課設(shè)自動(dòng)門控制裝置及PLC梯形圖控制

1、 PLC技術(shù)及應(yīng)用 課程設(shè)計(jì)（論文）題目：自動(dòng)門控制裝置的PLC梯形圖控制院（系）： 軌道交通學(xué)院專業(yè)班級：2011級車輛工程2班學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：汪浩指導(dǎo)教師：羅世民起止時(shí)間：課設(shè)題目：自動(dòng)門控制裝置PLC梯形圖控制程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試控制要求：（1） 控制要求當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。（2） 自動(dòng)門在開門位置停留8s后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。（3） 在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K2

2、或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序。（4） 在門打開后的8s等待時(shí)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(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開始等待8s后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。（5）開門與關(guān)門不可同時(shí)進(jìn)行目 錄第1章方案論證1第2章硬件設(shè)計(jì)32.1選取主機(jī)型號(hào)32.2按鍵電路的設(shè)計(jì)42.3 總體電路圖及性能分析4第3章軟件設(shè)計(jì)63.1程序功能圖63.2輸入/輸出點(diǎn)代碼和地址編號(hào)73.3編寫梯形圖7第4章課程設(shè)計(jì)總結(jié)9參考文獻(xiàn)10第1章 方案論證 在超級市場、公共建筑、銀行、醫(yī)院等入口，經(jīng)常使用自動(dòng)門控制系統(tǒng)。早期的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，已逐漸被淘

3、汰。PLC控制自動(dòng)門由于具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。因此在一些日常生活控制的場合得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案也是多種多樣的。如利用數(shù)字電路來設(shè)計(jì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)，但數(shù)字電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，可靠性也不是很理想；也可以利用單片機(jī)來設(shè)計(jì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)，但利用匯編語言來編寫程序來實(shí)現(xiàn)其功能又顯得更為麻煩。本自動(dòng)門控制系統(tǒng)是利用PLC為核心來控制,其電路結(jié)構(gòu)簡單,單元電路分別通過原理圖設(shè)計(jì)、由梯形圖語言設(shè)計(jì)完成,利用試驗(yàn)室所提供的條件來模擬和驗(yàn)證程序,并利用指示燈實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,非常適用于日常生活控制場合。 自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：本自動(dòng)門控制系統(tǒng)分別利用原理圖

4、硬件設(shè)計(jì)和梯形圖軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)完成了對應(yīng)單元的電路進(jìn)行設(shè)計(jì),使系統(tǒng)較為簡潔。PLC具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)；編程方便，易于實(shí)現(xiàn)；功能完善；設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短；體積小，維護(hù)操作方便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)具體的要求,還可對系統(tǒng)的功能進(jìn)行再編程設(shè)計(jì)來不斷完善系統(tǒng)功能,縮短設(shè)計(jì)周期,同時(shí)保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性。 自動(dòng)門控制裝置由門內(nèi)光電探測開關(guān)K1、門外光電探測開關(guān)K2、開門到位限位開關(guān)K3、關(guān)門到限位開關(guān)K4、開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1（使直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)）、關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2（使直流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)）等部件組成。光電探測開關(guān)為檢測到人或物體時(shí)為ON，否則OFF，具體的控制要求如下：1、當(dāng)有

5、人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。2、自動(dòng)門在開門位置停留8s后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。               3、在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序。    

6、0;              4、在門打開后的8s等待時(shí)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(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開始等待8s后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。5、開門與關(guān)門不可同時(shí)進(jìn)行；有啟動(dòng)、停止開關(guān)；有開關(guān)門的狀態(tài)顯示；開關(guān)門的時(shí)間以8位數(shù)碼的方式倒計(jì)時(shí)。圖1.1 控制系統(tǒng)圖控制系統(tǒng)圖如圖1.1所示。狀態(tài)顯示關(guān)門KM2開門KM1安全光電關(guān)門限K4關(guān)門限K4開門限K3門外光電探測K2主機(jī)CPU221門內(nèi)光電探測K1第2章 硬件設(shè)計(jì)2.1選

