基于PLC自動(dòng)門(mén)設(shè)計(jì)

第1章  緒論

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、科學(xué)技術(shù)飛速騰飛的21世紀(jì)的中國(guó)社會(huì)，如鋼鐵森林般的高樓拔地而起的城市中，飯店、銀行、商場(chǎng)、博物館、辦公大樓，在這些建筑中隨處都可以發(fā)現(xiàn)到自動(dòng)門(mén)的身影。在早些年間的外國(guó)社會(huì)，自動(dòng)門(mén)就得到了普及和利用，在近幾年的中國(guó)自動(dòng)門(mén)就以優(yōu)秀的性能本大家認(rèn)為是生活和工作中不可缺少的部分，這也表明自動(dòng)門(mén)技術(shù)在我國(guó)開(kāi)始飛速發(fā)展。

在自動(dòng)門(mén)的工作中，控制裝置是至關(guān)重要的。在最初的研發(fā)中，我們選擇使用繼電器邏輯控制系統(tǒng)作為控制裝置進(jìn)行工作，但因其具有配置過(guò)程復(fù)雜、本身性能波動(dòng)大、維修困難性高等短板而被人們逐漸放棄。PLC是在目前的自動(dòng)們以及其他的自動(dòng)化行業(yè)中作為最為穩(wěn)定性最為優(yōu)異的裝置，可編程控制器是本身出現(xiàn)的意義是用來(lái)滿足工業(yè)開(kāi)發(fā)環(huán)境中人們的需求。在當(dāng)前社會(huì)的汽車制造、石油化工、冶煉金屬、輕化工、機(jī)械工業(yè)等方面的應(yīng)用具有持久的發(fā)展?jié)摿蛢?yōu)秀的實(shí)用性。并且使用PLC控制的自動(dòng)門(mén)在工作和生活中具有高度的穩(wěn)定性和低廉的維修成本等特點(diǎn)。從此種種看來(lái)，隨著人們對(duì)生活品質(zhì)要求的不斷提升與科技水平的提高，PLC控制系統(tǒng)的相關(guān)自動(dòng)化產(chǎn)品將不斷地在市場(chǎng)中受到推崇。這不但可以改進(jìn)和方便我們的生活，同時(shí)也能夠提高可編程控制器在自動(dòng)門(mén)市場(chǎng)中以及其他相關(guān)的自動(dòng)化行業(yè)的利用和進(jìn)步，在不斷的研發(fā)和改進(jìn)之中可以為我們帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并且為我們的技術(shù)研發(fā)提供更多的實(shí)例。

在我們平時(shí)的生活中，例如大型商場(chǎng)、飛機(jī)場(chǎng)、銀行進(jìn)出口、醫(yī)院入口這些地方，當(dāng)我們出入其中都可以看到自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)。在這些場(chǎng)所中安裝自動(dòng)門(mén)，不僅是為了降低排耗、減少工作場(chǎng)所的惱人的噪音、避免風(fēng)沙的侵襲，同時(shí)也可以提高建筑的進(jìn)、出口的莊更具現(xiàn)代感，而體貼的人性化的設(shè)計(jì)是取代傳統(tǒng)大門(mén)的重要因素，科技是為人們服務(wù)，只有不斷的提升科技水平才能做到滿足人們不斷的需求。在選擇自動(dòng)門(mén)的樣式時(shí)考慮了平移自動(dòng)門(mén)、圓弧自動(dòng)門(mén)、可推開(kāi)式自動(dòng)門(mén)、旋轉(zhuǎn)自動(dòng)門(mén)這幾種，根據(jù)我實(shí)際情況的需要我選擇的品種是平移自動(dòng)門(mén)。自動(dòng)門(mén)之所以可以做到能使人自由進(jìn)出，主要是依靠門(mén)上的感應(yīng)器，當(dāng)有人準(zhǔn)備出入自動(dòng)門(mén)時(shí)，感應(yīng)裝置會(huì)檢測(cè)到人的運(yùn)動(dòng)，并將檢測(cè)到的信號(hào)傳達(dá)到控制系統(tǒng)，而在它接收到感應(yīng)裝置發(fā)送的信號(hào)之后，會(huì)將信號(hào)傳輸?shù)津?qū)動(dòng)裝置，之后門(mén)會(huì)開(kāi)啟，在確認(rèn)人被放行時(shí)，門(mén)扇閉合�？萍家�?yàn)槿藗兊男枨蠖粩噙M(jìn)步，而自動(dòng)化產(chǎn)品又恰好符合人們的需求。自動(dòng)門(mén)既解放了人力，同時(shí)也提高了在公眾設(shè)施中人們出入的安全性。它們的造型美觀、雅致，同時(shí)因?yàn)槭荘LC控制具有低成本、高穩(wěn)定性、維修便利的特點(diǎn)，在世界的工業(yè)和建筑業(yè)中受到推崇和普及。我相信自動(dòng)化產(chǎn)品在未來(lái)的市場(chǎng)具有長(zhǎng)久的發(fā)展前景。   

