自動門畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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。一個智能化、自動化的社會已經(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。其中自動門就是自動化進程中的一個典型代表，此設(shè)計就是運用所學(xué)的知識，結(jié)合實際需要而進行研究的。</p><p>　　為了增強自動門運行的可靠性,提出了一種以S7-200可編程

2、序控制器(PLC)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)的硬件組成,介紹了人體感應(yīng)探測、自動門運行位置檢測、門運行障礙檢測等控制電路的工作過程,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。系統(tǒng)已通過硬件和軟件調(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

3、,性能可靠。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程控制器； S7-200； 自動門； 控制系統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of science and technology, our lives changed greatly. An intel

4、ligent and automation has began to appear in our view, this gives us great convenience. In the process of automatic door is of a typical automation, this design is the use of knowledge, and combining with actual need and

5、 research. </p><p>　　To strengthen the reliability of the operation, a S7 -200（PLC) as the core of the automatic control system. Analyzed the control system works, a description of a hardware system, introdu

6、ced the body automatically detect and respond to the operation position of the inspection and operation of the inspection and control circuit to the work of the process, the plc and of course I would like to confirm the

7、order. It was introduced how to choose a PLC type, to really settle the I/O orders. Combining </p><p>　　Keywords: programmable logic controller(PLC)； S7-200； automatic door； Control system </p><p&

8、gt;<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 課題來源及意義1</p><p>　　1.3 自動門的簡介2</p><p>　　1.4 自動門的組成及分類3&

9、lt;/p><p>　　第2章 PLC的介紹和選擇5</p><p>　　2.1 PLC的簡介5</p><p>　　2.2 PLC的基本組成與結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.3 PLC的工作原理6</p><p>　　2.4 PLC的主要功能及其特點7</p><p>　　2.4.1 P

10、LC的主要功能7</p><p>　　2.4.2 PLC的主要特點8</p><p>　　2.5 PLC在自動門中的應(yīng)用9</p><p>　　第3章 自動門的執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計11</p><p>　　3.1 穩(wěn)壓電源設(shè)計11</p><p>　　3.2 無刷直流電機的應(yīng)用12</p><

11、p>　　3.3直流電動機的選型14</p><p>　　3.3.1直流電動機的調(diào)速14</p><p>　　3.3.2直流電動機的優(yōu)勢16</p><p>　　第4章 自動門的硬件設(shè)計17</p><p>　　4.1 自動感應(yīng)門的基本工作原理17</p><p>　　4.2 限位開關(guān)的工作原理18&l

12、t;/p><p>　　4.3 光電開關(guān)的工作原理18</p><p>　　4.4 無刷直流電動機的工作原理18</p><p>　　4.5 PLC的選擇19</p><p>　　4.5.1輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算19</p><p>　　4.5.2存儲器容量的選擇20</p><p>

13、　　4.5.3控制功能的選擇21</p><p>　　4.5.4機型的選擇21</p><p>　　4.5.5對PLC響應(yīng)時間的選擇22</p><p>　　4.6自動門的硬件部分23</p><p>　　4.6.1驅(qū)動裝置選型23</p><p>　　4.6.2感應(yīng)器選型23</p><

14、;p>　　4.6.3自動門系統(tǒng)I/O地址的分配情況24</p><p>　　第5章 自動門的軟件系統(tǒng)25</p><p>　　5.1 控制系統(tǒng)流程設(shè)計25</p><p>　　5.2 MCGS組態(tài)控制設(shè)計27</p><p>　　5.2.1自動門組態(tài)控制對象分析27</p><p>　　5.2.2自動門

15、監(jiān)控系統(tǒng)初方案指定27</p><p>　　5.2.3自動門組態(tài)控制實時數(shù)據(jù)27</p><p>　　5.3 PLC梯形圖的設(shè)計28</p><p>　　5.3.1設(shè)計梯形圖的基本方法和步驟28</p><p>　　5.3.2梯形圖編輯注意事項29</p><p>　　5.3.3梯形圖以及指令29</

16、p><p>　　5.3.4過程分析31</p><p>　　第6章 程序調(diào)試33</p><p>　　6.1 硬件線路連接33</p><p>　　6.2 聯(lián)機調(diào)試34</p><p><b>　　第7章 結(jié)論35</b></p><p><b>　　致 謝

