PLC的地铁自动门控制系统的设计Word文档下载推荐.docx

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ProgrammablecontrolleristypicallyreferredtoasPLC,isdevelopingrapidlyinrecentyearstheindustrialcontrolequipment,hasbeenwidelyusedinindustrialfields.Withthecontinuousimprovementofpeople'

slivingstandardandtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,peoplepaymoreattentiontoautomationandhumanizedproducts.Opto-mechatronicsintegrationtechnologyofautomaticdoorisbuildingequipmentproducts,itgivesapersonthesensewithkindandgenerous,createsanatmosphereofluxuryatthesametime,thenewconcept,spaciousopenappearanceandhighstyledesign,isthenodseyeballpenofbuildings,becausethePLCcontrolhashighreliability,stability,convenientmaintenance,asaresult,theproductionofautomaticdoorsmanymerchantsusePLCtodothedoorcontroller.

Thisarticleisaboutthedesignofundergroundautomaticdoorcontrolsystem,theautomaticdoorsystemismainlycomposedofprogrammablecontroller（PLC）,inductiondevice,drivingdeviceanddrivingunit.Becausethesubwayaspublictransport,withparticularemphasisonthesafetyandreliability.Sointhispaperpresentsas7-400programmablecontroller（PLC）asthecoreofautomaticdoorcontrolsystem.Thecontrolleristhehigh-endproductinSiemenss7seriesproducts,suitableforlargeandmedium-sizedsystemcontrol,hasasetofautomationtechnology,computertechnology,communicationtechnologyintegrationofnewindustrialautomaticequipment.Ithasprogrammability,andflexible,simpleprogrammingworkunderbadenvironmentofhighanti-interferenceability,adaptability.Waitforacharacteristic,hasbeenwidelyusedinindustrialcontrolapplications.Metroautomaticdoorcontrolsysteminmetroareanalyzedinthispapertheprocessprincipleoftheoperationprocess,thispaperintroducesthehardwaredesignofmetroautomaticdoors,typeselectionofPLC,drivesselection,sensorselectionandsystemsoftwaredesign,PLCladderdiagramdesign,softwaredesign,programdebugging,hardwareconnectionandsoonmanyaspects.

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第十一章

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前言

自动门控制系统，在现当代社会是一个应用非常广泛的设备，自动门已经广泛应用于酒店、银行、超市、停车场或公共建筑等入口，其主要核心部分——自动门控制系统正是我们这论文的主要研究讨论的课题。

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、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。

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（以下简称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和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，PLC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。

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在自动门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。

由于用PLC控制自动门具有故障频率低、可靠性高、维修方便等优点，而Siemenss7—400系列PLC稳定，在各个行业中的运用非常普遍，本研究重点讨论使用s7—400系列PLC来实现地铁自动门控制系统的设计与应用。

随着经济的不断发展，城市的交通越来越拥挤，地铁已经在各大城市中相继出现，越来越多的深入到人们的生活当中，对自动地铁门的要求也越来越严格。

本设计主要是介绍利用西门子S400为控制器实现地铁门的自动控制。

具有较高的可靠性，维修方便等特点。

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第1章概述

一.1本课题研究的目的和意义

随着城市人口的的不断增加，城市的交通越来越拥挤，地铁已经在各大城市中相继出现，越来越多的深入到人们的生活当中，对自动地铁门的要求也越来越严格。

与此同时可编程控制在工程领域的应用愈来愈广泛，其具备的高可靠行和强抗干扰性都是地铁安全运行的保障。

随着电子科技的不断发展,各种智能控制系统进入人们的生活。

自动门控制系统成为地铁、超市等人流密集地疏导人流、控制出入的首选。

目前国内高速轨道客车主要采用气动自动门,主要应用于150km/h及以下速度级的轨道客车,200km/h及以上速度级轨道客车用的电动自动门完全依靠进口,国内尚无成熟可靠的产品。

外国高速轨道客车电动自动门技术比较成熟,其产品通常是用可编程控制器和单片机作为系统的处理器。

为了使地铁自动门能够更好的为地铁服务,本文研究基于西门子S400的地铁自动门的设计可以得到一种电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高的地铁门自动控制系统，对于保障地铁安全运行方面有着重要意义。

首先是硬件系统的设计，以高稳定性为原则对各个传感装置、驱动装置、控制装置进行选取。

接下来是对整个地铁运行时自动门控制过程的分析，分别列举出各种运行状况和安全要求，然后就是软件系统的设计，通过PLC编程语言梯形图，简单明了的设计出自动门的控制要求，并且要考虑到安全性和故障报警等方面的问题。