在當(dāng)前中國(guó)工業(yè)、制造業(yè)飛速發(fā)展的時(shí)代，PLC也由此應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)對(duì)人員短時(shí)間的培訓(xùn)就可以靈活運(yùn)用PLC,在PLC中大部分的繼電器和連線被軟件程序取代，存儲(chǔ)器根據(jù)不同情況下改變數(shù)字式和開(kāi)關(guān)量的邏輯控制的運(yùn)行狀態(tài),來(lái)達(dá)到掌管不同樣式的設(shè)備或監(jiān)督設(shè)備的工作流程的目的。并且PLC和它有關(guān)的部件，都應(yīng)該依照比較簡(jiǎn)便的方式使控制系統(tǒng)融為一個(gè)整體，能夠在未來(lái)使它的性能得到提高和完善的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在當(dāng)前的社會(huì)下，可編程控制器在汽車、輕紡、環(huán)保、文化娛樂(lè)等各種不同領(lǐng)域的運(yùn)用和研發(fā)都具有很高的發(fā)展和進(jìn)步的潛力。并且使用PLC來(lái)控制自動(dòng)門(mén)可以讓自動(dòng)門(mén)的穩(wěn)定性得到提高，還可以讓機(jī)器設(shè)備的平時(shí)的修理和護(hù)理更加方便，降低它的成本。

在我這次研究課題項(xiàng)目中，運(yùn)用可編程控制器作為自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)不但可以很有效的提升自動(dòng)門(mén)的安全性、穩(wěn)定性和降低經(jīng)濟(jì)成本，而且隨著科技越來(lái)越進(jìn)步，PLC的體積也越來(lái)越小，這也提升了所有自動(dòng)化行業(yè)的技術(shù)水平，使得自動(dòng)門(mén)這種產(chǎn)品在我們身邊變得更加高效和普及。所以,不斷的改進(jìn)和完善可編程控制器控制系統(tǒng)的自動(dòng)門(mén),符合當(dāng)前社會(huì)潮流的前進(jìn)方向，能夠加快自動(dòng)門(mén)行業(yè)的進(jìn)程,使PLC設(shè)備的種類變得更加全面、各方面標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格、性能更優(yōu)越,也能造福更多的人民群眾。

第2章  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

我設(shè)計(jì)的PLC控制的自動(dòng)門(mén)主要定位于商場(chǎng)，而在商場(chǎng)中因?yàn)檩^大的人流量，較高的安全性和可觀的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。針對(duì)在大型商場(chǎng)中考察到的情況，我們制定了自動(dòng)門(mén)的設(shè)計(jì)方案，首先確定以自動(dòng)與手動(dòng)作為自動(dòng)門(mén)的控制方式，這種控制方式的好處體現(xiàn)在日常的維修與保養(yǎng)十分的簡(jiǎn)易和費(fèi)用較低。在信號(hào)采集裝置探查到有人靠近門(mén)，而門(mén)卻沒(méi)有打開(kāi)時(shí)，可編程控制器就開(kāi)始向電動(dòng)機(jī)傳送信號(hào)，電動(dòng)機(jī)收到PLC傳遞的信號(hào)開(kāi)始工作進(jìn)行正轉(zhuǎn)開(kāi)啟自動(dòng)門(mén)。當(dāng)信號(hào)采集裝置探查到并沒(méi)有人在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)且門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)，可編程控制器就開(kāi)始向電動(dòng)機(jī)傳送信號(hào)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)門(mén)扇閉合。   

