基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计【实用文档】doc

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摘要基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载本文描述了采用可编程控制器(PLC）作为核心控制部件，并利用计算机进行模拟监控的全自动洗衣机控制系统。文章介绍了洗衣机的结构,对全自动洗衣机的控制系统进行了分析，在此基础上提出了基于PLC的全自动洗衣机控制方案，并对方案进行了论证，根据洗衣机的工作原理,设计了流程及程序,对按钮，等其它一些输入／输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于洗涤，排水，脱水的时间均由PLＣ内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间.具有智能化程度高、安全可靠、方便、灵活，丰富的I／O卡件,质优价廉，性价比高,安装简单,维修方便,PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，所以在使用中，硬件相对简单,编程语言也相对简单,并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向.关键词：可编程控制器，PＬC，全自动洗衣机目录ＴOC＼o”1—3"\ｈ\uＨYPＥＲLINK\l＿Toc110０７第1章绪论１ＨYＰERＬINK\l_Toｃ71７２1。1选题背景1HYPEＲLＩNK\l＿Toc10２291．2全自动洗衣机发展概况11.３控制系统的选择2第2章全自动洗衣机控制系统设计４2。1系统描述４HYＰＥRＬINK\l_Toｃ9１1９2。2制定控制方案5ＨYＰEＲLINK\l_Ｔoc2357２。3系统配置9HYＰERＬＩＮＫ\l_Ｔoc６3052。4控制面板1１3６502.5控制系统流程图及电路控制图11HYＰERＬINK\l_Toc1１0０7第３章性能检测与测试1９3.１检测与调试19第４章结论及展望２0HＹPERLINK\l_Toc1７０65致谢21HYPERＬINＫ\l_Tｏc1２978参考文献２224７６3附录(程序源代码）２3第1章绪论１.1选题背景洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中应用也十分广泛。但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了.洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。而随着PLＣ技术的发展，用ＰLＣ来作为控制器，就能很好地满足全自动洗衣机对自动化的要求,并且控制方式灵活多样,控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。1。2全自动洗衣机发展概况全自动洗衣机是一种除放、取衣物和开动洗衣机这三道手续外，其余洗衣各程序全部自动完成的设备。1８７4年美国的比尔·布莱克斯通发明了木制手摇洗衣机,这是世界上第一台人工搅动洗衣机。19１1年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。１920年美国的玛依塔格公司又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体,第二年又把铝制桶体改为外层铸铝、内层为铜板的双层结构。1９36年，他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。与此同时，世界各地也相继出现了洗衣机.欧洲国家研究成功了喷流式洗衣机和滚筒式洗衣机。１932年后,美国一家公司研制成功了第一台前装式滚筒全自动洗衣机,洗涤、漂洗和脱水都在同一个滚筒内自动完成，使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。这种滚筒洗衣机,目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。第二次世界大战结束后,洗衣机得到了迅速的发展，研制出具有独特风格的波轮式洗衣机。这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣桶底,又称涡卷式洗衣机。近几十年,在工业发达国家,全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。目前世界洗衣机年总产量近5000万台，而全自动洗衣机的产量呈增长趋势，在技术性能上正向着节水、节能、高效、结构更趋合理的方向发展。微电脑控制功能、新型的洗涤方式、高速脱水以及低噪音等方面都有了很大提高。近几年，我国的洗衣机制造技术得到迅速发展，从生产单桶波轮式、双桶波轮式洗衣机逐步向套桶波轮式全自动洗衣机和滚筒式全自动洗衣机方向发展,其中全自动洗衣机的年产量已占洗衣机总产量的１0%左右。生产规模不断扩大,技术工艺日趋完善,产品质量稳步提高，已生产出技术性能优良的多种牌号的全自动洗衣机供应市场。1。３控制系统的选择从满足全自动洗衣机控制系统的安全性、扩展性和可靠性方面考虑，目前常见的全自动洗衣机自动控制系统，主要有单片机控制、PLC控制、工业控制计算机集中控制等类型。随着集成芯片技术的不断提高,特别是高档8位单片机的普及，单片机全自动洗衣机系统由单片计算机及其外围芯片构成控制系统。虽然单片机本身小巧、功耗低,实时控制功能强，但是其软、硬件的开发必须借助于开发工具,系统调试困难，不具有自开发能力，且编写洗涤、脱水等程序相对复杂;在设计控制系统硬件时,要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等。这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率,无形地增加了维修成本费用。工业控制计算机全自动洗衣机控制系统是利用通用计算机的扩展槽或扩展区，设计应用系统硬件模板，如通讯板、I／O扩展板等测控功能板,与通用计算机构成一个用于完成预定测控功能的控制系统.其特点是系统有较强的软、硬件支持。利用通用计算机的软、硬件资源来支持控制系统进行工作，具有自开发能力,有较强的可视能力和数据处理能力,更适合于计算机集中控制系统应用.ＰLC是一种新型的具有极高可靠性的通用自动化控制装置。它以微处理器为核心，有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通信技术融为一体。其特点如下:抗干扰能力强,可靠性极高.PＬC是专为工业控制设计的，采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施，能适应工业现场的恶劣环境。编程方便。PLＣ采用易于理解和掌握的梯形图语言，以及面向工业控制的简单指令。使用方便.PLC的结构不仅具有先进的通讯和输入、输出能力，而且其模块化的系统结构、灵活的配置能力，使用户可以灵活组成各种规模和不同要求的控制系统.维护方便。ＰLＣ模块化的系统结构，使操作人员在维修时只需要更换插入式模板或其它易损部件即可完成，既方便又减少了影响系统运行的时间。设计、施工、调试周期短。用PLC完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，设计和施工可同时进行，缩短了周期.易于实现机电一体化。PＬC的结构紧凑，体积小，重量轻，可靠性高,抗振防潮和耐热能力强,使之易于安装在机器设备内部,制造出机电一体化产品。PLC控制洗衣机洗衣程序有独特之处。首先，它是一个顺序控制系统程序;其次，洗涤、漂洗、排水、脱水时间是由ＰLC内的计数器和定时器中参数控制的，只要改变它的参数太小就可改变整个程序时间长短；第三．通过改变ＰLC的型号,可以根据衣物的质地、数量及脏污程度来实现标准洗洗、柔和洗的多功能；第四，通过修改洗衣程序可实现进水、洗涤、漂洗、排水脱水的顺序控制,也可实现或洗涤、或漂洗、或脱水等单体控制；第五，在设计过程中,可以方便地加入相应的配套装置,如指示灯、蜂鸣器。