基于三菱PLC自動旋轉(zhuǎn)門的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計【含CAD圖紙和說明書】
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摘 要
三翼自動旋轉(zhuǎn)門作為自動門中的頂級產(chǎn)品，旋轉(zhuǎn)門給人以親切大方的感覺，同時營造出奢華的氣氛，堪稱建筑物的點睛之筆。其最大的特點在于它“永遠(yuǎn)開門，又永遠(yuǎn)關(guān)門”，即對于人來說，門總可以打開，可對于建筑物來說，門又總是關(guān)著。因此，自動旋轉(zhuǎn)門在功能方面具有獨特的發(fā)展。
本次的畢業(yè)設(shè)計主要論述了三翼自動旋轉(zhuǎn)門的系統(tǒng)設(shè)計過程，主要對控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)做了詳細(xì)的分析和設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)用PLC負(fù)責(zé)完成控制任務(wù)，根據(jù)要求選定PLC型號為FXOS-32MR-001,并查閱相關(guān)資料確定PLC接線圖。由變頻器來實現(xiàn)門體多種轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)功能，根據(jù)功能要求選取了佳靈JP6C-T9-0.75型變頻器，并畫出了其電控系統(tǒng)電氣原理圖。安全系統(tǒng)采用紅外線傳感器檢測進出旋轉(zhuǎn)門的人員流動，使用多個接觸式和非接觸式傳感器及光電接近開關(guān)來確保通行安全。
關(guān)鍵詞：自動旋轉(zhuǎn)門；控制系統(tǒng)；安全系統(tǒng)；PLC；變頻器
Abstract
Three wings automatic revolving door is leading products in automatic doors, it can give generously warm and feeling and creating luxurious atmosphere, Meanwhile, it is a eye in modern building . The biggest characteristic is that it "open and closed forever, forever", namely, the door for people to always can open doors, building and always closed. Therefore, the automatic revolving door in function of unique development.
The graduation design mainly discusses the design about control system and safely system of the three wings automatic revolving door. PLC is responsible for the task of controller and the function of rotational speed is rely on the VVF. According to the requirements of PLC for the selected models FXOS-32MR-001and related data PLC hookup。According to the function requirement JiaLing chose JP6C - T9-0.75 and type inverter control system of the electrical diagram。People passing in and off the revolving door is checked by the infrared ray sensor, the safety of people are ensured by many contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switches
KeyWords：automatic revolving door，control system，safely system，PLC，Inverter
目 錄
摘 要 I
Abstract I
1.緒論……………………………………………………………………………...…..1
1.1選題背景…………………………………………………………………1
1.1.1旋轉(zhuǎn)門淺析…………………………………………………….……....2
1.2自動旋轉(zhuǎn)門設(shè)計實例……………………………………………………3
2系統(tǒng)整體方案設(shè)計………………………………………………………………….5
2.1 PLC控制系統(tǒng)功能要求分析………………… ………………….….5
2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案 6
2.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 ..6
2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案……………………………………………….6
3.PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計…………………………………...……………………………..8
3.1PLC簡介………………………………………………………………….8
3.1.1PLC基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………………..8
3.1.2 PLC的工作原理…………………………………………………. ….12
3.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢……………………………………..….14
3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計……………………………………………..…16
3.2.1 PLC選型及I/O分配確定………………………………………..….16
3.2.2變頻器選型……………………………………………….…..………19
3.2.3傳感器選型及安全系統(tǒng)設(shè)計…………………………………..….…27
3.2.4其它設(shè)備選型………………………………………………..…….…33
3.2.5 PLC I/O接線圖設(shè)計………………………………………..………..33
3.2.6電控系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計…………………………………..….……33
結(jié)論…………………………………………………………………………………..37
致謝…………………………………………………………………………………..38
參考文獻…………………………………………………..…………………………39
摘 要
摘 要
三翼自動旋轉(zhuǎn)門作為自動門中的頂級產(chǎn)品，旋轉(zhuǎn)門給人以親切大方的感覺，同時營造出奢華的氣氛，堪稱建筑物的點睛之筆。其最大的特點在于它“永遠(yuǎn)開門，又永遠(yuǎn)關(guān)門”，即對于人來說，門總可以打開，可對于建筑物來說，門又總是關(guān)著。因此，自動旋轉(zhuǎn)門在功能方面具有獨特的發(fā)展。
本次的畢業(yè)設(shè)計主要論述了三翼自動旋轉(zhuǎn)門的系統(tǒng)設(shè)計過程，主要對控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)做了詳細(xì)的分析和設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)用PLC負(fù)責(zé)完成控制任務(wù)，根據(jù)要求選定PLC型號為FXOS-32MR-001,并查閱相關(guān)資料確定PLC接線圖。由變頻器來實現(xiàn)門體多種轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)功能，根據(jù)功能要求選取了佳靈JP6C-T9-0.75型變頻器，并畫出了其電控系統(tǒng)電氣原理圖。安全系統(tǒng)采用紅外線傳感器檢測進出旋轉(zhuǎn)門的人員流動，使用多個接觸式和非接觸式傳感器及光電接近開關(guān)來確保通行安全。
關(guān)鍵詞：自動旋轉(zhuǎn)門；控制系統(tǒng)；安全系統(tǒng)；PLC；變頻器
Abstract
Abstract
Three wings automatic revolving door is leading products in automatic doors, it can give generously warm and feeling and creating luxurious atmosphere, Meanwhile, it is a eye in modern building . The biggest characteristic is that it "open and closed forever, forever", namely, the door for people to always can open doors, building and always closed. Therefore, the automatic revolving door in function of unique development.
