明達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 學(xué)年度 機(jī)電工程 系 電氣自動(dòng)化技術(shù) 專業(yè) 班級(jí) 09 電氣 (1) 學(xué)號(hào) 61093104 課題名稱 汽車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 程 超 指導(dǎo)教師 茅 紅 霞 2011 年 12 月 18 日 目錄 引言 .一章 可編程控制器（ 簡(jiǎn)介 .基本結(jié)構(gòu) .序設(shè)計(jì)方法 .序控制器與其他工業(yè)比較 .二章 汽車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的控制要求 編程控制器 選型 .車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的平面圖 .車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的主電路圖 .三章 汽車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的順序流程圖 .車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的 IO 分配表 .車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的外部接線圖 .車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì) .結(jié) .考文獻(xiàn) .謝 .1 汽車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 程 超 【摘要】 隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)車庫的需求量日益增長(zhǎng)。 對(duì)車庫門自動(dòng)控制是今后車庫向智能化發(fā)展的必然趨勢(shì)。 本文主要闡述了車庫自動(dòng)門的設(shè)計(jì)思想與程序編制 ,對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了各方面的分析 ， 對(duì)各方面 要求的系統(tǒng)加以詳細(xì)敘述，控制的說明、系統(tǒng)流程圖、外部接線圖、梯形圖必要的文字說明介紹了以 此系統(tǒng)對(duì)車庫的管理有很大的幫助、對(duì)疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力有明顯的效果，有很大的實(shí)用價(jià)值。 【關(guān)鍵字】 可編程控制器 動(dòng)門 控制系統(tǒng) 引 言 隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ，人們的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)大量的使用了自動(dòng)化控制，不僅節(jié)約了人力資源，而且很大程度上提高了生產(chǎn)效率，又進(jìn)一步的促進(jìn)了生產(chǎn)力的快速發(fā)展，并不斷的豐富著人們的生活。 早期的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是依靠繼電 特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)距離控制，但是其采用固定接線，通用性和靈活性差；有采用觸點(diǎn)的開關(guān)動(dòng)作，工作頻率低。觸點(diǎn)易損壞，可靠性差。 1969 年，出現(xiàn)了可編程邏輯控制器 其特點(diǎn)是：具備邏輯控制、定 時(shí)、計(jì)數(shù)、等功能，編程語言采用直觀的梯形圖語言，軟件更改方便，通用性和靈活性好。 目前，可編程控制器 要是朝著小型化、廉價(jià)化、標(biāo)準(zhǔn)化、高速化、智能化、大容量化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，形成工業(yè)控制及系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 這將是 功能更強(qiáng)，可靠性更高，使用更方便，適用范圍更廣。 在超級(jí)市場(chǎng)、公共建筑、銀行、別墅車庫門，經(jīng)常使用自動(dòng)門控制系統(tǒng)。早期的自 動(dòng)門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，已經(jīng)逐漸被淘汰。 制自動(dòng)門由于具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。由于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速性能平滑，直流電動(dòng)機(jī)超載能力較強(qiáng)，熱動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，所以執(zhí)行時(shí)使用直流電動(dòng)機(jī)。 本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)別墅型車庫自動(dòng)門的自動(dòng)開關(guān)控制而論，自動(dòng)門控制裝置 2 系統(tǒng)有檢測(cè)元件、可編程控制器（ 電動(dòng)機(jī)、聲控開關(guān)、光控開關(guān)、燈、電子鎖組成。 第一章 可編程控制器（ 簡(jiǎn)介 編程控制器 的定義 一種可編程的數(shù)字邏輯控制設(shè)備，早期用于開 關(guān)量的邏輯控制，多用作控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)和電磁閥的開關(guān)動(dòng)作，從而控制機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。