PLC技術(shù)及應(yīng)用課程設(shè)計 -自動門裝置的PLC控制

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) PLCPLC技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用 課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文） 題目：題目：自動門裝置的自動門裝置的PLCPLC控制控制 院（系）：院（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時間：起止時間： 2011-12-192011-12-19至至2011-12-302011-12-30 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語 院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動化 注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算 學(xué) 號 學(xué)生姓名專業(yè)班級 課程設(shè) 計（論文） 題目 自動門裝置的PL

2、C控制 課程設(shè)計（論文）任務(wù) 課題完成的功能、設(shè)計任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的功能、設(shè)計任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù) 實現(xiàn)功能實現(xiàn)功能 當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)時，開門執(zhí)行機構(gòu)動作，電動機正轉(zhuǎn)， 到達開門限位開關(guān)時，電機停止運行；自動門在開門位置停留 8s 后，自動進入關(guān)門過 程，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)起動，電動機反轉(zhuǎn)；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)時，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進入開門程序，開門與關(guān)門不可同時進行； 每個過程均有相應(yīng)的狀態(tài)指示 設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)及要求 1、分析設(shè)計要求，明確性能指標，確定設(shè)計方案； 2、系統(tǒng)的輸入/輸出信號和類型，選擇PLC主機和

3、擴展模塊； 3、建立I/O分配表，完成PLC與輸入/輸出信號的的外部接線； 4、編寫系統(tǒng)工作流程圖和梯形圖，并加注釋； 6、要求認真獨立完成所規(guī)定的全部內(nèi)容；所設(shè)計的內(nèi)容要求正確、合理。 7、撰寫、打印設(shè)計說明書一份；設(shè)計說明書應(yīng)在 4000 字以上。 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 1、電機參數(shù)：1.5W,220V,50Hz,電流 3.4A ； 進度計劃 1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。 （1 天） 2、確定系統(tǒng)的輸入/輸出信號和類型，選擇 PLC 主機和擴展模塊。 （1 天） 3、建立 I/O 分配表，完成 PLC 與輸入輸出信號的的外部接線。 （1 天） 4、編寫梯形圖。 （3 天）

4、5、上機調(diào)試、修改程序。 （1 天） 6、撰寫、打印設(shè)計說明書（2 天） 7、答辯（1天） 指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 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)信號作出判斷，而后發(fā)出控制信號，使驅(qū)動裝置運行， 在通過傳動裝置帶動門的動作。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，PLC 不斷的更新，PLC 控制已成為自動控制中最常見的方式之 一。自動門就是自動控制應(yīng)用的典型例子，由于 PLC 控制

5、器具有很好的處理自動門開關(guān)控 制及良好的穩(wěn)定性，而且結(jié)構(gòu)簡單，易于操作。因此，自動門的生產(chǎn)商家很多都運用 PLC 來做門的控制器。目前，自動門在日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛。 關(guān)鍵詞：自動門；PLC；感應(yīng)器件；驅(qū)動裝置 目錄 第 1 章 緒論.1 第 2 章 系統(tǒng)方案確定.2 2.1 概述 .2 2.2 系統(tǒng)組成 .2 第 3 章 硬件設(shè)計.3 3.1 西門子 S7-200 PLC .3 3.2 感應(yīng)器件 .4 3.3 驅(qū)動裝置 .5 3.4 傳動裝置 .5 3.5 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 地址分配表 .5 3.6 主電路接線圖 .6 3.7 PLC 控制輸入/輸出接線圖 .6 第 4 章

6、軟件設(shè)計.7 4.1 程序流程 .7 4.2 梯形圖 .9 第 5 章 總結(jié).10 參考文獻.11 第 1 章 緒論 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)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)人走進自動門是感應(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)人通過之后，再將門關(guān)上。 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。 自動門在國外早已得到普遍的應(yīng)用，在我國也以

7、優(yōu)異的性能逐步得到大家的 認同，中國已迎來了自動門發(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)定的控制裝置是 PLC，它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。目前他在機械制造、石油化工、冶 金鋼鐵、汽車、輕化工等領(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，以及整個自動化行業(yè)的應(yīng)用。 第 2 章 系統(tǒng)方案確定 2

