基于PLC的智能车库门控制系统设计.doc

成都工业学院成教院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 基于PLC智能车库门控制系统设计教 学 点： *指导教师： * 职 称： 讲师学生姓名： * 学 号: 1212440002专 业： 机电一体化技术成都工业学院成教院制二一四年三月十二日成都工业学院成教院毕业设计（论文）任务书题目： 基于PLC智能车库门控制系统设计 任务及要求： 通过可编程控制器（PLC）、无线遥控开关、限位器件、驱动装置与传动装置来实现智能车库门自动开关。 时 间： 2013 年 11 月 28 日 至 2014 年 4 月 17 日 共 20 周教 学 点： *学生姓名： * 学 号： 2011315916专 业： 机电一体化技术指导教师： * 职 称： 讲师成都工业学院成教院制第 14 页毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字查找资料，选题完成论文初稿完成论文二稿写作完成论文终稿及格式修改定稿，打印论文，做好评阅准备论文评阅教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩依据之一。摘 要 随着电子技术发展，PLC不断更新，PLC控制已成为自动控制最常见方式之一。智能车库门就是自动控制应用以典型例子，由于可编程控制器具有很好处理智能车库门开关控制及良好稳定性，而且可以很简单改变控制方式，因此智能车库门生产商家很多都运用PLC来做门控制器。目前智能车库门在日常生活中用越来越广泛。PLC控制具有较高可靠性、稳定性、维修方便等优点。 本文是关于智能车库门控制系统设计，智能车库门系统主要由可编程控制器（PLC）、无线遥控开关、限位器件、驱动装置与传动装置组成。主要工作原理是人控制无线遥控开关将信号传送到PLC，PLC再综合收到智能车库门状态信号作出判断，而后发出控制信号，使驱动装置运行，再通过传动装置带动门动作。关键词：智能车库门、PLC无线遥控开关、感应器件、驱动装置Abstract With the development of electronic technology, update the PLC constant, PLC control has become one of the most common ways of automatic control. Is the application of automatic control of intelligent garage door with the typical example, due to the programmable controller to deal with intelligent garage door control switch is good and good stability, and can be very easy to change the control mode, the controller so intelligent garage door production businesses are using PLC to do the door. The, intelligent garage door in daily life with more and more widespread. PLC control reliability, stability, convenient repair has the advantages of higher. This paper i about the design of intelligent garage door control system , intelligent garage door system is mainly composed of programmable logic controller (PLC), wireless remote control switch, limiting device, driving device and the transmission device. The main principle is to control the wireless remote control switch signal is sent