基于PLC的主动门节造体系的设想
日期: 2019-07-17

  南京理工大学泰州科技学院 课程设想仿单(论文) 做 者: 赵青 学 号: 机械工程学院 机械工程及从动化 基于 PLC 的从动门节制系统的设想 0801010407 学院(系): 专 题 业: 目: 指点者: 林 2011 年 10 月 摘 要 跟着电子手艺的快速成长,可编程节制器(PLC)不竭更新,PLC 节制曾经成为从动 节制中最常见节制体例之一。 因为可编程节制器可以或许很好的节制从动门的开关从而改变 能够其节制体例以及它具有优良的不变性。 所以良多从动门的出产商家都使用 PLC 来实 现从动门的节制。 本文是关于从动门的节制系统的设想,从动门的系统次要由可编程节制器(PLC)、 信号采集安拆、变频器、驱动安拆、传动安拆等构成。次要工做道理是操纵器件来 检测由人体或物体发出的信号,将其传送给 PLC,PLC 按照开关信号的来节制变频器的 开停和速度的变换,正在由传动安拆带动门活动。 本文总共分四个章节进行论述其软、硬件布局、工做道理等,具体如下: 第一章引见从动门成长示状,本课题研究的内容和目标意义。 第二章次要引见从动门节制系统方案的设想要求。 第三章引见了从动门的硬件系统的设想,PLC 的选型,变频器的选型,器件的 选型,驱动安拆。 第四章引见了系统软件的设想,PLC 梯形图设想,法式流程图,法式的编写工做。 环节词:PLC,从动门,驱动安拆,器。 1 引 言 正在经济飞速成长的中国,从动门是楼宇设备中的光机电一体化产物。它曾经普遍用 于都会里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼等。从动门的工做体例次要是通过 门表里两侧的开关来人的收支,当人走近从动门时,因为开关到人的 存正在,给节制器开门信号,节制器从而通过驱动安拆将门打开。当人通过门之后,再将 门封闭。因为从动门最大的长处正在于它“永久开门,又永久关门” ,即对于人来说,门 总能够打开,可对于建建来说,门又老是关着。因而正在保安方面具有独到的感化。别的 正在通电后它能够实现无人办理,给我们带来人员进出便利,还能够节约能源、防风、防 尘、降低乐音等益处,也打破了保守门的制型,给门添加了崇高典雅的气味。 从动门的机能好坏次要取决于它的节制安拆, 晚期的从动门节制系统采用继电器逻 辑节制,因为它安拆烦琐、体积大、不不变、不易维修等错误谬误被逐步裁减。目前从动门 及其从动化行业采用的节制安拆是可编程节制器(PLC),PLC 是一种特地为正在工业 下使用而设想的工业计较机。它采用能够编制法式的存储器,用来正在其内部存储施行逻 辑运算、挨次运算、计时、计数和算术运算等操做的指令,并能通过数字式、模仿式的 输入和输出,节制各品种型的机械或出产过程。目前,PLC 正在机械制制、石油化工、冶 金钢铁、汽车、轻工业等范畴的使用都获得了充实的成长。因而操纵 PLC 节制从动门具 有较高的靠得住性,较强的合用性,优良的维修性等长处。由此看来,使用 PLC 来实现自 动们节制系统设想,能够鞭策从动门行业的成长,扩大 PLC 正在从动门行业甚至整个从动 化行业的使用,具有必然的经济和理论研究价值。 本课题次要引见使用 PLC 为节制器的从动门的设想, 因为产物的开辟都要讲究适用 性,所以本课题开辟的产物不单可以或许顺应多种场所并且简单化。非论对于产物开辟商还 有利用者来说,都是最好的。此系统的设想既满脚了从动门的根基要求,还能够自 动门的不变性。研究本课题意味着产物成本的下降,效益提高。因而仍是具有必然的市 场价值。 1. 概 述 1.1 国内从动门成长示状 跟着我国经济的飞速成长,从动门正在人们的糊口中的使用越来越普遍,宾馆、酒 店、银行、写字楼、病院、商铺等曾经普遍利用从动门。