基于plc的自动门控制系统论文.docx
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基于plc的自动门控制系统论文
基于PLC自动门控制系统的设计
摘要:
可编程序控制器通产简称为PLC,是近年来发展迅速的工业控制装置,已广泛应用于工业企业各个领域。
随着人们生活水平的不断提高和科学技术的飞速发展,人们更加注重自动化和人性化的产品。
自动门是楼宇设备中的光机电一体化技术产品,它给人以亲切大方的感觉,同时营造出奢华的气氛,其全新的概念,宽敞的开放门面和高格调的设计,堪称建筑物的点睛之笔,由于PLC控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点,因此,自动门的生产商家很多都运用PLC来做门的控制器
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。
为增强自动门运行的可靠性,在此提出了一种以s7—200可编程序控制器(PIC)为核心的自动门控制系统。
本文分析了自动门控制系统的设计要求,介绍了自动门的硬件设计,PLC选型,驱动装置选型,感应器件的选型,系统软件设计,PLC梯形图设计,软件设计,程序调试,硬件接线等多方面内容。
关键词:
可编程控制器;S7-200;自动门,梯形图,变频控制
Abstract:
withthecontinuousimprovementofpeople'slivingstandardsandtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,peoplepaymoreattentiontotheautomationandhumaneproducts.Automaticdoorisbuildingequipmentoflightmechanicalandelectricalintegrationtechnologyproducts,itgivesawarmfeelinggenerous,andcreatealuxuriousatmosphere,itsnewconcept,spaciousopenwindowandhigh-styledesign,calledthebuildingthepunchline,basedonthetrendofthetimestheforefrontofbuilding.BecausethePLCcontrolhashighreliability,stability,convenientrepair,therefore,automaticdoorproductionbusinessesareusingPLCtododoorcontroller
Thisarticleisaboutthedesignofthecontrolsystemofautomaticdoor,automaticdoorsystemmainlyconsistsofaprogrammablecontroller(PLC),inductiondevice,thedrivingdeviceandthetransmissiondevice.Inordertoenhancetheoperationreliabilityofautomaticdoor,inthispaper,aS7-200programmablecontroller(PIC)asthecoreoftheautomaticdoorcontrolsystem.Thispaperanalyzestheautomaticdoorcontrolsystemdesign,introducesthehardwaredesignofautomaticdoordrivedevice,PLCselection,selection,inductiondeviceselection,systemsoftwaredesign,PLCladderdiagramdesign,softwaredesign,debugging,hardwareconnectionandotheraspectsofthecontent.
Keywords:
programmablecontroller;S7-200;automaticdoor,ladderdiagram,variablefrequencycontrol
摘要--------------------------------------7
1引言------------------------------------11
2国内外自动门的发展----------------------13
2.1国内外自动门的发展现状-------------13
2.2本课题研究的内容-------------------15
2.3本课题研究的目的和意义-------------16
3自动门控制系统总体方案设计--------------17
3.1自动门的功能需求分析--------------173.1自动门的控制要求------------------18
3.3自动门控制系统构成----------------193.3.1PLC概述------------------19
3.3.2具体构成------------------24
3.4自动门的机械传机构设计------------25
4自动门控制系统的硬件设计----------------26
4.1PLC的选型----------------------26
4.2驱动装置的选型------------------30
4.3感应器件的选型------------------31
4.4直流电动机的选型----------------32
4.4.1直流电动机的调速------------32
4.4.2直流电动机的优势-----------36
4.5传动装置------------------------374.6限位开关------------------------37
4.7自动门控制系统I/O地址分配表-----37
4.8自动门控制系统的原理图----------38
4.8.1主电路原理图---------------384.8.2PLC外围接线图-------------39
5自动门控制系统的软件设计-----------------40
5.1工作过程分析---------------------405.2梯形图程序---------------------41
5.2.1梯形图的概述-------------41
5.2.2梯形图的设计-------------43
6程序调试--------------------------------466.1硬件线路连接---------------------46
6.2联机调试-------------------------47
7总结----------------------------------49参考文献---------------------------------50
致谢------------------------------------52
附录1------------------------------------53附录2------------------------------------54
附录3------------------------------------55
1引言
自动门控制系统,在现当代社会是一个应用非常广泛的设备,自动门已经广泛应用于酒店、银行、超市、停车场或公共建筑等入口,其主要核心部分——自动门控制系统正是我们这论文的主要研究讨论的课题。