to the PLC, to judge the intelligent garage door state signal PLC then received, and then sends the control signal, the driving device operation, and through the transmission device drives the gate of the action.Key words：Intelligent garage door;、PLC wireless remote control switch;、induction、device、driving device 目 录第一章 绪言1第二章 智能车库门外部设备选用2第一节 车库门开关控制器选择2第二节 家用车库电机选择3第三节 车库内外灯光控开关选择4第四节 蜂鸣器选择4第五节 24V直流电源选择5第六节 PLC选择6第三章 智能车库门控制流程8第一节 汽车进、出库流程文字说明8第二节 汽车进、出库控制流程图8第四章 智能车库门梯形图设计11第一节 PLC梯形图概述11第二节 梯形图编程环境11第三节 智能车库门I/O分配表13第四节 智能车库门程序图分析13第五章 控制系统电气接线15结束语16谢辞17参考文献18第一章 绪言 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。在车库门内侧装有无线遥控开关接收器。其控制过程如图1-1所示。要求实现以下四个功能： 1.按下无线遥控开关上开门键，产生输入电信号X2=1，从而继电器KM1线圈得电，车库门开始打开，同时车库外灯Y6(白天不会亮)亮，蜂鸣器Y7工作。 2.当车库门打开其上升极限X1处，KM1线圈失电，车库门停止上升，车库内灯Y5亮，灯Y6在5秒后熄灭，蜂鸣器立即Y7停止工作。 3.按下无线遥控开关上关门键，产生输入信号X3=1，从而继电器KM2线圈得电，车库门开始关闭，同时灯Y5在5秒后熄灭，灯立即Y6(白天不会亮)打开。 4当车库门关闭到其下极限X0处，KM2线圈失电车库门停止下降，灯Y6在2分钟后自动熄灭。图1-1 车库门动作示意图第二章 智能车库门外部设备选用第一节 车库门开关控制器选择 1.作用：提供信号给PLC控制车库门开关。由于要实现车库门智能化控制，则要求车主在车上就可以打开车库门，无需下车手动操作，所以本文将选用无线遥控开关。 2.无线遥控开关选型要求：抗干扰能力均很强,可在强电磁干扰环境中使用。频率稳定性好,接 收灵敏度高。控制安全，发射器与接收器只能一对一使 用。遥控距离广，最低要求100M，可以及PLC连接使用。综上所述确定选择深圳市奥圣科技发展奥圣/AU.RK02.12无线遥控开关，如图2-1所示图2- 3.产品特点：四路输出，可独立输出，也可非锁与互锁输出。可通过拔插插针跳线方式方便地在点动、互锁、自锁三种工作方式中进行随意切换。使用方便更换芯片芯片座，可方便地更换为点动、互锁、自锁各类芯片，以便满 足各类需要。接收灵敏度高，遥控距离可达50米至100米以上。采用大容量继电器，可控制上千瓦电器及设 备。采用无线编码技术无方向性，开关互不干扰。主要应用于遥控电动门、窗、开关、安防等工业或照明遥控领域。 4.其主要技术参数如下： 工作电压：DC24V 接收频率：315MHZ 接收灵敏度：95db 工作方式：点动，互锁，自锁 最大负载：7A 编码类型：固定 编码方式：焊盘第二节 家用车库电机选择 1.作用：给车库门开关提供动力，由PLC控制接触器KM1KM2控制其正反转。 2.选用车库门电机主要考虑：车库门面积、重量，当地天气气候，车库门使用寿命等。无刷直流电机具有更大功率密度（铁芯利用率高）、更高效率与更好控制性能，如将节能因素、省却变频器以及产能提高因素考虑在内，使用者综合成本下降很大。所以在本设计中选用无刷直流电动为TT MOTOR无刷直流电机，如图2-2所示。 3.产品特点：该产品设计先进、工艺精良、性能稳定、安 全可靠。具有整体感强、体积小、重量轻、耗电省、噪音低、输出转矩大，制动灵活、准等特点。广泛使用于工厂、商店、会议中心、中小型市场、。 4.其主要技术参数如下： 电压：24.0（V） 功率：25（W） 额定速度：100（rpm） 额定转矩：0.9（NM） 额定电流：2.10（A） 效率：75（%） 绝缘等级：B 电机外形尺寸：直径：56（mm）长度：110（mm）图2-第三节 车库内外灯光控开关选择 1作用：及PLC控制继电器联合控制车库外灯开关，接线示意图，如图2-3所示。 