只要合理分配輸入、輸出點(diǎn)，根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)梯形圖，采用基本指令和步進(jìn)指令就可達(dá)到控制目標(biāo)。隨著控制要求的不斷提高，許多 產(chǎn)廠家進(jìn)一步優(yōu)化和完善功能，增加了功能指令，大大拓寬了 應(yīng)用范圍，使 某種程序上可以代替控制器和計(jì)算機(jī)的協(xié)同工作系統(tǒng)，為工業(yè)生產(chǎn)和民用控制設(shè)計(jì)提供方便。 本結(jié)構(gòu) 質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： a、電源 電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 b. 中央處理單元 ( 中央處理單元 ( 控制中樞。它按照 統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) 入運(yùn)行時(shí)，首先 它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 3 為了進(jìn)一步提高 可靠性，近年來對(duì)大型 采用雙 成冗余系統(tǒng)，或采用三 表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) 現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 c、存儲(chǔ)器 存放 系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 d、輸入輸出接口電路 1現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是 2現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用 過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 e、功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 f、通信模塊 如以太網(wǎng)、 訊模塊等。 1、分析控制系統(tǒng)的控制要求 熟悉被控對(duì)象的工藝要求，確定必須完成的動(dòng)作及動(dòng)作完成的順序，歸納出順序功能圖。 2、選擇適當(dāng)類型的 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，確定 I/O 點(diǎn)數(shù)和 I/O 點(diǎn)的類型（數(shù)字量、模擬量等），并列出 I/O 點(diǎn)清單。進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，適當(dāng)留有余量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于一般開關(guān)量控制系統(tǒng)，用戶程序所需存儲(chǔ)器的容量等于 I/O 總數(shù)乘以 8；對(duì)于只有模擬量輸入的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要 100 個(gè)存儲(chǔ)器字；對(duì)于既有模擬量輸入又有模擬量輸出的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要 200 個(gè)存儲(chǔ)器字。確定機(jī)型 時(shí)，還要結(jié)合市場(chǎng)情況，考察 產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定性能價(jià)格比好一些的 型。 3、硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)所選用的 品，了解其使用的性能。按隨機(jī)提供的資料結(jié)合實(shí) 4 際需求，同時(shí)考慮軟件編程的情況進(jìn)行外電路的設(shè)計(jì)，繪制電氣控制系統(tǒng)原理接線圖。 4、軟件設(shè)計(jì) （ 1）軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制系統(tǒng)要求將順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候最好將使用的軟元件（如內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）列表，標(biāo)明用途，以便于程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、檢修時(shí)查閱 。 （ 2）模擬調(diào)試。將設(shè)計(jì)好的程序下載到 單元中。由外接信號(hào)源加入測(cè)試信號(hào)，可用按鈕或小開關(guān)模擬輸入信號(hào)，用指示燈模擬負(fù)載，通過各種指示燈的亮暗情況了解程序運(yùn)行的情況，觀察輸入 /輸出之間的變化關(guān)系及邏輯狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求，并及時(shí)修改和調(diào)整程序，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。 5、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 在模擬調(diào)試合格的前提下，將 場(chǎng)調(diào)試前要全面檢查整個(gè) 括電源、接地線、設(shè)備連 接線、 I/保證整個(gè)硬件連接正確無誤的情況下才可送電。將 。反復(fù)調(diào)試，消除可能出現(xiàn)的問題。