自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置,早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制,造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。
目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器(以下简称PLC),PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程,PLC具有可靠性高,抗干扰能力强,功能完善,适用性强,系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造,体积小,重量轻,能耗低等优点。
目前,可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展,因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性,维修方便等特点,因此,进行自动门的PLC控制系统设计,可以推动自动门行业的发展,扩大PLC在自动门行业乃至整个自动化行业的应用,具有一定的经济和理论研究价值。
由于用PLC控制自动门具有故障频率低、可靠性高、维修方便等优点,而Siemenss7—200系列PLC性价比高,在各个行业中的运用非常普遍,本研究重点讨论使用s7—200系列PLC来实现自动门控制系统的设计与应用。
1.1本课题研究的目的和意义
21世纪的今天,门更加突出了安全理念,强调了有效性:
有效的防范通行、疏散,同时还突出了建筑艺术的理念,强调门与建筑艺术的理念,强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。
自动门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专业制造商。
门的高级形式——自动门起源在欧美,迅速发展至今,已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。
大中型公共场所,为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿态。
自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸,是人们根据需要对门的功能的提升和完善。
所以对自动门的认识应该从人们对门功能的要求开始。
作为建筑物一部分的门,从最基本的意义上讲,要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。
因此门体本身应牢固、密封。
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。
自动门除可美化出入口环境外,由于中国没有相关的自动门国家标准,导致自动门档次、质量良莠不齐。
如果你没有使用过自动门,最好选择一个由专业厂生产、能提供较完善售后服务的自动门品牌(目前有很多自动门品牌是有一些贸易公司购买散件加上自己拼装而成,应尽量避免购买此类产品)。
不要认为样本上全是外国语,资料也是外国语的商品就是进口商品,其实这样是违反国家规定的。
真正的知名品牌,合法的商品不会这样做。
由于自动门在通电后可以实现无人看管,同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音,既方便又提高了建筑的档次,浴室迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。
同时也几乎成为了银行,写字楼,酒店等办公娱乐场所装修所不可少的一项配置。
自动门平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达,当人走近自动门时,雷达感应到人的存在,给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装置将门打开。
当人通过门之后,再将门关闭。
由于自动平移门在通电后可以实现无人管理,既方便又提高了建筑的档次,于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。
自动门的开门信号是触点信号,微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。
微波雷达是对物体的位移反应,因而反应速度快,适用于行走速度正常的人员通过的场所,它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后,雷达便不再反应,自动门就会关闭,对门机有一定的保护作用。
红外传感器对物体存在进行反应,不管人员是否移动,只要在处于传感器的扫描范围内,它都会反应即传出触点信号。
缺点是红外传感器的反应速度较慢,适用于有行动迟缓的人员出入的场所。
1.2国内外自动门发展现状
在国外,进入90年代以来,自动化技术发展很快,技术已经很成熟,并取得了惊人的成就,自动化技术是自动门的重要部分。
在现在人们生活中自动门可以节约空调能源、降低噪音、防尘、防风,同时可以使出入口显得很庄重高档,因此应用非常广泛。
随着我国经济的飞速发展,自动门在人们的生活中的运用越来越广泛,自动门适合于宾馆、酒店、银行、写字楼、、医院、商店等,使用自动门。
但在国内,自动门的自主研发尚处于初级阶段。
在自动门控制系统设计中,稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。
我国的自动门状况有如下几点:
(1)厂家多,规模小5~6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。
1.3毕业设计任务及要求
1.3.1设计任务要求
设计题目是基于plc的自动门控制系统,根据题目要求,设计的控制系统的控制核心是Plc。
主要实现的功能是是全自动化操作,不需要人为参与。
要完成整体系统的设计、控制系统硬件设计和软件设计。
1.3.2本课题研究的内容
本设计将在以下几个方面对自动门的控制系统进行研究和论证。
1.自动门类型的选择。
综合了自动门的简洁、简单的要求,在本课题中主要研究自动平移门,本课题设计的自动平移门具有手动和自动开门功能和分时间段控制功能以及配备安全防夹人光线、后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多的场所的高效率、高安全性的要求。
2.自动门硬件系统的设计
本课题设计的自动门要求有很高的稳定性来满足日常的需要,故在本设计中所选用的智能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的CPU224小型PLC。
在自动门的开关门速度控制上本设计以变频器作为调节器,运用变频器的三段速控制实现自动门的转速控制,为了解决在频率很低时出现不稳定的问题,驱动装置选用功率强大、稳定性好的自带减速装置的直流电动机,在感应器方面运用了自动门专用的微波雷达感应器和在工业控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性好的接近传感器,运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对自动门的控制。
由于本课题的具体需要在硬件系统的设计过程中主要考虑自动门的经济实用、稳定的需要。
3.自动门的软件设计
