基于PLC的自动窗帘系统设计

毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目:基于PLC的自动窗帘系统设计专业:班级:学号:______姓名:________指导教师:________2021年7月15日目录第一章 PLC的概述 摘要在这科技引领潮流，科技改变生活的时代，各种科技创新逐步走入我们的生活。人们也在注重生活的基本问题同时，对生活的品质与生活环境有了更高的要求。自动窗帘与自动在为我们提供更适宜居住的同时，也使得生活的方式更加优化，解放双手，让人们不需要在为开关窗帘分心，让人们节省出更多闲暇时间自动窗帘与窗帘控制系统的设计是为了解决传统窗帘窗户所带来的不便、费时费力的问题。此设计采用西门子s7-12001215C\DC\DC为主要控制模块，步进电动机为主要动力模块，由限位开关和按键电路等组成信号检测电路，各系统协作控制窗帘与窗户的打开和关闭。控制系统可以控制窗帘和窗户的不同模式以从而实现自动控制、手动控制等功能。该设计采用博图软件进行梯形图的绘制，并且做出组态王模拟演示关键词 ：PLC；自动控制；智能窗帘

绪论本设计综合了自动窗帘的简洁和简单的要求，并且具有手动和自动开关窗帘功能，要求有很高的稳定性来满足日常的需要，所以在本设计中选用的智能控制器为简单的西门子S7-1200系列1215CDC\DC\DC型号的PLC；使用正泰（CHNT）YBLX-ME/8104行程开关限制窗帘开启的最大值；使用雷赛86CM45-0-I14D步进电机作为驱动动力，驱动和控制简单，制动性能好，转矩大效率高。在硬件设计基础上再进行系统软件设计。本课题的具体需求在系统设计过程中考虑到了自动窗帘的经济实用、稳定的需要。由于自动窗帘在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到了广泛应用。自动窗帘在国外早就得到了普遍应用，在国内也逐渐得到了大家的认可，已经迎来了自动窗帘发展的黄金时期。早期自动窗帘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、不易维修等缺点已被逐渐淘汰。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。他采用可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、和算数运算等操作指令，并能通过数字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、轻化工等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用PLC控制自动窗帘具有较高的可靠性，维修方便等优点。PLC的概述1.1PLC的定义PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA(NationalElectricalManufactoryAssociation)经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC(ProgrammableController),并给PC作了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。PLC的功能它的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的，它也都可作到。它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。I/O继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。内存中一个位就可作为一个中间继电器，怎么不多！它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。PLC还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。可送入程序，送入数据，可读出程序，读出数据。而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。数据读出后，可转储，可打印。数据送入可键入，可以读卡入，等等。PLC还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。自身也可联网，以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。