基于PLC的车库自动门控制系统电气设计

学院毕业设计(论文)PAGEIVPAGE毕业设计(论文):基于PLC的车库自动门控制系统电气设计摘要本文是基于S7-200自动门控制系统的设计，自动门系统主要由可编程控制器（PLC）、感应器件、驱动装置和传动装置组成。主要工作原理是感应器件将检测到的人体或物体信号传送到PLC，PLC再综合收到的自动门状态信号作出判断，然后经A/D转换发出控制信号，使驱动装置运行，在通过传动装置带车库门的升降。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中最常见的方式之一。自动门就是PLC自动控制应用的一典型例子，由于可编程控制器具有很好的处理自动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，自动门的生产商家很多都运用PLC来做门的控制器。目前自动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。主要阐述了车库自动门的设计思想与程序编制,应用PLC作为现场控制器，对现场设备进行信号采集与控制。控制的说明、系统流程图、外部接线图、梯形图必要的文字说明介绍了以PLC为应用的车库自动门的系统软件设计。关键词：可编程控制器S7-200；置位复位指令；顺序控制指令；PLC控制AbstractThispaperisthedesignoftheautomaticdoorcontrolsystembasedonS7-200,theautomaticdoorsystemismainlycomposedofaprogrammablelogiccontroller(PLC),aninductiondevice,drivingdeviceandadrivingdevice.ThemainworkingprincipleisthatabodyoranobjectsignalinductiondevicewillbedetectedtojudgethestateofPLC,automaticdoorthenreceivedPLCsignal,andthensendsthecontrolsignal,thedrivingdeviceisdrivenbyadrivingdeviceinoperation,thedoor.Withthedevelopmentofelectronictechnology,updatethePLCconstant,PLCcontrolhasbecomeoneofthemostcommonmodeofautomaticcontrol.Istheapplicationofautomaticcontrolautomaticdoorwithatypicalexample,theprogrammablecontrollerhasgoodprocessingautomaticdoorswitchcontrolandgoodstability,andcanbeveryeasytochangethecontrolmode,therefore,thecontrollerofautomaticdoorproductionbusinessesareusingPLCtodothedoor.Theautomaticdoorsindailylifemoreandmorewidelyused.PLCcontrol,stability,reliability,convenientrepairhastheadvantagesofhigh.Mainlyonthedesignandprogrammingoftheautomaticgaragedoors,usingPLCasthefieldcontroller,signalacquisitionandcontroloffielddevice.Thetextdescriptionofthecontrol,theflowchartofthesystem,theexternalwiringdiagram,ladderdiagramillustratesintroducedthedesignofsystemsoftwareisbasedonPLCautomaticgaragedoorapplications.Keywords:programmablecontrollerS7-200;resetcommandsequencecontrol;PLCcontrol;目录第1章绪论……………6第2章国内外自动门的发展………72.1国内外自动门的发展现状……………72.2本课题研究的内容………82.3本课题研究的目的和意义……………8第3章自动门控制系统总体方案设计……………93.1自动门的功能需求分析…………………93.2自动门的控制要求………103.3自动门控制系统构成……10第4章自动门控制系统的硬件设计………………114.1PLC的选型………………134.2直流电动机的选型……144.2.1直流电动机的调速…………………144.2.2直流电动机的优势…………………144.3自动门控制系统的原理图……………154.5.1主电路原理图………154.5.2PLC外围接线图…………………16第5章自动门控制系统的软件设计………………175.1车库系统控制平面图和控制要求……………185.2自动门控制系统I/O地址分配表………195.3梯形图程序……………205.3.1梯形图的概述……………215.3.2梯形图的语句指令………235.3.3梯形图的设计……………24参考文献…………………25致谢………………………26学院毕业设计(论文)绪论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，自动门已经随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走进自动门的感应范围之内时感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器发送信号驱动传动装置将门打开。当物体通过之后门自动关上。由于自动门在通电后可以实现自动管理，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的应用，在我国也以优异的性能逐步得到大家的认同，中国已迎来了自动门发展的黄金时期。自动门性能优劣主要取决于它的控制和感应装置，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PLC，它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。目前他在机械制造、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控制自动门具有较高的可靠性、维修方便等优点。