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I 感應門的 PLC 控制 摘 要 隨著當今社會的發(fā)展 科技的進步 人們的生活水平提高 各個方便于生活 的自動門控制系統(tǒng)開始進入了人們的生活 以 PLC 為核心的感應門系統(tǒng)就是其中 的 它的實用性強 功能齊全 技術先進 使人們相信這是科技進步的成果 通 過對 感應門的 PLC 控制 的研究和設計 撰寫了 PLC 感應門控制系統(tǒng)設計 本 設計著重闡述了以 PLC 為核心 三相異步電動機 信號發(fā)送與接收裝置系統(tǒng)相結 合的感應門控制系統(tǒng) 從分發(fā)揮了自動控制的性能 其優(yōu)點機構簡單 控制方便 完善 控制系統(tǒng)可靠等功能 具有一定的參考跟使用價值 關鍵詞 感應門 PLC 主回路設計 控制回路設計 程序設計 II PLC CONTROL SUMMARY IN DUCTION DOOR ABSTRACT With the development of today s society advancement of technology peoples standard of living all facilitate the duction door control system live into peoples began to PLC as the duction core of duction door system It s practical functional and advanced technology to make people believe it is the rusults of scientific and thchnological progress By quot PLC controlled duction door quot the research and design writing a thesis PLC duction door system This paper focuses on the PLC core three phase asynchronous motor the signal transmission and reception equipment The advantages of organization is simple convenient control and inprove the control system is reliable and so on With some reference value Keywords Duction door PLC main circuit design Control loop design Programming III 目 錄 前 言 1 第 1 章 PLC 控制器 3 1 1 PLC 控制器 3 1 1 1 PLC 發(fā)展史 3 1 1 2 PLC 的基本概念和基本結構 3 1 1 3 PLC 的主要特點 5 1 1 4 PLC 的性能指標 6 第 2 章 感應門的工作原理及過程 8 2 1 感應門的工作原理及工作過程 8 2 1 1 感應門的工作原理 8 2 1 2 感應門的工作過程 8 第 3 章 感應門硬件系統(tǒng)的設計 9 3 1 控制系統(tǒng)設計和可編程控制器 PLC 的選擇 9 3 2 驅動裝置 變頻器和感應開關的選擇 12 第 4 章 感應門控制系統(tǒng)軟件的設計 16 4 1 PLC 梯形圖概述 16 4 2 梯形圖設計的一般規(guī)則 16 4 3 梯形圖的設計方法 18 第 5 章 系統(tǒng)調試 21 5 1 軟件調試 21 5 2 硬件調試 22 5 3 程序調試記錄及結果分析 22 結 論 24 謝 辭 25 參考文獻 26 外文資料翻譯 28 1 前 言 在經濟迅速發(fā)展的中國 高樓聳立的大都市里的大廈 賓館 酒店 銀行 商場 寫字樓 感應門已經是隨處可見 感應門的工作方式是通過感應門內外兩 側的感應開關來感應人的出入 當人走進感應門時 感應開關感應到人的存在 給控制器一個開門信號 控制器通過驅動裝置將門打開 當人通過門之后 再將 門關閉 由于感應門通電后可以實現(xiàn)無人管理 不但能給我們帶來人員進出方便 節(jié)約空調資源 防風 防塵 防噪音等好處 更令我們的大門增添了不少高貴典 雅的氣息 感應門再國外早已得到普遍應用 再我國也以其優(yōu)異的性能得到大家的認同 中國已經迎來了感應門發(fā)展的黃金時期 感應門的性能好壞取決于它的控制裝置 早期的感應門控制系統(tǒng)采用繼電器 邏輯控制 造成安裝煩瑣 體積大 不穩(wěn)定 不易維修等缺點已逐漸被淘汰 目 前感應門以及自動化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置是可編程控制器 一下簡稱 PLC PLC 是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置 它采用可 以編制程序的存儲器 用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算 順序運算 計時 計數(shù) 和算術運算等操作的指令 并能通過數(shù)字式或模擬式和開關量的邏輯控制的輸入 和輸出 控制各類型的機械或生產過程 PLC 具有可靠性高 抗干擾能力強 功 能完善 適用性強 系統(tǒng)的設計 建造工作量小 維修方便 容易改造 體積小 重量輕 能耗低等有點 目前 可編程控制器在機械制造 石油化工 冶金鋼 鐵 汽車 輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展 因此運用 PLC 控制感應門 行業(yè)的發(fā)展 擴大 PLC 在感應門行業(yè)乃至整個自動化行業(yè)的應用 具有一定的經 濟和理論研究價值 本課題主要介紹運用 PLC 為控制器的感應門的開發(fā)和研究 所有產品的開發(fā) 都要講究使用 本課題開發(fā)的產品對許多的場合都適用 而且能夠簡單化 不論 對于產品的開發(fā)商還有使用者來說 都是最好的 他們需要的是一個廉價的又是 一個實用的產品 此系統(tǒng)的設計正好具備了這樣的一個要求 能夠在大多數(shù)的地 方應用 因此本設計就是解決了這樣一個問題 還可以保證感應門的穩(wěn)定性 例 如 一些商場要求營業(yè)期間的門都是用感應門 這就需要感應門要有極高的穩(wěn)定 2 性 且對于商場來說成本不能太高 然而本課題意味著產品成本下降 效益提高 因此是一個比較適合此類場合運用且經濟的產品 3 第 1 章 PLC 控制器 1 1 PLC 控制器 1 1 