車庫自動門控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文.doc

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1、 畢業(yè)設計 題目：車庫自動門控制系統(tǒng) 院、系（站）： 學科專業(yè)： 學 生: 學 號: 指導教師： 20 年 月 摘要 隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對車庫的需求量日益增長。智能車庫將是信息社會最重要的基

2、礎設施之一，停車場管理控制系統(tǒng)則是現(xiàn)代建筑中不可或缺的一部分。隨著計算機控制技術的發(fā)展，停車場管理控制系統(tǒng)的功能及軟硬件設施也伴隨其發(fā)展而不斷改進。本文主要闡述了車庫自動門的設計思想與程序編制, 應用PLC作為現(xiàn)場控制器，對現(xiàn)場設備進行信號采集與控制?？刂频恼f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PLC為應用的車庫自動門的系統(tǒng)軟件設計。根據(jù)管理及控制功能需求，充分研究了相關系統(tǒng)組件的工作原理及性能指標，據(jù)此進行系統(tǒng)功能設計及硬件選型。此系統(tǒng)對車庫的管理有很大的幫助、對疏導交通流量、提高道路通行能力有明顯的效果，有很大的實用價值。 關鍵詞 可編程控制器 Fx-pcs-winC

3、330 自動車庫門控制系統(tǒng) 目 錄 摘 要 I 緒 論 4 第一章 自動門介紹 5 1.1 研究背景與研究意義 5 1.2 自動門的分類 5 1.3 本章小結 5 第二章 PLC的介紹及選擇 6 2.1 PLC的簡介 6 2.2 PLC的主要功能及特點 7 2.2.1 PLC的主要功能 7 2.2.2 PLC的特點 8 2.3 PLC的組成與基本結構 8 2.4 PLC的工作原理 9 2.5 本章小結 10 第三章 車庫自動門控制系統(tǒng)的設計 11 3.1車庫自動門電氣控制系統(tǒng)的

4、平面圖及說明 11 3.2 車庫自動門的控制要求 12 3.3 控制程序的編制及硬件接線圖 13 3.4 車庫自動門控制系統(tǒng)的軟件設計 14 3.4.1 設計功能順序圖 14 3.4.2 I/O口及定時器/計數(shù)器說明 15 3.4.3 系統(tǒng)梯形圖及指令語名表 16 3.5本章小結 17 結 論 24 設計總結 25 致 謝 26 參考文獻 27 緒論 隨著生產(chǎn)力和科學技術的不斷發(fā)展，人們的日常生活和生產(chǎn)活動大量的使用了自動化控制，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，又進一步的促進了生產(chǎn)力的快速發(fā)展，并不斷的豐富著人們的生活。 近20年來，隨著我國城市建

5、設速度的加快，城市交通需求量也日益增大，城市人口相對密集，無論是私家車輛還是公交車輛都不能真正滿足正常的停放，公交需求更很大。因此車輛停放依舊是市民最關注的問題。 在超級市場、公共建筑、銀行、別墅車庫門，經(jīng)常使用自動門控制系統(tǒng)。早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，已經(jīng)逐漸被淘汰。1969年，出現(xiàn)了可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特點是：具備邏輯控制、定時、計數(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。 PLC控制自動門由于具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點，因而得到廣泛的應用。所以在停車場智能管理

6、領域，相應的也出現(xiàn)了PLC停車場智能管理的概念，即含有高科技的智能系統(tǒng)，與普通的停車系統(tǒng)不同的是，它能以PLC技術為基礎來解決停車難的問題，直接為目標安全、迅速地到達目的地。停車場管理系統(tǒng)重點要做到準確指示車輛進出,車輛進入時給與司機準確的車位數(shù)量與具體位置,車輛進入車庫后,記錄車輛總量;車輛離開車庫時,減少車輛數(shù)量。車輛進出指示可完全由PLC進行中央控制處理,停車場空位指示可利用價格便宜的數(shù)碼管顯示。因此，在大力加強車輛停放智能管理的建設方面，尤其在實現(xiàn)快捷、便利、安全這一點上擁有很大的發(fā)展空間和潛力。 為此，本文對停車場智能控制管理上引入了PLC技術，對停車場進行了一個關于PLC為主的系

