PLC商店自动门控制

PLC商店自动门控制 目录 摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第一章 绪论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.1可编程控制技术的现状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2可编程控制技术的发展趋势„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.3自动门的发展„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 第二章 PLC在火电传煤上的优势„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.1.1 PLC与继电器控制系统的比较„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1.2 PLC与单片机控制系统比较„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2 PLC与其他工业控制系统比较的优点„„„„„„„„„„„„„„„6 第三章 PLC在火电传煤中的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 3. 控制„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 3.1.1自动门问的提出„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 3.1.2商店自动门控制的控制要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.1.3自动门的配置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 3.1.4自动门系统硬件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.2.1自动门控制装置的硬件组成及工作示意图„„„„„„„„„„„„„„7 3.2.2系统工作过程流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.2.3自动门控制系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 3.3无刷直流(BLDC)电机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.3控制方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.3.1无刷直流(BLDC)电机工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.3.2工作电源„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 3.4软件编程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 3.4.1程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 结束语 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 【摘要】:本文主要介绍了可编程控制器三菱FX2N系列PLC在自动门控制中的应用,文中详细叙述了自 动门在现代化生活中的应用价值,在设计的过程中文章主要运用的FX2N系列PLC,无刷直流电机和两个红外 传感器实现的对商店自动门的控制.传统的自动门控制是采用的继电器控制,继电器控制的自动门,很容易 出故障且维修也很不方便,正因为如此本设计的新颖之处就是运用了故障率低,维修方便,可靠性非常高的 可编程控制器控制.本设计能满足现代生活对大量自动门的需要,为自动门的应用节约了成本,有大量推广 的价值. 关键词:PLC;红外传感器;自动门控制 PLC Application In The Automatic Door 【Abstract】: This article mainly introduced programmable controller SAN LING FX2Nseries PLC in automatic door control application, in article detailed introduction automatic door in modernized life application value, in the design process article main utilization FX2N series PLC, no brushes the direct current machine and two infrared sensors