自動門plc設計說明書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機電工程學院課程設計說明書設計題目: 自動門控制系統(tǒng)設計 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 機制F09 指導教師： 2012年 12 月 08 日內(nèi)容摘要在當今社會自動門的應用也越來越廣泛。它現(xiàn)在為許多賓館、超市、百貨大樓等現(xiàn)代建筑所使用，不僅可以美化出入口環(huán)境，而且具有節(jié)能、防塵、隔音等功能，同時也是建筑物智能化的重要指標。本課程設計的自動門控制系統(tǒng)是利用PLC為核心來控制實現(xiàn)的,其電路結構簡單,程序運行可靠性高。PLC程序用梯形圖語言設計完成,并采用模擬仿真軟件測試PLC控制系統(tǒng)。本設計方案可靠性高在設計必要設計要求上又做了一定的功能加強，比如增加手動開關門功能，

2、和禁止開關門功能使該自動門系統(tǒng)更加強大。關鍵字：PLC；控制；自動門 目 錄專心-專注-專業(yè)引 言這次課程設計是畢業(yè)前最后一次課程設計，也是機電方向唯一的一次機電綜合課程設計，通過這次設計，將所學的東西融會貫通，系統(tǒng)的為畢業(yè)設計做一次練習。這此設計是以西門子S7-200為主要載體，結合與之相應的STEP7Micro/WIN32編程軟件和模擬仿真軟件來對自動門的控制系統(tǒng)進行設計。自動門控制系統(tǒng)利用了西門子S7-200系列PLC，對光電開關、限位開關、電動機正反轉等其他一些輸入/輸出進行控制,實現(xiàn)了門開關過程的自動化。本控制系統(tǒng)的硬件組成有：西門子S7-200（222）、門內(nèi)光電探測開關K1、門外

3、光電探測開關K2、開門到位限位開關K3、關門到限位開關K4、開門執(zhí)行機構KM1（使直流電動機正轉）、關門執(zhí)行機構KM2（使直流電動機反轉）直流電動機等相關部件。根據(jù)設計任務書的要求自動門控制系統(tǒng)應滿足以下控制要求：當有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關K1或K2時，開門執(zhí)行機構KM1動作，電動機正轉，到達開門限位開關K3位置時，電機停止運行。自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關門過程，關門執(zhí)行機構KM2被起動，電動機反轉，當門移動到關門限位開關K4位置時，電機停止運行。在關門過程中，當有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關K2或K1時，應立即停止關門，并自動進入開門程序。在門打開后的8秒

4、等待時間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關K2或K1時，必須重新開始等待8秒后，再自動進入關門過程。根據(jù)設計任務書要求結合本程序實際情況選用西門子S7-200（222）做為該系統(tǒng)的控制核心。除滿足上述基本要求外，考慮到自動門使用中的一些實際情況特別在系統(tǒng)中添加了手動開關門功能和門禁功能。第1章 自動門的介紹1.1自動門概述自動門 英文名：automatic door。自動門從理論上理解應該是門的概念的延伸，是門的功能根據(jù)人的需要所進行的發(fā)展和完善。自動門是指：可以將人接近門的動作（或將某種入門授權）識別為開門信號的控制單元，通過驅動系統(tǒng)將門開啟,在人離開后再將門自動關閉，并對開啟和

5、關閉的過程實現(xiàn)控制的系統(tǒng)。自動門開始在建筑物上使用，是在二十世紀年以后。二十年代后期，美國的超級市場的開放，自動門開始被使用，受此影響，世界第一自動門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動門，新建大樓的正門也開始使用了。到了1962年，電氣式己開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設，自動門技術的領域每年都在增加。當初，用供給建筑物用電源進行電動機的速度控制很難，只好進行油壓、空壓速度控制，轉換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術已經(jīng)成熟，直接控制電動機的電氣式自動門逐漸成為主流。例如：各種用可識別控制的自動專用門，如：感應自動門(紅外感應,微波感應,觸摸感應,腳踏

6、感應)、刷卡自動門等。常用的自動門可分為推拉門、平開門、折疊門和旋轉門。1.2自動門的組成以平移自動門感應門為例來介紹自動門的組成如下：1.主控制器：它是自動感應門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。2感應探測器：負責采集外部信號，如同人們的眼睛，當有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號。3.動力馬達：提供開門與關門的主動力，控制自動感應門門扇加速與減速運行。 4.自動感應門扇行進軌道：就象火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其 按特定方向行進。 5.門扇吊具走輪系統(tǒng):