The graduation design mainly discusses the design about control system and safely system of the three wings automatic revolving door. PLC is responsible for the task of controller and the function of rotational speed is rely on the VVF. According to the requirements of PLC for the selected models FXOS-32MR-001and related data PLC hookup。According to the function requirement JiaLing chose JP6C - T9-0.75 and type inverter control system of the electrical diagram。People passing in and off the revolving door is checked by the infrared ray sensor, the safety of people are ensured by many contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switches
KeyWords：automatic revolving door，control system，safely system，PLC，Inverter
- I -
目 錄
目 錄
摘 要 I
Abstract I
1.緒論……………………………………………………………………………...…..1
1.1選題背景…………………………………………………………………1
1.1.1旋轉(zhuǎn)門淺析…………………………………………………….……....2
1.2自動旋轉(zhuǎn)門設(shè)計實例……………………………………………………3
2系統(tǒng)整體方案設(shè)計………………………………………………………………….5
2.1 PLC控制系統(tǒng)功能要求分析………………… ………………….….5
2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案 6
2.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 ..6
2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案……………………………………………….6
3.PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計…………………………………...……………………………..8
3.1PLC簡介………………………………………………………………….8
3.1.1PLC基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………………..8
3.1.2 PLC的工作原理…………………………………………………. ….12
3.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢……………………………………..….14
3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計……………………………………………..…16
3.2.1 PLC選型及I/O分配確定………………………………………..….16
3.2.2變頻器選型……………………………………………….…..………19
3.2.3傳感器選型及安全系統(tǒng)設(shè)計…………………………………..….…27
3.2.4其它設(shè)備選型………………………………………………..…….…33
3.2.5 PLC I/O接線圖設(shè)計………………………………………..………..33
3.2.6電控系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計…………………………………..….……33
結(jié)論…………………………………………………………………………………..37
致謝…………………………………………………………………………………..38
參考文獻…………………………………………………..…………………………39
1 緒論
1 緒 論
1.1選題背景
旋轉(zhuǎn)門起源于荷蘭，至今已有一百年的歷史，在這段時間內(nèi)，從以前意義的專門到今天的全自動旋轉(zhuǎn)門，旋轉(zhuǎn)門經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展歷史。其種類較多，按控制方式可分為全自動旋轉(zhuǎn)門、半自動旋轉(zhuǎn)門和手動旋轉(zhuǎn)門；按旋轉(zhuǎn)翼結(jié)構(gòu)方式可分為兩翼旋轉(zhuǎn)門、三翼旋轉(zhuǎn)門和四翼旋轉(zhuǎn)門；按結(jié)構(gòu)材料科分為金屬框架旋轉(zhuǎn)門、水晶旋轉(zhuǎn)門和木旋轉(zhuǎn)門。
國外自動旋轉(zhuǎn)門發(fā)展較早。器技術(shù)也較為成熟。自動旋轉(zhuǎn)門的傳動系統(tǒng)技術(shù)具有節(jié)能、低噪音、傳動平穩(wěn)、壽命長、性能可靠等優(yōu)點；控制系統(tǒng)采用數(shù)字化設(shè)計的系統(tǒng)作為控制中樞，有功能更強大，操作更簡便等優(yōu)點；檢測安全系統(tǒng)采用先進的紅外與微波感應(yīng)技術(shù)，用于感知物體的移動，操縱門體的運行，使用各種安全檢測傳感器，實現(xiàn)防夾、防撞、防碰功能。與此同時某些廠家生產(chǎn)的自動旋轉(zhuǎn)門還具有遠(yuǎn)程控制和液晶顯示功能。
新中國成立以來，特別是改革開放以后，旋轉(zhuǎn)門也大量的出現(xiàn)在我國的各種公共和高檔場合。在我們高樓聳立的大都市，在大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動門已經(jīng)是隨處可見。自動門不但能給我們帶來人員進出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息。
自動旋轉(zhuǎn)門是樓宇設(shè)備中的光機電一體化技術(shù)產(chǎn)品，它給人以親切大方的感覺，同時營造出奢華的氣氛，其全新的概念，寬敞的開放門面和高格調(diào)的設(shè)計，堪稱建筑物的點睛之筆，立足于建筑時代大潮的最前端。大廈在需要持續(xù)不斷的人流出入的同時，又要保持建筑物內(nèi)良好的空氣循環(huán)及環(huán)境的優(yōu)美，這是建筑師所遇到的一大難題，而旋轉(zhuǎn)門為大廈提供了理想的解決方案，它可有效地防風(fēng)、防塵和隔音，從而改善了大廈入口附近的環(huán)境。旋轉(zhuǎn)門的最大優(yōu)點在于它"永遠(yuǎn)開門，又永遠(yuǎn)關(guān)門"，即對于行人來說，門總可以打開，可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。自動旋轉(zhuǎn)門由于其永遠(yuǎn)開啟的同時又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點，使其動態(tài)密封效果較好。因此，自動旋轉(zhuǎn)門在功能方面具有獨特的發(fā)展。
1.2旋轉(zhuǎn)門淺析
1) 旋轉(zhuǎn)門的定義
旋轉(zhuǎn)門：單扇或多扇沿豎軸轉(zhuǎn)動的門叫旋轉(zhuǎn)門。
自動旋轉(zhuǎn)門：利用各種控制器、信號控制，實現(xiàn)單扇或多扇沿豎軸自動轉(zhuǎn)動和自動停止的門叫自動旋轉(zhuǎn)門。
自動門中的頂級產(chǎn)品，旋轉(zhuǎn)門給人以親切大方的感覺，同時營造出奢華的氣氛，其寬敞的開放門面和高格調(diào)設(shè)計，堪稱建筑物的點睛之筆。其全新的概念，無可動搖地立足于建筑時代大潮的最前端。但其高造價也不是一般人能接受的。