由此看来，进行自动门的PLC控制系统设计的研究，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。本课题主要介绍运用PLC为控制器的自动门控制系统的设计，所有产品的开发都要讲究实用本课题开发的产品对许多场合都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发还是使用者来说都是最好的。此系统的设计既满足了自动门的基本要求，还可以保证自动门的稳定性。研究本课题意味着产品成本的下降，效益提高。因此是一个比较实用且经济的产品。自动门控制技术的发展2.1车库门研究的现状车库的发展，从第一辆汽车诞生以来就随之诞生。公安部交通管理局的数据统计显示，截至2007年底，我国每年汽车保有总量为2142万辆，与2006年相比，增长278万辆，增长率为13%。在汽车总量快速增加的同时，“停车难”的问题越来越严重的凸显出来。以北京市为例，截止2006年底，北京市己拥有机动车辆150万辆，其中汽车80万辆。而目前全市各类停车场停车位总数量约为49万个。到2015年全国机动车拥有总量将达到15000多万辆。泊车位的现太以及发展速度还远远不能适应我国汽车行业迅速发展的需求。与此同时对于快速发展的中国各个大中城市，停车困难问题也随着城市经济的快速发展和汽车保有量的剧增而袭来。资料显示，全国数个大中城市停车位满足率严重不足。国内家用汽车拥有总量的迅速增加，便使城市道路交通变得非常拥挤，增大了道路交通的压力，同时也增加了道路维护成本。每天各大城市高峰时塞车已经成为天天令人头痛的问题。家用私车的停放也逐渐成为一个社会焦点问题。在普遍的大中城市中由于泊车位的严重不足，而可供开发的土地随着城市的发展越来越少，导致车位售价令人堪忧，由此可见解决城市停车难的问题，家用车库是一个明智的出路。我国家用车库发展虽经历了近几十年的发展，大部分仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济市场价值还有待于完善和开发。为此对家用车库设计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益。2．2本课题研究的内容自动门类型的选择。综合了自动门的简洁、简单的要求，在本课题中主要研究自动卷帘门，本课题设计的卷帘门具有手动和自动开门功能和配备安全防夹人光电开关、后备电源等辅助装置来满足车主的停车需求。自动门硬件系统的设计本课题设计的自动门要求有很高的稳定性来满足日常的需要，故在本设计中所选用的智能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的S7-200小型PLC。在自动门的开关门速度控制上本设计以变频器作为调节器，运用变频器的三段速控制实现自动门的转速控制，为了解决在频率很低时出现不稳定的问题，驱动装置选用功率强大、稳定性好的自带减速装置的直流电动机，在感应器方面运用了车库自动门的超声波和光电感应，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对自动门的控制。由于本课题的具体需要在硬件系统的设计过程中主要考虑自动门的经济实用、稳定的需要。自动门的软件设计在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图能直观明了的设计出自动门的控制要求，并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用西门子自带的编程软件，此软件具有强大的诊断功能，能更快的查处故障原因，从而大大缩短了维修时间。2.3本课题研究的目的和意义PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。所以在停车场智能管理领域，相应的也出现了PLC停车场智能管理的概念，即含有高科技的智能系统，与普通的停车系统不同的是，它能以PLC技术为基础来解决停车难的问题，直接为目标安全、迅速地到达目的地。车库管理系统重点要做到车辆进出时车库门可以准确的作出反应,使车辆入库时给与驾驶人准确的车位剩余量与具体停车位置,车辆进入库,记录车位剩余总量;车辆离开车库时,减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC进行CPU控制处理,车库空位剩余量显示可利用廉价的数码管显示。因此，PLC自动管理系统在加强车辆停放智能管理的建设方面，尤其在实现快捷、便利、安全这一点上拥有很大的发展空间和潜力第3章车库自动门的设计要求分析3.1在车库自动门的功能需求分析本设计面向车库入口的应用，需要有安全性和可靠性。根据车库中对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门控制系统应有以下功能：开门和关门控制应有手动和自动方式为了便于维护和预防紧急情况，自动门应具有手动和自动方式。当信号采集装置检测到有物体接近门口且门未打开或者检测到已无物体接近门口且门未关闭，PLC动作输出信号来控制电动机正转或者反转来控制开门或者关门。紧急停止当自动门出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动门自动进入开门过程。自动门控制系统由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应用较多的控制方式。本课题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。3.2自动门的控制要求当PLC投入运行，PLC系统处于初始状态，准备好启动。车库门设计为卷帘式，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。在车库门的上方装设一个超声波探测开关ST1，超声波开关发射超声波探测是否有物体靠近。1）按下启动按扭，当有人或车由外到内进入超声波的探测范围时，超声波开关便检测出超声回波，从而产生输出电信号（S01=ON），由该信号启动接触器KM1，电机M正转使卷帘上升开门，当车库门上升接触到上限位开关位置时，电机M停止正转。2）如果此时车不想停入车库，需要离开，车离开超声波发射范围，5秒后，车库门自动关闭。如果此时车又想开进车库，再次进入超声波发射范围，车库门停止关闭，进行开门动作。3）当车开到车库门下时，在库门的下方装设一套光电传感器ST4，用以检测是否有物体穿过库门。光电开关由两个部件组成，一个是能连续发光的光源；另一个是能接收光束，并能将之转换成电脉冲的接收器。若行车（人）遮断了光束，光电传感器ST4便检测到这一物体，产生电脉冲，在延时定时器3秒后，由该信号启动反转接触器KM2，使电机M反转，从而使卷帘开始下降关门，当门移动接触到下限位开关时，电机停止运行。