基于PLC的智能车库门控制系统设计

成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 成都工业学院成教院成都工业学院成教院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 论文题目：论文题目： 基于基于 PLCPLC 的智能车库门控制系统设计的智能车库门控制系统设计 教教 学学 点：点： * 指导老师：指导老师： * 职职 称：称： 讲师讲师 学生姓名：学生姓名： * 学学 号号: : 专专 业：业： 机电一体化技术机电一体化技术 成都工业学院成教院制成都工业学院成教院制 二二一四年三月十二日一四年三月十二日 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 成都工业学院成教院成都工业学院成教院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目：题目： 基于基于 PLCPLC 的智能车库门控制系统设计的智能车库门控制系统设计 任务与要求：任务与要求： 通过可编程控制器（PLC） 、无线遥控开关、限位器件、驱动装置和传动 装置来实现智能车库门的自动开关。 时时 间：间： 2013 年 11 月 28 日 至 2014 年 4 月 17 日 共 20 周 教教 学学 点：点： * 学生姓名：学生姓名： * 学学 号：号： 专专 业：业： 机电一体化技术机电一体化技术 指导教师：指导教师： * 职职 称：称： 讲师讲师 成都工业学院成教院制 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 毕业设计毕业设计( (论文论文) )进度计划表进度计划表 日日 期期工工 作作 内内 容容执执 行行 情情 况况 指导教师指导教师 签签 字字 2013.11.28- 2013.12.20 查找资料，选题 2013.12.22- 2014.1.31 完成论文的初稿 2014.2.1- 2014.3.15 完成论文二稿的写作 2014.3.16- 2014.4.5 完成论文的终稿及格式修 改 2014.4.6- 2014.4.20 定稿，打印论文，做好评 阅的准备 2014.4.21- 2014.4.25 论文评阅 教师对进度计教师对进度计 划实施情况总划实施情况总 评评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 摘 要 随着电子技术的发展，PLC 不断的更新，PLC 控制已成为自动控制最常见 的方式之一。智能车库门就是自动控制应用的以典型例子，由于可编程控制器 具有很好的处理智能车库门开关控制及良好的稳定性，而且可以很简单的改变 控制的方式，因此智能车库门的生产商家很多都运用 PLC 来做门的控制器。目 前智能车库门在日常生活中用越来越广泛。PLC 控制具有较高的可靠性、稳定 性、维修方便等优点。 本文是关于智能车库门控制系统的设计，智能车库门系统主要由可编程控 制器（PLC） 、无线遥控开关、限位器件、驱动装置和传动装置组成。主要工作 原理是人控制无线遥控开关将信号传送到 PLC，PLC 再综合收到的智能车库门状 态信号作出判断，而后发出控制信号，使驱动装置运行，再通过传动装置带动 门的动作。 关键词：智能车库门、PLC 无线遥控开关、感应器件、驱动装置 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） Abstract With the development of electronic technology, update the PLC constant, PLC control has become one of the most common ways of automatic control. Is the application of automatic control of intelligent garage door with the typical example, due to the programmable controller to deal with intelligent garage door control switch is good and good stability, and can be very easy to change the control mode, the controller so intelligent garage door production businesses are using PLC to do the door. The, intelligent garage door in daily life with more and more widespread. PLC control reliability, stability, convenient repair has the advantages of higher. This paper i about the design of intelligent garage door control system , intelligent garage door system is mainly composed of programmable logic