7、統(tǒng)設計。 第一章 自動門的介紹 本章主要從自動門的研究背景與意義、自動門的介紹及起源、自動門的組成及分類三個部分來對自動門進行簡單的了解。 1.1 研究背景與研究意義 隨著生產(chǎn)力和科學技術的不斷發(fā)展，人們的日常生活和生產(chǎn)活動大量的使用了自動化控制，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，又進一步的促進了生產(chǎn)力的快速發(fā)展，并不斷的豐富著人們的生活。 近20年來，隨著我國城市建設速度的加快，城市交通需求量也日益增大，城市人口相對密集，無論是私家車輛還是公交車輛都不能真正滿足正常的停放，公交需求更很大。因此車輛停放依舊是市民最關注的問題。 在超級市場、

8、公共建筑、銀行、別墅車庫門，經(jīng)常使用自動門控制系統(tǒng)。早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，已經(jīng)逐漸被淘汰。1969年，出現(xiàn)了可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特點是：具備邏輯控制、定時、計數(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。 1.2自動門的分類 自動門主要有:旋轉自動門、弧形自動門、平滑自動門、平開自動門、折疊自動門、重疊自動門、醫(yī)用自動門、卷閘自動門、車庫自動門、特種自動門等。 1.3 本章小結 本章主要介紹了自動門控制系統(tǒng)的研究意義與背景、自動門的介紹與起源、自動門的組成及分類。主

9、要是對自動門的發(fā)展歷史以及其基本概念有一個大致的了解，為下面的設計打下一個基礎。 第二章 PLC的介紹及選擇 可編程控制器（Programmable Controller 簡稱PLC）。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破骶哂心芰姟⒖煽啃愿?、配置靈活、編程簡單等優(yōu)點，是當代工業(yè)生產(chǎn)自動化的主要手段和重要的自動化控制設備。由于PLC在自動化控制中的種種優(yōu)勢，因此被廣泛的引用于自動門系統(tǒng)中。 2.

10、1 PLC的簡介 由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它進行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）經(jīng)過四年的調查工作，于1980年正式將可編程序控制器命名為PC（Programmable Controller），但為了與個人計算機PC（Personal Computer）相區(qū)別，常將可編程控制器簡稱為PLC，并給PLC作了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數(shù)字的或模擬的輸入∕輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和運算等功能，用于控制器或產(chǎn)生過程的自動化控制裝置。 1982年，國際電工委員會（International Electrical Committe

11、e，IEC）頒布了PLC標準草案第一稿，1985年提交了第二稿，并在1987年的3稿中對PLC作了如下的定義：“PLC是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序控制器的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P的外圍設備，都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設計?！? 上述的定義表明，PLC是一種能直接應用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎，結合計算機技術、自動控制技術和通信技術，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言

12、”編程是一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。 2.2 PLC的主要功能及特點 2.2.1 PLC的主要功能 1.開關邏輯和順序控制 這是PLC應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種控制要求。 2.模擬控制（A/D和D/A控制） 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多連續(xù)變化的需要進行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。過去，PLC長于邏輯運算控制，對于模擬量的控制主要靠儀表或分布式控制系統(tǒng)，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能，而且編程和使用方便。 3.定時/計數(shù)控制 PLC具有很強的

13、定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時器與計數(shù)器。對于定時器，定時間隔可以由用戶加以設定；對于計數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進行計數(shù)，則可以選擇高速計數(shù)器。 4．步進控制 PLC為用戶提供了一定數(shù)量的位移寄存器，用位移寄存器可方便地完成步進控制功能。 5.運動控制 在機械加工行業(yè)，可編程序控制器與計算機數(shù)控（CNC）集成在一起，用以完成機床的運動控制。 6.數(shù)據(jù)處理 大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進行算術運算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)顯示打印等操作，有些PLC還可以進行浮點運算和函數(shù)運算。 7.通信聯(lián)網(wǎng) PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)

14、的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。 2.2.2 PLC的特點 1.可靠性高，抗干擾能力強 2.配套齊全，功能完善，適用性強 3.易學易用，深受工程技術人員歡迎 4.系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 5.體積小，重量輕，能耗低 2.3 PLC的組成與基本結構 PLC是微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產(chǎn)物，從廣義上講，PLC也是一種計算機系統(tǒng)，只不過它比一般計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語言，具有更適應于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因

