开门第一篇

技术文章迁移与优快云新启程

有段时间没有写技术blog了,想想,换个blog吧,于是重开了优快云的blog,不过要等3天才能发文章。

anyway, 3天已经过了,先把在其它地方的技术文章搬过来先

<think>我们之前已经用SCL语言编写了自动门控制程序,现在用户要求用梯形图(LAD)实现。根据西门子TIA Portal的编程特点,我们将使用梯形图语言重新实现相同的控制逻辑。 控制需求回顾: 1. 输入: - I0.0: 门外红外传感器 - I0.1: 门内红外传感器 - I0.2: 障碍物传感器(防夹) - I0.3: 紧急停止按钮 2. 输出: - Q0.0: 开门电机(正转) - Q0.1: 关门电机(反转) - Q0.2: 运行指示灯 - Q0.3: 故障报警 程序结构: 我们将使用状态机(IDLE, OPENING, OPEN, CLOSING, FAULT)来实现,但在梯形图中,状态机通常用位标志(M位)来表示状态。 状态分配: M0.0: IDLE(初始状态) M0.1: OPENING(开门中) M0.2: OPEN(开门保持) M0.3: CLOSING(关门中) M0.4: FAULT(故障状态) 定时器: T1: 开门定时器(5秒) T2: 开门保持定时器(8秒) T3: 关门定时器(6秒) 计数器: C1: 防夹重试计数器(3次) 注意:梯形图编程中,我们需要考虑状态的转换条件和互锁。 步骤: 1. 初始化:当PLC启动时,进入IDLE状态(M0.0置位,其他状态复位)。 2. 状态转换逻辑: - 从IDLE到OPENING:当有传感器信号(I0.0或I0.1)且无急停(I0.3为0)时,进入OPENING状态。 - 从OPENING到OPEN:开门定时器T1到时。 - 从OPEN到CLOSING:开门保持定时器T2到时,并且没有传感器信号(即无人通过)。 - 在CLOSING状态中,如果遇到障碍物(I0.2),则停止关门,计数器加1,然后重新进入OPENING状态(重试开门)。如果重试超过3次,则进入FAULT状态。 - 关门定时器T3到时,回到IDLE状态。 - 任何状态下,如果按下急停(I0.3),则进入FAULT状态(但注意,急停复位可以清除故障状态,回到IDLE)。 3. 输出控制: - OPENING状态:Q0.0(开门电机)输出,同时启动开门定时器T1。 - OPEN状态:启动开门保持定时器T2。 - CLOSING状态:Q0.1(关门电机)输出,同时启动关门定时器T3。 - FAULT状态:Q0.3(故障报警)输出,并且停止所有电机。 4. 互锁:在梯形图中,我们通过状态位直接控制输出,但要确保开门和关门电机不会同时动作(物理上通常有互锁,但程序也要做互锁)。 5. 计数器:在关门过程中检测到障碍物时,计数器加1,当计数器达到3次时,进入故障状态。在进入IDLE状态或故障复位时,计数器需要复位。 6. 定时器: 开门定时器T1:在OPENING状态启动,定时5秒。 开门保持定时器T2:在OPEN状态启动,定时8秒。 关门定时器T3:在CLOSING状态启动,定时6秒。 7. 运行指示灯:在非故障状态(即IDLE、OPENING、OPEN、CLOSING)时,Q0.2亮。 8. 故障报警:在FAULT状态时,Q0.3亮。 由于梯形图程序无法直接在此文本环境中绘制,我将用文字描述每个梯级的逻辑,并给出关键梯级的示意图(使用字符模拟)。 注意:实际编程中,需要确保状态转换的互斥(即一个时刻只有一个状态被激活)。 我们将按以下顺序编写梯级: 梯级1:初始化(仅在第一个扫描周期) 使用SM0.1(首次扫描为1)来置位IDLE状态(M0.0),并复位其他状态位。 梯级2:从IDLE到OPENING的转换 条件:IDLE状态(M0.0)且(门外传感器I0.0或门内传感器I0.1)且无急停(I0.3常闭触点)且无故障(M0.4的常闭触点)。 动作:复位IDLE(M0.0),置位OPENING(M0.1)。 梯级3:OPENING状态 动作: - 输出开门电机(Q0.0)并自锁(通过M0.1保持)。 - 启动开门定时器T1(TON,PT=5s)。 - 当定时器T1到达时间,则复位OPENING(M0.1),置位OPEN(M0.2)。 - 如果遇到障碍物(I0.2)或急停(I0.3),则进入故障状态(复位M0.1,置位M0.4)。注意:在OPENING状态遇到障碍物应视为故障吗?根据之前的SCL程序,在OPENING状态遇到障碍物进入故障状态。