基于PLC的自动门控制(共25页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 嘉 兴 南 洋 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文（设 计） 论文题目 基于PLC的自动门控制 系 部 电子信息工程系 学生姓名 杨国杨 专业名称 电子信息工程 班级/学号 指导教师 周燕军 嘉兴南洋职业技术学院教务处印制专心-专注-专业基于PLC的自动门控制【摘要】随着科学技术的日新月异，我们的生活发生了巨大的变化。一个智能化、自动化的社会已经开始呈现于我们的眼前，这为我们提供了非常多的便利。其中自动门就是自动化进程中的一个典型代表，此设计就是运用所学的知识，结合实际需要而进行研究的。为了增强自动门运行的可靠性,提出了一种以S7-200可编程序控制器(PLC)为

2、核心的自动门控制系统。分析了该控制系统的工作原理,描述了系统的硬件组成,介绍了人体感应探测、自动门运行位置检测、门运行障碍检测等控制电路的工作过程,对PLC的选型及I/O点的确定进行了说明。结合PLC的运行特点,对控制系统的工作流程作了合理的优化。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做出判断，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关键词 自动门、PLC、感应器件、驱动装置目 录前言1PLC概述2第1章 毕业设计要求41.1 设计题目41.2 设

3、计要求4第2章 绪论52.1 国内自动门发展现状52.2 自动门的技术发展方向52.3 课题研究内容6第3章 功能器件的原理73.1 自动感应门的原理73.1.1 平移式自动感应门机组73.1.2 工作流程73.2 行程开关(限位开关)的工作原理73.3 光电开关83.3.1 光电开关分类83.3.2 光电开光工作原理93.3.3 光电开光特点9第4章 自动门控制系统的硬件设计104.1 自动门控制系统结构104.2 PLC的选择104.3 驱动装置的选择104.4 感应器的选择114.5 直流电机的选择11第5章 自动门的程序设计125.1 I/O口分配表125.2 继电器接触控制图125.

4、3 PLC控制输出输入接线125.4 程序流程135.5 梯形图以及指令145.6 指令155.7 过程分析15结论17致谢18参考文献19前言 在经济飞速发展的现代深灰，随着人们物质水平的提高，人们对生活便利性的认识也越来越深刻，尤其是在现代化的都市里，人们对自动化产品的依赖也在增强，这为自动门的诞生创造了合理的条件，如今在宾馆、酒店等大型娱乐场所，自动门更是随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应器开关来感应人的出入，当人走进时给控制器一个开门的信号，再通过驱动装置将门打开，当人走过后在将门关上，从而实现自动化，无人化管理。本设计以PLC为控制器系统进行设计，本着实用、经济、稳

5、定等各方面性能指标为技术参考，最终达到了设计要求。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。 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

6、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 构成具体构成框图如图0-1图0-1结构框图第1章 毕业设计要求1.1 设计题目:基于PLC自动门的控制1.2 设计要求：经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。要实现自动控制首先要具备以下功能部件：光电检测开关，限位开关，超

7、载保护开关，直流电机。现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转开门，电机反转关门。1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关上有电流通过（光电检测开关是脉冲触发须对其自锁）由于开门限位开关常闭，所以线圈上有电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。2）当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器8秒后，自动进入关门过程，电动机反转，当门移动到关门限位开关时，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，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，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关时，必须重新开始等待8秒

8、后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定问题，最后决定加增手动开门和关门开关。第2章 绪论2.1 国内自动门发展现状1）厂家多，规模小 56年来几年来， 自动门在国内得到了快速的发展。据不完全统计，目前国内大大小小生产自动门的厂家已有50多家，但普遍生产规模小，自主研发能力差。从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。 2）专业化分工趋势显现早期的生产厂家，一般是自主研发和生产，顶多委托代加工部分零部件。近两年来，出现了专门生产主要部件的厂家，如电机、主控板、遥控器传动件、塑料件等出现了专业生产厂家，这一趋势使