15、此，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計算機，它的實際組成與一般微型計算機系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 PLC的硬件系統(tǒng)由主機系統(tǒng)（如圖2.1）、輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)及外部設備組成。 圖2-1 PLC硬件主機系統(tǒng)圖 2.4 PLC的工作原理 可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計算機，其工作原理與計算機控制系統(tǒng)的工作原理基本相同。 PLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性的地集中采樣、集中輸出的方式來完成。一個掃描周期（工作周期）主要成分為以下幾個階段： 1.輸入采

16、樣掃描階段 這是第一個集中批處理過程，PLC按順序逐個采集所有輸入端子上的信號，不論輸入端子上是否接線，CPU順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號寫到輸入映像寄存器中，在當前的掃描周期內，用戶程序用到的輸入信號的狀態(tài)是否變化。即使此時外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對于這種采集輸入信號的批處理，雖然嚴格上說每個信號被采集的時間有先有后，但由于PLC的掃描周期很短，這個差異對一般工程應用可忽略，所以可以認為這些采集到的輸入信息是同時的。 2.執(zhí)行用戶程序掃描階段 這是第二個集中批處理過程，在執(zhí)行用戶程序階段，CPU對用戶程序按順序進行

17、掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左到右的順序進行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不是直接使用現(xiàn)場的立即輸入信號。對其他信息，則是從PLC的原件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運算的中間結果都立即寫入元件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結果，也不是馬上去驅動外部負載，而是將其結果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對數(shù)字量I/O指令和不設置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進行處理，在掃描周期的各個部分，均可對中斷事件進行響應。 在這個階段，除了輸入映像寄存器外，各個元件映像寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。 3.輸出刷新

18、掃描階段 這是第三個集中批處理過程，當CPU對全部用戶程序掃描結束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅動各輸出繼電器所帶的負載。 2.5 本章小結 本章主要介紹了PLC的基本概念、PLC的主要功能及特點、PLC的組成與基本結構、PLC的工作原理四個方面的內容。通過對PLC的了解，掌握其基本功能，將其運用到自動門控制系統(tǒng)中去。 第三章 車庫自動門控制系統(tǒng)的設計 本章從自動門的控制要求、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)原理等方面系統(tǒng)介紹了車庫自動門控制系統(tǒng)方案設計應考慮的問題及解決辦法。 3.1 車庫自動門電氣控制系統(tǒng)的平面圖及說明

19、 圖3-1 說明： 超聲波開關：紅色區(qū)域為超聲波的感應范圍，當小車進入到這個范圍，超聲波開關被觸發(fā)，常閉變常開，常開變常閉。它的初始狀態(tài)是上面為常閉觸點，下面為常開觸點。 光電開關：當有物體穿過開關，并遮住了光束，那么開關的狀態(tài)常閉變常開，常開變常閉。它的初始狀態(tài)是上面為常閉觸點，下面為常開觸點。 門下限開關：當門下降，碰到它時，門下限開關會有動作，那么開關的狀態(tài)常閉變常開，常開變常閉。由于現(xiàn)在門是關閉的，因此它的初始狀態(tài)是上面為常開觸點，下面為常閉觸點。 門上限開關：當門上升時，碰到它時，門上限開關會有動作，那么開關的狀態(tài)常閉變常開，常開變常閉。它的初始狀態(tài)是上面為常閉觸點，下面為

20、常開觸點。 門位電動機：采用直流驅動，按正負方向接入電源，電動機正轉（門上升），反之，電動機反轉（門下降）。 3.2 車庫自動門控制系統(tǒng)的控制要求 PLC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。 庫門設計為卷簾式，用一個電機來拖動卷簾。正轉接觸器KM1使電機開門，反轉接觸器KM2使電機關門。在庫門的上方裝設一個超聲波探測開關S01，超聲波開關發(fā)射超聲波。 1）按下啟動按扭，當有人或車由外到內進入超聲波發(fā)射范圍時，超聲波開關便檢測出超聲回波，從而產(chǎn)生輸出電信號（S01=ON），由該信號啟動接觸器KM1，電機M正轉使卷簾上升開門，當?shù)竭_開門限位開關位置時，電機停止運行。 2）如果