controller (PLC), wireless remote control switch, limiting device, driving device and the transmission device. The main principle is to control the wireless remote control switch signal is sent to the PLC, to judge the intelligent garage door state signal PLC then received, and then sends the control signal, the driving device operation, and through the transmission device drives the gate of the action. Key words：Intelligent garage door;、PLC wireless remote control switch;、induction、device、driving device 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 目 录 第一章 绪言.1 第二章 智能车库门外部设备的选用.2 第一节 车库门开关控制器的选择 .2 第二节 家用车库电机的选择 .3 第三节 车库内外灯的光控开关选择 .4 第四节 蜂鸣器的选择 .4 第五节 24V 直流电源选择.5 第六节 PLC 的选择.6 第三章 智能车库门的控制流程.8 第一节 汽车进、出库流程文字说明 .8 第二节 汽车进、出库控制流程图 .8 第四章 智能车库门的梯形图设计.11 第一节 PLC 梯形图的概述.11 第二节 梯形图编程环境 .11 第三节 智能车库门 I/O 分配表.13 第四节 智能车库门程序图分析 .13 第五章 控制系统的电气接线.15 结束语.16 谢辞.17 参考文献.18 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 1 第一章 绪言 库门设计为卷帘式用一个电机来拖动卷帘。正转接触器 KM1使电机开门，反 转接触器 KM2使电机关门。在车库门的内侧装有无线遥控开关的接收器。其控 制过程如图1-1所示。要求实现以下四个功能： 1.按下无线遥控开关上的开门键，产生输入电信号 X2=1，从而继电器 KM1线 圈得电，车库门开始打开，同时车库外的灯 Y6(白天不会亮)亮，蜂鸣器 Y7工作。 2.当车库门打开的其上升极限 X1处，KM1线圈失电，车库门停止上升，车库 内的灯 Y5亮，灯 Y6在5秒后熄灭，蜂鸣器立即 Y7停止工作。 3.按下无线遥控开关上的关门键，产生输入信号 X3=1，从而继电器 KM2线圈 得电，车库门开始关闭，同时灯 Y5在5秒后熄灭，灯立即 Y6(白天不会亮)打开。 4当车库门关闭到其下极限 X0处，KM2线圈失电车库门停止下降，灯 Y6在2 分钟后自动熄灭。 图 1-1 车库门动作示意图 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 2 第二章 智能车库门外部设备的选用 第一节 车库门开关控制器的选择 1.作用：提供信号给 PLC 控制车库门的开关。由于要实现车库门的智能化控 制，则要求车主在车上就可以打开车库门，无需下车手动操作，所以本文将选 用无线遥控开关。 2.无线遥控开关的选型要求：抗干扰能力均很强,可在强电磁干扰环境中使 用。频率稳定性好,接 收灵敏度高。控制安全，发射器和接收器只能一对一使 用。遥控距离广，最低要求100M，可以与 PLC 连接使用。综上所述确定选择深 圳市奥圣科技发展有限公司的奥圣/AU.RK02.12无线遥控开关，如图2-1所示 图 2-1 奥圣/AU.RK02.12 无线遥控开关 3.产品特点：四路输出，可独立输出，也可非锁和互锁输出。可通过拔插插 针跳线的方式方便地在点动、互锁、自锁三种工作方式中进行随意切换。使用 方便更换芯片的芯片座，可方便地更换为点动、互锁、自锁各类芯片，以便满 足各类需要。接收灵敏度高，遥控距离可达 50 米至 100 米以上。采用大容量继 电器，可控制上千瓦的电器及设 备。采用无线编码技术无方向性，开关互不干 扰。主要应用于遥控电动门、窗、开关、安防等工业或照明遥控领域。 4.其主要技术参数如下： 工作电压：DC24V 接收频率：315MHZ 接收灵敏度：95db 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 3 工作方式：点动，互锁，自锁 最大负载：7A 编码类型：固定 编码方式：焊盘 第二节 家用车库电机的选择 1.作用：给车库门的开关提供动力，由 PLC 控制的接触器 KM1KM2控制其正 反转。 2.选用车库门电机主要考虑：车库门面积、重量，当地的天气气候，车库 门的使用寿命等。无刷直流电机具有更大的功率密度（铁芯利用率高） 、更高的 效率和更好的控制性能，如将节能因素、省却变频器以及产能提高因素考虑在 内，使用者的综合成本下降很大。所以在本设计中选用的无刷直流电动为 TT MOTOR 的无刷直流电机，如图2-2所示。 3.产品特点：该产品设计先进、工艺精良、性能稳定、安 全可靠。具有整 体感强、体积小、重量轻、耗电省、噪音低、输出转矩大，制动灵活、准等特 点。