正在我国,从动门的自从研发尚 2 处于初级阶段。正在从动门节制系统的设想中,不变、节能、环保、平安及人道化是起首 需要考虑的要素。 正在目前市场上, 按照从动门门体的分量及体积分歧会对从动门驱动和传动系统提出 分歧的要求,因而能够把从动门分为沉型从动门和轻型从动门。客流量的差别会对从动 门的利用发生很大影响,因而,从动门还能够分为一般从动门和可屡次利用的从动门。 从动门按照利用的场所及功能的分歧可分为从动平移门、 从动平开门、 从动扭转门、 等,此中平开门用的场所较少,扭转门因为高贵并且很是复杂,一般只用于有需要的高 档宾馆,可是从动平移门利用范畴广,一般所说的从动门、门就是指从动平移门, 目前市场上风行的平移型从动门一般是两开,这种门的特点是简单易控,便利。 正在国内,从动门的节制方式良多,从节制器的分歧来分,有保守的继电器节制,即 通过按钮和复杂的接线安拆来节制;智能节制器节制,即通过使用现代从动化设备来控 制,它具有不变性高,平安等长处,因而被良多出产厂商所使用。因为继电器逻辑节制 的从动门系统因存正在很多缺陷而逐渐被智能节制器节制节制的从动门所裁减。 正在智能节制器的选择上,从动门的从控器有微电脑节制器节制和可编程节制器 (PLC)节制,微电脑节制次要有体积小、安拆便利等特点,目前有很多厂家采用此种 体例出产从动门,PLC 节制的特点是不变型高、便利,目前很多大型的商场的从动 门都是由这种体例来节制。 1.2 本课题研究的内容 本课题将正在以下几个方面临从动门的节制系统进行研究和论证。 1.从动门类型的选择。因为考虑到从动门的简练、简单的要求,正在本设想中次要研 究从动平移门。 本课题设想的从动平移门具有手动和从动开门功能和开关门实现减速功 能以及配备平安防夹人光线等来满脚商场等人流浩繁的场合的高效率、高平安性的要 求。 2.从动门硬件系统的设想。因为从动门要顺应大客流量的需要,因而不变性要求比 较高, 故正在本设想中所选用的智能节制器为不变性优良的三菱 FX 系列小型 PLC。 正在从动 门的开关门速度节制上采用三菱变频器做为调理器来实现从动门的转速节制。 为领会决 变频器正在频次很低的时候会呈现不不变的问题,驱动安拆选用功率强大、不变性较好的 自带减速安拆的三订交流电机, 正在器使用从动门公用的微波雷达器和正在工业自 动节制上大量使用的具有检测精度高、寿命长、不变机能好的接近传感器,使用器 3 的开关量信号输入给 PLC 来实现 PLC 对从动门的节制。 因为本课题的具体需求正在硬件系 统的设想过程中次要考虑了从动门的经济适用、不变的需要。 3.从动门软件的设想。正在本设想中采用 PLC 编程言语梯形图,由于梯形图的编程能 曲不雅了然的设想出从动门节制的要求,并能更好的考虑到平安性和毛病报警等问 题,梯形图的编写使用三菱的编程软件。 1.3 本课题研究的目标和意义 正在超等市场、公共建建、银行、病院入口等客流量大的处所,经常利用从动门。自 动门利用便利,又能够节约空调能源、降低乐音、防风、防尘,同时能够使收支口显得 严肃高档。因为从动平移门正在通电后能够实现无人办理,大大的削减了企业的费用,又 提高了建建的档次,所以正在国内建建市场上获得大范畴的普及。因为正在我国也逐渐获得 大师的认同,曾经送来了从动门成长的黄金期间。 本课题的从动门设想使用 PLC 做节制器来提高从动门的不变性和经济性,是对于整个从动门行 业一次手艺的改革,提高了从动门的利用率,顺应了多种场所的需求。所以进行从动门的 PLC 节制 系统设想,具有必然的经济和理论研究价值。 2. 从动门节制系统总体方案设想 2.1 从动门的功能需求阐发 本设想中要求具有平安和靠得住性,按照设想要求,从动门应具有以下功能: 1.开门和关门节制应具有手动和从动体例 为了便于和避免告急环境,从动门应具有手动和从动体例。