17、36</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　選題背景</b></p><p>　　自動門控制系統(tǒng)，在現(xiàn)當(dāng)代社會是一個應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，自動門已經(jīng)廣泛應(yīng)用于酒店、銀行、超市、停車場或公共建筑等入口，其主要核心部分——自動門控制系統(tǒng)正是我們這論文的主要研究討論的課題。&l

18、t;/p><p>　　自動門是指:可以將人接近門的動作（或?qū)⒛撤N入門授權(quán)）識別為開門信號的控制單元，通過驅(qū)動系統(tǒng)將門開啟，在人離開后再將門自動關(guān)閉，并對開啟和關(guān)閉的過程實現(xiàn)控制的系統(tǒng)。例如：各種用可識別感應(yīng)器控制的自動專用門。這是實現(xiàn)生活自動化進程的一個重要組成部分。</p><p>　　自動門的問題研究，其控制系統(tǒng)可追溯到早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，已逐漸被淘汰。而基于PLC（可

19、編程控制器，以下統(tǒng)一用“PLC”表示）控制自動門由于具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點，因而得到廣泛的應(yīng)用。所以此設(shè)計中，我以西門子公司S7-200系列PLC為控制系統(tǒng)的核心元件，作信號的處理工作。而感應(yīng)部分，采用BISS0001芯片與RE200B熱釋電元件的組合，實現(xiàn)人或物體進出時的信號轉(zhuǎn)換裝置。而實現(xiàn)門的開與關(guān)，則用直流電機作為動力裝置，配以繼電器控制來達到電機正反轉(zhuǎn)動作，并加上行程開關(guān)作為限位，以實現(xiàn)該功能，因為以上器件在生活

20、中非常容易購買，且價格適宜，同時也便于維護，非常適合廣泛生產(chǎn)應(yīng)用。</p><p>　　本課題所研究的自動門控制系統(tǒng)，主要通過PLC作為控制基礎(chǔ)，加上對紅外熱釋電傳感器的應(yīng)用，從而實現(xiàn)了門的“自動”功能，此設(shè)計拓展了PLC的應(yīng)用層面，增加了實現(xiàn)自動門控制系統(tǒng)的選擇性。</p><p><b>　　課題來源及意義</b></p><p>　　21

21、世紀(jì)的今天，門更加突出了安全理念，強調(diào)了有效性:有效的防范通行、疏散，同時還突出了建筑藝術(shù)的理念，強調(diào)門與建筑藝術(shù)的理念，強調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。</p><p>　　自動門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷發(fā)展和完善的過程中，涌現(xiàn)出大批獨具規(guī)模專業(yè)制造商。門的高級形式——自動門起源在歐美，迅速發(fā)展至今，已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細(xì)的自動門家族。</p><p&

22、gt;　　大中型公共場所，為這些建筑增添了亮麗、時尚的姿態(tài)。自動門從理論上理解應(yīng)該是門的使用觀念的延伸，是人們根據(jù)需要對門的功能的提升和完善。所以對自動門的認(rèn)識應(yīng)該從人們對門功能的要求開始。作為建筑物一部分的門，從最基本的意義上講，要同時滿足隔離外部環(huán)境和不妨礙人的通行這兩種要求。因此門體本身應(yīng)牢固、密封。</p><p>　　自動門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護意識，提升了人們的安全觀念。自動門除可美化出入口環(huán)

23、境外，由于中國沒有相關(guān)的自動門國家標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致自動門檔次、質(zhì)量良莠不齊。如果你沒有使用過自動門，最好選擇一個由專業(yè)廠生產(chǎn)、能提供較完善售后服務(wù)的自動門品牌（目前有很多自動門品牌是有一些貿(mào)易公司購買散件加上自己拼裝而成，應(yīng)盡量避免購買此類產(chǎn)品）。不要認(rèn)為樣本上全是外國語，資料也是外國語的商品就是進口商品，其實這樣是違反國家規(guī)定的。真正的知名品牌，合法的商品不會這樣做。</p><p>　　由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無

24、人看管，同時又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外的建筑市場上得到大范圍的普及。同時也幾乎成為了銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂場所裝修所不可少的一項配置。</p><p>　　自動門平移門最常見的形式是自動門機及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達，當(dāng)人走近自動門時，雷達感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實