4）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外进入超声波发射范围时，则立即停止关门，并自动进入开门程序。5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制存在一定问题，增加手动开门和关门开关。3.3．2具体构成自动门系统的具体组成如下图一：图一由上图一可知，当感应器件检测到人体或物体信号时将信号传给PLC,PLC根据已经采集的信号发出控制信号，是驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行。第4章车库自动门的硬件设计4.1PLC功能特点及选型PLC目前主要的品牌有：比利时ABB，松下，西门子，汇川，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷创研等。目前，国内外已广泛运用PLC作为控制器于化工、冶炼、机械控制、电力方面、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、文化娱乐和环保等各个行业领域，使用情况大致可归纳为如下几类。1、逻辑控制（开关量）这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路控制，可以实现逻辑控制、顺序控制等多种控制方式，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。2、转换控制（数模量）在当前大部分的工业生产过程当中，大部分为连续且有规律的变化量，像流量的变化、液位的升降和速度等都是模拟变量。可编程控制器不能直接处理这些模拟变量。所以处理这些模拟量，需要将模拟量和数字量之间的相互转换即A/D转换，生产适配的A/D转换模块和D/A转换模块，即可实现编程控制器对模拟量控制。3、运动控制编程控制器可适用于多种运动方式的控制，如圆周和直线运动。与逻辑控制量I/O模块连接位移传感器和驱动执行装置，目前通常使用专用的运动控制模块。如可驱动步进、伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。目前市场生产的PLC都有运动控制功能，广泛用于各种机械运动的控制。4、控制功能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要的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。2）定时控制。可编程控制器具有准确的定时控制功能。它为用户提供若干个定时器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，使用灵活，操作方便。3）计数控制。可编程控制器具有计数控制功能。它为用户提供若干个计数器并设置了计数指令。定数值可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，使用灵活，操作方便。4）A/D、D/A转换。大多数可编程控制器还具有模/数（A/D）和数/模（D/A）转换功能，能完成对模拟量的检测与控制。5）定位控制。有些可编程控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能，能组成开环系统或闭环系统，实现位置控制。6）通讯与联网。有些可编程控制器具有联网和通讯功能，可以进行远程I/O控制，多台可编程控制器之间可以进行同位链接，还可以与计算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程控制器可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。7）数据处理功能。大多数可编程控制器都具有数据处理功能，能进行数据的传送即数据的输入，在此过程中数据保持不变；数据的比较，比较独立的完成某种操作从而实现某种操作；数据额位移；数据的运算，包括加\减,乘\除,加1或减1等操作。5、编程功能按照梯形图编写指令程序，依据所选用的PLC所规定的指令系统，将梯形图的图形符号编定成可用编程器送人PLC的代码。通常采用指令语句表形式编写。通过编程器将上列用户程序的指令表语句逐句写入PLC的RAM中。注意：不同型号的PLC要选用与其相对应的专用编程器。由于S7-200优越的性能表现为抗干扰能力强，有很强的可靠性，对环境的适应性好，编程方法简单易学，应用灵活，通用性好所以本设计中采用西门子公司的S7-200型PLC。二、S7-200简介1.概述S7-200是西门子公司生产的一种小型的可编程序控制器，可用于各种场合的控制系统的需求，如各种生产中的质量检测、人员监测及控制的自动化。此系列的强大的控制功能让其能适应在独立运行过程和相连成网络复杂的控制要求。因此西门子S7-200系列具有非常高的实际应用的性价比。2．S7-200优点S7-200系列出色表现在以下几个方面：1、很强的可靠性。2、非常丰富的指令库。3、抗干扰能力强，环境适应性好。4、编程方法简单易学。5、内置集成功能强大。6、应用灵活，通用性好。7、完善的监视和诊断功能。8、丰富的扩展模块。3.S7-200适用范围S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。有继电器输出和晶体管输出方式。继电器输出模块可控电流较大，输出速度慢。晶体管输出可控电流较小，但其输出速度快。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业生产及民用生产，包括各种机床设备、机械生产、电力设备、民用设备、环境保护设备等等。S7-200系列可提供5个不同的基本型号的CPU可选择,各种CPU各有两种输出方式，所以有10种CPU供选择。 4.CPU单元设计集成的24V负载电源：可直接与传感器和变送器相连，便于操作，CPU221(6DI\4DO)，CPU222CN(8DI\16DO)、CPU224CN(14DI/10DO)、CPU224XP/224XPSICN(14DI+2A)，CPU226CN(24DO/15DO)、分别输出大电流。可作为负载电源。a.不同的设备类型CPU221~226分别有2种类型不同的CPU，分别有不同的输出方式继电器输出和晶体管输出。b.本机数字量输入/输出点CPU22110个输出端，CPU224XP具有14个输入端和10个输出端，CPU226具有2U221具有4个输出端和6个输入端，CPU222具有6个输入端和8个输入端，CPU224具有14个输入端4个输入端口和16个输出端口。c.本机模拟量输入/输出点CPU224XP具有2个输入端口，1个输出端口。d.中断输入。在程序发生被干扰时，需要中断程序时，能做出快速的响应。e.计数器