realizes to the store automatic door control .The traditional automatic door control used the Relay control, the Relay control automatic door is very easy to Breakdown and the service is very not convenient. Based on Above Reason This design novel place was used the failure rate lowly, the service was convenient, reliable extremely high programmable controller control. This design can satisfy the modern life to the massive automatic doors need, saved the cost for the automatic door application, has massive promote the value. Key: PLC; Infrared sensor; Automatic Door Controlling 引言 在许多高级商厦或大厅前, 都装有一种能自动开关的门(当人走向它时, 门 会自动打开, 等人进去后, 它又自动关闭(真是太神奇了。本文就是利用PLC 技术进行商店自动门的控制过程，通过各个步骤依次对自动门的发生动作进行描 述，有图形描述，设计流程都是用梯形图表现出来，并且还有PLC的编程部分。 第一章 绪论 1(1可编程控制技术的现状 可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC，是60年 代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。在取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。 1(2可编程控制技术的发展趋势 随着计算机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。仅仅将PLC理解为开关量控制的时代已 经过去，PLC不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功能也日趋完善。今后，PLC将主要朝着以下两个 方向发展:一个是向超小型专用化和低价格方向发展;另一个是向高速多功能和 分布式自动化网络方向发展。 1.可编程控制技术的化 在工业自动化产品繁花似锦的今天，各生产厂商既互相竞争又互相合作。一 种自动化产品的竞争力除表现在其技术上的个性外，更重要的还在于其满足国际 标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量，另一方面也保证了 各个厂家产品的互相兼容。出厂检验时各可编程控制产品的厂家都有相应的技术 标准作依据。按照这些标准，各种型号的PLC产品对工业应用环境、抗干扰性等 条目都给出了明确的规定。 2.可编程控制技术的智能化 提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质，在某种意义上也提高了系统 的可靠性。 3.可靠性进一步提高 随着 PLC 进入过程控制的领域，对PLC可靠性的要求进一步提高。硬件冗余 的容错技术将进一步得到应用，不仅会有CPU单元冗余、通信单元冗余、电源单 元冗余、I/0单元冗余、而且整个系统都会实现冗余。但从根本上来讲，系统的 可靠性取决于系统各单元的可靠程度。要保证整个系统的可靠运行，首先要求系 统各单元的质量要得到保证。 1.3 自动门的发展 最常见的自动门是地毯式自动门(这种门是在门前放一块地毯, 地毯下面有一条电线与电源相连(当人往地毯上一站, 地毯的重量便增加了,于是电源接通, 把门打开;人进去后, 地毯上的重量减少了, 电源断掉, 过了几秒钟后, 门便自动关上( 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的专业制造商。门的高级形式--自动门起源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。 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，还具有节能(空调)、防尘、隔绝噪音等功能。 自动门产业经过了市场竞争的反复锤炼，已经逐步走向成熟。中国自动门行业未来发展的特点和需要加强发展的三个方向。 未来发展的特点主要表现在: (1)骨干企业、知名品牌企业、区域优势企业将会有较大的发展; (2)增扩步伐将是稳步发展为主，分期逐步增加; (3)联合、重组、兼并、收购将会与发展同步进行; (4)异军进入将不会占据多大份额; 未来需要加强发展的三个方向包括: (1)加快产业规模结构调整，促进企业间实现联合、重组、兼并、收购，实现以大型企业为主导、中型企业为支撑、小型企业为辅助的大、中、小并存的产业规模结构格局。 (2)促进行业向适应国际化市场需求方向转变，适应国际化市场的分工变化，确立中国自动门窗行业在国际化市场中的重要地位，以及主导产品的国际化市场份额。 (3)适应中国市场发展总需求，调整产品品种与质量，提高自动门窗保温系数，降低建筑物应用过程中的能耗。 第二章 PLC在商店自动门的优势 2.1.1 PLC与继电器控制系统的比较 继电器控制是采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串、并联及时间继电器的 延迟 动作来组成控制逻辑，其缺点是一个系统一旦确定就很难轻易再改动。如果要在现场做一些更改和扩展更是难以实行。而PLC是利用其内部的存储器以数据形式将控制逻辑存储起来的，所以只要改变PLC内存储器的内容，也就可以实现更改控制逻辑的目的。对于PLC来讲，只要用PLC配备的编程器在现场就可以完 成更改。至于PLC对外部的联系，只有1/0点，只要输入输出对象不变，就无须 对硬接线作任何改动。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作来实现的。 2.1.2 PLC与单片机控制系统比较 虽然单片机的配置较微机系统简单，成本也较易接受，但它仍然不是为工业 控制而设计的。同样存在着编程难、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性 仍较差，成本高等缺点。尽管其有较强的数据处理能力，但工业控制都为开关量 控制，所以其长处仍得不到发挥。单片机与PLC的比较:在很大程度上，单片机 是专为工业控制而设计的。因此，它具有较好的环境适应性。前者复杂而易出错， 开发周期长。后者简便易学，现场就可以开发调试。 单片机控制系统仅适用于较简单的自动化项目。硬件上主要受CPU、内存容 量及UO接口的限制;软件上主要受限于与CPU类型有关的编程语言。一般说来 单片机或单片机系统的应用只是为某个特定的产品服务的。其通用性、兼容性和 扩展性都相当差。 2.2 PLC与其他工业控制系统比较的优点 1)更改控制逻辑只需修改软件，无需对硬件作改动: 2)程序可以复制，批量生产很容易; 3)电气硬件设计大大简化; 4)由于PLC除有继电器功能外，尚有多种其它功能，可以实现继电器无法实现的 控制 功 能 ，实现某种程度上的智能化，并有可能使机构简化; 5)可靠性高; 6)成本相对于继电控制而言稍高，但继电器控制随着所用中间继电器数量的增 加 ，成本急骤上升，而PLC控制几乎保持不变，这一点对于复杂的控制来讲 具有无可比拟的优越性; 如果用PLC来实现系统过程的话，则可以简化机械结构，机械和电气设计都可以得到简化。更重要的是可以使原来无法实现的某些功能得以实现，使机器在某种程度上实现智能化。通过对各种控制系统的分析比较，我们决定采用PLC控制系统。 第三章PLC在商店自动门的设计 3.控制方案 3.1.1自动门问题的提出 随着人们生活水平的日渐提高，人们对生活质素要求也越来越高，不但要求有优美，清静的环境，而且需要方便、高效、安全、高技术的生活环境。高贵典雅的自动门将成为实现这一目标的最理想方式，不但可以为顾客提供舒适的环境，保障顾客的安全，而且可以提供高效的安全控制和网络监测、管理、统计功能。. 自动平移门最常见的形式是自动机门 ,和门内外两侧加雷达或者传感器,当人走近自动门时雷达或传感器感应到人的存在，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，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。 3.1.2商店自动门控制的控制要求: (1) 当有人由外到内或者由内到外通过红外传感器S1或S2时,电机正转,门自动打开. (2) 门打开后,应保持开的状态10s钟,确保在关门之前门的通道上已经没有 任何人. (3) 通过内红外传感器和外红外传感器检测到门通道上已经没有任何人的 时候,门必须在2s钟内自动关闭 (4) 商店营业时间的开门时间: 星期1—星期5(上午9:00-晚上18:00) 星期六,星期天(上午9:00-晚上22:00) (5) 在商店下班时间,门内的红外传感器继续工作1个小时,保证商店里面的 客人有足够的时间离开商店,此时门外的红外传感器停止工作,人从外 面就不能再打开商店门了. (6) 连接蜂鸣器,蜂鸣器响5s钟以提示下班时间到了,门将在10分钟后关闭. 3.1.3自动门的配置: 根据安装自动门的环境及要求，考虑选择自动门的配置。 , 感应器的选择 在高档酒店、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器;在人行道边上的银 行、商店等经常有人路过的地方选择较窄区域的感应器。商店一般选择 较窄区域的感应器。 , 安全辅助装置: 为防止停留在门附近的人被门所夹住，可安装防止夹住人的红外感应器 装置。 , 配备后备电源: 为保证停电时自动门也能工作正常，可以配备后备电源。 3.2自动门控制的设计 3.2.1自动门控制装置的硬件组成及工作示意图 启动电源; CPM1A系列PLC;红外传感器S1;红外传感器S2; 无刷直流 (BLDC)电机;工作电源;蜂鸣器等部件组成. 