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1、I 附件 1 毕业设计(论文)任务书 一、毕 业设计(论文)题目：PLC自 动 门 控 制 系 统 的 设 计 二、毕业设计（论文）工作自 年 月 日起至 年 月 日止 三、毕业设计（论文）进行地点：西安机电信息技师学院 毕业设计（论文）的内容：为了增强自动门运行的可靠性,提出了一种以 S7-200 可编程序控制器(PLC)为核心的自动门控制系统。分析了该控制系统的工作原理,描述了系统的硬件组成,介绍了人体感应探测、自动门运行位置检测、门运行障碍检测等控制电路的工作过程,对 PLC 的选型及 I/O点的确定进行了说明。结合 PLC 的运行特点,对控制系统的工作流程作了合理的优化。在此基础上,采
2、用结构化的编程方法,给出了主程序模块、开门子程序模块、关门子程序模块的程序流程 图。系统 已通 过硬件 和软 件 调试,在 实际中获得 了应用。应用结 果表 明,整个 系统 功能完善,性 能 可靠。负责指导老 师:指 导 教 师:接受 设计（论文）任务 并 开 始执 行日 期：学 生 签 名:II 摘 要 随着科学技术的日新月异，我们的生活发生了巨大的变化。一个智能化、自动化的社会已经开始呈现于我们的眼前，这为我们提供了非常多的便利。其中自动门就是自动化进程中的一个典型代表，此设计就是运用所学的知识，结合实际需要而进行研究的。为了增强自动门运行的可靠性,提出了一种以 S7-200可编程序控制器
3、(PLC)为核心的自动门控制系统。分析了该控制系统的工作原理,描述了系统的硬件组成,介绍了人体感应探测、自动门运行位置检测、门运行障碍检测等控制电路的工作过程,对 PLC 的 选 型 及 I/O点的 确定 进行了 说明。结合 PLC 的运行 特点,对控制系统的工作 流 程作了合理的 优 化。在 此基础上,采 用结 构 化的编程 方法,给 出了 主 程序 模块、开门 子 程序 模块、关 门 子 程序 模块 的程序 流 程 图。系统已 通 过硬件 和软 件 调试,在 实际中 获得 了应用。应用结 果 表 明,整 个系统功 能 完善,性能可靠。合 PLC 的运行 特点，对控制系统的工作 流 程作了合
4、理的 优 化。在 此 基础上，给 出了控制系统 软 件设计的程序 流 程 图、顺 序 功 能 图、外部端子接线图及 PLC 控制 梯形图 等。本 设计介绍应用可编程控制器 取 代 传 统的 继 电器、接触 器控制系统，实现自动门控制的过程。关键词：可编程控制器；S7-200；自动门；控制系统 III 目 录 摘 要.ABSTRACT.前言.第一章 绪论.1.1 研究背景与研究意义1.2 自动门的简介.1.3 自动门的组成及分类 1.3.1 自动门的组成 1.3.2 自动门的分类 1.4 本章小结.第二章 PLC 的介绍及选择.2.1 PLC 的简介2.2 PLC 的主要功能及特点2.2.1 P
5、LC 的主要功能2.2.2 PLC 的特点2.3 PLC 的组成与基本结构2.3.1 PLC 的硬件系统2.4 PLC 的工作原理2.4 本章小结第三章 自动门的执行机构的设计 3.1 稳压电源设计3.2 无刷直流电机的应用3.3 本章小结第四章 自动门的硬件设计.4.1 自动感应门的基本工作原理4.2 限位开关的工作原理4.3 光电开关的工作原理4.4 无刷直流电动机的工作原理4.5 PLC 的选择4.5.1 输入输出（I/O）点数的估算.4.5.2 存储器容量的选择4.5.3 控制功能的选择4.5.4 机型的选择 4.5.5 对 PLC 响应时间的选择4.6 自动门的硬件部分4.6.1 驱
6、动装置选型4.6.2 感应器选型 4.6.3 自动门系统 I/O地址的分配情况.4.7 本章小结第五章 自动门的软件系统.IV 5.1 控制系统流程设计5.3 MCGS组态控制设计5.3.1 自动门组态控制对象分析:5.3.2 自动门监控系统初方案指定5.3.2 自动门组态控制实时数据5.4 PLC 梯形图的设计5.4.1 梯形图编辑注意事项5.4.2 梯形图以及指令 5.4.3 过程分析.5.5 本章小结.结 论.参考文献.致 谢.附录 A：自动门硬件电路图.附录 B：自动门 MCGS 组态监控图及脚本程序自动门 MCGS 组态监控画面 自动门组态控制脚本程序：.1 前言 自动门控制系统，在
