自動門控制裝置-課程設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上沈陽理工大學應用技術學院歐姆龍PLC課程設計專 業(yè)：機電一體化 班 級： 姓 名： 學 號： 設計題目： 自動門控制裝置 目 錄第1章 分析評估及控制任務1.1課題的分析評估21.2 課題的控制任務2 1.2.1 課題內容 2 1.2.2 控制要求 2第2章 plc的選型 6 3.1 plc容量的選擇 6 3.2 plc及外設型號的選擇6第3章 功能器件的基本工作原理8 4.1自動感應門機的基本工作原理 8 4.2 限位開關的工作原理9 4.3光電開關介紹9第4章 I/O地址分配第5章 電氣原理圖9 6.1 方案說明9 6.2 程序流程圖9 6.3 繼電器接觸控制圖9

2、 6.4 plc控制輸出輸入接線10第6章 系統(tǒng)程序設計11 7.1 梯形圖12 7.2 過程分析13第7章 總結14 第1章 分析評估及控制任務1.1課題的分析評估 隨著PLC功能的不斷提高和完善，PLC幾乎可以完成工業(yè)領域的所有任務。但PLC還是有它最適合的應用場合，所以在接到一個控制任務后，要分析被控對象的控制過程和要求，看看用什么控制裝備（PLC，單片機，DCS或IPC）來完成該任務最合適，比如儀器及儀表裝置，家電的控制器就要用單片機來做；大型的過程控制系統(tǒng)大部分要用DCS來完成。而PLC最合適的控制對象是：工業(yè)環(huán)境較差，而對安全性，可靠性要求較高，系統(tǒng)工藝復雜，輸入/輸出以開關量為主

3、的工業(yè)制動控制系統(tǒng)或裝置。其實，現(xiàn)在的可編程控制器不僅處理開關亮，而且對模擬量的處理能力也很強。所以在很多情況下，也可以取代工業(yè)控制計算機（IPC）作為主控制器，來完成復雜的工業(yè)控制任務?？刂茖ο蠹翱刂蒲b置（選定為PLC）確定后，還要進一步確定PLC的控制范圍。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運行情況，能用傳感器進行直接測量的參數(shù)，控制邏輯復雜的部分都由PLC完成。另外，如緊急情況停車的環(huán)節(jié)，對主要控制對象還要加上手動控制功能，這就需要在設計電氣系統(tǒng)原理圖與編程時統(tǒng)一考慮。1.2課題的控制任務1.2.1課題內容： 1自動門控制裝置的硬件組成： 自動門控制裝置由門內光電探測開關K1，門外光電探測開關

4、K2，開門到位限位開關K3，關門到位限位開關K4，開門執(zhí)行機構KM1（使直流電動機正轉），關門執(zhí)行機構KM2（使直流電動機反轉）等部件組成。1.2.2控制要求： （1）當有人由內到外或由外到內通過光電檢測開關K1或k2時，開門執(zhí)行機構KM1動作，電動機正轉，到達開門限位開關K3位置時，電機停止運行。 （2）自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關門過程，關門執(zhí)行機構KM2被啟動，電動機反轉，當門移動到開門限位開關K4位置時，電機停止運行。（3）在關門過程中，當有人員由外到內或由內到外通過光電檢測開關K2或K1時，應立即停止關門，并自動進入關門程序。（4）在門打開后的8秒等待時間內，若有人員由外到

5、內或由內到外通過光電檢測開關K2或K1時，必須重新開始等待8秒后，在自動進入關門過程，以保證人員的安全通過。 第3章 PLC的選型當某一個控制任務決定由PLC來完成后，選擇PLC就成了最重要的事情，一方面是選擇多大容量的PLC，另一方面是選擇什么公司的PLC及外設。3.1 PLC容量的選擇對PLC容量的選擇問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O和模擬量I/O以及這些I/O點的性質。I/O點的性質主要指他們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓，以及輸出是用繼電器型還是用晶體管或是可控硅型。控制系統(tǒng)輸出點的類型非常關鍵，如果它們之中既有交流220V的接觸器

6、，電磁閥，又有直流24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點數(shù)有可能大于實際點數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負載使用，則直流24V的負載只能使用其他組的輸出端了。這樣有可能造成輸出點數(shù)的浪費，增加成本。所以要盡可能選擇先同等級的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，如運動控制時的高速脈沖數(shù)出，就可以定下選用多少點和I/O是什么類型的PLC了。根據(jù)本課程設計的題目及要求可知門內光電探測開關K1，門外光電探測開關K2,開門到位限位開關K3,關門到位限位開關K4,都是輸入觸點，所以該系統(tǒng)共有開關量輸入點4個。

