基于PLC自控門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電氣自動化專業(yè)

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1、 題 目 基于PLC自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 英文并列題目 Design of Automatic Door Control System Based on PLC 目錄 一、緒論 4 (一) 背景及意義 4 (二) 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 5 二、 自動門控制系統(tǒng)的總體方案 5 (一) 功能分析 5 (二) 控制要求 6 (三) 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 6 三、 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 7 (一) PLC的選擇 7 (二) 驅(qū)動裝置的選擇 10 (三)

2、 感應(yīng)器件的選擇 10 (四) 直流電動機(jī)的選擇 11 1. 直流電動機(jī)的調(diào)速 11 2. 直流電動機(jī)的優(yōu)勢 13 3. 傳動裝置 13 4. 限位開關(guān) 13 （五）自動們控制系統(tǒng)的原理圖 14 四、 工作過程 15 (一) 工作過程的分析 15 (二) 梯形圖程序 15 五、 程序調(diào)試 18 (一) 硬件線路連接 18 (二) 聯(lián)機(jī)調(diào)試 18 六、 結(jié)論 19 參考文獻(xiàn) 20 致謝 21 附錄 22 基于PLC自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：經(jīng)濟(jì)發(fā)展到現(xiàn)在，中國的大都市遍

3、布著高樓大廈，各行業(yè)都在這里成長著，在這些大廈里安裝的自動門更是不足為奇的了。自動門作為一種通過感應(yīng)器來感受活動物體的出入的自動控制物體，使用方面了人們的出行。本文將通過使用PLC的理論來設(shè)計(jì)出有PLC為控制器的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： PLC；自動門；控制系統(tǒng) Design of Automatic Door Control System Based on PLC Abstract: Up to now, China's metropolitan areas are full of high-rise buildings, where various industries a

4、re growing. It is not surprising that automatic doors are installed in these buildings. As a kind of automatic control object, automatic door can sense the entry and exit of moving objects through sensors, and it can be used for people's travel. This paper will use the theory of PLC to design the au

5、tomatic door control system with PLC as the controller. Keywords: PLC, Automatic Door, Control system 一、緒論 (一) 背景及意義 改革開放以后，社會主義經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民手中的經(jīng)濟(jì)實(shí)力也是不斷地增強(qiáng)。對生活質(zhì)量的要求也是有所提高。自動門作為一種依靠感應(yīng)器的自動化電子產(chǎn)品具備它獨(dú)特的作用，是其他產(chǎn)品無法代替的。自動門現(xiàn)在普遍運(yùn)用于酒店、大廈、大型事業(yè)單位等，它具有嚴(yán)格謹(jǐn)慎的結(jié)構(gòu)，把過去的老式的自動門技術(shù)與現(xiàn)在在的控制系統(tǒng)結(jié)合起來，讓它只做到把室內(nèi)和室外完全的隔開，在它透露著豪華的外

6、觀面前做到了防塵、隔音、保溫的效果，以及它的安保設(shè)施，讓它成為酒店的之類場所裝飾的做最好的選擇。可是在人們關(guān)注它帶來的美觀和便利的時(shí)候，忽視它的帶來的安全隱患，所以，現(xiàn)在我們要設(shè)計(jì)出一種保留它原來所具有的美觀并且提高它的安全的可靠性的自動門。 過去的是依靠一個(gè)有微型計(jì)算機(jī)為主的控制器，由他接受傳感器的信號，讓操作者完成門的開關(guān)。這種自動門安裝復(fù)雜，耗時(shí)耗力，而且具有很大的安全隱患已經(jīng)可以被淘汰了，所以現(xiàn)在通過對PLC原理的理解設(shè)計(jì)出一種適合現(xiàn)代人們需求的自動門。 PLC(可編程邏輯控制器)是使用了一種可以編程的存儲器，采用這種存儲器的原來自身帶有的存儲程序執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)

7、與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC的具有鮮明的特點(diǎn)：方便使用，編程簡單，性價(jià)比高，適應(yīng)性強(qiáng)，系統(tǒng)簡單，安全性高等。 這次將自動門和PLC結(jié)合起來，可以大大的提高自動門的安全性能，帶來不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益，因此對自動門的設(shè)計(jì)是必要的。 (二) 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ?進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，國外的自動化技術(shù)的發(fā)展迅速，技術(shù)也是相比較國內(nèi)來說是成熟的了，而且取得了讓國內(nèi)嘆為觀止的成績。自動門的技術(shù)就包含著自動化技術(shù)的把內(nèi)容。在現(xiàn)在布滿自動化技術(shù)的生活中，自動門技術(shù)可以帶來了許多便利，如減少空調(diào)的電力消耗，減少噪音污染，防風(fēng)防塵。而且突出了