7、现当代社会是一个应用非常广泛的设备，自动门已经广泛应用于酒店、银行、超市、停车场或公共建筑等入口，其主要核心部分自动门控制系统正是我们这论文的主要研究讨论的课题。自动门是指:可以将人接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置，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 的控制装置是可 编程控制器（以 下简称 PLC）,PLC 是一种 专 门为 工业环境
8、下 应用 而 设 计 的 数字运算操 作的电 子 装置。它采用可以 编 制程 序 的 存储 器，用 来 在其 内 部 存储执 行逻辑运算、顺序运算、计时、计数 和 算术运算 等 操 作的指 令，并能通过 数字式 或 模拟式 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 点例如：各 种用可识别感 应器控制的自动 专 用门。这是实现 生活 自动 化进 程的一个 重 要 组 成部分。自动门的 问
9、题研究，其控制系统可 追溯到 早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已 逐渐被淘汰。而基 于 PLC（可 编 程控制器，以 下 统一用“PLC”表示）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 此 设 计中，我以 西 门 子 公 司 S7-200系 列 PLC 为控制系统的核心元件，作信号的 处理工 作。而感 应部分，采用 BISS0001芯片与 RE200B 热释 电元件 的 组合，实现人或 物 体 进出时 的信号 转换 装置。而 实现门的开 与 关，则 用 直流电 机 作为动 力 装置，配 以继电器控制 来达到 电 机 正 反转 动
10、作，并 加上 行程开关作为 限位，以实现 该功 能，因 为以 上 器 件 在 生活中 非常 容易购买，且价格适宜，同时也便 于 维护，非常 适合 广泛 生产 应用。本 课题 所 研究的自动门控制系统，主要通过 PLC 作为控制 基础，加上 对 红外热释 电 传感 器的应用，从而 实现 了 门的“自动”功 能，此 设 计拓展了 PLC 的应用 层面，增加了 实现自动门控制系统的 选择 性。2 第一章 绪论 本章主要从自动门的研究背景与意义、自动门的介绍及起源、自动门的组成及分类三个部分来对自动门进行简单的了解。1.1 研究背景与研究意义 21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性:有效的
11、防范通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。自动门大规模专业化生产始于 150年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模专业制造商。门的高级形式自动门起源在欧美，迅速发展至今，已经形成了种类齐全、功能完善、造 工精细 的自动门 家族。大中 型公共场所，为这些 建筑 增添 了 亮丽、时 尚 的 姿态。自动门从理论 上 理解 应该是 门的 使用观 念的 延伸，是人们根据需 要对门的功能的 提升 和完善。所 以对自动门的 认识应该 从 人们 对门功能的要 求开 始。作为 建筑 物 一部分的门，从 最基 本的意义 上讲，要同时
12、满足隔离外 部环境和不 妨碍人 的通行 这两 种要 求。因此门体本 身应牢固、密封。自动门的 普 及和 应用，改变 了 人们 的防 护 意 识，提升 了 人们 的安全 观 念。自动门 除可 美化出 入口 环境 外，由 于中 国没 有 相关 的自动门 国家标准，导致 自动门档次、质量良莠 不齐。如果你没 有 使用 过自动门，最好选择 一个 由 专业 厂 生产、能 提供较 完善 售后服务 的自动门 品牌（目 前有 很多 自动门 品牌是 有一 些贸易公司购买 散 件 加 上 自 己拼装而 成，应尽量避免购买此 类产 品）。不要 认为样 本 上 全 是外国语，资料也是外国语 的商 品就是 进 口 商
13、品，其实这样是违反国家 规 定 的。真正 的 知名品牌，合法 的商 品 不 会这样做。由 于自动门在通 电后可 以 实 现 无人看管，同时 又可节约空 调能源、防 风、防尘、降低噪音，既方便又提 高了建筑的 档次，浴室 迅速在 国内外 的建筑 市场上得到 大范围的 普 及。同时 也几乎 成 为 了 银 行，写字楼，酒店等办公娱乐场所装修所不 可少 的一 项配置。自动门 平移 门 最常见 的形式 是 自动门 机 及门 内外两侧 加 雷达，当人走近 自动门时，雷达感应到人 的 存 在，给控 制 器 一个 开 门 信号，控 制 器 通过 驱 动 装置将 门打开。当人 通过门 之后，再将 门 关闭。由
