1、第 0 页/ 共 14 页课 程 设 计题 目 自动门 PLC 控制系统设计学 院 计算机科学与信息工程学院专 业 自动化班 级学生姓名指导教师2013 年 5 月 27 日第 1 页/ 共 14 页目录摘要 2一、自动门控制系统总体方案设计 21、自动门的功能需求分析 .22、自动门的控制任务及要求 .23、自动门控制系统构成 .3（1）PLC 概述 .3（2）构成 .4二、PLC 和主要电气元件的选择 51、PLC 的选择 52、驱动装置的选择 .53、感应器的选择 .54、单相交流电机的选择 .55、传动装置、限位开关 .6三、PLC 的 I/O 分配和接线图设计 61、自动门控制系统
2、I/0 地址分配表 .62、自动控制系统的原理图 .7四、控制流程图设计 8五、PLC 程序设计 91、工作过程分析 .92、梯形图程序 .9六、程序调试 .10七、设计总结 .111、心得体会 112、任务分配 11八、参考文献： .12附录 1：自动门 PLC 控制系统梯形图程序 .12附录 2：自动门 PLC 控制系统设计主要原器件明细表 .13第 2 页/ 共 14 页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
3、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关键词：自动门、PLC、感应器件、驱动装置一、自动门控制系统总体方案设计1. 自动门的功能需求分析本设计产品主要用在公共场合，因此有安全性和可靠性。根据公共场所（商场、银行等）的具体要求本自动门至少应具有如下功能：(1)开门和关门控制应有手动和自动方式为了便于维护，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)紧急停止当门的闭合或者打开时出现意外情况，可以紧急停止。2. 自动门的控制的任务及要求1. 自动门控制装
4、置的硬件组成：自动门系统由一台 PLC 控制。其余部件有门内光电探测开关 K1、门外光电探测开关 K2、开门到位限位开关 K3、关门到位限位开关 K4、开门执行机构 KM1（使 1000W 单相交流电动机正转） 、关门执行机构 KM2（使1000W 单相交流电动机反转）等。光电检测开关设定为有光断开、无光导通。开关门时有相应指示灯指示。根据上述硬件组成设计系统主电路及控制电路图。2. 控制要求：第 3 页/ 共 14 页（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。（2）自动门在开门位置停留
5、 3 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。（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 3 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 3 秒后，再自动进入关门过程，且开门和关门不能同时进行。（5）应有互锁等保护环节（如防止开、关门同时动作） 。根据上述控制要求设计 PLC 控制程序。3. 自动门控制系统构成自动门控制系统包含 PLC 控制和动作的执行机构，具体组成如下：由上图
6、可知，当感应器件检测到人体或物体信号时将信号传给 PLC,PLC 根据已经采集的信号发出控制信号，是驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行1) PLC 概述可编程控制器，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，实现对负载的控制。第 4 页/ 共 14 页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，因而具有以下
7、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。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，之所以受到了广大工程人员的欢迎。其其具有以下特点:(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(4) 功能强大，成本低(5) 设计、施工、调试的周期短(6) 维护方便2) 构成具体构成框图如下：第 5 页/ 共 14 页二、PLC 和主要电气元件的选择1. PLC 的选择PLC 机型选择的基
8、本原则是在满足功能要求及保障可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性价比，选择时应注意以下几点：1）.整体型和模块型的选择2）.经济的考虑PLC 存储容量的选择一般为数字量 I/O 点数的 10 到 15 倍再加上模拟 I/O点数的 100 倍，以此作为内存的总字数（16 位为一个字） ，再按次数的 25%考虑余量。I/O 点数的估算， 应考虑适当的余量，预计收入为 12 点输出为 12 点。结合以上信息再加上特殊功能模块的考虑，本设计选择欧姆龙 CPM1A CPU40 型，开关量 I/O 点数为 24/16 点的 PLC 来实现整个控制过程。2. 驱动装置的选择自动门的驱动器是自动门能否良好工作
9、的保障。交流电动机有结构简单、运行可靠、维护方便等优点。本设计选用 1000W 单相交流电动机。3. 感应器的选择本设计选用微波感应器，因其具有以下特点：1）非接触式探测2）不受温度噪音等因素的影响具体的型号和规格如下表：厂商 上海顺安达门业装饰有限公司型号 WB-3004供电电压 AC/DC 12-24V工作频率 50HZ-60HZ探头工作频率 10.525GHZ 工作温度/湿度 25-60/0-95% 4. 单相交流电机的选择电容式电机说明：单相电机有两个绕组，即起动绕组和运行绕组。两个绕组在空间上相差 90 度。在起动绕组上串联了一个容量较大的电容器，当运行绕组和起动绕组通过单相交流电时
10、，由于电容器作用使起动绕组中的电流在时第 6 页/ 共 14 页间上比运行绕组的电流超前 90 度角，先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场，使定子与转子之间的气隙中产生了一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下，电机转子中产生感应电流，电流与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩，使电机旋转起来。5. 传动装置、限位开关本控制系统所用到的传动装置具体包括如下：1）自动门扇行进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行。2）自动门扇吊具走论系统：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。3） 同步皮带：用于传输电机所产动力，牵引自动门吊具走论系统。限位开关又称行程开关，