7、用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。 6.同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引自動感應門扇吊具走輪系統(tǒng)。7.下部導向系統(tǒng)：是自動感應門門扇下部的導向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。 8.當自動感應門門扇要完成一次開門與關門，其工作流程如下： 感應探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，同時監(jiān)控馬達轉數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使自動感應門扇開啟；自動感應門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關自動感應門，通知馬達作反向運動

8、，關閉自動感應門扇。1.3自動門行程開關及其工作原理行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關來控制開關轎門的速度、自動開關門的限位，轎廂的上、下限位保護。1.4自動門光電開關介紹1.4.1.工作原理。光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的

9、遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。1.4.2光電開關的分類及術語解釋1.光電開關分類1）漫反射式光電開關：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產(chǎn)生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。2）鏡反射式光電開關：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當被檢測

10、物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關就產(chǎn)生了檢測開關信號。3）對射式光電開關：它包含了在結構上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器，當被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產(chǎn)生了開關信號。當檢測物體為不透明時，對射式光電開關是最可靠的檢測裝置。4）槽式光電開關：它通常采用標準的U字型結構，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產(chǎn)生了開關量信號。槽式光電開關比較適合檢測高速運動的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠。5）光纖式光電開關：它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，可

11、以對距離遠的被檢測物體進行檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。2術語解釋1）檢測距離：是指檢測體按一定方式移動，當開關動作時測得的基準位置（光電開關的感應表面）到檢測面的空間距離。額定動作距離指接近開關動作距離的標稱值。2）回差距離：動作距離與復位距離之間的絕對值。3）響應頻率：在規(guī)定的1s的時間間隔內(nèi)，允許光電開關動作循環(huán)的次數(shù)。4）輸出狀態(tài)：分常開和常閉。當無檢測物體時，常開型的光電開關所接通的負載由于光電開關內(nèi)部的輸出晶體管的截止而不工作，當檢測到物體時，晶體管導通，負載得電工作。5）檢測方式：根據(jù)光電開關在檢測物體時發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同，可分為漫反射式、鏡

12、反射式、對射式等。6）輸出形式：分NPN二線、NPN三線、NPN四線、PNP二線、PNP三線、PNP四線、AC二線、AC五線（自帶繼電器），及直流NPN/PNP/常開/常閉多功能等幾種常用的輸出形式。第2章 PLC概述PLC可編程序控制器：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 1969年美國數(shù)字設備公

13、司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項技術迅速發(fā)展起來?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）具有以下鮮明的特點： 1.系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。 2.使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。 3.能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于

14、其他各種機型。第3章 總體方案設計根據(jù)設計任務書要求結合實際情況確定系統(tǒng)總體方案為：脈沖信號由光電開關、限位開關產(chǎn)生的，信號輸入到PLC，經(jīng)過PLC的分配，然后去控制直流電動機去控制負載，從而使得自動門進行正常工作。如圖3-1為自動門控制的總體設計的結構圖。信號脈沖信號分配負 載直流電動機圖3-1 系統(tǒng)總體設計結構圖自動門控制系統(tǒng)中，PLC主要完成以下功能：1檢測功能：（1）檢測門處于關閉狀態(tài)時是否有人靠近或者離開：開門。（2）檢測門是否完全開開：停止開門。（3）檢測門保持打開狀態(tài)時是否有人靠近或通過：繼續(xù)保持開門狀態(tài)。（4）檢測關門過程中是否有人靠近或通過：停止關門，執(zhí)行開門。2. 控制功能

15、：（1）控制開門、關門動作。（2）控制保持門開狀態(tài)時間8s。（3）手動開關門及門禁功能。第4章 PLC控制系統(tǒng)設計4.1 系統(tǒng)主電路根據(jù)設計任務書要求，自動門控制系統(tǒng)的主電路需要實現(xiàn)門的開關。主電路需要的元器件有：直流電動機、組合開關、接觸器、熔斷器、熱繼電器。各元器件功能為：電動機正反轉帶動門實現(xiàn)開關動作，組合開關為電源引入，采用熔斷器用作短路保護，用接觸器作為欠壓和零壓保護，用熱繼電器作為過載保護。電路如圖4-1所示。圖4-1主電路圖4.2 控制流程圖根據(jù)設計要求控制過程應為：打開門禁開關QS。當有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關K1或K2或者按下開門按SB0時，開門執(zhí)行機構KM1動作