14、 于自动 平移 门在通 电后可 以 实 现 无人管理，既方便又提 高了建筑的 档次，于 是 迅速在 国内外 建筑 市场上得到 大范围的 普3 及。自动门的开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用。红外传感器对物体存在进行反应，不管人员是否移动，只要在处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员出入的场所。1.2 自动门的简介 自动门
15、英文名：automatic door 自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用，受此影响，世界第一自动门 品牌多玛 在1945年开 发 出 油压式、空气式 自动门，新 建 大楼 的正门 也 开始使用 了。到了 1962年，电气式已 开始出 现，之 后 伴随着城 市的建 设，自动门 技术 的 领域每 年都在 增加。当初，用 供给 建筑物用 电 源进行 电 动机的速度 控制很难，只 好 进行 油压、空压 速度 控制，转换但 因 能 源 利 用 效率很低，然 而 伴随着电气控制 的 技术发展，现在 电气控制技术已经成熟，直接控制电 动机的 电
16、气式 自动门 逐渐成为主流。例如：各 种用 可识别控制 的自动 专 用门，如：感应自动门(红外感应,微波感应,触 摸 感应,脚踏 感应)、刷卡 自动门 等。利 用 脚踏板、光电束等 作用以 电力、气压或液压为 动 力 自动 启 闭门 扇 的 系统。公元 1世纪,希腊 人 希罗 建 造 的自动 打 开 庙 门的 装置 是 最早利 用 气压 和 液压为 动力 的自动门。如图 所 示，祭坛 点 火 使 1的 空气膨胀，水流 入 2，利 用 水 的 重量 使轴 3转 动,将 门 打 开。祭坛灭火，门即自动关闭。现 代自动门的 操 作 主 要有 三 种方。脚踏板式：在 踏板之下装 有 压力 开关。光电束
17、式：在门的附近 设置光束发射装置 和 光电 传感 装置。按钮方式：用 手按类似 开关的 按钮 使门 扇打 开。自动门以 滑 动、铰链或折叠等方式启 闭门 扇。为了防盗，必须同时装 有特 殊 的 设备，例如家庭 用的自动门就 需 要 装设来 人 识别装置或电视监视 器 等，对 家庭 以外的人员进行 严格限制。自动门在 商 场、宾馆、饭店、机场、车站、银 行 等 场 合已得到广泛 应用。4 1.3 自动门的组成及分类 1.3.1 自动门的组成 主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令、指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控制器调节门扇开启速度、开启幅度等
18、参数。感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。门扇行运轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行。门扇吊具走轮系统：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下 带 动门扇运行。同 步皮带（有的 厂家 使用 三角皮带）：用于 传输 马达 所产 动力，牵引门扇吊具走轮系统。下部 导 向系统：是门扇下部的 导 向与定 位装置，防止 门扇在运行时出 现前后门体 摆 动。1.3.2 自动门的分类 自动门主 要 有:旋转 自动门、弧形 自动门、平滑 自动门、平 开自动
19、门、折叠自动门、重叠 自动门、医 用自动门、卷闸 自动门、车 库 自动门、特 种 自动门。如图 1.1：弧形 自动门 双重平 移自动门 双 扇 平 移自动门 图 1-1 自动门分类 5 1.4 本章小结 本章主要介绍了自动门控制系统的研究意义与背景、自动门的介绍与起源、自动门的组成及分类。主要是对自动门的发展历史以及其基本概念有一个大致的了解，为下面的设计打下一个基础。6 第二章 PLC 的介绍及选择 可编程控制器（Programmable Controller 简称 PLC）。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，