21、此時車不想停入車庫，需要離開，車離開超聲波發(fā)射范圍，5秒后，車庫門自動關閉。如果此時車又想開進車庫，再次進入超聲波發(fā)射范圍，車庫門停止關閉，進行開門動作。 3）當車開到車庫門下時，在庫門的下方裝設一套光電開關S02，用以檢測是否有物體穿過庫門。光電開關由兩個部件組成，一個是能連續(xù)發(fā)光的光源；另一個是能接收光束，并能將之轉換成電脈沖的接收器。若行車（人）遮斷了光束，光電開關S02便檢測到這一物體，產(chǎn)生電脈沖，在延時定時器5秒后，由該信號啟動接觸器KM2，使電機M反轉，從而使卷簾開始下降關門，當門移動到關門限位開關時，電機停止運行。 4）在關門過程中，當有人員由外到內或由內到外進入超聲波發(fā)射范

22、圍時，則立即停止關門，并自動進入開門程序。 5）考慮到自動門在出現(xiàn)故障或在維修的時候，用自動控制從在一定問題，增加手動開門和關門開關。 3.3 控制程序的編制及硬件接線圖 3.3.1 主電路圖如圖3-2所示 圖3-2車庫自動門主電路電路圖 3.3.2 PLC硬件接線圖如圖3-3所示 圖3-3 PLC硬件接線圖 控制過程：按下電子鎖開關I0.0，電動機正轉卷簾門打開，同時照明燈打開。當電動機正轉碰到上限位開關I0.1時，電動機停止轉動卷簾門停止打開。汽車開始駛進車庫。全部進入后，按下電子鎖I0.3關門，電動機反轉卷簾門開始

23、關閉。當?shù)竭_下限位開關I0.2時，電動機停止轉動，卷簾門關閉完成。最后按下I0.5關閉照明燈?；蛘哂幸粋€聲音信號I0.6聲控開關促使照明燈打開，計時器開始計時，10秒后照明燈自動關閉。如此循環(huán)。 3.4 車庫自動門控制系統(tǒng)的軟件設計 3.4.1 車庫自動門控制系統(tǒng)設計框圖 1) 車開進車庫功能順序圖如圖3-4所示 圖3-4 車開進車庫功能順序圖 說明: 車開進車庫 (1)、運行項目，按下啟動按鈕SB5；按鍵盤的向上方向鍵，控制小車前進；當小車進入超聲波區(qū)域時，車庫門開啟，到達上限位停止開門。 (2)、車繼續(xù)前進，當車穿過光電開關，開進車庫時，定時器開始計時，3s后，開始關

24、門，到達關門下限位時停止關門。 2) 車開出庫功能順序圖如圖3-5所示 圖3-5 車出庫功能順序圖 說明: 車開出車庫 (1) 按下手動開門按鈕后，車庫門開啟，到達上限位時，停止開門。 (2) 車開出車庫時，穿過關電開關和超聲波區(qū)域，最后離開超聲波區(qū)域，此時門自動關閉，無需手動去關門。 3.4.2 I/O口及定時器/計數(shù)器說明 I/O地址分配表: 類別 元件 端子號 作用 輸 入 SB1 X0 超聲波開關 SB2 X1 開門上限開關 SB3 X2 開門下限開關 SB4 X3 關電開關 SB5 X4 啟動/停止開關 SB6 X5

25、手動開門開關 SB7 X6 手動關門開關 輸 出 KM1 Y0 電機正轉接觸器 KM2 Y1 電機反轉接觸器 定時器說明: 類別 器件號 設定值 作用 定時器 T38 3S 車觸關電開關后，3秒后關自動門 控制過程：按下電子鎖開關I0.0，電動機正轉卷簾門打開，同時照明燈打開。當電動機正轉碰到上限位開關I0.1時，電動機停止轉動卷簾門停止打開。汽車開始駛進車庫。全部進入后，按下電子鎖I0.3關門，電動機反轉卷簾門開始關閉。當?shù)竭_下限位開關I0.2時，電動機停止轉動，卷簾門關閉完成。最后按下I0.5關閉照明燈?；蛘哂幸粋€聲音信號I0.6聲控開關促使照明燈打開，計時器開始計時，10秒后照明燈自動關閉。如此循環(huán)。 3.4.3 系統(tǒng)梯形圖及指令語名表 網(wǎng)絡1 網(wǎng)絡2 網(wǎng)絡3 網(wǎng)絡4 網(wǎng)絡5 指令語句表 - 17 -