當(dāng)試運(yùn)一定時(shí)間且系統(tǒng)運(yùn)行正常后，可將程序固化在具有長(zhǎng)久記憶功能的存儲(chǔ)器中，做好備份。 編程控制器與其他工業(yè)比較 基于 別墅型車庫自動(dòng)門 管理系統(tǒng)， 物理結(jié)構(gòu)來說有豐富的輸入輸出端，而從 邏輯結(jié)構(gòu)來看， 內(nèi)部有許多軟元件，如輸入輸出繼電器、輔助繼電器、狀態(tài)器、 計(jì)時(shí)器和 數(shù)據(jù)寄存器及器件所對(duì)應(yīng)的常開常閉接點(diǎn)，方便對(duì)車輛進(jìn)出、停放 的信號(hào)輸入 。 大多數(shù) 編程方 式都有梯形圖編程、指令表編程和順序功能圖 (程，特別是梯形圖編程方式，直觀易懂。除了運(yùn)用基本指令可以完成大量工作，功能指令的擴(kuò)展更為系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試和維護(hù)帶來許多便利，本文以梯形圖編程方式設(shè)計(jì)停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，無論從設(shè)計(jì)到功能分析都是極為方便的。 可編程控制器的原理是在確立了工作任務(wù)，裝入 了專用程序后成為一種專用機(jī)，它采用循環(huán)掃描的工作方式，系統(tǒng)工作管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是按循環(huán)掃描方式完成的。一次循環(huán)可分五個(gè)階段，分別為內(nèi)部處理階段、通信服務(wù)階段、輸入處理階段、程序執(zhí)行階段、輸出處理階段。 5 第二章 汽車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng) 的控制要求 用 便于讓汽車進(jìn)入車庫。本車庫與住宅相連，人進(jìn)出車庫通過車庫與住宅之間的門進(jìn)入。 （ 1）用電子鎖控制車庫門自動(dòng)打開，自動(dòng)打開車庫內(nèi)照明燈，小車進(jìn)入后自動(dòng)關(guān)門。用電子鎖關(guān)掉照明燈。 （ 2）可以用聲控控制照明燈打開，延時(shí) 10秒后熄滅。 （ 3）當(dāng)室內(nèi)光線較好時(shí)，照明燈不工作，反之工作。 可編程控制器 美國 利時(shí) 下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)，富士，施耐德，信捷 創(chuàng)研等。 本 設(shè)計(jì)中采用西門子公司的 優(yōu)越的性能表現(xiàn)為 極高的可靠性極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。 (1) 體積小 , 尺寸 : 160 80 6200可以適合于任何機(jī)器控制環(huán)境。 (2) 易于使用 : 通過 7- 200編程 ,而且該軟件能夠在任何一臺(tái) 哪怕是一臺(tái) 286 的微機(jī) ,要求 (3) 靈活多用 : 00的輸入 /輸出點(diǎn)可以支持各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)備 ,如 : 光電傳感器 ,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)按鈕開關(guān) ,燈 ,泵 ,攪拌器等。 00的主要組成部件 (1) 中央處理器 (是控制系統(tǒng)的大腦 ,它根據(jù)用戶程序進(jìn)行控制 ,此次 選擇 (2) 輸入和輸出 (I/O):是系統(tǒng)的控制點(diǎn) ,輸入用于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)裝置，輸出用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 (3) 編程口 :用于連接編程設(shè)備 ,例如 ,一臺(tái)計(jì)算機(jī)或一個(gè)手持編程器如圖 2 所示。 圖 23. 編程 軟件 編程語言有兩種表示方法 :指令表和梯形圖。 汽車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng) 的平面圖 汽車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)控制的平面圖 如圖 2示。 圖 2車庫自動(dòng)門平面圖 7 車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的主電路圖 要使車庫自動(dòng)門自動(dòng)工作，需要使用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)卷簾門打開和關(guān)閉。車庫自動(dòng)門電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)主電路圖如圖 2示。 圖 2車庫自動(dòng)門主電路電路圖 第三章 汽車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 汽車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng) 的順序流程圖 8 圖 3車庫自動(dòng)門控制流程圖 車車庫自動(dòng)門控制系統(tǒng)的 I 當(dāng) 車到達(dá)車庫門口時(shí) ， 用 電子鎖打開車庫庫門，電動(dòng)機(jī)正傳卷簾門打開，同時(shí)自動(dòng)或聲控 (延時(shí) 10秒 )打開照明燈（當(dāng)室內(nèi)光線差時(shí)）。碰到上限位開關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)汽車進(jìn)入到車庫里時(shí)，按下電子鎖關(guān)門， 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)關(guān)閉卷簾門。 