自動(dòng)門控制裝置PLC梯形圖控制程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試..

1、 機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題 目：自動(dòng)門控制裝置PLC梯形圖控制程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試學(xué) 院： 工學(xué)院、職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院 班 級(jí)： 機(jī)械112班 指導(dǎo)老師： 成 績(jī)： 1、引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自動(dòng)門在人們生活中的運(yùn)用越來越廣泛。自動(dòng)門性能的優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動(dòng)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(diǎn)，已逐漸被淘汰。目前自動(dòng)門及自動(dòng)化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置是可編程控制器（PLC），PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，功能完善，適用性強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，體積小，重量輕

2、，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。因此運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門具有較高的可靠性，維護(hù)方便。2、 總體方案的設(shè)計(jì)本自動(dòng)門控制系統(tǒng)是利用PLC為核心來控制，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單元電路分別通過原理圖設(shè)計(jì)、由梯形圖語言設(shè)計(jì)完成，利用試驗(yàn)室所提供的條件來模擬和驗(yàn)證程序，并利用指示燈實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，非常適用于日常生活控制場(chǎng)合。自動(dòng)門控制裝置由門內(nèi)光電探測(cè)開關(guān)K1、門外光電探測(cè)開關(guān)K2、開門到位限位開關(guān)K3、關(guān)門到限位開關(guān)K4、開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1（使直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)）、關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2（使直流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)）等部件組成。光電探測(cè)開關(guān)為檢測(cè)到人或物體時(shí)為ON，否則OFF，具體的控制要求如下：（1）、當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測(cè)開關(guān)

3、K1或K2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。（2）、自動(dòng)門在開門位置停留8s后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。（3）、在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測(cè)開關(guān)K2或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序。（4）、在門打開后的8s等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測(cè)開關(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開始等待8s后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。（5）、開門與關(guān)門不可同時(shí)進(jìn)行?？傮w方案設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測(cè)到人體或物體信號(hào)時(shí)

4、將信號(hào)傳給PLC，PLC根據(jù)已經(jīng)采集的信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)，是驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)自動(dòng)門的運(yùn)行。3、 可編程序控制器PLC的選擇目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍，使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。但是，仍然沿用著順序掃描、程控等基本模式及CPU+通信+I/O的基本結(jié)構(gòu)。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡(jiǎn)便、低價(jià)格長(zhǎng)壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多

5、的接口，這樣節(jié)省了用戶時(shí)間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們?cè)趹?yīng)用它時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對(duì)可編程控制器進(jìn)行操作及編程。PLC的功能：數(shù)據(jù)采集與輸出、控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、輸入/輸出接口調(diào)理功能、通信、聯(lián)網(wǎng)功能?，F(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái)PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺(tái)或多臺(tái)可編程控制器的信號(hào)處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文文件轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC構(gòu)成集中管理、分散控制

6、的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。PLC的主要特點(diǎn)：可靠性高，PLC的MTBF一般在4000050000h以上，有的在1020萬h，且均有完善的自診斷功能。結(jié)構(gòu)形式多樣，模塊化組合靈活，有固定式適于小型系統(tǒng)或機(jī)床，組合式適于集控制系統(tǒng)，最少的PLC只有6點(diǎn)。編程方便，控制具有極大靈活性。適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，適應(yīng)高溫、振動(dòng)、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境以及電磁干擾環(huán)境。安裝、維修簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)采用三菱PLC,型號(hào)為:FX2N-40MR-A(輸入24點(diǎn)/輸出16點(diǎn))電源：AC220V。4、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)傳感裝置現(xiàn)在自動(dòng)門的行業(yè)所使用的傳感裝置即對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集動(dòng)作的感應(yīng)的開關(guān)主要采用的微波感應(yīng)的裝置、觸摸

7、式的感應(yīng)裝置、接近式的感應(yīng)裝置、紅外遙感的裝置等，其運(yùn)用的場(chǎng)合主要是根據(jù)功能和性能上差異進(jìn)行具體的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的相應(yīng)的控制系統(tǒng)的構(gòu)成。作為自動(dòng)門的電控部分的主要的部位，它在性能上表現(xiàn)的優(yōu)良與否直接的影響于整個(gè)自動(dòng)門系統(tǒng)運(yùn)行的性能及安全的穩(wěn)定可靠與否。本設(shè)計(jì)中所使用的傳感裝置主要采用的是型號(hào)為WB-3004 的微波感應(yīng)裝置，生產(chǎn)于上海的晶圓微電子公司。主要是對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)完成相應(yīng)的反應(yīng)，這種感應(yīng)裝置的反應(yīng)的速度非常的快，而且無論外界的環(huán)境怎么變化都不會(huì)受其影響。變頻裝置基于自動(dòng)門在實(shí)際工作條件下的需要，對(duì)門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)速度上的變換，采用型號(hào)為 FR-540的變頻器作為實(shí)現(xiàn)這一功能的裝置。其主要

