1、 PLC 设计说明书题目:自动门控制装置 PLC 控制系统设计班 级： B 电气 102 姓 名: 学 号: 指导教师: 陈永明 盐城工学院电气工程学院2013 年 01 月 目录独创性声明摘要1.引言12.系统总体方案设计.42.1 系统功能要求42.2 系统组成原理62.3 系统硬件配置72.4 系统定义变量及 I/O 配置122.5 系统电气原理图.132.6 系统可靠性设计.153.控制系统设计163.1 控制程序流程图设计163.2 控制程序时序图设计173.3 控制程序设计思路.183.4 控制梯形图设计.193.5 创新设计内容.204.系统调试及结果分析214.1 系统调试及解
2、决的问题.214.2 结果分析.215.结束语.22参考文献23附录24独创性声明本人声明所呈交的课程设计论文是本人在老师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盐城工学院 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本课程设计所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。课程设计作者签名：袁艳艳 签字日期：2013 年 01 月 04 日摘要在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，经常使用自动门控制系统。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，随着现代科技的发展该
3、方法已逐渐被淘汰，取而代之的是 PLC 控制自动门。该方法的优点是：故障率低、可靠性高、维修方便等，因此得以广泛应用。由于直流电动机的调速范围广，调速特性平滑，过载能力较强，启动和制动转矩较大，所以执行机构采用直流电动机。本设计主要是针对于门的自动开、关而言。自动门控制装置系统由检测元件光电传感器、继电器、可编程控制器（PLC） 、电动机组成，它主要是利用热释电人体光电传感器检测，有无人到门口的信号，再把检测到的信号送入可编程控制器（PLC）中，由可编程控制器对信号进行处理，处理的结果用继电器输出，从而达到控制直流电动机的转动，由直流电动机带动门的开关。直流电动机正传，门打开；直流电动机反转，
4、门关闭。【关键字】：可编程控制器 PLC 自动门 光电传感器 行程开关01.引言可编程控制器，简称 PLC，是近几年发展迅速的工业控制装置，已广泛应用于工业企业中的各个领域。随着科技的日益发展，人们的生活水平不断提高，自动化和人性化的产品也越来越受到人们的青睐。大厦、宾馆等公共场所普遍采用自动门。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走进自动门时感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置打开门；当人通过之后，再自动将门关闭。由于自动门在通电之后可以实现无人管理，有许多优点，例如使人员进出方便、节约空调电能、防风、防尘等。此外自动门的全自动化给大
5、门增加了技术含量，看起开更有涵养。自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展与完善。自动门是指可以将人接近门的动作识别为开门信号的信号控制单元，通过驱动系统将门开启，在人离开后在自动将门关闭，并对开启和关闭的过程实现自动控制的系统。自动门开始在建筑物上的使用是二十世纪以后。二十年代后期，美国开放超级市场，自动门开始被使用。受此影响，世界第一自动门品牌多玛在 1945 年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用。到了 1962 年，电气式自动门开始出现，之后伴随着城市的建设自动门技术使用的领域每年都在增加。起初，用建筑物供电电源控制电机的转速很难，只能
6、进行油压、空压速度控制，但因能源利用率很低，并没有得到推广。然而随着电气控制技术的发1展，现代电器控制技术已逐渐成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。如感应自动门（红外感应、微波感应、触摸感应、脚踏感应等） 、刷卡自动门等。如今，门更加突出了安全理念，强调了有效性，有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑物以及周围环境的协调、和谐。门的大规模专业化生产始于 150 年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。门的高级形式-自动门起源于欧美。发展至今已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。九十年代中后期，各国各地区的自动门开始试探
7、性进入中国市场，并迅速占取各自领域。当时的自动门设备已经改良良好，导轨采用铝合金材料，电动机由交流改为直流，皮带由铁链换成了三角皮带再到 2000 的钢丝齿轮皮带，不过台湾的自动门还是依靠磁簧开关来控制。自动门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。自动门除了可以美化出入口环境外，还有助于防尘节、约空调能源等。但由于我国没有相关的自动门国家标准，导致国内自动门的档次、质量稂莠不齐。因此，我国的自动门发展还处于初级阶段。在自动门控制系统的设计中，要考虑稳定、节能、环保、安全以及人性化等因素。综合以上要求，本课题中主要研究自动门中的平移门。自动平移门最常见的形式是自动门机以及门内