但通常开门过程中遇到障碍物可能是门已经打开受阻,我们按故障处理。 梯级4:OPEN状态 动作: - 启动开门保持定时器T2(TON,PT=8s)。 - 当T2到达时间且没有传感器信号(I0.0和I0.1都为0)时,复位OPEN(M0.2),置位CLOSING(M0.3)。 - 如果期间有传感器信号(有人接近),则重新计时(可以复位T2再启动,但TON是上升沿启动,所以我们可以用M0.2来启动T2,当有传感器信号时,我们复位T2,但这样会重新计时。或者我们设计为:在OPEN状态,只要有人,就重新计时?但原SCL程序是定时结束后如果没有人就关门。所以我们在T2计时到的时候检查传感器,若有人则重新计时?但原程序没有重新计时,而是保持开门状态直到无人。因此,我们修改:在OPEN状态,T2定时器到时,如果还有传感器信号,则重新启动T2(即重新计时8秒)?但原SCL程序没有这样做,原程序是定时8秒后,如果没有人就关门,有人则继续等待。但原程序在OPEN状态中,定时器只启动一次。为了保持与原程序一致,我们只定时一次。所以,当T2时间到,如果传感器有信号,则保持OPEN状态,并重新启动T2(这样就会再等8秒)。但原程序没有这个逻辑,原程序在OPEN状态中,定时器启动一次,时间到且无人就关门,有人则继续等待(但定时器已经到,所以不会重新计时)。因此,我们需要改变:在OPEN状态,只要有人,我们就复位T2(这样T2就不会输出),当人离开(传感器信号消失)且T2已经启动过,那么我们就需要重新计时?这样比较复杂。我们采用另一种方式:在OPEN状态,我们启动一个定时器,但每当有传感器信号时,就复位定时器并重新开始计时(即重新等待8秒无人才关门)。这样更符合实际需求。 因此,重新设计OPEN状态: 条件:M0.2为ON。 动作: - 当有传感器信号(I0.0或I0.1)时,复位T2(复位定时器)。 - 当没有传感器信号时,启动T2(用M0.2和传感器信号的下降沿?)。但这样比较复杂,我们可以用以下方法: 在OPEN状态,我们用一个条件:当传感器信号(I0.0或I0.1)为ON时,我们复位T2;当传感器信号为OFF时,我们启动T2(但注意,不能一直启动,所以用沿触发?)。在梯形图中,我们可以这样: 梯级1:当M0.2为ON且传感器信号(I0.0或I0.1)为ON时,复位T2。 梯级2:当M0.2为ON且传感器信号为OFF时,启动T2(使用一个上升沿或直接启动?)。但这样T2会一直启动,直到时间到或复位。所以,我们可以在传感器信号从ON变OFF时启动T2(用上升沿)。但这样会增加复杂度。 考虑到实际需求,我们简化:在OPEN状态,只要有人(传感器ON),就不启动关门定时器;当人离开(传感器OFF)时,启动一个8秒的定时器,定时时间到则关门。但是,如果在这8秒内又有人来,则立即开门(但门已经开着,所以需要重新等待8秒)。因此,我们在OPEN状态,只要传感器有信号,我们就复位T2(并保持T2复位状态);当传感器信号消失,我们就启动T2(TON,PT=8s),T2时间到则关门。 因此,我们需要在OPEN状态增加逻辑: 梯级4.1:当OPEN状态(M0.2)且传感器(I0.0或I0.1)为1时,复位T2(使用复位指令)。 梯级4.2:当OPEN状态(M0.2)且传感器为0时,启动T2(TON,IN为1,PT=8s)。 梯级4.3:当T2时间到,则复位OPEN(M0.2),置位CLOSING(M0.3)。 梯级5:CLOSING状态 动作: - 输出关门电机(Q0.1)并自锁(通过M0.3)。 - 启动关门定时器T3(TON,PT=6s)。 - 当T3时间到,说明门已关闭,复位CLOSING(M0.3),置位IDLE(M0.0)。 - 在关门过程中,如果遇到障碍物(I0.2),则: a) 复位CLOSING(M0.3)和关门电机(Q0.1) b) 计数器C1加1(计数条件:障碍物上升沿) c) 如果计数器C1当前值小于等于3,则重新进入OPENING状态(置位M0.1);否则进入FAULT状态(置位M0.4)。 - 注意:急停(I0.3)也会触发进入FAULT状态。 梯级6:FAULT状态 动作: - 置位故障报警(Q0.3)。 - 当急停按钮按下(I0.3)时,复位FAULT状态(M0.4),复位计数器C1,并回到IDLE状态(置位M0.0)。注意:急停按钮通常是一个自复位按钮,所以这里我们设计为当急停按下(I0.3为1)时,复位故障状态。但注意,急停按下时,我们也要停止所有电机,所以故障状态中电机已经停止。 