广泛使用于工厂、商店、会议中心、中小型市场、家庭的门等。其中 GMP56.TEC5760型适合于本设计使用。 4.其主要技术参数如下： 电压：24.0（V） 功率：25（W） 额定速度：100（rpm） 额定转矩：0.9（NM） 额定电流：2.10（A） 效率：75（%） 绝缘等级：B 电机外形尺寸：直径：56（mm）长度：110（mm） 图2-2 GMP56.TEC5760直流无刷电机 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 4 第三节 车库内外灯的光控开关选择 1作用：与 PLC 控制的继电器联合控制车库外灯的开关，接线示意图，如 图2-3所示。 2产品特点：本光控感应开关电路设计采用高品质 CDS 元器件装置,并使用 继电器开关接通负载力强,继电器开关使用寿命10万次。当环境光照度低于8Lux 时,开关自动接通负载,当环境光照度足够时,开关自动关闭载,适用于楼道、走 廊、仓库、车库、地下通道等公共场所各类灯具电器的自动开关。 3其主要技术参数如下： 感应方式：被动式 感应原理：光敏感应 自身功率：0.016W/h 光控感应：2.8Lux 负载能力：阻性1000W,感性400W 环境温度：.20+50 负载范围：白炽灯,日光灯,节能灯,LED 灯等各类负载 工作电压：180V.AC265V(50Hz/60Hz） 图2-3 光控开关接线示意 图 4安装注意事项：安装时开关应背光，避免灯光的直射或干扰，开关表面 光线应尽量接近自然环境光线。 第四节 蜂鸣器的选择 1作用：提供语音提示，凸显智能车库门的人性化，由 PLC 直接控制为力 提高生活质量，要求当车库门打开时喇叭会发出“车库门正在打开请稍等，驾 车请注意安全，切勿酒驾！”的语音提示。所以本设计选用智能语音提示喇叭 常州安全语音提示喇叭开发有限公司的626.802型喇叭。 2产品特点：功能扩展能力强，采用模块化电路设计，触发接口扩展性强， 语音扩展能力强，采用先进的可编程语音集成电路，支持语音定制及多段扩展， 电路稳定可靠，系统电路按照工业级标准进行设计，输出功率大，性能稳定可 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 5 靠，具有过载保护，输出功率大。采用成熟稳定的推挽功率放大输出，效率高， 功率大，语音音 质好，优质语音芯片，低失真放大，优质铝膜扬声器使得该系 统功率充足，音质圆润，坚固耐用，防水能力强全封闭结构，优质 AB 工程塑料 外壳，美观坚固，使用寿命长，防水能力达到国经工业标准防水等级 IPX6。 3其主要技术参数如下： 型号：IR.QCDZ.103.24 工作电压：24V 工作电流：0.3A 额定功率：10W 最大功率：25W 工作模式：白天/关闭/夜间(前单元) 工作温度：.2070频率响应：5008KHz 敏度：120dB5dB 阻抗：8 颜色：黑色 尺寸：100100100mm 重量：0.3kg 第五节 24V 直流电源选择 1作用：为耗能设备提供动力来源，输入220V 交流输出24V 直流。 24V 直 流电源是整个智能车库门的动能来源，所以电能的输出要稳定，且要具备过载 过压保护。因此选择明纬 S.60.24单组输出开关电源,如图2-4所示。 图 2-4 明纬 S.60.24 单组输出开关电源 2产品特点：国际通用全范围交流输入，具有短路、过载、过电压保护， 自然风冷，100%满载老化测试，开关工作频率 77KHZ。 3其主要技术参数如下： 直流电压：24V 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 6 额定电流：2.5A 额定功率：60W 输入电压：220V 频率范围：4763Hz 效率：79% 工作温度：.10+60 工作适度：2090%RH 尺寸：159*97*38MM（L*W*H） 第六节 PLC 的选择 1作用：是整个智能车库门的核心，协调控制车库门各件的动作，实现智 能化。在 PLC 系统设计时，首先要确定控制方案，下一步的工作就是 PLC 工程 设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此工程设计 选型和估算时，应该详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范 围，确定所要的操作和动作，后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储 器的容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 2输入输出（I/O）点数的估算 I/O 点数的估算时应考虑适当的余量，通常 根据统计的输入输出点数，再增加10到20的可扩展。留有余量后，就作为 输入输出点数估算数据。在实际订货时，还需要根据制造厂商 PLC 的产品特点 对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法本设计的 I/O 点数为输入6点，输出 5点。 3机型的选择 （1）PLC 的类型 PLC 按结构分为整体型和模块型，按应用环境分为现场安 装和控制室安装两类。按 CPU 字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。 