设计论文PLC在自动门的应用.doc
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学生毕业设计（论文）
课题名称
PLC在自动门中的应用
专业班级
姓名
系部
电气工程系
实习单位
指导教师
年月日
摘要
PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。
自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。
上世纪60年代末，它不断吸收微电脑技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。
随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。
PLC编程方便、操作简单，因此多应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品。
在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，经常使用自动门控制系统。
早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已逐渐被淘汰。
PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。
关键词：
PLC,自动门
目录
摘要 2
目录 3
前言 4
第一章PLC的概述 6
1．1PLC的产生和发展 6
1.2什么是PLC?
8
1.2.1PLC的结构 8
1.2.2PLC的特点及应用 8
1.2.3PLC的发展趋势 9
1.2.4PLC的分类 9
第二章控制方案的选择 10
2.1、继电器控制 10
2.2、单片机控制 10
2.3、PLC控制 10
第三章PLC自动门硬件电路的设计 12
3.1PLC自动门的硬件组成及控制要求及方案说明 12
3.1.1自动门控制装置的硬件组成：
12
3.1.2控制要求：
12
3.1.3方案说明 12
3.2PLC自动门各功能器件的基本工作原理 13
3.2.1自动感应门机的基本工作原理 13
3.2.2自动门的分类 14
3.2.3行程开关（限位开关）的工作原理 15
3.2.4光电开关介绍 15
3.3继电器接触控制图 17
3.4．程序流程图 18
3.5．梯形图以及指令 19
3.6过程分析 21
致谢 22
结论 23
参考文献 24
前言
可编程控制器（ProgrammableLogicalController）简称为PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件。
日本电气控制学会曾对可编程控制器作了一个定义：
可编程控制器是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算术运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出器件，对生产设备和生产过程进行控制的装置。
PLC是基于计算机技术和自动控制理论发展来的，它既不同于普通的计算机，又不同于一般的计算机控制系统，作为一种特殊形式的计算机控制装置，它在系统结构，硬件组成，软件结构以及I/O通道，用户界面诸多方面都有其特殊性。
从原理上说，可编程控制器和计算机是一致的，为了和工业控制相适应，PLC采用扫描原理来工作，也就是对整个程序进行一遍又一遍的扫描，直到停机为止。
之所以采用这样的工作方式，是因为PLC是由继电器控制发展来的，CPU的扫描用户程序的时间远远短于继电器的动作时间，只要采用循环扫描的办法就可以解决其中的矛盾。
循环扫描的工作方式是PLC区别于普通的计算机控制系统的一个重要方面。
虽然各种PLC的组成各不相同，但是在结构上是基本相同的，一般由CPU、存储器、输入输出设备（I/O）和其他可选部件组成。
其它可选部件包括编程器，外存储器，模拟I/O盘，通信接口，扩展接口等。
CPU是PLC的核心，它用于输入各种指令，完成预定的任务，起到了大脑的作用，自整定、预测控制和模糊控制等先进的控制算法也已经在CPU中得到了应用；存储器包括随机存储器RAM和只读存储器ROM，通常将程序以及所有的固定参数固化在ROM中，RAM则为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间；输入输出系统（I/O）使过程状态和参数输入到PLC的通道以及实时控制信号输出的通道，这些通道可以有模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出、脉冲量输入等，使PLC的应用十分广泛。
早期的PLC主要用于顺序控制上。
所谓顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。
PLC的应用大大促进了流水线技术的发展。
今天的PLC已经开始用于闭环控制，不仅如此，随着其扩展能力和通信能力的发展，它也越来越多地应用到了复杂的分布式控制系统中。
。
PLC自身具有的完善的功能，模块化的结构，以及开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高的特点和较高的性价比，使其在工业生产中的应用前景越发看好，且随着集成电路的发展和网络时代的到来，PLC必将能够有更大的用武之地。
现在主要的PLC的厂商都集中在日本和美国等发达国家，国内生产和制造PLC的工艺技术都还落后于这些国家。
作为实现工业自动化的不可缺少的部分，大力发展PLC对于我国来讲是很重要的，也有深远的意义。
随着社会的不断发展，在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，经常使用自动门控制系统。
早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已逐渐被淘汰。
PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。
但是，单片机控制系统抗干扰能力差。
三菱可编程控制器是日本三菱公司研制的一种新型可编程控制器，它具有工作可靠，功能强，存储容量大，编程方便，输出端可直接驱动2A的继电器或接触器的线圈，抗干扰能力强等优点。
因此，它能够满足制动门对电气控制系统的要求。
本文对可编程控制器应用于直流电动机电气控制系统做了一些研究与分析。
下面主要讲述了日本三菱公司的三菱可编程控制器对自动门的控制。
第一章PLC的概述
1．1PLC的产生和发展
上世纪60年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。
但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度高、难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。
当时的工业控制，主要还是以继电—接触器组成控制系统。
1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车制造公司（GM），为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少时间，降低成本。