无刷直流电机 红外传感器 自动门的基本说明:采用内红外传感器和外红外传感器作为输入设备，输入控 制信号进PLC机。内，外红外传感器采集外部辐射信号， 当人(或则物体)的辐射进入红外辐射的范围时，红外传 感器便检测出人(或则物体)反射的回波，给主控器PLC 一个脉冲信号。 感应自动门的基本工作原理流程: 当门扇要完成一次开门与关门，其如下: 感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器PLC，主控器判断后通知电机运行，同时监控电机转数，以便通知电机在一定时候加力和进入慢行运行。电机得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启;门扇开启后由控制器做出判断，如需关门，通知电机作反向运动，关闭门扇。 3.2.2系统工作过程流程图 电源启动开关打开 系统启动 有人由外有人由内否 否 往内走? 往外走? 是 是 从上面的系统总流程图可以看出此自动门装置的主要工作流程是:当系统电源 开关启动 后， 门外和门内的传感器开始工作，当门外或(门内)的传感器检测到有人靠近门时，传感器就会给无刷电机一个开门的信号，当电机接受到来自传感器的开门这个信号时就将门打开。当门打开后内外传感器都检测到没有人时就将门关闭即完成一次开关门的动作。 3.2.3自动门系统硬件设计 可编程控制器PLC ---三菱系列PLC (1)PLC的定义:可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 由于可编程序控制器的英文为Programmable Controller，在二十世纪70-80年代一直简称为PC。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC-Programmable Logic Controller)，为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。 (2)PLC控制系统的组成:由PLC构成的控制系统也是由输入、输出和控制三部分组成，如下图所示。 输入部分(按钮,控制部分(PLC)由用户程序实输出部分(接触器, 电磁阀,指示灯等) 位置开关,传感现控制功能,也称由软继电器 器等) 软触点和软接线组成 被控对象 从图中可以看出，PLC控制系统的输入、输出部分和电器控制系统的输入、输出部分基本相同，但控制部分是采用“可编程”的PLC，而不是实际的继电器线路。因此，PLC控制系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能，从根本上解决了电器控制系统控制电路难以改变的问题。同时，PLC控制系统不仅能实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能。 3.2(4红外传感器 红外辐射的基本知识 红外探测技术在工农业生产,医学,遥感,天文,气象,地质以及科学研究领域早已经广泛应用.在军事方面,它的应用更为重要,特别在夜视,瞄准,预警,目标探测与武器制导方面,已成为现代战争中不可缺少的设备. 红外辐射俗称红外线,它是位于可见光以外的光线,故称为红外线,任何物体,只要它的温度高于绝对零度,就有红外线向周围空间辐射.红外线的波长范围大致在0.75um—-1000um的频谱范围之内. 红外辐射和所有电磁波一样,是以波的形式在空间直线传播的.它在真空中的传播速度等于波的频率与波长的乘积,即等于光在真空中的传播速度. 3.3无刷直流(BLDC)电机 无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机，有称无换向器电机。 无刷直流(BLDC)电机具有运行效率高，又解决了普通直流电机不稳定、噪音大、干扰大和电刷寿命短等问题，特别是它的调速范围宽、耐用、耐压和低价位等特性使其在控制领域获得了广泛的应用。用无刷直流电机来拖动自动门页，不仅机械结构简单，而且调试方便，故障率低，因此在自动门控制系统中广泛采用BLDC电机。目前自动门的国内市场的需求量有明显增加，对设计也有更高的要求，主要对门页运动的安全性提出了更高的要求。为此，我们在自动门控制系统中，通过对实验数据的分析，提出了对位置脉冲的宽度的梯度作为遇阻门限的检测，这样使遇阻门限的设定更加简单方便，并通过实际系统的运行，证明方法的可行性。 3.3.1直流无刷电机的控制原理:- 要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器 (inverter)中功率晶体 管的顺序，如 下(图二) inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆 向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时，控制部又再开 启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管);要电机转子反向则功 率晶体管开启顺序相反。 