基于PLC的自动门控制系统设计.docx
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毕业论文
论文题目：
基于PLC的自动门控制系统设计
论文作者：
XXX指导教师：
XXX
专业班级：
2008级电子信息科学与技术学 号：
XX
提交论文日期：
年 月 日论文答辩日期：
年 月 日
中国 重庆
XXXX年9月
张浏琳：
基于PLC的自动门控制系统设计
目录
摘要 3
Abstract 4.
1.绪论 5
2.分析评估及控制任务 6.
2.1分析评估 6.
2.2控制任务 6.
2.2.1控制内容 6
2.2.2控制要求：
6
3.PLC的发展史 7.
3.1PLC的定义 7.
3.2PLC的功能 7.
3.3PLC的主要特点 8
4.自动门的简介 9.
4.1自动门的定义 9.
4.2自动门的分类 9.
5.功能器件的基本工作原理 10
5.1自动感应门机工作的基本原理 10
5.2限位开关的工作原理 10
5.3光电开关介绍 11
6.I/O地址分配 2
6.1输入/输出信号的名称、代码及地址编号 12
7.电气原理图 3
7.1方案说明 3
7.2程序流程图 4
7.3继电器接触控制图 15
7.4PLC控制输出输入接线 15
8.系统程序设计 6
8.1梯形图 6
8.2过程分析 7
9.总结 18
参考文献 1.9
基于PLC的自动门控制系统设计
电子信息科学与技术2008级
摘要：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
自动门是随着人们对生活条件的不断追求、科技的不断发展应运而生的高科技产品，因此，他具有普通门没有的优势：
雅观漂亮，而且使用管理起来更加安全、方便、舒适，通电可实现无人看管，既方便又提高了建筑的档次，因此自动门被广泛应用于大型商场、机场、酒店、写字楼等各种大型的公共场所。
用西门子公司 S7-200系列的
关键词：
可编程控制器S7-200PLC
PLC，可设计一个简单的平移自动门的自动门控制系统。
该系统主要完成自动门的开、关控制及其出现故障时能实行手动控制。
BasedonPLCautomaticcontrolsystemdesign
Electronicinformationscienceandtechnologylevelof2008
Abstract:
Programmablecontrollerisadigitalelectronicsystemsoperations,designedforapplicationinindustrialenvironmentsanddesign.Ithasusedtheprogrammablememory,usedtoperforminitsinternalstoragelogicaloperation,sequentialcontrol，timing，Countingandarithmeticoperationinstruction，andthroughdigitalandanaloginputandoutput，controlallkindsofmechanicalorproductionprocess.Automaticaspeoplelivingconditionsfortheconstantpursuit，thedevelopmentofhigh-techproducts，therefore，hehastheadvantageofnoordinarydoor：
Elegantbeauty，anduseupmoresafetymanagement，convenient，comfortable，electricitycanachieveunattended，convenientandimprovetheconstructionquality，soautomaticdooriswidelyusedinLargestores，Airport,Hotel,Officebuildingsandlargepublicplaces.WithSiemenscompanyS7-200SeriesPLC,candesignasimpleautomaticcontrolsystemofautomatictranslation.Thissystemmainlycompleteautomaticdooropenandclosecontrolofitsfailuretoexecutethemanualcontrol.