16、，電動機正轉。到達開門限位開關K3位置時，電機停止運行。自動門在開門位置停留8秒后或有人按下關門按鈕SB1，自動進入關門過程，關門執(zhí)行機構KM2被起動，電動機反轉。當門移動到關門限位開關K4位置時，電機停止運行。在關門過程中，當有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關K2或K1時，應立即停止關門，并自動進入開門程序。在門打開后的8秒等待時間內(nèi)。若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關K2或K1時，必須重新開始等待8秒后，再自動進入關門過程。若把門禁開關QS0關閉則門不能打開。根據(jù)控制要求設計控制系統(tǒng)流程圖，如圖4-2所示。開始K1K2是否有信號？開門是否到K3限位開關？開關保持開門8秒、K1

17、K2是否有信號？K1、K2是否有信號？關門關門停止開門停止打開開關手動開門手動關門是否到K4限位開關？開關否是否是否是是否否是圖4-2自動門控制系統(tǒng)流程4.3 控制系統(tǒng)硬件組成自動門控制裝置由門內(nèi)光電探測開關 K1、門外光電探測開關 K2、開門到位限位開關 K3、關門到限位開關 K4、開門執(zhí)行機構 KM1（使電動機正轉）、關門執(zhí)行機構KM2（使電動機反轉）、門禁開關 QS0、手動開門開關SB0、手動關門開關SB1等部件組成。4.4 確定I/O點數(shù)在該控制系統(tǒng)中，輸入信號有：門外光檢測電開關K1信號、門內(nèi)光檢測電開關K2信號、開門限位電開關K3信號、關門限位電開關K4信號、啟停按鈕QS0信號、手

18、動開門SB0信號；手動關門SB1信號。輸出信號有：開門執(zhí)行機構KM1信號、關門執(zhí)行機構KM2信號。4.5 PLC的選型目前國內(nèi)應用較廣的PLC有三菱、西門子等。綜合經(jīng)濟、安全、高效等因素本設計選用西門子PLC。經(jīng)分析該PLC控制系統(tǒng)需要7個輸入，兩個輸出。由該控制系統(tǒng)控制規(guī)模不大，控制程序比較簡單綜合控制規(guī)模、內(nèi)存大小、功能要求、價格等因素確定選用西門子S7-200（222）。根據(jù)西門子S7-200（222）的模塊及I/O接口組成確定該控制系統(tǒng)的I/O點的分配及地址編碼，如表4-1所示。表4-1 I/O點的分配及地址編碼表控制信號名稱I/O點地址編碼輸入門外光檢測電開關K1I0.0門內(nèi)光檢測電

19、開關K2I0.1開門限位電開關K3I0.2關門限位電開關K4I0.3啟停按鈕QS0I0.4手動開門SB0I0.5手動關門SB1I0.6輸出開門執(zhí)行機構KM1Q0.0關門執(zhí)行機構KM2Q0.1根據(jù)I/O點的分配及地址編碼表及S7-200（222）的特點做出該控制系統(tǒng)的PLCI/O外部接線圖，如圖4-3所示。1M圖4-3自動門PLC的I/O接線圖第5章 PLC控制程序設計5.1 PLC程序設計PLC程序常用的設計方法主要有經(jīng)驗設計法、繼電器控制電路轉化為梯形圖法、邏輯設計法、順序控制設計法等。由于本控制程序比較簡單，所以在設計時選擇了經(jīng)驗設計法。在設計過程中使用了STEP7Micro/WIN32編

20、程軟件并使用模擬仿真軟件S7-200sim3.0調(diào)試程序初步驗證程序。程序梯形圖如下圖5-1所示。 圖5-1程序梯形圖圖5-1程序梯形圖（續(xù)1）用STEP7Micro/WIN32將梯形圖程序轉換成語句表如圖5-2所示。圖5-2程序語句表圖5-2程序語句表（續(xù)1）5.2 PLC模擬調(diào)試S7-200sim3.0是西班牙PLC愛好者編寫的一個PLC模擬仿真軟件。該軟件支持所有型號的S7-200系列PLC。使用S7-200sim3.0可以模擬仿真大多數(shù)PLC程序大大簡化了PLC程序調(diào)試步驟，縮短了程序調(diào)試時間。S7-200sim3.0調(diào)試方法如下 ：1.將在Step 7 

21、MicroWin中編譯正確的程序在文件菜單中導出為AWL文件；2.打開仿真軟件，點“配置”-“CPU 型號”，然后選擇CPU 222；3.點“程序”-“載入程序”；4.選擇Step 7 MicroWin的版本；5.將先前導出的AWL文件打開；6.點“PLC”-“運行”，開始調(diào)試程序。本程序的調(diào)試過程如下:1.載入程序打開運行監(jiān)視將PLC狀態(tài)調(diào)為“run”。如圖5-3所示。圖5-3程序調(diào)試圖2.打開門禁開關I0.4如圖5-4所示。圖5-4程序調(diào)試圖3.門內(nèi)或門外光電感應開關（K1/K2）檢測到有人。如圖5-5所示。如圖5-5程序調(diào)試圖4.門打開到最大位置碰到開門限位