8、的優(yōu)點(diǎn)有：安裝比較靈活、便于接線以及設(shè)置頻率時(shí)操作較簡(jiǎn)單等。驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)裝置作為保障自動(dòng)門能否進(jìn)行良好的工作，驅(qū)動(dòng)裝置的選擇顯得很重要。本設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)的速度是通過變頻裝置產(chǎn)生的三段的速度完成相應(yīng)的調(diào)節(jié)的，從而達(dá)到對(duì)自動(dòng)門進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的目的?；诖?，所以要選擇在特性上（絕緣電阻、過壓保護(hù)、接地及絕緣的介電的強(qiáng)度）能夠滿足國(guó)家關(guān)于安全方面所制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定且噪音較小、功率的密度高以及調(diào)速性能好，故本設(shè)計(jì)采用了亞坦電機(jī)控制有限公司所生產(chǎn)的系列為 45BLDC 的直流無刷式電動(dòng)機(jī)，無論是交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，比如簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、易于維護(hù)、可靠的運(yùn)行狀態(tài)等，還是直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，比如寬調(diào)速范圍、機(jī)械特性線性化、大啟動(dòng)轉(zhuǎn)

9、矩、高效運(yùn)行等，它都具備。在要求安靜、可靠、體積小、重量輕、精密等場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。其額定的扭矩和轉(zhuǎn)數(shù)分別是 0.036N M 和4000r，功率范圍在15-100W，額定工作電壓為24Vdc。5、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)自動(dòng)門系統(tǒng)流程圖工作的過程分析本自動(dòng)門控制系統(tǒng)根據(jù)功能要求共有4個(gè)輸入信號(hào)和4個(gè)輸出信號(hào)，來控制系統(tǒng)的工作和關(guān)斷，故應(yīng)當(dāng)設(shè)置4個(gè)按鈕作為輸入端的輸入信號(hào)，當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測(cè)開關(guān)K1或K2時(shí)，輸入端為ON。輸出端開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時(shí)，關(guān)門限K3動(dòng)作，電機(jī)停止運(yùn)行。自動(dòng)門在開門位置停留8s后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，狀態(tài)為ON，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)K

10、M2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時(shí)，開門限K4動(dòng)作電機(jī)停止運(yùn)行。在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測(cè)開關(guān)K2或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序。在門打開后的8s等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測(cè)開關(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開始等待8s后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。開門與關(guān)門不可同時(shí)進(jìn)行；有啟動(dòng)、停止開關(guān)；有開關(guān)門的狀態(tài)顯示；開關(guān)門的時(shí)間以8位數(shù)碼的方式倒計(jì)時(shí)。本系統(tǒng)共有6個(gè)輸入信號(hào)/10個(gè)輸出信號(hào)，而主機(jī)CPU226是24個(gè)輸入/16個(gè)輸出，可以按一定的順序依次將按鍵的輸入端連到主機(jī)上，并正確定義輸入端地址，以便于編寫

11、梯形圖。當(dāng)按鈕被按下時(shí)，其輸入端的信號(hào)為高電平。其輸入/輸出點(diǎn)代碼和地址編號(hào)如下表所示輸入輸出元件PLC輸入地址元件PLC輸入地址門外光檢測(cè)開關(guān)X001開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM0Y000門內(nèi)光檢測(cè)開關(guān)X002開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1Y001開門限位開關(guān)X003關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2Y002關(guān)門限位開關(guān)X004過載保護(hù)開關(guān)X005緊急停車開關(guān)X006啟動(dòng)停止X007手動(dòng)開門X010手動(dòng)關(guān)門X011電路控制原理圖 PLC外部接線圖梯形圖PLC控制指令語句表0LD X0011OR X0022OR Y0003ANI Y0024AND X0075OR X0106ANI X0037OUT Y0008LD X0039ANI

12、X00110 ANI X00211 OUT T012 LD T013 OR Y00114 ANI Y00015 ANI Y00216 AND X00717 OR X01118 ANI X00419 OUT Y00120 LD X00521 OR X00622 OR Y00223 AND X00724 OUT Y00225 END6、系統(tǒng)調(diào)試硬件調(diào)試，接通電源，檢查三菱可編程控制器是否可以正常工作接頭是否接觸良好然后把其與電腦的通信口連接。首先應(yīng)進(jìn)行上電前的準(zhǔn)備。為了防止硬件的損壞，應(yīng)在電路板上電前進(jìn)行電路檢查，包括：對(duì)芯片的焊接方向進(jìn)行檢查，對(duì)芯片的引腳進(jìn)行短路和斷路檢查。在經(jīng)過檢查確認(rèn)芯片的