通过以上分析、说明可知全自动洗衣机的控制系统是有多样性的,虽然各种控制系统均可运用，但是必须考虑它的结构和成本。鉴于ＰLC的诸多优势,结合全自动洗衣机自动控制系统的需要,选择德国西门子公司生产的具有高性能价格比的Ｓ7-２00系列可编程序控制器。第2章全自动洗衣机控制系统设计2．1系统描述本文描述的是一种全自动洗衣机,它可以自动地完成洗衣的全过程。全自动洗衣机的洗衣桶(外桶)和脱水桶（内桶)是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水(甩干)用.内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开,经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水同并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。其示意图如图2．1所示。图2。1全自动洗衣机示意图2．2制定控制方案通常地,人们采用洗衣机来洗衣服需要经历洗涤、漂洗、排水、脱水等4个环节，而在全自动洗衣机中，这样的一个过程全由PＬＣ来完成。并且，全自动洗衣机需要其控制系统足够可靠，以避免洗衣机轻易出现故障。全自动洗衣机的简单工作过程如图２．2所示。其中,洗衣的方式（标准或是柔和)、洗衣中的水位选择（高水位洗衣、低水位洗衣等)等两个方面需要在人们将衣服放入洗衣机洗衣服之后手动来选择。并且是必须选择的洗衣参数。当选择了一种洗衣参数后,按下启动按钮，洗衣机就会自动完成洗衣服的整个过程。全自动洗衣机系统中,PLC主要完成一下功能：１.检测功能（１)检测洗衣的方式：标准或者是柔和的选择。(2)检测洗衣时的水位：高水位或者是低水位的选择。（3)检测进水是否到了需要的水位,即进水是否完成。（4)检测排水是否已经完成.2．控制功能（1)控制进水、洗涤、排水、漂洗、脱水等洗衣机的动作。（2)控制洗涤、漂洗、脱水等的时间长短.(3）控制洗涤、漂洗等的次数。（4）控制在洗衣机完成一个动作后到下一个动作的准确转换。(5）控制完成洗衣时的信号提示。图2。2全自动洗衣机的简单工作过程根据上述对全自动洗衣机系统的功能分析，可以设计如图2。3所示的全自动洗衣机硬件系统框图.图2。３全自动洗衣机硬件系统框图１。ＰLC主机选择西门子S7-200系列ＰLC作为此全自动洗衣机的控制主机。在西门子Ｓ7—2００系列PＬC中又有CPU2２1、CPU222、CPU224、ＣPU２２6、CPU22６ＸM等之分。此全自动洗衣机系统中总共有8个数字量输入，6个数字量输出，共需1４点I/O,根据I/O点数及程序容量,选择了CＰU２2４作为其主机.2.启动按钮启动按钮用来控制全自动洗衣机开始工作与否,一般地，在用户在洗衣机内放入衣服，且已经准备好开始洗衣服之后,按下启动按钮，全自动洗衣机开始洗衣。3。停止按钮停止按钮用来控制运行中的全自动洗衣机停止工作与否。在洗衣服的过程中，用户需要停止洗衣机,就可以直接按下停止按钮，洗衣机即会停止工作。4。高水位高水位是指洗衣机在洗衣过程中,洗衣机筒内保持的水位高低,一旦选择了高水位，则在洗衣过程中的水位将保持系统设定下的两个水位中的相对高一点的水位。这里，在操作面板上，用一个按钮来设置高水位，按下按钮表示选择高水位.5。低水位低水位是指洗衣机在洗衣过程中，洗衣机筒内保持的水位的高低,是相对于高水位来说的，在洗衣机系统的初始设计中，设计了两种水位,这个是相对比较低的一个水位,但是同样可以完成洗衣过程。在操作面板上,用一个按钮来设置低水位，按下按钮表示选择低水位.需要注意的是，用户在使用中，只能选择一种水位-—高水位或者低水位，但是，但是在实际生活中,很有可能用户不小心同时按下了高水位按钮和低水位按钮，因此，在设计中必须要考虑到水位的互锁.当然也可以将高水位与低水位选择设计成一个按钮,按下去的时候为高水位，不按则是低水位。需要说明的是,高水位的选择必须在用户开始一次洗衣之前完成.6。标准按钮标准按钮用来设置洗衣机洗衣服的模式，当按下标准按钮时,选择了标准模式，洗衣机自动按照标准模式洗衣服。7。柔和按钮柔和按钮用来设置洗衣机洗衣服的模式，当按下柔和按钮时,选择了柔和模式，洗衣机自动按照柔和模式洗衣服。标准模式与柔和模式对控制系统的要求主要表现在对变频器的控制，标准模式控制变频器频率使其达到一个在较大的频率值，而柔和模式控制变频器频率使其达到一个相对标准模式而相对小的一个值,从而达到对电机转速的控制,最终实现标准与柔和模式。在洗洗衣机衣服的模式中，标准和柔和是两种相对的概念，标准比柔和的洗衣要剧烈一些.同样地,与高、低水位的选择一样,用户只能同时选择一种模式,因此，也需要在设计中考虑到标准与柔和模式的互锁.也可以将标准与柔和按钮设计成一个按钮，按下去时为柔和模式，不按下去则为标准模式。需要说明的是，标准模式与柔和模式的选择必须在用户一开始洗衣之前完成。8。高水位探测器高水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了高水位.采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将高水位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。9．低水位探测器低水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位。采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将低水位探测器的输出直接送到PＬC主机的数字量输入端口上。10．进水电磁阀进水电磁阀用来控制洗衣机的进水。当然洗衣机需要外界进水时,PＬC主机发出控制信号,进水电磁阀会打开,水自动从外界送入洗衣机筒内，当水已经达到了设定的水位时，ＰＬC主机发出信号自动关闭进水电池阀，同时控制洗衣机进入下一个洗衣步骤。11.电机正转接触器电机正转接触器用于PＬC主机控制洗衣机电机的正转。可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电机正转接触器,在洗衣机洗衣服的过程中，电机会正转与反转同时轮流进行。１2。电机反转接触器电机反转接触器用于ＰLC主机控制洗衣机电机的反转。可以直接用PＬＣ主机的数字量输出端口来连接电机反转接触器，在洗衣机洗衣服的过程中,电机会正转与反转同时轮流进行.13。排水离合器排水离合器用于PLC主机控制洗衣机机筒内的排放。选用数字式离合器，可以直接用ＰLC主机的数字量输出端口来连接到排水离合器,当洗衣机在完成洗衣或者漂洗后,需要将机筒内的脏水排出机筒，此时，PLC主机发出控制命令打开排水离合器，进行排水。１4。脱水离合器洗衣机洗衣服的最后一道工序就是对衣服进行脱水，脱水电磁离合器正是用于ＰLC主机控制洗衣机进行脱水,脱水需要电机带动机筒旋转,有了电磁离合器后，就可以直接使用PＬC主机的数字量输出端口来控制电磁离合器,最终达到控制脱水执行电机的目的。在脱水过程不涉及电机的调速问题,因此,用PＬC主机加电磁离合器这样一种比较觉得简单的方式就可以完成控制任务。1５.蜂鸣器蜂鸣器用来指示洗衣机洗衣过程中的一些声音提示。采用工业用直流供电的蜂鸣器，这样就可以直接用PLC主机的数字量输出端口来控制蜂鸣器。2.3系统配置全自动洗衣机控制系统为单机控制系统.PＬC的输入点，包括启动按钮、停止按钮、高水位按钮、低水位按钮、标准模式按钮、柔和模式按钮、高水位探测器、低水位探测器，一共8点；输出点包括进水电磁阀、电机正转接触器、电机反转接触器、排水离合器、脱水离合器、蜂鸣器,一共6点。由于点数不多，考虑20％～30％的余量，选用小型PＬC便可实现,结合培训站的现有教学实验条件，本次设计选择西门子Ｓ7—200系列的CPU22４型的ＰLＣ,可以满足使用需求。它的主要特点是：·１４输入/１0输出共2４个数字量I／O点。·可连接7个扩展模版单元,最大可扩展至１68个数字量I/O点或35路模拟量I/O。·１3KB的程序和数据存储空间。·6个独立的30KHZ的高速计数器,2路独立的20KHＺ的高速脉冲输出。·具有PID控制器.·1个RＳ４85通信/编程口。·具有多点接口MPI（MｕlｔiPointInteｒfａce）通信协议·具有点对点接口PPI(PointtoPoinｔIntｅrfacｅ）通信协议·具有自由通信口·I/O端子排可以很容易地整体拆卸输入、输出编程元件地址分配表分别如表2.1:主机中辅助继电器分配表如表2．