基于PLC的賓館自動門控制系統(tǒng)設(shè)計

1、. z.電氣控制與PLC課程設(shè)計說明書題目： 賓館自動門控制系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)班級：自動化1103 姓 名：*：指導教師：評語：評語：成績：指導教師簽名： 日期： . z.目 錄 TOC o 1-3 t h z u HYPERLINK l _Toc20100 1 系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc20100 3 HYPERLINK l _Toc29301 11 研究背景和意義 PAGEREF _Toc29301 3 HYPERLINK l _Toc2261 12 設(shè)計的目的及意義 PAGEREF _Toc2261 4 HYPERLINK l _Toc31891 13 設(shè)計任務(wù)及要求 PAGEREF

2、_Toc31891 4 HYPERLINK l _Toc1133 2 方案論證 PAGEREF _Toc1133 5 HYPERLINK l _Toc27790 21 控制器方案選取 PAGEREF _Toc27790 5 HYPERLINK l _Toc31308 22 PLC概述 PAGEREF _Toc31308 5 HYPERLINK l _Toc28445 23 控制過程設(shè)計 PAGEREF _Toc28445 6 HYPERLINK l _Toc9527 24 機械傳動機構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc9527 7 HYPERLINK l _Toc14645 3 硬件設(shè)計 PAGE

3、REF _Toc14645 8 HYPERLINK l _Toc16008 3.1系統(tǒng)的原理方框圖 PAGEREF _Toc16008 8 HYPERLINK l _Toc32277 3.2 主電路 PAGEREF _Toc32277 9 HYPERLINK l _Toc22158 3.3 I/O分配 PAGEREF _Toc22158 10 HYPERLINK l _Toc14008 3.3 I/O接線圖 PAGEREF _Toc14008 11 HYPERLINK l _Toc3248 3.4 元器件選型 PAGEREF _Toc3248 12 HYPERLINK l _Toc19922

4、4 軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc19922 14 HYPERLINK l _Toc3579 4.1 主流程 PAGEREF _Toc3579 14 HYPERLINK l _Toc7367 4.2 梯形 PAGEREF _Toc7367 16 HYPERLINK l _Toc13501 5 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc13501 17 HYPERLINK l _Toc18746 設(shè)計心得 PAGEREF _Toc18746 18 HYPERLINK l _Toc14938 參考文獻 PAGEREF _Toc14938 191 系統(tǒng)概述11 研究背景和意義 在經(jīng)濟飛速開展的中國，高樓

5、聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動門已經(jīng)是隨處可見。自動門的工作方式是通過自動門內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)開關(guān)來感應(yīng)人的出入，當人走近自動門時，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門翻開。當人通過門之后，再將門關(guān)閉。 由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，不但能給我們帶來人員進出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息。自動門在國外早已得到普遍應(yīng)用，在我國也以其優(yōu)異的性能逐步得到大家的認同，中國已經(jīng)迎來了自動門開展的黃金時期。自動門的性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成

6、安裝煩瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點已逐漸被淘汰。目前自動門及其自動化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置是可編程控制器以下簡稱PLC，PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式和開關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強，功能完善，適用性強，系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點。 本課題主要介紹運用PLC為控制器的賓館自動門的開發(fā)和研究，所有產(chǎn)品的開發(fā)都要講究實用，本課題

7、開發(fā)的產(chǎn)品對許多的場合都能適用，而且能夠簡單化，不管對于產(chǎn)品開發(fā)商還有使用者來說，都是最好的。他們需要的是一個廉價的又是一個實用的產(chǎn)品。此系統(tǒng)的設(shè)計正好具備了這樣的一個要求，能夠在大多數(shù)的地方應(yīng)用。因此本設(shè)計就是解決了這樣一個問題，還可以保證自動門的穩(wěn)定性。例如，*賓館要求營業(yè)期間的門都運用自動門，這就需要自動門要有極高的穩(wěn)定性，且對于賓館來說本錢不能太高。然而本課題意味著產(chǎn)品本錢下降，效益提高。因此是一個比較適合此類場合運用且經(jīng)濟的產(chǎn)品。12 設(shè)計的目的及意義本文通過結(jié)合PLC控制系統(tǒng)的簡介及各種普遍自動門的特點，對由PLC作為控制系統(tǒng)的自動門的概況、主要分類、組成、原理、軟硬件控制系統(tǒng)、P

