自動(dòng)門控制裝置的設(shè)計(jì)與調(diào)試課程設(shè)計(jì)

1、電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)基于PLC的自動(dòng)門控制裝置設(shè)計(jì)學(xué)生姓名夏雨學(xué)院名稱信電工程學(xué)院學(xué)號(hào)班級(jí)12自動(dòng)化專業(yè)名稱電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師肖理慶2015年7月1日目 錄1 引言12系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)22.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理22.2系統(tǒng)變量定義及分配表22.3系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)22.4系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)23控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1控制程序流程圖設(shè)計(jì)43.2控制程序時(shí)序圖設(shè)計(jì)43.3控制程序設(shè)計(jì)思路43.4創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容44 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析54.1系統(tǒng)調(diào)試及解決的問(wèn)題54.2結(jié)果分析5結(jié)束語(yǔ)6參考文獻(xiàn)7附錄71 引言課程設(shè)計(jì)是教學(xué)和工程實(shí)踐的結(jié)合點(diǎn)，要求學(xué)生在設(shè)計(jì)中明確什么是正確的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。學(xué)

2、生只有通過(guò)工程知識(shí)和專業(yè)技能的嚴(yán)格訓(xùn)練，才能在走上工作崗位后，有能力綜合利用理論知識(shí)和專業(yè)技能解決工程實(shí)際問(wèn)題。在本次課程設(shè)計(jì)中，我小組依托實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款基于PLC（可編程控制器）控制的自動(dòng)門，該產(chǎn)品具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，取代了傳統(tǒng)的繼電器控制，從而能夠得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)充分考慮到系統(tǒng)故障的發(fā)生，于是又新增添了增加手動(dòng)開(kāi)關(guān)門功能，和禁止開(kāi)關(guān)門功能使該自動(dòng)門系統(tǒng)更加強(qiáng)大，提高了穩(wěn)定性。本文是關(guān)于自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)門系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、感應(yīng)器件、驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置組成。主要工作原理是感應(yīng)器件將檢測(cè)到的人體或物體信號(hào)傳送到PLC，PLC再綜合收到的自動(dòng)

3、門狀態(tài)信號(hào)作出判斷，而后發(fā)出控制信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，在通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)門的動(dòng)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(dòng)控制中最常見(jiàn)的方式之一。自動(dòng)門就是自動(dòng)控制應(yīng)用的以典型例子，由于可編程控制器具有很好的處理自動(dòng)門開(kāi)關(guān)控制及良好的穩(wěn)定性，而且可以很簡(jiǎn)單的改變控制的方式，因此，自動(dòng)門的生產(chǎn)商家很多都運(yùn)用PLC來(lái)做門的控制器。目前自動(dòng)門在日常生活中用越來(lái)越廣泛。PLC控制具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 PLC的組成主要有以下幾部分，參見(jiàn)圖2-1：圖2-1 PLC組成部分1.主控制器（PLC）：它是自動(dòng)感應(yīng)門的指揮

4、中心，通過(guò)內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮整個(gè)系統(tǒng)工作，通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)到與停止，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)門和關(guān)門。2感應(yīng)探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)。該系統(tǒng)中門內(nèi)門外各一個(gè)，來(lái)檢測(cè)人或物體。3.門位電機(jī)：提供開(kāi)門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制自動(dòng)感應(yīng)門門扇加速與減速運(yùn)行。4.開(kāi)門執(zhí)行結(jié)構(gòu)：由門扇、同步皮帶、下部導(dǎo)向系統(tǒng)這三部分組成。主控制器通過(guò)分析感應(yīng)器傳來(lái)的信號(hào)，來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止，從而實(shí)現(xiàn)了開(kāi)門與關(guān)門。因此，該系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)圖如下,參見(jiàn)圖2-2： 感應(yīng)探測(cè)器檢測(cè) 主控制器分析 開(kāi)門執(zhí)行結(jié)構(gòu) 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)圖2-2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖所