9、生产的门槛降低，进入的厂家进一步增多，导致竞争更加激烈。 3）高、低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势，占据了高端市场，目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能，但生产工艺略嫌粗糙，质量水平参差不齐，整体档次较低，主要集中在低端市场。4）产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重，加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品，所以价格因素占的比重较大，加剧了市场竞争。其结果是众多厂家一味地比拼价格，导致利润微薄。同时，由于价格过低，也使产品的持续改进和发展受到限制。2.2 自动门的技术发展方向由于目前没有相关的技术标准，各厂家的产品都按照自己的企业标准进行生产，对各项技术

10、指标的要求和测量方法都不尽相同，如提升力等参数，差别较大，在市场上造成了较大的混乱，给用户选择带来不便，也不利于行业的发展。因此，有必要制定自动门的技术标准，明确规定的主要技术指标以及测试方法等，引导市场有序竞争，促进行业发展。在建筑金属结构协会和门业标委员会的大力推动下，自动门标准编制工作已经展开，目前有许继施普雷特机电设备有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈阳未来科技发展有限公司、福建漳州市麒麟电子有限公司和上海昌顺电子信息技术有限公司等5家单位参与了此标准的编制工作。2005年4月2日，在北京召开了编制组成立会和首次工作会议。经过编制组两个多月的工作，现该标准的初稿已经形成，拟于近期召开

11、编制组第二次工作会议，对初稿进行讨论和修改。经过多年发展，自动门行业呈现以下发展趋势： * 智能化，多功能：今后的还将进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化，以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。还将增加一些新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。* 免维护：采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。* 多样化：将会有各种各样不同外观和功能的产品，满足用户的不同需要。* 高安全性：随着用户安全意识的提高，安全性将是用户非常注重的一项指标，也将是一项基本要求。2.3 课题研究内容（1） 熟悉自动感应门的工作原理。（2） 设计自动感应门的工作流程。（3） 自动门的硬件设计。

12、（4） 以PLC为中央处理器的设计。（5） 自动门的系统配置设计。（6） 自动门执行机构的设计。（7） PLC程序的编写和梯形图的设计。（8） 自动门控制线路的设计。（9） 自动门感应系统的现场调试。第3章 功能器件的原理3.1 自动感应门的基本工作原理3.1.1 平移式自动感应门机组由以下部件组成:（1） 主控制器：它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。 （2） 感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；（3）

13、动力马达：提供开门与关门的主动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。（4） 自动感应门扇行进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。（5） 门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。（6） 同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。 （7） 下部导向系统：是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。3.1.2 工作流程当自动感应门门扇要完成一次开门与关门， 感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加

14、力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启；自动感应门扇开启后由控制器做出判断，如需关闭自动感应门，通知马达作反向运动，关闭自动感应门。3.2 行程开关(限位开关)的工作原理行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。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。在电梯的控制电

15、路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮(羊角式)非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路。3.3光电开关 光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电绝缘），所以它可以在许多场合得到应用。 采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲

16、调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。 接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。目前，这种新型的光电开关已被用做物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等

17、诸多领域。此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。3.3.1 光电开关的分类常用光电开关的分类方法：按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型；光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。3.3.2 光电开关工作原理反射式光电开关的工作原理由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光

18、电开关控制信号。 光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。3.3.3 光电开关的特点MGK系列光电开关是现代微电子技术发展的产物，是HGK系列红外光电开关的升级换代产品。与以往的光电开关相比具有自己显著的特点： （1）具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠；（2）对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便； （3）对ES外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正常工作。并可随时接受计算

19、机或PLC的中断或检测指令，外诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化； （4）响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到0.1ms，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体； （5）采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可靠性； （6）体积小（最小仅203112mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。 第4章 自动门控制系统的硬件设计4.1 自动门控制系统结构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：图4-1 PLC控制和动作的执行机构由图4-1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