8、LC程序的編寫等都進展了一定的介紹。 通過本設(shè)計掌握S7-200系列可編程控制器硬件電路的設(shè)計方法；熟練使用S7-200系列可編程控制器的編程軟件，掌握可編程控制器軟件程序的設(shè)計思路和梯形圖的設(shè)計方法。13 設(shè)計任務(wù)及要求自動門控制裝置由感應(yīng)式開關(guān)、開門到位限位開關(guān)、關(guān)門到位限位開關(guān)、開門關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)一臺250W的直流電機拖動，正轉(zhuǎn)開門、反轉(zhuǎn)關(guān)門組成，整體效果如圖1.1所示。圖1.1 賓館自動門效果圖 具體要求如下：1、當開門感應(yīng)開關(guān)檢測到有人或物件要通過時，開門機構(gòu)開門，當門到開門到位限位開關(guān)后，開門電機停頓。2、自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關(guān)門過程。3、在關(guān)門過程中，如果檢測到有人

9、或物件要通過，立刻進入開門過程。在門翻開后等待的8秒時間內(nèi)，如果有人或物件要通過，必須重新開場等待8秒，才能進入關(guān)門過程，以便人員平安通過。2 方案論證21 控制器方案選取根據(jù)設(shè)計要求我想到了三種設(shè)計方案：方案一：普通開關(guān)電路控制電機普通的開關(guān)電路主要就是利用按鈕開關(guān)，行程開關(guān)以及時間繼電器控制電機正反轉(zhuǎn)，啟停及延時動作。這種電路設(shè)計簡單方便易于控制，但是最大的缺點就是電路比較復雜且功耗較大，容易出現(xiàn)故障。所以沒有采取這一方案。 方案二：單片機控制電機正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計降低了本錢，提升了工作的性能，可以通過編程準確的控制電機的動作，而且是產(chǎn)品更小、更輕，能耗也降低了。 但是單片在較惡劣的環(huán)境中容易

10、受到干擾，嚴重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以放棄了這一方案。 方案三：PLC同樣具有單片機的以上優(yōu)點，在穩(wěn)定性方面，PLC還遠遠高于普通單片機。另外對PLC也有了一些根本的了解，可以編寫簡單的程序，畫出簡單的梯形圖，所以最后決定選擇了PLC控。22 PLC概述1、可編程控制器，英文Programmable Controller,簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它以微處理器為核心，集自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)為一體，它通過運行儲存在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再

11、通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制。 PLC基于電子計算機，但并不等同于計算機。普通計算機進展入出信息交換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實時性、以及信息的實際使用。特別要考慮怎樣適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝便于門內(nèi)外感應(yīng)采集信號，便于維修和抗干擾等問題，入出信息變換及可靠地物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個根本點。PLC可以通過他的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電器控制裝置多得多、強得多。 PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下根本功能：邏輯處理

12、功能； 數(shù)據(jù)運算功能； 3 準確定時功能；4 高速計數(shù)功能； 5 中斷處理(可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷)功能； 6 程序與數(shù)據(jù)存儲功能； 7 聯(lián)網(wǎng)通信功能； 8 自檢測、自診斷功能。 可以說，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，PLC幾乎都可以做到。像PLC這樣，集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無法比較的。豐富的功能為PLC 的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠程化、信息化、智能化創(chuàng)造了條件。 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程是復雜多樣的，它們對控制的要求也各不一樣。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計，一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣闊工程人員的歡送。其主要特點有：抗干擾能力強，可靠性能高；控

13、制系統(tǒng)構(gòu)造簡單，通用性強；編程方便，易于使用；功能強大，本錢低；設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短；維護方便。23 控制過程設(shè)計 1、當有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1時，開門執(zhí)行機構(gòu)KM1動作，電動機正轉(zhuǎn)，到達開門限位開關(guān)K2位置時，電機停頓運行。 2、自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)KM2被起動，電動機反轉(zhuǎn)，當門移動到關(guān)門限位開關(guān)K3位置時，電機停頓運行。 3、在關(guān)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(guān)K1時，應(yīng)立即停頓關(guān)門，并自動進入開門程序。在門翻開后的8秒等待時間內(nèi)，假設(shè)有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關(guān)K1時，必須重新開場等待8秒后，再

14、自動進入關(guān)門過程，以保證人員平安通過。24 機械傳動機構(gòu)設(shè)計在本課題設(shè)計的自動門針對人流較多的旅館，應(yīng)對周圍環(huán)境進展綜合考慮，所以在本課題的自動門機械傳動設(shè)計中考慮了以下幾個方面： 自動門的傳動主要包括安裝版，軌道，門機，皮帶，吊掛件等。 所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡單。 3電機：驅(qū)動電機采用48V直流電動機，功率大，可調(diào)性強。 4導軌：水平雙導軌構(gòu)造，形式正懸掛，解決了側(cè)擺得問題，從而確保了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側(cè)密封毛刷，形成密封式導軌，防止積塵對導軌及滑輪的磨損，實現(xiàn)了維護方便的特點。 5滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強度高，耐磨性好，同時還有一定的減震效果。 6皮帶：采用齒形皮帶