5、以，自動(dòng)門的工作原理為以下過(guò)程：當(dāng)有人或物體要進(jìn)入時(shí)，感應(yīng)探測(cè)器探測(cè)會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)到，然后將脈沖信號(hào)傳給主控器，主控器判斷后通知電機(jī)來(lái)運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知電機(jī)可以快速或慢速運(yùn)行。電機(jī)得到一定運(yùn)行電流后做正向運(yùn)行，將動(dòng)力傳給同步帶，再由同步帶將動(dòng)力傳給吊具系統(tǒng)使自動(dòng)感應(yīng)門扇開(kāi)啟；自動(dòng)感應(yīng)門扇開(kāi)啟后由控制器作出判斷，如需關(guān)自動(dòng)感應(yīng)門，通知電機(jī)作反向運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉自動(dòng)感應(yīng)門扇。 2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣的PLC有三菱、西門子等。綜合經(jīng)濟(jì)、安全、高效等因素本設(shè)計(jì)選用西門子PLC。按照原理分析易知：該P(yáng)LC控制系統(tǒng)需要7個(gè)輸入，兩個(gè)輸出。由于該控制系統(tǒng)控制規(guī)模不大，控制

6、程序比較簡(jiǎn)單，充分考慮到控制規(guī)模、內(nèi)存大小、功能要求并結(jié)合經(jīng)濟(jì)、安全、高效等因素，我們小組選用了西門子系列，型號(hào)為S7-200（222）的控制模塊。根據(jù)西門子S7-200（222）的模塊及I/O接口組成確定該控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)的分配及地址編碼，如表2-1所示。表2-1： I/O點(diǎn)的分配及地址編碼表控制信號(hào)名稱I/O點(diǎn)地址編碼輸入門外光檢測(cè)電開(kāi)關(guān)K1I0.0門內(nèi)光檢測(cè)電開(kāi)關(guān)K2I0.1開(kāi)門限位電開(kāi)關(guān)K3I0.2關(guān)門限位電開(kāi)關(guān)K4I0.3啟停按鈕QS0I0.4手動(dòng)開(kāi)門SB0I0.5手動(dòng)關(guān)門SB1I0.6輸出開(kāi)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1Q0.0關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2Q0.12.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)根據(jù)I/O點(diǎn)的分配

7、及地址編碼表及S7-200（222）的特點(diǎn)做出該控制系統(tǒng)的PLCI/O外部接線圖，如圖2-3所示。圖2-3自動(dòng)門PLC的I/O接線圖3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)開(kāi)始K1K2是否有信號(hào)？開(kāi)門是否到K3限位開(kāi)關(guān)？開(kāi)關(guān)保持開(kāi)門10秒、K1K2是否有信號(hào)？K1、K2是否有信號(hào)？關(guān)門關(guān)門停止開(kāi)門停止打開(kāi)開(kāi)關(guān)手動(dòng)開(kāi)門手動(dòng)關(guān)門是否到K4限位開(kāi)關(guān)？開(kāi)關(guān)根據(jù)自動(dòng)門的工作原理，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，我們小組設(shè)計(jì)了以下流程圖來(lái)概述整個(gè)過(guò)程，參見(jiàn)圖3-1是否是否是否是否圖3-1自動(dòng)門控制系統(tǒng)流程3.2 控制程序時(shí)序圖設(shè)計(jì) 3.3 控制程序設(shè)計(jì)思路 PLC程序常用的設(shè)計(jì)方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、繼電器控制電路轉(zhuǎn)

8、化為梯形圖法、邏輯設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法等。由于本控制程序比較簡(jiǎn)單，所以在設(shè)計(jì)時(shí)選擇了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了STEP7Micro/WIN32編程軟件并使用模擬仿真軟件S7-200調(diào)試程序初步驗(yàn)證程序。3.4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容該控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是，增加了手動(dòng)開(kāi)關(guān)門功能和門禁功能?？蓪?shí)現(xiàn)手動(dòng)開(kāi)關(guān)門。并且在開(kāi)啟門禁功能后無(wú)論是光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)還是手動(dòng)開(kāi)關(guān)都無(wú)法打開(kāi)自動(dòng)門。優(yōu)化了程序設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了自動(dòng)門的功能?？蓾M足大多數(shù)用戶的需求。由于本控制系統(tǒng)才有PLC控制所以可根據(jù)用戶需求做進(jìn)一步個(gè)性化方案設(shè)計(jì)。4.系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問(wèn)題S7-200是西班牙PLC愛(ài)好者編寫的一個(gè)PLC模