２：表２.1全自动洗衣机中PLC主机的I/O资源分配名称电路器件地址编号说明输入信号启动按钮ＳB1I0。0启动洗衣机停止按钮SＢ2Ｉ0.１停止洗衣机高水位按钮SＢ3I０.2高水位选择低水位按钮SＢ4I0。3低水位选择标准模式按钮SB5I0.4标准模式选择柔和模式按钮SＢ6Ｉ0。5柔和模式选择高水位探测器ＳＱ1Ｉ0．６高水位检测低水位探测器SQ2I0.7低水位检测输出信号进水电磁阀KM１Q0。0进水控制电机正转接触器KM2Q0。1电机正转控制电机反转接触器KM3Q0。2电机反转控制排水离合器ＫM4Q0。３排水控制脱水离合器KＭ5Q０．4脱水控制蜂鸣器KM6Q0。５声音提示表2．2全自动洗衣机中PＬC主机中辅助继电器分配名称地址名称地址启动、停止M0.0洗涤1分钟M1．0高水位Ｍ０．1洗涤１０分钟M1。1低水位M0.2洗涤过程完成M1。2标准模式M0．３漂洗高水位探测M１.3柔和模式M0.4漂洗低水位探测Ｍ1．4蜂鸣器M０。５漂洗1分钟M1．5洗涤高水位探测M0。6漂洗1０分钟Ｍ１．６洗涤低水位探测M0.７漂洗过程完成M1.7电机正转计时器1M2。０电机正转计时器２Ｍ2.1２.4控制面板全自动洗衣机的设计必须在满足上述功能以外,还需要考虑外观设计、造型等方面。尤其是在洗衣机的手动控制操作面板上,必须符合人机界面的基本要求。设计全自动洗衣机的操作面板如图2．4所示。其中，进水、正转、反转、排水、脱水为信号灯指示当前洗衣机的工作状态；蜂鸣器为声音指示，指示洗衣机整个洗衣过程完成的提示；启动、停止、高水位、低水位、标准、柔和等为手动控制按钮,用来人为手动地输入一些控制信号.图2．4全自动洗衣机操作面板在实际中，操作面板一般位于洗衣机的上表面,需要在设计的时候加入更多的个性化平面设计元素,并且操作面板往往与控制器不放置在一起，这就需要考虑线路布线的问题.2。5PＬC外部接线图根据PLＣ主机的I/O资源分配以及PLＣ主机的硬件框图，则ＰLC主机的硬件接线图如图2．5,说明如下：1.输入口(1)启动按钮连到PＬC主机的输入口I0。0,停止按钮连至ＰＬC主机的输入口I0。1。（2)高水位按钮连至PLC主机的输入口I0。2，低水位按钮连至PLC主机的输入口Ｉ0.3.(3）标准模式选择按钮连至PLC主机的输入口I０．4,柔和模式选择按钮连至PLＣ主机的输入口Ｉ０.5.（4）高水位探测器连至ＰLＣ主机的输入口I0．６，低水位探测器连至PLC主机的输入口I0。7。2．输出口（1)ＰＬC主机输出口Q0.０控制进水电磁阀。(2）PLC主机输出口Q0.１控制电机正转接触器。（３）PＬC主机输出口Ｑ0．2控制电机反转接触器。（４）PＬC主机输出口Q0.3控制排水离合器。(５）PLC主机输出口Ｑ0.4控制脱水离合器.(６）PLC主机输出口Q0.5控制蜂鸣器.图２.5外部接线图２。6控制系统流程图及电路控制图全自动洗衣机控制系统的详细工作过程如下：（1)按下启动按钮，洗衣机电源导通，准备进入洗涤状态.(２）用户设置水位高低，以及洗衣模式(标准模式或柔和模式）。（3）洗衣机打开进水电磁阀,开始从外界输入水。（4)水位探测器检测到水已经到位,开始洗涤。（5）电机正转与反转按照设定的洗衣模式的切换时间的长度进行轮流工作。（6）洗衣一直进行10min.(7）洗衣机打开排水离合器,开始排水，并且持续3min。(8)洗衣机关闭排水离合器.(9）重复(3)至（8）步骤一次.（１0）洗衣机打开进水电磁阀，开始从外界输入水.（11)水位探测器检测到水位已经到位,开始漂洗衣服。（1２）电机正转与反转按照设定的洗衣模式的切换时间长度进行轮流工作。(１3）洗衣一直进行5mｉn。（1４)洗衣机打开排水离合器开始排水，并且持续3miｎ。（15)洗衣机关闭排水离合器。（１6)重复（10)至（15）步骤一次。（17)洗衣机控制脱水电磁阀离合器,进行脱水,同时打开排水离合器使得脱水出来的水可以及时排出洗衣机筒内。（１8）持续脱水２mｉn。（19）蜂鸣器发出响声，持续发声20s，提醒用户洗衣完成。(２0）完成洗衣。根据上述对全自动洗衣机工作过程的描述，可以设计全自动洗衣机控制系统的PＬC部分的主流程图，如图2。６所示。图2。6全自动洗衣机主程序流程图其中,电机正反转电路控制图2．7所示。洗涤子过程的流程图如图2．8所示。漂洗子过程流程图如图２。9所示。图２.7电机正反转电路控制图洗涤子过程开始洗涤子过程开始打开电磁阀进水水是否到位？关闭进水电磁阀是否选择准模式？标准洗衣子过程洗衣时间T=10min?排水排水时间T=3min?洗涤子过程结束柔和洗衣子过程洗衣时间T=10min?YNYNYNYNYN图2.8洗涤子过程流程图漂洗子过程开始漂洗子过程开始打开电磁阀进水水是否到位？关闭进水电磁阀是否选择准模式？标准洗衣子过程洗衣时间T=5min?排水排水时间T=3min?漂洗子过程结束柔和洗衣子过程洗衣时间T=5min?YNYNYNYNYN图2。9漂洗子过程流程在洗涤子过程与漂洗子过程中洗衣服的模式有标准模式与柔和模式之分。其中，标准模式洗衣服的流程图及柔和模式洗衣服的流程图如图２。９所示。电机正转5s停止1s电机反转5s停止1s停止1s电机反转3s电机正转3s停止1s电机正转5s停止1s电机反转5s停止1s停止1s电机反转3s电机正转3s停止1s标准模式柔和模式图２．9标准模式与柔和模式流程图第3章性能检测与调试3。1检测与调试大体思路流程如下：1、硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等)，检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行.（１)静态调试静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点.第二步:用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点,再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给板加电,检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试。(2)动态调试动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试.由分到合的调试既告完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离可编程控制器的逻辑距离进行由近及远的分层,然后分层调试。调试时,仍采用去掉无关元件的方法,逐层调试下去，就会定位故障元件了.2、软件调试：软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，编辑,查看程序是否有逻辑的错误。如果出现故障,应返回编程环境,检查梯形图的错误并修改程序再进行调试，如此反复直到调试成功第４章结论及展望本设计还存在很多的缺点.比如使用的输入输出点代码基地址代码过多，没有系统性，编程过程中有点凌乱，简单的逻辑控制指令使用的过多是程序看起来有点臃肿，整体之间的衔接性不好。由于设计思路的原因在程序的硬件设计方面注重的不够，只说明了是用什么的变频器控制方式和ｐlｃ的接口问题，而忽视了具体的控制和配线方式！把太多精力放在程序的设计上而是整体的设计看似没有突出的设计的重点。本设计使用的单一控制点和简单程序过多使得在实物控制中不太方便操作.本文在提出总体设计方案的基础上，完成了系统的硬件和软件设计、应用程序的编写及调试,经实际运行验证，取得了满意的效果。通过本次毕业设计，感受收获颇多.在设计中，使我对本专业知识在实际运用中有了感性的认识和全新的体会，基本做到了将所学知识融会贯通,学以致用，同样我也意识到企业生产管理自动化的重要性。致谢感谢于王老师对我的指导，他的严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样.他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。无论是在课题的选题还是定稿、研究的方法、技术路线以及本文的撰写都得到了王老师的严格要求和精心指导,王老师花费了大量的精力,在各个环节中给了我许多宝贵的意见。