基于PLC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計.doc

基于PLC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計基于PLC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要本文是關(guān)于自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計，自動門系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、感應(yīng)器件、驅(qū)動裝置和傳動裝置組成。主要工作原理是感應(yīng)器件將檢測到的人體或物體信號傳送到PLC，PLC再綜合收到的自動門狀態(tài)信號做出判斷，而后發(fā)出控制信號，使驅(qū)動裝置運行，再通過傳動裝置帶動門的動作。本文詳細闡述了自動門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，并在S7-200實驗臺上完成了仿真調(diào)試。采用PLC控制自動門具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、維修方便等優(yōu)點，具有良好的應(yīng)用前景.關(guān)鍵詞：自動門；PLC；感應(yīng)器件；驅(qū)動裝置基于PLC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計THEAUTOMATICDOORCONTROLSYSTEMRESEARCHBASEDONPLCABSTRACTThethesisisabouttheautomaticdoorcontrolsystem。Itismadeofthefollowingparts:ProgrammableLogicController(PLC),sensingdevices,drivedevice,grearingdevice.Theprincipleis:sensingdevicessendsthedetectedhumanbodyorobjectsignalstoPLC.PLCjudgesthereceivedautomaticdoorstatesignal,thensendscontrolsignals,anddrivesactuatorstodrivetheautomaticdoorrun.Thethesisdescribesthehardwareandsoftwaredesignoftheautomaticdoorcontrolsystem,andcompletesthesimulationdebuggingontheS7-200bench.UsingPLCasthecontroloftheautomaticdoorswillhavehighreliability,convenient,andagoodprospect.Keywords:Automaticdoors；PLC；Sensingdevices；Drivedevice基于PLC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計目錄1前言-12自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計-22.1自動門的功能需求分析-22.2自動門的控制要求-22.3自動門控制系統(tǒng)構(gòu)成-22.3.1PLC概述-22.3.2具體構(gòu)成-53自動門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計-63.1PLC的選型-83.2驅(qū)動裝置的選型-83.3感應(yīng)器件的選型-83.4傳動裝置-93.5限位開關(guān)-93.6自動門控制系統(tǒng)I/O地址分配表-103.7自動門控制系統(tǒng)的原理圖-103.7.1主電路及供電線路-103.7.2PLC外圍接線圖-114自動門控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計-124.1工作過程分析-124.2梯形圖程序-125程序調(diào)試-145.1硬件線路連接-145.2聯(lián)機調(diào)試-146結(jié)束語-16參考文獻-17致謝-18附錄-19基于PLC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計第1頁共19頁1前言在經(jīng)濟飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動門已經(jīng)是隨處可見。自動門的工作方式是通過自動門內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)開關(guān)來感應(yīng)人的出入，當(dāng)人走進自動門時，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，不但能給我們帶來人員進出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息1。自動門在國外早已得到普遍的應(yīng)用，在我國也以其優(yōu)異的性能逐步得到大家的認同，中國已經(jīng)迎來了自動門發(fā)展的黃金時期。自動門性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點已逐漸被淘汰。目前自動門及其自動化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置可編程控制器（以下簡稱PLC），PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。目前它在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。因此運用PLC控制自動門具有較高的可靠性，維修方便等優(yōu)點。由此看來，進行自動門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，可以推動自動門行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動門行業(yè)乃至整個自動化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究價值2。本課題主要介紹運用PLC為控制器的自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計，所有產(chǎn)品的開發(fā)都要講究實用，本課題開發(fā)的產(chǎn)品對許多場合都能適用，而且能夠簡單化，不論對于產(chǎn)品開發(fā)商還是使用者來說都是最好的3。此系統(tǒng)的設(shè)計既滿足了自動門的基本要求，還可以保證自動門的穩(wěn)定性。研究本課題意味著產(chǎn)品成本下降，效益提高。因此是一個比較實用且經(jīng)濟的產(chǎn)品?；赑LC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計第2頁共19頁2自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1自動門的功能需求分析本設(shè)計面向商場入口的應(yīng)用，需要有安全性和可靠性。根據(jù)商場中對自動門的具體要求，本課題所設(shè)計的自動門應(yīng)具有以下功能：（1）開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動和自動方式為了便于維護，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。當(dāng)信號采集裝置檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門且門未關(guān)閉，PLC動作輸出信號開控制電動機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來開門或者關(guān)門4。（2）緊急停止當(dāng)自動門出現(xiàn)夾人現(xiàn)象時，可閉合緊急停止開關(guān)，自動門自動進入開門過程。2.2自動門的控制要求（1）當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)BG1或BG2時，開門執(zhí)行機構(gòu)QA1動作，電動機正轉(zhuǎn)，到達開門限位開關(guān)BG3位置時，電機停止運行。