PLC还有强大的自检功能，可进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度，提供了方便。丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。以下是主要包括的功能：(1)逻辑控制(2)定时控制(3)计数控制(4)步进(顺序)控制(5)PID控制(6)数据控制,PLC具有数据处理能力(7)通信和联网等1.3PLC的基本组成1.3.1PLC的组成结构各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU,电源，储存器和I/O口等组成。如下图1-1所示图1-1PLC系统结构图图1-21200plc实物图1.3.2中央处理器CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。1.3.3储存器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。1.3.4I/0接口PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。（一）输入接口电路PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220V交流电源。（二）输入接口电路输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。1.3.5扩展通信接口PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。1.3.6电源PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。1.4PLC控制系统的设计方法与步骤(1)深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求（2）确定I/O设备根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备按钮、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器等。（3）选择合适的PLC类型根据以确定的用户I/O设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC类型，包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。（4）分配I/O点分配PLC的输入输出点，编制出输入/输出分配表。接着就可以进行PLC程序的设计，同时可进行控制台或操作台的设计和现场施工。（5）设计应用系统梯形图程序根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的时间经验。（6）将程序输入PLC当使用建议编程器将程序输入PLC时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将下载到PLC中去。（7）进行软件测试程序输入PLC后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将PLC连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。（8）应用系统整体调试在PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整体系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。（9）编制技术文件系统技术文件包括说明书、电气原理图、电气布置图、电气元件明细表、PLC梯形图。

窗帘的概述2.1窗帘的发展及历史窗帘的发展经历了很多变化，最明显的变化反映在窗帘的材质上。一开始，窗口在开始使用的时候只不过是在墙上和天花板上凿出或留出非常粗糙的孔洞或印第安人圆锥形帐篷天窗式的开口，其基本的用途还只是限于通风，这些孔洞和开口往往使用野兽之皮或草的编织物布加以遮盖。兽皮和草席是最早形态的窗帘，而由于草席的美观性，这种窗饰流传至今，在南方的夏天，还有家庭会挂上草席窗帘，取其凉快。汉朝蔡伦发明了纸后，人们开始用纸作为窗的遮盖物。中国古代的窗户上都是糊窗户纸，窗眼很小很密：一是为了防盗，二是窗眼太大了窗户纸容易被风刮破。这种糊纸的格子窗在北方民居中很常见，糊窗户的纸叫高粱纸，白色，有一定的厚度和韧性，除非故意破坏它，否则是不轻易破的。