梯级7:运行指示灯 当不在FAULT状态(即M0.4为0)时,Q0.2亮。 梯级8:计数器复位条件 计数器C1在以下情况复位: - 进入IDLE状态(M0.0置位时) - 故障复位时(急停按下复位故障的同时复位计数器) 由于梯形图程序较长,我们只描述关键部分,并给出部分梯级的字符示意图。 注意:实际编程中,状态转换需要仔细处理,避免多个状态同时激活。 下面给出部分梯级的字符图示例(仅示意,非完整程序): 梯级1:初始化 | SM0.1 |------( SET )------(M0.0) // 置位初始状态 | |------( RST )------(M0.1) | |------( RST )------(M0.2) | |------( RST )------(M0.3) | |------( RST )------(M0.4) 梯级2:IDLE到OPENING | M0.0 | I0.0 I0.3(常闭) M0.4(常闭) |-----| |----+----| |----+----|/|----+----|/|----( RST )------(M0.0) | | I0.1 (并联) | |------( SET )------(M0.1) 梯级3:OPENING状态输出和定时 | M0.1 |------( )------(Q0.0) // 开门电机 | M0.1 |------( TON )------(T1, PT=5s) | T1.Q |------( SET )------(M0.2) // 定时到进入OPEN | |------( RST )------(M0.1) | I0.2 | I0.3 // 遇到障碍物或急停 |-----| |----+----| |--------( SET )------(M0.4) // 进入故障 | |------( RST )------(M0.1) 梯级4.1:OPEN状态下复位T2(当有人时) | M0.2 | I0.0 I0.1 (或逻辑) |-----| |----+----| |----+----| |--------( R )------(T2) 梯级4.2:OPEN状态下启动T2(当无人时) | M0.2 | I0.0 I0.1 (常闭,表示无人) |-----| |----+----|/|----+----|/|--------( TON )------(T2, PT=8s) 梯级4.3:T2时间到,进入CLOSING | T2.Q |------( SET )------(M0.3) | |------( RST )------(M0.2) 梯级5:CLOSING状态输出和定时 | M0.3 |------( )------(Q0.1) // 关门电机 | M0.3 |------( TON )------(T3, PT=6s) | T3.Q |------( SET )------(M0.0) // 定时到回到IDLE | |------( RST )------(M0.3) | I0.2 | I0.3 // 遇到障碍物或急停 |-----| |----+----| |--------( RST )------(M0.3) // 先复位CLOSING状态 | |------( RST )------(Q0.1) // 停止关门电机 | I0.2 |------( CU )------(C1) // 计数器加1(注意:这里应该用上升沿,防止多次计数) | C1.CU | (使用I0.2的上升沿) | | C1.CV >= 3 ? // 如果计数达到3次 | |------( SET )------(M0.4) // 进入故障 | | C1.CV < 3 ? // 如果未达到3次 | |------( SET )------(M0.1) // 重新进入OPENING 梯级6:FAULT状态 | M0.4 |------( )------(Q0.3) // 故障报警 | I0.3 |------( RST )------(M0.4) // 急停复位故障 | |------( RST )------(C1) // 同时复位计数器 | |------( SET )------(M0.0) // 回到IDLE 梯级7:运行指示灯 | M0.4 | |----|/|----( )------(Q0.2) 梯级8:计数器复位(在进入IDLE时) | M0.0 |------( R )------(C1) 注意:上述逻辑中,计数器加1的条件应该使用障碍物信号的上升沿,以防止在一个障碍物信号持续期间多次计数。