20、目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的控制系统。可编程控制器具有能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单等优点，是当代工业生产自动化的主要手段和重要的自动化控制设备。由于 PLC在自动化控制中的种种优势，因此被广泛的引用于自动门系统中。2.1 PLC 的简介 由于 PLC在不断发展，因此，对它进行确切的定义是比较困难的。美 国 电 气制 造商协会（NEMA）经过四年 的 调查 工 作，于 1980年正式将 可编程序控制器 命名为 PC（Programmable Controller），但为 了 与个人 计算机 PC（Personal Computer）相区别，常将 可
21、编程控制器简称 为 PLC，并给 PLC作 了定义：可编程序控制器是一种 带 有 指令存储 器、数 字 的 或模拟 的 输 入 输出接口，以位运 算 为主，能 完 成逻辑、顺序、定时、计数和 运 算等功能，用于控制器 或 产生 过 程的自动化控制装置。1982年，国际 电工 委员会（International Electrical Committee，IEC）颁布 了 PLC标准草案 第一 稿，1985年提交 了第二 稿，并 在 1987年 的 3稿 中对 PLC作 了 如下 的定义：“PLC是一种数 字运 算的电子系统，专为 工业 环境下应 用而设计。它 采 用可编程序控制器的 存储 器，用
22、来在 其内部存储 执行逻辑 运 算、顺序 运算、定时、计数和算术 运 算等 操作 的 指令，并 能通 过 数 字式或模拟式 的 输 入，控制 各 种 类 型的机 械或 生产 过 程。可编程控制器及 其 有 关 的 外围 设备，都应按照易于 与 工业控制系统形成一 个整体、易 于 扩 展 其 功能的 原则 而设计。”上 述 的定义 表明，PLC是一种能 直接应 用于工业 环境 的数 字 电子装置，是 以微 处理 器 为 基础，结合 计算机技术、自动控制技术和通 信 技术，用 面向 控制 过 程、面向 用 户 的“自 然语言”编程是一种简单 易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。7 2
23、.2 PLC 的主要功能及特点 2.2.1 PLC 的主要功能 1.开关逻辑和顺序控制 这是 PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种控制要求。2.模拟控制（A/D和 D/A控制）在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。过去，PLC长于逻辑运算控制，对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统，目前大部分 PLC产品都具备处理这类模拟量的功能，而且编程和使用方便。3.定时/计数控制 PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，定时间
24、隔 可以 由 用户 加 以 设 定；对于计数器，如 果 需要对 频率较高 的 信号 进行计数，则 可以 选择高速 计数器。4步 进控制 PLC为用户提供 了一 定数量的位 移寄存 器，用位 移寄存 器可方便 地 完成 步 进控制功能。5.运 动 控制 在 机械加 工行业，可编程序控制器与计算 机 数控（CNC）集 成在 一起，用以完成 机床 的运 动 控制。6.数 据 处理 大部分 PLC都具有 不同 程度的数 据 处理能力，它 不仅 能进行算 术 运算、数 据传送，而且 还 能进行数 据比较、数 据转换、数 据显示打印 等 操作，有些 PLC还 可以进行 浮 点运算和 函 数运算。7.通信联
25、网 PLC具有 通信联网 的功能，它使 PLC与 PLC之 间、PLC与计算 机 以及 其他智能 设 备 之 间能 够交换信息，形 成 一 个统 一 的 整体，实现分 散集 中控制。2.2.2 PLC 的特点 1.可靠 性高，抗干扰 能力强 2.配套齐全，功能完 善，适 用 性 强 3.易学易 用，深受 工程 技术人员欢迎 8 4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 5.体积小，重量轻，能耗低 2.3 PLC 的组成与基本结构 PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PLC也是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入/输出接口，具有更