7、另外，該系統(tǒng)還有開門執(zhí)行機構KM1，(使直流電動機正轉)，關門執(zhí)行機構KM2（使直流電動機反轉），短接啟動電阻接觸器KM3等都是輸出觸點，所以該系統(tǒng)共有開關量輸出點3個。又根據(jù)課題要求可知PLC選用輸入電源為24VDC，輸出電源也是24VDC,選擇輸出口器件類型為Relay即繼電器的PLC。3.2 PLC及外設型號的選擇 對于PLC及外設型號的選擇問題，則有以下幾個方面要考慮： （1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力完成控制任務。如對PLC與PLC，PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通訊要求；或對PLC的計算速度，用戶程序容量等

8、有特殊要求；或對PLC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。 （2）價格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似，質量相當，I/O點數(shù)相當?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因素。 （3）個人喜好方面 有些工程技術人員對某些品牌的PLC熟悉，所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。另外，甚至一些政治因素或個人情感有時也會成為選擇的理由。 PLC主機選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應的配套模塊也就選定了。如模擬量單元，顯示設定單元，位置控制單元或熱電偶單元等。名稱代碼地址編號 輸 入 信

9、號門內光電探測開關K1I0.2門外光電探測開關K2I0.1開門到位限位開關K3I0.3關門到位限位開關K4I0.4輸 出 信 號開門執(zhí)行機構KM1Q0.0關門執(zhí)行機構KM2Q0.1短接啟動電阻接觸器KM3Q0.2表3-1 輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號 對于本課設來說不需要擴展單元與模擬量單元，據(jù)上表可知選擇PLC可以選擇我們所熟悉的歐姆龍系列PLC,根據(jù)以上的分析可知我們可以選擇主機型號為CPU221/DC/DC/Relay的S7-200系列PLC。第四章 功能器件的基本工作原理4.1 自動感應門機的基本工作原理首先，平移式自動感應門機組由以下部件組成： （1） 主控制器：它是自動感應

10、門的指揮中心，通過內部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 （2） 感應探測器：負責采集外部信號，如同人們的眼睛，當有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號； （3） 動力馬達：提供開門與關門的主動力，控制自動感應門門扇加速與減速運行。 （4） 自動感應門扇行進軌道：就象火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進。 （5） 門扇吊具走輪系統(tǒng):用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。 （6） 同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引自動感應門扇吊具走輪系統(tǒng)

11、。 （7） 下部導向系統(tǒng)：是自動感應門門扇下部的導向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。 當自動感應門門扇要完成一次開門與關門，其工作流程如下： 感應探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，同時監(jiān)控馬達轉數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使自動感應門扇開啟；自動感應門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關自動感應門，通知馬達作反向運動，關閉自動感應門4.3 限位開關的工作原理行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關安裝在預先安排

12、的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關來控制開關轎門的速度、自動開關門的限位，轎廂的上、下限位保護。滾輪式行程開關又分為單滾輪自動復位和雙滾輪(羊角式)非自動復位式，雙滾輪行移開關具有兩個穩(wěn)態(tài)位置，有“記憶”作用，在某些情況下可以簡化線路。4.4 光電開關介紹1）、工作原理光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步

13、回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。2）、光電開關的分類及術語解釋（1）、分類漫反射式光電開關：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產(chǎn)生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。鏡反射式光電開關：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關

14、就產(chǎn)生了檢測開關信號。對射式光電開關：它包含了在結構上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器，當被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產(chǎn)生了開關信號。當檢測物體為不透明時，對射式光電開關是最可靠的檢測裝置。槽式光電開關：它通常采用標準的U字型結構，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產(chǎn)生了開關量信號。槽式光電開關比較適合檢測高速運動的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠。光纖式光電開關：它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，可以對距離遠的被檢測物體進行檢測。通常光纖傳感器

15、分為對射式和漫反射式。（2）術語檢測距離：是指檢測體按一定方式移動，當開關動作時測得的基準位置（光電開關的感應表面）到檢測面的空間距離。額定動作距離指接近開關動作距離的標稱值?；夭罹嚯x：動作距離與復位距離之間的絕對值。響應頻率：在規(guī)定的1s的時間間隔內，允許光電開關動作循環(huán)的次數(shù)。輸出狀態(tài)：分常開和常閉。當無檢測物體時，常開型的光電開關所接通的負載由于光電開關內部的輸出晶體管的截止而不工作，當檢測到物體時，晶體管導通，負載得電工作。檢測方式：根據(jù)光電開關在檢測物體時發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同，可分為漫反射式、鏡反射式、對射式等。輸出形式：分NPN二線、NPN三線、NPN四線、

16、PNP二線、PNP三線、PNP四線、AC二線、AC五線（自帶繼電器），及直流NPN/PNP/常開/常閉多功能等幾種常用的輸出形式。指向角。第5章 I/O地址分配 輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設計的基礎。對軟件設計來說，I/O地址分配以后才可進行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖，裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝控制柜。 分配輸出點地址時，要注意負載類型的問題。 在進行I/O地址分配時最好把I/O點的名稱、代碼和地址以表格的形式列寫出來。 控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表3-1名稱代碼地址編號輸

