基于PLC自动门实训装置电气自动化设计.docx
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基于PLC自动门实训装置电气自动化设计
西安航空技术高等专科学校
毕业设计说明书
设计题目：
自动门实训装置电气自动化设计
系别：
电气工程系
专业：
计算机控制技术
2011年5月11日
西安航空技术高等专科学校
计算机控制技术专业毕业设计任务书
附表1
姓名：
班级：
学号：
一、设计题目：
自动门实训装置电气自动化设计
二、内容及要求
应用PLC，传感器等相关知识进行自动门控制系统的软硬件设计
三、完成形式
理论设计
四、系（部）审核意见
指导老师：
发题日期：
2011-3-11
完成日期：
2011-5-11
摘要3
前言4
第一章自动门控制系统总体方案设计5
第一节自动门的功能需求分析5
第二节自动门的控制要求5
第三节自动门控制系统构成6
（1）PLC概述6
（2）构成8
第二章自动门控制系统的硬件设计8
第一节PLC的选择8
第二节驱动装置的选择9
第三节感应器的选择9
第四节直流电机的选择10
第五节传动装置、限位开关10
第六节自动门控制系统I/0地址分配表11
第七节自动控制系统的原理图12
第三章自动门控制系统的软件设计14
第一节工作过程分析14
第二节梯形图程序15
1梯形图的概述15
2梯形图的设计16
第四章程序调试17
第一节硬件线路连接17
第二节联机调试17
第五章后记18
结束语：
18
参考文献：
19
致谢：
19
摘要
本文是关于自动门控制系统的设计，自动门系统主要由可编程控制器（PLC）、感应器件、驱动装置和传动装置组成。
主要工作原理是感应器件将检测到的人体或物体信号传送到PLC，PLC再综合收到的自动门状态信号作出判断，而后发出控制信号，使驱动装置运行，在通过传动装置带动门的动作
关键词：
自动门、PLC、感应器件、驱动装置
前言
在经济飞速发展的现代深灰，随着人们物质水平的提高，人们对生活便利性的认识也越来越深刻，尤其是在现代化的都市里，人们对自动化产品的依赖也在增强，这为自动门的诞生创造了合理的条件，如今在宾馆、酒店等大型娱乐场所，自动门更是随处可见。
自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应器开关来感应人的出入，当人走进时给控制器一个开门的信号，再通过驱动装置将门打开，当人走过后在将门关上，从而实现自动化，无人化管理。
本设计以PLC为控制器系统进行设计，本着实用、经济、稳定等各方面性能指标为技术参考，最终达到了设计要求。
第一章自动门控制系统总体方案设计
第一节自动门的功能需求分析
本设计产品主要用在公共场合，因此有安全性和可靠性。
根据公共场所（商场、银行等）的具体要求本自动门至少应具有如下功能：
（1）开门和关门控制应有手动和自动方式
为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。
当信号采集装置检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭，PLC动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门。
（2）紧急停止
当门的闭合或者打开时出现意外情况，可以紧急停止。
第二节自动门的控制要求
（1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止。
（2）自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动，电动机反转，（）当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止。
（3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。
（4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，且开门和关门不能同时进行。
第三节自动门控制系统构成
自动门控制系统包含PLC控制和动作的执行机构，具体组成如下：
由上图可知，当感应器件检测到人体或物体信号时将信号传给PLC,PLC根据已经采集的信号发出控制信号，是驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行
（1）PLC概述
可编程控制器，英文ProgrammableController,简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。
PLC是用于工业现场的电控制器。
它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。
它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序，实现对负载的控制。
PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本功能：
（1）逻辑处理功能；
（2）数据运算功能；
（3）准确定时功能；
（4）高速计数功能；
（5）中断处理功能；
（6）程序与数据存储功能；
（7）联网通信功能；
（8）自检测、自诊断功能。
现代化工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同，之所以受到了广大工程人员的欢迎。
其其具有以下特点:
（1）抗干扰能力强，可靠性能高
（2）控制系统结构简单，通用性强
（3）编程方便，易于使用
（4）功能强大，成本低
（5）设计、施工、调试的周期短
（6）维护方便
（2）构成
具体构成框图如下：
第二章自动门控制系统的硬件设计
第一节PLC的选择
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保障可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性价比，选择时应注意以下几点：
1.整体型和模块型的选择
2.经济的考虑