26、适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。因此，PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。2.3.1 PLC 的硬件系统 PLC 的硬件系统由主机系统（如图 2.1）、输入/输出扩展环节及外部设备组成。图 2-1 PLC 硬件主机系统图 2.4 PLC 的工作原理 可编程控制器是一种专用的工业控制计算机，其工作原理与计算机控制系统的工作原理基本相同。PLC是采用周 期循 环 扫描 的工作方 式，CPU连 续执行 用 户 程 序 和 任务 的 循 环序列称为扫描。CPU对 用 户 程 序 的 执行 过程是
27、 CPU的 循 环 扫描，并 用周 期 性的 地集中 采 样、集中 输出的方 式来完 成。一 个扫描 周 期（工作周 期）主要成分 为以下几个阶段：1.输入采 样扫描阶段 9 这是第一个集中批处理过程，PLC按顺序逐个采集所有输入端子上的信号，不论输入端子上是否接线，CPU顺序读取全部输入端，将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中，在当前的扫描周期内，用户程序用到的输入信号的状态是否变化。即使此时外部输入信号的状态发生了变化，也只能在下一个扫描周期的输入采样扫描阶段去读取，对于这种采集输入信号的批处理，虽然严格上说每个信号被采集的时间有先有后，但由于 PLC的扫描周期很短，这个差异对一
28、般工程应用可忽略，所以可以认为这些采集到的输入信息是同时的。2.执行用户程序扫描阶段 是第二个集中批处理过程，在执行用户程序阶段，CPU对用户程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下、从左到右的顺序进行扫描，每扫描到一条指令，所需 要 的输入信息的状态 均 从输入映像寄存器中去读取，而不是 直 接使用 现场 的 立 即输入信号。对 其他 信息，则是从 PLC的 原件 映像寄存器中去读取，在执行用户程序中，每一 次运算 的中间 结 果 都立 即写入 元件 映像寄存器中，对输 出继电 器的扫描 结 果，也不是 马 上去 驱动 外部 负载，而 是将 其结 果写入到输 出 映像寄存器
29、中。在此阶段，允许 对 数字量 I/O指令 和 不 设置数字滤波 的模拟量 I/O指令进行处理，在扫描周期的 各 个部 分，均 可对中 断事件 进行 响 应。在这个阶段，除 了输入映像寄存器外，各 个 元件 映像寄存器的内 容 是 随着 程序的执行 而 变化的。3.输 出刷新 扫描阶段 这是第 三 个集中批处理过程，当 CPU对全部用户程序扫描 结束 后，将 元件 映像寄存器中 各 输 出继电 器的状态同时 送 到输 出锁 存器中，再 由输 出锁 存器 经 输 出端子去 驱动各 输 出继电 器所 带 的 负载。2.4 本章小结 本章主要介绍 了 PLC的 基本概念、PLC的 主要功 能 及特点
30、、PLC的 组成与基本结构、PLC的工 作原 理 四 个 方面 的内 容。通 过对 PLC的了 解，掌握其基本功 能，将 其运 用到 自动门控制系统 中去。10 第三章 自动门的执行机构的设计 本章主要是在上一章的基础上对自动门的执行机构进行设计，执行机构主要分为有稳压电源设计、直流无刷电动机的应用这两大部分，同时能够通过这个设计对稳压电源的设计及无刷直流电动机有更深的了解。3.1 稳压电源设计 随着自动门的不断发展，被越来越多的应用于各建筑物，广泛的应用也使其安全变的越来越重要。对电源的影响因素是多方面的，其中主要干扰，来自噪声的影响。因此，为了提高自动门的运行稳定性，稳定的电压和较小的波纹
31、是重点考虑的问题。较为普遍的稳压装置是变压器，因为它价格实惠，但有一定的弱点，对于电源的稳压性能并不是很强。因此我们需要设计稳压电源并根据无刷直流电机供电要 求选择合理 的电 路参数，同时需要 合理 设计 交 流 滤 波器 以减少 电 磁 干扰。由 于自动门 工作 时 间长、安全性要 求 高，因此 从 电 网 电源 开始，就 应用了过流、过 热保护以尽量避免意外 发 生。保护 电 路 有多 种形式，下 面是一 种保护 电 路的 框图（图 3.1）。图 3-1 保护 电 路框图 过压 保护采 用压 敏 电 阻 和 瞬 变电压 抑制 器，以防止雷击等意外事故产生 的 瞬间 高压。交 流 EMI滤