9、擬仿真軟件。該軟件支持所有型號(hào)的S7-200系列PLC。使用S7-200可以模擬仿真大多數(shù)PLC程序大大簡(jiǎn)化了PLC程序調(diào)試步驟，縮短了程序調(diào)試時(shí)間。S7-200調(diào)試方法如下：1.將在Step7MicroWin中編譯正確的程序在文件菜單中導(dǎo)出為AWL文件；2.打開(kāi)仿真軟件，點(diǎn)“配置”-“CPU型號(hào)”，然后選擇CPU 222；3.點(diǎn)“程序”-“載入程序”；4.選擇Step7MicroWin的版本；5.將先前導(dǎo)出的AWL文件打開(kāi)；6.點(diǎn)“PLC”-“運(yùn)行”，開(kāi)始調(diào)試程序。具體調(diào)試過(guò)和如下：1.載入程序打開(kāi)運(yùn)行監(jiān)視將PLC狀態(tài)調(diào)為“run”。如圖4-1所示。圖4-1程序調(diào)試圖2.打開(kāi)門禁開(kāi)關(guān)I0.4

10、如圖4-2所示。圖4-2程序調(diào)試圖3.門內(nèi)或門外光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)（K1/K2）檢測(cè)到有人。如圖4-3所示。圖4-3程序調(diào)試圖4.門打開(kāi)到最大位置碰到開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)K2。如圖4-4所示。圖4-4程序調(diào)試圖5.門保持打開(kāi)狀態(tài)八秒。如圖4-5所示。圖4-5程序調(diào)試圖6.門保持打開(kāi)狀態(tài)過(guò)程中光電開(kāi)關(guān)K1/K2檢測(cè)有人重新開(kāi)始八秒待。如圖4-6所示。圖4-6程序調(diào)試圖7.門保持打開(kāi)狀態(tài)十秒后自動(dòng)關(guān)門。如圖4-7所示。圖4-7程序調(diào)試圖8.關(guān)門過(guò)程中若光電開(kāi)關(guān)K1/K2檢測(cè)到有人則停止關(guān)門，執(zhí)行開(kāi)門。如圖4-8所示。圖4-8程序調(diào)試圖9. 關(guān)門過(guò)程中當(dāng)門到達(dá)關(guān)門限位開(kāi)關(guān)K4，停止關(guān)門。如圖4-9所示。圖4-9

11、程序調(diào)試圖4.2 結(jié)果分析本自動(dòng)門的PLC控制系統(tǒng)可以滿足課題所規(guī)定的設(shè)計(jì)要求：當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K1或K2時(shí)，開(kāi)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。自動(dòng)門在開(kāi)門位置停留10秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過(guò)程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開(kāi)關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。在關(guān)門過(guò)程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K2或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門程序。在門打開(kāi)后的10秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開(kāi)始等待10秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過(guò)程。結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)完成

12、了題目要求的基本部分的全部要求，基本部分各單元已工作穩(wěn)定。此外該設(shè)計(jì)還增加了手動(dòng)開(kāi)關(guān)門功能和門禁功能。可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開(kāi)關(guān)門。并且在開(kāi)啟門禁功能后無(wú)論是光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)還是手動(dòng)開(kāi)關(guān)都無(wú)法打開(kāi)自動(dòng)門。優(yōu)化了程序設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了自動(dòng)門的功能。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我們學(xué)會(huì)如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學(xué)會(huì)將理論很好地聯(lián)系實(shí)際，并不斷地去開(kāi)動(dòng)自己的大腦，去貢獻(xiàn)人類。同時(shí)，更重要的是，我們?cè)谶@一設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持不懈，不輕易言棄。設(shè)計(jì)過(guò)程，也好比是我們?nèi)祟惓砷L(zhǎng)的歷程，常有一些不如意，也許這就是在對(duì)我們提出了挑戰(zhàn)，勇敢過(guò)，也戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會(huì)為我們而敲響。參考文獻(xiàn)：1 王永華. 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（第二版），北京航空航天大學(xué)出版社2 廖常初. PLC編程及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社3 MCGS組態(tài)軟件教程，北京昆侖通態(tài)軟件公司4 陳建明. 電氣控制與PLC應(yīng)用（第二版），電子工業(yè)出版社附錄：/開(kāi)門程序/按下啟動(dòng)按鈕，當(dāng)門內(nèi)或門外光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到有人，或者有手動(dòng)開(kāi)門按鈕按下，則執(zhí)行開(kāi)門程序。/LD K1OR K2OR SB_0OR KM1ANI K3AND QS_0ANI KM2OUT KM1/用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)10秒使門在開(kāi)門狀態(tài)停留十秒/當(dāng)開(kāi)門達(dá)到最大位置時(shí)，門保持打開(kāi)狀態(tài)10秒之后再關(guān)閉，