1、 燕山大学 课 程 设 计 说 明 书 题目 ： 自动门控制装置 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 仪表二班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 韩立强 教师职称： 副教授 燕山大学课程设计（论文）任务书 1 院（系）： 电气工程学院 基层教学单位： 自动化仪表 学 号 学生姓名 专业（班级） 仪表二班 设计题目 自动门控制装置 设 计 技 术 参 数 完成自动门控制装置，包括编写程序和硬件接线图，要求当有人按下开门开关时，门自动打开，然后又能自动关闭。该控制系统有 4 个输入点， 2 个输出点。I/O 点总数为 13 个。工艺控制简单，但是对系统的可靠性、抗干扰性能要求很高，所以采用 P
2、LC 控制。 设 计 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 电动机正转，到达开门限位开关 K3 位置时，电动机停止运行。 2）自动门在开门位置停止 8 秒后。自动门进入关闭过程，关门执行机构 KM2启动， 电动机反转，当门移动到关门限位开关 K4 时电动机停止运行。 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 K1 或 K2时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。 4）在门打开后的 8 秒等待时间内，若有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关 K2 或 K1 时，必须重新开始等待 8 秒后，再进入关门过程，以保证人员安全
3、通过 。 工 作 量 1 熟悉相关 plc 开发软件 2 绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、 PLC 硬件电路、 I/O 接口表 3 编写 PLC 控制程序（梯形图和指令表） 工 作 计 划 1.第一天安装 plc 开发 软件（ GX Developer） ,熟悉该软件的操作 2 认真分析任务说明书，根据题目要求理清设计思路，画设计流程图。 3 编写 plc 控制程序（梯形图和指令表 ） ,并绘制电气原理图 4 进行编写程序的调试，观察时序图 5 撰写课程设计报告 参 考 资 料 PLC 电气控制技术，漆汉宏 主编，机械工业出版社， 2006 年 FX 系列 PLC 编程及应用，寥常初 主
4、编，机械工业出版社， 2004 年 其他资料 指导教师签字 韩立强 基层教学单位主任签字 谢平 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层 教学单位、系部各一份。 2013 年 7 月 2 日 目录 2 摘要 1 第一 章 plc 简介 2 第二 章 自动门控制系统总体方案设计 4 2.1 自动门的功能需求分析 4 2.2 自动门的控制要求 4 2.3 自动门控制系统构成 5 第三 章 自动门控制系统的硬件设计 5 3.1PLC 的选型 5 3.2 检测开关 6 3.3 限位开关 7 3.4I/O 地址分配表 7 3.5 电路连接图 7 第四 章 自动门控制系统的软件设计 8 4.1 工作过程分
5、析 8 4.2 梯形图程序 9 4.2.1 梯形图的概述 9 4.2.2 梯形图的设计 10 第五章 程序调试 11 心得体会 15 参考文献 16 附录 1 摘要 本文是关于自动门控制系统的设计，自动门系统主要由可编程控制器（ PLC）、感应器件、驱动装置和传动装置组成。主要工作原理是感应器件将检测到的人体或物体信号传送到 PLC， PLC 再综合收到的自动门状态信号作出判断，而后发出控制信号，使驱动装置运行，在通过传动装置带动门的动作。 随着电子技术的发展， PLC 不断的更新， PLC 控制已成为自动控制中最常见的方式之一。自动门就是自动控制应用的以典型例子，由于可编程控制器具有很好的处
6、理自动门开关控制及 良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此，自动门的生产商家很多都运用 PLC 来做门的控制器。目前自动门在日常生活中用越来越广泛。 PLC 控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点。 2 第一章 PLC 简介 可编程控制器，英文 Programmable Controller,简称 PLC，本课题中用 PLC 作为它的简称。 PLC 是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序 ，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再
7、通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。 PLC 基于电子计算机，但并不等同于计算机。普通计算机进行入出信息交换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而 PLC 则要考虑信息入出的可靠性、实时性、以及信息的实际使用。特别要考虑怎样适应于工业环境，如便于安装便于门内外感应采集信号，便于维修和抗干扰等问题，入出信息变换及可靠地物理实现，可以说是 PLC 实现控制的两个基本点。 PLC 可以通过他的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比 继电器控制装置多得多、强得多。 PLC 有丰富的指令系统，有各种各样的 I/O 接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有
8、以下基本功能： （ 1） 逻辑处理功能； （ 2） 数据运算功能； （ 3） 准确定时功能； （ 4） 高速计数功能； （ 5） 中断处理 (可以实现各种内外中断 )功能； （ 6） 程序与数据存储功能； （ 7） 联网通信功能 ； （ 8） 自检测、自诊断功能。 可以说，凡普通小型计算机能实现的功能， PLC 几乎都可以做到。像 PLC 这样，集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的，更是传统的继电器控制电路所无法比拟的。丰富的功能为 PLC 的广泛应用提供了 可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化、智能化创造了条件。 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
9、 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 : (1) 抗干扰能力强，可靠性能高 (2) 控制系统结构简单，通用性强 (3) 编程方便，易于使用 3 (4) 功能强大，成本低 (5) 设计、施工、调试的周期短 (6) 维护方便 （ 1） 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 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
10、，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
11、。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。但是 CPU 是分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序一次完成相应各电器的动作，便成为时间上的串行。由于运算速度极