13、焊接沒有任何問題的情況下，進(jìn)行上電檢查，在電源打開后，先判斷電路是否存在異常，如出現(xiàn)芯片過熱等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)切斷電源，檢查電路故障。在上電無異常狀況的前提下，可以用萬用表和示波器進(jìn)行測(cè)量。首先測(cè)量電源芯片的輸出電壓是否正常，然后用示波器分別測(cè)量各個(gè)主要芯片電源引腳，察看電源的波形情況，如有紋波，則在預(yù)先留出的位置上焊上退耦電容以消除紋波，保證芯片工作正常。電源測(cè)量完畢后，進(jìn)一步用示波器測(cè)量有源晶振的輸出腳，其輸出是頻率為 8MHz 的波形（非方波，類似正弦波）。在確定晶振起振后，按住復(fù)位鍵，使單片機(jī)始終保持在復(fù)位狀態(tài)，同時(shí)測(cè)量其各個(gè)引腳的電平情況，并同數(shù)據(jù)手冊(cè)上表述的復(fù)位時(shí)的芯片引腳狀態(tài)進(jìn)行比對(duì)

14、，由此可判斷單片機(jī)是否正常。確認(rèn)單片機(jī)正常之后就可以通過仿真器連接用戶板進(jìn)行調(diào)試。軟件調(diào)試，按要求輸入梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表，并進(jìn)行語法的檢查，正確后設(shè)置正確的通信口將指令讀入到指定的可編程控制器ROM中進(jìn)行下一步的調(diào)試。由于在編寫系統(tǒng)程序是按功能模塊進(jìn)行的，因此調(diào)試系統(tǒng)時(shí)也按功能模塊進(jìn)行。在調(diào)試電機(jī)控制程序的時(shí)候出現(xiàn)了比較大的問題。下面也是重點(diǎn)闡述一下所遇到的問題以及解決的方法。電機(jī)控制程序主要控制電機(jī)的整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程，包括電機(jī)的加減速，倒轉(zhuǎn)，遇障礙物檢測(cè)等。在單獨(dú)測(cè)試加減速，倒轉(zhuǎn)等時(shí)候沒有遇到大的問題但是在加上遇障礙物檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)只要加上檢測(cè)程序，一旦運(yùn)行馬上就會(huì)復(fù)位，經(jīng)檢查程序沒有任何問題，在

15、分析了可能產(chǎn)生復(fù)位的各種情況后認(rèn)為既然是加入遇障礙物檢測(cè)程序后才會(huì)產(chǎn)生復(fù)位，那么很可能就是在同一位置多次遇到障礙物而產(chǎn)生了復(fù)位。但是，實(shí)際上并沒有裝上門框所以不可能是遇到了障礙物。最后經(jīng)過深入的分析發(fā)現(xiàn)由于判斷是否存在障礙物是通過檢測(cè)門的運(yùn)行速度是否小于該階段的速度門限值，而在電機(jī)在啟動(dòng)后的第一個(gè)運(yùn)行階段由于慣性速度不可能馬上達(dá)到所設(shè)定的值，因而在啟動(dòng)的第一階段進(jìn)行速度的檢測(cè)就會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)到速度小于門限值的情況，從而產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。找到原因之后，取消了在第一階段的速度檢測(cè)，由于第一階段的運(yùn)行距離很短，速度也很低所以在這個(gè)階段取消速度的檢測(cè)并不會(huì)產(chǎn)生什么問題。調(diào)整之后，程序運(yùn)行恢復(fù)正常，完成了所設(shè)定

16、的功能。 對(duì)其他模塊的測(cè)試都比較順利，只出現(xiàn)了語法錯(cuò)誤等一般性的問題，這些問題都通過設(shè)置斷點(diǎn)，單步運(yùn)行等調(diào)試手段進(jìn)行了解決。 7、結(jié)語本次設(shè)計(jì)的基于PLC控制的自動(dòng)門，基本上符合設(shè)計(jì)要求，相比于其他控制方式的自動(dòng)門，具有可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上促進(jìn)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。本文所研究的基于 PLC 的自動(dòng)門的電控部分的設(shè)計(jì)，雖然滿足了一些使用的功能，但是在實(shí)際的應(yīng)用中必須將各個(gè)裝置的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，保證電源的供給不間斷、系統(tǒng)的接地保護(hù)等，使得整個(gè)系統(tǒng)在性能上其運(yùn)行的安全可靠性更高，防止一些不必要的后果發(fā)生。因此，系統(tǒng)的安全可靠仍然是一個(gè)有現(xiàn)實(shí)意義的研究課題。參考文獻(xiàn)：1 張春秋, 可編程序控制器(PLC)在自動(dòng)門上的應(yīng)用J. 中國(guó)科