1 PLC 發(fā)展史 早期的 PLC 60 年代末 70 年代中期 早期的 PLC 一般稱為可編程邏輯控制器 這時的 PLC 多少有點繼電器控制裝 置的替代物的含義 其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制 定時等 中期的 PLC 70 年代中期 80 年代中 后期 在 70 年代 微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化 美國 日本 德國 等一些廠家先后開始采用微處理器作為 PLC 的中央處理單元 CPU 這樣 使 PLC 得功能大大增強 在軟件方面 除了保持其原有的邏輯運算 計時 計數(shù)等功能以外 還增加了算術運算 數(shù)據處理和傳送 通訊 自診斷等 功能 在硬件方面 除了保持其原有的開關模塊以外 還增加了模擬量模塊 遠 程 I O 模塊 各種特殊功能模塊 并擴大了存儲器的容量 使各種邏輯線圈的數(shù) 量增加 還提供了一定數(shù)量的數(shù)據寄存器 使 PLC 得應用范圍得以擴大 近期的 PLC 80 年代中 后期至今 進入 80 年代中 后期 由于超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展 微處理器 的市場價格大幅度下跌 使得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的當次普遍提高 而且 為了進一步提高 PLC 的處理速度 各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯 處理芯片 這樣使得 PLC 軟 硬件功能發(fā)生了巨大變化 1 1 2 PLC 的基本概念和基本結構 1 PLC 的基本概念 PLC 問世以來 盡管時間不長 但發(fā)展迅速 為了使生產和發(fā)展標準化 美 國電氣制造協(xié)會 NEMA 經過四年的調查工作 與 1984 年首先將其正式命名為 PC 并給 PC 作了如下定義 PC 是一個數(shù)字式的電子裝置 它使用了可編程序的記憶體儲存指令 用來 4 執(zhí)行諸如邏輯 順序 計時 技術與演算等功能 并通過數(shù)字或類似的輸入 輸 出模塊 以控制各種機械或工作程序 一部數(shù)字電子計算機若是從事執(zhí)行 PC 之 功能 已被視為 PC 但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器 以后國際電工委員會有先后頒布了 PLC 標準的草案第一稿 第二稿 并在 1987 年 2 月通過了對它大的定義 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng) 專為在工業(yè)環(huán)境應用而設 計的 它采用一種可編程的存儲器 用于其內部存儲程序 執(zhí)行邏輯運算 順序 控制 定時 技術與算術操作等面向用戶的指令 并通過數(shù)字或模擬輸入 輸出 控制給雷型的機械或生產過程 可編程控制器及其有關外部設備 都按易于與工 業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體 易于擴從其功能的設計原則 總之 可編程控制器是一臺計算機 它是專為環(huán)境應用而設計制造的計算機 它具有豐富的輸入 輸出接口 并且具有較強的驅動能力 但可編程控制器產品 并不針對一些具體工業(yè)應用 在實際應用時 其硬件需根據實際需要進行選用配 置 其軟件需根據控制要求進行設計編制 2 PLC 的基本結構 從結構上 PLC 分為固定式和組合式兩種 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 顯示面板 內存快 電源等 這些元素組合成一個不可拆卸的整體 組合式 PLC 包括 CPU 模塊 I O 模塊 內存 電源模塊 地板或支架 這些模塊可以按照一 定規(guī)則組合配置 CPU 的構成 CPU 是 PLC 的核心 起到精神中樞的作用 每套 PLC 至少有一個 CPU 它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲用戶程序和數(shù)據 用掃描的方式采集由現(xiàn) 場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據 并存入規(guī)定的寄存器中 同時 診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等 進入運行后 從用戶程序存儲 器中逐條讀取指令 經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號 去指揮 有關的控制電路 CPU 主要由運算器控制器 寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據 控制及狀態(tài) 總線構成 CPU 單元還包括外圍芯片 總線接口及有關電路 內存主要用于存儲 程序及數(shù)據 是 PLC 不可缺少的組成單元 在使用者看來 不必要詳細反洗 CPU 的內部電路 但對各部分的工作機制還 5 是應有足夠的理解 CPU 的控制器控制 CPU 工作 由它讀取指令 解釋指令及執(zhí) 行指令 但工作節(jié)奏由震蕩信號控制 運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算 在控制 器指揮下工作 寄存器參與運算并存儲運算的中間結果 它也是在控制器指揮下 工作 1 1 3 PLC 的主要特點 PLC 的主要特點 1 高可靠性 1 所有的 I O 接口電路均采用光電隔離 使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離 2 各輸入端均采用 R C 濾波器 其濾波時間常數(shù)一般為 10 20ms 3 各模塊均采用屏蔽措施 以防 止輻射干擾 4 采用性能優(yōu)良的開關電源 5 對采用的器件進行嚴格的 篩選 6 良好的自診斷功能 一旦電源或其他軟 硬件發(fā)生異常情況 CPU 立即采用有效措施 以防止故障擴大 7 大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構成 冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構成表決系統(tǒng) 使可靠性更進一步提高 2 豐富的 I O 接 口模塊 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號 如 交流或直流 開關量或模擬量 電壓 或電流 脈沖或電位 