在本課題中控制系統(tǒng)是整個(gè)自動(dòng)門(mén)最為關(guān)鍵的一部分，在總體設(shè)計(jì)中它分為控制和執(zhí)行元件兩部分。在設(shè)計(jì)控制方式時(shí)我放棄了無(wú)線遙控模式，選擇的是自動(dòng)與手動(dòng)控制方式，這也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)的主流。我的設(shè)計(jì)是以可編程控制器為核心，操控傳動(dòng)機(jī)構(gòu)達(dá)到精確的掌控自動(dòng)門(mén)的打開(kāi)與閉合從而達(dá)到自動(dòng)門(mén)的自動(dòng)化控制的目的。

(1)當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K1或K2時(shí)，開(kāi)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。

(2)自動(dòng)門(mén)在開(kāi)門(mén)位置停留8秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程，關(guān)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門(mén)移動(dòng)到關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。

(3)在關(guān)門(mén)過(guò)程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K2或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門(mén)，并自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門(mén)程序。

(4)在門(mén)打開(kāi)后的8秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開(kāi)始等待8秒，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程，以保證人員安全通過(guò)。

自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)包含PLC控制和動(dòng)作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(dòng)電動(dòng)控制方式，此種控制方式為目前大多自動(dòng)門(mén)的控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來(lái)控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而控制門(mén)的開(kāi)和關(guān)實(shí)現(xiàn)門(mén)的自動(dòng)化控制。

2.3.1 PLC概述

可編輯控制器，英文Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡(jiǎn)稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它以微處理器為核心，集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為一體，它通過(guò)運(yùn)行儲(chǔ)存在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過(guò)程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過(guò)輸出電路的物理過(guò)程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。

2.3.2 具體構(gòu)成

控制方式是自動(dòng)門(mén)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)。在自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)中自動(dòng)控制方式雖然方便，但當(dāng)發(fā)生故障的時(shí)候手動(dòng)控制方式就會(huì)起到關(guān)鍵的作用，便于我們的檢查修理與日常維護(hù)保養(yǎng)。一個(gè)自動(dòng)門(mén)的最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)就是當(dāng)信號(hào)檢測(cè)裝置檢測(cè)到靠近門(mén)的人時(shí)，自動(dòng)門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，沒(méi)有人靠近時(shí)，自動(dòng)門(mén)可以及時(shí)關(guān)閉。

                      圖2-1  自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

由圖2-1可知，當(dāng)有人靠近自動(dòng)門(mén)時(shí)感應(yīng)器件會(huì)馬上進(jìn)行感應(yīng),之后感應(yīng)器會(huì)把信號(hào)送至PLC處，可編程控制器會(huì)分析所收到的信號(hào)向驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出動(dòng)作指令，讓驅(qū)動(dòng)裝置開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，在驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)之后自動(dòng)門(mén)會(huì)因?yàn)槭艿絺鲃?dòng)裝置所提供的動(dòng)力進(jìn)行開(kāi)關(guān)。

第3章  硬件設(shè)計(jì)

3.1.1  PLC的選型

在當(dāng)今的工業(yè)發(fā)展中，自動(dòng)化處于一個(gè)被各方面矚目和需求的位置，而PLC是在自動(dòng)化中備受關(guān)注的一部分，所以在我們的設(shè)計(jì)中PLC的選型是至關(guān)重要的。因?yàn)榭删幊炭刂破鳟a(chǎn)品種類繁雜，不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品的種類，性能和組成都有各自的特點(diǎn)，但歸根結(jié)底它們的工作特性和基礎(chǔ)構(gòu)成大致一樣。其基本組成如圖3-1所示