2）自動旋轉(zhuǎn)門的結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的三翼和四翼旋轉(zhuǎn)門就是這種結(jié)構(gòu)，即中心門軸通過軸承機構(gòu)垂直安裝于地面，三個或四個門翼呈發(fā)散式固定在中心門軸上，各門扇之間的角度相等，人在內(nèi)扇之間推動（按逆時針）門扇，就成為一個手動旋轉(zhuǎn)門。中心門軸的上方安裝電動機及其他電氣控制部件，再配以感應(yīng)裝置和安全裝置，就成為自動旋轉(zhuǎn)門。這種結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定性，使用的可靠性很高，使用壽命長。考慮到旋轉(zhuǎn)門在停止時一定要密封，所以三翼旋轉(zhuǎn)門的每個分隔可以容納更多的人，可是門的凈開口的寬度較小。而四翼旋轉(zhuǎn)門的每個分隔可以容納較少的人，可是門的凈開口寬度卻較大。
但是，這種旋轉(zhuǎn)門門翼與中心軸的固定方式?jīng)Q定了門扇寬度不能太大，所以這種旋轉(zhuǎn)門的直徑最大只有約4M。為了解這一問題，工程師們將中心門軸設(shè)計成了中間展示室，相對減小了門扇寬度，增加了電機對門中心的旋轉(zhuǎn)作用力矩，使這種旋轉(zhuǎn)門的最大直徑擴大到6M，中間展示室又有很好的裝飾效果。作為通道門的自動旋轉(zhuǎn)門還要考慮緊急狀態(tài)時人員的快速疏散，于是旋轉(zhuǎn)門的門翼要能夠在停電時手動推開，所以帶緊急打開功能的自動旋轉(zhuǎn)門采用特制的類似合頁的門體接五金件?？墒钱?dāng)風(fēng)壓很大時，這種門扇結(jié)構(gòu)容易被風(fēng)吹開。五金件的強度也成為這種自動旋轉(zhuǎn)門的主要質(zhì)量問題之一。國際自動旋轉(zhuǎn)門生產(chǎn)廠又設(shè)計了專用的電磁鎖，在斷電時才使門扇可以被推動。
3）自動旋轉(zhuǎn)門的性能
大廈在需要持續(xù)不斷的人流出入的同時，又要保持建筑物內(nèi)良好的空氣循環(huán)及環(huán)境的優(yōu)美，這是建筑師所遇到的一大難題，而旋轉(zhuǎn)門為大廈提供了理想的解決方案，它可有效地防風(fēng)、防塵和隔音，從而改善了大廈入口附近的環(huán)境。旋轉(zhuǎn)門的最大優(yōu)點在于它"永遠(yuǎn)開門，又永遠(yuǎn)關(guān)門"，即對于行人來說，門總可以打開，可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。自動旋轉(zhuǎn)門由于其永遠(yuǎn)開啟的同時又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點，使其動態(tài)密封效果較好。因此，自動旋轉(zhuǎn)門在保安功能方面具有獨特的發(fā)展，但在人員流量方面自動旋轉(zhuǎn)門卻沒有優(yōu)勢，因為門的轉(zhuǎn)速是固定的，每個門翼之間可容納的人員也是有限的。每種自動旋轉(zhuǎn)門都有標(biāo)定的人員流量數(shù)值。
自動旋轉(zhuǎn)門由于其永遠(yuǎn)開啟的同時又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點，使其動態(tài)密封效果在經(jīng)常使用的條件下相對于其它兩種自動門要好。由于自動旋轉(zhuǎn)門的人流量有限，在大型公共場合還是選擇其它兩種自動門，畢竟自動旋轉(zhuǎn)門的本成較高。通常在自動旋轉(zhuǎn)門兩側(cè)另設(shè)自動或手動平開門，一方面增加通行能力，另一方面當(dāng)自動旋轉(zhuǎn)門出現(xiàn)故障時，不影響人的通過。但是在靜態(tài)密封效果方面，自動旋轉(zhuǎn)門遠(yuǎn)不如其它自動門，因為其門體運動方式?jīng)Q定著只能使用毛條密封。
4) 旋轉(zhuǎn)門在我國的市場前景
隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定地增長，2008年北京申奧成功和WTO的加入。從本世紀(jì)開始，我國進入了全面建設(shè)小康社會的新階段，創(chuàng)造美好生活環(huán)境是裝飾業(yè)發(fā)展的巨大推動力?，F(xiàn)代城市建筑物裝飾裝修中，將高科技應(yīng)用到建筑物的外觀形象上，使城市建筑的入口體現(xiàn)出智能化。對門的選擇由單一的功用型向個性化、品位化發(fā)展，旋轉(zhuǎn)門以其全新的概念，寬敞開放的門面和高格調(diào)的設(shè)計，自然成為當(dāng)代的建筑裝飾的主流，無可質(zhì)疑的必選設(shè)施?？胺Q建筑物的點睛之筆。
1.3 自動旋轉(zhuǎn)門設(shè)計實例
自動旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)門、接近傳感器、可編程序控制器和變頻器組成。
1）旋轉(zhuǎn)門及接近傳感器
該旋轉(zhuǎn)門由4扇玻璃門相互垂直地鑲嵌在同一個軸柱上構(gòu)成，電機通過減速機構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)門的軸柱，從而產(chǎn)生門的旋轉(zhuǎn)運動。
為了實現(xiàn)系統(tǒng)的全部自動化和智能化，系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)門圓形框架的上端，安裝了4個接近傳感器，其中3個面向進門的行人，一個面向出門的行人；在門框外側(cè)的邊沿上分別安裝了2套防夾傳感器；在圓弧門框外側(cè)的表面上，分別安裝了暫停按鍵和殘疾人專用換速按鍵。
2）可編程控制器PLC
該系統(tǒng)利用三菱公司的FXOS-32MR-001系列PLC，作為該系統(tǒng)的控制指揮中心。該PLC把來自旋轉(zhuǎn)門現(xiàn)場的檢測信號、變頻器的狀態(tài)信號以及樓宇自動監(jiān)控系統(tǒng)的指令，經(jīng)過收集、處理后，完成對變頻器的頻率控制和對樓宇自動監(jiān)控系統(tǒng)的信息反饋。
3）變頻器
? 由于旋轉(zhuǎn)門處于公共場所，行人或物品阻礙旋轉(zhuǎn)門正常旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象時常發(fā)生，因此導(dǎo)致電動機的負(fù)載變化大、過電流現(xiàn)象發(fā)生頻繁，所以選用通用JP6C-T9-0.75型變頻器。該變頻器具有快速響應(yīng)的電流限制功能，當(dāng)負(fù)載波動相當(dāng)大時，變頻器不跳閘，能自動減速運行；當(dāng)負(fù)載恢復(fù)正常時，變頻器能自動升速到設(shè)定值。使用該變頻器，電動機低速驅(qū)動能力強，起動轉(zhuǎn)矩能達到額定值的150％。該變頻器還具有電壓自整定等一系列先進功能。
4）旋轉(zhuǎn)門運行狀態(tài)診斷程序
?? 樓宇自動監(jiān)控系統(tǒng)除了使用攝像機獲取旋轉(zhuǎn)門的外部工作狀態(tài)信息外，還需要使用PLC獲取旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)信息。所以在編輯控制系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)診斷程序時，不但要照顧到現(xiàn)場維護人員能利用PLC診斷故障，還照顧到樓宇自動監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確、方便地使用PLC提供的診斷信息。
綜上所述，該旋轉(zhuǎn)門設(shè)計新穎、外觀大方、功能齊全、使用控制方便，，行人所接觸到的按鍵也能夠保證安全。同時，接近傳感器的可靠性也是實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)自動化和智能化關(guān)鍵之一。是集機電于一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。同時其較好地滿足了廣大用戶的求，擴大了PLC和通用變額器的應(yīng)用范圍，提高了旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)的自動化和智能化程度，深受物業(yè)管理行業(yè)科技人員和維護人員的青睬。
7
2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計
2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計
2.1 PLC控制系統(tǒng)功能要求分析
PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計需滿足如下幾個功能：
(1)自動轉(zhuǎn)停功能
來人時自動啟動，并以正常轉(zhuǎn)速動轉(zhuǎn)，15s時無人進出，則自動停轉(zhuǎn)并封門。
(2)殘疾變速功能
旋轉(zhuǎn)門設(shè)有低速，中速，高速三種旋轉(zhuǎn)速度，分別對應(yīng)殘疾，middle和high三個按鈕進行切換，以適應(yīng)殘疾人通過、正常運轉(zhuǎn)和緊急疏散對轉(zhuǎn)速的不同要求。30s內(nèi)始終以2r/min的速度低速運轉(zhuǎn)，此時按中速（Middle）和高速（High）無效，以確保殘疾人安全通過。30s后來人，門自動以正常速度運轉(zhuǎn)。
(3)防夾功能
當(dāng)門扇運轉(zhuǎn)靠近曲壁立柱時，如果行人試圖從兩者之間(防夾區(qū))進入旋轉(zhuǎn)門，則門立即自動停轉(zhuǎn)以防夾傷行人。行人離開防夾區(qū)，門自動恢復(fù)運轉(zhuǎn)。
(4)防撞功能
行人緊靠右側(cè)立柱或遇到物體碰撞右側(cè)立柱,則旋轉(zhuǎn)門馬上停轉(zhuǎn)，以防止撞傷行人或撞壞物體，行人或物體離開右側(cè)立柱,自動門恢復(fù)運轉(zhuǎn)。
(5)防碰功能
行人在旋轉(zhuǎn)門內(nèi)通行過程中，如遇到門扇碰到行人腳后跟，則門立即停轉(zhuǎn)，以防止碰傷行人。行人離開門扇，門自動恢復(fù)旋轉(zhuǎn)。
(6)急停功能
當(dāng)出現(xiàn)緊急意外事故十，按下急停按鈕，門立即停轉(zhuǎn)，解除急停信號，門又自動恢復(fù)運轉(zhuǎn)。
(7)暫停功能(STOP按鈕)
與急停功能相當(dāng)，不同的是按STOP鈕后，必須用殘疾，middle和high三個按鈕中的一個進行恢復(fù)。
(8)電動機過載保護功能
當(dāng)電動機過載時，門停轉(zhuǎn)并且指示燈閃爍報警。過載消除后門自動恢復(fù)運轉(zhuǎn)。
(9)變頻器報警輸出和延時自動復(fù)位功能
當(dāng)變頻器過壓或過流時，關(guān)閉輸出，門停轉(zhuǎn)并報警( 指示燈閃爍)，延時3s自動復(fù)位。
2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案
2.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則
1) 最大限度地滿足被控對象的控制要求
充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。
2) 保證控制系統(tǒng)的安全可靠
保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。
3）滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單經(jīng)濟適用和維修方
在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。
4）選擇PLC是要考慮生產(chǎn)和工藝改進所需的余量
由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷提高，設(shè)計時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有余量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。
2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案
自動旋轉(zhuǎn)門PLC控制系統(tǒng)由信號輸入元件、輸出執(zhí)行元件、顯示器件和PLC構(gòu)成。因此，自動旋轉(zhuǎn)門PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，就包括這些器件的選取和連接等。
1)選取信號輸入器件、輸出執(zhí)行器件、顯示器件等
為了滿足自動旋轉(zhuǎn)門的各種功能，需要選取紅外感應(yīng)器、防碰傳感器、防撞傳感器、防夾傳感器及相應(yīng)開關(guān)等。其輸入信號在進入PLC后，可以在PLC內(nèi)部多次重復(fù)使用，而且還可獲得其常開、常閉、延時等各種形式的觸電。因此，所選用信號輸入器件有一個觸點。輸出器件則選取相同電源電壓、工作電流較小的器件。顯示器件則選取壽命較長，而且工作電流較小的LED器件。
2)設(shè)計控制系統(tǒng)主回路
由于行人可能有殘疾人，故自動旋轉(zhuǎn)門需選取變頻器來滿足其要求。合理進行調(diào)速，按此設(shè)計控制系統(tǒng)主回路，繪制電控系統(tǒng)電氣原理圖。
3)選取PLC
根據(jù)自動旋轉(zhuǎn)門輸入、輸出信號的數(shù)量，以及輸入輸出信號的空間分布，程序容量的大致情況等條件選擇PLC。
4)進行I/O分配
根據(jù)自動旋轉(zhuǎn)門的設(shè)計要求及輸入輸出信號，進行I/O分配。繪制PLC I/O接線圖。
5)編寫使用說明書。
PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計
3 PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計
3.1 PLC簡介
3.1.1 PLC基本結(jié)構(gòu)
PLC硬件基本結(jié)構(gòu)主要有中央處理單元（CPU）、存儲器、I/O接口電路（或稱為I/O模塊）、通信接口、擴展接口和電源等部分組成。其中，CPU是PLC核心，I/O模塊是連接現(xiàn)場I/O設(shè)備與CPU之間的橋梁，通信接口用于與編程器、上位計算機等外圍設(shè)備連接。
1）中央處理單元（CPU）
同一般的微機一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU隨機型不同而不同，常用有三類，通用微處理器（如Z80、8086、80286等）、單片微處理器（如8031、8096等）和位片式微處理器（如AMD29W等）。小型PLC得多采用8位通用微處理器和單片微處理器，中型PLC大多采用16位微處理器和單片微處理器，大型PLC大 同一般的微機一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU隨機型不同而不同，常用有三類多采用高速位片式微處理器。
目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，而中、大型PLC則大多為雙CPU系統(tǒng)，甚至有些PLC中國多達8個CPU。對于雙CPU系統(tǒng)，一般一個為字處理器，通常采用8位或16位處理器，另一個為位處理器，采用各廠商設(shè)計制造的專用芯片。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編程器接口功能，監(jiān)視內(nèi)部定時器，監(jiān)視掃描時間，處理字節(jié)指令以及對系統(tǒng)總線和微處理器進行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實現(xiàn)PLC編程語言向機器語言轉(zhuǎn)換。位處理器的采用提高了PLC的速度，是PLC更好的滿足實時控制的要求。
在PLC中，CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進行工作，歸納起來主要有以下幾個方面：
（1）接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。
（2）診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。
（3）通過輸入接口接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入印象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中。
（4）從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過解釋后執(zhí)行。
（5）根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出印象寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實現(xiàn)輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。