从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型的 PLC 的 I/O 点数是固定的，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配置系统的 I/O 点数， 功能扩展方面灵活，一般用于大中型控制系统。 （2）从经济的角度考虑在选择 PLC 时，应该考虑其性能价格比。考虑经济 时，也应该同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素。进行比 较和兼顾，最终选出比较满意的产品。输入输出点数对价格有直接的影响，当 点数增加到一定数值后，相应的存储器容量也应增加。因此，点数的增加对 PLC 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有一定的影响。所以在估算和 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 7 选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本设计的自动门 属于小型控制系统，结合经济性的考虑，选用整体型 PLC。 4.对 PLC 响应时间的选择 对于多数场合，PLC 的响应时间基本上能满足控制要求。响应时间包括输入 滤波时间、输出滤波时间和扫描周期。PLC 的工作方式决定了它不能接受频率 过高或持续时间小于扫描周期的输入信号，当有此类信号输入时需要选用扫描 速度高的 PLC 或快速响应模块和中断输入模块。 综上所述，本设计选择了三菱的 FX 系列的 FX2N.16MR, 如果 I/O 点不够可 以使用拓展单元，三菱 FX2N.16MR 具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、 程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个 需要的大量特殊功能模块，它可以为自动门应用提供最大的灵活性和控制能力， 如图2-5所示。 图 2-5 三菱 F X2 N 系列 PLC 样 图 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 8 第三章 智能车库门的控制流程 第一节 汽车进、出库流程文字说明 当汽车进库时，汽车行驶到离车库门一定的距离时，车主按下无线遥控开 关遥控器上的开门按钮，接收器会把开门信号传送给 PLC，然 后 由PLC 控制车库门 打开。车库门 打开的同时，车库外的灯会打开（白天不会打开，由光控开关控制） 、蜂鸣器工作发出“车库门正在打开请稍等，驾车请注意安全，切勿酒驾！” 的语音提示，车库门完全打开后，车库内的灯立即打开，车库外的灯会延时熄 灭，以达到节能目的。 车主离开车库，按下无线遥控开关遥控器上的关门按钮，接收器会把关门 信号传送给 PLC，然 后 由 PLC 控制 车库门关闭。车库门关闭 的瞬间车库外的灯 会立即打开，车库 里的灯会延时熄灭，在车库门完全关闭以后，车 库 外 的灯会 延 时 熄 灭，以 达 到 节 能 的 目 的。 第二节 汽车进、出库控制流程图 1.车库开门流程图如图3-1所示。 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 9 图3-1 车库门开门流程图 2.车库关门流程图如图3-2所示。 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 10 图 3-2 车库门关门流程图 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 11 第四章 智能车库门的梯形图设计 第一节 PLC 梯形图的概述 PLC 是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是工厂广大电气技术人员， 为了适应他们的传统习惯和掌握能力，通常 PLC 不采用微机的编程语言，而常 常采用面向控制过程、面向问题的 “自然语言 ”编程。国际电工委员会（ IEC）1994 年5月公布的 IEC1131.3（可编程控制器语言标准）详细地说明了句法、语义和 下述5种编程语言：功能表图（sequential function chart） 、梯形图 （Ladder diagram） 、功能块图（Function black diram） 、指令表（Instruction list） 、结构文本（structured text） 。梯形图和功能块图为图形语言，指令表和 结构文本为文字语言，功能表图是一种结构块控制流程图。 梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。 采用梯形图程序设计语言，这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的 条件和结果，每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在 左面，事件发生的结 果表示在右面。 形梯图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言，它来源于继电器逻辑 控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术 较为熟悉。