3.3.2工作电源 自动门控制系统的控制对象为无刷直流电机，无刷直流惦记带动100kg—120kg的门页平稳运行，这需要在系统设计时仔细考虑供电电源的性能指标。稳定的电压和较小的波纹是重点考虑的问题。出于成本方面考虑，一般都采用变压器供电，但同时它给电源的稳压性能带来了一顶的困难。为此我们需要设计稳压电源并根据无刷直流电机供电哟哀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。由于自动门控制系统经常是全天运动，对于系统安全性须格外重视，从电源开始就需要设置过热，过流保护电路防止以外发生， 变压器 过压保护 变EM1滤波电路 二次滤波 过流，过热整流电路 保护电路 控制系统稳压电源框图 3.4软件编程 3.4.1程序设计 输入输出设备分配表 输入设备I 输出设备O 电源启动开关K 00000 开门 01000 内红外传感器S1 00001 关门 01001 外红外传感器S2 00002 蜂鸣器 01002 手动加天数 00005 手动减天数 00006 手动复位 00007 上面梯形图实现的功能主要是: 第一句程序中: TIM001 计时2s钟 TIM003 计时10分钟 这句程序完成了当门内与门外传感器检测到门的通道上已经没有任何人的时候计时器001计时2s后迅速将门关闭;或者是在门打开后计时器003就开始计时10分钟后关门。 第二句程序中:CNT010 计数器计时周一到周五上班时间从上午9:00—晚上 18:00这段时间。(540分钟) 这第二句程序完成的功能是当系统电源开关启动是就开始计数540分钟，计数 时间到就是下班时间到了。即是关门时间到，当电源 开关闭和时计数器复位。 第三句程序中:20001 上升沿微分位(周一到周五这期间当从一天计时完了 到第二天计时开始这个跳变过程中， 上升沿微分起作用) 00005 手动加天数 00006 手动减天数 00007 手动复位 CNT014 计数器计时周六到周末2天时间 CNTR(12)011 可逆计数器计时间一周5天 在CNTR011计数器中，复位端R为OFF的情况下: ACP端输入计数脉冲为加计数 SCP端输入计数脉冲为减计数 加/减计数有进/借位时，输出ON一个计数脉冲周期 这第三句程序完成的功能是:R为OFF情况下 若触点00006为OFF，则有20001 上升沿计数脉冲端或则是00005手动计数脉冲端输入计数脉冲时为 加计数器。20001上升沿计数脉冲端或则是00005手动计数脉冲端 输入一个计数脉冲，CNTR011的当前值(PV)加1。当PV=0005时， 若再输入一个计数脉冲，则PV值变为0000(有进位)，同时CNTR011 的输出变为ON。当再来一个计数脉冲时，PV=1，CNTR011的输出变 为OFF，且开始下一个循环的计数。 若触点20001上升沿计数脉冲端或则是00005手动计数脉冲端为OFF，则 由0006输入计数脉冲是为减计数器。00006每输入一个计数脉冲，CNTR011 的当前值(PV)减1，当PV=0000时，若再输入一个计数脉冲 ，PV变为 0005(有借位)，同时CNTR011的输出变为ON，当再来一个计数脉冲时。 PV=4，且CNTR011的输出变为OFF，并开始下一个循环的计数。 程序中用到的较困难指令说明: DIFU(13)20001:在输入信号的上跳沿时，在指定继电器20001输出微分信号 当执行条件由OFF变为ON时，使指定继电器接通一个扫描周期。 上升沿微分指令DIFU和下降沿微分指令DIFD常用在下面的几种场合: (1) 用DIFU和DIFD指令的操作位作为某指令的执行条件，使某条指令只有 在该操作位由OFF变为ON或由ON变为OFF时执行一次。 (2) 用DIFU和DIFD指令产生脉冲信号 那么在本程序设计中主要用到的是DIFU上升沿微分指令的第二个功能就是产生一个上升的脉冲信号的。 3.4.2程序调试过程中遇到的问题 (1)调试中第一次把输入输出端自接反,导致在调试一开始就全部出错了. (2)在调试开门10s钟后,门自动关闭这个功能的时候,当计时器已经计时 10s秒了,代表开门的黄色灯却没有熄灭,就是说程序中的这个控制要 求没有达到了. (3)另一个遇到的问题就是,在实现星期一到星期五的这段时间的循环时, 时间的转换没有得到实现 致谢 在本次毕业设计结束之际，我要感谢我的指导老师徐彬，徐老师工作非常繁忙，但仍不顾辛苦，在论文选题、理论知识、参考资料及论文撰写等各个方面给予我精心的指导和热情的支持。徐老师不仅是给予我极大帮助的导师，也成为了我今后工作学习生活的一个榜样。 参考文献 [1]欧阳泰 ,周琴,欧阳希.软PLC控制技术综述[J].电气传动,2005年,35(9):52--54 [2]吴玉香.无刷直流电机在自动门控制中的应用[J].微特电机,2002年第4 期:86—89 [3]王改堂，王孟效;PLC在自动门控制中的应用[J].科技资讯,2006 年第 8 期 [4]熊芝耀，蒋文科，崔国庆. 基于PLC控制的四开平移自动门[J]. 实验室 研究与探索，2006年，25(12):1501—1503 [5]刘浏. 一种自动门的设计[J]. 机械工程师，2003 年第 3 期:56 [6]刘志刚，丁朋林，郝长海. 自动门控制系统[J]. 电子测量技术，2005 年 第 6 期:86-87