2）存儲器
存儲器主要有兩種，一種可讀/寫操作的隨機存儲器（RAM），另一種是只讀存儲器（ROM）、可編程只讀存儲器（PROM）、電可編程只讀存儲器（EPROM）和電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）。在PLC中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)等。
系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠商編寫的，與PLC的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運行的平臺。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，而且在PLC使用過程中不會變動，所以是由制造廠商直接固化在ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。
用戶程序是隨PLC的控制對象而定，由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運行正常不需要改變時，可將其固化在EPROM中。先在許多PLC直接采用EEPROM或閃速（Flash）ROM作為用戶存儲器。
工作數(shù)據(jù)是PLC運行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)，它存放在RAM中，以適應(yīng)隨機存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲器中，設(shè)有存放I/O繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等邏輯器件的存儲區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運行情況而確定的。根據(jù)需要部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉點時用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉點時可保存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。
由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接關(guān)系，所以在PLC產(chǎn)品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量一般指用戶程序存儲器。當(dāng)PLC提供的用戶程序存儲器容量不夠用時，許多PLC還提供存儲器擴展功能。
3）I/O接口電路
I/O接口電路通常也稱為I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進行控制的依據(jù)。同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控對象，以達到控制目的。
由于外圍輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口可以實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況能夠直觀的顯示出來，以便于維護。
PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的I/O接口以便用戶選用。I/O接口模塊的主要類型有：開關(guān)量（數(shù)字量）輸入、開關(guān)量輸出和模擬量輸入、模擬量輸出等。
常用開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同分為三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口。
常用開關(guān)量輸出接口按其輸出功率開關(guān)器件分為三種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出電路可驅(qū)動交流或直流負(fù)載，但其響應(yīng)時間長，動作頻率低；晶體管輸出電路的響應(yīng)時間快，動作頻率高，只能用于驅(qū)動直流負(fù)載；雙向晶閘管VT輸出接口的響應(yīng)速度快，只能用于驅(qū)動交流負(fù)載。
PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)稱為PLC的I/O點數(shù)。I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當(dāng)系統(tǒng)的I/O點數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統(tǒng)進行擴展。
4）通信接口
PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與打印機、監(jiān)視器、其他PLC計算機等設(shè)備實現(xiàn)通信。PLC與打印機連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來。與其他PLC連接，可組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制。與計算機連接，可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通訊接口模塊。
5）編程裝置
編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機對話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護PLC不可缺少的工具。編程裝置可以使專用編程器，也可以是配有專用編程軟件包的通用計算機系統(tǒng)。專用編程器是由PLC廠商生產(chǎn)，專供該廠商生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲器接插口等部件組成。專用編程器分為簡易編程器和智能編程器兩類。
簡易編程器只能聯(lián)機編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，須將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。簡易編程器體積小、價格便宜，他可以直接插在PLC的編程插座上，或者用專用電纜與PLC相連，以方便編程和調(diào)試。
圖形編程器又稱智能編程器，本質(zhì)上它是一臺專用便攜式計算機。它既可聯(lián)機編程，又可脫機編程。可直接輸入和編輯梯形圖程序，使用更加直觀、方便，但價格較高，操作也比較復(fù)雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動器，提供錄音機接口和打印機接口。
專用編程器只能對指定廠商的幾種PLC進行編程，使用范圍有限，價格較高。同時由于PLC產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，所以專用編程器的生命周期也十分有限?；趥€人計算機的程序開發(fā)系統(tǒng)功能強大的特點，它既可以編制、修改PLC的梯形圖程序，又可以監(jiān)視系統(tǒng)運行、打印文件、系統(tǒng)仿真等。配上相應(yīng)的軟件還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析等功能。
因此，先在的趨勢是使用一個人計算機為基礎(chǔ)的編程裝置，用戶只要購買PLC廠商提供的編程軟件和相應(yīng)的編程電纜即可。這樣，用戶只用較少的投資就能得到高性能的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)了。
6）電源及其他外圍設(shè)備
PLC配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。它對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值15％的范圍內(nèi)波動。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器供電。