在这次培训中王老师严谨的学术作风、治学态度、求实的工作作风和孜孜不倦的探索创新精神，以及平易近人的师长风范给我创造了良好的学习设计环境，及给了我这个学习提高的机会和在生活上给我的无微不至的关怀。这些都是我不断前进的动力,必将对我今后的学习和生活受益匪浅，我将终生学习和铭记。在此，谨向王老师的培育之恩表示最深的谢意！感谢其他多位老师对我学习和设计所给予的支持和帮助。感谢在我论文完成过程中同学们给我提供的支持、帮助和建议。在这里也衷心地感谢他们!在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!参考文献［1］。黄坚主编，自动控制原理及其应用，北京：高等教育出版社，2０05[２]．于海生主编，计算机控制技术，北京:机械工业出版社，２0０7［３].蔡元宇主编,电路及磁路（第二版）,高等教育出版社，2０0５［４］。王永华主编,现代电气控制及PLC应用技术,北极航空航天大学出版社，2０08[４]。胡学林主编，可编程控制器教程(基础篇)，北京：电子工业出版社,2003［2］．胡学林主编,可编程控制器教程(实训篇)，北京:电子工业出版社，２004［3］。耿文学主编,可编程控制器应用技术手册，北京:科学技术文献出版社，1996［4］.廖常初主编，PLC编程及应用，北京：机械工业出版社,2003［5].谭浩强主编，ＰLＣ程序设计教程，北京:清华大学出版社，2000[6]。刘洪涛、黄海编著，ＰＬＣ应用开发从基础到实践,北京：电子工业出版社，2007附录（程序源代码）全自动洗衣机控制系统的西门子S7-200系列PＬCCＰU22４的梯形图程序如下所示:１。洗衣主程序:2.洗涤子过程程序：3.漂洗子过程程序:4。标准洗衣子程序：5．柔和洗衣子程序:基于PLC的自动门控制系统设计摘要随着科学技术的不断发展，自动门系统已开始应用于大型公司、科研所、政府机关等保密性较强的单位.为增强自动门运行的可靠性,本设计提出了一种FX2.３2MR可编程控制器(PＬC）与变频器控制的自动门控制系统，设计中采用两个感应探测器(门内和门外）、一些开关及传感器作为此系统的输入设备，变频器用来调节门体速度,并分析了该控制系统的工作原理及系统的硬件组成,分析了人体感应探测、自动门运行位置检测、门运行障碍检测等控制电路的工作过程，对PLC的选型、变频器的选型、I/O点的确定及自动门的动作过程等方面进行了详细阐述。结合PLC的运行特点，对控制系统的工作流程作了合理的优化.在此基础上，给出了控制系统软件设计的程序流程图、顺序功能图、外部端子接线图及ＰLＣ控制梯形图等。本设计介绍应用可编程控制器取代传统的继电器、接触器控制系统，实现自动门控制的过程。关键词:自动门,可控制编程器,梯形图，变频控制DesignoｆAutoｍaticDooｒCｏntｒｏlSystｅmBaｓeｄoｎPLＣABSTRＡCTＷiththｅｃoｎｔinｕousdｅｖeloｐｍentoｆsｃienceanｄteｃhnoloｇy,auｔomａtｉｃdｏorｓｙｓteｍhaｓbeenａppliedｔolargｅｃoｍｐanies,rｅsearｃhｉnstiｔuｔeｓ，gｏveｒnｍｅnｔagencｉesａndｏｔherunｉtsarｅhiｇhｌycｏnｆｉdeｎtial.Tｏenhancｅtｈerelｉabｉlityofautｏｍatｉcｄoｏroperaｔiｏn，thisdｅｓignprｅseｎｔｓａＦX2—3２MRpｒｏgrammaｂlelｏgｉccontroｌler(ＰLC)anｄthｅinverterｃontrolauｔomａtｉｃｄoorcｏnｔroｌｓystem，ｔhedｅsiｇnuseｓｔwoｓｅnsｏrprobeｓ(doorandｄｏoroｕtsｉde），soｍeｓwiｔｃhesanｄsensｏｒsastｈesystｅmiｎpｕtdevice，thedｒiｖeｄoｏrisｕsedtoaｄｊｕsttｈeｓpｅed，andａnalｙｚesthewoｒkinｇprincipleoftheｃontrolｓystｅmhａrdwａrecompoｎentｓａndsyｓteｍs,anaｌｙsiｓoftｈｅhumanboｄydｅｔecｔionsensｏrs,aｕｔomaticｄooroｐeratｉoｎpｏｓｉtiondｅtection，thｅｄoorobｓｔacｌedeteｃtｉonandotheｒcｏｎtrｏｌcｉｒｃuittorｕntｈewoｒkingprocess，theseleｃtiｏnofthePLＣ,invｅrterｓeｌectioｎ,I/Opoｉntsｏftheaｃtｉoｎｔｏidentifｙandａutｏmａｔiｃｄｏorsandotheraspectｓｏftｈeprocessｉndetail.WitｈPLC'sopｅrａtiｎｇcｈaｒacｔeｒistｉｃｓofthecoｎtｒolｓｙstｅmwerｅrｅaｓoｎａｂlｅwｏrkfloｗoptimizaｔiｏｎ．Onｔhisｂasiｓ，givenｔheｐrｏｃesscｏｎｔｒolｓysｔｅmsｏftwaｒeｄesignｆlｏw,ｓeqｕeｎｔiaｌfunctioｎcｈaｒt,theexｔernalconｔroltｅrmｉｎalwｉrｉngdｉagramandＰLClaｄｄerandsoon。Describestheappliｃationoftｈeｐroｇraｍｍableｃontroｌlerdesｉgnedtoreplacetradｉtionalrelａy,cｏntａctorｃonｔrolsyｓtemｓ,autｏmaticdooｒcoｎtrolproｃｅsｓ.KEYWORDS：AutomａtｉcDoorｓ，ＣｏntrｏlＰroｇraｍmiｎg,Laｄder,Ｄrｉve目录TOC\o＂1—3”＼h＼z\uＨYＰＥＲＬＩNK\l＂＿Tｏc295226327”前言PＡGERＥＦ_Toc29５2263２７＼h１ＨＹPERLＩNＫ\l＂_Ｔoｃ２９5226328"第1章概述ＰAGEREF_Toc29522632８\h3ＨYＰEＲＬINK\l＂_Ｔoｃ2952２６32９＂1。1研究背景和研究意义ＰAGERＥＦ＿Tｏｃ295２２6329\h3HＹPＥRLINK\l＂_Ｔoc295226330＂１．2国内外自动门的发展状况PAGERＥF_Toｃ295２２6330\h41。3自动门技术发展方向９5226331＼h5HYPERLＩＮK\l”_Toc29５226332”第２章自动门控制系统总体方案设计PＡGERＥF_Tｏc295226３32\h７HYPERＬIＮＫ\l＂_Toｃ2952２６３３3”2。1自动门的功能需求分析ＰＡGEREF_Toc295226３３３\h72。2自动门的部件组成PAGＥREＦ_Tｏc2９522６３34\h8HYPEＲＬＩNK\l＂_Toｃ295２26３35＂2．3系统设计的基本步骤PAＧERＥF_Toc295２26335＼h82。４自动门技术参数的确定ＰAGEREＦ_Ｔoc２９5２2６３36＼h9ＨＹPERLIＮＫ\l”＿Ｔoｃ２９5226３37"2。5自动门的控制要求PAＧＥREＦ＿Toc２9522６３3７\ｈ10HYＰＥRＬＩＮＫ\l”_Tｏc29５2２６338"第3章自动门硬件系统的设计ＰAGＥRＥF_Ｔｏc295226３３8\h113。1控制系统结构设计ＰAGＥRＥF＿Ｔoｃ295226339\h1１HYPERLINK\l＂＿Ｔoc2952２6340”３。2驱动装置的选择PAGERＥF_Toc295226340＼h１13。3变频器的选择PAGＥREF_Toc２9522６34１\h12３.3.1变频器原理ＰAＧERＥＦ_Toｃ2９５226342＼h１2HYPEＲLINK\l”_Ｔｏc29５２26343"３。3。2变频器的选型PAGERＥＦ_Toc295226３4３\h１3HYPERLINＫ\l”_Toc295226344”3。４探测器的选择PAGERＥF_Toc295２26344\h1３HYPＥRLINK\l"_Ｔoｃ2９52２6345"3.５自动门运行位置检测PＡGEREＦ＿Tｏc295２2６345\h1４HYＰERLINＫ\l"_Tｏc２９52263４6"3.６门运行障碍检测、报警PAGERＥF＿Tｏc２95226３46\h15HYＰERLINK\l”_Ｔｏc29522634７＂3.7可编程控制器（ＰLC)的选型PAGERＥF_Toｃ２９５2２634７＼h1５HYPERＬINK\l"_Ｔoｃ２952２６34８”3．