8、門口的莊重，所以從它一出來就被廣泛使用。 可是在國內(nèi)，自動門的自主研發(fā)依舊出于剛開始的階段。對于自動門的自主設(shè)計(jì)考慮的不是很全面，通過我的研究和觀察發(fā)現(xiàn)在自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中自動門的穩(wěn)定性、節(jié)能性、環(huán)保性、安全性、以及個(gè)性化都是需要在設(shè)計(jì)過程中考慮的因素。 目前我們所采用的自動門多是用智能控制這種方法，而對于智能控制器上的選擇還要考慮是選擇微計(jì)算機(jī)控制器還是PLC控制，當(dāng)然我們處于安全和穩(wěn)定性的考慮會選擇PLC的。 二、 自動門控制系統(tǒng)的總體方案 (一) 功能分析 這次的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是針對商場的入口處，商場的人流量過大，因此對自動門的安全性能和可靠性能要求會更高，對此我根據(jù)商場對自動門的

9、要求設(shè)計(jì)出來下面幾點(diǎn)功能： 1) 開關(guān)門的控制可分為自動和手動兩種，原因是可以方便維護(hù)，當(dāng)信號采集裝置檢測門口有活動物體的時(shí)候但是門沒有打開或者沒有活動物體接近但是門開了，可以通過PLC輸出信號控制門的開關(guān)。 2) 緊急停止功能 當(dāng)活動物體沒有通過門口時(shí)候，門就已經(jīng)關(guān)上，并且會對活動物體造成傷害的時(shí)候，可以閉合緊急停止開關(guān)， (二) 控制要求 1）當(dāng)有人通過光電檢測開關(guān)K1或開關(guān)K2的時(shí)候，開門執(zhí)行器KM1開始執(zhí)行這時(shí)電動機(jī)開始工作，當(dāng)它運(yùn)作到開關(guān)K3位置，電動機(jī)停止工作。 2）自動門會保持8秒的開門時(shí)間后，會自動開啟關(guān)門。關(guān)閉執(zhí)行器KM2啟動，電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)門移到關(guān)閉限位開關(guān)的4個(gè)

10、位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。 3）當(dāng)關(guān)門的時(shí)候，有活動物體通過光電檢測開關(guān)K2或開關(guān)K1的時(shí)候，可以馬上感應(yīng)到停止關(guān)門，自動開啟開門程序。 4）在開門8秒等待時(shí)間里，若有活動物體通過光電檢測開關(guān)K2或1K，一定要重新啟動8秒的等待時(shí)間，然后自動開啟關(guān)門程序，確保人身安全通過。 (三) 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 本設(shè)計(jì)主要是有兩個(gè)部分構(gòu)成的：PLC控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)成。使用自動和手動電動控制這兩個(gè)方法，實(shí)現(xiàn)了把PLC用作控制樞紐來控制傳動機(jī)構(gòu)的法子完成對門開、關(guān)的自動控制。 1) PLC簡述 PLC多用于工業(yè)生產(chǎn)的電控制器，它是從繼電器控制技術(shù)發(fā)展出來，又結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)。以微處理器為核心，把自動化

11、技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)結(jié)合為一體它利用它的內(nèi)存的程序把輸入的電路通過物理過程轉(zhuǎn)化為信息，進(jìn)而再利用輸出電路的物理過程對門的控制來實(shí)現(xiàn)的。 2) 具體結(jié)構(gòu) 如下圖: 由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件感應(yīng)到活動物體的時(shí)候?qū)⑿盘杺鹘oPLC,PLC根據(jù)受到的信號發(fā)出控制信號指示驅(qū)動裝置運(yùn)行，通過傳動裝置帶動自動門的運(yùn)行。 (一) 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 本文主要是針對人流量較多的商場，需要對周圍環(huán)境進(jìn)行分析，對自動門的傳動機(jī)構(gòu)考慮了下面幾點(diǎn)： （1） 傳動機(jī)構(gòu)的零件包括安裝板、軌道、門機(jī)、皮帶、吊掛件等。 （2） 使用零件都是插入式零件，易于安裝。 （3） 使用功率大的可調(diào)性強(qiáng)的直流電動機(jī)