7、取主機(jī)型號(hào)CPU22*系列PLC的CPU模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號(hào)，輸出部分則輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。CPU22*是在21世紀(jì)初投放市場的，其速度快，具有極強(qiáng)的通信能力，下面簡單介紹4種不同配置的CPU單元。（1）CPU221集成6輸入/4輸出共10個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。無I/O擴(kuò)展能力。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型

8、控制器。（2）CPU222集成8輸入/6輸出共14個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接2個(gè)擴(kuò)展模塊。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。（3）CPU224集成14輸入10輸出共24個(gè)數(shù)字量IO點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量IO點(diǎn)或35路模擬量IO點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個(gè)RS485通訊編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊

9、協(xié)議和自由方式通訊能力。IO端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。（4）CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制

10、系統(tǒng)。通過比較以上四種不同配置CPU單元的比較，及根據(jù)本自動(dòng)門控制系統(tǒng)實(shí)際輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的要求，由于本系統(tǒng)輸入點(diǎn)數(shù)為6點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為10點(diǎn)，且CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。由以上分析可以看出，選擇CPU226足以完成本次系統(tǒng)的要求。故主機(jī)的型號(hào)選擇CPU226，且不需要其它擴(kuò)展模塊。2.2按鍵電路的設(shè)計(jì)本自動(dòng)門控制系統(tǒng)根據(jù)功能要求共有4個(gè)輸入信號(hào)和4個(gè)輸出信號(hào)，來控制系統(tǒng)的工作和關(guān)斷，故應(yīng)當(dāng)設(shè)置4個(gè)按鈕作為輸入端的輸入信號(hào)，當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時(shí)，輸入端I0.0或I0.1為ON。輸出端開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)

11、K3位置時(shí)，關(guān)門限K3動(dòng)作，電機(jī)停止運(yùn)行。自動(dòng)門在開門位置停留8s后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，Q1.1狀態(tài)為ON，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時(shí)，開門限K4動(dòng)作電機(jī)停止運(yùn)行。在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序。在門打開后的8s等待時(shí)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(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開始等待8s后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。開門與關(guān)門不可同時(shí)進(jìn)行；有啟動(dòng)、停止開關(guān)；有開關(guān)門的狀態(tài)顯示；開關(guān)門的時(shí)間以8位數(shù)碼的方式倒計(jì)時(shí)。本系統(tǒng)共有6個(gè)輸入信號(hào)/10個(gè)輸出信號(hào)，

12、而主機(jī)CPU226是24個(gè)輸入/16個(gè)輸出，可以按一定的順序依次將按鍵的輸入端連到主機(jī)上，并正確定義輸入端地址，以便于編寫梯形圖。當(dāng)按鈕被按下時(shí)，其輸入端的信號(hào)為高電平。2.3 總體電路圖及性能分析性能分析：本次課設(shè)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)門控制系統(tǒng),通過以上電路圖的設(shè)計(jì)和原理分析基本上能實(shí)現(xiàn)當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行；自動(dòng)門在開門位置停留8s后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行；在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光

13、電檢測開關(guān)K2或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序；在門打開后的8s等待時(shí)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(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開始等待8s后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過；開門與關(guān)門不可同時(shí)進(jìn)行；有啟動(dòng)、停止開關(guān)；有開關(guān)門的狀態(tài)顯示；開關(guān)門的時(shí)間以8位數(shù)碼的方式倒計(jì)時(shí)等幾項(xiàng)功能。通過用PLC設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)由于具有連接方便、故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。因此在一些日常生活控制的場合得到了廣泛的應(yīng)用。而本次設(shè)計(jì)也更加突出了這些特點(diǎn)?？傮w電路圖如下圖2-1所示：圖2-1 總體電路圖第3章 軟件設(shè)計(jì)3.1程序功能圖整個(gè)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的