圖3-1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖

因?yàn)槲覀兪菫樽詣?dòng)門(mén)選擇控制系統(tǒng)，沒(méi)有什么高端的額外要求。我們將西門(mén)子公司生產(chǎn)的CPU 224XP型可編程控制器作為我們的首選，首先是根據(jù)我們實(shí)際情況所要求的輸出總點(diǎn)數(shù)是十二點(diǎn)到三十二點(diǎn)，其次西門(mén)子系列產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練合理，出售價(jià)格不高，體積小，非常符合我們的設(shè)計(jì)要求，CPU 224XP型可編程控制器輸出類型是繼電器輸出型，擁有十二個(gè)輸入和輸出點(diǎn)數(shù)，剩下的以備不時(shí)之需。

3.1.2 驅(qū)動(dòng)裝置的選型

一個(gè)優(yōu)秀的自動(dòng)門(mén)能否保持一個(gè)良好的工作狀態(tài)，主要取決于它的驅(qū)動(dòng)器。無(wú)刷直流電機(jī)本社特色是機(jī)電一體化，它本身的構(gòu)成主要依靠電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)裝置。在性能上它超越了傳統(tǒng)電機(jī)，還剔除掉多余復(fù)雜的碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，把自己所需要占用的空間壓縮到最小。直流無(wú)刷電機(jī)功率密度高，耐顛簸震動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生噪聲，震動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平滑、具有很強(qiáng)的速度調(diào)解能力，和其他電動(dòng)機(jī)相比可使用時(shí)間長(zhǎng)、不易發(fā)生故障、不需要過(guò)多精力的日常保養(yǎng)，還有不產(chǎn)生火花、直流電動(dòng)機(jī)線性機(jī)械特性、很高的速度調(diào)節(jié)上下限、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、工作顯性能優(yōu)異等特性。在制造業(yè)、日常生活用具、工業(yè)工控、電子等方面受到大量使用，同時(shí)也是需要"輕、小、薄、低噪音、精密、高穩(wěn)定性”這些場(chǎng)所的不二之選。再通過(guò)對(duì)性能的考察與自身的實(shí)際需求我將DIMA EAST-C3型直流無(wú)刷電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，直流無(wú)刷電機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如表3-1所示

表3-1 DIMA EAST-C3 型電機(jī)技術(shù)參數(shù)

3.1.3 感應(yīng)器件的選型

在根據(jù)實(shí)際情況選擇感應(yīng)器時(shí)，主要考慮了微波感應(yīng)器和紅外感應(yīng)器這兩種感應(yīng)器件。微波感應(yīng)器，因?yàn)榫哂袠O快的反應(yīng)速度還被人們叫做微波雷達(dá)，它可以迅速檢測(cè)到物體的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗墓ぷ餍矢�、反�?yīng)的速度快，適合在辦公樓、商場(chǎng)等人們以一般速度出入的建筑設(shè)施。但它的缺點(diǎn)是，一旦人靜止不動(dòng)，感應(yīng)器無(wú)法檢測(cè)到人的存在，門(mén)扇自動(dòng)閉合存在“夾人”的風(fēng)險(xiǎn)。微波傳感器的工作原理是通過(guò)不斷向外界及發(fā)射電波，當(dāng)電波遇到物體時(shí)會(huì)被反彈回來(lái)，而傳感器會(huì)吧收到的電波變化傳遞給自動(dòng)門(mén)，自動(dòng)門(mén)根據(jù)情況進(jìn)行開(kāi)關(guān)。在紅外感應(yīng)器處于工作狀態(tài)時(shí)，對(duì)靜止的物體和運(yùn)動(dòng)的物體都可以進(jìn)行感知，但它的反應(yīng)速度不如微博雷達(dá)。根據(jù)設(shè)計(jì)中對(duì)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)達(dá)到的控制效果的要求和現(xiàn)實(shí)自動(dòng)門(mén)工作狀態(tài)的的觀察選擇了微波感應(yīng)器，型號(hào)是KOB W-01，它的各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表3-2