基于可编程控制器具有很好的处理自动门开关控制及良好的稳定性，PLC控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点，现在很多工业控制的生产商都运用PLC来做控制器，PLC控制已成为自动控制中最常见的方式之一，因此本次的课程设计，是对于自己一次很好地学习机会，也是对所学的知识的一次检验的机会，对以后从事专业方面知识的一个很好的储备，相信自己会做好的。

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第2章国内外自动门发展

国内外自动门发展现状

在国外，进入90年代以来，自动化技术发展很快，技术已经很成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。

在现在人们生活中自动门可以节约空调能源、降低噪音、防尘、防风，同时可以使出入口显得很庄重高档，因此应用非常广泛。

随着我国经济的飞速发展，自动门在人们的生活中的运用越来越广泛，自动门适合于宾馆、酒店、银行、写字楼、、医院、商店等，使用自动门。

但在国内，自动门的自主研发尚处于初级阶段。

在自动门控制系统设计中，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。

我国的自动门状况有如下几点：

（1）厂家多，规模小5～6年来几年来，自动门在国内得到了快速的发展。

据不完全统计，目前国内大大小小生产自动门的厂家已有50多家，但普遍生产规模小，自主研发能力差。

从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。

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（2）专业化分工趋势显现早期的生产厂家，一般是自主研发和生产，顶多委托代加工部分零部件。

近两年来，出现了专门生产主要部件的厂家，如电机、主控板、遥控器传动件、塑料件等出现了专业生产厂家，这一趋势使生产的门槛降低，进入的厂家进一步增多，导致竞争更加激烈。

（3）高、低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势，占据了高端市场，目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能，但生产工艺略嫌粗糙，质量水平参差不齐，整体档次较低，主要集中在低端市场。

（4）产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重，加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品，所以价格因素占的比重较大，加剧了市场竞争。

其结果是众多厂家一味地比拼价格，导致利润微薄。

同时，由于价格过低，也使产品的持续改进和发展受到限制。

毕业设计任务及要求

设计任务要求

设计题目是基于PLC的地铁自动门控制系统，根据题目要求，设计的控制系统的控制核心是PLC。

主要实现的功能是是全自动化操作，不需要人为参与。

要完成整体系统的设计、控制系统硬件设计和软件设计。

本课题研究的内容

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本设计将在以下几个方面对自动门的控制系统进行研究和论证。

1.地铁自动门类型的选择。

综合了自动门的简洁、简单的要求，在本课题中主要研究自动平移门，本课题设计的自动平移门具有手动和自动开门功能和分时间段控制功能以及配备安全防夹人光线、后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多的场所的高效率、高安全性的要求。

2.地铁自动门硬件系统的设计

本课题设计的地铁自动门要求有很高的稳定性来满足日常的需要，故在本设计中所选用的智能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的s7-400型PLC。

在地铁自动门的开关门速度控制上本设计以变频器作为调节器，运用变频器的三段速控制实现自动门的转速控制，为了解决在频率很低时出现不稳定的问题，驱动装置选用功率强大、稳定性好的自带减速装置的直流电动机，在对地铁检测的过程中用限位开关对地铁进站时的位置进行检测，在感应器方面运用了自动门专用的红外感应器和在工业控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对自动门的控制。

由于本课题的具体需要在硬件系统的设计过程中主要考虑地铁自动门的安全性能和运行过程稳定的需要。

3.地铁自动门的软件设计

在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图能直观明了的设计出地铁自动门的控制要求，并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用西门子自带的编程软件，此软件具有强大的诊断功能，能更快的查处故障原因，从而大大缩短了维修时间。

4.地铁运行过程分析

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在地铁运行过程中，当地铁靠站时，触动行程开关，开始自动门开启过程，经过延时，电机正传开始开门，通过行程检测，达到最大位置，然后进入延时，经过一段时间电机反转，开始关门，其中通过传感器检测关门过程中是否有人进入，同时考虑出现夹人状况的紧急处理。

第三章地铁自动门控制系统总体方案设计

系统设计的基本步骤

在地铁自动门控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：

（1）深入了解和分析地铁运行过程中的工艺条件和控制要求。

（2）确定I/O设备。

根据自动门控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。

常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。

（3）根据I/O点数选择合适的PLC类型。

（4）分配I/O点数，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。

（5）设计地铁自动门系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个地铁自动门系统设计的核心工作。

（6）连接硬件电路，画出主电路和控制电路，并在组态软件中进行演示。

在地铁自动门的功能需求分析

本设计是地铁自动门入口的应用设计，需要有安全和可靠性，在设计的时候改良了自动门的友好性，结构如图2-1所示：

图2-1自动门结构示意图

根据入口处对地铁自动门的具体要求，本设计所设计的自动门应具有以下功能：

（1）开门和关门控制应有手动和自动方式

为了便于维护，地铁自动门应具有手动和自动方式。

当信号采集装置检测到地铁靠站后，开启动作过程，首先进行延时，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。