CPU221/CPU222

4个高速计数器（30KHz的），可编程和可复位的输入，同时作为加法，减法计数2个独立的输入。

CPU224/224XP/226

6高速计数器（30KHz的），CPU221/222具有相同的功能。

CPU224XP/226

可以方便地扩展扩展模块的数字和模拟。可使用仿真器（可选）模拟机输入信号调试用户程序，本设计采用CPU224。

5模拟电位器

CPU221和CPU222电位器1

CPU224和CPU224XP和CPU226电位器2

CPU221和CPU222和CPU224和CPU224XP和CPU226也有

6脉冲输出

2高频脉冲输出（20KHz的），是用来控制步进电机或伺服电机实现定位任务。

7实时时钟

信息，如加入时间标记，记录运行时间或处理的时间控制的机器。

EEPROM存储器模块

快下班可以作为修改和拷贝程序而不程序员，和助手软件存档。

8有两种不同型号的PC/PPI电缆：

带隔离PC/PPI电缆的RS-232端口交换机，设置波特率和其它配置与5DIP。

与非隔离的PC/PPI电缆将RS-232端口，波特率设置有4个DIP开关。非隔离的PC/PPI电缆的技术规范，请参阅S7-200可编程控制器系统手册。

当数据被从RS-232传送到RS-485端口，PC/PPI电缆传输模式。当数据被从RS-485传送到RS-232端口，PC/PPI电缆是接收模式。当检测到的RS-232的传输线是字符，电缆接收来自即时变化的传输模式的模式。当RS-232发来的空闲时间超过电缆切换时间，电缆线，并切换到接收模式。这一次电缆上的DIP开关，设置波特率选择。

9种不同类型的优点

CPU221

本机集成6输入端/输出的4位10数字I/O。但是没有I/O扩展能力。6K字节的程序和数据的存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz的高速脉冲输出。1/RS485通讯编程，通讯用PPI通信协议的能力，MPI通讯协议和自由的方式此CPU适合于微控制器控制的小的数目。

CPU222

本机集成了8个输入/输出的6位14数字I/O。具备连接2个扩展模块的能力。6K字节的程序和数据的存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz的高速脉冲输出。1/RS485通讯编程，通讯用PPI通信协议的能力，MPI通讯协议和自由的方式。非常适合于微控制器控制的小的数目。