12、。 （4） 采用水平雙導(dǎo)軌的方式，讓它正懸掛著，可以保證自動門的安全性 （5） 使用具有強(qiáng)度高，耐磨度好以及減少震動的尼龍滑輪， （6） 用齒形皮帶，將它的截面設(shè)計(jì)為曲面，可以抬高齒形的高度，延長了皮帶的使用時(shí)間。 三、 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) (一) PLC的選擇 在設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)的時(shí)候要考慮下面幾點(diǎn):第一步要確定好控制方案，然后對PLC的設(shè)計(jì)和選擇。在設(shè)計(jì)和選擇的時(shí)候要考慮PLC的特點(diǎn)、控制要求、任務(wù)、范圍、操作和行動。接著依據(jù)控制方案的要求，估算輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)、所需存儲器容量、PLC功能和外部設(shè)備特性。最后要選擇性能好的PLC及設(shè)計(jì)相對的控制系統(tǒng)。 1. 輸入輸出（I/

13、O）點(diǎn)數(shù)的估算 在估算I/O點(diǎn)時(shí)，應(yīng)采用適量原則。一般來說，根據(jù)統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)，把擴(kuò)展性提高到10%-20%。剩下的點(diǎn)數(shù)應(yīng)作為I/O點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。依據(jù)實(shí)際訂貨量，I/O點(diǎn)數(shù)的選擇應(yīng)依據(jù)生廠商PLC的產(chǎn)品特性進(jìn)行確證。因此依據(jù)上述估算的方法，本文的I/O點(diǎn)數(shù)的輸入、出都為12。 2. 存儲器容量的選擇 存儲器容量是為編程控制器提供的存放數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的多少。程序容量是存儲器中實(shí)際用的存儲多少，所以程序容量小于存儲器容量。在設(shè)計(jì)階段，因?yàn)橛脩舫绦驔]有編制，所以在設(shè)計(jì)階段的時(shí)候程序容量是不知道的多少，必須在程序調(diào)試后才能知道它的具體容量。為了在設(shè)計(jì)的選擇中能夠估計(jì)程序容量，一般使用存續(xù)器容量的估

14、算取代。但是存儲器的容量估計(jì)沒有一個(gè)公認(rèn)的公式。在大多數(shù)的文獻(xiàn)中提出了不同的公式，一般為I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，便可以作為存儲器中的總字?jǐn)?shù)以16位一個(gè)字。此外，按次數(shù)的25%的剩下的量數(shù)。對于文中PLC的存儲容量選擇適合它的儲存的程序，以便在未來的轉(zhuǎn)換過程中有足夠的空間。 3. 控制功能的選擇 對于這個(gè)的選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通訊功能、編程功能、診斷功能和處理速度等，依據(jù)需要的設(shè)計(jì)的自動門控制系統(tǒng)的要求，主要介紹了幾種功能的選擇。 ? 1）控制功能 PLC用的是順序邏輯控制。在大多數(shù)情況下，通常使用單回路或多回路控制器解決控制模擬信

15、號。也可使用專門的智能I/O完成所需的控制功能，可以提高PLC的處理速度，節(jié)省存儲器容量。 2）編程功能 離線編程方式：因?yàn)镻LC和編程器共用一個(gè)處理器。當(dāng)編程器處于編程模式時(shí)，處理器只服務(wù)于編程器，不能控制現(xiàn)場設(shè)備。在完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，處理器開始對現(xiàn)場設(shè)備控制，沒有辦法編程。離線編程可以降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，可是對使用和調(diào)試時(shí)是不方便的。 編程方法：CPU和編程器有自己的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)在掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行現(xiàn)場控制和數(shù)據(jù)交換。編程器將在線編制或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)上，在下一個(gè)掃描周期中，主機(jī)依據(jù)新接收的程序運(yùn)行。該方法成本高，可是在系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行方便。它常用于大

16、中型PLC中。 五種標(biāo)準(zhǔn)化語言：順序功能圖、梯形圖、功能模塊圖，三種圖形化語言和語言表、結(jié)構(gòu)文本兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守標(biāo)準(zhǔn)（IEC61131） ?3）診斷功能 PLC的診斷功能是對于硬件和軟件進(jìn)行診斷。硬件診斷利用硬件的邏輯判斷出現(xiàn)故障地方，軟件診斷包括內(nèi)部診斷和外部診斷。內(nèi)部診斷是經(jīng)過軟件對PLC的內(nèi)部性能和功能進(jìn)行診斷，外部診斷是通過軟件對PLC的處理器的外部輸入、輸出等部件的信息喚醒功能進(jìn)行診斷。PLC的診斷功能對操作人員和維修人員的技術(shù)能力和維護(hù)時(shí)長有所要求。 4. 機(jī)型的選擇 ? 1)PLC類型 按結(jié)構(gòu)分：整體型和模塊； 按應(yīng)用分：現(xiàn)場安裝