宋朝出现布艺之后，人们便把它用作窗饰，因为它的花纹丰富，又轻便，演绎出了万众风情的窗帘。布帘按材质分有棉纱布，涤纶布，涤棉混纺，棉麻混纺等，不同的材质、纹理、颜色、图案等综合起来就形成了不同风格的布帘，配合不同风格的室内设计。这也是为什么直至今天，人们依然很喜欢使用布作为窗帘。近代，由于科技的发展，帘布的材质有了飞跃的发展，出现了以铝合金、木片、无纺布为材质做成的窗帘，这些窗帘统称为简约窗帘，随着科技的进步及阻燃技术的发展，各种功能的窗帘不断涌现，概括起来大致有阻燃、节能、吸音、隔音、抗菌、防霉、防水、防油、防污、防尘、防静电、报警、照明等各种窗帘，及综合了以上功能的多功能窗帘。现代，由于消费者审美的转变及环保意识的逐渐加强，窗帘不仅体现一个房间的表情，也反映了主人的生活品味和情趣，一款落落大方、简约高雅的窗帘，可以为居室锦上添花。除了装饰功能外，窗帘的材质、功能、舒适度也与我们的健康、生活息息相关。因此，隔热保温窗帘、防紫外线窗帘与现代简约风格的窗帘也越来越多，纷纷受到广大消费者和白领们的追捧。今天，窗帘与我们的空间并存，格调千变、样式万化，功能用途也细化到任何用的着的地方。欧式、韩式、中式、日式、隔热保温窗帘、防紫外线窗帘、单向透视窗帘、卷帘、遮阳帘、隔音帘、天棚帘、天幕帘、百叶帘、罗马帘、木制帘、竹制帘、金属帘、风琴帘、水波帘、立式移帘、电动窗帘、手动窗帘。2.2使用场所（1） 家用（2） 卧室：宜用布艺帘，加遮光布与窗纱。款式以简洁为主，较小的窗户可选择成品帘。（3） 客厅：较大的客厅宜用落地布艺窗帘，可以配窗纱，不需遮光布，款式上可加配帷幔。较小的客厅可用不透光的卷帘、布百叶及日夜帘等。（4） 儿童房：宜用色彩鲜艳、图案活泼的面料做窗帘或布百叶，也可用印花卷帘。（5） 餐厅：餐厅不属私秘空间，如不受曝晒，一般有一层薄纱即可。窗纱、印花卷帘、（6） 阳台：封闭式阳台的最佳选择是阳光卷帘、遮光又透气，过滤紫外线，卷起时不占空间。阳台如和卧室相通，则安装一道布艺帘，以适合晚间睡眠使用。（7） 书房：书房可选择自然、独具书香味的木质百叶帘、隔音帘或素色卷帘。（8） 浴室和厨房：应选择防水、防油、易清洁的窗帘，一般选用铝百叶或印花卷帘。（9） 阳光帘均为上佳选择。宾馆和写字楼用写字楼是办公地方，为非隐秘场所，除了一般窗帘外，还可用斑马帘、垂直帘、阳光面料卷帘、卷帘等。宾馆、写字楼用窗帘不同于家用窗帘，宜用花型大方的装饰布，如直条文、净色布等，款式力求简洁，以满足大众审美要求。宾馆的大厅、酒巴、餐厅多选用扇百叶或窗帘配帷幔，而客房则选用温馨、素雅的装饰布，或选用AB布做窗帘、床罩、软包，让客人有宾至如归的感觉。2.3窗帘的种类窗帘已与我们的空间并存，格调千变，样式万化，功能用途也细化到任何用的着的地方。欧式、韩式、中式、遮阳帘、隔音帘、天棚帘、百叶帘、木制帘、竹制帘、金属帘、风琴帘、电动窗帘、手动窗帘……举不胜举，应有尽有，怪不得人们把窗当着眼睛，把帘当作眼皮，陪加爱护，时时钟情！窗帘种类繁多，但大体可归为成品帘和布艺帘两大类。成品帘根据其外型及功能不同可分为：卷帘、褶帘、垂直帘和百页帘。（1） 卷帘收放自如。它可分为：人造纤维卷帘、木炙卷帘、竹质卷帘。其中人造纤维卷帘以特殊工艺编织而成的，可以过漉强日光辐射，改造室内光线品质，有防静电防火等功效。（2） 折帘根据其功能不同可以分为：百叶帘、日夜帘、蜂房帘、百褶帘。其中蜂房帘有吸音效果，日夜帘可在透光与不透光之间任意之功效。（3） 垂直帘根据其面料不同，可分为铝质帘及人造纤维帘等。（4） 百页帘一般分为木百页、铝百页、竹百页等。百页帘的最大特点在于光线不同角度得到任意调节，使室内的自然光富有变化。布艺帘用装饰布经设计缝纫而做成的窗帘2.4自动窗帘的简介窗帘的性能广，具有保温、保冷、防虫、防风、防尘、隔音、防异味、采光、密封，有低噪音，速度快，开启频率高，安全性能好等多种功能。可广泛使用于电子、机械、化工、纺织、冷冻、印刷、食品、汽车装配、超市、物流仓储等多种行业的空调车间和洁净厂房。其中高速自动开启与关闭的快窗帘，在寻求严格的质量管理和高效率,节俭经费的工厂、仓库、店铺等处，出入口的有效开闭是决定商品的安全性与生产经营效率的最大关键。快速窗帘比一般窗帘速度高达20倍,实现每1小时100次的高速开闭与高度的耐久性。另外，通过开口高度调节机能的并用，缩短出入口的开放时间，提高室内的空调的效率．把室外的异物混入控制在最小限度，同时提高工作效率。为实现安全，清洁，节能的工作环境，为提高产品质量节减经费作出贡献.密封性能好，采用德国编码器调制限位，门底端装有加重隔气布，可与各种不平坦地面紧密结合，起到良好防尘降噪、防风保温作用。2.5国内自动窗帘的发展现状自动窗帘产品尽管已经进入市场成熟期，但从总的要求看，尚不够成熟和完善，在技术开发和产品定位上仍依靠市场的自然导向为主。