车库自动门控制系统设计毕业论文.doc

毕业设计题目：车库自动门控制系统 院、系（站）： 学科专业： 学 生: 学 号: 指导教师： 20 年 月 摘要随着汽车产业的发展，人们对车库的需求量日益增长。智能车库将是信息社会最重要的基础设施之一，停车场管理控制系统则是现代建筑中不可或缺的一部分。随着计算机控制技术的发展，停车场管理控制系统的功能及软硬件设施也伴随其发展而不断改进。本文主要阐述了车库自动门的设计思想与程序编制, 应用PLC作为现场控制器，对现场设备进行信号采集与控制。控制的说明、系统流程图、外部接线图、梯形图必要的文字说明介绍了以PLC为应用的车库自动门的系统软件设计。根据管理及控制功能需求，充分研究了相关系统组件的工作原理及性能指标，据此进行系统功能设计及硬件选型。此系统对车库的管理有很大的帮助、对疏导交通流量、提高道路通行能力有明显的效果，有很大的实用价值。关键词 可编程控制器 Fx-pcs-winC330 自动车库门控制系统目 录摘 要I绪 论4第一章 自动门介绍51.1 研究背景与研究意义51.2 自动门的分类51.3 本章小结5第二章 PLC的介绍及选择62.1 PLC的简介62.2 PLC的主要功能及特点72.2.1 PLC的主要功能72.2.2 PLC的特点82.3 PLC的组成与基本结构82.4 PLC的工作原理92.5 本章小结10第三章 车库自动门控制系统的设计113.1车库自动门电气控制系统的平面图及说明113.2 车库自动门的控制要求123.3 控制程序的编制及硬件接线图133.4 车库自动门控制系统的软件设计143.4.1 设计功能顺序图143.4.2 I/O口及定时器/计数器说明153.4.3 系统梯形图及指令语名表163.5本章小结17结 论24设计总结25致 谢26参考文献27绪论随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用了自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度上提高了生产效率，又进一步的促进了生产力的快速发展，并不断的丰富着人们的生活。近20年来，随着我国城市建设速度的加快，城市交通需求量也日益增大，城市人口相对密集，无论是私家车辆还是公交车辆都不能真正满足正常的停放，公交需求更很大。因此车辆停放依旧是市民最关注的问题。在超级市场、公共建筑、银行、别墅车库门，经常使用自动门控制系统。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已经逐渐被淘汰。1969年，出现了可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特点是：具备逻辑控制、定时、计数、等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便，通用性和灵活性好。PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。所以在停车场智能管理领域，相应的也出现了PLC停车场智能管理的概念，即含有高科技的智能系统，与普通的停车系统不同的是，它能以PLC技术为基础来解决停车难的问题，直接为目标安全、迅速地到达目的地。停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出,车辆进入时给与司机准确的车位数量与具体位置,车辆进入车库后,记录车辆总量;车辆离开车库时,减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC进行中央控制处理,停车场空位指示可利用价格便宜的数码管显示。因此，在大力加强车辆停放智能管理的建设方面，尤其在实现快捷、便利、安全这一点上拥有很大的发展空间和潜力。为此，本文对停车场智能控制管理上引入了PLC技术，对停车场进行了一个关于PLC为主的系统设计。第一章 自动门的介绍本章主要从自动门的研究背景与意义、自动门的介绍及起源、自动门的组成及分类三个部分来对自动门进行简单的了解。1.1 研究背景与研究意义随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用了自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度上提高了生产效率，又进一步的促进了生产力的快速发展，并不断的丰富着人们的生活。近20年来，随着我国城市建设速度的加快，城市交通需求量也日益增大，城市人口相对密集，无论是私家车辆还是公交车辆都不能真正满足正常的停放，公交需求更很大。因此车辆停放依旧是市民最关注的问题。在超级市场、公共建筑、银行、别墅车库门，经常使用自动门控制系统。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已经逐渐被淘汰。1969年，出现了可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特点是：具备逻辑控制、定时、计数、等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便，通用性和灵活性好。1.2自动门的分类 自动门主要有:旋转自动门、弧形自动门、平滑自动门、平开自动门、折叠自动门、重叠自动门、医用自动门、卷闸自动门、车库自动门、特种自动门等。1.3 本章小结本章主要介绍了自动门控制系统的研究意义与背景、自动门的介绍与起源、自动门的组成及分类。主要是对自动门的发展历史以及其基本概念有一个大致的了解，为下面的设计打下一个基础。第二章 PLC的介绍及选择可编程控制器（Programmable Controller 简称PLC）。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的控制系统。可编程控制器具有能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单等优点，是当代工业生产自动化的主要手段和重要的自动化控制设备。由于PLC在自动化控制中的种种优势，因此被广泛的引用于自动门系统中。2.1 PLC的简介由于PLC在不断发展，因此，对它进行确切的定义是比较困难的。美国电气制造商协会（NEMA）经过四年的调查工作，于1980年正式将可编程序控制器命名为PC（Programmable Controller），但为了与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，常将可编程控制器简称为PLC，并给PLC作了定义：可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能，用于控制器或产生过程的自动化控制装置。1982年，国际电工委员会（International Electrical Committee，IEC）颁布了PLC标准草案第一稿，1985年提交了第二稿，并在1987年的3稿中对PLC作了如下的定义：“PLC是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序控制器的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。”上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。2.2 PLC的主要功能及特点2.2.1 PLC的主要功能1.开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种控制要求。2.模拟控制（A/D和D/A控制）在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。过去，PLC长于逻辑运算控制，对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能，而且编程和使用方便。