8、外两侧的光电感应器。由于自2动平移门在通电以后可实现无人管理，既方便又提高了建筑物的档次，在国内外建筑市场上得以广泛应用。自动门的发展前景很乐观，以后自动门的应用会像家用电器一样普及。32.系统总体方案设计2.1 系统功能要求本课程设计的主题是自动门控制装置 PLC 控制系统设计有以下要求：（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，到达门限开关 K3 位置时，电动机停止运行；（2）自动门在开门位置停留 8S 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，电动机停止运行；（3
9、）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 8S 等待时间内，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，必须重新开始等待 8S，再自动进入关门程序，以保证人员安全通过；（5）开门与关门不同时进行。本设计是面向公共厂所入口的应用设计，要求有安全性和可靠性，在设计时，对自动门做了局部改变，具体结构如图 2.1 所示。如图中所示，SQ1 和 SQ2 处的电气器件为限位开关。本次设计中的自动门有以下功能：（1）开门和关门控制除自动外应有手动方式（2）有紧急停止控制4当门出现故障时，可以按下
10、紧急停止开关，及时停止门的运。 关门限位开关门扇开启方向开门限位开关光电开关图 2.1 自动门开关功能示意图自动门配电盘控制面板电气器件包括启动、停止、开关、启动停止指示灯、开门关门控制按钮以及急停按钮和灯。设计布局如图2.2图 2.2 自动门配电盘控制版面布局设计 52.2 系统组成原理自动门控制装置由门内光电探测开关 K1、门外光电探测开关 K2、开门到位限位开关 K3、关门到限位开关 K4、开门执行机构KM1（使直流电动机正转） 、关门执行机构 KM2（使直流电动机反转）等部件组成。光电探测开关为有光导通，无光断开。 2.2.1 开门动作当有人靠近自动门时，门内侧或外侧的检测装置动作，将
11、信号传送到控制装置，电动机正传，电动机带动减速器、皮带或链条，带动门的开启，当门碰到上限位开关时，电动机停止转动，门停止开启。2.2.2 关门动作当人离开检测范围且门在上限位停留 8s 后，通电延时继电器动作，使电动机得电反转，电动机带动门的关闭。当门碰到下限位开关时电动机停止，门停止关闭。62.3 系统硬件配置本系统所需硬件为：三菱 PLC、直流电动机光电开关、皮带、接触器、熔断丝、热继电器。 表 2.1 系统硬件配置 编号 名称 型号 数量 1 三菱 PLC FX2N-48MR 1 台2 直流电动机 45BLDC 1 台3 接触器 3 个4 感应器 WB-3004 3 个5 熔断丝 1 个
12、6 热继电器 1 个 （1）其中日本三菱公司型号为 FX2N-48MR 的可编程控制器（Programmable Logic Controller, PLC)具体技术参数如下：FX2N 是小型化、高速度、高性能，所有方面都相当于 FX 系列中最该档次的超小型程序装置。除输入输出 16-25 点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接、模拟控制、定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC 系统。系统配置既固定又灵活，在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256 点的灵活输入输出组合，备有可自由选择丰富的品种，可选用 16/32/48/64/80/128 点的主机
13、。可采用最小 8 点的扩展模块进行扩7展，可根据电源及输出形式自由选择令人放心的高性能程序容量；内置 80 步 RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至 16K步。（2）直流电动机的选择自动门的驱动装置是自动门能否良好工作的保障，在本设计中运用直流无刷电动机。直流无刷电动机功率密度高，噪音小，调速性能好，既具备交流电动机的结构简单，运行可靠，维护方便等优点，又具备直流电动机的线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点，是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择。本设计选用亚坦电机控制有限公司生产的45BLDC 系列直流无刷电动机，点击直径为 45，额定转速