20、，是驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行。4.2 PLC的选择 PLC机型选择的基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，本设计选择西门子公司生产的CPU224型PLC来实现整个控制过程。4.3 驱动装置的选择自动门的驱动器是自动门能否良好工作

21、的保障。在本设计中是运用直流无刷电机。直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即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。本设计选用亚坦电机控制有限公司生产的45BLDC生产的直流无刷电机。4.4 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：表4-1 型号和规格表4.5 直流电机的选择1直流电动机的调速n=（U-IaRa）/KE由该式可知变Ra、和U中的任意一个值均可达到调速的目的。2直流电机的优势因直流电机在调速方面很简单相对于异

22、步电机来说又有以下优势：1低的惯性、快响应速度、高转矩惯量比。2具有高的效率和功率密度3无需考虑冷却问题4调速范围宽，控制能力好。第5章 自动门的程序设计5.1 I/O口分配表:表5-1 I/O分配表I0.1 门外光检测电开关 I0.2 门内光检测电开关I0.3 开门限位电开关 I0.4 关门限位电开关I0.5 过载保护开关I0.6 紧急停车开关I0.7 启动停止 I1.0 手动开门I1.1 手动关门5.2 继电器接触控制图图5-1控制图5.3 PLC控制输出输入接线图5-2 PLC接线图5.4 程若K1，K2有信号开 门 K3 打 开 停 止延时8s,若K1，K2有信号号HAO号关 门若K1

23、，K2有信号K4 打 开 停 止结 束序流程图图5-3流程图5.5 梯形图以及指令图5-4 开门梯形图图5-5 运行梯形图图5-6 关门梯形图5.6 指令如下：图5-7 PLC的STL指令图5-8 PLC的STL指令5.7 过程分析1.首先按下启动按钮使I0.7闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时I0.1或I0.2闭合。由于开门限位开关I0.3是长闭的，所以Q0.0线圈通电，有原理分析可知光电检测开关的触发方式是脉冲触发所以需要自锁。当Q0.0线圈通电时Q0.0闭合，此时电动机正转带动自动门扇移动，执行开门过程。2.当门扇完全打开时，使开门限位开关I0.3打开，Q0.0线圈断电.电动机停止转

24、动。3.当门扇停止移动时，由于开门限位开关的长闭变成长开，故使长开闭合。进行8秒的延时，若此时外检测开关或内检测开关I0.1或I0.2有信号，则使T0重新延时。4.当8秒的延时完毕后T0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使Q0.1通电并自锁，电机反转执行关门过程。5.在关门过程中，若外检测开关或内检测开关I0.1,I0.2有信号又使Q0.0通电，由于在关门过程中Q0.0长闭，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。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车。7.考虑到主动门若出现故障时，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结 论本设计是在老师的指导下完成的。有很多设

25、计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。在设计中虽然遇到了很多编程问题，经过这段时间的查资料、整理材料及论文写作，最后在周燕军老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。总之，此次毕业设计的过程使我收获了很多，即为大学三年画上一个完美的句号，也为将来的人生之路做好了铺垫。致 谢首先要感谢周燕军老师的指导，因为该设计从开始到完成都是在她的指导下完成的，倾注了她大量的心血。另外，也要感谢在校期间所有传授我知识的老师，是他们的悉心教导使我有了良好的专业知识，这也是我完成该毕业设计的基础。感谢学校给我良好的教育，在这样的氛围下，使我在专业知识上更上一层楼。参考文献：1 黎虎，游有鹏基于PLC和变频器的直线电机驱动门控制系统电机技术，2008，42 刘四妹PLC技术在自动门控制系统中的应用电工技术，2009，113 王改堂，王孟效PLC在自动门中的应用科技资讯，2006，84 姚卫丰基于PLC控制的自动门系统自动化与仪表，2002，65 张春秋可编程序控制器（PLC）在自动门上的应用中国科技信息，2009，5