32、波器主要是用来 抑制共模、共差 干扰。如图（图 3.2）所示，它主要 包括 两个 输入端、两个 输出端 和一个 接地端，电 路包括共模扼 流 圈、滤 波电 容、共模滤 波电 容。交 流 EMI 滤波器整 流电 路变压器二次滤 波过压 保护过流、过 热的 保护 电 路11 图 3-2 交流 EMI滤波器 自动门的整流电路主要是把交变的交流电转换成稳定的直流电，使电源适合各种驱动装置（如无刷直流电机）的使用。全桥是由 4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成的。全桥的正向电流有 0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A等多种规格，耐压值（最高反向电压有
33、）25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。下图（图 3.3）是其电路图形符号与内部电路。图 3-3 电路图形符号与内部电路 3.2 无刷直流电机的应用 目前自动门中的动力部分主要有无刷直流电机、交流变频电机及步进电机的使用。今以无刷直流电机为例来介绍自动门系统中执行机构的设计。下图是电机的主电路图（图 3.4）：12 图 3-4 主电路图 无刷直流电机需要控制器来进行控制，MC33035 无刷直流电机控制器采用双极性模拟工艺制造，可在任何恶劣的工业环境条件下保证高品质和高稳定性。该控制器内含可用于正确整流时序的转子位置译码器，
34、以及可对传感器的温度进行补偿的参考电平，同时它还具有一个频率可编程的锯齿波振荡器、一个误差信号放大器、一个脉冲调制器比较器、三个集电极开路顶端驱动输出和三个非常适用于驱动功率场效应管（MOSFET）的大电流图腾柱式底 部 输出器。此外，MC33035还有 欠锁 定功 能，同时 带 有可 选 时 间延迟锁存关断 模式的 逐周限 流 特 性以及内 部运 行 使能等。自 动 门 控制要 求。物体靠近门 时传感器 获得 信号传 给 控制器，控制器 根据当前所 在位置 决 定 门 的动 作。有三 种情况：门处 于 关闭状态，控制器应驱动 执 行电机以 最佳速 度 曲线打 开 门。门处 于 半 开 状态，
35、控制器应 根据门当前所 在位置，以适 当 的 速 度驱动 执 行电机开 门。门处 于开 启状态，控制器 使门 保 持 开 启状态。无 物体靠近门 时：如果门处 于开 启状态，延 时适 当 的时 间后 以 最佳速 度 曲线关闭门：如果门处 于 关闭状态，维持相 应的开、关门速 度 曲线如 图一 所示。关门时：OA 段为加速段，AB段为 稳 速运 行 段，BC段为减速停止（门关到 位）段。开门 时：CB段为加速段，BA段为 稳 速运 行 段，OA 段为减速停止（门 开 到 位）段。13 根据自动门控制要求，系统原理框图如下图（图 3.5）所示。开门门磁：检测门的最大开启位置，门开后驱动电机停止工作
36、，并防止开门过量而损坏系统部件。闭门门磁：检测门的关闭位置，门关后驱动电机停止工作。驱动器：扩大驱动功率以驱动 150w的无刷直流电机。工作指示灯：（a）有电源指示灯；（b）正常、故障指示灯。超过预期时间门不到位即是故障状态。图 3-5 系统原理框图 3.3 本章小结 本章主要是对自动门控制系统的执行机构进行设计。主要设计的分为稳压电源和无刷直流电机的应用两大部分。通过这个设计能更多的了解稳压电路特点结构等方面，也对无刷直流电机有了很多认识，最重要的是能够掌握其在自动门控制系统中的应用。红外传感 器开门门磁闭门门磁控制器驱动器电源220v 市 电M 执行电机14 第四章 自动门的硬件设计 自动
37、门的硬件根据不同的类型各有不同，此以平移型感应门为例子介绍它的硬件，主要有：自动感应门主控制器，自动感应探测器，自动感应门动力马达，自动感应门门扇行进轨道，门扇吊具走轮系统，同步皮带（有的厂家使用三角皮带），自动感应门下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。大体分为 6部分如下图 4.1。图 4-1 硬件组成框图 4.1 自动感应门的基本工作原理 首先，平移式自动感应门由以下部件组成：（1）主控器：它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节 门扇 开启速度、开启幅度等参数。（2
38、）感应探测器：负责采 集 外 部 信号，如同人的 眼睛，当 有移动 物 体进 入它的 工作 范围 时，它 就给 主控器 一个脉冲信号。（3）无刷直流 电动 机：提供开 门与 关 门的主动力，控制自动感应门的 速度。（4）自动感应门扇行进轨道：就像火车 的 铁 轨，约束 门扇的吊具走轮系统，使 其按特 定的 方 向行进。（5）门扇吊具走轮系统：用 于 吊 挂活 动门扇，同时在动力的 牵引 下带动门扇运行。（6）同步皮带：用 于传输 马达 所产 动力，牵引 自动感应门扇吊具走轮系统。（7）下部导向系统：是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现门体摆动。自动感应门门扇 完 成 一次