25、現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的普及。</p><p>　　自動門的開門信號是觸點信號，微波雷達和紅外傳感器是常用的兩種信號源。微波雷達是對物體的位移反應(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，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動后，雷達便不再反應(yīng)，自動門就會關(guān)閉，對門機有一定的保護作用。</p><p>　　紅外傳感器對

26、物體存在進行反應(yīng)，不管人員是否移動，只要在處于傳感器的掃描范圍內(nèi)，它都會反應(yīng)即傳出觸點信號。缺點是紅外傳感器的反應(yīng)速度較慢，適用于有行動遲緩的人員出入的場所。</p><p><b>　　自動門的簡介</b></p><p>　　自動門 英文名：automatic door </p><p>　　自動門開始在建筑物上使用，是在二十世紀(jì)年以后。二

27、十年代后期，美國的超級市場的開放，自動門開始被使用，受此影響，世界第一自動門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動門，新建大樓的正門也開始使用了。到了1962年，電氣式已開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自動門技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增加。當(dāng)初，用供給建筑物用電源進行電動機的速度控制很難，只好進行油壓、空壓速度控制，轉(zhuǎn)換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動機的電氣式自動門逐漸成為主流。

28、例如：各種用可識別控制的自動專用門，如：感應(yīng)自動門(紅外感應(yīng),微波感應(yīng),觸摸感應(yīng),腳踏感應(yīng))、刷卡自動門等。</p><p>　　利用腳踏板、光電束等作用以電力、氣壓或液壓為動力自動啟閉門扇的系統(tǒng)。公元1世紀(jì),希臘人希羅建造的自動打開廟門的裝置是最早利用氣壓和液壓為動力的自動門。如圖所示，祭壇點火使1的空氣膨脹，水流入2，利用水的重量使軸3轉(zhuǎn)動,將門打開。祭壇滅火，門即自動關(guān)閉?，F(xiàn)代自動門的操作主要有三種方。①腳

29、踏板式：在踏板之下裝有壓力開關(guān)。②光電束式：在門的附近設(shè)置光束發(fā)射裝置和光電傳感裝置。③按鈕方式：用手按類似開關(guān)的按鈕使門扇打開。自動門以滑動、鉸鏈或折疊等方式啟閉門扇。為了防盜，必須同時裝有特殊的設(shè)備，例如家庭用的自動門就需要裝設(shè)來人識別裝置或電視監(jiān)視器等，對家庭以外的人員進行嚴(yán)格限制。自動門在商場、賓館、飯店、機場、車站、銀行等場合已得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　自動門的組成及分類&l

30、t;/b></p><p>　　主控制器：它是自動門的指揮中心，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；同時人們通過主控制器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。</p><p>　　感應(yīng)探測器：負(fù)責(zé)采集外部信號，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號；</p><p>　　動力馬達：提供開

31、門與關(guān)門的主動力，控制門扇加速與減速運行。</p><p>　　門扇行運軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進行。門扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。</p><p>　　同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。</p><p>　　下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，

32、防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。</p><p>　　自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中平開門用的場合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常寵大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動門、感應(yīng)門就是指自動平移門。</p><p>　　自動平移門最常見的形式是自動門機及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達，當(dāng)人走近自動

33、門時，雷達通過發(fā)射微波感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。</p><p>　　另外還有紅外感應(yīng)形式，主要是通過紅外線來感受指定范圍內(nèi)溫度變化，當(dāng)人走進時，微波感應(yīng)其器發(fā)射信號控制門的變化。</p><p>　　微波感應(yīng)器和紅外感應(yīng)器的區(qū)別主要是：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

34、員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動，雷達便不再反應(yīng)，自動門就會關(guān)閉，有可能出現(xiàn)夾人現(xiàn)象。 紅外感應(yīng)器，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)。 紅外感應(yīng)器的反應(yīng)速度比微波感應(yīng)器慢。</p><p><b>　　PLC的介紹和選擇</b></p><p><b>　　PLC的簡介</b&g