国家建设部在2004后6月组建了自动窗帘标准化技术委员会，对全行业进行规范、指导和服务，但要把纯自然状态下的行业发展模式进行规范到位，必然会遇到一些亟待解决的问题：（1）知识产权保护力度太弱。一批假冒伪劣厂家刚被淘汰出局，随之又有一批卷土而来，大有“野火烧不尽”之势，而正规动作的品牌企业面对这种不正当的竞争却又不得不疲于应对，可谓深受其害。从总体上来讲，国人对知识产权的保护意识本身就不强，在实际动作中又缺少相应的技术和政策支持，导致大批正规企业辛辛苦苦投入大量资金、精心研发的新产品，刚一问世，仿冒伪劣产品就蜂拥而至充斥市场，以低廉的价格与之竞争,同时，鱼目混珠的劣质产品，也令消费者无法分辨，无所适从。这不仅使正规投入研发的企业蒙受损失，也直接坑害了消费者利益，扰乱了市场秩序。（2）缺少产品标准和技术规范。由于自动窗帘产品面市仅十几年的时间，技术工作的基础才刚刚建立，要制定产品标准和技术标准尚缺乏足够的技术准备和足够的调研及数据准备。可以说，建设部自动窗帘车库门标准化技术委员会的成立和运行，为制定这些标准和技术规范创造了有利条件，但要真正落到实处还需要行业内同仁们的积极参与支持和配合。（3）自动窗帘产品的长期发展目标定位不够清晰。现阶段各生产厂家大多都是各自为战，摸着石头过河，对于在什么时候要达到一个什么样的标准没有一个统一、明确的认定。这必然导致企业目光短浅和盲目开发，不仅是资源上的浪费，而且极易错失行业发展的最佳时机。（4）恶性竞争。竞争本来是市场经济的应有之义，但它又犹如一柄双刃剑，市场秩序和环境不规范时，若运用得不当，就会出现恶性竞争，导致厂家和消费者双方受害。特别是在市场资源有限的情况下，僧多粥少，一份订单有十几个厂家去竞争的案例屡见不鲜。为了各自的眼前利益最终就会演变为价格竞争，因为它迎合了现阶段经济尚不充裕的国人消费需求。而低价竞争又必然导致一些企业在降低制造成本上大做文章，随之而来的就是原材料以次充好，偷工减料，服务水平降低，产品品质和质量下降,最终受害的还是消费者。第三章步进电机概述3.1步进电机简介步进电动机（steppingmotor）把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。在自动控制装置中作为执行元件。每输入一个脉冲信号，步进电动机前进一步，故又称脉冲电动机。步进电动机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低，发热大，有时会“失步”。3-1步进电机实物图3.2步进电机分类步进电动机分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。（1）机电式步进电动机机电式步进电动机由铁心、线圈、齿轮机构等组成。螺线管线圈通电时将产生磁力，推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置；线圈再通电，转轴又转动一角度，依次进行步进运动。（2）磁电式步进电动机磁电式步进电动机其结构简单,可靠性高，价格低廉，应用广泛。主要有永磁式、磁阻式和混合式。1)永磁式步进电动机其转子有永磁体的磁极，在气隙中产生极性交替磁场，定子由四相绕组组成(见图)。当A相绕组通电时，转子将转向该相绕组所确定的磁场方向。当A相断电、B相绕组被通电励磁时，就产生一个新的磁场方向，这时，转子就转动一角度而位于新的磁场方向上，被励磁相的顺序决定了转子转动方向。若定子励磁的变化太快，转子将不能和定子磁场方向的变化保持一致，转子即失步。起动频率和运行频率较低，是永磁式步进电动机的一个缺点。但永磁式步进电动机消耗功率较小，效率较高。20世纪80年代初，出现了转子是盘式的永磁盘式步进电动机，使步距角及工作频率达到磁阻式步进电动机的水平。3-2永磁步进电机的原理2)磁阻式步进电动机其定、转子铁芯的内外表面上设有按一定规律分布的相近齿槽，利用定、转子铁芯齿槽相对位置变化引起磁路磁阻的变化，从而产生转矩。其转子铁芯由硅钢片或软磁材料做成，当定子某相被励磁时，转子将转到使磁路磁阻最小的位置。当另一相被励磁，转子转到另一位置，使磁路磁阻为最小时，电动机就停止转动。这时，转子转过一个步距角θb，即式中N为转子转过一个齿距的运行拍数；ZR为转子齿数。磁阻式步进电动机结构形式较多。定子铁芯有单段式、多段式；磁路有径向、轴向；绕组相数有三相、四相、五相。磁阻式步进电动机步距角可做到1°～15°,甚至更小，精度容易保证，起动与运行频率较高,但功耗较大,效率较低。3)混合式步进电动机它的定、转子铁芯结构与磁阻式步进电动机相似。转子有永磁体在气隙中产生单极性磁场，此磁场还被转子上软磁材料的齿槽调制。