22、開關K2。如圖5-6所示。圖5-6程序調(diào)試圖5.門保持打開狀態(tài)八秒。如圖5-7所示。圖5-7程序調(diào)試圖6.門保持打開狀態(tài)過程中光電開關K1/K2檢測有人重新開始八秒待。如圖5-8所示。圖5-8程序調(diào)試圖7.門保持打開狀態(tài)八秒后自動關門。如圖5-9所示。圖5-9程序調(diào)試圖8.關門過程中若光電開關K1/K2檢測到有人則停止關門，執(zhí)行開門。如圖5-10所示。圖5-10程序調(diào)試圖9.關門過程中當門到達關門限位開關K4，停止關門。如圖5-11所示。圖5-11程序調(diào)試圖結 論本自動門的PLC控制系統(tǒng)可以滿足課題所規(guī)定的設計要求：當有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關K1或K2時，開門執(zhí)行機構KM1動作，

23、電動機正轉，到達開門限位開關K3位置時，電機停止運行。自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關門過程，關門執(zhí)行機構KM2被起動，電動機反轉，當門移動到關門限位開關K4位置時，電機停止運行。在關門過程中，當有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關K2或K1時，應立即停止關門，并自動進入開門程序。在門打開后的8秒等待時間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關K2或K1時，必須重新開始等待8秒后，再自動進入關門過程。該控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點是，增加了手動開關門功能和門禁功能?？蓪崿F(xiàn)手動開關門。并且在開啟門禁功能后無論是光電感應開關還是手動開關都無法打開自動門。優(yōu)化了程序設計，增強了自動門的功能?？?/p>

24、滿足大多數(shù)用戶的需求。由于本控制系統(tǒng)才有PLC控制所以可根據(jù)用戶需求做進一步個性化方案設計。雖然我在課題要求上做了一些優(yōu)化設計，但作為第一次做PLC控制系統(tǒng)的我來說經(jīng)驗還是遠遠不足。程序設計還不太完美，一些想法不能轉化成設計。由于本次課程設計時間有限，進一步的完善設計，優(yōu)化方案只能在以后學習中慢慢完成。比如增加自動門開關時的速度控制、停電或突然斷電時的解決方案等。設計總結這次機電傳動與控制課程設計是畢業(yè)設計前的最后一次課程設計，也是機電方向唯一一次綜合課程設計，通過這次課程設計系統(tǒng)的綜合了自己在機械、電氣、控制等方面的所學，并且在使用Word、Auto cad、STEP7Micro/WIN32

25、、S7-200sim3.0等軟件的過程中進一步學習和掌握了這些軟件及基本用法。通過這次實踐，我對機電傳動與控制這門課程有了更深層次的理解。為了高質(zhì)量的完成這次課程設計，我認真的復習了課本，并在圖書館、網(wǎng)上查閱了大量資料。對電動機結構、類型與工作原理以及繼電器接觸器控制和PLC控制這些內(nèi)容進行了全面系統(tǒng)的學習。掌握了一些常用的繼電器接觸器控制電路，更深層次的了解了PLC的循環(huán)掃描工作方式。PLC在現(xiàn)代自動化控制領域中所占的比重越來越大，這次的設計過程與經(jīng)驗為自己以后獨立進行相似自動化控制工程提供了依據(jù)，也將幫助自己在以后的設計過程中少走彎路。在課程設計過程中我曾一度想走捷徑結果做出來的東西亂七八

26、糟、毫無章法最終事倍功半得不償失。最終我靜下心來認認真真一步一步按照課題要求和指導書分析課題、確定方案、設計程序、調(diào)試程序我才發(fā)現(xiàn)原來按照要求一步步來做就是最大的捷徑。機電傳動控制是一門極其重要的課程，它綜合了計算機技術和自動控制技術和通訊技術。在當今由機械化向自動化，信息化飛速發(fā)展的社會，尤其是PLC技術越來越受人們廣泛應用。因此學會運用PLC，將對我們以后踏上工作崗位有極其重要的幫助。在此次設計中，我遇到了許多困難，通過對自身的查找，我找出幾點不足之處：1.原先對機電控制學習不夠深入對一些基本知識掌握不牢固、重點知識掌握不到位。2.理論聯(lián)系實際能力不足。3.在方案設計選擇時對方案全面把握不足。最后通過本次課程設計，使我了解了機電控制技術特別是PLC技術在工業(yè)應用和工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位。我會在今后的學習中多思考多實踐