17、和控制室安裝； 按CPU字長分：1位、4位、8位、16位、32位、64位等。 如果考慮應(yīng)用這個(gè)方面的話，一般采用根據(jù)控制功能或I/O點(diǎn)數(shù)選擇型號。然而對于作為整體型的PLC的I/0點(diǎn)數(shù)是固定的，對此用戶可以不需要考慮這個(gè)方面，因?yàn)樗饕谛⌒涂刂葡到y(tǒng)上使用；而模塊型PLC可以提供多種I/0卡件或插卡，用戶可以合理的選擇和配置系統(tǒng)控制的I/0點(diǎn)數(shù)，它的功能無論是在開括還是使用上都是方便靈活，大部分在大中型控制系統(tǒng)上使用。 2）經(jīng)濟(jì)的考慮 選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性價(jià)比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。

18、輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響。點(diǎn)當(dāng)數(shù)增加到一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對PLC選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。本課題所設(shè)計(jì)的自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮因此選用整體型PLC。 對PLC的選擇，還要從性能、價(jià)格方面進(jìn)行比較。在考慮價(jià)格時(shí)，還應(yīng)考慮使用的可擴(kuò)展性等因素，進(jìn)行比較并加以考慮，最后選擇一種最為合適的。I/O點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到數(shù)值時(shí)，相應(yīng)的內(nèi)儲存量容量相應(yīng)上升。所以，點(diǎn)數(shù)的增加對PLC的選擇、儲存量容量、控制功能范圍等都有影響。為了使整個(gè)控制系統(tǒng)具有合理的性價(jià)

19、比，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的估計(jì)和選擇。文中設(shè)計(jì)的自動門屬于小型控制系統(tǒng)。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性，選用整體型的PLC。 5. 對PLC響應(yīng)時(shí)間的要求 對于多數(shù)場合，PLC的相應(yīng)時(shí)間基本上能滿足控制要求。響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間，輸出濾波時(shí)間和掃描周期。PLC的工作方式?jīng)Q定了他不能接受頻率過高或持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號，當(dāng)有此類信號輸入時(shí)需要選用掃描速度高的PLC或快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。 在大多數(shù)情況下，PLC的相應(yīng)時(shí)間基本能滿足控制要求。相應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間、輸出濾波時(shí)間和掃描周期。不能接受頻率過高或持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號是PLC的工作方式的決定的。當(dāng)有信號輸入時(shí)，需要選

20、擇高掃描速度的PLC或快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。 綜合以上因素，本文的設(shè)計(jì)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX1S小型PLC來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。 (二) 驅(qū)動裝置的選擇 自動門的驅(qū)動是自動門能否正常工作的重要保證。本文采用直流無刷電機(jī)。直流無刷電機(jī)具有功率密度高、噪聲低、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，有著交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行方便、維護(hù)方便又有直流電機(jī)線性機(jī)械特性、調(diào)速范圍寬、起動轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)。對需要“輕、小、薄、靜、精、可靠”等場合最好的選擇。本文設(shè)計(jì)采用了亞坦電機(jī)控制有限公司生產(chǎn)的45BLDC系列直流無刷電機(jī)。電機(jī)直徑是45，額定轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)，額定扭矩0.036N.m，功率15W-

21、100W，額定電壓24V 。 (三) 感應(yīng)器件的選擇 現(xiàn)在的自動門使用的感應(yīng)器件主要包括微波感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器等。微波感應(yīng)器又被叫做微波雷達(dá)是物體移動有所感應(yīng)，所以讓他的反應(yīng)速度加快，適合工作人員用正常速度走過場所，微波感應(yīng)器是利用電磁波的多普勒原理制作的儀器，用平面型作為天線感應(yīng)系統(tǒng)，把微處理器作為控制中心。全部重要零件都是用國外的先進(jìn)的零件，文中設(shè)計(jì)采用零件都可以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性。 以10.525GHz發(fā)射、接收的微波感應(yīng)器。它的探測方式具有非接觸探測、不受溫濕度和噪音的影響等優(yōu)點(diǎn)。 紅外感應(yīng)器作為一種對活動物體存有的反應(yīng)，無論可以活動的物體有沒有活動，只要在感應(yīng)器感應(yīng)的范圍里，他