強電或弱電等 有相應的 I O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或 設備 如 按鈕 行程開關 接近開關 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥等 直接連接 另外為了提高操作性能 它還有多種人 機對話的接口模塊 為了組 成工業(yè)局部網絡 它還有多種通訊聯(lián)網的接口模塊 等等 3 采用模塊化結構 為了適應各種工業(yè)控制需要 除了單元式的小型 PLC 以外 絕大多數(shù) PLC 均采用 模塊化結構 PLC 的各個部件 包括 CPU 電源 I O 等均采用模塊化設計 由機 架及電纜將各模塊連接起來 系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據用戶的需要自行組合 4 編程簡單易學 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式 對 使用者來說 不需要具備計算機的專門知識 因此很容易被一般工程技術人員所 理解和掌握 5 安裝簡單 維修方便 PLC 不需要專門的機房 可以在各種工業(yè) 環(huán)境下直接運行 使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與 PLC 相應的 I O 端相連接 即 可投入運行 各種模塊上均有運行和故障指示裝置 便于用戶了解運行情況和查 找故障 由于采用模塊化結構 因此一旦某模塊發(fā)生故障 用戶可以通過更換模 塊的方法 使系統(tǒng)迅速恢復運行 PLC 的功能 1 邏輯控制 2 定時控制 3 計 數(shù)控制 4 步進 順序 控制 5 PID 控制 6 數(shù)據控制 PLC 具有數(shù)據處理能力 7 通信和聯(lián)網 8 其它 PLC 還有許多特殊功能模塊 適用于各種特殊控制的 6 要求 如 定位控制模塊 CRT 模塊 1 1 4 PLC 的性能指標 1 存儲容量 這里專指用戶存儲器的存儲容量 它決定了用戶所編程序的長短 大 中 小型 PLC 的存儲容量變化范圍一般為 2KB 2MB 2 I O 點數(shù) I O 點數(shù) 即 PLC 面板上的 I O 端子的個數(shù) I O 點數(shù)越多 外部可以連接 的 I O 器件就越多 控制規(guī)模就越大 它是衡量 PLC 性能的重要指標之一 3 掃描速度 掃面速度是指 PLC 執(zhí)行程序的快慢 是一個重要的性能指標 體現(xiàn)了計算機 控制取代繼電器控制的吻合程度 從自動控制的觀點來看 決定了系統(tǒng)的實時性 和穩(wěn)定性 4 指令的多少 她是衡量 PLC 能力強弱的標志 決定了 PLC 的處理能力 控制能力的強弱 限定了計算機發(fā)揮運算功能 完成復雜控制的能力 5 內部寄存器的配置和容量 它直接對用戶編制程序提供支持 對 PLC 指令的執(zhí)行速度及可完成的功能提 供直接的支持 6 擴展能力 擴展能力包括 I O 點數(shù)的擴展和 PLC 功能的擴展兩方面的內容 7 特殊功能單元 特殊功能單元種類多 也可以說 PLC 的功能多 典型的特殊功能單元有模擬 量 模糊控制連網等功能 7 第 2 章 感應門的工作原理及過程 2 1 感應門的工作原理及工作過程 2 1 1 感應門的工作原理 自動感應門的工作原理其實很簡單就是通過感應器感應 感應器又分為微波 感應器和紅外感應器兩種 通常我們日常生活中所使用的感應器為紅外感應器 為什么不使用微波感應器呢 如表 1 1 我們作一比較 表 1 1 微 波 感 應 器 和 紅 外 感 應 器 的 區(qū) 別 名 稱 相 同 點 不 同 點 微 波 感 應 器 微波感應器 又稱微波雷達 對物體的移動進行反應 因而反應速度快 適用于行走速度正常的人員通過的場 所 它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不 動 雷達便不再反應 自動門就會關閉 有可能出現(xiàn)夾 人現(xiàn)象 紅 外 感 應 器 感 應 門 外 物 體 對物體的存在進行反應 不管人員是否移動 只要處 于感應器的掃描范圍內 它都會反應 紅外感應器的反 應速度比微波感應器慢 2 1 2 感應門的工作過程 自動感應門的工作過程既是門扇完成一次關門和開門 其工作過程如下 感 應 探 測 器 探 測 到 有 人 進 入 時 感 應 探 測 器 將 收 集 信 號 生 成 脈 沖 信 號 其 后 脈 沖 信 號 傳 給 主 控 器 主 控 器 判 斷 后 通 知 馬 達 運 行 同 時 監(jiān) 控 馬 達 轉 數(shù) 以 便 通 知 馬 達 在 一 定 時 候 加 力 和 進 入 慢 行 運 行 馬 達 得 到 一 定 運 行 電 流 后 做 正 向 運 行 將 動 力 傳 給 同 步 帶 再 由 同 步 帶 將 動 力 傳 給 吊 具 系 統(tǒng) 使 門 扇 開 啟 門 扇 開 啟 后 由 控 制 器 作 出 判 斷 如 需 關 門 通 知 馬 達 作 反 向 運 動 關 閉 門 扇 8 第 3 章 感應門硬件系統(tǒng)的設計 3 1 控制系統(tǒng)設計和可編程控制器 PLC 的選擇 1 控制系統(tǒng)設計 本設計運用 PLC 控制變頻器來調節(jié)交流電機運轉來實現(xiàn)感應門運轉的控制方 式 采用變頻器電路 結構簡單 控制方便 可靠性高 交流電機具有效率高 維護成本低的特點 隨著變頻技術的發(fā)展 交流電機控制的成本得以降低 為交 流驅動系統(tǒng)在感應門中的大量運用提供了條件 控制系統(tǒng)結構圖 3 1 所示 蜂 鳴 器開 關 門 指 示 燈交 流 電 機變 頻 器安 全 感 應 器手 動 控 制 開 關門 內 外 感 應 器 采 集 信 號 圖 3 1 控制系統(tǒng)結構圖 2 可編程控控制器 PLC 的選擇 在 PLC 系統(tǒng)設計時 首先應確定控制方案 下一步工作就是 PLC 工程設計選 型 工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據 因此 工程設計選型和 估算時 應詳細分析工藝工程的特點 控制要求 明確控制任務和范圍確定所需 的操作和勞動 然后根據控制要求 估算輸入輸出點數(shù) 所需存儲器容量 確定 PLC 的功能 外部設備特特性等 最后選擇有較高性能價格比低的 PLC 和設計相 應的控制系統(tǒng) 1 輸入輸出 I O 點數(shù)的估算 9 I O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?