精品自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试.docx

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精品自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试

自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试..

机电系统课程设计

题目：

自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试

学院：

工学院、职业技术教育学院

班级：

机械112班

指导老师：

成绩：

1、引言

随着我国经济的飞速发展，自动门在人们生活中的运用越来越广泛。

自动门性能的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，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点，已逐渐被淘汰。

目前自动门及自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（PLC），PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，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。

因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，维护方便。

2、总体方案的设计

本自动门控制系统是利用PLC为核心来控制，其电路结构简单，单元电路分别通过原理图设计、由梯形图语言设计完成，利用试验室所提供的条件来模拟和验证程序，并利用指示灯实现系统功能，非常适用于日常生活控制场合。

自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KM1（使直流电动机正转）、关门执行机构KM2（使直流电动机反转）等部件组成。

光电探测开关为检测到人或物体时为ON，否则OFF，具体的控制要求如下：

（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，电机停止运行。

（2）、自动门在开门位置停留8s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）、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8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。

（5）、开门与关门不可同时进行。

总体方案设计的结构框图

 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。

3、可编程序控制器PLC的选择

目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。

但是，仍然沿用着顺序扫描、程控等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。

PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：

高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。

它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。

PLC的下端（输入端）为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。

人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。

PLC的功能：

数据采集与输出、控制功能、数据处理功能、输入/输出接口调理功能、通信、联网功能。

 现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文文件转移、监视和诊断。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成"集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。

PLC的主要特点：

可靠性高，PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10~20万h，且均有完善的自诊断功能。

结构形式多样，模块化组合灵活，有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统，最少的PLC只有6点。

编程方便，控制具有极大灵活性。

适应工业环境，适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。

安装、维修简单  。

本设计采用三菱PLC,型号为:

FX2N-40MR-A（ 输入24点/输出16点）电源：

AC 220V。

4、系统硬件设计

传感装置

现在自动门的行业所使用的传感装置即对信号进行采集动作的感应的开关主要采用的微波感应的装置、触摸式的感应装置、接近式的感应装置、红外遥感的装置等，其运用的场合主要是根据功能和性能上差异进行具体的应用，实现自动门的相应的控制系统的构成。

作为自动门的电控部分的主要的部位，它在性能上表现的优良与否直接的影响于整个自动门系统运行的性能及安全的稳定可靠与否。

本设计中所使用的传感装置主要采用的是型号为WB-3004的微波感应装置，生产于上海的晶圆微电子公司。

主要是对物体的运动完成相应的反应，这种感应装置的反应的速度非常的快，而且无论外界的环境怎么变化都不会受其影响。

变频装置

基于自动门在实际工作条件下的需要，对门的开和关实现速度上的变换，采用型号为FR-540的变频器作为实现这一功能的装置。

其主要的优点有：

安装比较灵活、便于接线以及设置频率时操作较简单等。

驱动及传动装置

作为保障自动门能否进行良好的工作，驱动装置的选择显得很重要。

本设计中电动机的速度是通过变频装置产生的三段的速度完成相应的调节的，从而达到对自动门进行驱动的目的。

基于此，所以要选择在特性上（绝缘电阻、过压保护、接地及绝缘的介电的强度）能够满足国家关于安全方面所制定的标准规定且噪音较小、功率的密度高以及调速性能好，故本设计采用了亚坦电机控制有限公司所生产的系列为45BLDC的直流无刷式电动机，无论是交流电动机的优点，比如简单的结构、易于维护、可靠的运行状态等，还是直流电动机的优点，比如宽调速范围、机械特性线性化、大启动转矩、高效运行等，它都具备。

在要求安静、可靠、体积小、重量轻、精密等场合应用广泛。

其额定的扭矩和转数分别是0.036N·M和4000r，功率范围在15-100W，额定工作电压为24Vdc。

5、系统软件设计

自动门系统流程图

工作的过程分析

本自动门控制系统根据功能要求共有4个输入信号和4个输出信号，来控制系统的工作和关断，故应当设置4个按钮作为输入端的输入信号，当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，输入端为ON。

输出端开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，关门限K3动作，电机停止运行。

自动门在开门位置停留8s后，自动进入关门过程，状态为ON，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，开门限K4动作电机停止运行。

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。

在门打开后的8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。

开门与关门不可同时进行；有启动、停止开关；有开关门的状态显示；开关门的时间以8位数码的方式倒计时。

本系统共有6个输入信号/10个输出信号，而主机CPU226是24个输入/16个输出，可以按一定的顺序依次将按键的输入端连到主机上，并正确定义输入端地址，以便于编写梯形图。