其他外圍設(shè)備
除了以上所述的部件和設(shè)備外，PLC還有許多外圍設(shè)備，如EPROM寫入器、外存儲器、人機接口裝置等。
EPROM寫入器是用來將用戶程序固化到EPROM中的一種PLC外圍設(shè)備。為了使調(diào)試好的用戶程序不易丟失，經(jīng)常用EPROM寫入器將PLC內(nèi)RAM保存到EPROM中。
PLC內(nèi)部的半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存儲器。有時可用外部的磁帶、磁盤和用半導(dǎo)體存儲器做成的存儲盒等來存儲PLC的用戶程序，這些存儲器件稱為外存儲器。外存儲器一般是通過編程器或其他智能模塊提供的接口，實現(xiàn)與內(nèi)存儲器之間相互傳送用戶程序。
人機接口裝置用來實現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)的對話、交互功能。最簡單、最普遍的人機接口裝置由安裝在控制臺上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、撥碼開關(guān)、指示燈、LED顯示器、聲光報警器等器件構(gòu)成。
對于PLC系統(tǒng)，現(xiàn)在普遍采用半智能型人機接口裝置和智能型終端人機接口裝置。圖形操作終端作為人機接口有自己的微處理器和存儲器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過通信接口與PLC相連，也可作為獨立的節(jié)點介入PLC網(wǎng)絡(luò)。
3.1.2 PLC的工作原理
。
PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。RUN狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)。STOP狀態(tài)一般用于程序的編制、修改和下載。為了使PLC的輸出能夠及時相應(yīng)可能隨時變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機或切換到STOP狀態(tài)，因此PLC采用的是周期循環(huán)掃描工作方式。
一個掃描周期可分為以下5個階段：內(nèi)部處理階段、通信服務(wù)階段、輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。CPU對用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描過程，并且是采用周期性地集中輸入采樣、集中輸出刷新的方式來完成的。
1）內(nèi)部處理階段
CPU對PLC內(nèi)部的硬件作故障檢查，復(fù)位監(jiān)控定時等。
2）通信服務(wù)階段
通信服務(wù)階段是掃描周期的信息處理階段，PLC與外圍設(shè)備、編程器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等進行通信，CPU處理從通信端口接收到的信息。
當(dāng)PLC處于STOP狀態(tài)時，只執(zhí)行以上兩個階段的操作。當(dāng)PLC處于RUN狀態(tài)時，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新階段的操作。
在PLC存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。PLC梯形圖中的其他編程軟件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。
3）輸入采樣（輸入處理）階段
每次掃描周期開始時，先讀取輸入端子的當(dāng)前值，然后寫到輸入映像寄存器中。在隨后的用戶程序執(zhí)行的過程中，CPU訪問輸入映像寄存器，而非讀取輸入端子的狀態(tài)，通常要求輸入信號有足夠的脈沖寬度，才能被相應(yīng)。
4）程序執(zhí)行階段
用戶程序執(zhí)行階段，PLC按照梯形圖的順序，自左而右、自上而下地逐步掃描，在這一階段中，CPU從用戶程序的第一條指令開始執(zhí)行直到最后一條指令結(jié)束，程序運行結(jié)果放入輸出映像寄存器和其他軟元件映像寄存器中。CPU逐條解釋并執(zhí)行用戶程序。在此階段，允許對數(shù)字量I/O指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進行處理，在掃描周期的各個部分，均可對中斷事件進行響應(yīng)。
5）輸出刷新（輸出處理）階段
每個掃描周期結(jié)束時，CPU先把存在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)寫入輸出鎖存器中。再輸出到數(shù)字量輸出端子，以更新輸出狀態(tài)。然后PLC進入下一個循環(huán)周期，重新執(zhí)行輸入采樣階段，周而復(fù)始。
綜上所述，在輸入處理階段，PLC把所有外部輸入電路的接通/斷開狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。外接的輸入觸電接通時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入觸點電路斷開時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了改變，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只可能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束為止。在執(zhí)行指令時，從輸入映像寄存器或其他元件映像寄存器中將有關(guān)編程軟件的0/1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到對應(yīng)的元件映像寄存器中。因此，各編程元件的映像寄存器的內(nèi)容會隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU將輸入映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。梯形圖中某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。上面某一編程軟件（如輸入繼電器、輸出繼電器）對應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時，稱該編程元件為ON，元件映像寄存器為“0”狀態(tài)時，稱該編程元件為OFF。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負(fù)載通電工作。如果梯形圖中輸出繼電器的線圈“斷電”，對應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)。在輸出刷新階段之后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。
3.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢
1）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域
目前，PLC已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。現(xiàn)代PLC已經(jīng)不僅僅具有邏輯判斷和順序控制功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)處理和通信連網(wǎng)等功能。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域大體可歸為如下幾類：
（1）開關(guān)量的邏輯控制
這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路。實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺 設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線，如注塑機、印刷機、食品機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
（2）運動控制