通常根據統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù) 在增加 10 20 的可擴展余量后 作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據 實際訂貨時 還需根據 制造廠商 PLC 的產品特點 對輸入輸出點數(shù)進行圓整 根據估算的方法做本課題 的 I O 點數(shù)輸入 12 點 輸出 12 點 2 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程控制器本身提供的硬件存儲單元大小 程序容量是存儲 器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小 因此程序容量小于存儲器容量 設計 階段 由于用戶應用程序還未編制 因此 程序容量在設計階段是未知的 需在 程序調試之后才知道 為了設計選型時能對程序容量有一定估算 通常采用存儲 器容量的估算來替代 存儲器內存容量的估算沒有固定公式 許多文獻資料給出了不同公式 大體 上都是按數(shù)字量 I O 點數(shù)的 10 15 倍 加上模擬 I O 點數(shù)的 100 倍 以此數(shù)為 內存的總字數(shù) 另外在按此數(shù)的 25 考慮余量 因此本課題的 PLC 內存容量選擇 應能存儲 2000 條梯形圖 這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能 控制功能 通信功能 編程功能 診斷功能和處理速 度功能等特性的選擇 根據本課題所設計的感應門控制的需要 主要介紹以下幾種功能的選擇 控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制 因此 大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制 器解決模擬量的控制 有時也采用專用的只能輸入輸出單元完成所需的控制功能 提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量 編程功能 離線編程方式 PLC 和編程器公式用一個 CPU 編程器在編程模式時 CPU 只為 編程器提供服務 不對現(xiàn)場設備進行控制 CUP 和編程器有各自的 CPU 主機 CPU 負責現(xiàn)場控制 并在一個周期內與編程器進行數(shù)據交換 編程器把在線編制的程 序或數(shù)據發(fā)送到主機 下一掃描周期 主機就根據信收到的程序運行 這種方式 成本較高 但系統(tǒng)調試和操作方便 在大型 PLC 中常采用 五種標準化編程語言 順序功能圖 梯形圖 功能模塊圖三種圖形化語言和 語句表 結構文本兩種文本語言 選用的程序語言應遵守其標準 同時 還應支 10 持多種語言編程形式 以滿足特殊控制場合的控制要求 診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷 硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬 件的故障位置 軟件診斷分內診斷和外診斷 通過軟件對 PLC 內部的性能和功能 進行診斷是內診斷 通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能 進行診斷是外診斷 2 機型的選擇 PLC 的類型 PLC 按結構分為整體型模塊型種 按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩 種 按 CPU 子長分為 1 位 4 位 8 位 16 位 32 位 64 位等 從應用角度出發(fā) 通?？砂纯刂乒δ芎洼斎胼敵鳇c數(shù)選型 整體型 PLC 的 I O 點數(shù)固定 因此用于選擇的余地較小 用于小型控制系統(tǒng) 模塊型 PLC 提供多種 I O 卡件或插卡 因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng) 的 I O 點數(shù) 功能擴展方便靈活 一般用于大中型控制系統(tǒng) 經濟性的考慮 選用 PLC 時 應考慮性能價格比 考慮經濟性時 應同時考慮應用的可擴展 性 可操作性 投入產出比等因素 進行比較和兼顧 最終選出較滿意的產品 輸入輸出點數(shù)對價格有直接的影響 當點數(shù)增加到一定數(shù)值后 相應的存儲 器容量相應增加 因此 點數(shù)的增加對 CPU 選用 存儲器容量 控制功能范圍等 選擇都有影響 在估算和選用時應從犯考慮 使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價 格比 本課題所設計的感應門屬于小型控制系統(tǒng) 結合經濟性的考慮因此選擇整 體 PLC 綜合以上因素 本課題的設計采用日東三菱公司生產的 FX2N 32M 小型 PLC 來實現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制 三菱 FX2N 32M 具有如下特點 最大范圍地包容了標準特點 程式執(zhí)行更快 全面不從了通信功能 適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功 能模塊 它可以為自動化應用提供最大的靈活性和控制能力 三菱 FX2N 32M 具有突出的寄存器容量 三菱 FX2N 32M 包括 8K 步內置 RAM 寄存器 用一個寄存器盒可擴展到 16K 步 RAM 或 EEPROM 豐富的元件資源 3072 點輔助繼電器 256 點計時器 235 點計數(shù)器和 8000 點數(shù)據寄存器 實時時鐘 11 使用標準型號實時時鐘滿足時間靈敏度應用要求 3 2 驅動裝置 變頻器和感應開關的選擇 1 驅動裝置的選擇 感應門的驅動器是感應門能否良好工作的保障 在本設計中是運用變頻器的 三度速度調節(jié)來自動調節(jié)電機的速度 以達到驅動感應門的目的 這種方法具有 穩(wěn)定性能好 維修方便 連接簡單 成本較低 時在目前的感應門行業(yè)主流的控 制方式 根據本課題所設計的感應門的要求選用絕緣電阻 絕緣介點強度 接地裝置 過電壓保護等符合國際安全標準規(guī)定的 具有噪聲低 過載能力強的特點并且轉 速不高于 500r min 的電機 在結合了安全 穩(wěn)定的考慮之后 本課題所設計的 自動控制系統(tǒng)的驅動裝置選用天津安全電機有限公司生產的型號為 YSM100112 W S 的 3 相 380V 交流電機 2 變頻器的選擇 1 變頻器的原理 變頻器是利用電力半導體器件的同段作用將工頻電源變換成另一頻率的電能 控制裝置 我們現(xiàn)在使用的變頻器通常采用一直一交方式 