碰到下限位開關(guān)，電動(dòng)機(jī)停止反轉(zhuǎn)庫門關(guān)閉。最后用電子鎖 關(guān)掉照明燈 。 當(dāng)汽車要出庫時(shí)，動(dòng)作與入庫一致。 根據(jù)控制要求，輸入輸出分配表如下所示。 9 輸 入 輸 出 名稱 功能及作用 編號(hào) 名稱 功能及作用 編號(hào) 子鎖開門 1 電動(dòng)機(jī)正傳（開門） 限位開關(guān) 限位開關(guān) 2 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)（關(guān)門） 子鎖關(guān)門 控開關(guān) L 照明燈 子鎖關(guān)燈 控開關(guān) 表 入輸出分配表 車車庫自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 外部接線圖 圖 3外部接線圖 10 車車庫自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng) 的 梯形圖 設(shè)計(jì) 控制過程 ：按下電子鎖開關(guān) 動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 卷簾門打開 ，同時(shí)照明燈打開 。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)碰到上限位開關(guān) 動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)卷簾門停止打開。汽車開始駛進(jìn)車庫。全部進(jìn)入后，按下電子鎖 動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)卷簾門開始關(guān)閉。當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位開關(guān) 動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，卷簾門關(guān)閉完成。最后按下 者有一個(gè)聲 音信號(hào) 時(shí)器開始計(jì)時(shí)， 10秒后照明燈自動(dòng)關(guān)閉。如此循環(huán)。 11 12 小結(jié) 拿到這個(gè)課題時(shí)，我第一次讀過去，腦袋里留下了大概的設(shè)計(jì)要求。就是電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制自動(dòng)門的打開與關(guān)閉，還有就是限位開關(guān)控制自動(dòng)門電動(dòng)機(jī)的到位停止。這是汽車進(jìn)出庫必須的要求。還有就是室照明燈的要求。這些都是一些簡(jiǎn)單的控制，看一下就可以想象出來車進(jìn)出的情況。但是到了真正編寫程序的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)并不是那么的容易。 車庫門電子鎖打開，如果光線差的話照明燈也打開。然后車進(jìn)入庫內(nèi)，門自動(dòng)關(guān)閉 。到了這一環(huán)節(jié)，我一開始是考慮用兩個(gè)壓力傳感器庫外庫內(nèi)各一個(gè)，當(dāng)車入庫時(shí)，碰到外面的傳感器時(shí)自動(dòng)門不動(dòng)作，而碰到室內(nèi)的壓力傳感器時(shí)門就會(huì)關(guān)閉，車出庫時(shí)反之?？墒?，當(dāng)我在編程序的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)并不是那么簡(jiǎn)單，編著編著發(fā)現(xiàn)我自己就被繞進(jìn)去了。后來沒辦法去求助了一下同學(xué)，研究了好長(zhǎng)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)我們能力有限，雖然很簡(jiǎn)單，但是卻很饒人。于是我就回來繼續(xù)思考，我想到了另一個(gè)方案，就是在自動(dòng)門的下面放一個(gè) 壓力 傳感器，然后用一個(gè)定時(shí)器， 30秒左右的時(shí)間，當(dāng)汽車走到車庫門口時(shí)，碰到壓力傳感器， 然后計(jì)時(shí)器開始工作， 30秒后接收到信號(hào) ，門開始自動(dòng)關(guān)閉。 并且簡(jiǎn)化了程序，避免了兩個(gè)傳感器交叉使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生的混亂。 但是， 我又發(fā)現(xiàn)另一個(gè)問題， 如果車行道門口突然停住了，定時(shí)器五秒后門開始關(guān)閉，這樣的話就出現(xiàn)了一個(gè)致命的錯(cuò)誤，而且上網(wǎng)查了一下壓力傳感器的價(jià)格，發(fā)現(xiàn)他不是太便宜，用在家用車庫中不切實(shí)際。 結(jié)果發(fā)現(xiàn) 不可行 。 后來，經(jīng)過老師的指導(dǎo)，用電子鎖控制自動(dòng)門的關(guān)閉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可行，并且能達(dá)到要求的控制要求。 【 參考文獻(xiàn) 】 【 1】 術(shù)應(yīng)用 北京理工大學(xué)出版社 主編 白娟娟 郭軍 . 【 2】 制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試 人民郵電出版社 主編 王成福 【 3】 例說西門子 7 人民郵電出版社 編著 李曉寧 【 4】 西門子 程技術(shù)及工程應(yīng)用 電子工業(yè)出版社 作者 高正中 張仁彥 隋濤 【 5】 西門子 入門到實(shí)踐 電子工業(yè)出版社 作譯者 李方園 【 6】 008 中文版電氣制圖教程 化學(xué)工業(yè)出版社 作者 楊雨松 13 致謝 在此設(shè)計(jì)完成之際，我要衷心感謝三年來一直真心愛護(hù)我，熱情幫助我的老師