2产品特点：本光控感应开关电路设计采用高品质CDS元器件装置,并使用继电器开关接通负载力强,继电器开关使用寿命10万次。当环境光照度低于8Lux时,开关自动接通负载,当环境光照度足够时,开关自动关闭载,适用于楼道、走廊、仓库、车库、地下通道等公共场所各类灯具电器自动开关。 3其主要技术参数如下： 感应方式：被动式 感应原理：光敏感应 光控感应：2.8Lux 负载能力：阻性1000W,感性400W 环境温度：.20+50 负载范围：白炽灯,日光灯,节能灯,LED灯等各类负载 工作电压：180V.AC265V(50Hz/60Hz）图2-3 光控开关接线示意 图 4安装注意事项：安装时开关应背光，避免灯光直射或干扰，开关表面光线应尽量接近自然环境光线。第四节 蜂鸣器选择 1作用：提供语音提示，凸显智能车库门人性化，由PLC直接控制为力提高生活质量，要求当车库门打开时喇叭会发出“车库门正在打开请稍等，驾车请注意安全，切勿酒驾！”语音提示。所以本设计选用智能语音提示喇叭常州安全语音提示喇叭开发626.802型喇叭。 2产品特点：功能扩展能力强，采用模块化电路设计，触发接口扩展性强，语音扩展能力强，采用先进可编程语音集成电路，支持语音定制及多段扩展，电路稳定可靠，系统电路按照工业级标准进行设计，输出功率大，性能稳定可靠，具有过载保护，输出功率大。采用成熟稳定推挽功率放大输出，效率高，功率大，语音音 质好，优质语音芯片，低失真放大，优质铝膜扬声器使得该系统功率充足，音质圆润，坚固耐用，防水能力强全封闭结构，优质AB工程塑料外壳，美观坚固，使用寿命长，防水能力达到国经工业标准防水等级IPX6。 3其主要技术参数如下： 型号：IR.QCDZ.103.24 工作电压：24V 工作电流：< 额定功率：10W 最大功率：25W 工作模式：白天/关闭/夜间(前单元) 工作温度：.2070频率响应：5008KHz 敏度：120dB±5dB 阻抗：8 颜色：黑色 尺寸：100×100×100mm 重量： 第五节 24V直流电源选择 1作用：为耗能设备提供动力来源，输入220V交流输出24V直流。 24V直流电源是整个智能车库门动能来源，所以电能输出要稳定，且要具备过载过压保护。因此选择明纬S.60.24单组输出开关电源,如图2-4所示。图2-2产品特点：国际通用全范围交流输入，具有短路、过载、过电压保护，自然风冷，100%满载老化测试，开关工作频率77KHZ。 3其主要技术参数如下： 直流电压：24V 额定电流： 额定功率：60W 输入电压：220V 频率范围：4763Hz 效率：79% 工作温度：.10+60 工作适度：2090%RH 尺寸：159*97*38MM（L*W*H）第六节 PLC选择 1作用：是整个智能车库门核心，协调控制车库门各件动作，实现智能化。在PLC系统设计时，首先要确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程特点与应用要求是设计选型主要依据。因此工程设计选型与估算时，应该详细分析工艺过程特点、控制要求，明确控制任务与范围，确定所要操作与动作，后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比PLC与设计相应控制系统。 2输入输出（I/O）点数估算I/O点数估算时应考虑适当余量，通常根据统计输入输出点数，再增加10到20可扩展。留有余量后，就作为输入输出点数估算数据。在实际订货时，还需要根据制造厂商PLC产品特点对输入输出点数进行圆整。根据估算方法本设计I/O点数为输入6点，输出5点。 3机型选择 （1）PLC类型PLC按结构分为整体型与模块型，按应用环境分为现场安装与控制室安装两类。按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLCI/O点数是固定，因此用户选择余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理选择与配置系统I/O点数，功能扩展方面灵活，一般用于大中型控制系统。 （2）从经济角度考虑在选择PLC时，应该考虑其性能价格比。考虑经济时，也应该同时考虑应用可扩展性、可操作性、投入产出比等因素。进行比较与兼顾，最终选出比较满意产品。输入输出点数对价格有直接影响，当点数增加到一定数值后，相应存储器容量也应增加。