PLC控制自动门的课程设计.docx

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PLC控制自动门的课程设计

《电气控制与PLC》课程设计

题目：

自动门控制装置

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一、引言

在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门以经是随处可见。

自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走进自动门时，感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。

将人通过之后，再将门关闭。

由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防尘、防风、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。

自动门在国外早以得到普遍应用，在我国也以优异的性能逐步得到大家的认同，中国已经迎来了自动门发展的黄金时期。

  自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修的缺点已逐步被淘汰。

目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（一下简称PLC），PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可编程控制器的储存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数、算数运算等作的指令，并能通过数字式或逻辑式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制个种类型的机械或生产过程。

PLC可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，实用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。

目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等特点，因此，进行自动门的PLC控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大PLC在自动化行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。

二、自动门控制装置总体方案

2.1、自动门控制装置任务书

完成自动门控制装置，包括编写程序和硬件接线图，要求当有人按下开门开关时，门自动打开，然后又能自动关闭。

1.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，电机停止运行。

2.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，电机停止运行。

3.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.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，以保证人员安全通过。

2.2自动门的控制要求分析

1.当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关上有电流通过（光电检测开关是脉冲触发须对其自锁）由于开门限位开关常闭，所以线圈上有电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。

2.当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器8秒后，自动进入关门过程，电动机反转，当门移动到关门限位开关时，电机停止运行。

3.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，应立即停止关门，并自动进入开门程序。

4.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时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。

5.自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定的问题，最后决定加增手动开门和关门开关

三、自动门控制系统的硬件设计

3.1PLC的选择

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。

工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

因此工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需要的操作和动作，然后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器的容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

（1）机型的选择

①PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块两类型型，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。

从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。

整体型PLC的I/0点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/0卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配置系统控制的I/0点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

②经济的考虑

选择PLC时，应考虑性能价格比。

考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出比较满意的产品。

输入输出点数对价格有直接影响。

点当数增加到一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对PLC选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。

在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。

本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选用整体型PLC。

（2）输入输出（I/O）点数的估算

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加10%到20%的可扩展。

余量后，作为输入输出点数估算数据。

实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点对输入输出点数进行圆整。

根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入12点，输出12点。

（3）存储器容量的选择

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目实用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器的容量。

设计阶段，由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，须在程序调试之后才知道。

为了设计选型时，能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替，存储器内存容量的估算没有固定的形式，许多文献资料中给出了不同的公式，大体上都是按数字量I/O点数的10到15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按次数的25%考虑余量。

因此本课题的PLC内存容量选择应能存储索要储存的程序，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。

（4）控制功能的选择

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等性能的选择。

根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，主要介绍一下几种功能的选择。

①控制功能

PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。

②编程功能

离线编程方式：

PLC和编程器共用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。

完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。

离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。

编程方式：

CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。

这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。

③诊断功能

PLC的诊断功能爆孔硬件和软键的诊断。

硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。

通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软键对PLC的CPU玉外部输入输出等部件信息叫唤功能进行诊断是外诊断。

PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。

（5）对PLC响应时间的要求

对于多数场合，PLC的相应时间基本上能满足控制要求。

响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。

PLC的工作方式决定了他不能接受频率过高或持续时间小于扫描周期的输入信号，当有此类信号输入时需要选用扫描速度高的PLC或快速响应模块和中断输入模块。

综合以上因素，本课题的设计日本三菱公司生产的FX1S小型PLC来实现整个系统的控制。

3.2光电检测开关

它是光电接近开关的简称，是利用被测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通所要接通的电路，从而检测物体的有无。

物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可检测。

光电开关将输入电流在发射器上转化为光信号射出，接受器再根据接受到的光线强弱或有无目标物体进行探测。

3.3限位开关

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。

四、自动门控制系统软件的设计

4.1、I/O分配表

I/O分配表

类别

元件

PLC元件

作用

输

入

SB1

X01

门外光检测电开关

SB2

X02

门内光检测电开关

SB3

X03

开门限位电开关

SB4

X04

关门限位电开关

SB5

X05

过载保护开关

SB6

X06

紧急停车开关

SB7

X07

启动停止

SB10

X10

手动开门

SB11

X11

手动关门

输

出

KM0

Y0

电动机正转接触器

KM1

Y1

电动机反转接触器

KM2

Y2

过载保护接触器

表4-1

4.2、plc控制输出接线

图4-1

4.3、程序流程图

图4-2

4.4、梯形图

图4-3

4.5、指令表

图4-4

4.5、时序图

图4-5

五、系统调试及过程分析

5.1、系统调试

图5-1

5.2过程分析

1.首先按下启动按钮使X007使之闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时、X001或X002闭合。

由于开门限位开关X003是长闭的，所以Y000线圈通电，有原理分析可知光电检测开关的触发方式是脉冲触发所以需要自锁。

当Y000线圈通电时Y000闭合，此时电机正转带动自动门扇移动，执行开门过程。

2．当门扇完全打开时，使开门限位开关X003打开，Y000线圈断电.电机停止转动。

3．当门扇停止移动时，由于开门限位开关的长闭变成长开，故使长开闭合。

进行8秒的延时，若此时外检测开关或内检测开关X001或X002有信号，则使T0重新延时。

4．当8秒的延时完毕后T0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使Y001通电并自锁，电机反转执关门过。

5．在关门过程中，若外检测开关或内检测开关X001或X002有信号时使Y000通电，由于在关门过程中Y000长闭，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。

6．在此控制过程中，为了保证其安全性设置过载保护和紧急停车。

7．考虑到主动门若出现故障时，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开门和手动关门。

六、个人心得

经过为数不多天数的PLC课程设计，首先让我明白了PLC在现实生活中有这么大的作用，这次课设让我对PLC产生了非常大的兴趣，我个人非常想从事控制方面事业，这对我以后的发展有很大的帮助，在这里感谢老师找了这么多联系实际的题目，使我对PLC这门学科有了初步了解，同时在课设期间，为了完成任务，查阅了许多的资料，对PLC有了更深的了解。

通过该课程设计使我明白了软件的重要性，以后对于相关的设计时，我们必须把软件熟悉掌握。

七、参考文献

1、《PLC电气控制技术》，漆汉宏主编，机械工业出版社，2006年

2、《FX系列PLC编程及应用》，寥常初主编，机械工业出版社，2004年

3.《工厂电气控制技术》第二版.方承远主编，北京机械工业出版社，2000年

4.《逻辑与可编程控制系统》汪道辉主主编，北京:

机械工业出版，2001年

附录一