39、开 门与 关 门，其 工作 流 程如下：感应探测器探测 到有人进 入 时，将脉冲信号传给 主控器，主控器 判断 后通 知 马达，同时 监 控马达 转人 机界面红外传 感 限 位 开关 控制器PLC电 机15 数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做 出正向运行，将动力传给同步皮带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应 门门扇开启；自动感应门门扇开启后由控制器做出判断，若需关闭自动感应门，通知马达做相反运动，关闭自动感应门。4.2 限位开关的工作原理 行程开关又称为限位开关，用于控制机械设备的行程及保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装有生产的机
40、械部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。4.3 光电开关的工作原理 它是光电接近开关的简称，是 利 用 被测物对 光 束 的 遮挡或 反 射，由同步 回 路选 通 所要 接通的电路，从 而 检测物体 的有 无。物体不 限于 金属，所 有 能 反 射 光 线的 物体均可检测。光电开关将 输 入电流在 发射 器上 转化 为光 信号射 出，接 受 器再根据接 受 到的光 线强弱或 有 无目标物体 进行 探测。4.4 无刷直 流电动机的工作原理 是将 交 流电 源整 流后 变成直 流，再由 逆
41、变 器 转 换 成频率可调 的 交 流电，但 是，注意 此 处逆变 是工作在 直 流 斩波方式。它是由同步电动机和 驱 动器 组成，是 典型的机电一 体化 产 品。同步电动机的定 子绕组多 做 成对成星型 接 法，同 三 相 异 步电动机 十分 相似。而 转子 上 粘 有 已充磁 的 永磁体，为 了检测 电动机 转子 的 极性，在电动机 内 装有位置传感器。驱 动器由 功率 电 子 器件和 集成 电路 等构成，其功能 是：接 受 电动机的启动、停止、制动 信号，以控制电动机的启动、停止 和制动；接 受位置传感器 信号 和正反 转信号，用 来 控制 逆变桥各功率管 的通断，产生 连续转矩；接 受
42、速度指令 和 速度 反 馈信号，用 来 控制和 调整转速；提供 保护和 显示等等。由于 无刷直 流电动机的 励磁来源 于 永磁体，所 以 不像异 步电动机 那样 需 要从电 网吸取励磁 电流；由于 转子 中 无交变磁 通，其转子 上 既无铜损耗 又 无铁损耗，所 以 效率比 同 容量异 步电动机 高 10左右，一 般来说，无刷直 流电动机的力 能指针（cos）比 同 容量异 步电动机 高 12-20。因此，它 采 用的是 方波 自控 永磁式 同步机，以 霍尔 传感器 取代碳刷 换向器，以 钕铁硼 作为 转子 的 永磁材料；产 品性能超越 传统 直 流电机的 所 有 优 点，同时又解决了直 流电
43、机 碳刷滑环 的 缺 点，数 字式 控制，是当 今最 理 想 的 调速 电机。16 4.5 PLC 的选择 在 PLC系统设计时，首先要确定控制方案，下一步的工作就是 PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此工程设计选型和估算时，应该详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围，确定所要的操作和动作，然后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器的容量、确定 PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC和设计相应的控制系统。4.5.1 输入输出（I/O）点数的估算 I/O点数的估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加
44、10到 20的可扩展。留有余量后，就作为输入输出点数估算数据。在实际订货时，还需要根据制造厂商 PLC的产品特点对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法本设计的 I/O点数为输入 12点，输出 12点。4.5.2 存储器容量的选择 存储器容量是可编程控制器本身能提供的硬 件 存储 单元大小，程 序 容量是存储器 中 用 户 应用 项目 实用的存储 单元 的 大小，因此程 序 容量 小于 存储器容量。在设计 阶段，由于 用 户 的程 序 还 未 编制，因此，程 序 容量在设计 阶段 是 未知 的，须在程 序调试之 后在 知道。为 了 设计选型时能对程 序 容量有一定估算，通常 采 用存储器容量估算