（2）自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)QA2被起動，電動機反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門限位開關(guān)BG4位置時，電機停止運行。（3）在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)BG2或BG1時，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進入開門程序。（4）在門打開后的8秒等待時間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關(guān)BG2或BG1時，必須重新開始等待8秒后，再自動進入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。2.3自動門控制系統(tǒng)構(gòu)成：自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動和手動電動控制方式，此種控制方式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動機構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實現(xiàn)門的自動化控制。2.3.1PLC概述基于PLC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計第3頁共19頁可編程控制器，英文稱ProgrammableController，簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制。PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于門內(nèi)外感應(yīng)器采集信號PLC手動控制開關(guān)安全感應(yīng)器變頻器交流電機蜂鳴器開/關(guān)門指示燈第9頁維修及抗干擾等問題,入出信息變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。PLC可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：（1）邏輯處理功能；（2）數(shù)據(jù)運算功能；（3）準確定時功能；（4）高速計數(shù)功能；（5）中斷處理（可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能；（6）程序與數(shù)據(jù)存儲功能；（7）聯(lián)網(wǎng)通信功能；（8）自檢測、自診斷功能?？梢哉f，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，PLC幾乎也都可以做到。像PLC這樣。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計，一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎。其主要特點主要有：（1）抗干擾能力強，可靠性高（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強基于PLC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計第4頁共19頁（3）編程方便，易于使用（4）功能強大，成本低（5）設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短（6）維護方便PLC與其他典型控制系統(tǒng)的區(qū)別5（1）PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸點。使設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點在開閉時易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差。a.控制邏輯繼電器控制邏輯采用硬件接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，及時間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想在改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數(shù)目有限，每個只有4-8對觸點，因此靈活性和擴展性很差，而PLC采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變程序即可，因此靈活性和擴展性都很好。b.工作方式電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器同時處于受控狀態(tài)，它屬于并行方式。而PLC的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性掃描過程中，各種邏輯、數(shù)值輸出地結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計算得出的，所以它屬于串行工作方式。c.控制速度繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級。另外，機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題；而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。（2）與單片機控制系統(tǒng)的區(qū)別a.本質(zhì)區(qū)別單片機控制系統(tǒng)是基于芯片級的系統(tǒng)，而PLC控制系統(tǒng)是基于板級或模塊級的系統(tǒng)。其實PLC本身就是一個單片機系統(tǒng)，它是已經(jīng)開發(fā)好的單片機產(chǎn)品。開發(fā)單片機控制系統(tǒng)屬于底層開發(fā)，而設(shè)計PLC控制系統(tǒng)是在產(chǎn)品的單片機控制系統(tǒng)上進行的二次開發(fā)?；赑LC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計第5頁共19頁b.使用場合單片機控制系統(tǒng)適合于家電產(chǎn)品、智能化的儀器儀表、玩具和批量生產(chǎn)的控制器產(chǎn)品等場合使用；而PLC控制系統(tǒng)適合在單機電氣控制系統(tǒng)、工業(yè)控制領(lǐng)域的制造業(yè)自動化和過程控制中使用。c.使用過程設(shè)計開發(fā)一個單片機控制系統(tǒng)，需要先設(shè)計硬件系統(tǒng)，畫硬件電路圖，制作印刷電路板，購置各種所需的電子元器件，焊接電路板，進行硬件調(diào)試，進行抗干擾等大量工作需要專門的開發(fā)裝置和低級編輯語言編制控制程序，進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；而PLC不必操心內(nèi)部的計算機系統(tǒng)是否可靠和它們的看干擾能力，軟件設(shè)計使用工業(yè)編程語言，相對來說比較簡單。進行系統(tǒng)調(diào)試時，因為有很好的工程工具幫助，所以也非常容易。2.3.2具體構(gòu)成：自動門系統(tǒng)的具體組成如下圖2-1所示圖2-1自動門控制系統(tǒng)組成示意圖由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測到人體或物體信號時將信號傳給PLC，PLC根據(jù)已經(jīng)采集的信號發(fā)出控制信號，使驅(qū)動裝置運行，通過傳動裝置帶動自動門的運行?；赑LC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計第6頁共19頁3自動門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1PLC的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。（1）輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的I/O點數(shù)為輸入12點，輸出12點。（2）存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的