因而设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用“面向控制过程，面向对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。
即：
硬件：
减少
软件：
灵活简单
针对上述设想，通用汽车公司提出了这种新型控制器所必须具备的十大条件（有名的“GM10条”）：
1编程简单，可在现场修改程序
2维护方便，最好是插件式
3可靠性高于继电器控制柜
4体积小于继电器控制柜
5可将数据直接送入管理计算机
6在成本上可与继电器控制柜竞争
7输入可以是交流115V
8输出可以是交流115V，2A以上，可直接驱动电磁阀
9在扩展时，原有系统只要很小变更
10用户程序存储器容量至少能扩展到4K
1969年，美国数字设备公司（GEC）首先研制成功第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。
接着，美国MODICON公司也开发出可编程序控制器084。
1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台可编程序控制器DSC-8。
1973年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。
我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。
早期的可编程序控制器是为取代继电器控制线路、存储程序指令、完成顺序控制而设计的。
主要用于：
1.逻辑运算 2.计时，计数等顺序控制，均属开关量控制。
所以，通常称为可编程序逻辑控制器（PLC—ProgrammableLogicController）。
进入70年代，随着微电子技术的发展，PLC采用了通用微处理器，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能不断增强。
因此，实际上应称之为PC——可编程序控制器。
至80年代，随大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PC得到了惊人的发展。
使PC在概念、设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。
不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示的发展，使PC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。
1.2什么是PLC?
可编程控制器，英文称ProgrammableController,简称PC。
国际电工协会（IEC）对PLC的定义是这样的：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。
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。
可编程控制器及其有关外部设备，都按易与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
1.2.1PLC的结构
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括中央处理单元、存储器、I/O模块、电源模块、编程器、智能接口模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
1.2.2PLC的特点及应用
为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：
1.可靠性高，抗干扰能力强
2.灵活通用，控制程序可变，使用方便
3.功能强，适应面广
4.编程简单，容易掌握
5.有自诊断、故障报警、故障类型显示
6.体积小、重量轻、结构紧凑、维护方便
PLC的应用：
1.开关量逻辑控制
2.闭环过程控制
3.位置控制
4.监控系统
5.分布控制系统
6.数字量的智能控制
1.2.3PLC的发展趋势
由于PLC所具有的独特功能和对生产现场的广泛适应性，从PLC产生开始，就引起各工业发达国家的关注。
各电气控制制造商纷纷研制开发，新型PLC不断涌现。
随着超大规模集成电路、微处理器。
等计算机技术的发展，PLC的功能大大增强，有利地推动着PLC的发展。
1）向高速度、大容量的方向发展
2）向大型、超小型两个方向发展
3）向PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力的方向发展
4）向加强外部故障的检测与处理能力的方向发展
5）向程语言多样化的方向发展
1.2.4PLC的分类
1、按I／O点数分小型、中型、大型。
点数小于256点为小型PLC，用户存储容量为4KB左右；点数在256~2048点为中型PLC，用户存储容量为8KB左右；点数在2048点以上为大型PLC，用户存储容量为16KB以上。
2、按结构形式分类,整体式（特点：
结构紧凑、体积小、价格低、用于小型PLC）模块式（特点：
结构配置灵活、装配方便、便于扩展与维修）叠装式（特点：
配置比较灵活）
第二章控制方案的选择
本章分别对继电器控制,单片机控制,PLC控制这三种控制作了一个介绍,从而进行最优方案的选择。
2.1、继电器控制
随着工业自动化程度的不断提高，使用继电器电路构成工业控制系统的缺点不断暴露出来。
（1）系统使用成百上千个各种各样的继电器成千上万根导线连接得密如蜘蛛网。
只要有一个电器，一根导线出现故障，系统就不能工作，大大的降低了这种接线逻辑控制的可靠性。
（2）这样的系统维护、维修及改造及其不易。
特别是技术改造，相当困难，工作量大的惊人。
2.2、单片机控制
单片机体积小、功能全面、价格低廉得到了广范的应用。
虽然单片机使用汇编语言，尽管还可以用中高级语言，但是它的指令多而且难记忆，对于不是专业的人员来说不是很容易的事情。
生产现场的工人不易于掌握和使用它来控制电机，还不如用继电器方便。
2.3、PLC控制
PLC控制实际上是面向用户需要，适宜安装在工作现场的、为进行生产控制所设计的专用计算机。
他有以下特点：
（1）编程简单，易学易懂，使用面向控制操作的控制逻辑语言。
深受工程技术人员欢迎。
梯形图、顺序功能流程图的表达方式与继电器电路相近。
生产现场的工人易于掌握和使用它，便于普及和应用。
（2）可靠性高，抗干扰能力强，适于在恶劣的生产环境下运行。
它完全不需要一般计算机所要求的环境。
因为它采用了弈多硬件措施（屏蔽、滤波、隔离等）和软件措施（故障的检测与处理、信息的保护与恢复等），以提高可靠性，适应生产现场的要求。
（3）系统采用了分散的模块化结构。
这不但使之可针对各类不同控制需要进行组合，便于扩展；也易于检查故障和维修更换，从而大大提高了效率。
目前较高档的PC还配有各类智能化模板，如：
模拟量I/O模板，PID过程控制模板，I/O通讯模板，伺服及编码等专用模板等等，大大提高了PC的功能与适应性。