8、.1 概述 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)還是使用者來說都是最好的。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。本課題的研究將使產(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。 2.2 系統(tǒng)組成 本設(shè)計是基于 PLC 的控制系統(tǒng)，當(dāng)感應(yīng)器件檢測到人體或物體信號傳給 PLC，PLC 根據(jù)已經(jīng)采集的信號發(fā)出控制信號，驅(qū)動裝置運行，通過傳動裝置帶動 自動門的運行。其系統(tǒng)具體組成如 2.1 圖所示。 圖 2.1 系統(tǒng)組成框圖 PLC 感應(yīng)器件 驅(qū)動

9、裝置傳動裝置 自動門 第 3 章 硬件設(shè)計 3.1 西門子 S7-200 PLC S7-200PLC 是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型 PLC，其許多功能達到大中型 PLC 的水平，而且價格很低廉，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。S7- 200 屬于小型 PLC，其主機的基本結(jié)構(gòu)是整體式，主機上有一定數(shù)量的輸入/輸出 點，一個主機單元就是一個系統(tǒng)。它還可以進行靈活的擴展，如果 I/O 點不夠， 則可以增加 I/O 擴展模塊。如果需要其他功能，也可以增加相應(yīng)的功能模塊。 PLC 系統(tǒng)組成如 3.1 圖。 編程工具 CPU224擴展 模塊 功能 模塊 通信 模塊 工業(yè)現(xiàn)場總 線 圖 3.1 P

10、LC 系統(tǒng)組成圖 此外，PLC 主機模塊采用 CPU224，其本機集成 14 輸入/10 輸出。具有可靠性 高。結(jié)構(gòu)形式多樣，模塊化組合靈活。有固定式適于小型系統(tǒng)或機床，組合式適 于集控制系統(tǒng)。功能強大，編程方便，控制具有極大靈活性；適應(yīng)于高溫、振動、 沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境以及電磁干擾環(huán)境。安裝、維修簡單。與 DCS 相比，價格 低廉。當(dāng)前 PLC 產(chǎn)品緊跟現(xiàn)場總線的發(fā)展潮流，其中 S7-200 系列應(yīng)用的更加廣 泛。下圖為 S7-200 系列 PLC 實物圖。 圖 3.2 西門子 S7-200PLC 圖 3.2 感應(yīng)器件 目前自動門行業(yè)運用的感應(yīng)器件主要有微波感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器等。微波感 應(yīng)

11、器，又稱微波雷達，對物體的移動進行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速 度正常的人員通過的場所，微波感應(yīng)器是以微波多普勒原理為基礎(chǔ)，平面型天線 昨感應(yīng)系統(tǒng)，以微處理器作控制。整機關(guān)鍵元器件均為進口器件，方案設(shè)計選擇 器件均確保了產(chǎn)品可靠性。 微波感應(yīng)器的特點： 微波感應(yīng)器是以 10.525GHz 微波頻率發(fā)射、接收。其探測方式具體如下優(yōu)點： （1）非接觸探測。 （2）不受溫度、濕度、噪音。 紅外感應(yīng)器，是對物體的存在進行反應(yīng)，不管人員是否移動，只要處于感應(yīng) 器的掃描范圍內(nèi)，它都會反應(yīng)，另外，紅外感應(yīng)器的反應(yīng)速度比微波感應(yīng)器慢。 根據(jù)不同的功能和性能運用在各類不同場合的自動控制系統(tǒng)中，是自動門系

12、統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫字 樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的 地方，選擇窄區(qū)域的感應(yīng)器。 結(jié)合本課題的實際需要在設(shè)計自動門的人員檢測上運用上海順安達門業(yè)裝飾 有限公司的微波自動門感應(yīng)器 WB-3004。 3.3 驅(qū)動裝置 自動門的驅(qū)動器是自動門能否良好工作的保障。在本設(shè)計中是運用直流無刷 電機。直流無刷電機功率密度高，噪音極小、調(diào)速性能好，即具備交流電動機的 結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，又具備直流電動機線性機械特性、調(diào)速 范圍寬、啟動轉(zhuǎn)矩大、運行效率高等諸多優(yōu)點。是應(yīng)用于“輕、小、薄、安靜、 精密、可靠”

13、等場合的最佳選擇本設(shè)計選用的是亞坦電機控制有限公司生產(chǎn)的 45BLDC 系列直流無刷電機，額定轉(zhuǎn)數(shù) 4000 轉(zhuǎn)，額定扭矩 0.036N.m，功率 15W100W。額定電壓 220V。 3.4 傳動裝置 本控制系統(tǒng)所用到的傳動裝置具體包括如下： （1）自動門扇行進軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使 其按特定方向進行。 （2）自動門扇吊具走論系統(tǒng)：用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動 門扇運行。 （3）同步皮帶：用于傳輸電機所產(chǎn)動力，牽引自動門吊具走論系統(tǒng)。 此外限位開關(guān)也包括在傳動裝置中.限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是一種利用生產(chǎn) 機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于