Keywords:
programmablecontrollerS7-200PLC
1.绪论
21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性，有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的和谐。
自动门大规模专业化生产始于150年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。
门的高级形式--自动门起源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。
大中型公共场所，为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿彩。
自动门从理论上理解应该是门的使用，观念的延伸，是人们根据需要对门的功能的提升和完善。
所以对自动门的认识应该从人对门功能的要求开始。
作为建筑物一部分的门，从最基本的意义上讲，要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。
因此门体本身应牢固、密封。
由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。
同时也几乎成为了银行，写字楼，酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。
自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达，当人走近自动门时，雷达感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。
当人通过门之后，再将门关闭。
由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。
本文是采用西门子S7-200型号PLC进行设计的。
2.分析评估及控制任务
2.1分析评估
随着PLC功能的不断提高和完善，PLC几乎可以完成工业生产领域的所有任务。
PLC的应用还有它最适合的场合，所以PLC在接到一个控制任务后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制装备（如：
PLC，单片机，DCS或IPC）来完成该任务最合适，比如仪器及仪表装置，家电的控制器就要用单片机来做；大型的工程控制系统大部分要用DCS来完成。
而PLC最合适的控制对象是：
工业环境较差，而相对的安全性，可靠性要求较高，系统工艺复杂，输入/输出以开关量为主的工业制动控制系统或装置。
其实，现在的可编程控制器不仅处理开关量，而且对模拟量的处理能力也是很强的。
所以在很多情况下，也可以取代工业控制计算机（IPC）作为主控制器，来完成复杂的工业控制任务。
一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器进行直接测量参数，控制逻辑复杂的部分都可由PLC完成。
因此，自动门控制系统可以采用PLC进行设计和制作。
2.2控制任务
2.2.1控制内容
自动门控制装置的组成：
自动门控制装置由门内光电检测开关K1，门外光电检测开关K2，开门到位限位开关K3，关门到位限位开关K4，开门执行继电器KM1（使直流电动机正转），关门执行继电器KM2（使直流电动机反转）等部件组成。
2.2.2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，开门执行继电器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8秒后，自动进入关门过程，关门执行继电器KM2被启动，电动机反转，当门移动到开门限位开关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8秒等待时间内，若有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关
K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，在自动进入关门过程，以保证人员的安全通过。
3.PLC的发展史
3.1PLC的定义
PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有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。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
3.2PLC的功能
1、数据采集与输出。
2、控制功能。
包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。
3、数据处理功能。
包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。
4、输入/输出接口调理功能。
具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。
5、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。
通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。
6、支持人机界面功能。
提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。
允许操作者和
PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。
7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。
3.3PLC的主要特点
1、可靠性高，抗干扰能力强；
2、配套齐全，功能完善，适用性强；
3、易学易用，深受工程技术人员欢迎；
4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；
5、体积小，重量轻，能耗低。
4.自动门的简介
自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。
自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。
二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用，受此影响，世界第一自动门品牌多玛在1945年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用了。
到了1962年，电气式己开始出现，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加，PLC。
自动门已经经过了数十年的漫漫发展，至今为止，通过利用PLC控制系统及其他各种科技产品，已经具备了极其完善的控制技术，形成了具有一大批规模的自动门系列。
4.1自动门的定义
由各种信号控制自动启闭、并具备运行装置、感应装置及门体部件的总称。
（感应伸缩门详见室外大门。
）
4.2自动门的分类
按启闭形式分：
可分为推拉门、平开门、折叠门和旋转门
（1）推拉门：
可细分为单开、双开、重叠单开、重叠双开和弧形门。
弧形门门扇沿孤形轨道平滑移动，可分为半弧单向、半弧双向、全弧双向。
为了最大限度的拓宽入口幅度，有的推拉（套叠）自动门可作成在开启终点与固定扇重合后一道手动平开，也归纳为推拉自动门。
（2）旋转门：
可细分为有中心轴式、圆导轨悬挂式和中心展示区式等。
（3）平开门：
可细分为单扇单向、双扇单向、单扇双向和双扇双向。
（4）折叠门：
可细分为2扇折叠和4扇折叠。
应用统计：
推拉自动门用量最大，约占4种类型自动门总量的90％以上，其次是旋转自动门，约占6％左右，平开和折叠自动门用量最少，各约占2％左右。
5.功能器件的基本工作原理
5.1自动感应门机工作的基本原理
首先，平移式自动感应门机组由以下部件组成：
（1）主控制器：
它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。
（2）感应探测器：
负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；（3）动力马达：
提供开门与关门的主动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。
（4）自动感应门扇行进轨道：
就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。
（5）门扇吊具走轮系统:
用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。
（6）同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：
用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。
（7）下部导向系统：
是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。
当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下：
感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。
马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启；自动感应门扇开启后由控制器作出判断，如需关自动感应门，通知马达作反向运动，关闭自动感应门.