（4）由于PC采用了大规模集成电路技术和微处理器技术，故可将其设计得紧凑、坚固、小体积，再加上它的可靠性，PC易于装入机械设备内部，实现机电一体化。
（5）相对于继电器逻辑控制而言，PC可节省大量继电器，故降低了成本且提高了可靠性，而且用程序来执行控制功能，使其灵活易于修改。
这一切都大大提高了其性能价格比。
（6）目前中、高档PC均具有极强的联网通讯能力。
通过简单的组合可连成工业局域网，在网络间通讯。
并可通过网络连接主控级的计算机，实现计算机集成制造系统对全厂的自动化生产和管理都能进行控制。
（7）体积小，重量轻，能耗低。
以超小型PLC为例，新近出产的品种低部尺寸小于100mm方，重量小于150g，功率仅数瓦。
容易装到机械内部。
综上所述选择使用PLC控制该系统，既可以提高自动控制的可靠性，又能提高该系统的安全性。
根据电梯的控制要求，选用三菱PLC作为电梯的控制。
第三章PLC自动门硬件电路的设计
3.1PLC自动门的硬件组成及控制要求及方案说明
3.1.1自动门控制装置的硬件组成：
自动门控制装置由门内光电探测开关K1（I0.1）、门外光电探测开关K2（I0.2）、开门到位限位开关（常闭）K3（I0.3）用常闭、关门到限位开关（常闭）K4（I0.5）、开门执行机构KM1（Q0.1）（使直流电动机正转）、关门执行机构KM2（Q0.2）（使直流电动机反转）等部件组成。
（KM1与KM2要电气联锁）。
3.1.2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）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10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10秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
3.1.3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：
光电检测开关，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
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10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电检测开关，应立即
停止关门，并自动进入开门程序。
4）在门打开后的10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10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。
3.2PLC自动门各功能器件的基本工作原理
3.2.1自动感应门机的基本工作原理
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。
3.2.2自动门的分类
双扇平移自动门
双重平移自动门
弧形自动门
3.2.3行程开关（限位开关）的工作原理
行程开关又称限位开关，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。
3.2.4光电开关介绍
1）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
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
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。
2）光电开关的分类及术语解释
（1）、分类：
①漫反射式光电开关：
它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。
当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。
②镜反射式光电开关：
它亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。
③对射式光电开关：
它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。
当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。
④槽式光电开关：
它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。
槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。
⑤光纤式光电开关：
它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。
通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。
（2）术语：
①检测距离：
是指检测体按一定方式移动，当开关动作时测得的基准位置（光电开关的感应表面）到检测面的空间距离。
额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。
②回差距离：
动作距离与复位距离之间的绝对值。
③响应频率：
在规定的1s的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。
④输出状态：
分常开和常闭。
当无检测物体时，常开型的光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。
⑤检测方式：
根据光电开关在检测物体时发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。
⑥输出形式：
分NPN二线、NPN三线、NPN四线、PNP二线、PNP三线、PNP四线、AC二线、AC五线（自带继电器），及直流NPN/PNP/常开/常闭多功能等几种常用的输出形式。
⑦指向角。
3.3继电器接触控制图
3.4．程序流程图
3.5．梯形图以及指令
X001门外光检测电开关X002门内光检测电开关
X003开门限位电开关X004关门限位电开关
X005过载保护开关X006紧急停车开关
X007启动停止X010手动开门
X011手动关门
指令如下：
0LDX001
1ORX002
2ORY000
3ANIY002
4ANDX007
5ORX010
6ANIX003
7OUTY000
8LDX003
9ANIX001
10ANIX002
11OUTT0
14LDT0
15ORY001
16ANIY000
17ANIY002
18ANDX007
19ORX011
20ANIX004
21OUTY001
22LDX005
23ORX006
24ORY002
25ANDX007
26OUTY002
27END
3.6过程分析
1．首先按下启动按钮使x007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
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