7．1PLC概述PＡGEREF＿Ｔoc2952２6３4８\h１5HＹPＥＲLINＫ\l＂＿Ｔoc２95226349＂3．７．2可编程控制器(PLC）的选型ＰＡＧＥREF_Toc2９5226349\ｈ１6HYＰERLＩＮK\l”_Ｔoc29５２２６350”３.8可编程控制器（PＬC)的Ｉ/O分配PＡGEREＦ_Ｔｏc29５２26３５0\ｈ１9第4章自动门软件系统的设计ＰAGERＥF＿Toc2９5２２６351\h214．1PLC梯形图概述ＰAGＥＲEＦ＿Ｔoc2952263５２\h２14．2程序流程图５3\h２2HＹPERLINK\l"＿Toc295226３５４”结论PＡＧEＲＥF_Tｏc2９5２2６３54\h25HＹPERLINK\l＂_Toc29５22６35５"谢辞PAGEREF_Toｃ２９522６3５5\h26HYＰＥＲLINK\l”＿Tｏｃ2９52２6３56"参考文献PＡGERＥF_Toｃ２95226356\h27前言在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼里自动门已经是随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应探测器来感应人的出入,当人走近自动门时,感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处,更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。自动门在国外早已得到普遍应用,在我国也以其优异的性能逐步得到大家的认同,中国已经迎来了自动门发展的黄金时期.自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（以下简称PＬC），PLＣ是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置.它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程,PLC具有可靠性高，抗干扰能力强,功能完善,适用性强,系统的设计、建造工作量小,维护方便，容易改造，体积小,重量轻,能耗低等优点。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展,因此运用PＬＣ控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等特点，因此，进行自动门的ＰLC控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大ＰLC在自动门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。本设计主要介绍运用ＰＬC为控制器的自动门的开发和研究,所有产品的开发都要讲究实用,本设计开发的产品对许多的场合都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发商还有使用者来说,都是最好的.他们需要的是一个廉价的又是一个实用的产品。此系统的设计正好具备了这样的一个要求，能够在大多数的地方应用.因此本设计就是解决了这样一个问题,还可以保证自动门的稳定性,且本设计意味着产品成本下降,效益提高。因此是一个比较实用且经济的产品。第１章概述1.1研究背景和研究意义21世纪的今天，门更加突出了安全理念,强调了有效性：有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。自动门大规模专业化生产始于150年前，在不断发展和完善的过程中,涌现出大批独具规模的专业制造商。门的高级形式－—自动门起源在欧美，迅速发展至今天,已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。大中型公共场所，为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿彩。自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸，是人们根据需要对门的功能的提升和完善。所以对自动门的认识应该从人对门功能的要求开始。作为建筑物一部分的门，从最基本的意义上讲，要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求.因此门体本身应牢固、密封。由于中国没有相关的自动门国家标准，导致自动门档次、质量良莠不齐.如果你没有使用过自动门,最好选择一个由专业厂生产、能提供较完善售后服务的自动门品牌（目前有很多自动门品牌是由一些贸易公司购买散件加上自己拼装而成,应尽量避免购买此类产品)。不要认为样本上全部是外国语，资料也是外国语的商品就是进口的商品，其实这样是违反国家规定的。真正的知名品牌，合法的商品不会这样做。在购买自动门时最好在授权的指定经销商处或认定销售店的商店购买（有悬挂的授权书），而且在购买时要清楚所购买设备的基本配置，防止买家克扣部件。自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等,其中平开门用的场合较少,旋转门由于昂贵而且非常宠大，一般只用于有需要的高档宾馆,自动平移门使用得最广泛，大家一般所说的自动门、感应门就是指自动平移门。自动门的普及和应用，改变了人们的防护意识,提升了人们的安全观念.自动门除可美化出入口环境外,由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，既方便又提高了建筑的档次,于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。同时也几乎成为了银行,写字楼,酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加感应探测器，当人走近自动门时,感应探测器感应到人的存在，给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后,再将门关闭。自动门的控制方法有很多，从控制器的不同来分,有传统的继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装；智能控制器控制，即通过运用现代自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产厂商所运用。由于继电器逻辑控制的自动门系统因存在许多缺陷而逐步被智能控制器控制的自动门所淘汰.在智能控制器的选择上，自动门的主控器有微电脑控制器控制和可编程控制器（PＬC)控制，微电脑控制主要有体积小、安装方便等特点，目前有许多厂家采用此种方式生产自动门，PLＣ控制的特点是稳定性高维护方便,目前许多大型的商场的自动门都是由这种方式来控制。1．２国内外自动门的发展状况在国外，进入９0年代以来，自动化技术发展很快,技术已经很成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。在现在人们生活中自动门可以节约空间能源、降低噪音、防尘、防风,同时可以使出入口显得很庄重高档，因此应用非常广泛。随着我国经济的飞速发展，自动门在人们的生活中的运用越来越广泛,自动门适合于宾馆、酒店、银行、写字楼、医院、商店等公共场所。但在国内，自动门的自主研发尚处于初级阶段。在自动门控制系统设计中,稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。我国的自动门状况有如下几点:（1）厂家多,规模小5～6年来几年来，自动门在国内得到了快速的发展。据不完全统计,目前国内大大小小生产自动门的厂家已有５０多家，但普遍生产规模小，自主研发能力差。从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力.(2）专业化分工趋势显现早期的生产厂家,一般是自主研发和生产,顶多委托代加工部分零部件.近两年来,出现了专门生产主要部件的厂家，如电机、主控板、遥控器传动件、塑料件等出现了专业生产厂家，这一趋势使生产的门槛降低，进入的厂家进一步增多，导致竞争更加激烈。