CPU224

CPU224集成的14/10输入和输出24个I/O口。具备连接7个扩展模块的扩展能力，扩展到最大168数字I/O或35路模拟量I/O。13K字节的程序和数据的存储空间。6个独立的30kHz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/RS485通讯编程，通讯用PPI通信协议的能力，MPI通讯协议和自由的方式。I/O端子排可容易地拆卸。是控制器具有强大的控制功能。4.2电动机的选型并励或他励直流电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维修也不方便，但是在调速性能上有其独特的优点。因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的，更不能无级调速，因此，对调速要求高的设备，均采用直流电动机。这是因为直流电动机能无级调速，机械传动机构比较简单。由直流电机的转速公式：n=（U-IaRa）/KEΦ可知，Ra、Φ和U中的任意一个量，都可以改变转速，改变Ra的方法可进行调速。但不足之处是消耗在Ra上的电量多，但是电机机械特性较软，电阻越大，机械特性越，稳定性越低，在空载或轻载时速度可调范围小，实现无极调速困难，特别值得提醒的是，启动电阻布恩那个当调速电阻，所以这种方法目前一般已很少采用，仅在有些起重机、卷扬机等低速运转时间不长的传动系统中采用。他励直流电动机有三种调速方式；改变电枢电路串联电阻；改变电动机电枢供电电压；改变电动机的主磁通。（1）调磁法即改变磁通量。当负载功率PL为一定值时，改变Rf使磁通量发生改变，如图13所示。由于n=U/KEΦ-Ra/KTKEΦ·T可知磁通Φ减少时，转速n0升高，△n(转速变化量)增大 但后者与Φ2成反比，所以磁通量越小，机械特性曲线斜率越大，但仍具有一定硬度，如图14所示。在恒定负载下，Φ愈小，则n越大。由于电机一直在额定电压下运转，电路磁通已接近饱和，所以一般都是降低磁通的大小（Φ＜Φn），使转速升高（n＞nn）。调速的过程是：当电压U保持恒定时，减小磁通Φ。由于机械惯性，转速产立即发生变化，于是反电动势E=KE·Φ·n就减小，Ia随之增加。由于Ia增加的影响超过Φ减小的影响，所以转矩T=KTΦIa也就增加。如果阻转矩Tc未变，则T＞Tc转速n上升。随着n的升高，反电动势E增大，Ia和T也着减小，直到T=Tc时为止。但这时转速已比原来升高了。必须注意的是，他励电动机在额定功率下运行，则电枢电流Ia为额定值，如果调速时负载转矩仍旧保持额定值，由于T=KTΦIa，故减小磁通量Φ后Ia必然超过额定值，因此调速后负载转矩必须减小。这种调速的特点：（1）可以平滑无极调速，但只能弱磁调速，即在额定转速以上调节。（2）调速经济，稳定性好；（3）调速性较软，且受电动机换向条件等限制。普通他励电动机的最高转速不能超过额定转速的1.2倍，所以调速范围不大。（4）调速是维持电枢电压U额定电枢电流Ia保持不变，即P保持不变属于恒功率型调速。这种调速方法的缺点是转速只能上升，即调速后的转速会超过额定转速。因为电机不允许超过额定转速太多，所以限制了它的调速范围。在实际工作中，这种方法常与电压调速法配合使用。一般用于不经常逆转的重型机床。（2）调压法即改变电动机的电枢供电电压。在一定的负载转矩TL下，加上那个不同的电压，可以得到不同的转速，则由n=U/KT·Φ-(Ra+Rd/KE·KT·Φ2)·T可见，n0变低了，但△n未改变。因此改变U可得出一组平行的机械特性曲线。在一定负载下，U愈低，则n愈低。因为改变电枢供电电压只能向小于电机额定电压的方向改变，所以电机转速将下调。调速的过程是：当负载转矩保持一定，上升供电电压U，由于系统的机械惯性作用，转速n不会突变，相应的反电动势E=KeΦn也不能突变，于是电流Ia减小，转矩T随之减小。如果阻转矩Tc未变，则T小于Tc，电机转速n减小。随着n的降低，反电动势E减小，Ia和T增大，直到T=Tc时为止。但这时转速已比原来降低了，系统又工作在一个稳定的转速n。由于调速时磁通保持不变，在额定的电流下进行调速，因此电动机的输出转矩便是一定的这种调速方式称为恒转矩调速。这种调速方法有下列优点：（1）当电源电压连续变化时，转速可以平滑无极调节，一般只能在额定转速以下调节；（2）调速特性与固定特性互相平行，机械特性硬度不变，跳读稳定性较高，调速范围大；（3）调速时，因电枢电流与电压无关，适合与对恒转矩型负载进行调速。（4）可以靠调节调节电枢电压而不用启动设备来启动电动机。这种调速方法的缺点是调压需配备专门的调压设备，投资较高。近年来由于采用了可控硅整流电源对电动机进行调压和调速，使这种方法得到了广泛应用。印刷设备中直流电动机的调速多采用这种方法。2.2.1直流电动机的优势因为直流电动机在调方面很简单，相对于异步电动机来说又有以下的优势：（1）由于采用高性能永磁材料，无刷直流电机的转子尺寸得以减小，可以具有较低的惯性、更快的响应速度、更高的转矩惯量比。