手动和从动开门方 式由手从动转换开关来节制。当转换开关拨向从动时,手动开门失效,由信号采集 安拆来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且门未封闭,PLC 动做 输出信号来节制电机的正转(开门)或者反转(关门) 。 2.告急遏制 当从动门呈现夹人现象,可闭合告急开关,从而起到感化。 3.防夹人功能 为了从动门发生夹人事务,应正在正在门两侧安拆防夹人红外器,以防止逗留正在门附近的人被 门所夹住。 4 2.2 从动门的机械传动机构设想 本节制系统中锁用到的传动安拆具体包罗如下: 1.从动门的传动次要包罗安拆板,轨道,滑轮,,吊挂件等。 2.所有的组件都为插入式元件,使得安拆很简洁。 3.导轨:程度双导轨布局,为了避免侧摆的问题,要构成正吊挂来确保门扇的稳 定性。导轨中采用双侧密封毛刷,构成密封式,避免积尘对导轨及滑轮的磨损。 4.滑轮:采用特殊的尼龙滑轮,因为其强度高,耐磨性好,同时还有必然的 减震结果。 5.:采用齿形, 齿形添加了齿形的高度,提高了取传动齿轮的吻合度,很大 的程度上提高了机械效率。 机械传动图 3. 从动门硬件系统的设想 3.1 节制系统布局设想 本设想使用 PLC 节制变频器来调理交换电机运转来实现从动门运转的节制体例。 采用变频器电,布局简单,节制便利、靠得住性高,交换电机具无效率高、成本低 的特点。交换电机驱动系具无效率高、布局简单、便利、易于冷却和寿命长等长处, 而且系统调速范畴宽,并且能实现低速恒转矩、高速恒功率运转等特征。 5 从动门节制系统图 3.2 可编程节制器(PLC) 3.2.1 PLC 概述 可编程节制器,英文称 Programmable Controller,简称 PLC。PLC 是用于工业现场 的电节制器。它源于继电器节制手艺,但基于电子计较机。但并不等同于通俗计较机, 它通过运转存储正在其内存中的法式,把经输入电的物理过程获得的输入消息,变换为 所要求的输出消息,进而再通过输出电的物理过程去实现对负载的节制。它要考虑怎 么顺应于工业,如便于安拆,便于维修及抗干扰等问题,入出消息变换及靠得住的物 理实现,能够说是 PLC 实现节制的两个根基要点。 PLC 有丰硕的指令系统,具有以下根基的功能: (1)逻辑处置功能; (2)数据运算功能; (3)精确按时功能; (4)高速计数功能; (5)中缀处置(能够实现各类表里中缀)功能; (6)法式取数据存储功能; (7)联网通信功能; (8)自检测、自诊断功能。 PLC 集丰硕功能于一身,是此外电控器所没有的,更是保守的继电节制电所无法 对比的。丰硕的功能为 PLC 的普遍使用供给了可能,同时,也为从动门行业的近程化、 消息化及智能化创制了前提。 3.2.2 可编程节制器(PLC)的选型 正在对 PLC 选型时,工艺流程的特点和使用要求是设想选型的次要根据。所以应细致 阐发工艺过程特点,选择合适的 PLC。 6 1.输入输出(I/O)点数的估算 I/O 点数估算时招考虑恰当的余量,凡是按照统计的输入输出点数,再添加 10%~ 20%的可扩展。因为正在现实订货时,还需按照制制厂商 PLC 的产物特点,对输入输出点 数进行圆整。所以正在本次设想中输入为 16 点,输出也为 16 点。 2.存储器容量的估算 存储器容量是可编法式节制器本身能供给的硬件存储单位大小, 法式容量是存储器 顶用户使用项目利用的存储单位的大小,因而法式容量小于存储器容量。设想阶段,由 于用户使用法式还未编制,因而,法式容量正在设想阶段是未知的,需正在法式调试之后才 晓得。为了设想选型时能对法式容量有必然估算,凡是采用存储器容量的估算来替代。 按照经验,大体上都是按数字量 I/O 点数的 10~15 倍,加上模仿 I/O 点数的 100 倍,以此数为内存的总字数(16 位为一个字),别的再按此数的 25%考虑余量。