先把工頻交流電機通 過整流器轉換成直流電機 然后再把直流電源轉換成頻率 電壓均可控制的交流 電源以供給電動機 變頻器的電路一般有整流 中間直流環(huán)節(jié) 逆變和控制四個 部分組成 整流部分分為三相橋式不可控整流器 逆變部分位 IGBT 三相橋式逆 變器 且輸出位 PWM 波形 中間直流環(huán)節(jié)為濾波 直流儲能和緩沖無功功率 變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設備 變頻器調速的主要工作原理 是將供給電機定子的三相交流工頻電流經大功率整流 變成直流 再將直流電機 正弦波脈寬調節(jié)技術逆變?yōu)轭l率可調 服務也隨之改變的三相交流電機 以此電 流再供給電機使用 2 變頻器的選擇 根據感應門的需要 變頻器選型時要確定一下幾點 變頻器與負載的匹配問題 電壓匹配 變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符 本課題所用的電機的 12 額定為 280V 故在選擇變頻器時要符合電機的額定電壓 電流匹配 變頻器的額定電流與電機的額定電流相符 以最大電流確定變頻 器電流和過載能力 在本課題所使用的三相交流電機的最大啟動電流為 Y 形 接法為 0 37A 形接法為 0 64A 本設計采用 Y 形接法 所用的變頻器的 最大電流大于電機的 Y 形接法的最大啟動電流 轉矩匹配 這種情況在恒轉矩負載或有減速裝置時可能發(fā)生 本課題所用電 機的最初轉矩為 1 4Nm 在選型中要考慮 變頻器驅動高速電機時 由于高速電機的電流小 高次諧波增加導致輸出電 流值增大 因此用于高速電機的變頻器的選擇 其容量稍大于普通電機的選擇 綜合以上因素 本課題變頻器采用日本三菱公司生產的 FR 500 系列 中的 FR 504 變頻器作為控制電機轉速的控制器 三菱 FR 504 變頻器具有以下有點 接線簡單 可運用 PLC 的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來控制變頻器 的正反轉和頻率 安裝靈活 可以根據實際需要 把控制裝置安裝到任何位置 進行遠距離操 作 頻率設置簡單 并且具有三速設定功能 可以滿足本題感應門系統(tǒng)的控制要 求 且操作方便 只需輕輕轉動外線電位器的旋鈕 就可以進行頻率設置 1 變頻器的參數(shù)設定 本課題所設計的感應門系統(tǒng)具有如下速度要求 感應門要求快速啟動 常速 運行 慢速運行 停止 根據轉速公式 n 60f p 1 s 其中 f 表示電流的頻率 p 表示電流的極對數(shù) s 表示點擊的轉差率 n 表示轉子的實際轉速 計算出變頻器的設定頻率 根據公式和電機參數(shù) p 6 額定轉速為 400r min 算出電機的轉差率 S 0 25 馬達皮帶輪與門上的皮帶輪外徑 門上的皮帶輪內徑轉速比為 5 7 2 1 得出馬達皮帶輪與門上的皮帶輪內徑轉速比為 2 4 1 根據書中所提到的門的規(guī)格 加速開門或者關門的距離為 30cm 時間控制在 0 5S 速度為 3600cm min 此時要求轉子的轉速為 204r min 中速開門和關門的距離為 65cm 時間為 2S 轉速為 1950cm min 此時要求 電機的轉速為 110 4r min 13 減速開門與關門的距離為 30cm 時間為 1 5S 速度為 1200 cm min 此時 要求電機的轉速為 67 9 r min 根據以上速度要求設置變頻器 變頻器的頻率具體規(guī)定如下表 3 1 根據一 下設定方式按課題要求設定好變頻器三速控制的頻率 表 3 1 變頻器設定 名稱 表示 設定范圍 最小設定單位 設定值 上限頻率 Pr1 1 0 120HZ 0 1HZ 50HZ 下限頻率 Pr2 2 0 120HZ 0 1HZ 0 1HZ 3 速設定 高速 Pr3 4 0 120HZ 0 1HZ 25 5HZ 3 速設定 高速 Pr4 5 0 120HZ 0 1HZ 13 8HZ 3 速設定 高速 Pr5 6 0 120HZ 0 1HZ 8 5HZ 加速時間 Pr6 7 0 999S 0 1S 0 3S 加速時間 Pr7 8 0 999S 0 1S 0 3S 操作模式選擇 9 0 4 7 8 1 1 3 感應開關的選擇 目前感應門行業(yè)運用的感應開關主要有接觸感應開關 微波感應器 紅外感 應器 接近感應開關等 根據不同的功能和性能運用在各類不同場合的感應門控 制系統(tǒng)中 是感應門系統(tǒng)的關鍵部位 其性能直接影響感應門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定 如在高檔酒店 寫字樓 可以選擇高靈敏度的感應器 在人行道邊上的銀行 商 店等經常有人過路的地方 選擇宅區(qū)域的感應器 根據本課題的實際需要在設計的感應門的 人員檢測上運用上海晶園微電子 公司生產的 WB 3001 微波感應器 又稱為微波雷達 對物體的移動進行反映 因 而反映速度快 使用與行走速度正常的人員通過的場合 它的特點是幾乎不受周 圍環(huán)境因素的影響 在防夾人感應器的選擇上本課題選用上海晶園微電子公司生產的 WS 210 微 型紅外安全光線 可避免外界光線干擾 在門下行關閉時 當有人或車經過安全 光線時 門體會自動停止下行 并自動上行以起到安全作用 感應門的速度信號采集上運用了基恩士公司生產的 ED 130U 非埋入型接近傳 感器 這種傳感器的特點是能檢測所有的金屬 最大檢測距離為 20mm 檢測距離 調節(jié)方便 安裝簡單 14 15 第 4 章 感應門控制系統(tǒng)軟件的設計 4 1 PLC 梯形圖概述 PLC 時專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置 其主要使用者是工廠廣大電器技術人 員 為了適應他們的傳統(tǒng)習慣和裝我能力 通常 PLC 不采用微機的編程語言 而 常常采用面向控制過程 連線問題的自然語言編程 國際電動委員會詳細地說明 了語法 語義和下述 5 種編程語言 功能圖 梯形圖 功能快圖 指令表 結構 文本 梯形圖和功能塊圖為圖形語言 指令表和結構文本為文字語言 功能表圖 是一種結構塊控制流程圖 梯形圖程序設計語言是用梯形圖的圖形符合來描述程序的一種程序設計語言 采用梯形圖程序設計語言 這種程序設計語言采用因果關系來描述時間繁盛的條 件和結果 每個梯級是一個因果關系 在梯級種 描述事件發(fā)生的條件表示在左 面 事件發(fā)生的結果表示在右面 梯形圖程序設計語言是最常用的一種程序設計語言 它來源于繼電器邏輯 控制系統(tǒng)的描述 在工業(yè)過程控制領域 電氣技術人員對繼電器邏輯控制技術較 為熟悉 因此 由這種邏輯控制技術發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎 并得到廣泛的 應用 梯形圖程序設計語言的特點是 1 與電氣操作原理圖相對應 具有直觀性和對應性 2 與原有繼電器邏輯控制技術相一致 易于掌握和學習 3 與原有的繼電器邏輯控制技術的不同是 梯形圖中的電流不是實際意義 的電流 內部的繼電器也不是實際存在的繼電器 因此應用時需與原有 繼電器邏輯控制技術的有關概念區(qū)別對待 梯形圖是使用得最多的梯形編程語言 被稱為 PLC 的第一編程語言 梯形圖 與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似 具有直觀易懂的有點 很容易被工廠電氣人員 掌握 特別適用于開關量邏輯控制 梯形圖常被稱為編程 16 4 2 梯形圖設計的一般規(guī)則 梯形圖的設計采用三菱公司生產的 GXDeveloper7 0 編程軟件 本系統(tǒng)在編 寫梯形圖的過程中遵循一下編程規(guī)則 1 每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號 每個元件的觸點使用時沒 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 3 線圈不能直接接在左邊母線上 4 在一個程序中 同一編號的線圈如果使用兩次 稱為雙線圈輸出 它很 容易引起誤操作 應避免 5 在梯形圖中沒有真是的電流流動 為了便于分析 PLC 的周期掃描原理和 邏輯上的因果關系 假定在梯形圖中有 電流 流動 這個 電流 只能在 梯形圖中單方面流動 即從左流向右 層次的改變只能從上向下 6 盡量避免出現(xiàn)分支點梯形圖 如圖 4 1 所示 將定時器與輸出繼電器并 聯(lián)時的上下位置互換 可減少指令條數(shù) 7 將多層控制轉化為多分支控制 如圖 4 2 所 a 轉化為圖 4 2 b 雖 然指令條數(shù)增加了 但互相控制關系更清晰 使用 ANB 和 ORB 指令也更容易 8 程序結束后應有結束符 圖 4 1 避免出現(xiàn)分支 17 圖 4 2 將多層控制轉化為多分支控制 4 3 梯形圖的設計方法 1 邏輯法 邏輯法 就是應用邏輯代數(shù)以邏輯組合的方法和形式設計程序 邏輯法的理 論基礎時邏輯函數(shù) 邏輯函數(shù)就是邏輯運算與 或 非的邏輯組合 因此 從本 質上來說 PLC 梯形圖程序就是與 或 非的邏輯組合 也可以用邏輯函數(shù)表達 式來表示 1 基本方法 用邏輯法設計梯形圖 必須在邏輯函數(shù)表達式與梯形圖之間建立 一種一一對應關系 即梯形圖中常用原變量 元件 表示 常用觸點用反變量 元件上加以小橫線 表示 觸點 變量 和線圈 函數(shù) 只有兩個取值 1 與 0 1 表示觸點接通或線圈有電 0 表示觸點斷開或線圈無電 觸點 串聯(lián)用 邏輯 與 表示 觸點并聯(lián)用邏輯 或 表示 其他復雜的觸點組合可用組合邏 輯表示 2 設計步驟 1 通過分析控制要求 明確控制任務和控制內容 2 PLC 的軟元件 輸入信號 輸出信號 輔助繼電器 M 和定時器 T 畫出 PLC 的外部接線圖 3 將控制任務 要求轉換為邏輯函數(shù) 線圈 和邏輯變量 觸點 分析觸 點與線圈的邏輯關系 列出真值表 4 寫出邏輯函數(shù)表達式 5 根據邏輯函數(shù)表達式畫出梯形圖 18 6 優(yōu)化梯形圖 3 邏輯法的應用 用邏輯法設計三相異步電動機 Y 降壓啟動控制的體系梯形圖 2 轉換法 轉換法 就是將繼電器電路圖轉換成原有功能相同的 PLC 的內部的梯形圖 這種等效轉換是一種見便快捷的編程方法 其一 原繼電控制系統(tǒng)經過產期使用 和考驗 已經被證明能完成系統(tǒng)要求的控制功能 其二 繼電器電路圖與 PLC 的 梯形圖在表示方法和分析方法上有很多相似之處 因此根據繼電器電路圖來設計 梯形圖簡便快捷 其三 這種設計方法一般不需要改動控制面板 保持了原有系 統(tǒng)的外部特性 操作人員不用改變長期形成的操作習慣 1 基本方法 根據繼電器電路圖來設計 PLC 的梯形圖時 關鍵是要抓住它們的一一對應關 系 既是控制功能的對應 邏輯功能的對應以及繼電器硬件元件和 PLC 軟件元件 的對應 2 轉換設計的步驟 1 了解和熟悉被控制設備的工藝工程和機械動作情況 根據繼電器電路圖 分析和掌握控制系統(tǒng)的工作原理 2 確定 PLC 的輸入信號和輸出信號 畫出 PLC 的外部接線圖 3 確定 PLC 梯形圖中的輔助繼電器 M 和定時器 T 的元件號 根據上 述對應關系畫出 PLC 的梯形圖并進一步優(yōu)化使梯形圖既符合控制要求又具有合理 性 條件性和可靠性 3 轉換法的應用 圖 4 3 是兩臺電動機自動順序聯(lián)動控制的繼電器電路圖 將其轉換為功能性 相同的 PLC 的接線圖和梯形圖 1 分析動作原理 按 SB1 SB2 得電并自鎖 電動機 M1 轉動同時時間間電器 KT 線圈得 電 經 5 秒延時后得電并自鎖 電動機 M2 轉動 按 SB1 KM1 KM2 失電 兩臺電動機停止 2 確定輸入 輸出信號 根據上述分析 輸入信號又 SB1 SB2 FR1 FR2 輸出信號有 19 KM1 KM2 并且可設對應關系如下 SB2 X1 SB2 X2 FR1 X3 FR2 X4 KM1 Y1 KM2 Y2 3 畫出 PLC 的外部接線圖和對應的梯形圖 如圖 4 3 4 4 4 5 所示 圖 4 3 兩臺電機自動順序聯(lián)動控制的時間繼電器電路圖 圖 4 4 PLC 外部接線圖 圖 4 5 梯形圖 20 第 5 章 系統(tǒng)調試 5 1 軟件調試 設計好用戶程序后 一般做坐模擬調試 有的 PLC 廠家提供了在計算機上運 行 可以用來代替 PLC 硬件來調試用戶程序的仿真軟件 例如西門子公司的與 STEP7 編程軟件配套的 S7 LLT C 仿真軟件 在仿真時按照系統(tǒng)功能的要求 將某 些位輸入元件強制位 ON 或 OFF 或改寫某些元件中的數(shù)據 監(jiān)視系統(tǒng)功能是否能 正確實現(xiàn) 如果有 PLC 的硬件 可用小開關或按鈕來模擬 PLC 實際的輸入信號 例如用它們發(fā)出操作指令 或在適當?shù)臅r候用它們來模擬實際的反饋信號 如 限位開關觸點的接通和斷開 通過輸出模塊上各個輸出位對應的發(fā)光二極管 觀 察輸出信號是否滿足設計的要求 調試順序控制程序的主要任務是檢查程序的運行是否符合順序功能圖的規(guī)定 即在某一轉換實現(xiàn)時 是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化 該轉換所有的前幾步 是否變?yōu)椴换顒硬?所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒硬?以及各步被驅動的負載是否 發(fā)生相應的變化 在調試時應充分考慮各種可能的情況 對系統(tǒng)各種不同的工作方式 順序功 能圖中的每一條支路 各種可能的發(fā)展路線 都應逐一檢查 不能遺漏 發(fā)現(xiàn)問 題后及時修改程序 直到在各種可能的情況下輸入信號與輸出信號之間的關系完 全符合要求 對于用經驗法設計的電路 或根據繼電器電路圖設計的電路 為了調試程序 方便 有時需要根據用戶程序畫出對應的順序功能圖 用塔來調試程序 如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設定值過大 為了縮短調試時間 可以在 調試時將它們減少 模擬調試結束后再寫入它們的實際設定值 在編程軟件中 可用梯形圖來監(jiān)視程序的運行 觸點和線圈的 ON OFF 狀態(tài) 用不同顏色來表示 也可以用元件監(jiān)視功能來監(jiān)視 改寫或強制感興趣的變成元 件 貫穿 PLC 梯形圖設計過程中 逐一對負載進行調試 主要動作是否符合要求 然后統(tǒng)調 看各負載邏輯關系是否符合要求 21 5 2 硬件調試 在對程序進行模擬調試的同時 可以設計 制作控制屏 PLC 之外其他硬件 的安裝 接線工作也可以同時進行 完成控制內部的安裝接線后 應對控制屏內 的接線進行測試 5 3 程序調試記錄及結果分析 本課題進行了模擬在線聯(lián)機調試 目的在于確定整個系統(tǒng)的程序 在調試中 程序的變動 包括功能的增減 變化是難免的 程序是否好用 最終要通過調試 才能進一步完善和最終的確定 首先在 PLC 面板上將 PLC 設置為 RUN 位置 此時 PLC 開始運行 然后接好控制箱線圖 根據 I O 分配變中的輸入輸出所對應的開 關進行調試 記錄如表 5 1 在本課題的調試過程中 預先設計的功能和動作都能正常實現(xiàn) 具有較高的 可靠性 維修方便等特點 本課題所涉及的感應門是針對商場 在編寫程序過程 中加強了感應門的安全性 針對商場的實際情況增加了防夾人的設計 程序中也 加強了感應門的安全性以及感應門的故障提示功能 因此 本課題解決了一些商 場要求感應門要有極高的穩(wěn)定性 且成本不能太高的要求 是一個比較適合此類 場合運用且經濟的產品 表 5 1 PLC 調試記錄 PLC 元件 動作記錄 動作結果 X0 OFF 感應門停止運轉 X1 ON 程序跳轉至自動 感應門自動運轉啟動 X2 X3 ON Y12 自動開門 Y6 自動開關等閃爍動作 X4 OFF Y13 自動關門 Y12 自動開門動作 X5 ON Y13 自動關門停止 Y7 關門燈停止閃爍 X6 ON Y12 自動開門停止 Y6 開門燈停止閃爍 X7 ON Y3 自動開門 關門中速運行 22 X10 ON 關門時 Y4 自動關門低速動作 開門時 Y5 感應門開高速動作 X11 ON 在 X1 OFF 的時候 Y1 手動開門動作 X12 ON 在 X1 OFF 的時候 Y2 手動關門動作 X13 ON 開門時 Y4 感應門開門低速動作 關門時 Y5 感應門關門高速動作 X14 ON 異常消除 23 結 論 本設計基本符合了感應門的 PLC 控制的要求 對電動機 PLC 和變頻器做出 了選擇 并對感應門控制系統(tǒng)做了硬件和軟件調試 并畫出了相應的圖紙 然而 由于知識水平有限和實際操作能力差 也許不能完全符合老師的要求 還望老師 能夠諒解 我會繼續(xù)努力做出更好的設計 洛陽理工學院畢業(yè)設計論文 24 謝 辭 三年的大學生活隨著畢業(yè)設計的完成也即將結束 在此次設計中使我掌握了 不少專業(yè)知識 鍛煉了自己 畢業(yè)設計可以說是三年學習的總結和體現(xiàn) 此次設 計的完成既為大學三年劃上了一個完美的句號 也為將來的人生之路做好了一個 很好的鋪墊 這篇設計的完成和三年中所有教育過我的老師也是分不開的 沒有老師們傳 授的知識我也不可能完成這個的課題 特別是在我做設計的這幾個月里 我無論 是在設計的選題 還是在資料查詢和撰寫的每一個環(huán)節(jié) 無不得到黨保華老師的 悉心指導和幫助 因此 在這里特向我敬愛的導師致以最崇高的敬禮和深深的感 謝 我為我?guī)讉€月來靜心學習 并取得較好成績而感到欣慰 欣慰之余 我還要 要感謝母校 向關心和支持我學習的所有老師和同學們表示真摯的謝意 感謝他 們對我的關心和支持 洛陽理工學院畢業(yè)設計論文 25 參考文獻 1 王永華 現(xiàn)代電器控制及 PLC 應用技術 北京 北京航空航天大學出版社 2003 2 陳建民 電氣控制與 PLC 應用 北京 電子工業(yè)出版社 2007 3 王立 PLC 應用開發(fā)技術與工程實踐 北京 人民郵電出版社 2005 4 何立民 PLC 應用系統(tǒng)設計 北京 北京航空航天大學出版社 1990 5 李光飛 PLC 課程設計實例指導 北京 北京航空航天大學出版社 2004 6 劉建華 李紀云 PLC 在現(xiàn)代社會中的應用 J 河南科技 1998 7 張曉玲 白瑞云 PLC 應用和發(fā)展 J 科學中國人 2006 8 鄧則 程良倫等編 電器與可編程控制器應用技術 機械工業(yè)出版社 1997 9 林小峰編 可編程序控制器及應用 北京 高等教育出社 1991 方承遠編 工廠電氣控制技術 第二版 北京機械工業(yè)出版社 2000 10 汪道輝編 邏輯與可編程控制系統(tǒng) 北京 機械工業(yè)出版 2001 11 易傳祿編 可編程序控制器應用指南 上海 上海科學普及出版社 1993 12 楊士元編 可編程序控制器 pc 編程應用和維修 北京 清華大學出版社 1995 13 耿文學編 微機可編程控制器原理 使用及應用實例 修訂版 北京 電子 工業(yè)出版社 1993 14 王永華 現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應用技術 北京 北京航空航天大學出版 社 2003 15 張萬忠 可編程控制器入門與應用實例 北京 中國電力出版社 2005 年 16 周萬珍 高鴻斌 PLC 分析與設計應用 北京 電子工業(yè)出版社 2004 17 程周 可編程控制器原理與應用 北京 高等教育出版社 2003 18 王衛(wèi)兵 可編程控制器原理及應用 第 2 版 北京 機械工程出版社 1998 19 吳勇 數(shù)字電子技術基礎 北京 機械工業(yè)出版社 2000 20 霍彩萍 PLC 應用技術 北京 人民郵電出版社 2007 21 周國珍 PLC 設計與分析應用 北京 電子工業(yè)出版社 2004 22 方承遠編 工廠電氣控制技術 第二版 北京機械工業(yè)出版社 2000 洛陽理工學院畢業(yè)設計論文 26 洛陽理工學院畢業(yè)設計論文 27 外文資料翻譯 Mechatronics and Its Applications