PLC用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電動機或伺服機電動機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠商的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種運動機械、機床、機器人、電梯等場合。
（3）過程控制
過程控制是指對溫度、壓力、流量和物位等緩慢變化的連續(xù)模擬量的閉環(huán)控制。為了使PLC處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠商都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使PLC可用于控制模擬量。作為工業(yè)控制計算機，對PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)中用的較多的調(diào)節(jié)方法，大中型PLC都有PID模塊，許多小型PLC目前也具有了這種功能模塊。PID運算處理一般是在PLC內(nèi)部運行專用的PID子程序，其過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有著非常廣泛的應(yīng)用。
（4）數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序。查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺麄兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)，也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型過程控制系統(tǒng)。
（5）通信及連網(wǎng)
PLC通信包括PLC間的通信及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅猛，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新生產(chǎn)的PLC都具有通信網(wǎng)絡(luò)接口，通常非常方便。
2）PLC的發(fā)展及其前景
PLC的發(fā)展大體上可分為3個階段：
(1)形成期（1970―1974年）
在這一期間PLC以計算的面貌與用戶見面。在軟件上采用機器碼和匯編語言編寫應(yīng)用程序，在硬件上采用中小規(guī)模集成電路構(gòu)成系統(tǒng)。其功能僅限于開關(guān)邏輯控制，且價格昂貴，只在一些大型生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線上使用。
(2)成熟期（1973―1978年）
在這一時期，一方面隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，出現(xiàn)了以微處理器為核心的新一代PLC，另一方面采用了梯形圖語言，通俗易懂。由此稱為PLC，且技術(shù)也日趨完善。
(3)大發(fā)展時期（1977――至今）
由于PLC技術(shù)的發(fā)展始終保持兩個特點：一是繼承繼電器控制系統(tǒng)的特點，二是應(yīng)用了計算機技術(shù)。所以隨著PLC應(yīng)用的擴大，全面促進了PLC的生產(chǎn)和研究，產(chǎn)品的品種也越來越多，需求量也越來越大，而且很受歡迎，PLC也成為工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的基礎(chǔ)自動化設(shè)備。國家已形成為重要產(chǎn)業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界PLC總銷售額1987年為25億美元，1988年為31億美元，比前一年增長24％。1989年為36億美元，比上一年增長16％。而且新的生產(chǎn)家不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度增加，價格也普遍下降。
21世紀(jì)，PLC將會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用在PLC設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、功能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，PLC和其他工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)，是PLC技術(shù)發(fā)展方向之一?？梢姡F(xiàn)代PLC的發(fā)展有兩個重要趨勢：其一是向體積更小、速度更快、功能更強和價格更低的微小型方面發(fā)展；其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能性方面發(fā)展。
3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
3.2.1 PLC選型及I/O分配確定
三翼自動旋轉(zhuǎn)門控制是開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，而且控制速度不高，在其控制中沒有模擬量輸入，也沒有比較環(huán)節(jié)等，因此不需要A/D轉(zhuǎn)換功能、PID調(diào)節(jié)功能、閉環(huán)控制功能、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。三翼旋轉(zhuǎn)門控制對PLC的處理速度要求不高，允許執(zhí)行一條基本指令的時間不超過0.5us；不需要采用高速響應(yīng)模塊。同時，旋轉(zhuǎn)門的運作過程比較固定，環(huán)境條件比較好，控制過程不復(fù)雜，因此可選用三菱公司FXOS-32MR-001系列PLC機型，它是一種疊裝式結(jié)構(gòu)的小型PLC。他指令豐富、功能強大、可靠性高、適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)緊湊、便于擴展、性價比高，可以近乎完美的滿足小規(guī)?？刂频囊?。
分析控制系統(tǒng)的I/O接點數(shù)
表1 輸入地址分配表
輸入地址
對應(yīng)的外部設(shè)配
X0.0
急停按鈕
X0.1
殘疾按鈕
X0.2
STOP開關(guān)
X0.3
Middle開關(guān)
X0.4
High高速按鈕
X0.5
鎖鑰
X0.6
直流制動接近開關(guān)
X0.7
防夾接近開關(guān)1
X1.0
紅外線傳感器1
X1.1
防撞傳感器1
X1.2
防碰傳感器1
X1.3
防夾傳感器1
X1.4
變頻器報警輸出
X1.5
鎖門接近開關(guān)
X1.6
防夾接近開關(guān)2
X1.7
紅外線傳感器2
X2.0
紅外線傳感器3
X2.1
紅外線傳感器4
X2.2
防撞傳感器2
X2.3
防碰傳感器2
X2.4
防碰傳感器2
X2.5
防夾傳感器3
X2.6
過熱繼電器
表2 輸出地址分配表
輸出地址
信號內(nèi)容
Y0.0
上電及報警信號
Y0.1
電磁鎖控制繼電器
Y0.2
電動機啟停
Y0.3
高速控制
Y0.4
低速控制
Y0.6
直流制動
Y0.7
變頻器復(fù)位
通過對三翼旋轉(zhuǎn)門輸入/出信號的分析可知：
輸入點有23個,輸出點共7個。按照預(yù)留15%-20%的接點數(shù)來計算，輸入點至少要30個輸出接點至少要10個。
因此PLC所需要的I/O端口必須大于23/7，一般來說應(yīng)預(yù)留30 %的點數(shù)來方便以后的改進，但如果因為預(yù)留需選擇更高級的PLC時，這樣做是不值得的，何況這個系統(tǒng)控制功能較為穩(wěn)定。那么可以初選定三菱FXOS-32MR-001，此模塊有16點輸入/16點輸出。
2）容量大小估算
本系統(tǒng)為個簡單控制系統(tǒng)，按一般經(jīng)驗來估算，同時根據(jù)上面對I/O接點的分析主要有：
開關(guān)量輸入字節(jié)數(shù)：30×15=450
開關(guān)量輸出字節(jié)數(shù)：10×8=80
系統(tǒng)推斷定時器/計數(shù)器字節(jié)數(shù)：8×1=8
總計大約需要538個字節(jié)數(shù)容量。加上預(yù)留30%，有1K的程序容量足夠了。