圖3-2 微波感應(yīng)器的安裝位置及檢測(cè)范圍

3.1.4 傳動(dòng)裝置

自動(dòng)門(mén)傳動(dòng)系統(tǒng)使用的設(shè)備如下所示：

3.1.5 限位開(kāi)關(guān)

在本次設(shè)計(jì)中使用到了限位開(kāi)關(guān)，也被叫做行程開(kāi)關(guān)，他能夠放置在移動(dòng)的物體上，同樣也適用于處于停止運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的的物體上。這種開(kāi)關(guān)主要依靠機(jī)器在運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生的接觸來(lái)發(fā)出控制信號(hào)。它分為接觸式和非接觸式兩種。由接點(diǎn)分離、閉合狀態(tài)的變化達(dá)到操控正處于工作狀態(tài)的機(jī)器設(shè)備的傳輸距離、快慢、具體方位的目的。在自動(dòng)化行業(yè)中，限位開(kāi)關(guān)主要被應(yīng)用在建筑、港口中不同種類的傳輸機(jī)器、起重設(shè)備行程控制中。在現(xiàn)實(shí)生活的機(jī)械生產(chǎn)工作過(guò)程中，當(dāng)設(shè)備到達(dá)需要停止的距離時(shí)，在生產(chǎn)機(jī)器上的能夠運(yùn)動(dòng)的部分會(huì)受到限位開(kāi)關(guān)的操控。實(shí)現(xiàn)這種控制的原理是限位開(kāi)關(guān)可以把機(jī)械信號(hào)變成電信號(hào)，這種智能化的處理是為了使生產(chǎn)信號(hào)免受不必要的損傷，既延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命，也減少了生產(chǎn)過(guò)程中不必要的損耗。而在生活中，它主要其連鎖保護(hù)的作用，運(yùn)用在洗衣機(jī)的脫水和錄音、像機(jī)的倒帶中。

3.2.1 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)I/0口分配表

如果我們想要制定合理的I/O分配表必須遵守一些規(guī)則，只要是按照程序的不同和可編程控制器的輸入、輸出點(diǎn)還有內(nèi)部寄存器的多少來(lái)寫(xiě)的。如果想要準(zhǔn)確編寫(xiě)出可編程控制器程序內(nèi)容的話就一定需要它，改變?cè)O(shè)備的操控方式也要用到它。PLC的輸入接口分配如表3-3所示

表3-3 PLC的輸入接口分配表

PLC的輸出接口表如圖3-4所示                     

表3-4 PLC的輸出接口分配表

3.2.2自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的主電路原理圖

在我們按下啟動(dòng)按鈕之后，當(dāng)微波感應(yīng)器件檢測(cè)到有人從門(mén)外進(jìn)入或從門(mén)內(nèi)出去時(shí)，KM1，KM3閉合KM2，KM4斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)門(mén)開(kāi)。當(dāng)門(mén)開(kāi)達(dá)到開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)后門(mén)停止運(yùn)行，過(guò)8秒后KM2，KM4閉合KM1，KM3斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)門(mén)關(guān)。自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的主電路原理圖如圖3-3所示。

圖3-3 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的主電路原理圖

3.2.3 自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的外部接線圖

外部接線圖能幫助我們給為直觀的的了解系統(tǒng)，如圖3-4所示

圖3-4  自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的外部接線圖

如圖3-4所示,S1，S2是微波感應(yīng)器，S1或S2感應(yīng)到有人時(shí)，自動(dòng)門(mén)打開(kāi)，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4是開(kāi)關(guān)門(mén)到位行程開(kāi)關(guān) ，檢測(cè)開(kāi)關(guān)門(mén)是否到位。

第4章  軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是我們能夠?qū)崿F(xiàn)具體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)。根據(jù)最初課題想要達(dá)到的自動(dòng)門(mén)控制效果的實(shí)現(xiàn)和具體標(biāo)準(zhǔn)，一切的系統(tǒng)運(yùn)行程序如圖4-1所示，目的是能夠使自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)能達(dá)到最佳的運(yùn)行效果和完成系統(tǒng)的最終目的設(shè)計(jì)。   