在梯形图中,可以使用上升沿检测指令。 由于梯形图无法在此完整展示,我们提供关键部分的文字描述。实际编程时,请根据上述逻辑在TIA Portal中绘制梯形图。 另外,关于电机互锁:在输出Q0.0和Q0.1时,我们可以在程序中加入互锁,即Q0.0和Q0.1不能同时为1。但上述状态机已经保证了不会同时处于OPENING和CLOSING状态,因此可以不单独加互锁。但为了安全,可以在输出线圈前加上对方的常闭触点。 例如: Q0.0: | M0.1 | | Q0.1(常闭)|----( ) Q0.1: | M0.3 | | Q0.0(常闭)|----( ) 最后,我们提供完整的梯形图程序结构(用文字描述): Network 1: 初始化 Network 2: IDLE -> OPENING Network 3: OPENING状态(输出开门电机,启动开门定时器,状态转换到OPEN或FAULT) Network 4: OPEN状态(处理开门保持定时器T2,状态转换到CLOSING) Network 4.1: 有人时复位T2 Network 4.2: 无人时启动T2 Network 4.3: T2时间到转换到CLOSING Network 5: CLOSING状态(输出关门电机,启动关门定时器,状态转换到IDLE或遇到障碍物处理) Network 5.1: 正常关门完成 Network 5.2: 遇到障碍物或急停 Network 5.3: 障碍物计数及判断是否故障 Network 6: FAULT状态(输出报警,急停复位处理) Network 7: 运行指示灯 Network 8: 计数器复位 希望这个梯形图程序框架能帮助用户实现自动门控制。对于更复杂的应用,建议参考西门子官方文档[^1]。 相关问题: 1. 如何优化自动门控制程序以减少能耗? 2. S7-1200 PLC如何通过HMI设置自动门定时参数? 3. 自动门控制系统如何增加手动开关门功能? 4. 如何通过S7-1200 PLC的Web服务器远程监控自动门状态?</think>### 西门子 S7-1200 PLC 自动门控制梯形图程序 #### 一、程序结构设计 采用状态机结构实现自动门控制,使用以下软元件: ```plaintext I0.0: 门外红外传感器 I0.1: 门内红外传感器 I0.2: 障碍物传感器 I0.3: 紧急停止按钮 Q0.0: 开门电机 Q0.1: 关门电机 Q0.2: 运行指示灯 Q0.3: 故障报警 M0.0: IDLE状态标志 M0.1: OPENING状态标志 M0.2: OPEN状态标志 M0.3: CLOSING状态标志 M0.4: FAULT状态标志 T1: 开门定时器(5s) T2: 开门保持定时器(8s) T3: 关门定时器(6s) C1: 防夹计数器(3次) ``` #### 二、梯形图程序实现 **Network 1: 系统初始化** ```ladder | SM0.1 |------(SET)-[M0.0]-( ) // 上电初始化IDLE状态 | |------(RES)-[M0.1]-( ) | |------(RES)-[M0.2]-( ) | |------(RES)-[M0.3]-( ) | |------(RES)-[M0.4]-( ) ``` **Network 2: IDLE状态处理** ```ladder | M0.0 | I0.0 |--| / |--| I0.3 |--| / |--| M0.4 |--(SET)-[M0.1]-( ) // 触发开门 | | I0.1 | | | | | | | | |--(RES)-[M0.0]-( ) | |-----| |------|--| |--|------|--| |--|------| ``` **Network 3: OPENING状态处理** ```ladder | M0.1 |--| / |--| I0.2 |--| / |--| I0.3 |--( )-[Q0.0]-( ) // 开门电机输出 | M0.1 |--| |--| |--| |--| |--( TON T1 PT=5s )-( ) | T1.Q |--| / |--| M0.4 |-------------------(SET)-[M0.2]-( ) // 进入OPEN状态 | |--| |--| |-------------------(RES)-[M0.1]-( ) | I0.2 |--| / |-----------------------------(SET)-[M0.4]-( ) // 遇障报警 | I0.3 |--| / |-----------------------------(SET)-[M0.4]-( ) ``` **Network 4: OPEN状态处理** ```ladder | M0.2 |--( TON T2 PT=8s )-( ) | T2.Q |--| / |--| I0.0 |--| / |--| I0.1 |--(SET)-[M0.3]-( ) // 进入CLOSING | |--| |--| |--| |--| |--(RES)-[M0.2]-( ) | |--| |--|------|--| |--|------| ``` **Network 5: CLOSING状态处理** ```ladder | M0.3 |--| / |--| I0.2 |--| / |--| I0.3 |--( )-[Q0.1]-( ) // 关门电机输出 | M0.3 |--| |--| |--| |--| |--( TON T3 PT=6s )-( ) | T3.Q |------------------------------------(SET)-[M0.0]-( ) // 返回IDLE | |------------------------------------(RES)-[M0.3]-( ) | I0.2 |--| P |--( CU C1 PV=3 )-( ) // 防夹计数 | C1.Q |--| / |-------------------(SET)-[M0.4]-( ) // 超3次报警 | I0.2 |--| / |--| / |--| C1.Q |--(SET)-[M0.1]-( ) // 重新开门 | |--| |--| |--| |--(RES)-[M0.3]-( ) | |--| |--| |--| |--(RES)-[Q0.1]-( ) ``` **Network 6: FAULT状态处理** ```ladder | M0.4 |--( )-[Q0.3]-( ) // 故障报警 | I0.3 |--| P |--(RES)-[M0.4]-( ) // 急停复位 | |--| |--(RES)-[C1]---( ) | |--| |--(SET)-[M0.0]-( ) ``` **Network 7: 运行指示灯** ```ladder | M0.4 | |----|/|----( )-[Q0.2]-( ) // 正常运行时亮灯 ``` **Network 8: 电机互锁保护** ```ladder | Q0.0 | |----|/|----|--| Q0.1 |--( ) // 防止同时动作 ``` #### 三、关键功能说明 1. **状态转换逻辑**: - 状态转换关系:IDLE → OPENING → OPEN → CLOSING → IDLE - 故障状态可中断任何过程 2. **定时器应用**: - 开门时间:$t_{open} = 5s$ (T1) - 开门保持时间:$t_{hold} = 8s$ (T2) - 关门时间:$t_{close} = 6s$ (T3) 3. **安全防护**: ```math \text{防夹次数} = \begin{cases} \text{重开门} & \text{if } C1 < 3 \\ \text{故障报警} & \text{if } C1 \geqslant 3 \end{cases} ``` 4. **急停优先**: - 任何状态下触发I0.3立即进入FAULT状态 - 需手动复位恢复运行 #### 四、调试建议 1. **定时器调整**: - 根据实际门速调整定时器PT值 - 计算公式:$PT = \frac{\text{门行程}}{\text{电机转速}} \times 1000$ (ms) 2. **仿真测试**: ```plaintext 1. 强制I0.0=1验证开门流程 2. 强制I0.2=1验证防夹逻辑 3. 强制I0.3=1验证急停功能 ``` > **最佳实践**:通过TIA Portal的"监控表"实时观察状态标志变化[^1],使用程序状态诊断功能定位逻辑错误。
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