PLC存储容量的选择一般为数字量I/O点数的10到15倍再加上模拟I/O点数的100倍，以此作为内存的总字数（16位为一个字），再按次数的25%考虑余量。
I/O点数的估算，应考虑适当的余量，预计收入为12点输出为12点。
结合以上信息再加上特殊功能模块的考虑，本设计选择西门子公司生产的CPU224型PLC来实现整个控制过程。
第二节驱动装置的选择
自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障。
在本设计中是运用直流无刷电机。
直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点。
本设计选用亚坦电机控制有限公司生产的45BLDC生产的直流无刷电机。
第三节感应器的选择
本设计选用微波感应器，因其具有以下特点：
1非接触式探测
2不受温度噪音等因素的影响
具体的型号和规格如下表：
厂商
上海顺安达门业装饰有限公司
型号
WB-3004
供电电压
AC/DC12-24V
工作频率
50HZ-60HZ
探头工作频率
10.525GHZ
工作温度/湿度
25℃-60℃/0-95%
第四节直流电机的选择
1直流电动机的调速
n=（U-IaRa）/KEΦ
由该式可知变Ra、Φ和U中的任意一个值均可达到调速的目的。
2直流电机的优势
因直流电机在调速方面很简单相对于异步电机来说又有以下优势：
1低的惯性、快响应速度、高转矩惯量比。
2具有高的效率和功率密度
3无需考虑冷却问题
4调速范围宽，控制能力好。
第五节传动装置、限位开关
本控制系统所用到的传动装置具体包括如下：
1自动门扇行进轨道：
就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行。
2自动门扇吊具走论系统：
用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。
3同步皮带：
用于传输电机所产动力，牵引自动门吊具走论系统。
限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。
用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。
限位开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。
当生产机械运动到某一运动位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转化为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。
第六节自动门控制系统I/0地址分配表
I/0分配表示编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。
I/O口分配表：
输入点：
X0
屋外开关控制的继电器K1
X1
屋内开关控制的继电器K2
X2
开门行程开关SO1
X3
关门行程开关SO2
X4
开门减速行程开关SO3
X5
关门减速行程开关SO4
输入点：
Y0
开门继电器KM1
Y1
关门继电器KM2
Y2
换速继电器KA3
第七节自动控制系统的原理图
1主电路及供电电路
2外围接线图
KA1KA2是感应器控制的两个继电器，有感应器感应到有人时会自动闭合，SQ1、SQ2是开关门到位行程开关，检测开关门是否到位检，SQ3、SQ4是开关门时减速行程开关。
第三章自动门控制系统的软件设计
第一节工作过程分析
本设计的工作过程如下：
1首先按下启动按钮，当传感器检测到能有人体信号时，电动机正传，带动自动门执行开门过程。
2当门完全打开之后，使开门限位开关打开，此时自动门停止，进行8秒延时。
若此时感应器重新检测到有人体信号时，则在重新进行8秒延时
3当8秒的延时完毕后，电动机反转执行关门过程。
在关门过程中，传感器重新检测到人体信号时，此时中断关门转向开门过程。
4当自动门出现故障时，可以手动开关门
第二节梯形图程序
1梯形图的概述
PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要工作者为电气技术人员，为了适应他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程、面向问题的自然语言编程—梯形图
形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种设计语言。
这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果，每个梯级是一个因果关系。
在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件的结果表示在右面。
2梯形图的设计
方法和步骤
（1）首先根据工艺过程控制要求，画出控制流程图，力求表达清晰、准确。
（2）将所有的输入信号和输出控制对象分别列出，对I/O口进行分配和安排。
（3）根据控制流程图，有规律的分配和利用PLC内部有关的逻辑元件构成相应的基本回路
（4）以梯形图的形式来描述控制要求，绘制梯形图要遵循编程原则。
（5）编写程序清单时，必须按梯形图的逻辑行和逻辑单元的编排顺序依次进行。
第四章程序调试
第一节硬件线路连接
接线见附录
第二节联机调试
（1）接电源
（2）将在“STEP7-Micro/WINV4.0SP5”开发平台编写好的软件通过“RS-232/PPI电缆”下载到“CPU224”中。
（3）运行过程实验
按启动按钮”SF0”
a手动开/关
现象一：
当按手动开关按钮SF10时，电动机M正转
现象二：
当按手动开关按钮SF11时，电动机M反转
b自动开/关门
现象一：
当按下按钮BG1或BG2时，电动机M正转；若按下按钮BG4，则电动机M停止转动
现象二：
当电动机M停止转动时，计时器计时8秒进行延时。
若此时再次按下按钮BG1或BG2，则计时器重新计时8秒。
现象三：
当8秒延时完毕后，电动机M进行反转；在反转过程中若按下按钮BG1或BG2，则电动机M进行反转
现象四：
当按下紧急按钮SF5时，电动机M进行正转。
第五章后记
结束语：