自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)控制要求如下：

1. 當(dāng)出現(xiàn)人靠近微波感應(yīng)器S1或S2之后，開(kāi)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1,KM3開(kāi)始工作，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，運(yùn)行到開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)SQ1和SQ3位置時(shí)電機(jī)不再工作。  

2. 自動(dòng)門(mén)在開(kāi)門(mén)位置停留8秒后,自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程，關(guān)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2,KM4起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門(mén)移動(dòng)到關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)SQ2和SQ4位置時(shí),電機(jī)停止運(yùn)行。

3. 在關(guān)門(mén)過(guò)程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)微波感應(yīng)器S1或S2時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門(mén)，并自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門(mén)程序。

4．在8秒內(nèi)打開(kāi)門(mén)后的等待時(shí)間，如果有一個(gè)從外到內(nèi)或通過(guò)微波傳感器S1或S2從內(nèi)到外的人，你必須重新開(kāi)始等待8秒，然后自動(dòng)進(jìn)入關(guān)閉過(guò)程，以保證人員安全通過(guò)。

設(shè)計(jì)梯形圖的基本方法和步驟：

（1）首先根據(jù)工藝過(guò)程控制要求，畫(huà)出控制流程圖，力求表達(dá)清晰、準(zhǔn)確。必要時(shí)可以把控制系統(tǒng)分解成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，盡量簡(jiǎn)化，利于編輯。

（2）將所有的輸入信號(hào)（按鍵，行程限位開(kāi)關(guān)，壓力開(kāi)關(guān)，壓力、速度、時(shí)間等傳感器）和輸出控制對(duì)象（接觸器、電磁閥、電動(dòng)機(jī)、指示燈等）分別列出，按被采用的PLC型號(hào)內(nèi)部邏輯元件編號(hào)范圍，對(duì)I/O端子做出相應(yīng)的分配和安排。

（3）根據(jù)控制流程圖，有規(guī)律的分配和利用PLC內(nèi)部有關(guān)的邏輯元件（如輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）構(gòu)成相應(yīng)的基本回路。

（4）以梯形圖的形式來(lái)描述控制要求，繪制梯形圖要遵循編程原則。

（5）編寫(xiě)程序清單時(shí)，必須按梯形圖的邏輯行和邏輯單元的編排順序（由上而下，從左到右）依次進(jìn)行。

本系統(tǒng)的程序軟件采用西門(mén)子公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的STEP-Micro/WIN,選擇他的梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循以下編輯規(guī)則：

1.每個(gè)繼電器的線圈和他的觸點(diǎn)均用同一個(gè)編號(hào)，每個(gè)元件的觸點(diǎn)使用時(shí)沒(méi)有數(shù)量限制。

2.梯形圖每一行都是從左邊開(kāi)始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點(diǎn)）。

3.線圈不能直接在左邊的母線上。

4.在一個(gè)程序中，同一編號(hào)的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，他容易引起誤操作，應(yīng)避免。

5.在梯形圖中沒(méi)有真實(shí)的電流流動(dòng)，為例便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有電流流動(dòng)，這個(gè)電流只能在梯形圖中單向流動(dòng)——即從左向右流動(dòng)，層次的改變只能從上向下流動(dòng)。

6.無(wú)論選用何種PLC機(jī)型，所使用的軟件編號(hào)（即地址）必須在該機(jī)型的有效范圍以內(nèi)。

根據(jù)以上規(guī)則和PLC的編程方法和思路編寫(xiě)了本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的梯形圖程序，具體程序如下：

第5章  程序調(diào)試和仿真結(jié)果

本課程設(shè)計(jì)采用西門(mén)子PLC編程軟件 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP4版和仿真軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP4版進(jìn)行仿真。下面進(jìn)行程序調(diào)試和分別對(duì)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行仿真。

5.1.1 硬件線路連接

圖5-1 接線圖

采用實(shí)驗(yàn)室可編程控制器試驗(yàn)臺(tái)，主機(jī)s7-200cpu224 cn ac/dc/rly,其供電電壓均為直流24v。調(diào)試過(guò)程的電路圖如5-1所示；

