自动门控制系统设计方案

自动门控制系统设计方案内容摘要：

由硬件系统和软件系统两大部分组成。 PLC 的硬件系统由主机系统（如图 ）、输入 /输出扩展环节及外部设备组成。 图 21 PLC 硬件主机系统图 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 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： 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 8 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。 这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。 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。 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、 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。 9 第三章自动门控制系统总体方案设计 本章从自动门的功能需求、控制要求、系统组成、机械传动等方面系统介绍了自动门控制系统方案设计应考虑的问题及解决办法。 自动门的功能需求分析 本设计面向商场入口的应用，需要有安全性和可靠性。 根据商场中对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门应由以下功能： 为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。 当信号采集装置检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭， PLC 动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门。 当自动门出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动门自动进入开门过程。 自动门的控制要求 光电检测开关 K1 或 K2 时，开门执行机构 KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关 K3位置时，电机停止运行。 8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构 KM2 被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关 K4位置时，电机停止运行。 ，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关 K2或 K1 时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。 8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2 或 K1时，必须重新开始等待 8 秒后，再自动进入关门过程，以保 证人员安全通过。 自动门控制系统构成 自动门控制系统包含 PLC控制和动作执行元件构成。 采用自动和手动电动控制方式，此种控制方式为目前大多自动门的控制方式。 本课题所设计的自动门控制系统采用 PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。 自动门的机械传动机构设计 在本课题设计的自动门针对人流较多的商场，应对周围环境进行综合考虑，所以在本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面： ，轨道，门机，皮带，吊挂件等。 10 组件都为插入式元件，使得安装很简单。 ：驱动电机采用 64V 直流电动机，功率大，可调性强。 ：水平双导轨结构，形式正悬挂，解决了侧摆得问题，从而确保了门扇的稳定性。 并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方便的特点。 5 滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。 6 皮带：采用齿形皮带，齿形皮带的截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了使用寿命。 本章小结 本章主要是对自 动门控制系统总体方案设计的综合分析。 通过分析为下面的自动门控制系统硬件组成部分提供科学依据，确定了各部件的正确选择。 11 第四章 自动门控制系统的硬件设计 自动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。 PLC 的选择 在 PLC 系统设计时，首先 应确定控制方案，下一步工作就是 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需要的操作和动作，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。 （ I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加 10%到20%的可扩展。 余量后，作为输入输出点数估 算数据。 实际订货时，还需根据制造厂商PLC 的产品特点对输入输出点数进行圆整。 根据估算的方法故本课题的 I/O 点数为输入14 点，输出 10 点。 存储器容量是可编程序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的容量。 设计阶段，由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，须在程序调试之后才知道。 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的估算来代替，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，以此数为内存的总字数（ 16 位为一个字），另外再按次数的 25%考虑余量。 因此本课题的 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。 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。 根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，主要介绍一下几种功能的选择。 1） 控制功能 12 PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此 ，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对现场设备进行控制，不能进行编程。 离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。 在编程方式： CPU 和编程器有各自的 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，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。 这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC 中常采用。 五种标准化变成语言：顺序功能图（ SFC）、梯形图（ LD）、功能模块图（ FBD）三种图形化语言和语言表（ IL）、结构文本（ ST）两种文本语言。 选用的编程语言应遵守标准（ IEC6113123），同时，还应支持多种语言变成方式，如 C， Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。 3）诊断功能 PLC 的诊断功能爆孔硬件和软键的诊断。 硬件 诊断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是内诊断，通过软键对 PLC的 CPU玉外部输入输出等部件信息叫唤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。 1） PLC的类型 PLC 按结构分为整体型和模块两类型型，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。