15、，齒形皮帶的截面為曲線設(shè)計，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了使用壽命。圖2.1 機械傳動3 硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)的原理方框圖 本設(shè)計運用PLC控制調(diào)節(jié)直流電機運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)自動門運轉(zhuǎn)的控制方式。根據(jù)賓館對自動門的具體要求，本課題所設(shè)計的自動門應(yīng)具有以下功能：1開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動和自動方式 為了便于維護，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。手動和自動開門方式由手動自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制。當轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動位置時，門可以手動調(diào)節(jié)開或者關(guān)。當轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動位置時，手動開門失效，由感應(yīng)器自動控制門的開關(guān)。 2快要到達限位處自動減速功能 如果門在翻開或者關(guān)閉的過程中一直是高速移動，則在到

16、達限位處會因為慣性而不能立即停頓，時間久了會把門撞壞。為了防止發(fā)生這種速度過高不能立即停頓的現(xiàn)象，設(shè)計了在即將到達限位開關(guān)處減速的功能。具體開關(guān)的布置如圖3.1所示。圖3.1 在系統(tǒng)中參加減速檢測開關(guān)3防夾人功能 為了杜絕自動門的夾人事件，在門兩側(cè)安裝防夾人紅外感應(yīng)器，以防止停留在門附近的人被門所夾住。自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動和手動點動控制方式，此種控制模式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動機構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實現(xiàn)門的自動化控制。系統(tǒng)的總體框圖如下列圖3.2所示：圖3.2 系統(tǒng)的總體框圖3.2 主電路該控制系

17、統(tǒng)使用一臺250W的直流電機進展拖動，使用兩個接觸器KM1和KM2來控制電機正反轉(zhuǎn)，使用一個接觸器KM3來控制電機速度。直流電機選擇額定電壓為48V。主電路連接入下列圖3.3所示：圖3.3 主電路圖3.3 I/O分配I/O分配表是編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場接線和調(diào)試的重要依據(jù)。根據(jù)自動門的控制系統(tǒng)功能的要求，確定了PLC的I/O分配表，如下表3.5所示：類型設(shè)備PLC端子號輸入端手動/自動切換開關(guān)*000門內(nèi)感應(yīng)探測器*001門外感應(yīng)探測器*002開門限位開關(guān)*003關(guān)門限位開關(guān)*004開門減速開關(guān)*005關(guān)門減速開關(guān)*006防夾人傳感器*007手動開門*010手動關(guān)門*011

18、總啟動*012總停頓*013輸出端工作指示燈Y000正轉(zhuǎn)開門KM2Y001反轉(zhuǎn)關(guān)門KM3Y002調(diào)速接觸器KM4Y003表3.4 I/O分配表3.3 I/O接線圖PLC外部端子I/O配置圖是I/O分配表的直觀表達，可以清楚的表示PLC的外部端子的接線情況，如圖3.5所示。圖3.5 I/O口接線圖3.4 元器件選型 本系統(tǒng)用到了14個輸入口和4個輸出口，所以我選擇了三菱公司的FN2N-32MR型號的PLC，F(xiàn)N2N-32MR擁有32個I/O口，其中16個輸入口，16個輸出口，完全符合設(shè)計要求。三菱F*2N-32MR具有如下優(yōu)點：最大*圍地包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界

19、各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。三菱F*2N-32MR包括8K步內(nèi)置RAM存放器，用一個存放器盒可擴大到16K步RAM或EEPROM。豐富的元件資源：3072點輔助繼電器、256點計時器、235點計數(shù)器和8000點數(shù)據(jù)存放器、實時時鐘、使用標準型號實時時鐘滿足時間靈敏度應(yīng)用要求。人體都有恒定的體溫，一般在37，發(fā)出波長為10微米左右的紅外線。熱釋電元件探頭是以探測人體輻射為目標的，對波長為10微米左右的紅外輻射非常敏感，在接收到人體紅外輻射時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生信號。被動式紅外探頭，其傳感器

20、包含兩個反向相串聯(lián)的熱釋電元件，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有一樣的用，使其產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人進入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射被熱釋電元件接收，由于兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，因而產(chǎn)生相應(yīng)的信號。人體感應(yīng)探測電路由被動紅外探頭、放大電路及電子開關(guān)電路組成，安裝在自動門兩側(cè)。當有人靠近自動門時，身體輻射出的紅外線被熱釋電紅外傳感器接收下來并將其轉(zhuǎn)換成信號，經(jīng)檢測放大電路放大處理后輸出給電子開關(guān)電路。電子開關(guān)信號輸入到PLC輸入繼電器中，PLC根據(jù)收到的信號，驅(qū)動電機將門翻開。人力感應(yīng)器選用松下NAC83900人體微波傳感器。人體感應(yīng)探