因而本 课题的 PLC 内存容量选择应能存储 2000 条梯形图,如许才能正在当前的过程中有脚 够的空间。 3.节制功能的选择 正在本次设想中因为采用小型的 PLC,采用的是适合大大都场所常采用的单回或多 回节制器处理模仿量的节制,同时采用梯形图编程,以简化整个设想。 4.机型的选择 PLC 按布局分为全体型和模块型两类,正在从动门节制系统中,按照输入输出的点数 采用输出输入总点数为 32 位。正在考虑到经济性要素时,招考虑使用的可扩展性、可操 做性、投入产出比等要素,进行比力和兼顾,最终选出较对劲的产物。 综上所述,本课题所设想的从动门属于小型节制系统,连系经济性的考虑因而选择 全体型 PLC。采用日本三菱公司出产的 FX2N-32M 小型 PLC 来实现整个从动系统的节制。 3.3 驱动安拆的选型 从动门可否优良工做基于驱动安拆的好坏。 按照本课题所设想的从动门的要求根本 上,同时连系了平安、不变的要素所以采用了系统的驱动安拆选用采用浙江铁宝电机有 限公司出产的三速三相异步电动机(YD100L-6/4/2)。它采用单绕组变极方式实现换速, 具有体积小,分量轻,噪声低,运转靠得住等长处。 3.4 变频器的选型 7 3.4.1 变频器道理 变频器是操纵电力半导体器件的通断感化将工频电源变换为另一频次的电能节制 安拆。我们现正在利用的变频器次要采用交—曲—交体例,变频器调速的次要工做道理是 将供给电机定子的三订交流工频电经大功率整流元件整流,变成曲流,再将曲流电用正 弦波脉宽调理手艺逆变为频次可调、幅度也随之改变的三订交流电,以此为电源再供给 电机利用。 3.4.2 变频器的选型 正在连系从动门的需要根本上,变频器选型时要满脚电压婚配、电流婚配和转矩婚配 准绳。正在电流婚配中采用 Y 形接法,所用的变频器的最大电流应大于电机的 Y 形接法的 最大起动电流。分析以上要素,本课题变频器采用日本三菱公司出产的 FR-500 系列中 的 FR-540 变频器做为节制电机转速的节制器。 3.5 器件的选型 目前从动门行业的使用的开关次要有微波器,红外器等。接近开 关等是从动门系统的环节部位,其机能间接影响从动门系统的平安及不变,如正在高档酒 店、写字楼,能够选择高活络度的器;正在人行道边上的银行、商铺等经常有人过 的处所,选择窄区域的器。 连系本课题的现实需要正在设想的从动门的人员检测上使用上海顺安达门业粉饰有 限公司出产的 WB-3004 微波器,又称微波雷达,对物体的挪动反映速度快,合用于 行走速度一般的人员通过的场合,它的特点是几乎不受四周要素影响。 正在防夹人器的选择上本设想选用上海晶园微电子公司出产的 WS-210 微型红外 平安光线,可避免光线干扰。 从动门的速度信号采集上使用了 Keyence(基恩士)公司出产的 ED-130U 非埋入型 接近传感器,这种传感器的特点是能检测所有的金属,最大检测距离为 20mm,检测距离 调理便利,安拆简单。 3.6 从动门系统 I/O 分派表 I/O 分派表是编写 PLC 法式起首要做的前提前提, 也是现场接线和调试的主要根据。 按照从动门的节制系统的要求,确定了 PLC 的 I/O 分派表,正在表中列出。 8 表 I/O 分派表 类型 PLC 元件 X0 X1 X2 X3 输入 X4 X5 X6 X7 X10 Y0 Y1 输出 Y2 Y3 感化 门外光电检测开关 门内光电检测开关 开门限位开关 关门限位开关 开门减速行程开关 关门减速行程开关 急停开关 手动开门 手动关门 电机正转(开门) 电机反转(关门) 快速 慢速 3.7 节制系统的电气道理图 9 3.8 系统硬件接线. 