本文研究了基于plc的自动门控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计。
不仅在理论上论证了该系统实施的可行性，而且在实验中进行了模拟调试。
虽说调试后本系统的整体设计能够达到实际要求，但在实际应用中还应结合实际情况，考虑各部分的容量及其技术参数，供电电源的设计、系统接地问题、电缆设计与铺设、plc输出端保护等问题，使系统达到安全可靠的工作要求，所以要交付用户使用，必须通过现场的调试，这又给我们提出了更高层次的问题，毕竟一个号的完善的产品不是在短时间就能完成的，他需要在应用过程中不断的去完善并且需要大量的时间和后续工作，这才是真正意义上的智能化控制。
参考文献：
杨亚萍《电气控制与PLC》北京化学工业出版社2009.07
方承远《电气控制原理与设计》北京机械工业出版社2000
何衍庆《常用PLC应用手册》电子工业出版社2008.3.7
汪志择《可编程控制器原理及应用》西安电子科技大学出版社2004
阮有德《电气控制与PLC实训教程》人民邮电出版社2006.10.10
齐占庆《电气控制技术》北京机械工业出版社2008.7.8
致谢：
三年的大学生活即将结束，在这三年里我学到了很多东西，再次向西安航空技术高等专科学校各位老师表示感谢，你们不仅传授我的知识，而且使我学会了很多为人处世的道理，这些都对我以后的人生起着很重要的作用。
通过对自动门控制系统的设计，使我对我这三年学到的知识有了更加深入的理解，为以后从事这方面的工作奠定了基础。
本设计的构思、规划得到了西安高捷科技有限公司资深工程师韩根深老师的细心指导同时公司技术部各位同事也对本设计的后期调试给予了相关技术支持，再次一并表示感谢。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。
尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者（本人签名）：
年月日
学位论文出版授权书
本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》（以下简称“章程”），愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。
论文密级：
□公开□保密（___年__月至__年__月）（保密的学位论文在解密后应遵守此协议）
作者签名：
_______导师签名：
_______
_______年_____月_____日_______年_____月_____日
独创声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
二〇一〇年九月二十日
毕业设计（论文）使用授权声明
本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。
本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。
（保密论文在解密后遵守此规定）
作者签名:
二〇一〇年九月二十日
致谢
时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。
首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。
本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。
本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。
经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。
这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。
没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。
首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。
郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。
从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。
再次对周巍老师表示衷心的感谢。
其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。
另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。
最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。
四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。
从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。
回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。
感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。
学友情深，情同兄妹。
四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。
在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。
最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。
是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。
老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。
他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的
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