14、4000转/秒，额定转矩 0.036Nm，功率 15W100W，额定电压24V.DC。（3）光电开关（感应器）的选择目前，自动门行业运用的感应器件主要有微波感应器，红外线感应器等。根据不同的功能和性能运用在各类不同的场合的自动门控制系统中，感应器是自动门系统的重要部分。其性能直接影响自动门系统的安全稳定，结合本设计的要求，选用微波自动门感应器 WB-3004，其规格如表 2-2.（4）直流电动机的选择1）直流电动机的调速8并励或他励直流电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂价格高维修也不方便，但是在调速性能上具有独特地优点。因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的，更不能无极调速，因此对调速
15、要求高的设备均采用直流电动机。这是因为直流电动机能无极调速，机械传动机构比较简单。由直流电动机的转速公式：n = （U-IaRa ）/kE 可知 表 2-2 WB-3004 的规格型 号 WB-3004供电电压 AC/DC12VAC/DC24V工作频率 50Hz 60Hz感应探头工作频率 10.25GHz(9.00GHz12.00GHz)工作指示方式 LED感应时间/延时时间 REAL-TIME/0.5SEC感应范围 4.0M(W)3.0M(D)静态功耗/功作功耗 200MW/12V /550MW/12V探头可调角度 40160工作温度范围 -2560Ra、 和 U 中的任意一个值得改变，都可
16、以改变直流电动机的转速。但缺点是耗电多，电机机械特性软，调速范围小且只能进行有级调速，故这种方法 目前已较少采用。现常用的对直流电动机调速的 方法有调磁法和调压法。92)直流电动机的优势由于采用高性能永久磁材料，无刷直流电动机的转子尺寸得以减小，可以具有更低的惯性，更快的影响转速，更高的转矩惯量比。由于没有转子损耗（转自使用永磁材料） ，所以无刷直流电机具有较高的效率和功率。对于同等容量输出，交流电机需要更大功率的整流器和逆变器。由于没有转子发热，无刷直流电机也无需考虑转子冷却问题。交流电机由于其非线性本质，实现控制极为复杂。无刷直流电机把其复杂的磁场定向控制简化离散状态的转子位置控制，无需坐
17、标转换，调整范围变宽，控制性能更好。综上所述，无刷直流电机具有更大的功率密度，更高的效率和更好的控制性能，使用者的投资成本下降很大，所以本设计选用无刷直流电机。（5）传动装置本控制系统所用到的传动装置具体包括如下：1）自动门扇形进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊其走论系统，使其按特定方向进行。2）自动门扇吊其走论系统：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，牵引自动门吊其走论系统。10（6）限位开关限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械某些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元件。限位
18、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件的动作，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。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。自动门控制系统中控制配电盘器件分布如图 2-4.图 2-4 自动门控制系统配电盘器件分布图112.
19、4 系统变量定义及 I/O 配置I/O 分配表是编写 PLC 程序的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。PLC 输入 /输出结点配置表如表 2-3. 表 2-3 PLC 输入/输出结点配置 编号 结点 功能名称 功能描述 1 X001 门外光检测开关 检测是否有信号输入2 X002 门内光检测开关 检测是否有信号输入3 X003 开门限位开关 检测门是否完全打开4 X004 关门限位开关 检测门是否完全关闭5 X005 过载保护开关 保证控制系统安全6 X006 紧急停止开关 保证控制系统安全7 X007 启动开关 启动控制系统8 X0010 手动开门 手动控制门开启9 X0011 手动关
20、门 手动控制门关闭 10 Y000 正传线圈 控制电机正传，门开启 11 Y001 反转线圈 控制电机反转，门关闭1212 Y002 急停线圈 控制电机紧急停止 2.5 系统电气原理图系统电气原理图包括两个部分：PLC 控制部分电气原理图和主电器电路电气原理图。自动控制系统中，PLC 控制部分电气接线图如图 2.2 所示。图 2.2 自动门的 PLC 外部接线图自动控制系统中主电气电路原理图如图 2.3 所示。13a.主电路b.控制电路图 2.3 自动控制系统中主电气电路原理图 142.6 系统可靠性设计（1）使用变频器驱动高速电机，可以满足本课题所设计的自动门系统的调速要求，即：快速启动常速
21、运行减速运行停止。（2）PLC 控制单元增加专用的控制配电箱，可以屏蔽外部电磁信号的干扰，从而增加系统的可靠性。153.控制系统设计3.1 控制程序流程图设计本设计的控制程序流程图如图 3.1 所示。16图 3.1 控制程序流程图3.2 控制系统时序图设计自动门控制程序的时序图如图 3.2 所示。X007 17X001（X002）X003 Y000 T0 X004 Y001 X005（X006）Y002 图 3.2 自动门控制程序的时序图 3.3 控制程序设计思路(1)首先按下启动按钮 x007，若外检测开关或内检测开关有信号时，x001 或 x002 闭合。由于开门限位开关 x003 是长闭
