基于PLC的自动门控制系统设计.docx
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毕业论文
论文题目:
基于PLC的自动门控制系统设计
论文作者:
XXX指导教师:
XXX
专业班级:
2008级电子信息科学与技术学 号:
XX
提交论文日期:
年 月 日论文答辩日期:
年 月 日
中国 重庆
XXXX年9月
张浏琳:
基于PLC的自动门控制系统设计
目录
摘要 3
Abstract 4.
1.绪论 5
2.分析评估及控制任务 6.
2.1分析评估 6.
2.2控制任务 6.
2.2.1控制内容 6
2.2.2控制要求:
6
3.PLC的发展史 7.
3.1PLC的定义 7.
3.2PLC的功能 7.
3.3PLC的主要特点 8
4.自动门的简介 9.
4.1自动门的定义 9.
4.2自动门的分类 9.
5.功能器件的基本工作原理 10
5.1自动感应门机工作的基本原理 10
5.2限位开关的工作原理 10
5.3光电开关介绍 11
6.I/O地址分配 2
6.1输入/输出信号的名称、代码及地址编号 12
7.电气原理图 3
7.1方案说明 3
7.2程序流程图 4
7.3继电器接触控制图 15
7.4PLC控制输出输入接线 15
8.系统程序设计 6
8.1梯形图 6
8.2过程分析 7
9.总结 18
参考文献 1.9
基于PLC的自动门控制系统设计
电子信息科学与技术2008级
摘要:
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
自动门是随着人们对生活条件的不断追求、科技的不断发展应运而生的高科技产品,因此,他具有普通门没有的优势:
雅观漂亮,而且使用管理起来更加安全、方便、舒适,通电可实现无人看管,既方便又提高了建筑的档次,因此自动门被广泛应用于大型商场、机场、酒店、写字楼等各种大型的公共场所。
用西门子公司 S7-200系列的
关键词:
可编程控制器S7-200PLC
PLC,可设计一个简单的平移自动门的自动门控制系统。
该系统主要完成自动门的开、关控制及其出现故障时能实行手动控制。
BasedonPLCautomaticcontrolsystemdesign
Electronicinformationscienceandtechnologylevelof2008
Abstract:
Programmablecontrollerisadigitalelectronicsystemsoperations,designedforapplicationinindustrialenvironmentsanddesign.Ithasusedtheprogrammablememory,usedtoperforminitsinternalstoragelogicaloperation,sequentialcontrol,timing,Countingandarithmeticoperationinstruction,andthroughdigitalandanaloginputandoutput,controlallkindsofmechanicalorproductionprocess.Automaticaspeoplelivingconditionsfortheconstantpursuit,thedevelopmentofhigh-techproducts,therefore,hehastheadvantageofnoordinarydoor:
Elegantbeauty,anduseupmoresafetymanagement,convenient,comfortable,electricitycanachieveunattended,convenientandimprovetheconstructionquality,soautomaticdooriswidelyusedinLargestores,Airport,Hotel,Officebuildingsandlargepublicplaces.WithSiemenscompanyS7-200SeriesPLC,candesignasimpleautomaticcontrolsystemofautomatictranslation.Thissystemmainlycompleteautomaticdooropenandclosecontrolofitsfailuretoexecutethemanualcontrol.