35、t;</p><p>　　由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它進行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1980年正式將可編程序控制器命名為PC（Programmable Controller），但為了與個人計算機PC（Personal Computer）相區(qū)別，常將可編程控制器簡稱為PLC，并給PLC作了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數(shù)字的或模擬的輸入∕輸出接口，以

36、位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和運算等功能，用于控制器或產(chǎn)生過程的自動化控制裝置。</p><p>　　1982年，國際電工委員會（International Electrical Committee，IEC）頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年提交了第二稿，并在1987年的3稿中對PLC作了如下的定義：“PLC是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序控制器的存儲器，用來在其

37、內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設(shè)計。”</p><p>　　上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程

38、是一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。</p><p>　　PLC的基本組成與結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC是微機技術(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也是一種計算機系統(tǒng)，只不過它比一般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，具有更適應(yīng)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

39、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。PLC的硬件系統(tǒng)由主機系統(tǒng)（如圖1）、輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。</p><p>　　圖1 PLC硬件主機系統(tǒng)圖</p><p><b>　　PLC的工作原理</b></p><p>　　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

40、理基本相同。</p><p>　　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對用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性的地集中采樣、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：</p><p>　　1.輸入采樣掃描階段</p><p>　　這是第一個集中批處理過程，PLC按順序逐個采集

41、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(dāng)前的掃描周期內(nèi)，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(yán)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(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的。&l

42、t;/p><p>　　2.執(zhí)行用戶程序掃描階段</p><p>　　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)場的立即輸入信號。對其他信息，則是從PLC的原件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運算的中間結(jié)

43、果都立即寫入元件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動外部負(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指令進行處理，在掃描周期的各個部分，均可對中斷事件進行響應(yīng)。</p><p>　　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(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。</p><p>　　3.輸出刷新掃描階段<

44、;/p><p>　　這是第三個集中批處理過程，當(dāng)CPU對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)動各輸出繼電器所帶的負(fù)載。</p><p>　　PLC的主要功能及其特點</p><p><b>　　PLC的主要功能</b></p><p>　　1.開關(guān)邏輯

45、和順序控制</p><p>　　這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種控制要求。</p><p>　　2.模擬控制（A/D和D/A控制）</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)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

46、主要靠儀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。</p><p><b>　　3.定時/計數(shù)控制</b></p><p>　　PLC具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十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(shè)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。</

47、p><p><b>　　4．步進控制</b></p><p>　　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地完成步進控制功能。</p><p><b>　　5.運動控制</b></p><p>　　在機械加工行業(yè)，可編程序控制器與計算機數(shù)控（CNC）集成在一起，用以完成機床的運動控制。

48、</p><p><b>　　6.數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進行算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(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還可以進行浮點運算和函數(shù)運算。</p><p><b>　　7.通信聯(lián)網(wǎng)</b></p><p&

49、gt;　　PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與計算機以及其他智能設(shè)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。</p><p><b>　　PLC的主要特點</b></p><p>　　PLC能如此迅速發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題

50、。其主要特點如下：</p><p><b>　　1. 可靠性高</b></p><p>　　可靠性指的是可編程控制器平均無故障工作時間。由于可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場?？删幊绦蚩刂破饕驯粡V大用戶公認(rèn)為是最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。</p><

51、;p><b>　　2. 控制功能強</b></p><p>　　一臺小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價格比。可編程序控制器可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制與集中管理。</p><p>　　3. 用戶使用方便 </p><p>　　可編程序控制器

52、產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，有較強的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。</p><p>　　4. 編程方便、簡單</p><p>　　梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程

53、語言，其電路符號、表達方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象、直觀、簡單、易學(xué)，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。</p><p>　　5. 設(shè)計、安裝、調(diào)試周期短</p><p>　　可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少，縮短了施工周期?？?/p>

54、編程序控制器的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進行安裝和接線，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，大大縮短了設(shè)計和投運周期。</p><p>　　6. 易于實現(xiàn)機電一體化 </p><p>　　可編程序控制器體積小、重量輕、功耗低、抗振防潮和耐熱能力強，使之易于安裝在機器設(shè)備內(nèi)部，制造出機電一體化產(chǎn)品。目前以PLC作為控制器的CNC