在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图,梯形图能直观明了的设计出自动门的控制要求,并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题,梯形图的编写运用西门子自带的编程软件,此软件具有强大的诊断功能,能更快的查处故障原因,从而大大缩短了维修时间。
3自动门控制系统总体方案设计
2.3系统设计的基本步骤
在自动门控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点:
(1)深入了解和分析自动门的工艺条件和控制要求。
(2)确定I/O设备。
根据自动门控制系统的功能要求,确定系统所需的用户输入、输出设备。
常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等,常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。
(3)根据I/O点数选择合适的PLC类型。
(4)分配I/O点数,分配PLC的输入输出点,编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。
(5)设计自动门系统的梯形图程序,根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序,这是整个自动门系统设计的核心工作。
3.1在自动门的功能需求分析
本设计是面向公共场所入口的应用设计,需要有安全和可靠性,在设计的时候改良了自动门的友好性,结构如图2-1所示:
图2-1自动门结构示意图
根据入口处对自动门的具体要求,本设计所设计的自动门应具有以下功能:
(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
当自动门出现夹人现象时,可闭合紧急停止开关,自动门自动进入开门过程。
(3).蜂鸣器的提示功能
当自动门开启和关闭时,PLC输出信号给蜂鸣器,蜂鸣器响以提醒来往行人注意。
自动门控制系统包含PLC控制和执行元件构成。
采用自动和手动控制方式,此种控制模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。
首先通过信号采集装置判断门前是否有人,若有人则将信号转换为开关量信号传送到PLC,PLC根据开关信号来控制变频器的开停和速度的变换,最后由传动装置带动门运动。
3.2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。
3.3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。
3.3.1PLC概述
可编程控制器(plc)是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发而来的,是一种数字运算操作的电子系统。
它以微处理器为核心,用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算数运算等,并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
由于PLC在不断发展,因此,对它进行确切的定义是比较困难的。
美国电气制造商协会(NEMA)经过四年的调查工作,于1980年正式将可编程序控制器命名为PC(ProgrammableController),但为了与个人计算机PC(PersonalComputer)相区别,常将可编程控制器简称为PLC,并给PLC作了定义:
可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入∕输出接口,以位运算为主,能完成逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能,用于控制器或产生过程的自动化控制装置。
1982年,国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee,IEC)颁布了PLC标准草案第一稿,1985年提交了第二稿,并在1987年的3稿中对PLC作了如下的定义:
“PLC是一种数字运算的电子系统,专为工业环境下应用而设计。
它采用可编程序控制器的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关的外围设备,都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。
”
上述的定义表明,PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置,是以微处理器为基础,结合计算机技术、自动控制技术和通信技术,用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。
2.2PLC的主要功能及特点
2.2.1PLC的主要功能
1.开关逻辑和顺序控制
这是PLC应用最广泛、最基本的场合。
它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制,从而可以实现各种控制要求。
2.模拟控制(A/D和D/A控制)
在工业生产过程中,许多连续变化的需要进行控制的物理量,如温度、压力、流量、液位等,这些都属于模拟量。
过去,PLC长于逻辑运算控制,对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统,目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能,而且编程和使用方便。
3.定时/计数控制
PLC具有很强的定时、计数功能,它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。
对于定时器,定时间隔可以由用户加以设定;对于计数器,如果需要对频率较高的信号进行计数,则可以选择高速计数器。
4.步进控制
PLC为用户提供了一定数量的位移寄存器,用位移寄存器可方便地完成步进控制功能。
5.运动控制
在机械加工行业,可编程序控制器与计算机数控(CNC)集成在一起,用以完成机床的运动控制。
6.数据处理
大部分PLC都具有不同程度的数据处理能力,它不仅能进行算术运算、数据传送,而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等操作,有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。
7.通信联网
PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC之间、PLC与计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。
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)可靠性高
(2)控制功能强
(3)组成灵活
(4)操作方便
(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,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。
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
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