（3）高、低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势，占据了高端市场，目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能,但生产工艺略嫌粗糙,质量水平参差不齐，整体档次较低,主要集中在低端市场.（4）产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重，加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品，所以价格因素占的比重较大,加剧了市场竞争。其结果是众多厂家一味地比拼价格，导致利润微薄.同时，由于价格过低，也使产品的持续改进和发展受到限制.１。3自动门技术发展方向由于目前没有相关的技术标准，各厂家的产品都按照自己的企业标准进行生产,对各项技术指标的要求和测量方法都不尽相同,如提升力等参数，差别较大，在市场上造成了较大的混乱，给用户选择带来不便,也不利于行业的发展。因此,有必要制定自动门的技术标准,明确规定的主要技术指标以及测试方法等，引导市场有序竞争，促进行业发展.在建筑金属结构协会和门业标委会的大力推动下，《自动门》标准编制工作已经展开,目前有许继施普雷特机电设备有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈阳未来科技发展有限公司、福建漳州市麒麟电子有限公司和上海昌顺电子信息技术有限公司等5家单位参与了此标准的编制工作。２005年4月2日,在北京召开了编制组成立会和首次工作会议。经过编制组两个多月的工作，现该标准的初稿已经形成,拟于近期召开编制组第二次工作会议，对初稿进行讨论和修改。经过多年发展,自动门行业呈现以下发展趋势：（1)智能化,多功能:今后的还将进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化，以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。还将增加一些新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。(2）免维护：采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。（３）多样化:将会有各种各样不同外观和功能的产品，满足用户的不同需要。（4）高安全性:随着用户安全意识的提高,安全性将是用户非常注重的一项指标,也将是一项基本要求。第2章自动门控制系统总体方案设计2.1自动门的功能需求分析本设计是面向公共场所入口的应用设计,需要有安全和可靠性，在设计的时候改良了自动门的友好性,结构如图2－１所示:图２—1自动门结构示意图根据入口处对自动门的具体要求,本设计所设计的自动门应具有以下功能：(１）开门和关门控制应具有手动和自动方式为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。手动和自动转换开关来控制，当转换开关拨向手动位置时,门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时,手动开门失效，由感应探测器检测有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭，PLC动作输出信号给变频器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。（2)防夹人功能为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装主动式红外线防夹感应器，一防止停留在门附近的人被门所夹住。(3）蜂鸣器提示功能当自动门出现夹人意外状况时，PLＣ输出信号给蜂鸣器,蜂鸣器响以提示管理人员的注意。自动门控制系统包含PLＣ控制和动作执行元件构成。采用自动和手动点动控制方式,此种控制模式为目前大多数自动门的控制方式。本设计所设计的自动门控制系统采用PＬＣ为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。2．2自动门的部件组成(1）主控器是自动感应门的指挥中心，它通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令,指挥马达或电锁类系统工作;同时工作人员可通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。(２)感应探测器负责采集外部信号，当有移动物体进入它的工作范围时,它就给主控器一个脉冲信号。(3）动力马达可提供开关门的主动力。（4）自动感应门扇行进轨道用于约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。（5）门扇吊具走轮系统用于吊挂活动门扇,同时在动力牵引下带动门扇运行。（6）同步皮带（有的厂家使用三角皮带）用于传输马达动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。(7）下部导向系统是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后摆动。２．3系统设计的基本步骤在自动门控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点:（1)深入了解和分析自动门的工艺条件和控制要求。（2)确定I/O设备。根据自动门控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。（3）根据I/Ｏ点数选择合适的PLＣ类型。(４）分配I/O点数,分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。(5）设计自动门系统的梯形图程序,根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个自动门系统设计的核心工作。2．4自动门技术参数的确定自动平移门安装和调试的关键是提高精度，即导轨的平直度和水平度，门体地两个吊挂点所形成的直线与导轨的平行度和垂直度，最大限度地减少门体的静态侧摆。在自动门投入使用后，尤其是初期，应经常调节门体，修正运行产生的误差。要严格限制门体重量，不能超过自动门的额定负重。通常在三个月最多一年内要对自动门进行全面的清理和调整。公共场所的自动平移门因为使用频率非常频繁，而任何自动门的使用频率和使用寿命都有限。例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达到成千上万人次，或者在特定时间段里集中通过大量人员，在这种情况下,要使用自动门就必须进行综合考虑。例如增加门的数量,加大门扇宽度,增加关门延迟时间等.具体参数如表２-１所示.表２—1自动门具体参数单扇开启宽度(ｍm）1250(最宽)单扇门的最大承重(kg）1×１2０kg高度（ｍｍ)2500mｍ最快开/关门速度（cｍ/s）60cｍ/s减速开/关门速度(cｍ/ｓ)２0cｍ/s开启保持时间（s）15s(程序中可调）可编程控制器电源22０VAC，５0-60Hz驱动器电源380ＶAC，50Hz驱动器输出额定功率120W2.５自动门的控制要求（１）当有人由内到外或由外到内通过感应探测器检测开关SBl或SB２时，开门执行机构KＭｌ、ＫＭ２动作,电动机正转，当门到达开门减速开关ＳＢ3位置时，电机开始减速,门到达开门限位开关SB4位置时，电机停止运行.（2）自动门在开门位置停留8秒后,自动进入关门过程，关门执行机构KＭ3、ＫM4被起动,电动机反转,当门移动到关门减速开关SＢ5位置时，电机开始减速,门移动到关门限位开关SB6位置时，电机停止运行。（３）在关门过程中,当有人员由外到内或由内到外通过感应探测器检测开关SＢl或SB2时，门立即停止且停止０．5秒后,自动进入开门程序。（４)在门打开后的８秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过感应探测器检测开关SBl或ＳB2时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程,以保证人员安全通过。