因此，点数增加对PLC选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有一定影响。所以在估算与选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理性能价格比。本设计自动门属于小型控制系统，结合经济性考虑，选用整体型PLC。 4.对PLC响应时间选择 对于多数场合，PLC响应时间基本上能满足控制要求。响应时间包括输入滤波时间、输出滤波时间与扫描周期。PLC工作方式决定了它不能接受频率过高或持续时间小于扫描周期输入信号，当有此类信号输入时需要选用扫描速度高PLC或快速响应模块与中断输入模块。 具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同电源以及满足单个需要大量特殊功能模块，它可以为自动门应用提供最大灵活性与控制能力，如图2-5所示。 图2-5 三菱F X2 N系列 PLC样 图第三章 智能车库门控制流程第一节 汽车进、出库流程文字说明当汽车进库时，汽车行驶到离车库门一定距离时，车主按下无线遥控开关遥控器上开门按钮，接收器会把开门信号传送给PLC，然 后 由PLC控制车库门打开。车库门打开同时，车库外灯会打开（白天不会打开，由光控开关控制）、蜂鸣器工作发出“车库门正在打开请稍等，驾车请注意安全，切勿酒驾！”语音提示，车库门完全打开后，车库内灯立即打开，车库外灯会延时熄灭，以达到节能目。车主离开车库，按下无线遥控开关遥控器上关门按钮，接收器会把关门信号传送给PLC，然 后 由 PLC控制 车库门关闭。车库门关闭 瞬间车库外灯会立即打开，车库里灯会延时熄灭，在车库门完全关闭以后，车 库 外 灯会 延 时 熄 灭，以 达 到 节 能 目 。第二节 汽车进、出库控制流程图 -1所示。图3-1 车库门开门流程图-2所示。图 3-2 车库门关门流程图第四章 智能车库门梯形图设计第一节 PLC梯形图概述 PLC是专门为工业控制而开发装置，其主要使用者是工厂广大电气技术人员，为了适应他们传统习惯与掌握能力，通常PLC不采用微机编程语言，而常常采用面向控制过程、面向问题“自然语言”编程。国际电工委员会（IEC）1994年5月公布IEC1131.3（可编程控制器语言标准）详细地说明了句法、语义与下述5种编程语言：功能表图（sequential function chart）、梯形图（Ladder diagram）、功能块图（Function black diram）、指令表（Instruction list）、结构文本（structured text）。梯形图与功能块图为图形语言，指令表与结构文本为文字语言，功能表图是一种结构块控制流程图。 梯形图程序设计语言是用梯形图图形符号来描述程序一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生条件与结果，每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生条件表示在左面，事件发生结果表示在右面。 形梯图程序设计语言是最常用一种程序设计语言，它来源于继电器逻辑控制系统描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉。因此，由这种逻辑控制技术发展而来梯形图受到欢迎，并得到广泛应用。 梯形图程序设计语言特点是： 1. 及电气操作原理图相对应，具有直观性与对应性； 2. 及原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握与学习； 3. 及原有继电器逻辑控制技术不同点是：梯形图中能流（Power Flow）不是实际意义电流，内部继电器也不是实际存在继电器，因此应用时需及原有继电器逻辑控制技术有关概念区别对待。 梯形图是使用得最多图形编程语言，被称为PLC第一编程语言。梯形图及电器控制系统电路图很相似，具有直观易懂优点，很 容 易 被 工 厂 电 气 人 员 掌 握 ，特 别 适 用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图设计称为编程。第二节 梯形图编程环境 本设计梯形图编程是运用三菱公司GX Developer 编程软件完成，其编程环境界面如图4-1所示。图4-1 GX Developer编程界面 下面主要介绍下GX Developer 编程软件概要：GX Developer 是具有下列功能软件包。