因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到欢迎，并得到广 泛的应用。 梯形图程序设计语言的特点是： 1. 与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性； 2. 与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习； 3. 与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是：梯形图中的能流（Power Flow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此应 用时需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待。 梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为 PLC 的第一编程语言。梯形图 与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很 容 易 被 工 厂 电 气 人 员 掌 握 ，特 别 适 用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形 图的设计称为编程。 第二节 梯形图编程环境 本设计的梯形图编程是运用三菱公司的 GX Developer 编程软件完成的，其编 程环境界面如图4-1所示。 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 12 图4-1 GX Developer 编程界面 下面主要介绍下 GX Developer 编程软件概要： GX Developer 是具有下列功能的软件包。 1制作程序 2对可编程控制器 CPU 的写入/读出，如图4-2所示。 图4-2 可编程控制器 CPU 的写入/读出示意图 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 13 第三节 智能车库门 I/O 分配表 智能车库门 I/O 分配表，如表4-1所示。 表4-1 智能车库门 I/O 分配表 第四节 智能车库门程序图分析 1.车库门上升及蜂鸣器控制 图4-3 车库门上升及蜂鸣器控制 如图4-3所示，当车主按下无线遥控开关上的开门按钮或手动开门按钮时， PLC 会接受到 X2=1或 X4=1，此时 PLC 的内部继电器 Y0和 Y7动作，Y0得电以后 会通过自己的常开触点形成自锁，与 Y1成互锁。由 Y0控制的继电器 KM1的 常 开 触 点 会 一 直 闭 合，车 库门上升，蜂鸣器工作。X1为车库门上限位行程开关，车库 门打开到上升极限的时候会通过 X1停止车库门的上升及蜂鸣器的工作。 2.车库门下降及车库外照明灯的延时控制 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 14 图4-4 车库门下降及车库外照明灯的延时控制 如图4-4所示，当车主按下无线遥控开关上的关门按钮或手动关门按钮时， PLC 会接受到 X3=1或 X5=1，此时 PLC 的内部继电器 Y1动作，Y1的常开触点会形 成自锁，与 Y0成 互 锁。由 Y1控制的继电器 KM2的常开触点会一直闭合，车库门下 降。在车库门下 降的同时，计时器 T1开始计时，在5S 以后关闭车库内的照明灯。 3.车库外照明灯的控制 图4-5 车库外照明灯的控制 如图 4-5 所示，当车库门打开或车库门关闭的时候，PLC 会通过 Y0 和 Y1 的 状态 Y6 的动作，从而控制车库外照明灯的控制，M0 为辅助继电器，T0 为时间 继电器，计时 5S，在车库门完全打开 5S 后熄灭车库外照明灯，T2 也是时间继 电器，计时 2min 在车库门完全关闭 2min 后熄灭车库外照明灯。 4.车库内照明灯及车库外照明灯的延时控制 图4-6 车 库内照明灯及车库外照明灯的延时控制 如图4-6所示，车库内的照明灯会在车库门完全打开的时候打开，由车库上 限位行程开关 X1控制，在车库门关闭的同时 T1在计时5S 后将车库内灯熄灭。 其中 T0和 T2都是用来控制车库外照明灯的延时关闭的，在车库门完全打开时， 计时器 T0会工作，在计时5S 后将车库外灯熄灭，在车库门完全关闭时，T2开始 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 15 计时，在计时2min 后将车库外照明灯关闭。 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 16 第五章 控制系统的电气接线 智能车库门控制系统的控制连接电路主要包括 I/O 接线电路、控制系统主电 路连接，详细的接线方式分别在附录 I 和附录 II 中列出。 图5-1 接线图 成都工业学院成教院毕业论文（设计） （基于 PLC 的智能车库门控制系统设 计） 17 结束语 经过这一个多月的毕业设计过程，我了解了很多以前不曾了解的东西。结 合自己所学的专业知识，设计出 程 序 和 硬 件 系统， 真正开始理解了 PLC 控 制 系 统 的 设 计 方 法 ，改 善了 PLC 梯形图的编程能力，也认识到了 GX Developer 编程软 件的