3.定时/计数控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，定时间隔可以由用户加以设定；对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。4步进控制PLC为用户提供了一定数量的位移寄存器，用位移寄存器可方便地完成步进控制功能。5.运动控制在机械加工行业，可编程序控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。6.数据处理大部分PLC都具有不同程度的数据处理能力，它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等操作，有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。7.通信联网PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。2.2.2 PLC的特点1.可靠性高，抗干扰能力强 2.配套齐全，功能完善，适用性强 3.易学易用，深受工程技术人员欢迎 4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 5.体积小，重量轻，能耗低 2.3 PLC的组成与基本结构PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PLC也是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入/输出接口，具有更适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。因此，PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是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2.1）、输入/输出扩展环节及外部设备组成。图2-1 PLC硬件主机系统图2.4 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：1.输入采样扫描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。2.执行用户程序扫描阶段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。3.输出刷新扫描阶段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。2.5 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。第三章 车库自动门控制系统的设计 本章从自动门的控制要求、系统组成、系统原理等方面系统介绍了车库自动门控制系统方案设计应考虑的问题及解决办法。3.1 车库自动门电气控制系统的平面图及说明图3-1说明：超声波开关：红色区域为超声波的感应范围，当小车进入到这个范围，超声波开关被触发，常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。光电开关：当有物体穿过开关，并遮住了光束，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。门下限开关：当门下降，碰到它时，门下限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。由于现在门是关闭的，因此它的初始状态是上面为常开触点，下面为常闭触点。门上限开关：当门上升时，碰到它时，门上限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。门位电动机：采用直流驱动，按正负方向接入电源，电动机正转（门上升），反之，电动机反转（门下降）。3.2 车库自动门控制系统的控制要求PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。库门设计为卷帘式，用一个电机来拖动卷帘。正转接触器KM1使电机开门，反转接触器KM2使电机关门。在库门的上方装设一个超声波探测开关S01，超声波开关发射超声波。1）按下启动按扭，当有人或车由外到内进入超声波发射范围时，超声波开关便检测出超声回波，从而产生输出电信号（S01=ON），由该信号启动接触器KM1，电机M正转使卷帘上升开门，当到达开门限位开关位置时，电机停止运行。2）如果此时车不想停入车库，需要离开，车离开超声波发射范围，5秒后，车库门自动关闭。如果此时车又想开进车库，再次进入超声波发射范围，车库门停止关闭，进行开门动作。3）当车开到车库门下时，在库门的下方装设一套光电开关S02，用以检测是否有物体穿过库门。光电开关由两个部件组成，一个是能连续发光的光源；另一个是能接收光束，并能将之转换成电脉冲的接收器。若行车（人）遮断了光束，光电开关S02便检测到这一物体，产生电脉冲，在延时定时器5秒后，由该信号启动接触器KM2，使电机M反转，从而使卷帘开始下降关门，当门移动到关门限位开关时，电机停止运行。4）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外进入超声波发射范围时，则立即停止关门，并自动进入开门程序。5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定问题，增加手动开门和关门开关。3.3 控制程序的编制及硬件接线图3.3.1 主电路图如图3-2所示图3-2车库自动门主电路电路图 3.3.2 PLC硬件接线图如图3-3所示图3-3 PLC硬件接线图 控制过程：按下电子锁开关I0.0，电动机正转卷帘门打开，同时照明灯打开。当电动机正转碰到上限位开关I0.1时，电动机停止转动卷帘门停止打开。汽车开始驶进车库。全部进入后，按下电子锁I0.3关门，电动机反转卷帘门开始关闭。当到达下限位开关I0.2时，电动机停止转动，卷帘门关闭完成。最后按下I0.5关闭照明灯。或者有一个声音信号I0.6声控开关促使照明灯打开，计时器开始计时，10秒后照明灯自动关闭。如此循环。3.4 车库自动门控制系统的软件设计3.4.1 车库自动门控制系统设计框图1) 车开进车库功能顺序图如图3-4所示图3-4 车开进车库功能顺序图说明: 车开进车库(1)、运行项目，按下启动按钮SB5；按键盘的向上方向键，控制小车前进；当小车进入超声波区域时，车库门开启，到达上限位停止开门。(2)、车继续前进，当车穿过光电开关，开进车库时，定时器开始计时，3s后，开始关门，到达关门下限位时停止关门。2) 车开出库功能顺序图如图3-5所示图3-5 车出库功能顺序图说明: 车开出车库(1) 按下手动开门按钮后，车库门开启，到达上限位时，停止开门。(2) 车开出车库时，穿过关电开关和超声波区域，最后离开超声波区域，此时门自动关闭，无需手动去关门。3.4.2 I/O口及定时器/计数器说明I/O地址分配表:类别元件端子号作用输入SB1X0超声波开关SB2X1开门上限开关SB3X2开门下限开关SB4X3关电开关SB5X4启动/停止开关SB6X5手动开门开关SB7X6手动关门开关输出KM1Y0电机正转接触器KM2Y1电机反转接触器定时器说明:类别器件号设定值作用定时器T383S车触关电开关后，3秒后关自动门控制过程：按下电子锁开关I0.0，电动机正转卷帘门打开，同时照明灯打开。当电动机正转碰到上限位开关I0.1时，电动机停止转动卷帘门停止打开。汽车开始驶进车库。全部进入后，按下电子锁I0.3关门，电动机反转卷帘门开始关闭。当到达下限位开关I0.2时，电动机停止转动，卷帘门关闭完成。最后按下I0.5关闭照明灯。或者有一个声音信号I0.6声控开关促使照明灯打开，计时器开始计时，10秒后照明灯自动关闭。如此循环。3.4.3 系统梯形图及指令语名表网络1网络2网络3网络4网络5指令语句表- 17 -