55、設(shè)備和機器人裝置已成為典型。</p><p>　　PLC在自動門中的應(yīng)用</p><p>　　通過PLC控制系統(tǒng)作為中央處理器，來宏觀整體調(diào)控自動門中各硬件設(shè)施協(xié)調(diào)工作，來完成自動打開和關(guān)閉大門。</p><p>　　使用紅外感應(yīng)器或微波發(fā)射器來感應(yīng)外界的物體，當(dāng)有人進如了感應(yīng)范圍之后，感應(yīng)器通過感應(yīng)到人的到來，會產(chǎn)生一個信號，通過PLC的模擬/數(shù)字輸入部分輸入PL

56、C。玻璃門的打開或關(guān)閉由電機控制來完成，目前少數(shù)由交流變頻電機或無刷直流電機來實現(xiàn)。但更多的使用步進電機來實現(xiàn)。步進電機作為可靠性好，控制簡單，價格低廉的動力裝置已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于自動門。圖2 是一個以PIC為控制器，統(tǒng)一控制傳感器、步進電機，通過機械直線運動單元驅(qū)動玻璃門的PLC自動門控制系統(tǒng)。目前一些廠家PIE供應(yīng)商都提供可直接控制步進電機運動的定位控制單元，可直接控制步進電機，通過編程完成單軸，兩軸插補運動。直線運動系統(tǒng)設(shè)計師習(xí)慣

57、上自行設(shè)計包括軸承、滾珠絲杠副、同步齒形帶等。設(shè)計時非常簡單，零件可直接選用，但裝配時有較高的要求。因此，國際上出現(xiàn)了一些機械直線運動控制單元，將滾珠絲杠副、同步齒形帶、軸承等安裝在一個密閉的長殼體內(nèi)，并安裝有一個滑動模塊。生產(chǎn)商預(yù)先調(diào)整好精度、預(yù)緊力等，該單元安裝有限位開關(guān)，并提供安裝法蘭，供電機、編碼器安裝用。用戶按傳動行程、受力情況等直接選用，直接安裝在基礎(chǔ)上即可。</p><p>　　步進電機與機械直線運

58、動單元連接，建立一個直線運動軸，“零點”、“終點”分別為玻璃門全開、全閉時的位置。如果無人進出，玻璃門關(guān)閉。傳感器一旦給PIC信號，PLC通過定位控制單元立刻控制步進電機中斷當(dāng)前運動，回零位。開始速度逐漸提高，在即將閉合時，速度逐漸減為零。而當(dāng)門在關(guān)閉的過程時，一旦有人通過，應(yīng)立即停止動作，轉(zhuǎn)入開門過程。PIC 通過定位控制單元進行速度調(diào)節(jié)非常方便。一旦無人進出，傳感器無信號發(fā)出，PIC 控制步進電機中斷當(dāng)前運動，向終點運動，速度控制如

59、前。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　自動門的執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計</p><p><b>　　穩(wěn)壓電源設(shè)計</b></p><p>　　隨著自動門的不斷發(fā)展，被越來越多的應(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

60、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(shè)計穩(wěn)壓電源并根據(jù)無刷直流電機供電要求選擇合理的電路參數(shù)，同時需要合理設(shè)計交流濾波器以減少電磁干擾。</p><p>　　由于自動門工作時間長、安全性要求高，因此從電網(wǎng)電源開始，就應(yīng)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

61、形式，下面是一種保護電路的框圖（圖3）。</p><p><b>　　圖3 保護電路框圖</b></p><p>　　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(chǎn)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4）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。</p>

62、<p>　　自動門的整流電路主要是把交變的交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電，使電源適合各種驅(qū)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連接并封裝為一體構(gòu)成的。全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、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5）是其

63、電路圖形符號與內(nèi)部電路。</p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　無刷直流電機的應(yīng)用</b></p><p>　　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

64、來介紹自動門系統(tǒng)中執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計。下圖是電機的主電路圖（圖6）</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　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(zhì)和高穩(wěn)定性。該控制器內(nèi)含可用于正確整流時序的轉(zhuǎn)子位置譯碼器，以及可對傳感器的溫度進行補償?shù)膮⒖茧娖剑瑫r它還具有一個