22、的，所以Y006 线圈得电，有原理分析可知，光电检测开关的触发方式是脉冲18出发，所以需要自锁。当 Y000 线圈得电时，Y000 开关闭合时，电动机正转，带动自动门扇移动，执行开门程序。(2)当门完全打开是限位开关 x003 打开时，Y000 线圈失电，电动机停止转动。(3)当门停止移动时，由于开门限位开关的常闭变为常开，故常开闭合，进行 8s 延时。若此时外侧开关或内侧开关 x001 或 x002 闭合，则使 TO 重新延时 8s。(4)当 8s 延时完毕后，线圈得电，关闭限位开关闭合，Y001 得电自锁，电机反转执行关门程序。(5)在关门过程中，若门外检测开关或门内检测开关闭合，又使Y0
23、00 得电，由于在关门过程中 Y000 常闭，此时打开或者中断关门过程，转向开门程序。(6)在此控制过程中，为了保证其安全性设置过载保护和紧急停止。(7)考虑到自动门若出现故障时，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开门和手动关门。3.4 控制梯形图设计本设计的控制梯形图如图 3.4 所示。19图 3.4 自动门开关程序控制梯形图按下启动按钮 X007 后 X001 或 X002 闭合， Y000 得电自锁，电动机正传，门打开。门开到门限位开关 X003 时，Y000 失电，T0 延时 8s 得电，Y001 得电自锁，门关闭。延时 8s 时，若 X001 或 X002闭合，则 T0 失电清零
24、，重新延时 8s。关门时若 X001 或 X002 闭合，则 Y000 得电门打开。关门关到门限位开关 X004 时，Y001 失电，电动机停止。3.5 创新设计内容（1）使用安全微波，可以克服感应探头感应不到的盲区，从而使自20动门更加安全。（2）自动门微波感应器是对物体的运动做出反应，灵敏度可调，性能更加稳定。4.系统调试结果分析4.1 系统调试及解决的问题21（1）语法错误检查.检查命令及其格式。 无错（2）双线圈检验.检查同一元件或显示顺序输出命令的重复使用状况。 无错（3）电路错误检查.检查梯形图中的缺陷。 无错4.2 结果分析在本课题的调试过程中，预先设计的功能和动作都能正常实现，
25、有较高的可靠性，且维修方便。225.结束语为期两周的课程设计，使我对所学 PLC 知识有实际运用的机会，也体会到了学以致用的乐趣。通过这次设计，我对自动门控制系统有了更具体的了解，也明白了 PLC 可编程序控制系统在自动门控制系统中的应用。同时也对三菱系列 PLC 的工作原理和使用方法有所了解，在提高理论知识的同时也提高了我们的编程能力与实际动手能力。此外，经过本次设计我认识到创新的重要性，创新精神和创新意识都有所提高。设计是在他人理论成果及实际经验的基础上设计出自己的东西。经过调试验证成功后便可运用到实际生活中。23参考文献1王永华 .现代电气控制及 PLC 应用技术.北京；北京航空航天大学
26、出版社.2004.2邓则名 ,称良伦等 .电器与可编程控制器应用技术.机械工业出版社.1997.3林小峰 .可编程序控制器及应用.北京；高等教育出版社.1991.4方永远 .工业电气控制技术.第二版.北京；机械工业出版社.2000.5汪道辉 .逻辑与可编程控制系统.北京；机械工业出版社.2001.6王阿根 .电气可编程控制原理与应用（第 2 版）.北京；清华大学出版社.2010.7刘文远 ,毛一之 ,杨子亮.基于西门子 PLC 的模糊控制在电弧炉电极调节中德应用.电气传动,2012,42（10）：78-80.8崔名明 .动车组自动门控制系统的研究.吉林大学硕士论文.2009-06.1.9PLC
27、 技术在自动门控制系统中的应用.刘四妹.电工技术.期刊.2005.2.28.10百度百科.PLC 控制 器.http:/ J.Chen J.Xu L.X. The Reserch and Application of Freeport Communication of SIEMENS PLC. Proceedings of 2008 In 附录240 LD X001 *门外检测开关1 OR X002 *门内检测开关2 OR Y000 *Y000 自锁得电3 ANI Y002 *急停常闭结点4 AND X007 *启动开关5 OR X010 *手动开门开关6 ANI X003 *开门限位开关常闭7 OUT Y000 *电机正传8 LD X003 *开门限位开关9 ANI X001 *门外检测开关常闭10 ANI X002 *门内检测开关常闭11 OUT T0 k80 *8s 延时继电器13 LD T0 *延时继电器常开接点14 OR Y001 *电机正传15 ANI Y000 *正传常闭接点16 ANI Y002 *急停常闭接点17 AND X007 *启动开关18 OR X011 *手动关门开关19 ANI X004 *关门限位开关常闭20 OUT Y001 *电机反转21 LD X005 *过载保护开关22 OR X006 *紧急停止开关
