電器與PLC課程設(shè)計(jì)自動(dòng)門的電氣控制

1、目 錄1 自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 11.1自動(dòng)門控制裝置的構(gòu)成11.2 自動(dòng)門的控制要求11.3方案的選擇12 自動(dòng)門接觸器繼電器控制系統(tǒng) 22.1 主電路及控制電路2 主電路2 控制電路 22.2電氣元件的選型 3 確定電機(jī)及功率 3 熔斷器的選擇 4 直流接觸器的選擇 4 熱繼電器的選擇 4 繼電器的選擇 4 開關(guān)選擇 43 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 53.1 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5 3.1.1 PLC的選型 5 3.1.2 PLC的外部接線圖 63.2 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 6 3.2.1 PLC的I/O地址分配表 64 結(jié)束語7參考文獻(xiàn)自動(dòng)門電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 自動(dòng)門控制系統(tǒng)總

2、體方案設(shè)計(jì)1.1 自動(dòng)門控制裝置的構(gòu)成自動(dòng)門控制裝置由門內(nèi)光電探測(cè)開關(guān)K1、門外光電探測(cè)開關(guān)K2、開門到位限位開關(guān)K3、關(guān)門到限位開關(guān)K4、開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1（使直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)）、關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2（使直流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)）等部件組成。1.2 自動(dòng)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(cè)開關(guān)K1或K2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。 （2）自動(dòng)門在開門位置停留8秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，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)門限位開關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)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(cè)開關(guān)K2

3、或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序。（4）在門打開后的8秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測(cè)開關(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開始等待8秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。1.3 方案的選擇分析自動(dòng)門控制裝置的構(gòu)成及控制要求，可分別采用繼電器-接觸器控制和PLC控制實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作。電機(jī)選用直流電動(dòng)機(jī)，可進(jìn)過接線實(shí)現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)開門和關(guān)門。 采用繼電器-接觸器控制時(shí)，可利用接近開關(guān)代替光電探測(cè)開關(guān)K1及K2，用行程開關(guān)代替限位開關(guān)，通過開關(guān)的閉合及斷開控制接觸器線圈通電或斷電，使接觸器主觸點(diǎn)閉合或斷開，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的通斷電。采用PLC控制時(shí)，信號(hào)通過計(jì)時(shí)器和開關(guān)來產(chǎn)生

4、，經(jīng)過分配，放大和解析后，信號(hào)最終傳送至PLC通過PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。PLC設(shè)計(jì)方案圖如圖1-1。圖1-1 PLC設(shè)計(jì)方案2 自動(dòng)門接觸器繼電器控制系統(tǒng)2.1主電路及控制電路主電路 主電路有一個(gè)直流電機(jī)，由接觸器KM1和KM2控制，通過控制直流電機(jī)M的正反轉(zhuǎn)來控制自動(dòng)門的開啟與關(guān)閉。M由熱繼電器FR作過載保護(hù)，熔斷器FU1作短路保護(hù)。交流電通過組合開關(guān)QS引入，經(jīng)整流器變?yōu)?20V直流電供給直流電機(jī)及控制電路。主電路原理圖如下圖2-1所示。圖2-1 自動(dòng)門接觸器繼電器控制系統(tǒng)主電路部分控制電路 當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過接近開關(guān)QS1或QS2時(shí)，QS1或QS2閉合，接觸器KM1線圈得電，

5、位于主電路的主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)正傳，同時(shí)，輔助觸點(diǎn)閉合實(shí)現(xiàn)自鎖。到達(dá)開門限位開關(guān)SL1位置時(shí)，中間繼電器線圈得電，KA1的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，KM1線圈斷電，電機(jī)停止運(yùn)行。 同時(shí)，通電延時(shí)時(shí)間繼電器KT得電，8秒后時(shí)間繼電器觸電閉合，接觸器KM2通電，KM2主觸點(diǎn)閉合電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)輔助觸點(diǎn)閉合實(shí)現(xiàn)自鎖。當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)SL2位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。 在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過接近開關(guān)QS1或QS2時(shí)，KA3線圈得電,KA3動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，使KM2線圈斷電，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，關(guān)門停止。同時(shí)KM1線圈得電電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，進(jìn)入開門狀態(tài)。 在門打開后的8秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通