65、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(diào)制器比較器、三個集電極開路頂端驅(qū)動輸出和三個非常適用于驅(qū)動功率場效應(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，同時帶有可選時間延遲鎖存關(guān)斷模式的逐周限流特性以及內(nèi)部運行使能等。</p><p>　　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(jù)當(dāng)前所在位置決定門的動作。有三種情況：</p>

66、<p>　?、匍T處于關(guān)閉狀態(tài)，控制器應(yīng)驅(qū)動執(zhí)行電機以最佳速度曲線打開門。</p><p>　　②門處于半開狀態(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)動執(zhí)行電機開門。</p><p>　?、坶T處于開啟狀態(tài)，控制器使門保持開啟狀態(tài)。</p><p>　　無物體靠近門時：如果門處于開啟狀態(tài)，延時適當(dāng)?shù)臅r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

67、相應(yīng)的開、關(guān)門速度曲線如圖一所示。關(guān)門時：OA段為加速段，AB段為穩(wěn)速運行段，BC段為減速停止（門關(guān)到位）段。開門時：CB段為加速段，BA段為穩(wěn)速運行段，OA段為減速停止（門開到位）段。</p><p>　　根據(jù)自動門控制要求，系統(tǒng)原理框圖如下圖（圖7）所示。開門門磁：檢測門的最大開啟位置，門開后驅(qū)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(guān)閉位置，門關(guān)后驅(qū)動電機停止工作。驅(qū)動器：擴大驅(qū)動功

68、率以驅(qū)動150w的無刷直流電機。工作指示燈：（a）有電源指示燈；（b）正常、故障指示燈。超過預(yù)期時間門不到位即是故障狀態(tài)。</p><p>　　圖7 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　3.3直流電動機的選型</p><p>　　3.3.1直流電動機的調(diào)速</p><p>　　并勵或他勵直流電動機與交流異步電動機相比，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，維

69、修也不方便，但是在調(diào)速性能上有其獨特的優(yōu)點。因為鼠籠式電動機在一般情況下是不能調(diào)速的，更不能無級調(diào)速，因此，對調(diào)速要求高的設(shè)備，均采用直流電動機。這是因為直流電動機能無級調(diào)速，機械傳動機構(gòu)比較簡單。</p><p>　　由直流電動機的轉(zhuǎn)速公式：</p><p>　　n=（U-IaRa）/KEΦ</p><p>　　可知，Ra、Φ和U中的任意一個值，都可使轉(zhuǎn)速改變，改

70、變電樞電路中外電阻的方法也可進行調(diào)速。但其缺點是耗電多，電機機械特性軟，調(diào)速范圍小，且只能進行有級調(diào)速，故這種方法目前已較少采用?，F(xiàn)常用的對直流電動機調(diào)速的方法有調(diào)磁法和調(diào)壓法。</p><p><b>　?。?）調(diào)磁法</b></p><p>　　即改變磁通量Φ。當(dāng)保持電源電壓U為額定值時，調(diào)節(jié)Rf，改變勵磁電流If以改變磁通量，如圖13所示。由于</p>

71、;<p>　　n=U/KEΦ-Ra/KTKEΦ·T</p><p>　　可知磁通Φ減少時，n0升高，轉(zhuǎn)速降△n增大，但后者與Φ2成反比，所以磁通愈小，機械特性曲線愈陡，但仍具有一定硬度，如圖14所示。在一定負(fù)載下，Φ愈小，則n愈高。由于電動機在額狀態(tài)運行時，它的磁路已接近飽和，所以通常都是減小磁通（Φ＜Φn），將轉(zhuǎn)速往上調(diào)（n＞nn）。</p><p>　　調(diào)速的過

72、程是：當(dāng)電壓U保持恒定時，減小磁通Φ。由于機械慣性，轉(zhuǎn)速產(chǎn)立即發(fā)生變化，于是反電動勢E=KE·Φ·n就減小，Ia隨之增加。由于Ia增加的影響超過Φ減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩T=KTΦIa也就增加。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T＞Tc轉(zhuǎn)速n上升。隨著n的升高，反電動勢E增大，Ia和T也著減小，直到T=Tc時為止。但這時轉(zhuǎn)速已比原來升高了。</p><p>　　必須指出，若電動機在額定狀態(tài)下運行，則電樞電流I