混合式步进电动机兼有永磁式步进电动机与磁阻式步进电动机两者的优点，电动机步距角小，精度高，工作频率高，且功耗小，效率高。（3）直线式步进电动机有反应式和索耶式两类。索耶式直线步进电动机由静止部分（称为反应板）和移动部分(称动子)组成。反应板由软磁材料制成，在它上面均匀地开有齿和槽。电机的动子由永久磁铁和两个带线圈的磁极A和B组成。动子是由气垫支承,以消除在移动时的机械摩擦,使电机运行平稳并提高定位精度。这种电机的最高移动速度可达1.5米/秒，加速度可达2g,定位精度可达20多微米。由两台索耶式直线步进电动机相互垂直组装就构成平面电动机。给x方向和y方向两台电机(图3)以不同组合的控制电流，就可以使电机在平面内做任意几何轨迹的运动。大型自动绘图机就是把计算机和平面电动机组合在一起的新型设备。平面电动机也可用于激光剪裁系统，其控制精度和分辨力可达几十微米。3.3步进电机原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。如今,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。鉴于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。两相步进电机原理图

3.4步进驱动器的介绍与步进电动机配套的是步进驱动器，步进电机驱动器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固定的角度(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，从而达到调速和定位的目的。广泛应用于雕刻机、水晶研磨机、中型数控机床、电脑绣花机、包装机械、喷泉、点胶机、切料送料系统等分辨率较高的大、中型数控设备上。

第四章自动窗帘的控制原理及方案4.1自动窗帘的基本控制原理自动窗帘的控制方法就是在窗帘轨的中间及两侧安装行程开关，行程开关触碰到窗帘时，将脉冲信号传给PLC，PLC收到信号后停止电机运转。如需开窗帘，则按下开打开按钮，关闭窗帘如需关窗帘，通知电机反向运动，关闭窗帘。控制系统原理图如下图4-1所示。窗帘的运转由步进电机带动一字滑台，滑台带动窗帘的开关，主要示意图如图4-2所示。图4-1控制系统原理图图4-2窗帘运转示意图4.2自动窗帘的主要部件组成（1）PLC制器：它是自动窗帘的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥电机或电锁类系统工作；（2）行程开关：行程开关又称位置开关(又称限位开关)的一种，是一种常用的小电流主令电器，检测门扇的移动位置，提供给主控制器脉冲信号控制动力电机指定位置停转；（3）步进电机：提供开窗帘与关窗帘移动的主动力；（4）窗帘行进轨道：约束窗帘的吊具走轮系统，使其在特定轨道行进；（5）窗帘吊具走轮系统：用于吊挂活动窗帘，同时在动力牵引下带动窗帘4.3自动窗帘控制方案设计4.3.1自动窗帘方案的分析与论证为实现自动窗帘的控制要求，本控制系统采用运用PLC作为主控制器来调节步进电机实现控制门扇开启和关闭，电机结构简单，成本低，控制方便。由于自动窗帘的窗帘是用窗帘布做成的，重量不够，而且还会左右晃动，所以门框内的两侧固定了两条轨道，防止门扇的晃动，还有就是用刚好长度的铁片捏在布的下方，增加窗帘下垂的重量。因为PLC的输出电压是24V，所以所选的电动机也应是24V的42直线丝杆步进电机作为主动力4.3.2控制方案确定（1）开门和关门控制应有手动和自动方式为了便于维护，自动窗帘应具有手动和自动方式。按下按钮时，PLC动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门。（2）紧急停止当自动窗帘出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动窗帘自动进入开窗帘过程。自动窗帘控制系统包含PLC控制和执行元件构成。采用自动和手动控制方式，此种控制模式为目前大多自动窗帘的控制方式。本课题所设计的自动窗帘控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制窗帘的开和关实现窗帘的自动化控制。