22、都有所反映。當(dāng)然，通過調(diào)查紅外感應(yīng)器比微波感應(yīng)器的反應(yīng)速度要慢。 在不同的場所使用具有不同的功能、性能的自動控制系統(tǒng)，是自動系統(tǒng)的重要的位置，它的性能對自動門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定具有重要的影響，譬如酒店、寫字樓等可以選擇靈敏度強(qiáng)的感應(yīng)器；在路邊的銀行、商店等可以選擇窄一點(diǎn)區(qū)域的感應(yīng)器。依據(jù)文中需要采用上海順安達(dá)門業(yè)裝飾有限公司的微波自動門感應(yīng)器WB-300，它的規(guī)格如下： 圖1 (四) 直流電動機(jī)的選擇 1. 直流電動機(jī)的調(diào)速 通過把并勵(lì)和他勵(lì)直流電動機(jī)與交流異步電動機(jī)作比較發(fā)現(xiàn)直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)位高，維護(hù)也不便利，卻在調(diào)動速度的性能上具備著它本身的優(yōu)點(diǎn)。但是交流異步電動機(jī)在通

23、常下是不可以調(diào)速的，更不可以沒有級調(diào)速，所以，有些設(shè)備的調(diào)速有所要求的都可以使用直流電動機(jī)。這是因?yàn)橹绷麟妱訖C(jī)可以調(diào)速，而且它具有簡單的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。 直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： n=（U-IaRa）/KEΦ 由此可見，任意值的Ra、_和u都可以改變轉(zhuǎn)速，改變電樞電路外電阻的方法也可以調(diào)整轉(zhuǎn)速。但其缺點(diǎn)是能耗大，電機(jī)機(jī)械特性較軟，調(diào)速小，只能進(jìn)行調(diào)速，現(xiàn)在這種方法應(yīng)用較少。直流電動機(jī)調(diào)速的常用方法有調(diào)磁法和調(diào)壓法。 （1）調(diào)磁法 那就是改變磁通量。當(dāng)電源電壓U保持在額定值時(shí)，調(diào)整Rf并改變勵(lì)磁電流If以改變磁通量，所示。由于 n=U/KEΦ-Ra/KTKEΦ·T 有上述的公式知道，當(dāng)

24、磁通量減少時(shí)，n0升高，轉(zhuǎn)速降△n增大，但后者與磁通量2成反比，所以磁通量愈小，機(jī)械特性曲線愈陡，但仍具有一定硬度。在一定負(fù)載下，磁通量愈小，則n愈高。由于電動機(jī)在額狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，它的磁路已接近飽和，所以通常都是減小磁通（Φ＜Φn），將轉(zhuǎn)速往上調(diào)（n＞nn）。 調(diào)速的過程是：當(dāng)電位于恒定時(shí)，減小磁通量。受到機(jī)械慣性的影響，轉(zhuǎn)速產(chǎn)立即發(fā)生變化，于是反電動勢E=KE·Φ·n就減小，Ia隨之增加。由于Ia增加的影響超過磁通量減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩T=KTΦIa也就增加。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T＞Tc轉(zhuǎn)速n上升。隨著n的升高，反電動勢E增大，Ia和T也著減小，直到T=Tc時(shí)為止。可是這時(shí)轉(zhuǎn)速已比原來升高

25、了。 這是一定要指出，如果電動機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行，那么電樞電流是額定值，若調(diào)速時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍舊為額定值，因?yàn)門=KTΦIa，因此減小磁通量后Ia一定超過額定值，所以調(diào)速后負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定會減小。這種調(diào)速方法適用于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比而輸出功率基本恒功率調(diào)速的場合。 這種調(diào)速方法有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速平穩(wěn)，無級調(diào)速；調(diào)速經(jīng)濟(jì)，控制方便；機(jī)械特性更剛性，穩(wěn)定性好。 可是這種調(diào)速方法的局限性在于只能提高轉(zhuǎn)速，即調(diào)速后的轉(zhuǎn)速應(yīng)超過額定轉(zhuǎn)速。由于電機(jī)不允許超速過大，其轉(zhuǎn)速范圍受到限制。在實(shí)際應(yīng)用中，這種方法常用作電壓調(diào)速的輔助手段。 （2）調(diào)壓法 即改變電壓U。當(dāng)保持他勵(lì)電動機(jī)的勵(lì)磁電流If為額定值時(shí)，降低電