1 制作程序 2对可编程控制器CPU写入/读出，如图4-2所示。图4-2 可编程控制器CPU写入/读出示意图第三节 智能车库门I/O分配表智能车库门I/O分配表，如表4-1所示。表4-1 智能车库门I/O分配表第四节 智能车库门程序图分析 1.车库门上升及蜂鸣器控制图4-3 车库门上升及蜂鸣器控制 如图4-3所示，当车主按下无线遥控开关上开门按钮或手动开门按钮时，PLC会接受到X2=1或X4=1，此时PLC内部继电器Y0与Y7动作，Y0得电以后会通过自己常开触点形成自锁，及Y1成互锁。由Y0控制继电器KM1 常 开 触 点 会 一 直 闭 合，车 库门上升，蜂鸣器工作。X1为车库门上限位行程开关，车库门打开到上升极限时候会通过X1停止车库门上升及蜂鸣器工作。 2.车库门下降及车库外照明灯延时控制图4-4 车库门下降及车库外照明灯延时控制如图4-4所示，当车主按下无线遥控开关上关门按钮或手动关门按钮时，PLC会接受到X3=1或X5=1，此时PLC内部继电器Y1动作，Y1常开触点会形成自锁，及Y0成 互 锁。由Y1控制继电器KM2常开触点会一直闭合，车库门下降。在车库门下降同时，计时器T1开始计时，在5S以后关闭车库内照明灯。 3.车库外照明灯控制图4-5 车库外照明灯控制 如图4-5所示，当车库门打开或车库门关闭时候，PLC会通过Y0与Y1状态Y6动作，从而控制车库外照明灯控制，M0为辅助继电器，T0为时间继电器，计时5S，在车库门完全打开5S后熄灭车库外照明灯，T2也是时间继电器，计时2min在车库门完全关闭2min后熄灭车库外照明灯。 4.车库内照明灯及车库外照明灯延时控制图4-6 车 库内照明灯及车库外照明灯延时控制 如图4-6所示，车库内照明灯会在车库门完全打开时候打开，由车库上限位行程开关X1控制，在车库门关闭同时T1在计时5S后将车库内灯熄灭。其中T0与T2都是用来控制车库外照明灯延时关闭，在车库门完全打开时，计时器T0会工作，在计时5S后将车库外灯熄灭，在车库门完全关闭时，T2开始计时，在计时2min后将车库外照明灯关闭。第五章 控制系统电气接线 智能车库门控制系统控制连接电路主要包括I/O接线电路、控制系统主电路连接，详细接线方式分别在附录I与附录II中列出。图5-1 接线图结束语 经过这一个多月毕业设计过程，我了解了很多以前不曾了解东西。结合自己所学专业知识，设计出 程 序 与 硬 件 系统，真正开始理解了PLC控 制 系 统 设 计 方 法 ，改善了PLC梯形图编程能力，也认识到了GX Developer编程软件应用。但体会最深还是自己各方面知识贫乏，编程方面需要加强努力，其他很多地方都需要继续努力；另一方面也体会到了网络资源丰富，找资料也需要技术，开 拓 了 眼 界 ， 这些 都 是 以 后 可 以 运用到实际工作中知识财富。 一个设计涉及是多方面问题，需要考虑东西也很多。经 过 这 次 毕业 设 计 ，使我认识到以后处理问题都应考虑全面细致，这样才能最好处理好问题。这次设计过程中遇到问题很多，教师与同学对我帮助很大。一 些 处 理 不 了 问 题，也 能 很 变通解决。 完成这个设计也是对自己大学所学知识一次总结，一次检验。更加系统更加深刻认识到了自己三年来所学知识对于以后从事相关专业工作重要性。也认识到了其中不足之处，以后需要更多努力。谢 辞 教师倾注了大量心血与汗水，无论是在论文选题、构 思 与 资 料 收 集 方面 ，还是在论文研究方法以及成文定稿方面，我都得到了教师悉心细致教诲与无私帮助，特 别 是她 广 博 学识 、深厚学术素养、严谨治学精神与一丝不苟工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢与深深谢意。 最后感谢与我同窗三年大学同学，朝夕相伴日子里，我门曾经一起笑过，哭过，彷徨过。正是你门为我创造这个安定学习环境，我才得以顺利地地过完得大学生活。多年来你们帮助与关怀给了我莫大安慰，帮助我度过了最困难时候。大学里在一起日子，是我们青春中最灿烂一页，即将过去大学生活将成为我们最美好回忆，回 忆 里 每 张 面 孔，都 栩 栩 如 生，我 会 将 你 们 珍 藏 。三 年 大 学 生 活 虽 然 短 暂，但 是 有了你 门 陪 伴，关于 大 学 一 切 记 忆 都 会 变 成 永 恒 。在 此 离 别之 时，我祝愿大家都有一个美好前程。参考文献8.林明星.电气控制及可编程控制器.北京：机械工业出版社。2004