6、過接近開關(guān)QS1或QS2時(shí)，KA3線圈得電，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，時(shí)間繼電器斷電，等待QS1或QS2閉合時(shí)，時(shí)間繼電器KT通電，重新開始等待8秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，保證人員安全通過。2.2電氣元件的選型確定電機(jī)及功率 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)性能，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能適應(yīng)頻繁起動(dòng)。根據(jù)具體要求選擇Z2型直流電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Z2-11，額定功率0.4kw，額定電流2.68A轉(zhuǎn)速1500r/min。熔斷器的選擇1）熔體額定電流的選擇熔體額定電流是選擇熔斷器的關(guān)鍵，它與負(fù)載大小、負(fù)載性質(zhì)密切相關(guān)。（1） 對(duì)于電阻性負(fù)載，熔體的額定電流大于或等于電路的工作電流，即：InI其中：In 為熔體額定電流；I為電路的工作

7、電流。（2）保護(hù)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)：In =(1.52.5)Id其中：Id為電動(dòng)機(jī)的額定電流。(3）熔體額定電流的選擇還要照顧到上下級(jí)保護(hù)的配合，以滿足選擇性保護(hù)要求，使下一級(jí)熔斷器的分?jǐn)鄷r(shí)間較上一級(jí)熔斷器熔體的分?jǐn)鄷r(shí)間要小，否則將會(huì)發(fā)生越級(jí)動(dòng)作，擴(kuò)大停電范圍。2）熔斷器規(guī)格的選擇熔斷器的額定電壓必須大于電路工作電壓，額定電流必須大于或等于所裝熔體的額定電流。3）熔斷器類型的選擇熔斷器的類型應(yīng)根據(jù)負(fù)載保護(hù)特性的短路電流大小及安裝條件來選擇。 根據(jù)計(jì)算， FU1選用RC/A-5型熔斷器，F(xiàn)U2選用RC/A-5型熔斷器。直流接觸器的選擇a.額定電壓與額定電流主要考慮接觸器主觸點(diǎn)的額定電壓與額定電流。b.吸

8、引線圈的電流種類及額定電壓c.其他方面（1）考慮輔助觸點(diǎn)的額定電流、種類和數(shù)量。（2）根據(jù)使用環(huán)境選擇有關(guān)系列接觸器或特殊用的接觸器。（3）考慮電器的使用壽命和操作頻率。 根據(jù)計(jì)算， KM1、KM2選用CZ0-05/20型接觸器。其中，C-表示接觸器；Z-表示直流；0-表示設(shè)計(jì)序號(hào)；5-表示主觸頭額定工作電流，20表示主觸點(diǎn)有2個(gè)常開觸點(diǎn)0個(gè)常閉觸點(diǎn)。 熱繼電器的選擇熱繼電器按電機(jī)額定電流選擇，熱繼電器整定電流為電動(dòng)機(jī)額定電流的(0.951.05)倍. 根據(jù)計(jì)算, FR選用JR15型熱繼電器。繼電器的選擇一般所在電路的工作電壓是繼電器額定工作電壓的0.86倍。所在電路的工件電壓不應(yīng)超過繼電器額

9、定工作電壓，否則繼電器線圈燒毀。根據(jù)要求選擇中間繼電器KA1、KA2、KA3選JZ8-22，通電延時(shí)時(shí)間繼電器選擇JS7-1A。開關(guān)選擇 組合開關(guān)QS選擇HZ10-10。 限位開關(guān)SQ1、SQ2選擇LX4-11。 接近開關(guān)QS1、QS2選擇LXJ0。綜上，電氣元件明細(xì)表如表2-1所示。表2-1 電氣元件明細(xì)表名稱及代號(hào)型號(hào)直流電機(jī)M z2-11 組合開關(guān)QSHZ10-10熔斷器FU1RC/A-5熔斷器FU2RC/A-5熱繼電器FR JR15接觸器KM1CZ0-05/20接觸器KM2CZ0-05/20中間繼電器KA1JZ8-22中間繼電器KA2JZ8-22中間繼電器KA3JZ8-22通電延時(shí)時(shí)間

10、繼電器KTJS7-1A限位開關(guān)SQ1LX4-11限位開關(guān)SQ2LX4-11接近開關(guān)QS1LXJ0接近開關(guān)QS2 LXJ03 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1.1 PLC的選型 由硬件的設(shè)計(jì)及選擇和控制要求可知，共有4個(gè)輸入和2個(gè)輸出信號(hào)，選擇S7-200CPU212。3.1.2 PLC的外部接線圖 PLC的外部接線圖如圖3-1所示。圖3-1 PLC外部接線圖3.2 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.2.1 PLC的I/O地址分配表 PLC的I/O地址分配表如表3-1所示。表3-1 I/O地址分配表I口接線端O口接線端I0.0門內(nèi)接近開關(guān)QS1Q0.0電機(jī)正轉(zhuǎn)線圈KM1I0.