17、 入 信 號門內光電探測開關K1I0.2門外光電探測開關K2I0.1開門到位限位開關K3I0.3關門到位限位開關K4I0.4輸 出 信 號開門執(zhí)行機構KM0Q0.0關門執(zhí)行機構KM1Q0.1短接啟動電阻接觸器KM2Q0.2表5-1 輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號第6章 電氣原理圖系統(tǒng)設計包括硬件系統(tǒng)設計和軟件系統(tǒng)設計。硬件系統(tǒng)設計主要包括PLC及外圍線路的設計、電氣線路的設計和抗干擾措施的設計等。軟件系統(tǒng)設計主要指編制PLC控制程序。選定PLC及其擴展模塊（如需要的話）和分配完I/O地址后，硬件設計的主要內容就是電氣控制系統(tǒng)原理圖的設計，電氣控制元器件的選擇和控制柜的設計。電氣控制系統(tǒng)原

18、理圖包括主電路和控制電路。控制電路中包括PLC的I/O接線和自動部分、手動部分的詳細連接等，有時還要在電氣原理圖中標上期間代碼或另外配上安裝圖、端子接線圖等，以方便控制柜的安裝。電器元器件的選擇主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕、開關、傳感器、保護電器、接觸器、指示燈和電磁閥等。在程序設計時，除I/O地址列表外，有時還要把在程序中用到的中間繼電器（M）、定時器(T)，計數(shù)器（C）和存儲單元(V)以及它們的作用或功能列寫出來，以便編寫程序和閱讀程序。在編程語言的選擇上，用梯形圖編程還是用語句表編程或使用功能圖編程，這主要取決于以下幾點：（1）有些PLC使用梯形圖編程不是很方便（例如書寫不便），則可用語句

19、表編程，但梯形圖總比語句表直觀。（2）經(jīng)驗豐富的人員可以用語句表直接編程，就像使用匯編語言一樣。（3）如果是清晰的單順序、選擇順序或并發(fā)順序的控制任務，則最好是用功能圖來設計程序。6.1 方案說明由于自動門的分類很多，本次實驗不能一一進行討論，最后決定主要對平移自動門進行設計實現(xiàn)plc的自動控制。自動門的硬件組成部分在前已經(jīng)敘述，現(xiàn)不再贅述。下面主要對控制部件進行討論。經(jīng)分析設計任務，可知完成任務的實質就是控制電機的正反轉。要實現(xiàn)自動控制首先要具備以下功能部件：光電檢測開關，限位開關，超載保護開關，直流電機?，F(xiàn)確定電機與門扇軌道組成的系統(tǒng)，要實現(xiàn)電機正轉開門，電機反轉關門。1）當有人由內到外或

20、由外到內通過光電檢測開關時，開關上有電流通過（光電檢測開關是脈沖觸發(fā)須對其自鎖）由于開門限位開關常閉，所以線圈上有電通過，電動機正轉，到達開門限位開關位置時，電機停止運行。2）當自動門到開門限位開關位置時啟動延時定時器8秒后，自動進入關門過程，電動機反轉，當門移動到關門限位開關時，電機停止運行。3）在關門過程中，當有人員由外到內或由內到外通過光電檢測開關，應立即停止關門，并自動進入開門程序。4）在門打開后的8秒等待時間內，若有人員由外至內或由內至外通過光電檢測開關時，必須重新開始等待8秒后，再自動進入關門過程，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

21、題，最后決定加增手動開門和關門開關。6.2 程序流程圖6.3 繼電器接觸控制圖圖6-1 繼電器接觸控制圖6.4 plc控制輸出輸入接線圖6-2 plc控制輸出輸入接線第七章 系統(tǒng)程序設計7.1 梯形圖 7.2 過程分析1、首先按下啟動按鈕使I0.7閉合，若外檢測開關或內檢測開關有信號時I0.1或I0.2閉合。由于開門限位開關I0.3是長閉的，所以Q0.0線圈通電，有原理分析可知光電檢測開關的觸發(fā)方式是脈沖觸發(fā)所以需要自鎖。當Q0.0線圈通電時Q0.0閉合，此時電動機正轉帶動自動門扇移動，執(zhí)行開門過程。2、當門扇完全打開時，使開門限位開關I0.3打開，Q0.0線圈斷電.電動機停止轉動。3、當門扇停止移動時，由于開門限位開關的長閉變成長開，故使長開閉合。進行8秒的延時，若此時外檢測開關或內檢測開關I0.1或I0.2有信號，則使T37重新延時。4、當8秒的延時完畢后T37線圈通電，關門限位開關關閉，所以使Q0.1通電并自鎖，電機反轉執(zhí)行關門過程。5、在關門過程中，若外檢測開關或內檢測開關I0.1,I0.2有信號又使Q0.0通電，由于在關門過程中Q0.0長閉，此時打開并中