12、高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入输出的响应是有滞后的。 c.控制速度 继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点开闭动作一般几十毫秒数量级。另外 机械触点还会出现抖动问题；而 PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，4 且不会出现抖动。 第二 章 自动门控制系统总体方案设计 2.1 在自动门的功能需求分析 本设计面向市场的应用，需要有安全性和可靠性。根据市场中对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门 为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。当信号采集装置检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已
13、无人接近门口且门未关闭， 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。 2.2 自 动门的控制要求 （ 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 8 秒等待时间内，若
14、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 8 秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。 2.3 自动门控制系统构成 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。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。 2.4 流程图 见附录 第三章硬件控制 3.1 PLC 的选择 在 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程设计选型。工艺流程的 特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此工程设计选型和估算
15、时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需要的操作和动作，然后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器的容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性5 等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 （ 1） 输入输出（ I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加 10%到20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。根据估算的方法故本课题的 I/O 点数为输入 6 点，输出 2 点。 （ 2） 存储器容量的选 择 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目实用
16、的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器的容量。设计阶段，由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，须在程序调试之后才知道。为了设计选型时，能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替，存储器内存容量的估算没有固定的形式，许多文献资料中给出了不同的公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 10 到 15 倍，加上模拟 I/O点数的 100倍，以此数为内存的总字数（ 16 位为一个字），另外再按次数的 25%考虑余 量。因此本课题的 PLC 内存容量选择应能存储索要储存的程序，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。 （ 3） 控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能
17、、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等性能的选择。根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，主要介绍一下几种功能的选择。 a 控制功能 PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能，提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量。 b 编程功能 离线编程方式： PLC 和编程器 共用一个 CPU，编程器在编程模式时， CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式， CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在编程方式
18、： CPU 和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC 中常采用。 五种标准化变成语言：顺序功能图（ SFC）、梯形图（ LD）、功能模块图（ FBD）三种图形化语言和语言表（ IL）、结构文本（ ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守标6 准（ IEC6113123），同时，还应支持多种语言变成方式，如 C， Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。 c 诊断功能 PLC 的诊断功能爆孔硬件和软键的
19、诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软键对 PLC 的 CPU 玉外部输入输出等部件信息叫唤功能进行诊断是外诊断。PLC 的诊断功能的强弱，直接 影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 3.2 光电 检测 开关 它是光电接近开关的简称，是利用被测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通所要接通的电路，从而检测物体的有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可检测。光电开关将输入电流在发射器上转化为光信号射出，接受器再根据接受到的光线强弱或有无目标物体进行探测。 3.3 限位开关
20、限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。限位开 关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一运动位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转化为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。 3.4 I/O 地址分配表 输入 /输出信号在 PLC 接线端子的地址分配是进行 PLC 控制系统设计基础。对软件设计来说， I/O 地址分配以后才可进行编程；对控制柜及 PLC 的外围接线来说，只有 I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图来安装控制柜。I/O 地址分配是编写 PLC 程 序首先要做的前提条件，也是现成接线和调试的重要依据。 PLC 控制系统的 I/O 地址分配如下表： X0 门外光检测电开关 X1 门内光检测电开关 X2 开门限位电开关 X3 关门限位开关 X4 手动开门 X5 手动关门 Y1 电机正转 Y2 电机反转 7 3.5 电路连接图 主电路图 ： 外部硬件连接电路