（2）由于没用转子损耗（转子使用永磁材料），也无需定子励磁电流分量，所以无刷直流电机具有较高的效率和功率密度。对于同等容量输出，交流异步电机需要更大功率的整流器和逆变器。（3）由于没有转子发热，无刷直流电机也无需考虑转子冷却问题。（4）交流异步电机由于其非线性本质，实现控制极为复杂。无刷直流电机把其复杂的磁场定向控制简化为离散状态的转子位置控制，无需坐标变换，调速范围更宽，控制性能更好。综上所述，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。所以在本课题设计中选用了无刷直流电动机。4.3控制程序的编制，并画出硬件接线图1、主电路图如下所示：图二车库自动门主电路电路图2PLC外围连接线路如下图所示：图三车库门硬件连线图第五章自动门控制系统的软件设计5.1汽车车库自动门电气控制系统的平面图及控制要求汽车车库自动门电气控制系统控制的平面图如图2.2所示。图2.2说明：超声波传感器：红色区域为超声波的感应范围，当小车进入到这个范围，超声波开关被触发，常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。光电传感器：当有物体穿过开关，并遮住了光束，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。门下限开关：当门下降，碰到它时，门下限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。由于现在门是关闭的，因此它的初始状态是上面为常开触点，下面为常闭触点。门上限开关：当门上升时，碰到它时，门上限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。门位电动机：采用直流驱动，按正负方向接入电源，电动机正转（门上升），反之，电动机反转（门下降）。5.2I/O口及定时器/计数器说明I/O口及定时器/计数器说明表类别元件端子号作用输入ST1I0.0超声波传感器ST2I0.1上限位行程开关ST3I0.2下限位行程开关ST4I0.3光电开关SB3I0.4启动/停止开关SB4I0.5手动开门开关SB5I0.6声控开关输出KM1Q0.0电机上升接触器KM2Q0.1电机下降接触器HLQ0.2照明灯定时器说明：类别器件号设定值作用定时器T3710秒声控开关启动后，10秒照明灯关闭T383S车触光电开关后，3秒后关自动门控制过程：按下启动开关SB3，当车进入超声波范围时电动机正转卷帘门打开，同时给信号T38照明灯打开。当电动机正转接触到上限位开关ST2时，电动机停止转动卷帘门停止打开。汽车开始驶进车库。全部进入后，光电传感器发送信号给PLC，同时延时3S，电动机M反转卷帘门开始关闭。当到达下限位开关ST4时，电动机M停止转动，卷帘门关闭完成。最后有一个声音信号I0.6声控开关促使照明灯打开，计时器开始计时，10秒后照明灯自动关闭，如此循环。5.3梯形图的设计5.3.1梯形图的概述梯形图。梯形图基本上沿用继电器-接触器电气控制图的形式，采用的符号也大致相同。如图5-2所示，梯形图两侧的平行竖线为母线，其间为由许多触点和编程线圈组成的逻辑行。应用梯形图进行编程时，只要按梯形图逻辑行顺序输入到计算机中，计算机就可自动将梯形图转换成PLC能接受的机器语言，存入并执行。梯形图编程的一般规则有：①梯形图按自上而下,从左到右的顺序排列,每一个继电器为一个逻辑行,起始于左母线,然后是触点的各种连接,最后是线圈与右母线连接。②没有输入继电器线圈,其他继电器线圈在一个程序中只出现一次,而触点可以重复使用。③在时间继电器和计数继电器之后,要设常数,并单独占一行。2）指令语句表。指令表类似于计算机汇编语言的形式，用指令的助记符来进行编程。它通过编程器按照指令表的指令顺序逐条写入PLC并可直接运行。指令表的指令助记符比较直观易懂，编程也很简单，便于工程人员掌握，因此得到了广泛的应用。梯形图包括顺序功能图和功能图块；①顺序功能图应用于顺序控制类的程序设计，包括步、动作、转换条件、有向连线和转换五个基本要素。顺序功能图的编程方法是将复杂的控制过程分成对个工作步骤（简称步），每个步又对应着工艺动作，把这些步按照一定的顺序要求进行排列组合，就构成整体的控制程序②功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，熟悉数字电路的技术人员比较容易掌握。该编程语言类似“与门”、“或门”的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆圈表示“非”运算，信号自左向右流动。5.3.2梯形图的语句指令设计网络1LDI0.4OM0.0=M0.0网络2LDI0.0OQ0.0AM0.0OI0.5ANI0.1=Q0.0AN