14、程序流程圖如下：NYKM1停止時(shí)間顯示K3動(dòng)作NYK1或K2動(dòng)作開 始開門子程序Y初始化NK1或K2動(dòng)作N定時(shí)時(shí)間到Y(jié)關(guān)門子程序NK4動(dòng)作Y結(jié)束圖3.1 自動(dòng)門控制程序流程圖3.2輸入/輸出點(diǎn)代碼和地址編號(hào)通過分析硬件連接圖可知，該自動(dòng)門控制系統(tǒng)是由4個(gè)輸入按鈕的通斷作為輸入信號(hào)，進(jìn)而來控制四個(gè)輸出控制信號(hào)的輸出，利用三個(gè)接觸器線圈的吸合和斷開來控制輸出電路的接通和斷開。因此本系統(tǒng)共有4個(gè)輸入點(diǎn)，4個(gè)輸出點(diǎn)，其輸入/輸出點(diǎn)代碼和地址編號(hào)如下表所示：表3.1 輸入/輸出點(diǎn)代碼和地址編號(hào)名稱代碼地址編號(hào) 輸 入 信 號(hào)啟動(dòng)開關(guān)SB1I0.0停止開關(guān)SB2I0.1門內(nèi)光電探測開關(guān)K1SB3I0.2門

15、內(nèi)光電探測開關(guān)K2SB4I0.3開門限K3SB5I0.4關(guān)門限K4SB6I0.5輸出信號(hào)時(shí)鐘顯示KM1開門KM1KM2Q1.1關(guān)門KM2KM3Q1.2狀態(tài)顯示KM4Q1.33.3編寫梯形圖開門與關(guān)門不可同時(shí)進(jìn)行；（1）開門子程序當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序。 在門打開后的8s等待時(shí)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(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開始等待8s后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門

16、過程，以保證人員安全通過。具體程序如下：（2）關(guān)門子程序自動(dòng)門在開門位置停留8s后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。具體程序如下： （3）計(jì)時(shí)及狀態(tài)顯示子程序用8位數(shù)碼倒計(jì)時(shí)的方式來顯示開關(guān)門的時(shí)間，來提醒出入人員注意。具體程序如下：第4章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次PLC課程設(shè)計(jì),使我對PLC這門學(xué)科有了更深層次的認(rèn)識(shí)并且使自己對PLC這一學(xué)科產(chǎn)生了濃厚的興趣,在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中,通過圖書館閱覽室，借書處和上網(wǎng)查資料，都使自己對PLC這一學(xué)科的知識(shí)得到了擴(kuò)展，也發(fā)散了自己的思維。在完成這個(gè)設(shè)計(jì)之后，我又重新將自己的設(shè)計(jì)仔細(xì)

17、思考了一番，不會(huì)的地方和可以向老師和同學(xué)請教?？赡軙?huì)在設(shè)計(jì)中碰到更多的問題，這就要求我要更多的去查資料，爭取盡快的解決問題同時(shí)這樣也能讓我學(xué)到更多的知識(shí)，如通過這次課設(shè)使我對CPU22*系列它們之間的區(qū)別和特點(diǎn)及蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路有了全面的了解。在解決遇到的問題時(shí)會(huì)更加引發(fā)自己的思考，對自己的信心和毅力都是一種考驗(yàn)。我想我們不論在學(xué)任何一門課程的過程中，都應(yīng)當(dāng)有一種勇于探索和不斷創(chuàng)新的精神，同時(shí)毅力也是最好的催化劑。我認(rèn)為課程設(shè)計(jì)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是對知識(shí)的一個(gè)總結(jié)和復(fù)習(xí)的過程。設(shè)計(jì)對于一個(gè)成品來說是相當(dāng)重要，只有設(shè)計(jì)出正確的方案才能減少在實(shí)際生產(chǎn)中的失誤。在今后的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)中，我也會(huì)更加注重這方面的鍛煉和培養(yǎng)，希望會(huì)有所進(jìn)步。而且設(shè)計(jì)的最后仿真結(jié)果還算是比較理想的，以后還需要多學(xué)習(xí)多交流多研究?？傊n程設(shè)計(jì)可能有的地方做的不是那么完美，但我覺得這是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，謝謝羅老師的指導(dǎo)和幫助！