5.2限位开关的工作原理
限位开关也称行程开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。
在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。
因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。
行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。
在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。
滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮（羊角式）非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路。
5.3光电开关介绍
工作原理光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
6.I/O地址分配
输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计基础。
对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图，装配图，让装配人员根据线路图和安装控制柜。
分配输出点地址时，要注意负载类型的问题。
在进行I/O地址分配时最好把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。
控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址编号如表6-1所示。
输入/输出信号的名称、代码及地址编号
6.1输入/输出信号的名称、代码及地址编号
表1：
名称
代码
输
入
信
地址编号
号
门内光电探测开关
K1
I0.2
门外光电探测开关
K2
I0.1
开门到位限位开关
K3
I0.3
关门到位限位开关
K4
I0.4
启动停止
K5
I0.7
手动开关
K6
I1.0
过载保护开关
K8
I0.5
紧急停车开关
K9
I0.6
手动关门
K7
I1.1
输
出
信
号
开门执行机构
KM0
Q0.0
关门执行机构
短接启动电阻接触器
KM1KM2
Q0.1Q0.2
7.电气原理图
系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。
硬件系统设计主要包括PLC及外围线路设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。
软件系统设计主要指编制PLC控制程序。
选定PLC及其扩展模块（如需要的话）和分配完I/O地址后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统原理图的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。
电气控制系统原理图包括主电路和控制电路。
控制电路中包括PLC的I/O接线和自动部分、手动部分的详细连接等，有时还要在电气原理图中标上期间代码或另外配上安装图、端子接线图等，以方便控制柜的安装。
电器元器件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯和电磁阀等。
程序设计时，除I/O地址列表外，有时要把程序中用到中间继电器（M）、定时器（T），计数器（C）和存储单元（V）以及它们作用或功能列写出来，以便编写程序和阅读程序。
在编程语言的选择上，用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：
（1）有些PLC使用梯形图编程不是很方便（例如书写不便），则可用语句表编程，但梯形图总比语句表直观。
（2）经验丰富的人员可以用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。
（3）如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则最好是用功能图来设计程序。
7.1方案说明
由于自动门的分类很多，本次实验不能一一进行讨论，最后决定主要对平移自动门进行设计实现plc的自动控制。
自动门的硬件组成部分在前已经叙述，现不再赘述。
下面主要对控制部件进行讨论。
经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。
要实现自动控制首先要具备以下功能部件：
光检测电开关，限位开关，超载保护开关，直流电机。
现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转——开门，电机反转——关门。
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（光检测电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.在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光检测电开关，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
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.考虑到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。
7.2程序流程图
7.3继电器接触控制图
继电器解除控制图如图7-1所示：
SB1
KM2
SB7
SB3
KM0
SB2
KM1SB10
KM0KM0KM1KM1
SB3
SB1
SB2
KT
KT KM0
KM2
SB7
SB4
KM1
KM1
SB11
M
SB5
SB7
KM2
SB6
KM2
图7-1继电器接触控制图
7.4PLC控制输出输入接线
下图为PLC控制输入输出的接线图：
图7-2PLC控制输出输入接线
8.系统程序设计
8.1梯形图
下图是自动门控制系统的PLC的梯形图，该系统主要完成自动门的开、关控制及其出现故障时能实行手动控制。
8.2过程分析
1、首先按下启动按钮使I0.7闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时I0.1或I0.2闭合。
由于开门限位开关I0.3是长闭的，所以Q0.0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Q0.0线圈通电时Q0.0闭合，此时电动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I0.3打开，Q0.0线圈断电.电动机停止转动。
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I0.1或I0.2有信号，则使T37重新延时。
4、当8秒的延时完毕后T37线圈通电，关门限位开关关闭，所以使Q0.1通电并自锁，电机反转执行关门过程。
5、在关门过程中，若外检测开关或内检测开关I0.1,I0.2有信号又使Q0.0通电，由于在关门过程中Q0.0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。
9.总结
回顾起此次西门子plc课程设计，令我们仍感慨颇多。
短短的时间里，付出了不少时间和精力，努力地查找资料、绘制电路图等，但学到了很多很多东西。
同时，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的思维能力和实际应用能力。
在设计的过程中常遇到问题，可以说是困难重重，第一次做此类设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新巩固。
时间说长不长，说短也不短，在这段时间
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