11、1門內(nèi)接近開關(guān)QS2Q0.1電機(jī)反轉(zhuǎn)線圈KM2I0.2開門到位限位開關(guān)SQ1I1.0開門到位限位開關(guān)SQ2梯形圖的設(shè)計(jì)梯形圖如圖3-2所示。圖3-2 梯形圖其工作過程如下：首先，電路的工作需要合上主電路的總開關(guān)QS，才能完成自動(dòng)門的接下來一系列的動(dòng)作。當(dāng)門外或者門內(nèi)有人經(jīng)過的時(shí)候，會(huì)觸發(fā)光電開關(guān)I0.0或I0.1得電，接著會(huì)觸發(fā)直流電動(dòng)機(jī)Q0.0得電，電機(jī)正轉(zhuǎn)，自動(dòng)門打開，Q0.0得電后，使得其相應(yīng)觸電閉合形成自鎖；并且中間繼電器M0.2線圈得電，為以后其相應(yīng)中間繼電器的動(dòng)斷做準(zhǔn)備。當(dāng)自動(dòng)門觸發(fā)到行程開關(guān)I0.2時(shí)，I0.2得電。中間繼電器M0.0得電，其相應(yīng)動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，Q0.0線圈失電，電

12、機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)，觸發(fā)定時(shí)器T37，8秒后，延時(shí)時(shí)間到。觸發(fā)T37觸點(diǎn)，接著電動(dòng)機(jī)線圈Q0.1得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，自動(dòng)門開始關(guān)閉。當(dāng)關(guān)門觸發(fā)到行程開關(guān)I0.3時(shí)，I0.3得電，中間繼電器M0.1得電，其相應(yīng)動(dòng)斷觸電斷開，Q0.1失電，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)門完成。當(dāng)在關(guān)門過程中，有人經(jīng)過時(shí)，觸發(fā)光電開關(guān)I0.0或I0.1得電，中間繼電器M0.2得電，其相應(yīng)觸電斷開，Q0.1失電，電動(dòng)機(jī)停止關(guān)門，其相應(yīng)動(dòng)斷觸電復(fù)位，又接通Q0.0，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，又開始開門。當(dāng)在等待8秒過程的時(shí)候，有人經(jīng)過，觸發(fā)光電開關(guān)I0.0或I0.1得電，中間繼電器M0.2得電，其相應(yīng)觸電斷開，延時(shí)繼電器重新復(fù)位，又重新開始計(jì)時(shí)。其

13、中動(dòng)斷觸電Q0.0和QO.1分別為電動(dòng)機(jī)的互鎖，Q0.0和Q0.1分別為電動(dòng)機(jī)的自鎖。4 結(jié)束語 經(jīng)過五天課程設(shè)計(jì)，使我收獲很多。與很多其他同學(xué)相比，可以說我們是幸運(yùn)的，也可以說我們是不幸的。幸運(yùn)的是，我的課程設(shè)計(jì)題目是關(guān)于一個(gè)自動(dòng)門的電器控制設(shè)計(jì)，相比較其他同學(xué)來說我們?nèi)蝿?wù)量相對(duì)較少，能夠冷靜，耐心的分析問題。不幸的是，也許我們通過這次課程設(shè)計(jì)，受到的鍛煉就少了。首先我拿到題目后，便開始耐心地分析題目，根據(jù)題目的要求，梳理應(yīng)該采取的方案，這個(gè)題目相對(duì)來說簡單，主電路只要一個(gè)電機(jī)控制它的正反轉(zhuǎn)就行，控制電路只要滿足那四個(gè)條件就行，四個(gè)條件說多不多，說少不少，我們還是列出了流程圖，通過流程圖，使

14、我的邏輯更加清晰，因而RLC電路圖很快我們便畫出來了。RLC電路圖出來，PLC的電路更是迎刃而解，總之，經(jīng)過我們的小組的討論學(xué)習(xí)，我們發(fā)現(xiàn)一些問題解決的非常迅速，并且通過小組分工，我們的進(jìn)度感覺還行，在老師的規(guī)定的時(shí)間，我可以完成我的內(nèi)容。我覺得課程設(shè)計(jì)其實(shí)挺有意義的，因?yàn)橥ㄟ^它，我可以去模擬，嘗試地解決一些實(shí)際生活的問題，這樣對(duì)我以后的工作，學(xué)習(xí)都是很有幫助的，只有把解決實(shí)際問題作為我們的目的，我們才像個(gè)合格的工科學(xué)生。參考文獻(xiàn)1 張志義.機(jī)電傳動(dòng)控制M.北京;機(jī)械工業(yè)出版社，2009.2 趙家禮.電工速查速算實(shí)用手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.3 齊占慶.電氣控制技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.4 王仁祥.常用低壓電器原理及其控制技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.5 倪遠(yuǎn)平.現(xiàn)代低壓電器及其控