26、樞電壓U，如下： n=U/KT·Φ-Ra/KE·KT·Φ2· 可以看出，n0減小，但△n不變。因此，在一定的負(fù)載下，通過改變U，可以得到一組并聯(lián)的機(jī)械特性曲線。由于電樞電壓只能在低于電機(jī)額定電壓的方向上改變，所以轉(zhuǎn)速會降低（n n），調(diào)速過程是：當(dāng)磁通量保持不變時(shí)，減小由于速度變化，ED電壓U不會立即改變，反電動勢E暫時(shí)保持不變，因此電流IA減小，扭矩T減小。如果電阻扭矩tc保持不變，則t

27、有以下優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械特性硬，降壓后硬度不變，穩(wěn)定性好；調(diào)速范圍大；電樞電壓可均勻調(diào)節(jié)；可實(shí)現(xiàn)平滑的無級調(diào)速。這種調(diào)速方法的缺點(diǎn)是電壓調(diào)節(jié)需要專用設(shè)備，投資大。近年來，由于采用晶閘管整流電源來調(diào)節(jié)電機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速，這種方法的優(yōu)點(diǎn)讓它得到了廣泛的應(yīng)用，常用于印刷設(shè)備直流電機(jī)的調(diào)速。 2. 直流電動機(jī)的優(yōu)勢 由于直流電機(jī)的整定非常簡單，與異步電機(jī)相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 因?yàn)椴捎昧烁咝阅苡来挪牧希梢詼p小無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的尺寸，從而具有較低的慣性、較快的響應(yīng)速度和較高的轉(zhuǎn)矩慣性比。 （2） 無刷直流電機(jī)沒有用轉(zhuǎn)子損耗（轉(zhuǎn)子采用永磁材料），不需要定子勵(lì)磁電流分量（應(yīng)用新理論），效率高，功率密

28、度高。對于相同的輸出容量，交流異步電動機(jī)需要更多的功率整流器和逆變器。 （3） 因?yàn)闆]有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無刷直流電機(jī)不需要考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。 （4） 由于交流異步電動機(jī)的非線性特性，其控制非常復(fù)雜。無刷直流電機(jī)將其復(fù)雜的磁場定向控制簡化為無坐標(biāo)變換的離散轉(zhuǎn)子位置控制，速度范圍更寬，控制性能更好。 總之，無刷直流電機(jī)具有更高的功率密度（鐵芯利用率高），更高的效率和更好的控制性能?？紤]到節(jié)能、變頻器節(jié)能、提高生產(chǎn)率等因素，大大降低了用戶的綜合成本。因此在本文設(shè)計(jì)中選擇了無刷直流電機(jī)。 3. 傳動裝置 本控制系統(tǒng)中使用的傳輸裝置包括： （1） 自動門機(jī)行走軌道：與列車的軌道一樣，門機(jī)的起重輪系

29、統(tǒng)受到約束，可以在特定的方向上進(jìn)行。 （2） 自動門懸掛系統(tǒng)：用于懸掛活動門，在動力牽引下驅(qū)動門。 （3） 同步皮帶：用于傳輸電機(jī)所產(chǎn)動力，牽引自動門吊具走論系統(tǒng)。 （4） 同步帶：用于傳遞電機(jī)產(chǎn)生的動力，牽引自動門掛。 4. 限位開關(guān) 限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是利用生產(chǎn)機(jī)械的某些運(yùn)動部件碰撞發(fā)出控制指令的一種指令電器。一種自動控制裝置是用于控制生產(chǎn)機(jī)械的方向、速度、行程大小或位置。 限位開關(guān)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)床、起重機(jī)械和輕工業(yè)機(jī)械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械移動到一定位置時(shí)，行程開關(guān)通過機(jī)械活動部件的動作把機(jī)械信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)機(jī)械的控制，限制其移動和位置，并對生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行

30、必要的保護(hù)。 5. I/0分配表 I/0分配表是編制PLC程序的前提，也是現(xiàn)場接線調(diào)試的重要依據(jù)。 圖2：I/O分配表 （五）自動們控制系統(tǒng)的原理圖 1. 主電路及供電線路 圖4 2. 外圍接線 圖5 如上圖所示，KA1 KA2是由電感器控制的兩個(gè)繼電器。當(dāng)感應(yīng)器感應(yīng)到有熱源體的時(shí)，它會自動關(guān)閉。SQ1、SQ2為現(xiàn)場跳閘開關(guān)，檢查開關(guān)門是否在現(xiàn)場。SQ3和SQ4是開關(guān)減速跳閘開關(guān)。 四、 工作過程 (一) 工作過程的分析 根據(jù)本文的控制要求和安全要求，設(shè)計(jì)的程序按下圖所示的過程運(yùn)行，達(dá)到了系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)要求，完成了系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)。工作流程如下： （1）