21、測器需要2個，分別用來感應(yīng)門內(nèi)外的來人情況，占用PLC兩個輸入點。限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機械*些運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。限位開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機床、起重機械以及輕工機械的行程控制。當生產(chǎn)機械運動到*一運動位置時，行程開關(guān)通過機械可動局部的動作，將機械信號轉(zhuǎn)化為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產(chǎn)機械給以必要的保護。綜合各個方面因素，行程開關(guān)采用歐姆龍公司的WLNJ-Q。直流電機我選擇則的是時代超群科技*生產(chǎn)的60BL120-430型號無刷直流電機，其額定電壓為48V，額

22、定功率為250W，額定轉(zhuǎn)速3000rmp，額定扭矩7.5kg ，通過變速器減速后，轉(zhuǎn)速和扭矩可以到達設(shè)計要求，低壓的工作電源也可保證平安性。通過電機功率得出結(jié)果，接觸器選用，-5K臺安交流接觸器，其額定電流7A，可以滿足設(shè)計要求。控制系統(tǒng)中各元器件的選型總表如下表3.6所示：產(chǎn)品元件型號廠家數(shù)量單價PLCF*2N-32MR三菱11300直流電機60BL120-430時代超群1430直流接觸器-5K 臺安390行程開關(guān)WLNJ-Q歐姆龍450人體感應(yīng)器NAC83900松下2180表3.6 各元器件選型4 軟件設(shè)計4.1主流程本系統(tǒng)除了完成在門內(nèi)、外有人通過時可以自動開門以及等待人走完之后要自動關(guān)

23、門的根本要求外，總重要的就是保證人員的平安和自動門的穩(wěn)定性。所以程序中要參加防夾人子程序來防止自動門在運作過程中意外夾到人，此外根據(jù)加速標志位的信號來對門實施及時的加速減速來減小慣性帶來的影響，從而可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？傮w來說，本系統(tǒng)是一個較為復雜的過程，需要對其程序流程仔細分析和詳細推敲，從而制定出最終的程序流程圖如圖4。1所示。圖4.1 流程圖4.2梯形 根據(jù)程序流程圖，在G*-developer寫出系統(tǒng)的梯形圖，經(jīng)過反復測試、修改之后，確定出如圖4.2所示的梯形圖。圖4.2 梯形圖5 系統(tǒng)調(diào)試 (1)按圖3-3連接線路，接通電源 (2)將在G*-developer開發(fā)平臺編寫好的軟件下

24、載到PLC中。 (3)運行過程實驗，按啟動按鈕，自動開/關(guān)門 。 現(xiàn)象一：當按下按鈕*01門內(nèi)人體感應(yīng)器或*02門外人體感應(yīng)器時，Y01電機正轉(zhuǎn)接觸器器有輸出。當按下按鈕*05開門減速開關(guān)時，Y03串電阻接觸器有輸出。當按下按鈕*03開門限位開關(guān)時，Y01電機正轉(zhuǎn)接觸器器停頓。現(xiàn)象二：當電動機M停頓轉(zhuǎn)動時，計時器計時8秒進展延時。按下按鈕*01門內(nèi)人體感應(yīng)器或*02門外人體感應(yīng)器時，則計時器重新計時8秒。 現(xiàn)象三：當8秒延時完畢后，Y02電機反轉(zhuǎn)接觸器器有輸出。在反轉(zhuǎn)過程中，假設(shè)按下按鈕*01門內(nèi)人體感應(yīng)器或*02門外人體感應(yīng)器，Y01電機正轉(zhuǎn)接觸器器有輸出，Y02電機反轉(zhuǎn)接觸器器停頓。當按下按鈕*06關(guān)門減速開關(guān)時，Y03串電阻接觸器有輸出。當按下按鈕*04關(guān)門限位開關(guān)時，Y02電機反轉(zhuǎn)接觸器器停頓。通過以上的模擬調(diào)試現(xiàn)象可以大概判斷出系統(tǒng)的工作根本可以滿足預(yù)期效果，但也有需要修改的地方。在實際的環(huán)境中，仍有很多需要注意的環(huán)節(jié)，比方各個傳感器的安裝位置、系統(tǒng)電源等等。設(shè)計心得經(jīng)過兩周的時間，通過查閱了相關(guān)各個方面的資料以及在教師的耐心指導下，終于完成了賓館自動門控制系統(tǒng)設(shè)計的課程設(shè)計。本設(shè)計研究了PL