从动门节制系统的软件设想 4.1 工做过程阐发 当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关, 开门施行机构 KM1 得电, 电机正转, 当达到开门限位开关时,电机遏制运转。从动门正在开门后逗留 10S 后,从动进入关门状 态,而此时 KM2 线圈得电,电机反转,当达到关门限位开关时,电机遏制动弹。正在关门 过程中,当有人由内到外或由外到内时,通过光电检测开关,应当即遏制关门,并进行 从动开门法式,以防夹伤行人。正在门打开的 10S 期待过程中,如有人进出,必需从头等 待 10S,再进入从动关门形态,以行人平安。 4.2 梯形图概述 PLC 是特地为工业节制而开辟的安拆,其次要利用者是工场泛博电气手艺人员,为 了顺应他们的保守习惯和控制能力,凡是 PLC 不采用微机的编程言语,而常常采用面向 节制过程、面向问题的“天然言语”编程。正在本次课程设想中次要采用梯形图。 梯形图法式设想言语是用梯形图的图形符号来描述法式的一种法式设想言语。 采用 梯形图法式设想言语,这种法式设想言语采用关系来描述事务发生的前提和成果, 每个梯级是一个关系。正在梯级中,描述事务发生的前提暗示正在左面,事务发生的结 果暗示正在左面。它具有曲不雅性和对应性的特点,便于控制和进修,被称为 PLC 的第一编 程言语。 10 4.3 梯形图的设想 本系统使用 GX Developer 7.0 编程软件进行梯形图顺控法式编写,正在编写梯形图 的过程中遵照以下编程法则: 1.每个继电器的线圈和它的触点均用统一编号,每个元件的触点利用时没无数量 。 2.梯形图每一行都是从左边起头,线圈接正在最左边(线圈左边不答应再有触点) 。 3.线圈不克不及间接接正在左边母线.正在一个法式中,统一编号的线圈若是利用两次,称为双线圈输出,它很容易引 起误操做,应避免。 5.正在梯形图中没有实正在的电流流动,为了便于阐发 PLC 的周期扫描道理和逻辑上 的关系,假定正在梯形图中有“电流”流动,这个“电流”只能正在梯形图中单标的目的流 动——即从左向左流动,条理的改变只能从上向下。 从动门节制系统的梯形图 11 竣事语 通过本次课程设想,我初步试着用本人所学的专业学问,设想出法式和硬件系统, 进一步理解了 PLC 节制系统的设想方式,提高了 PLC 梯形图的编程能力,控制了 PLC 控 制系统的调试技巧,三菱编程软件的使用。虽然正在这此中本人提高了良多,但同时这也 让我大白本身学问的窘蹙,良多方面还需要加强勤奋。好比说参考别人材料时,很有很 多的处所看不懂,正在设想的过程中有时比力缺乏耐心。感觉本人正在讲堂上所学的学问并 不克不及熟练地使用于设想中,实的体味到学问仍是要使用到实践中才是实的是本人的。 设想竣事了,大白一个设想的完成并不只是领会某一方面的学问就够了,还需要了 解和控制取之有亲近关系的其他课程学问的进修。正在学校过程中,感觉对硬件部门还不 是很熟悉,不外仍是进修到良多工具。因为 PLC 的不变性和靠得住性要求高,所以正在设想 中,我也学会了细心和隆重。设想是正在他人的根本之上建制属于本人的工具,正在此过程 中我学会了把人家的工具正在添加本人的思惟的根本上把它变成线 参 考 文 献 [1] 张万忠.等.电器手艺[M].:化学工业出书社,2003 [2] 胡学林.可编程节制器教程(根本篇)[M]. :电子工业出书社,2003 [3] 王兆以.传感器手艺[M]. :科学手艺出书社,2001 [4] 秋.等。可编程节制器道理及使用实例[M]. :机械工业出书社,2004 [5] 李桂.电器及节制[M]. 沉庆:沉庆大学出书社,1993 [6] 安玉景等.电子手艺[M]. :人平易近邮电出书社,1998 [7] 王远.模仿电子手艺[M]. :机械工业出书社,2002 13

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