保護(hù)。 自動(dòng)感應(yīng)門門扇完成一次開門與關(guān)門，其工作流程如下：感應(yīng)探測(cè)器探測(cè)到有人進(jìn)入時(shí)，將脈沖信號(hào)傳給主控器，主控器判斷后通知馬達(dá)，同時(shí)監(jiān)控馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達(dá)在一定時(shí)候加力和進(jìn)入慢行運(yùn)行。 （ 6）同步皮帶：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引自動(dòng)感應(yīng)門扇吊具走輪系統(tǒng)。 （ 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)。 （ 2）感應(yīng)探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，如同人的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)物體進(jìn)入它的 工作范圍時(shí)，它就給主控器一個(gè)脈沖信號(hào)。大體分為 6 部分如下圖 8。所以在本課題設(shè)計(jì)中選用了無刷直流電動(dòng)機(jī)。無刷直流電機(jī)把其復(fù)雜的磁場(chǎng)定向控制簡(jiǎn)化為離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，無需坐標(biāo)變換，調(diào)速范圍更寬，控制性能更好。 （ 3） 由于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無刷直流電機(jī)也無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。 （ 2） 由于沒用轉(zhuǎn)子損耗（轉(zhuǎn)子使用永磁材料），也無需定子勵(lì)磁電流分量（應(yīng)用新理論），所以無刷直流電機(jī)具有較高的效率和功率密度。印刷設(shè)備中直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速多采用這種方法。 這種調(diào)速方法的缺點(diǎn)是 調(diào)壓需用專門的設(shè)備，投資較高。 由于調(diào)速時(shí)磁通不變，如在一定的額定電流下調(diào)速，則電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩便是一定的（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）。隨著 n 的降低，反電動(dòng)勢(shì) E減小， Ia和 T增大，直到 T=Tc 時(shí)為止。 調(diào)速的過程是：當(dāng)磁通Φ保持 不變時(shí)，減小電壓 U由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，反電動(dòng)勢(shì) E 便暫不變化，于是電流 Ia 減小，轉(zhuǎn)矩 T 也減小。在一定負(fù)載下， U 愈低，則 n 愈低。 T 可見， n0 變低了，但△ n未改變。 KT當(dāng)保持他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流 If 為額定值時(shí)，降低電樞電壓 U，則由 n=U/KT在實(shí)際工作中，這種方法常作為電壓調(diào)速的一種補(bǔ)充手段。 這種調(diào)速方法的局 限是轉(zhuǎn)速只能升高，即調(diào)速后的轉(zhuǎn)速要超過額定轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法適用于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比而輸出功率基本不變（恒功率調(diào)速）的場(chǎng)合。但這時(shí)轉(zhuǎn)速已比原來升高了。如果阻轉(zhuǎn)矩 Tc未變，則 T＞ Tc 轉(zhuǎn)速 n 上升。 n 就減小， Ia 隨之增加。由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速產(chǎn)立即發(fā)生變化，于是反電動(dòng)勢(shì) E=KE由于電動(dòng)機(jī)在額狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，它的磁路已接近飽和，所以通常都是減小磁通（Φ＜Φ n），將轉(zhuǎn)速往上調(diào)（ n＞