The electromechanical integration technology for the changing face of the machinery manufacturing industry has played an important role and describe its application in the steel industry and trends Keywords Mechatronics Technology 1 Mechatronics Technology Mechatronics is a mechanical microelectronics control computer information processing multidisciplinary integration its development and progress depends on the progress and development of related technologies the main development direction of the digital intelligent modular network humanity miniaturization integration with source based and green 1 1 Digital Microcontroller and its development has laid a foundation for digital electronic products such as the continuous development of CNC machine tools and robots and the rapid rise of computer networks for digital design and manufacturing paving the way such as virtual design computer integrated manufacturing Required mechanical and electrical integration of digital software products with high reliability operability maintainability self diagnosis capabilities and friendly interface Will facilitate the realization of digital remote control diagnosis and repair 1 2 Intelligent Requiring mechanical and electrical products have a certain intelligence that it have similar logical thinking reasoning independent decision making capacity CNC machine tools such as an increase in man machine conversation function set the smart I O interface and smart technology database will the use operation and maintenance of great convenience With fuzzy control neural network gray theory wavelet theory artificial intelligence techniques such as chaos and bifurcation of the progress and development development of mechatronics opened up a vast world 1 3 modular As mechatronics many product categories and manufacturers research and development of a standard mechanical interface power interface the environment interface unit module mechatronic products is a complex and promising work Such as the development of a set of slow one of the power frequency conversion motor drive unit has the vision image processing identification and ranging functions such as motor integrated control unit Thus in product development design modular units can use these standards to develop new products quickly 1 4 Network As the network s popular Web based remote control and monitoring of various technologies in the ascendant The remote control of the terminal equipment itself 洛陽理工學院畢業(yè)設計論文 28 Jiushi mechatronic products field bus and LAN technology to home appliance network as possible use of family networks into the Ge Zhong Jiayongdianqi Lianjie to Jisuan Ji centric computer integrated appliance system and let people high tech home can fully enjoy the benefits of all kinds so no doubt mechatronic product development towards the direction of the network 1 5 human Mechatronic product end use is people how to give people mechatronic product int