基于plc车库自动门的设计

摘要：随着汽车产业的发展，人们对车库的需求量日益增长。对车库门自动控制是今后车库向智能化发展的必然趋势。本文主要阐述了车库自动门的设计思想与程序编制,对该系统进行了各方面的分析，对各方面要求的系统加以详细叙述，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。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：自动门、PLC、感应器件、驱动装置 

1 研制背景及意义

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。

早期的自动化控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其特点是：结构简单`、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制，但是其采用固定接线，通用性和灵活性差；有采用触点的开关动作，工作频率低。触点易损坏，可靠性差。

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。

目前，可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展，与计算机技术相结合，形成工业控制及系统、分布式控制系统DCS（Distributed Contro System）、现场总线控制系统FCS（Field bus Control System），这将是PLC的功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用范围更广。

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。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。由于直流电动机的调速范围宽广，调速性能平滑，直流电动机超载能力较强，热动和制动转矩较大，所以执行时使用直流电动机。

本设计主要是针对家用型车库自动门的自动开关控制而论，自动门控制装置系统有检测元件、可编程控制器（PLC）、电动机、声控开关、光控开关、灯、电子锁组成。

2 可编程控制器的简介

2.1 可编程控制器的定义

PLC是一种可编程的数字逻辑控制设备，早期用于开关量的逻辑控制，多用作控制电动机正反转和电磁阀的开关动作，从而控制机械设备的运转。只要合理分配输入、输出点，根据控制要求设计梯形图，采用基本指令和步进指令就可达到控制目标。随着控制要求的不断提高，许多PLC生产厂家进一步优化和完善PLC 的功能，增加了功能指令，大大拓宽了PLC的应用范围，使PLC 在某种程序上可以代替控制器和计算机的协同工作系统，为工业生产和民用控制设计提供方便。  

2.2 PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 

a、电源 

　　PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 

b. 处理单元(CPU) 

　处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 

　为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 

c、存储器 

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 

d、输入输出接口电路 

　1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 

　2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 

e、功能模块 

　如计数、定位等功能模块。 

2.3 PLC程序设计方法

1、分析控制系统的控制要求 

熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。 

2、选择适当类型的PLC 

根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。进行内存容量的估计，适当留有余量。根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。 

3、硬件设计 

　根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。 

4、软件设计 

（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。 

（2）模拟调试。将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。                                 　　

5、现场调试 

在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将PLC的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。

3 汽车车库自动门电气控制系统的控制

3.1 自动门控制要求

（1）、当汽车开到车库门前面时，自动门打开。

（2）、当汽车经过门以后，自动门关闭。

(3)、在上限X1为ON时，门不再打开。

(4)、 在下限X0为ON时，门不再关闭。

(5)、 当汽车处于检测范围入口传感器X2和出口传感器X3中的时候，门将不再关闭

（6）、蜂鸣器Y7在自动门动作时拉响。

（7）、 当汽车处于检测范围入口传感器X2和出口传感器X3中的时候，灯Y6亮

图1仿真图

图2车库自动门操作

3.2 汽车车库自动门电气控制系统的主电路图

要使车库自动门自动工作，需要使用一台电动机正反转驱动卷帘门打开和关闭。车库自动门电动机正反转主电路图如图2所示。

图3 车库自动门主电路电路图

4  汽车车库自动门电气控制系统的顺序流程图

图4 车库自动门控制流程图

5汽车车库自动门控制系统的I∕O分配表

6汽车车库自动门控制系统设计的外部接线图

图5外部接线图

7 汽车车库自动门电气控制系统的梯形图设计

8 小结

在老师正确指导下，以及整组同学的积极配合和不懈努力下，经过十多天的学习与研究，终于完成这一份课程设计，本来以为自己对可编程控制器原理的知识掌握的还比较好，但是到做课程设计的时候才发现自己存在着诸多不足，其中就有很多基础知识都不是很完善，很多知识都掌握的不是很扎实。但是毕竟我们还是将这个课程设计做出来了。

设计过程中，通过针对性地查找资料，了解有关PLC方面的资料，既增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力和实践能力，对学过的课本理论知识起到了很好的温习作用。通过对车库车辆出入库管理设计，让我很好的运用了PLC的知识，对课本知识进一步的消化和巩固。

这次课程设计终于顺利完成了，这个设计让我受益良多，只要用心去学习，不怕困难，团结一心。不管多么艰难，我们都能取得成功。

参考文献

【1】张鹤鸣，刘耀元《可编程控制器原理及应用教程》[M] 北京大学出版社，2007

【2】王万丽，郝庆文，臧永福.《三菱系列PLC原理及应用》[M] 人民邮电出版社，2009

【3】王永华.《现代电气控制及PLC应用技术》[M] 北京航空航天大学出版社，2008.2

【4】张兴国《可编程控制器技术及应用》[M] 中国电力出版社,2006

【5】宋德玉《可编程序控制器原理及应用系统设计技术.》[M] 冶金工业出版社，2001

【6】胡学林《可编程控制器原理及应用》[M] 电子工业出版社，2007

【7】鲁远栋.《PLC机电控制系统应用设计技术》[M] .电子工业出版社.2006

【8】王兆义.《可编程序控制器教程.》[M] 机械工业出版社，1993