11、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。三、PLC 的 I/O 分配和接线图设计1. 自动门控制系统 I/0 地址分配表I/0 分配表示编写 PLC 程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。I/O 口分配表：输入点：00000 电源开关 S 自动门的开启与关闭00001
12、门内光电感应开关 K1 当门内有人时闭合00002 门外光电感应开关 K2 当门外有人第 7 页/ 共 14 页时闭合00003开门极限位置开关 K3 当门完全打开时闭合00004 关门极限位置开关 K4 当门完全关闭时闭合输出点：01000 开门感应电磁阀 KM 输出 当 K1 或K2 闭合时通电01001电动机正转（开门）驱动电磁阀 KM1输出 KM1 通电时，电动机正转使门打开01002电动机反转（关门）驱动电磁阀 KM2输出 KM2 通电时，电动机反转使门关闭01003开门极限位置电磁阀 KM3 输出 当门完全打开时 K3 闭合，使得 KM3 通电01004关门极限位置电磁阀 KM4
13、输出 当门完全关闭时 K4 闭合，使得 KM4 通电2. 自动控制系统的原理图外围接线图SK1K2K3K400000000010000200003000040100001001010020100301004KMKM1KM2KM3KM4PLC第 8 页/ 共 14 页四、 控制流程图设计是手动/自动选择门口是否有人门打开开到最底开门计时门关闭关到最底停止运行结束运行是蜂鸣器响否否否否 是是否开门按钮按下关门按钮按下门打开到底 门关门到底是 是开始 24V第 9 页/ 共 14 页五、 PLC 程序设计1. 工作过程分析本设计的工作过程如下：1）首先按下启动按钮，当传感器检测到能有人体信号时，电动
14、机正传，带动自动门执行开门过程。2）当门完全打开之后，使开门限位开关打开，此时自动门停止，进行 3延时。 若此时感应器重新检测到有人体信号时，则在重新进行 3 延时 3）当 3 的延时完毕后，电动机反转执行关门过程。在关门过程中，传感器重新检测到人体信号时，此时中断关门转向开门过程。4）当自动门出现故障时，可以手动开关门 2. 梯形图程序1）当有人出现在门内或门外时，自动门执行开门程序，K1 或 K2 闭合时通电。如图 1 所示。图 12） 当自动门开门到达极限时 K3 闭合，使得 KM3 通电。如图 2 所示。图 23） 当自动门开始关门，并且关门到达极限时 K4 闭合，使得 KM4 通电。
15、如图 3 所示。第 10 页/ 共 14 页图 34）当自动门第一次开门输出时，电动机正转开门，并保持开门动作。如图 4 所示。图 45） 当自动门打开并且到达极限时，保持这个动作持续 3S。如图 5 所示。图 56） 当 3S 倒计时过后，电动机开始反转，自动门执行关门程序。如图6 所示。图 6六、 程序调试当程序编译在软件上后，点击在线联机工作，将程序导入到 PLC 中去，点击操作模式为运行，然后根据设计任务及要求进行调试，如果 PLC 正常工作，那么按下触发开关能完成设计要求。通过调试之后能完成预定设定要求。第 11 页/ 共 14 页七、 设计总结1.心得体会心得体会这次 PLC 课程
16、设计我们历时大约两个星期，三个人组成一个小组。当组长抽中我们要做的题目是自动门 PLC 控制系统设计，我们都比较开心，以为比较简单,因为现实生活中随处可见。然而题目看似简单，但在后面做的过程中，我们遇到了许多的困难。 在选题之后的第二天我们小组就忙了起来，我们以组长为中心，分配好每个人的任务后，我们就认真的做了起来。但 PLC 课程设计的第一阶段中我们完成得不是太好，有很多的错误，可能是我们在收集资料的过程中收集得不是太好，网上虽也有和我们相似的题目，但是他们用的可编程控制器几乎都是西门子的，而我们用的可编程控制器是欧姆龙的。由于我们出现了很多错误，又回寝室重新做，但是却错过了第一阶段的检查时
17、间。我们只好抓紧时间进入第二阶段的工作。在第二阶段的设计中我们遇到了许多困难，由于平常上课的时候没有认真的学习 plc 这门课程。所以在编程中，我们真头疼。我们小组立马认真的学了起来，但是时间太少，所以也只学会了一点。幸运的是我们收集到一个基本满足实验要求的程序。第二阶段调试时间到来了，我们小组大约下午二点就早早的来到了实验室调试程序，我们将程序输入到调试软件中，但是程序有一点小错误，最后在我们的修改下程序总算正确了，但是在接线过程和调试过程我们都不是太会，浪费了很多时间。在做本次课程设计的过程中，我对查阅设计资料比较有感触。为了让我们的设计更加完善更加美好，查阅这方面的设计资料是十分必要的，
18、同时也是必不可少的。这次课程设计对我来说收获比较大，我懂得了学习的重要性，不懂就要问，就要学。要做好一个设计必须有一个好的规划，才能做到事半功倍的效果。学会了坚持、耐心和努力，这将为我今后的学习和工作做出了最好的榜样。而且让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高了自己的实际动手能力和独立思考的能力。最重要的是一个小组之间的团结，只有一个团队凝聚在一起时才能发挥出的巨大潜能。虽然我们这次课程实际也许花去的时间比别人稍多，但我相信我们的收获一定更多。2.任务分配本人负责课程设计报告错误检查，资料的收集与整理，完成元器件的选型和明细表，在调试的时候辅助接线等。第 12 页/ 共 14 页八、参 考 文 献1 齐占庆，王振臣等，机床电器控制技术第四版，机械工业出版社，2011年2 李胜多，张还等，可编程控制器原理与应用实例，中国电力出版社，2010年3 吴晓君主编，电气控制课程设计指导，中国建筑工业出版社，2010年附录 1：自动门 PLC 控制系统梯形图程序第 13 页/ 共 14 页附录 2：自动门 PLC 控制系统设计主要原器件明细表序号 名称 数量 型号1 PLC 1 CPM1A CPU402 触发开关 3 PB113 蜂鸣器 1 08034 LED灯 5 06035 常闭开关 5