在模擬調(diào)試過(guò)程中，因于實(shí)驗(yàn)條件有限，所以微波探測(cè)信號(hào)與限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作均由按鈕代替（即BG1、BG2、BG3、BG4），SF0、SF11均接按鈕。QA1、QA2用中間繼電器代替，其線圈電壓為24V。

5.1.2 聯(lián)機(jī)調(diào)試

（1）按圖5-1連接線路，接電源

（2）將在“STEP7-Micro/WIN V4.0SP5”開(kāi)發(fā)平臺(tái)編寫(xiě)好的軟件通過(guò)“RS-232/PPI電纜”下載到“CPU224”中。

（3）運(yùn)行過(guò)程實(shí)驗(yàn)

按啟動(dòng)按鈕”SF0”

a手動(dòng)開(kāi)/關(guān)

現(xiàn)象一：當(dāng)按手動(dòng)開(kāi)關(guān)按鈕SF10時(shí)，電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)。           

現(xiàn)象二：當(dāng)按手動(dòng)開(kāi)關(guān)按鈕SF11時(shí)，電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)。

b自動(dòng)開(kāi)/關(guān)門(mén)

現(xiàn)象一：當(dāng)按下按鈕BG1或BG2時(shí)，電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)；若按下按鈕BG4，則電動(dòng)機(jī)M停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

現(xiàn)象二：當(dāng)電動(dòng)機(jī)M停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)8秒進(jìn)行延時(shí)。若此時(shí)再次按下按鈕BG1或BG2，則計(jì)時(shí)器重新計(jì)時(shí)8秒。

現(xiàn)象三：當(dāng)8秒延時(shí)完畢后，電動(dòng)機(jī)M進(jìn)行反轉(zhuǎn)；在反轉(zhuǎn)過(guò)程中若按下按鈕BG1或BG2，則電動(dòng)機(jī)M進(jìn)行反轉(zhuǎn)。

現(xiàn)象四：當(dāng)按下緊急按鈕SF5時(shí)，電動(dòng)機(jī)M進(jìn)行正轉(zhuǎn)。

圖5-2自動(dòng)開(kāi)門(mén)控制部分仿真圖

圖5-1仿真的控制過(guò)程為：自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，自動(dòng)控制啟動(dòng)，微波感應(yīng)器感應(yīng)到有人經(jīng)過(guò)，則自動(dòng)門(mén)打開(kāi)。

圖5-3  開(kāi)門(mén)后等待部分仿真圖

圖5-3仿真的控制過(guò)程為：自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，自動(dòng)控制啟動(dòng)，自動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)到位后等待8秒，若等待過(guò)程中無(wú)人經(jīng)過(guò)，則自動(dòng)關(guān)門(mén)。

（3）自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)等待過(guò)程中檢測(cè)到有人經(jīng)過(guò)部分，仿真結(jié)果如圖5-4所示

圖5-4 等待過(guò)程中檢測(cè)到有人經(jīng)過(guò)部分仿真

圖5-4仿真的控制過(guò)程為：自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，自動(dòng)控制啟動(dòng)，自動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)到位后等待8秒，等待過(guò)程中有人經(jīng)過(guò)，則重新計(jì)時(shí)8秒后自動(dòng)關(guān)門(mén)。

（4）自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)門(mén)部分，仿真結(jié)果如圖5-5所示

圖5-5 自動(dòng)關(guān)門(mén)部分仿真圖

圖5-5仿真的控制過(guò)程為：自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，自動(dòng)控制啟動(dòng)，自動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)等待8秒后無(wú)人經(jīng)過(guò)，則自動(dòng)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。

（5）自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)手動(dòng)開(kāi)門(mén)部分，仿真結(jié)果如圖5-6所示

圖5-6 手動(dòng)開(kāi)門(mén)部分仿真圖

圖5-6仿真的控制過(guò)程為：自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，手動(dòng)控制啟動(dòng)，按下開(kāi)門(mén)按鈕，自動(dòng)門(mén)打開(kāi)。

（6）自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)手動(dòng)關(guān)門(mén)部分，仿真結(jié)果如圖5-7所示