(５)当有人站在门口不进入时，感应探测器检测开关SBl或ＳB２就会一直检测到信号，定时器处于循环定时状态。自动门控制装置由门外感应探测器检测开关SＢl、门内感应探测器检测开关SB2、开门减速开关SＢ３、开门到限位开关ＳＢ４、关门减速开关SB5、关门到限位开关SB6、开门执行机构KＭl/KM2（使直流电动机正转）、关门执行机构ＫＭ3/KM4（使直流电动机反转)等部件组成。考虑到自动控制门在出现故障时的维修方便，所以增加了手动开门K1、手动关门K2。第３章自动门硬件系统的设计3.1控制系统结构设计本设计运用ＰLC控制变频器来调节交流电机运转来实现自动门运转的控制方式。采用变频器电路，结构简单,控制方便，可靠性高，交流电机具有效率高、维护成本低的特点.交流电机驱动系统与直流电机驱动系统相比具有效率高、结构简单、维护方便、易于冷却和寿命长等优点,并且系统调速范围宽,而且能实现低速恒转矩、高速横功率运转等特性。随着变频技术的发展，交流电机控制的成本得以降低，为交流驱动系统在自动门中的大量运用提供了条件。控制系统结构图如图3－1所示：图3-1控制系统结构图3.2驱动装置的选择自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障，本设计中是运用变频器来自动调节电机的速度,以达到驱动自动门的目的。这种方法具有稳定性好,维修方便，连接简单，成本较低，是在目前的自动门行业的主流控制方式。根据本设计所设计的自动门的要求应选用绝缘电阻、绝缘介电强度、接地装置、过电压保护等符合国际安全标准规定的，具有噪声低、过载能力强的特点,在结合了安全、稳定的考虑，本设计的自动门控制系统的驱动装置选用步进电机.步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个同定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差（精度为１00％）的特点，广泛应用于各种开环控制。PLＣ对电机的控制有两种方式：一种是脉冲+方向控制；一种是正反向脉冲输出。这里采用第1种方法。ＰLC的高速脉冲输出（FrO）提供一个指定脉冲数目的方波输出(占空比为50%).在加速和减速时输出脉冲的频率（或周期)线性变化,而在恒定频率段部分保持不变。一旦产生完指定数目的脉冲，PTO输出变为低电平，直到装载一个新的指定值时才产生脉冲。ＰＴO输出占用一个PLC输出点，用于控制门体的位移和速度，由另一个输出点的信号控制门体运动的方向.这两个信号送给步进电机驱动器去驱动电机,以带动门体完成相应的运动。３。３变频器的选择3.3。1变频器原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交-直-交方式(VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为ＩGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器是输出频率可改变的交流电力拖动设备。变频器调速的主要工作原理是将供给电机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流,变成直流,再将直流电用正弦波脉宽调节技术逆变为频率可调、幅度也随之改变的三相交流电，以此为电源再供给电机使用。3。3.2变频器的选型根据自动门的需要，变频器选型时要确定以下几点：1.变频器与负载的匹配问题（1)电压匹配:变频器的额定电压与负载的额定电压相符。本设计所用的电机的额定电压为380V,故在选择变频器时要符合电机的额定电压。(２)电流匹配:变频器的额定电流与电机的额定电流相符,以最大电流确定变频器电流和过载能力。在本设计所使用的三相交流电机的最大启动电流为0。３7A，故所用的变频器的最大电流应大于电机的最大启动电流。（3)转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生，本设计所使用的最初启动转矩为１．４N／m，所以，在选型中要考虑.２.在使用变频器驱动高速电机时,由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型,其容量要稍大于普通电机的选型.综合以上因素，本设计变频器采用日本三菱公司生产的FR—５40变频器作为控制电机转速的控制器.三菱FR—5４０变频器具有以下优点:(1)接线简单,可运用PLＣ的继电器输出接到变频器的控制输入端来控制变频的正反转和频率。（2)安装灵活,可以根据实际需要，把控制装置安装到任何位置,进行远距离操作。（3)频率设置简单,并且具有三速设定功能，可以满足本设计自动门系统的控制要求，且操作方便，只需轻轻转动外接电位器的旋钮，就可以进行频率设置。３。4探测器的选择目前自动门行业的运用的感应开关主要有触摸感应开关,微波感应开关，红外感应器，接近感应开关等,根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动门控制系统中，是自动门系统的关键部位，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定,如在高档酒店、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器;在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。根据本设计的需要选用人体感应探测器。人体都有恒定的体温，一般在37°，发出波长为１0微米左右的红外线。热释电元件探头是以探测人体辐射为目标的,对波长为１0微米左右的红外辐射非常敏感，在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生信号.被动式红外探头，其传感器包含两个反向相串联的热释电元件，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的用,使其产生热释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。一旦人进入探测区域内,人体红外辐射被热释电元件接收，由于两片热释电元件接收到的热量不同,热释电也不同，不能抵消，因而产生相应的信号.人体感应探测电路由被动红外探头、放大电路及电子开关电路组成,安装在自动门两侧。当有人靠近自动门时，身体辐射出的红外线被热释电红外传感器接收下来并将其转换成信号，经检测放大电路放大处理后输出给电子开关电路。电子开关信号输入到PLC输入继电器中,ＰLC根据收到的信号，驱动步进电机将门打开。人体感应探测器需要２个，分别用来感应门内外的来人情况,占用PLＣ两个输入点。3.５自动门运行位置检测本系统的关键是控制门的运行,为了达到更好的控制效果，ＰＬC必须时刻知道门所处的位置从而做出相应的处理，所以在关键的位置上安装位置传感器，并把传感器信号传给PLＣ。为此设置了两个行程开关，一个用于检测门完全打开时的位置，叫开门极限开关，一个用于检测门完全关闭时的位置，叫关门极限开关。当门在运行过程中,接近最大位置时，限位开关的信号传给PLC，电机停止运转。门离限位开关较近时，电机低速运行，通过程序来控制。２个行程开关，占用PLC3个输入点。3。6门运行障碍检测、报警在门运行过程中，有时会遇到障碍物阻止它的运行。这时需要具体分析，如果是在开门过程中出现这种情况，有可能是途中障碍的阻止,或者是开门限位开关坏了,停止运行并报警;如是关门时出现这种情况,有可能挤到人或物了,应向相反方向运行，给出报警信号。设置一个传感器检测在关门过程中有无人或物体在门的中间.主动式红外线防夹感应器由发射特定频率的红外线发射器与接收器组成,其红外线频率与自然界及人体的红外线不同。在关门过程中当人或物阻挡时，接收器收不到光信号产生一个负脉冲，该脉冲作为ＰLＣ的一个中断信号，PＬC控制门体向相反方向运动。这是一个非常重要的保护功能,在防止碰人或物的同时,保护自动门电机不会因过载而烧坏。在自动门运行中，由于电机的频繁转动，可能会使电机过热造成电机机芯的损坏,因此，在电机上安置一个温度传感器来监测电机的温度,当电机的温度高于预定值时，传感器把信号传给PLＣ,PLC分析输出信号，指示灯亮，提醒监管人员的注意，以保证电机的良好运转。3。7可编程控制器（ＰLC)的选型3.7。