31、首先，按下啟動按鈕，當(dāng)傳感器檢測到活動物體時(shí)，電機(jī)向前，驅(qū)動自動門進(jìn)行開門過程。 （2） 當(dāng)門全開時(shí)，開門限位開關(guān)打開，此時(shí)自動門停止，延時(shí)8秒。如果此時(shí)傳感器重新檢測到活動物體信號，則將重新執(zhí)行8秒延遲。 （3） 當(dāng)8秒的延遲完成時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)以執(zhí)行關(guān)閉過程。在關(guān)門過程中，當(dāng)傳感器重新檢測到活動物體的信號時(shí)，會中斷關(guān)門過程，并轉(zhuǎn)向開門過程。 （4） 考慮到自動門故障時(shí)使用自動控制系統(tǒng)的不適，設(shè)置了手動開啟和手動關(guān)閉。以上工作流程可以用附圖中的流程圖表示。 (二) 梯形圖程序 1. 梯形圖的概述 PLC是專業(yè)為工業(yè)控制而開發(fā)的設(shè)備。它的主要用戶是工廠的電氣技術(shù)人員。為了適應(yīng)自己的傳統(tǒng)

32、習(xí)慣和掌握能力，通常PLC不使用微機(jī)的編程語言，而是經(jīng)常使用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。1994年5月國際電工委員會（IEC）發(fā)布的IEC 1131-3（可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn)）詳細(xì)描述了語法、語義和以下五種編程語言：功能圖、梯形圖、功能塊圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本。梯形圖和功能塊圖是圖形語言，指令列表和結(jié)構(gòu)文本是書面語言，功能表是結(jié)構(gòu)塊控制的流程圖的一種。 梯形圖編程語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種設(shè)計(jì)語言。使用梯形圖編程語言。這種編程語言使用因果關(guān)系來描述事件的條件和結(jié)果。每個(gè)級聯(lián)都是因果關(guān)系。在級聯(lián)中，描述事件發(fā)生的條件在左側(cè)，事件結(jié)果在右側(cè)。 梯形圖設(shè)計(jì)語言是最常用的

33、編程語言。它來源于對繼電器邏輯控制系統(tǒng)的表述中。在工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員熟悉繼電器邏輯控制技術(shù)。所以，基于這種邏輯控制技術(shù)開發(fā)的梯形圖受到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)： （1） 與電氣操作原理圖相對應(yīng)，直觀性、對應(yīng)性。 （2） 與原繼電邏輯控制技術(shù)一致，容易掌握和學(xué)習(xí)。 （3） 與原繼電器邏輯控制技術(shù)不一樣，梯形圖中的功率流不是實(shí)際電流，而內(nèi)部繼電器不是實(shí)際繼電器，因此應(yīng)用應(yīng)不同于原繼電器邏輯控制技術(shù)的相關(guān)概念。 梯形圖是最常用的圖形編程語言。第一種編程語言稱為PLC，類似于電氣控制系統(tǒng)的電路圖。它具有直觀、易懂的優(yōu)點(diǎn)，易于工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)邏輯控

34、制。梯形圖通常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)被稱為編程。 2. 梯形圖的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)梯形圖的基本方法和步驟： （1） 首先，根據(jù)過程控制的要求，繪制控制流程圖，使其表達(dá)清晰、準(zhǔn)確。必要時(shí)，可將控制系統(tǒng)分解為幾個(gè)相對獨(dú)立的部分，以盡可能簡化并便于編程。 （2） 所有輸入信號（按鍵、行程限位開關(guān)、壓力開關(guān)、壓力、速度和時(shí)間傳感器）和輸出對象（接觸器、電磁閥、電機(jī)、指示燈等）單獨(dú)列出。I/O終端根據(jù)所采用的PLC型號內(nèi)部邏輯元件的數(shù)量范圍進(jìn)行分配和排列。 （3） 依據(jù)控制流程圖，對PLC中的相關(guān)邏輯元件（如輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）進(jìn)行定期的分配和利用，形成相應(yīng)的基本電路。 （4） 為