第五章自动窗帘系统的硬件设计5.1PLC的功能与选型PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。综合以上因素，自动窗帘控制系统的核心是PLC技术，因此自动窗帘控制系统PLC应用系统很重要。此项目中我们用到的PLC为西门子S7-1200系统的1215CDC/DC/DC接线如图5-1所示图5-1PLC接线图5.2步进驱动器及电机的功能与选型步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，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固定的角度，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。步进电机驱动器是一种能将其承受到的电脉冲信号转化成为角位移量的执行机构。当步进电机驱动器接纳到了一个电脉冲信号后，它就驱动其步进电机依照原先完成设定的方向转动一个固定的角度位移（我们称之为“步距角”），它的旋转是按一个固定的角度一步一步来运转的。我们能够经过控制其发送的脉冲的个数来控制其角度的位移量，从而到达精准定位的目的;同时我们也能够经过控制其脉冲信号的频率来控制其步进电机转动的速度和加速度，从而到达其调速跟定位的目的。普遍应用在于各种的雕琢机、水晶研磨机、中型数控机床、脑电绣花机、包装机械、喷泉、点胶机、切料送料系统等等等一些分辨率请求较高的大型、中型数控设备上。本次项目采用的步进驱动器的型号为雷赛智能M860D直流两相步进电机驱动器步进电机又称为脉冲电机，基于最基本的电磁铁原理，它是一种可以自由回转的电磁铁，其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。其原始模型是起源于1830年至1860年间。1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氢弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电机。二十世纪初，在电话自动交换机中广泛使用了步进电机。由于西方资本主义列强争夺殖民地，步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到了八十年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电机的控制方式更加灵活多样。步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是，它接收数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。而且它可开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低，几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。本次项目采用的步进电机是雷赛86CM45-0-I14D步进电机。5.3限位开关的功能与选型限位开关，位置开关（又称行程开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。本次所用的限位开关的型号为正泰（CHNT）YBLX-ME/8104行程开关自动复位微型限位开关5.4自动窗帘控制系统变量表本项目的PLC变量分配表如图5-25-2PLC变量表5.5PLC与步进电机驱动器接线图PLC与步进电机驱动器接线图如图5-3。PLC与步进电机驱动器主电源连接接线图如图5-4.图5-3PLC连接步进驱动器接线图图-4PLC与步进驱动器主电源连接接线图

第六章自动窗帘控制系统的软件设计6.1控制系统的程序流程图根据本课题的控制要求，所设计的程序按照以下的流程进行，以达到本系统的最佳设计要求和完成系统的最佳设计。系统流程如图6-1所示。图6-1系统流程图6.2PLC的程序编写设计梯形图的基本方法和步骤：（1）首先根据工艺过程控制要求，画出控制流程图，力求表达清晰、准确。必要时可以把控制系统分解成几个相对独立的部分，尽量简化，利于编程（2）将所有的输入信号（按键，行程限位开关等）和输出控制对象（接触器、电动机等）分别列出，按被采用的PLC型号内部逻辑元件编号范围，对I/O端子做出相应的分配和安排。（3）根据控制流程图，有规律的分配和利用PLC内部有关的逻辑元件构成相应的基本回路。（4）以梯形图的形式来描述控制要求，绘制梯形图要遵循编程原则。（5）编写程序清单时，必须按梯形图的逻辑行和逻辑单元的编排顺序（由上而下，从左到右）依次进行。根据以上规则和PLC的编程方法和思路编写了本设计的自动窗帘控制系统的梯形图程序，具体程序见附录1-附录6。6.3触摸屏仿真设计触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸检测部件安装在显示起屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送到触摸屏