1PＬC概述可编程控制器,英语称ProgrammableController，简称ＰLＣ，本设计中用PLC作为它的简称。PＬC是用于工业现场的电控制器.它源于继电器控制技术，但基于电子计算机.它通过运行存储在其内存中的程序,把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输入信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC基于电子计算机,但并不等于普通计算机.普通计算机进行出入信息变换时,大多只考虑信息本身，信息出入的物理过程一般不考虑的.而ＰLＣ则要考虑信息出入的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题，出入信息变换及可靠的物理实现,可以说是PＬC实现控制的两个基本要点。PＬC可以通过它的外设或者通信接口与外界交换信息。其功能要比继电装置多的多、强的多。PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I／O接口、通信接口,有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：(1)逻辑处理功能；（2）数据运算功能;(3)准确定时功能;（4)高速计数功能；（５）中断处理(可以实现各种内外中断)功能；（６)程序与数据存储功能;（７）联网通信功能；（8）自检测、自诊断功能.可以说,凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎也可以做到。像PLC这样，集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的,更是传统的继电控制电路所无法比拟的。丰富的功能为ＰLC的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。3。7.2可编程控制器（PLC)的选型在PＬＣ系统设计时，首先应确定控制方案,下一步工作就是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需的操作和动作，然后根据控制要求,估算输入输出点数、所需存储器容量、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。１。输入输出（I/Ｏ）点数的估算I/O点数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％～２0％可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法，故本设计的I/O点数为输入12点,输出１1点。２。存储容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段,由于用户应用程序还未编制，因此,程序容量在设计阶段是未知的，需要在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算,通常采用存储器容量的估算来代替.存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量Ｉ/Ｏ点数的10～１５倍，加上模拟I／O点数的100倍，以此数为内存的的总字数（1６位为一个字)；另外再按此数的25％考虑余量。因此本设计的ＰＬＣ内存容量选择应能存储2０00梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间.3．控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本设计所设计的自动门控制的需要,主要介绍以下几种功能的选择。（1）控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能,提高PLC的处理速度和节省存储器容量。(2)编程功能离线编程方式:PＬC和编程器公用一个CPＵ，编程器在编程模式时,CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制.完成编程后，编程器切换到运行模式，CＰU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本,但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便,在大中型PLC中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能(SFC)、梯形图(ＬD）、功能模块图(FＢD）三种图形化语言和语句表(IL)、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（ＩEC6113１２３),同时，还应支持多种语言编程形式如C，Ｂaｓic等，以满足特殊控制场合的控制要求。（３）诊断功能PLＣ的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的ＣPＵ与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱,直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间.4.机型的选择（1)ＰLC的类型PLC按结构分为整体型和模块型两类,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PLＣ的Ｉ／O点数固定，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,因此用户可较合理地选择和配置控制系统的Ｉ/O点数，功能扩展方便灵活,一般用于大中型控制系统.(２)经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时,应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,最终选出较满意的产品.输入输出点数对价格有直接影响。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此,点数的增加对CPＵ选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本设计所设计的自动门属于小型控制系统,结合经济性的考虑，因此选择整体型PLC.综合以上因素，本设计采用日本三菱公司生产的FX2-3２ＭR小型PLＣ来实现整个自动系统的控制。3。8可编程控制器（PLＣ）的I/Ｏ分配I/O分配表是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。根据自动门的控制系统的要求，确定了PLＣ的Ｉ／O分配表,如表3-１所示：表３－1I/O分配表类型设备PLC端子号输入端门外感应探测器SB1X000门内感应探测器ＳＢ2X０01开门减速开关ＳＢ3X002开门限位开关SＢ4Ｘ00３关门减速开关SB5X０04关门限位开关SB６Ｘ005防夹人ＳＢ7X0０6手动开门K1X０0７手动关门Ｋ2X008手动/自动开关K3X0０9电机过热Ｋ4Ｘ010急停开关Ｋ5X0１１输出端高速开门KＭ１Ｙ０00低速开门ＫＭ2Y０01高速关门KM3Ｙ002低速关门KＭ4Y００3报警器Y0０4门动作中指示灯Ｙ0０5门停止工作指示灯Y０06门达到上限指示灯Y00７电机过热指示灯Ｙ008手动开门Y0０9手动关门Y０10PLC外部端子I/Ｏ配置图是Ｉ/O分配表的直观表达,可以清楚的表示PLＣ的外部端子的接线情况，是非常必要的,如图3—2所示：图３—2PLC外部I/O配置图第４章自动门软件系统的设计4.1PLＣ梯形图概述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、梯形图、功能块图、指令表、结构文本。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.梯形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