当按钮被按下时，其输入端的信号为高电平。

其输入/输出点代码和地址编号如下表所示 

输入

输出

元件

PLC输入地址

元件

PLC输入地址

门外光检测开关

X001

开门执行机构KM0

Y000

门内光检测开关

X002

开门执行机构KM1

Y001

开门限位开关

X003

关门执行机构KM2

Y002

关门限位开关

X004

过载保护开关

X005

紧急停车开关

X006

启动停止

X007

手动开门

X010

手动关门

X011

电路控制原理图

PLC外部接线图

梯形图

PLC控制指令语句表

0 LD X001 

1 OR X002

2 OR Y000 

3 ANIY002 

4 ANDX007 

5 OR X010 

6 ANIX003 

7 OUTY000

8 LD X003 

9 ANIX001 

10ANIX002

11OUTT0 

12LD T0  

13ORY001 

14ANIY000 

15ANIY002 

16AND X007 

17OR X011 

18ANIX004 

19OUT Y001 

20LD X005 

21OR X006 

22OR Y002 

23ANDX007

24OUTY002 

25END 

6、系统调试

硬件调试，接通电源，检查三菱可编程控制器是否可以正常工作接头是否接触良好然后把其与电脑的通信口连接。

首先应进行上电前的准备。

为了防止硬件的损坏，应在电路板上电前进行电路检查，包括：

对芯片的焊接方向进行检查，对芯片的引脚进行短路和断路检查。

在经过检查确认芯片的焊接没有任何问题的情况下，进行上电检查，在电源打开后，先判断电路是否存在异常，如出现芯片过热等现象，应及时切断电源，检查电路故障。

在上电无异常状况的前提下，可以用万用表和示波器进行测量。

首先测量电源芯片的输出电压是否正常，然后用示波器分别测量各个主要芯片电源引脚，察看电源的波形情况，如有纹波，则在预先留出的位置上焊上退耦电容以消除纹波，保证芯片工作正常。

电源测量完毕后，进一步用示波器测量有源晶振的输出脚，其输出是频率为8MHz的波形（非方波，类似正弦波）。

在确定晶振起振后，按住复位键，使单片机始终保持在复位状态，同时测量其各个引脚的电平情况，并同数据手册上表述的复位时的芯片引脚状态进行比对，由此可判断单片机是否正常。

确认单片机正常之后就可以通过仿真器连接用户板进行调试。

软件调试，按要求输入梯形图转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口将指令读入到指定的可编程控制器ROM中进行下一步的调试。

由于在编写系统程序是按功能模块进行的，因此调试系统时也按功能模块进行。

在调试电机控制程序的时候出现了比较大的问题。

下面也是重点阐述一下所遇到的问题以及解决的方法。

电机控制程序主要控制电机的整个运转过程，包括电机的加减速，倒转，遇障碍物检测等。

在单独测试加减速，倒转等时候没有遇到大的问题但是在加上遇障碍物检测时，发现只要加上检测程序，一旦运行马上就会复位，经检查程序没有任何问题，在分析了可能产生复位的各种情况后认为既然是加入遇障碍物检测程序后才会产生复位，那么很可能就是在同一位置多次遇到障碍物而产生了复位。

但是，实际上并没有装上门框所以不可能是遇到了障碍物。

最后经过深入的分析发现由于判断是否存在障碍物是通过检测门的运行速度是否小于该阶段的速度门限值，而在电机在启动后的第一个运行阶段由于惯性速度不可能马上达到所设定的值，因而在启动的第一阶段进行速度的检测就会出现检测到速度小于门限值的情况，从而产生复位信号。

找到原因之后，取消了在第一阶段的速度检测，由于第一阶段的运行距离很短，速度也很低所以在这个阶段取消速度的检测并不会产生什么问题。

调整之后，程序运行恢复正常，完成了所设定的功能。

对其他模块的测试都比较顺利，只出现了语法错误等一般性的问题，这些问题都通过设置断点，单步运行等调试手段进行了解决。

7、结语

本次设计的基于PLC控制的自动门，基本上符合设计要求，相比于其他控制方式的自动门，具有可靠性高、使用寿命长等优点，在一定程度上促进了自动化技术的发展。

本文所研究的基于PLC的自动门的电控部分的设计，虽然满足了一些使用的功能，但是在实际的应用中必须将各个装置的技术参数进行详细的分析研究，保证电源的供给不间断、系统的接地保护等，使得整个系统在性能上其运行的安全可靠性更高，防止一些不必要的后果发生。

因此，系统的安全可靠仍然是一个有现实意义的研究课题。

参考文献：

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机械土业出版社.2005

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中国电力出版社，2004.

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