                     圖5-7 手動(dòng)關(guān)門(mén)部分仿真圖            

圖5-7仿真的控制過(guò)程為：自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，手動(dòng)控制啟動(dòng)，按下關(guān)門(mén)按鈕，自動(dòng)門(mén)關(guān)閉。

結(jié)束語(yǔ)

這次的自動(dòng)門(mén)設(shè)計(jì)基本符合我最初的設(shè)想與要求，實(shí)現(xiàn)了用PLC作為自動(dòng)門(mén)的控制核心的初衷。根據(jù)我從課堂學(xué)習(xí)中收獲的有關(guān)PLC軟件程序的知識(shí)，請(qǐng)教別人關(guān)于硬件的要求，通過(guò)網(wǎng)上的考察和實(shí)物的觀察參考從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的合適的選型，軟、硬件的合理構(gòu)成，使自動(dòng)門(mén)能夠更加穩(wěn)定、安全的進(jìn)行工作。雖然因?yàn)閷?duì)專業(yè)知識(shí)掌握的不足和時(shí)間的局限性，我的自動(dòng)門(mén)裝置還有一些漏洞。在實(shí)現(xiàn)功能方面還有所缺陷,對(duì)自動(dòng)門(mén)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解的太少，還學(xué)要更多的學(xué)習(xí)與研究。我的設(shè)計(jì)上還可以增加更多人性化的設(shè)備，比如安裝一個(gè)蜂鳴器或燈光閃爍，在人進(jìn)出自動(dòng)門(mén)時(shí)，提示行人是否可以通過(guò)，還可以在驅(qū)動(dòng)裝置上添加變頻器，根據(jù)實(shí)際情況，改變開(kāi)關(guān)門(mén)的速度，提高人們的通行效率。在實(shí)地安裝、使用中還應(yīng)結(jié)合場(chǎng)所的實(shí)際情況，考慮各部件的容量及其技術(shù)參數(shù)、生產(chǎn)成本，電源設(shè)計(jì)、系統(tǒng)接地、電纜設(shè)計(jì)和敷設(shè)、可編程控制器輸出保護(hù)等問(wèn)題，使自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了更安全可靠的程度，使他們能使人安心使用。這同時(shí)又會(huì)帶給我們跟多需要解決的問(wèn)題，因?yàn)橐粋€(gè)想要大面積推廣的和較完善的應(yīng)用軟件在短時(shí)間內(nèi)是不可能完成的，想要將它更加完善就需要不斷的改進(jìn)和發(fā)展，需要我做更多的工作和時(shí)間方面的檢驗(yàn)�，F(xiàn)在的系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到真正的智能化，還需要增加更多高端、細(xì)致、經(jīng)濟(jì)的功能和技術(shù)，才能達(dá)到真正意義上的智能化控制。

現(xiàn)在遇到的難遇挫折并不會(huì)打倒我，我會(huì)通過(guò)自己的學(xué)習(xí)與實(shí)踐去解決他們，收獲更多的知識(shí)，從而使自己變得更優(yōu)秀。通過(guò)對(duì)硬件的選型和配置的過(guò)程中，我得到了了書(shū)本所學(xué)不到的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這次的自動(dòng)門(mén)設(shè)計(jì)使我明白了單純學(xué)習(xí)書(shū)本的知識(shí)和為了應(yīng)付考試的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它們不會(huì)被你所應(yīng)用和掌握，只有與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，才能使自己的專業(yè)水平得到提高，在未來(lái)我會(huì)加倍努力。

經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的努力終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中感謝指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)與提出的寶貴意見(jiàn)，同時(shí)也感謝在我出現(xiàn)疑惑時(shí)對(duì)我伸出援手的同學(xué)。有你們們的幫助我才可以圓滿完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是你們讓我知道困難并不是一種負(fù)擔(dān)，而是驅(qū)使我前進(jìn)的一種動(dòng)力，我會(huì)將這次的寶貴經(jīng)歷當(dāng)成一種財(cái)富，永遠(yuǎn)珍藏。

附錄

自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)梯形圖