45、 来代替，存储器 内 存容量的估算 没 有 固 定的 形式，许多文献资料中给 出 了不同 的 公式，大体上都 是 按 数 字 量 I/O点数的 10到 15倍，加 上模拟 I/O点数的 100倍，以 此为 内 存的 字 数（16位 为一 字），另 外再 按次 数的 25考虑余量。因此，本设计的 PLC内 存容量选择应能存储 索 要储存的程 序，这样才 能在 以后的 改 造过程 中 有 足够 的 空间。4.5.3 控制功能的选择 该选择 包括运 算功能、控制功能、通 信 功能、编程功能、诊断 功能和 处理速度 等性能的选择。根据本设计的要求，主要 由以 下 几种 功能的选择。（1）控制功能 PL
46、C 主要用 于顺序逻辑 控制，因此，在 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）编程功能 离线 编程方 式：PLC和编程器 共 用一 个 CPU，编程器在编程17 模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场进行控制，不能进行编程。在线编程方式：CPU和编程器都有各自的 CPU，主机 CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，在
47、下一个扫描周期里，主机就根据新收到程序运行。这种方式成本高，但系统调试和操作方便，在大型 PLC中常采用。编程软件应该带有五种标准化的编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）、语言表（IL）、和结构文本（ST）。选用的编程语言应遵守标准（IEC6113123），同时，也应支持多种语言编程方式，如 C语言，Basic语言等，以满足特殊控制场合的控制要 求。（3）诊断 功能 PLC 的 诊断 功能 包括硬 件和软件的 诊断。硬 件 诊断是通过硬 件的 逻辑判断确定硬 件的 故障位置。软件 诊断分 内 诊断 和 外诊断，通过 软件对PLC内 部 的 性 能和功能进行 诊断
48、是 内 诊断，通过 软件对 PLC的 CPU外部输入输出等 部 件 信息 交换功能进行 诊断是外诊断。PLC的 诊断 功能的 强弱，直接影响 对操作和 维护人员技术 能 力 的要 求，并 影响平均维修 时 间。4.5.4 机型的选 择（1）PLC的 类 型 PLC 按 结构 分 为 整体 型和模块型，按 应用 环境分 为现场 安装 和控制 室安装两类；按 CPU字长分 为 1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从 应用 角度出 发，通 常 可按 控制功能或 输入输出点 数选型。整体 型的 PLC的 I/O 点 数 是固定 的，因此 用 户 选 择 的 余地较小，用 于小 型控制系统；模块
49、型PLC提供多种 I/O卡 件或 插卡，因此 用 户可较 合 理 的选 择 和 配置 系统的 I/O点 数，功能 扩展 方 面灵活，一 般 用 于 大中型控制系统。（2）经济角度 的 考虑 在选 择 PLC时，应该 考虑其性 能 价格比。考虑经济时，也应该同时 考虑 应用的 可扩展性、可 操作 性、投入产出比 等 因素。进行 比较和 兼顾，最终 选 出比较 满 意 的 产品。输入输出点 数对 价格 有 直接 的 影响，当点 数增加 到一 定 数 值 后，相 应的 存储 器 容量 也应 增加。因此，点 数的 增加 对 PLC选用、存储 器 容量、控制功能 范围 等选 择 都有一 定 的 影响。所
50、 以，在 估算 和选用时应 充分考虑，使整 个控制系统有 较 合 理 的 性 能 价格比。本设 计 的自 动门属于小 型控制系统，结合 经济性 的 考虑，选用 整体 型 PLC。4.5.5 对 PLC 响 应时 间 的选 择 对 于 多数场合，PLC的 响 应时 间基 本 上 能满足控制要 求。响 应时 间包括输入滤波 时 间、输出滤波 时 间 和扫描周期。PLC的 工 作方式 决定了它 不能 接受频率过高或持 续 时 间小于 扫描周期的 输入信号，当 有 此类信号输入 时 需 要选用扫描 速度18 高的 PLC或快速响应模块和中断输入模块。综合以上的因素，本设计采用德国西门子公司生产的 CP