而三菱FXOS-32MR-001系列模塊有用戶存儲器容量位2560字，遠(yuǎn)大于所需存儲器的容量。因此，此模塊是完全符合要求的。
綜上幾點所述，本控制系統(tǒng)就選擇三菱FXOS-14MR-001系列模塊作為控制系統(tǒng)的硬件支持來實現(xiàn)三翼自動旋轉(zhuǎn)門的控制。
表3 FXOS-32MR-001技術(shù)指標(biāo)
型號
FXOS-32MR-001
外
形
尺
寸
（L190W82H62mm）
程序存儲容量
4096字
數(shù)據(jù)存儲容量
2560字
本機I/O
16入/16出
擴展模塊數(shù)量
7
掉電保持時間
190小時
脈沖輸出（DC）
2路20KHz
通訊口
2RS-485
I/O映象區(qū)
256（128入/128出）
布爾指令執(zhí)行速度
0.37us/指令
圖1 FXOS-32MR-001外部結(jié)構(gòu)圖
圖 2 FXOS-32MR-001端子接線圖
3.2.2 變頻器選型
變頻器的選擇主要涉及變頻器容量的選擇，而變頻器的容量又由很多因數(shù)決定，如電動機的容量，電動機的額定電流，電動機加速時間等，其中最主要的電動機的額定電流。
表4 電機參數(shù)表
電動機型號
額定功率（KW）
額定電流（A）
額定電壓（V）
效率（%）
功率因素
電機轉(zhuǎn)動慣量
飛輪的轉(zhuǎn)動慣量
Y80M1-4
0.55
1.51
380
73.0
0.76
2.3
0.0018
0.6
1)驅(qū)動一臺電動機
對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的變頻器必須同時滿足下列3項計算公式：
滿足負(fù)載輸出/KVA： 式(3.1)
滿足電動機容量/KVA： 式(3.2)
滿足電動機電流/A： 式（3.3)
式中： ―變頻器的容量/KVA
―負(fù)載要求的電動機軸輸出功率/KW
―電動機額定電壓/v
―電動機額定電流/A
―電動機效率
―電動機功率因數(shù)
―電流波形補償系數(shù)，k約為1.05~1.1。
由于三翼自動旋轉(zhuǎn)門是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，又因為三翼旋轉(zhuǎn)門的轉(zhuǎn)速不允許超過額定值，電機不會過載。因而可以選用通用的變頻器，只要所選用的變頻器滿足一般環(huán)境下使用即可。根據(jù)以上的計算的數(shù)據(jù)，選用佳靈JP6C-T9-0.75變頻器。其性能參數(shù)如下：
表5變頻器參數(shù)表
變頻器型號
JP6C-T9-0.75
適配電動機功率/kW
0.75
額
定
電
流
額定容量/KVA
2.0
電壓/V
3相,380~440
額定頻率/Hz
50/60
額定電流/A
2.5
額定過載
短時間
額定電流的150%1min
電
源
相數(shù),電壓,頻率
3相,380~440,50Hz/60Hz
允許波動
電壓10%~15%,頻率5%~15%
瞬間電壓降低范圍
310V以上,繼續(xù)運轉(zhuǎn)
所需電源容量/KVA
1.2
輸
出
功
率
調(diào)整
最高頻率/Hz
50~400可變設(shè)定
基本頻率/Hz
50~400可變設(shè)定
啟動頻率/Hz
0.5~60可變設(shè)定
載波頻率/Hz
2~6可變設(shè)定
精度
模擬設(shè)定
設(shè)定分辨率
模擬設(shè)定
控
制
制
動
電壓/頻率特性
用基本頻率可變設(shè)定320~440V
電矩提升
自動:按照負(fù)載轉(zhuǎn)矩,調(diào)整至最佳
手動設(shè)定:0.1~20.0編碼設(shè)定
啟動轉(zhuǎn)矩
150%以上(轉(zhuǎn)矩矢量控制)
制動轉(zhuǎn)矩
100%以上
可選使用時
150%以上(用DBR時)
直流制動
可設(shè)定制動開關(guān)開始頻率,時間等
外殼防護等級
IP40
冷卻方式
自冷
質(zhì)量/kg
2.4
圖3變頻器電器接線圖
表6 控制電路端子功能說明表
分類
端子
符號
端子名稱
功能說明
模
擬
輸
入
V1
模擬信號
輸入端子
接受模擬電壓，參考地：GND，輸出電壓范圍DC0~10V
C1
模擬信號輸入端子
接受模擬電壓,電流輸入，參考地：GND，輸入電壓范圍DC0~5V，0~10V，2~10V，輸入電流范圍DC0~20mA，4~20mA。
C2
模擬信號輸入端子
接受模擬電壓,電流輸入，參考地：GND，輸入電壓范圍DC1~5V，2~10V，輸入電流范圍DC4~20mA。
控
制
輸
入
控制輸入
FWD
正傳運行、停止指令輸入端
FWD-CM之間接通，正傳運行，斷開則減速停止。
FWD-CM與REV-CM同時接通時，減速后停止。但是，在選擇模式運行時，而成為暫停。
REV
REV-CM之間接通，反傳運行，斷開則減速停止。
BX
自由運轉(zhuǎn)指令輸入端
BX-CM之間接通，立即切斷變頻器輸出，電動機自由運轉(zhuǎn)后停止，不輸出報警信號。
THR
外部報警輸入端
在運行中若THR-CM之間斷開，變頻器的輸出切斷，電動機自由運轉(zhuǎn)，并輸出報警。這個信號在內(nèi)部自保持，RST輸入就被復(fù)位?？捎糜谥苿与娮柽^熱保護等。
RST
復(fù)位信號輸入端
RST-CM之間接通，解除變頻器跳閘后的保持狀態(tài)。沒有清除故障原因時，不能解除保護狀態(tài)。
X1、X2、X3
多段頻率選擇輸入端
通過X1~CM，X2~CM，X3~CM之間的接通/斷開的組合，多段頻率設(shè)定1~7段（1速~7速，功能碼：Cd34~Cd40）是有效的。
X4、X5
多功能端子
通過X4~CM，X5~CM之間接通/斷開的組合，能選擇最多4種加速時間功能碼：Cd05，Cd06， Cd49~ Cd54。
HLD
點動運轉(zhuǎn)指令輸入端
HLD-CM接通時為點動運行狀態(tài)。
Y4、Y5
轉(zhuǎn)速控制輸入端
Y4~CM，Y5~CM分別連接光碼盤輸出信號
CM
接點輸入
公用端
接點輸入信號公用端
模
擬
輸
出
FMA
模擬量輸出端
選擇一個項目用直流電流輸出。
0~10V
模擬電壓輸出端子
0~10V，變頻器的模擬電壓輸出端子，輸出電壓隨頻率的升高而升高，要接儀表。
4~20mA
模擬電流輸出端子
4~20mA，變頻器的模擬電流輸出端子，輸出電流隨頻率的升高而升高，可接儀表。
電
源
+24V
外控電源
用于傳感器電源，24V±10% 50mA
+10V
模擬電源
用于頻率設(shè)定電源，10V±10% 15mA
GND
模擬信號地
輸
出
繼
電
器
30A、30B、30C
故障輸出端
無源觸點，30A與30C是常開觸點，30B與30C是常閉觸點，用于故障報警輸出，接點容量220VAC，0.5A。
FA、FC
運行狀態(tài)
輸出端
運行狀態(tài)輸出端，接點容量220VAC，0.5A，有JK4進行選擇常開或常閉。端子JK4：1,2短接，F(xiàn)A，F(xiàn)C為運行繼電器的常開觸點；2,3短接，F(xiàn)A，F(xiàn)C為運行繼電器的常閉觸點。
開路集電極輸出
Y1、Y2、Y3
開路集電極輸出端
開路集電極輸出端，允許負(fù)載27VDC，50mA
CME
輸出公用地端
Y1、Y2、Y3等輸出端的公用地
圖 4 變頻器觸摸面板按鍵說明
3.2.3 傳感器選型及安全系統(tǒng)設(shè)計
1）傳感器的定義及其分類
國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。
“傳感器”在新韋式大詞典中定義為: “從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件”。 根據(jù)這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式。
（1）按其工作原理，傳感器可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類 ：
物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。
化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。
（2）按照其用途，傳感器可分類為：
壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器 、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器?速度傳感器、加速度傳
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