14、控制生產(chǎn)機械的運動 方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。 限位開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機床、起重機械以及輕工機械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn) 機械運動到某一運動位置時，行程開關(guān)通過機械可動部分的動作，將機械信號轉(zhuǎn) 化為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產(chǎn)機 械給以必要的保護。 3.5 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 地址分配表 表 3.1 I/O 分配表 I0.1門外檢測電開關(guān) K1 I0.2門內(nèi)檢測電開關(guān) K2 I0.3開門限位開關(guān) K3I0.4關(guān)門限位開關(guān) K4 I0.7過電流保護開關(guān)I0.5手動開門 I0.0啟動停止 KAI0.6手動關(guān)門 Q0.0電機正轉(zhuǎn)Q0.1電機反

15、轉(zhuǎn) 3.6 主電路接線圖 圖 3.3 主電路接線圖 3.7 PLC 控制輸入/輸出接線圖 圖 3.4 控制輸入/輸出接線圖 第 4 章 軟件設(shè)計 4.1 程序流程 經(jīng)分析設(shè)計任務(wù)，可知完成任務(wù)的實質(zhì)就是控制電機的正反轉(zhuǎn)。要實現(xiàn)自動 控制首先要具備以下功能部件：檢測開關(guān)，限位開關(guān)，保護開關(guān)，直流電機。 現(xiàn)確定電機與門扇軌道組成的系統(tǒng)，要實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)開門，電機反轉(zhuǎn) 關(guān)門。 1）當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過檢測開關(guān)時，開關(guān)上有電流通過（檢測 開關(guān)是脈沖觸發(fā)須對其自鎖）由于開門限位開關(guān)常閉，所以線圈上有電通過，電 動機正轉(zhuǎn)，到達開門限位開關(guān)位置時，電機停止運行。 2）當(dāng)自動門到開門限位開關(guān)位置時啟動延

16、時定時器 8 秒后，自動進入關(guān)門 過程，電動機反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門限位開關(guān)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)到外通過檢測開關(guān)，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)至外通過檢測 開關(guān)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。 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的問題， 最后決定加增手動開門和關(guān)門開關(guān)。 圖 4.1 程序流程圖 開 始 若 K1，K2 有信號 開 門 K3 打 開 停 止 延時 8s 若 K1，K2 有信號 關(guān) 門 若 K1，K2 有信 號

17、 K4 打 開 停 止 結(jié) 束 無信號 無信號 4.2 梯形圖 圖 4.2 梯形圖 檢測裝置檢測到信號后執(zhí)行電動 機正轉(zhuǎn) 手動開門 啟動定時器 定時 8 秒后執(zhí)行電動機反轉(zhuǎn)關(guān)門 手動關(guān)門 第 5 章 總結(jié) 通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān) PLC 控制方面的知識，在設(shè) 計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終 于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出 真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵 回顧起此次自動門控制系統(tǒng)設(shè)計，仍感慨頗多，從選題到定稿，從理論到實 踐，在接近一個星期的日子里，可以說是苦多于甜，但是可

18、以學(xué)到很多很多的的 東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有 學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只 有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中 得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇 到問題，可以說得是困難重重，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過 程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠 牢固。 這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師和同 學(xué)的幫助下，終于得到解決。同時通過對自動門控制系統(tǒng)設(shè)計我學(xué)得到很多實用

19、的知識。在此，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！ 參考文獻 1 王仁祥.常用低壓電器原理及其控制技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2006. 2 劉四妹. PLC 技術(shù)在自動門控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.電工技術(shù),2009,11:32 3 王改堂,王孟效. PLC 在自動門中的應(yīng)用.科技資訊,2006,8:18 4 熊芝耀,蔣文科等. 基于 PLC 控制的四開平移自動門. 實驗室研究與探,2006,12:15 5 姚衛(wèi)豐.基于 PLC 控制的自動門系統(tǒng).自動化與儀表,2002,6:64 6 張春秋.可編程序控制器在自動門上的應(yīng)用.中國科技信息,2009,5:133 7 靳松.三菱 FX2

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