Keywords:
programmablecontrollerS7-200PLC
1.绪论
21世纪的今天,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,强调门与建筑以及周围环境整体的和谐。
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的专业制造商。
门的高级形式--自动门起源在欧美,迅速发展至今天,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、时尚的姿彩。
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。
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,于是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必不可少的一项配置。
自动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。
本文是采用西门子S7-200型号PLC进行设计的。
2.分析评估及控制任务
2.1分析评估
随着PLC功能的不断提高和完善,PLC几乎可以完成工业生产领域的所有任务。
PLC的应用还有它最适合的场合,所以PLC在接到一个控制任务后,要分析被控对象的控制过程和要求,看看用什么控制装备(如:
PLC,单片机,DCS或IPC)来完成该任务最合适,比如仪器及仪表装置,家电的控制器就要用单片机来做;大型的工程控制系统大部分要用DCS来完成。
而PLC最合适的控制对象是:
工业环境较差,而相对的安全性,可靠性要求较高,系统工艺复杂,输入/输出以开关量为主的工业制动控制系统或装置。
其实,现在的可编程控制器不仅处理开关量,而且对模拟量的处理能力也是很强的。
所以在很多情况下,也可以取代工业控制计算机(IPC)作为主控制器,来完成复杂的工业控制任务。
一般来说,能够反映生产过程的运行情况,能用传感器进行直接测量参数,控制逻辑复杂的部分都可由PLC完成。
因此,自动门控制系统可以采用PLC进行设计和制作。
2.2控制任务
2.2.1控制内容
自动门控制装置的组成:
自动门控制装置由门内光电检测开关K1,门外光电检测开关K2,开门到位限位开关K3,关门到位限位开关K4,开门执行继电器KM1(使直流电动机正转),关门执行继电器KM2(使直流电动机反转)等部件组成。
2.2.2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,开门执行继电器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,关门执行继电器KM2被启动,电动机反转,当门移动到开门限位开关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,在自动进入关门过程,以保证人员的安全通过。
3.PLC的发展史
3.1PLC的定义
PLC即可编程控制器(ProgrammablelogicController,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:
一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路,也是一种和硬件结合很紧密的语言,在半导体方面有很重要的应用,可以说有半导体的地方就有PLC。
“PLC是一种专门为在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的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按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。
”
3.2PLC的功能
1、数据采集与输出。
2、控制功能。
包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。
3、数据处理功能。
包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。
4、输入/输出接口调理功能。
具有A/D、D/A转换功能,通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节,具有温度、运动等测量接口。
5、通信、联网功能。
现代PLC大多数都采用了通信、网络技术,有RS232或RS485接口,可进行远程I/O控制,多台PLC可彼此间联网、通信,外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间,实现程序和数据交换,如程序转移、数据文文件转移、监视和诊断。
在系统构成时,可由一台计算机与多台PLC构成"集中管理、分散控制"的分布式控制网络,以便完成较大规模的复杂控制。
通常所说的SCADA系统,现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。
6、支持人机界面功能。
提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。
允许操作者和
PC系统与其应用程序相互作用,以便作决策和调整,实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。
7、编程、调试等,并且大部分支持在线编程。
3.3PLC的主要特点
1、可靠性高,抗干扰能力强;
2、配套齐全,功能完善,适用性强;
3、易学易用,深受工程技术人员欢迎;
4、系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造;
5、体积小,重量轻,能耗低。
4.自动门的简介
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和完善。
自动门开始在建筑物上使用,是在二十世纪年以后。
二十年代后期,美国的超级市场的开放,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了。
到了1962年,电气式己开始出现,之后伴随着城市的建设,自动门技术的领域每年都在增加,PLC。
自动门已经经过了数十年的漫漫发展,至今为止,通过利用PLC控制系统及其他各种科技产品,已经具备了极其完善的控制技术,形成了具有一大批规模的自动门系列。
4.1自动门的定义
由各种信号控制自动启闭、并具备运行装置、感应装置及门体部件的总称。
(感应伸缩门详见室外大门。
)
4.2自动门的分类
按启闭形式分:
可分为推拉门、平开门、折叠门和旋转门
(1)推拉门:
可细分为单开、双开、重叠单开、重叠双开和弧形门。
弧形门门扇沿孤形轨道平滑移动,可分为半弧单向、半弧双向、全弧双向。
为了最大限度的拓宽入口幅度,有的推拉(套叠)自动门可作成在开启终点与固定扇重合后一道手动平开,也归纳为推拉自动门。
(2)旋转门:
可细分为有中心轴式、圆导轨悬挂式和中心展示区式等。
(3)平开门:
可细分为单扇单向、双扇单向、单扇双向和双扇双向。
(4)折叠门:
可细分为2扇折叠和4扇折叠。
应用统计:
推拉自动门用量最大,约占4种类型自动门总量的90%以上,其次是旋转自动门,约占6%左右,平开和折叠自动门用量最少,各约占2%左右。
5.功能器件的基本工作原理
5.1自动感应门机工作的基本原理
首先,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)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:
就象火车的铁轨,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。
当自动感应门门扇要完成一次开门与关门,其工作流程如下:
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作出判断,如需关自动感应门,通知马达作反向运动,关闭自动感应门.