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（3）紧急停止

当地铁自动门出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动门自动进入开门过程。

（3）蜂鸣器和闪光的提示功能

当地铁自动门开启和关闭时，PLC输出信号给蜂鸣器和闪光，以提醒来往行人注意。

地铁自动门控制系统包含PLC控制和执行元件构成。

采用自动和手动控制方式，此种控制模式为目前大多自动门的控制方式。

本课题所设计的自动门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。

首先通过信号采集装置判断门前是否有人，若有人则将信号转换为开关量信号传送到PLC，PLC根据开关信号来控制变频器的开停和速度的变换，最后由传动装置带动门运动。

地铁自动门的控制要求

（1）当地铁靠站后，行程开关动作，整个自动控制系统开始启动，通过延时开门执行机构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40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。

（4）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，并自动进入电机停转程序。

（5）当出现夹人状况是可以手动打开地铁自动门。

地铁自动控制系统具体构成

自动门系统的具体组成如下图：

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。

地铁自动门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。

采用自动和手动电动控制方式，此种控制方式为目前大多自动门的控制方式。

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自动门的机械传动机构设计

在本课题设计的地铁自动门针对人流较多的地铁站，应对周围环境进行综合考虑，所以在本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面：

1.地铁自动门的传动主要包括安装版，轨道，门机，皮带，吊挂件等。

2.所有的组件都为插入式元件，使得安装很简单。

3.电机：

驱动电机采用64V直流电动机，功率大，可调性强。

4.导轨：

水平双导轨结构，形式正悬挂，解决了侧摆得问题，从而确保了门扇的稳定性。

并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方便的特点。

5.滑轮：

采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。

6.皮带：

采用齿形皮带，齿形皮带的截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了使用寿命。

第4章PLC概述

PLC的概念

可编程控制器（plc）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发而来的，是一种数字运算操作的电子系统。

它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算数运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

由于PLC在不断发展，因此，对它进行确切的定义是比较困难的。

美国电气制造商协会（NEMA）经过四年的调查工作，于1980年正式将可编程序控制器命名为PC（ProgrammableController），但为了与个人计算机PC（PersonalComputer）相区别，常将可编程控制器简称为PLC，并给PLC作了定义：

可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入∕输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能，用于控制器或产生过程的自动化控制装置。

1982年，国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee，IEC）颁布了PLC标准草案第一稿，1985年提交了第二稿，并在1987年的3稿中对PLC作了如下的定义：

“PLC是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。

它采用可编程序控制器的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、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，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关的外围设备，都应按照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。

”

上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。

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PLC的主要功能

1.开关逻辑和顺序控制

这是PLC应用最广泛、最基本的场合。

它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种控制要求。

2.模拟控制（A/D和D/A控制）

在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。

过去，PLC长于逻辑运算控制，对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能，而且编程和使用方便。

3.定时/计数控制

PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。

对于定时器，定时间隔可以由用户加以设定；

对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。

4．步进控制

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PLC为用户提供了一定数量的位移寄存器，用位移寄存器可方便地完成步进控制功能。

5.运动控制

在机械加工行业，可编程序控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。

6.数据处理

大部分PLC都具有不同程度的数据处理能力，它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等操作，有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。

7.通信联网

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

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。

PLC专为工业控制应用而设计，一经出现就受到了广大工程人员的欢迎。

其主要特点有:

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（2）可靠性高

（3）控制功能强

（4）组成灵活

（5）操作方便

与其他控制系统的区别

PLC与其它典型控制系统的区别

继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点。

是设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。

a.控制逻辑

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继电器控制逻辑采用硬件接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想在改变或增加功能都很困难。

另外，继电器触点数目有限，每个只有4-8对触点，因此灵活性和扩展性很差，而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式储存在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可，因此灵活性和扩展性很好。

b.工作方式

电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时处于受控制状态，它属于并行方式。

而PLC得控制逻辑中，各内部期间都处于周期性扫描过程中，各种逻辑、数值输出地结果都是按照在程序中的前后顺序计算出来的，它属于串行方式。

PLC有微型计算机的许多特点，但他的工作方式却与微机有很大不同。

微机一般采用等待命令的工作方式。

而PLC则采用不断循环的顺序扫描的工作方式。

每次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。

CPU从第一条指令开始，按顺序逐条的执行用户程序知道用户程序结束，然后返回第一条指令开始新一轮的扫描。

PLC就是这样周而复始的重复上述循环扫描的，这种工作方式是在系统的控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。

PLC是一种工业控制计算机，所以他的工作原理是建立在计算机的工作原理基础上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。