73、a為額定值，如果調(diào)速時負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍舊保持不變（為額定值），由于T=KTΦIa，故減小磁通量Φ后Ia必然超過額定值，因此調(diào)速后負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須減小。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）的場合。</p><p>　　這種調(diào)速方法有3個優(yōu)點：</p><p>　?。?）調(diào)速平滑，可無級調(diào)速；</p><p>　?。?）調(diào)速經(jīng)濟，控制方便；</

74、p><p>　?。?）機械特性較硬，穩(wěn)定性較好。</p><p>　　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。因為電機不允許超速太多，因此限制了它的調(diào)速范圍。在實際工作中，這種方法常作為電壓調(diào)速的一種補充手段。</p><p><b>　?。?）調(diào)壓法</b></p><p>　　即改變電壓U。當(dāng)保持

75、他勵電動機的勵磁電流If為額定值時，降低電樞電壓U，則由</p><p>　　n=U/KT·Φ-Ra/KE·KT·Φ2·T</p><p>　　可見，n0變低了，但△n未改變。因此改變U可得出一組平行的機械特性曲線。在一定負(fù)載下，U愈低，則n愈低。由于改變電樞電壓只能向小于電動機額定電壓的方向改變，所以轉(zhuǎn)速將下調(diào)(nn)。</p>&l

76、t;p>　　調(diào)速的過程是：當(dāng)磁通Φ保持不變時，減小電壓U由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，反電動勢E便暫不變化，于是電流Ia減小，轉(zhuǎn)矩T也減小。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T＜Tc，轉(zhuǎn)速n下降。隨著n的降低，反電動勢E減小，Ia和T增大，直到T=Tc時為止。但這時轉(zhuǎn)速已比原來降低了。</p><p>　　由于調(diào)速時磁通不變，如在一定的額定電流下調(diào)速，則電動機的輸出轉(zhuǎn)矩便是一定的（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）。</p><

77、;p>　　這種調(diào)速方法有下列優(yōu)點：</p><p>　?。?）機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好；</p><p><b>　　（2）調(diào)速幅度大；</b></p><p>　?。?）可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓；得到平滑的無級調(diào)速。</p><p>　　這種調(diào)速方法的缺點是調(diào)壓需用專門的設(shè)備，投資較高。近年來由

78、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。印刷設(shè)備中直流電動機的調(diào)速多采用這種方法。</p><p>　　3.3.2直流電動機的優(yōu)勢</p><p>　　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：</p><p>　　（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

79、度、更高的轉(zhuǎn)矩慣量比。 </p><p>　?。?） 由于沒用轉(zhuǎn)子損耗（轉(zhuǎn)子使用永磁材料），也無需定子勵磁電流分量（應(yīng)用新理論），所以無刷直流電機具有較高的效率和功率密度。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。 </p><p>　?。?） 由于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無刷直流電機也無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。 </p><p>　?。?） 交流異步電機由于其

80、非線性本質(zhì)，實現(xiàn)控制極為復(fù)雜。無刷直流電機把其復(fù)雜的磁場定向控制簡化為離散狀態(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。 </p><p>　　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。所以在本課題設(shè)計中選用了無刷直流電動機。 </p><p><b

81、>　　自動門的硬件設(shè)計</b></p><p>　　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。大體分為6部分如下圖8。</p>

82、<p>　　圖8 硬件組成框圖</p><p>　　自動感應(yīng)門的基本工作原理</p><p>　　首先，平移式自動感應(yīng)門由以下部件組成：</p><p>　?。?）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)。</p><

83、;p>　　（2）感應(yīng)探測器：負(fù)責(zé)采集外部信號，如同人的眼睛，當(dāng)有移動物體進入它的 工作范圍時，它就給主控器一個脈沖信號。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）自動感應(yīng)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。</p><p>　?。?）門扇吊具走輪

84、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。</p><p>　?。?）同步皮帶：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引自動感應(yīng)門扇吊具走輪系統(tǒng)。</p><p>　?。?）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，防止門扇在運行時出現(xiàn)門體擺動。</p><p>　　自動感應(yīng)門門扇完成一次開門與關(guān)門，其工作流程如下：感應(yīng)探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳

85、給主控器，主控器判斷后通知馬達，同時監(jiān)控馬達轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。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。</p><p><b>　　限位開關(guān)的工作原理</b></p><p>　　

