【正文】 有下列優(yōu)點： （ 1）機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好； （ 2）調(diào)速幅度大； （ 3）可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓；得到平滑的無級調(diào)速。近年來由于采用了可控硅整流電源對電動機進行調(diào)壓和調(diào)速，使這種方法得到了廣泛應(yīng)用。 直流電動機的優(yōu)勢 因為直流電動機在調(diào)方面很簡單，相對于異步電動機來說又有以下的優(yōu)勢： （ 1） 由于采用高性能永磁材料，無刷直流電機的轉(zhuǎn)子尺寸得以減小，可以具有較低的慣性、更快的響應(yīng)速度、更高的轉(zhuǎn)矩慣量比。對于同等容量 輸出，交流異步電機需要更大功率的整流器和逆變器。 （ 4） 交流異步電機由于其非線性本質(zhì)，實現(xiàn)控制極為復(fù)雜。 綜上所述，無刷直流電機具有更大的功率密度（鐵芯利用率高）、更高的效率和更好的控制性能，如將節(jié)能因素、省卻變頻器以及產(chǎn)能提高因素考慮在內(nèi)，使用者的綜合成本下降很大。 專科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第 4章 自動門的 硬件設(shè)計 自動門的硬件根據(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：自動感應(yīng)門主控制器，自動感應(yīng)探測器，自動感應(yīng)門動力馬達，自動感應(yīng)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(yīng)門下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。 圖 8 硬件組成框圖 自動感應(yīng)門的基本工作原理 首先，平移式自動感應(yīng)門由以下部件組成： （ 1）主控器：它是自動感應(yīng)門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指 令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 （ 3）無刷直流電動機：提供開門與關(guān)門的主動力，控制自動感應(yīng)門的速度。 （ 5）門扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動門扇，同時在動力的牽引下帶動門扇運行。 （ 7）下 部導(dǎo)向系統(tǒng)：是自動感應(yīng)門門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在人 機 界 面紅 外 傳 感 限 位 開 關(guān) 控 制 器P L C電 機 專科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 運行時出現(xiàn)門體擺動。馬達得到一定運行電流后做出正向運行，將動力傳給同步皮帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使自動感應(yīng)門門扇開啟；自動感應(yīng)門門扇開啟后由控制器做出判斷，若需關(guān)閉自動感應(yīng)門，通知馬達做相反運動，關(guān)閉自動感應(yīng)門。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝有生產(chǎn)的機械部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。 光電開關(guān)的工作原理 它是光電接近開關(guān)的簡稱，是利用被測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通所要接通的電路，從而檢測物體的有無。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)化為光信號射出，接受器再根據(jù)接受到的光線強弱或有無目標(biāo)物體進行探測 。它是由同步電動機和驅(qū)動器組成，是典型的機電一體化產(chǎn)品。而轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。 由于無刷直流電動機的勵磁來源于永磁體，所以不像異步電動機那樣需要從 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 19 電網(wǎng)吸取勵磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅損耗又無鐵損耗，所以效率比同容量異步電動機高 10％左右，一般來說，無刷直流電動機的力能指針（η cosα ） 比同容量異步電動機高 12％ 20％。 PLC 的選擇 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先要確定控制方案，下一步的工作就是 PLC工程設(shè)計選型。因此工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)該詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍，確定所要的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估計輸入輸出點數(shù)、所需存儲器的容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。留有余量后，就作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。根據(jù)估算的方法本設(shè)計的 I/O 點數(shù)為輸入 12 點，輸出 12 點。根據(jù)自動門的控制系統(tǒng)的要求，確定了 PLC 的 I/O 分配表，如下表所示： 類型 設(shè)備 PLC 端子號 輸入端 門外感應(yīng)探測器 SB1 X000 門內(nèi)感應(yīng)探測器 SB2 X001 開門減速開關(guān) SB3 X002 開門限位開關(guān) SB4 X003 關(guān)門減速開關(guān) SB5 X004 關(guān)門限位開關(guān) SB6 X005 專科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 防夾人 SB7 X006 手動開門 K1 X007 手動關(guān)門 K2 X010 手動 /自動開關(guān) K3 X011 電機過熱 K4 X012 急停開關(guān) K5 X013 輸出端 高速開門 KM1 Y000 低速開門 KM2 Y001 高速關(guān)門 KM3 Y002 低速關(guān)門 KM4 Y003 報警器 Y004 門動作中指示燈 Y005 門停止工作指示燈 Y006 門 達到上限指示燈 Y007 電機過熱指示燈 Y010 手動開門 Y011 手動關(guān)門 Y012 存儲器容量的選擇 存儲器容量是可編程控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目實用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量估算來代替，存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的形式，許多文獻資料中給出了不同的公式，大體上都是 按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 10到 15 倍，加上模擬 I/O點數(shù)的 100 倍，以此為內(nèi)存的字?jǐn)?shù)（ 16 位為一字），另外再按次數(shù)的 25％考慮余量。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 21 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等性能的選擇。 （ 1）控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，在大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能 輸入輸出單元完成所需要的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。完成編程后，編程器切換到運行模式， CPU 對現(xiàn)場進行控制，不能進行編程。這種方式成本高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大 型 PLC 中常采用。選用的編程語言應(yīng)遵守標(biāo)準(zhǔn)（ IEC6113123），同時，也應(yīng)支持多種語言編程方式，如C語言， Basic 語言等，以滿足特殊控制場合的控制要求。硬件診斷是通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置。 PLC 的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。 （ 2）經(jīng)濟角度的考慮 在選擇 PLC 時，應(yīng)該考慮其性能價格比。進行比較和兼 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 22 顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。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。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。響應(yīng)時間包括輸入濾波時間、輸出濾波時間和掃描周期。 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。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)模控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。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。 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。是應(yīng)用于“輕、小、薄、安靜、精密、可靠”等場合的最佳選擇。 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。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。 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。 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 11： 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。 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)。 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)。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)。 控制系統(tǒng)流程 設(shè)計 當(dāng)門扇要完成一次開門與關(guān)門，其工作流程 如圖 13所示： 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 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 13 自動門系統(tǒng)流程圖 框圖說明如下 : （ 1）當(dāng)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。 （ 3）在關(guān)門過程中，當(dāng)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。 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(biāo) —— 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。 自動門控制系統(tǒng)的閉環(huán)方案如圖 14： ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 14 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。必要時可以把控制系統(tǒng)分解成幾個相對獨立的部分，盡量簡化，利于編程 (2)將所有的輸入信號（按鍵，行程限位開關(guān)，壓力開關(guān)，壓力、速度、時間等傳感器）和輸出控制對象（接觸器、電磁閥、電動機、指示燈等）分別列出，按被采用的 PLC 型號內(nèi)部邏輯元件編號范圍，對 I/O 端子做出相應(yīng)的分配和安排。 （ 4）以梯形圖的形式來描述控制要求，繪制梯形圖要遵循編程原則。 （ 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）。 （ 4）在一個程序 中，同一編號的線圈只能輸出一次。 （ 6）無論選用何種 PLC 機型，所使用的軟件編號（即地址）必須在該機型的有效范圍以內(nèi)。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。 ，使開門限位開關(guān) 打開， 線圈斷電 .電動機停止轉(zhuǎn)動。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 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 31 T0 重新延時。 ，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。 ，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。調(diào)試過程的電路圖如 51所示； 在模擬調(diào)試過程中，因于實驗條件有限，所以微波探測信號與限位開關(guān)動作均由按鈕代替（即 BG BG BG BG4）， SF0、 SF11 均接按鈕。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 33 聯(lián)機調(diào)試 （ 1）按圖 19線路，接電源 （ 2）將在“ STEP7Micro/WIN ”開發(fā)平臺 編寫好的軟件通過“ RS232/PPI 電纜”下載到“ CPU224”中。若此時再次按下按鈕 BG1 或 BG2，則 計時器重新計時 8秒。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 34 第 7章 結(jié) 論 本文研究了基于 plc 的自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計原理與實現(xiàn)方法，包括硬件設(shè)計與軟件設(shè)計。 雖說調(diào)試后本系統(tǒng)的整體設(shè)計能夠達到實際要求，但在實際應(yīng)用中還應(yīng)結(jié)合實際情況，考慮各部分的容量及其技術(shù)參數(shù)，供電電源的設(shè)計、系統(tǒng)接地 問題、電纜設(shè)計與鋪設(shè)、 plc 輸出端保護等問題，已使系統(tǒng)達到安全可靠的工作，所以要想交付用戶使用，必須得通過現(xiàn)場調(diào)試?，F(xiàn)在的系統(tǒng)還沒有達到真正的智能化，還需要正增加很多新的功能和先進的科學(xué)技術(shù)，才能達到真正意義上的智能化控