5.2限位开关的工作原理
限位开关也称行程开关,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。
5.3光电开关介绍
工作原理光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无的。
物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
6.I/O地址分配
输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行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和安装控制柜。
分配输出点地址时,要注意负载类型的问题。
在进行I/O地址分配时最好把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。
控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址编号如表6-1所示。
输入/输出信号的名称、代码及地址编号
6.1输入/输出信号的名称、代码及地址编号
表1:
名称
代码
输
入
信
地址编号
号
门内光电探测开关
K1
I0.2
门外光电探测开关
K2
I0.1
开门到位限位开关
K3
I0.3
关门到位限位开关
K4
I0.4
启动停止
K5
I0.7
手动开关
K6
I1.0
过载保护开关
K8
I0.5
紧急停车开关
K9
I0.6
手动关门
K7
I1.1
输
出
信
号
开门执行机构
KM0
Q0.0
关门执行机构
短接启动电阻接触器
KM1KM2
Q0.1Q0.2
7.电气原理图
系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。
硬件系统设计主要包括PLC及外围线路设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。
软件系统设计主要指编制PLC控制程序。
选定PLC及其扩展模块(如需要的话)和分配完I/O地址后,硬件设计的主要内容就是电气控制系统原理图的设计,电气控制元器件的选择和控制柜的设计。
电气控制系统原理图包括主电路和控制电路。
控制电路中包括PLC的I/O接线和自动部分、手动部分的详细连接等,有时还要在电气原理图中标上期间代码或另外配上安装图、端子接线图等,以方便控制柜的安装。
电器元器件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯和电磁阀等。
程序设计时,除I/O地址列表外,有时要把程序中用到中间继电器(M)、定时器(T),计数器(C)和存储单元(V)以及它们作用或功能列写出来,以便编写程序和阅读程序。
在编程语言的选择上,用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程,这主要取决于以下几点:
(1)有些PLC使用梯形图编程不是很方便(例如书写不便),则可用语句表编程,但梯形图总比语句表直观。
(2)经验丰富的人员可以用语句表直接编程,就像使用汇编语言一样。
(3)如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务,则最好是用功能图来设计程序。
7.1方案说明
由于自动门的分类很多,本次实验不能一一进行讨论,最后决定主要对平移自动门进行设计实现plc的自动控制。
自动门的硬件组成部分在前已经叙述,现不再赘述。
下面主要对控制部件进行讨论。
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:
光检测电开关,限位开关,超载保护开关,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(光检测电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检测电开关,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的问题,最后决定加增手动开门和关门开关。
7.2程序流程图
7.3继电器接触控制图
继电器解除控制图如图7-1所示:
SB1
KM2
SB7
SB3
KM0
SB2
KM1SB10
KM0KM0KM1KM1
SB3
SB1
SB2
KT
KT KM0
KM2
SB7
SB4
KM1
KM1
SB11
M
SB5
SB7
KM2
SB6
KM2
图7-1继电器接触控制图
7.4PLC控制输出输入接线
下图为PLC控制输入输出的接线图:
图7-2PLC控制输出输入接线
8.系统程序设计
8.1梯形图
下图是自动门控制系统的PLC的梯形图,该系统主要完成自动门的开、关控制及其出现故障时能实行手动控制。
8.2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T37重新延时。
4、当8秒的延时完毕后T37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。
9.总结
回顾起此次西门子plc课程设计,令我们仍感慨颇多。
短短的时间里,付出了不少时间和精力,努力地查找资料、绘制电路图等,但学到了很多很多东西。
同时,不仅巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,才能提高自己的思维能力和实际应用能力。
在设计的过程中常遇到问题,可以说是困难重重,第一次做此类设计,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次课程设计之后,一定把以前所学过的知识重新巩固。
时间说长不长,说短也不短,在这段时间
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