86、行程開關(guān)又稱為限位開關(guān)，用于控制機械設(shè)備的行程及保護。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。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運動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。</p><p><b>　　光電開關(guān)的工作原理</b></p><p>　　它是光電接近開關(guān)的簡稱，是利

87、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。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可檢測。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。</p><p>　　無刷直流電動機的工作原理</p><p>　　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。

88、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。同步電動機的定子繞組多做成對成星型接法，同三相異步電動機十分相似。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。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，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，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提

89、供保護和顯示等等。</p><p>　　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（ηcosα）比同容量異步電動機高12％-20％。</p><p>　　因此，它采用的是方波自控永磁式同步機，以霍爾傳感器取代碳刷換向器，以釹

90、鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料；產(chǎn)品性能超越傳統(tǒng)直流電機的所有優(yōu)點，同時又解決了直流電機碳刷滑環(huán)的缺點，數(shù)字式控制，是當(dāng)今最理想的調(diào)速電機。</p><p><b>　　PLC的選擇</b></p><p>　　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。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)該詳細(xì)分析工藝過

91、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)。</p><p>　　4.5.1輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算</p><p>　　I/O點數(shù)的估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10％到20％的可擴展。留有余量后，

92、就作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。在實際訂貨時，還需要根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點對輸入輸出點數(shù)進行圓整。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。I/O分配表是編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場接線和調(diào)試的重要依據(jù)。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：</p><p>　　4.5.2存儲器容量的選擇</p><p>　　存儲器容量是可編程

93、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。在設(shè)計階段，由于用戶的程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，須在程序調(diào)試之后在知道。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)（1

94、6位為一字），另外再按次數(shù)的25％考慮余量。因此，本設(shè)計的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲索要儲存的程序，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。</p><p>　　4.5.3控制功能的選擇</p><p>　　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。 根據(jù)本設(shè)計的要求，主要由以下幾種功能的選擇。</p><p>　?。?）控制

95、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。</p><p>　　（2）編程功能 離線編程方式：PLC和編程器共用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。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。在線

96、編程方式：CPU和編程器都有各自的CPU，主機CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(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，在下一個掃描周期里，主機就根據(jù)新收到程序運行。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。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）。選用的編程語言應(yīng)遵守標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時

97、，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。</p><p>　　（3）診斷功能 PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷是通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置。軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷，通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。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

98、的要求，并影響平均維修時間。</p><p>　　4.5.4機型的選擇</p><p>　?。?）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)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。整體型的PLC的I/O點數(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

99、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點數(shù)，功能擴展方面靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）經(jīng)濟角度的考慮 在選擇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(dāng)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、

100、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。</p><p>　　4.5.5對PLC響應(yīng)時間的選擇</p><p>　　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

101、頻率過高或持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號，當(dāng)有此類信號輸入時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。</p><p>　　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。</p><p>　　西門子S7-200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。其結(jié)構(gòu)緊湊

102、、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S7-200 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S7-200 CPU224如下圖（圖9）</p><p>　　對于本次自動門的設(shè)計，所選PLC為西門子S7-200 CPU224就能滿足要求，其性能如下表10：</p>

103、<p>　　表10 S7 200的參數(shù)表</p><p>　　4.6自動門的硬件部分</p><p>　　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。</p><p>　　4.6.1驅(qū)動裝置選型</p><p>　　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

104、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φ45，額定轉(zhuǎn)數(shù)4000轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)矩0.036N.m，功率15W-100W，額定電壓24V DC。</p>

105、;<p>　　4.6.2感應(yīng)器選型</p><p>　　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。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　微波感應(yīng)

106、器的特點：是以10.525GHz微波頻率發(fā)射、接收。</p><p>　　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。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　根據(jù)不同的功能和性能運用在各類不同場合的自動

107、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WB-3004，其規(guī)格如</p><p>　　下表11： 感應(yīng)器的參數(shù)表</p><p>　　4.6.3自動門系統(tǒng)I/O地址的分配情況</p><p>　　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

108、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)。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配如下表12：</p><p>　　表12 I/O地址分配表</p>&l

109、t;p><b>　　自動門的軟件系統(tǒng)</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)流程設(shè)計</b></p&g