35、以梯形圖的形式描述控制要求，在繪制梯形圖時(shí)應(yīng)遵循編程原理。? （5） 在編譯程序列表時(shí)，可以按邏輯行的順序和梯形圖的邏輯單元（從上到下，從左到右）排列。 文中軟件采用三菱公司設(shè)計(jì)開發(fā)的GX Developer,選擇他的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循以下編程規(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，每個(gè)元件的觸點(diǎn)使用時(shí)沒有數(shù)量限制。 （2）梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點(diǎn)）。 （3）線圈不能直接接在左邊的母線上。 （4）在一個(gè)程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，他很容易引起誤操作，應(yīng)避免。 （5）在梯形圖中

36、沒有真實(shí)的電流流動，為了便于分析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，這個(gè)電流只能在梯形圖中單向流動—即從左向右流動，層次的改變只能從上向下流動。 （6）無論選用何種PLC機(jī)型，所使用的軟件編號（即地址）必須在該機(jī)型的有效范圍以內(nèi)。 根據(jù)上述規(guī)則和PLC的編程方法和思想，編制了文中的設(shè)計(jì)的自動門控制系統(tǒng)的梯形圖程序。下圖表述為該程序： 圖6 五、 程序調(diào)試 (一) 硬件線路連接 圖7 使用實(shí)驗(yàn)室中的可編程控制器試驗(yàn)臺，主機(jī)FXCPU224 cn ac/dc/rly，所提供的的電壓都是采用直流24v，調(diào)試的電路圖如上圖。 在模擬實(shí)驗(yàn)過程中，

37、由于受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，微波檢測信號和限位開關(guān)動作都是由按鈕（SB1、SB2、SB3、SB4）取代，SB0、SB11與按鈕相連。QA1和QA2由中間繼電器代替，中間繼電器的線圈電壓為24v。 (二) 聯(lián)機(jī)調(diào)試 （1） 如上圖所示，將線路連接到電源。。 （2） 寫在“GX?Developer?version8.52”上的軟件將通過“RS-232/PPI電纜”下載到“CPU224”。 （3） 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程記錄 按下啟動按鈕”SB0”的 1) 手動開/關(guān)門 現(xiàn)象一：當(dāng)按按鈕SB10時(shí)，電機(jī)M出現(xiàn)正轉(zhuǎn) 現(xiàn)象二：當(dāng)按手動開關(guān)按鈕SB11時(shí)，電機(jī)M出現(xiàn)反轉(zhuǎn) 2) 自動開/關(guān)門 現(xiàn)象一：

38、當(dāng)按下按鈕SB1或SB2時(shí)，電機(jī)M正轉(zhuǎn)； 當(dāng)按下按鈕SB4時(shí)，電機(jī)M停止轉(zhuǎn)動 現(xiàn)象二：當(dāng)電機(jī)M停止轉(zhuǎn)動時(shí)，定時(shí)器的時(shí)間延遲8秒。 再次按下按鈕SB1或SB2，計(jì)時(shí)器重新計(jì)時(shí)8秒。 現(xiàn)象三：當(dāng)8秒的延時(shí)完成后，M反轉(zhuǎn)； 如果在反轉(zhuǎn)過程中按下按鈕SB1或SB2，電機(jī)M反轉(zhuǎn)。 現(xiàn)象四： 按下緊急按鈕SB5時(shí)，電機(jī)M開始正轉(zhuǎn)。 六、 結(jié)論 本次課題研究基于PLC的自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。通過理論證明了本次設(shè)計(jì)的可行性，并進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。 本次調(diào)試后的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)能滿足實(shí)際要求，可是在實(shí)際運(yùn)用中，還應(yīng)考慮各部分的容量和技術(shù)參數(shù)，電源設(shè)計(jì)、系統(tǒng)接地、電纜設(shè)

39、計(jì)及鋪設(shè)、PLC輸出口的保護(hù)等問題，讓系統(tǒng)達(dá)到可以安全工作的狀態(tài)。因此，如果我們想將系統(tǒng)交付給用戶，就必須通過現(xiàn)場調(diào)試的測試。這給了我們一個(gè)高一級的問題，因?yàn)橐粋€(gè)很好的應(yīng)用軟件不能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)踐完成的了，這個(gè)系統(tǒng)需要不斷的改進(jìn)和完善，我們需要做大量的工作和時(shí)間測試。目前，系統(tǒng)還沒有實(shí)現(xiàn)完全的智能化，需要增加許多新的功能和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)真正的智能化控制。 參考文獻(xiàn) [1]郁漢琪，電氣控制與可編程序控制器，東南大學(xué)出版社，2006.3，30~38 [2]王永華，現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社 2

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