课程设计（论文）-基于PLC控制自动门系统的程序设计.docx

基于plc自动门控制系统的设计学生：胡涛 （指导老师：罗靖宇）（淮南师范学院电子信息科学与技术）摘要:本课程设计设计主要是关于plc自动门控制系统，其系统主要由plc、传感元件、驱动元件、传动元件构成。其工作原理是传感元件感应到物质信号从而传送到plc控制平台，经过传感元件接受和收回控制信号使驱动元件执行和通过传动元件管制门的运作。综合plc自动门简洁设计，本课程设计主要研究的是自动门。plc控制系统已成为无人化操作的普遍应用平台，由于plc操作系统简单，系统稳点且维修方便的优点，对于自动门有很好的控制效果，所以越来越多的生产商家采用plc操作系统来做自动门的控制器。关键词:plc、自动门、传感器based on plc automatic control system designstudent: hutao(faculty adviser：luojingyu)（huainan normal university ,college of electrical engineering）abstract: this course design is about the plc automatic control system design, the system is mainly composed of plc, sensor, drive components and transmission components. and the working principle is the sensor sensing material to transmit signals to the plc control platform, through the sensor signal control, driving element in through transmission element control door operation. comprehensive plc automatic doors and concise design, this design paper mainly studies the automatic door, plc control system has become a common application platform on the unmanned operation, because of plc simple operation system, the system stable point, and the advantage of easy maintenance, for automatic doors have a very good control effect, so the control system is used of more and more businesses.keywords: plc、 automatic door、sensors前言随着90年代全国的发展变化和改进，其中数自动化技术改进和完善许多部分，并在商场、企业、办公场所获得了巨大的成就，自动化技术的产生让自动门设计原理得到了理论的支持并且落实在广泛领域，在商店、企业、办公、各行各业浮现着自动门的身影，生活中自动门可以隔绝污染、噪音、防风、防尘、同时使得门的出入变的简洁大方，因此被各行各业广泛应用。自动了的制作经历了稳定、造价、维修方面的缺陷，主要是因为继电器控制本身的缺陷。所以现在大多数厂家采用plc控制自动门系统。本课程设计在考虑自动门的基本功能和稳定性的基础上，采用简洁易懂的plc控制系统，在成本和结构上完成自动门的plc控制。1 本课程设计思路1.1本课程设计的主要内容和意义平移自动门的硬件设计采用德国西门子s7-200plc模块em223 8入8出继电器5a，在平移自动门的软件设计方面，本课程设计运用plc编程语言梯形图，plc的优点下面列举：1) 可靠性强，抗干扰能力强plc可编程控制系统的高可靠性是电子自动化控制设备的关键环节所在。plc由于引用了如今大型规模集成电路技术（integrated circuits），很多公司在生产工艺制作上，抵制干扰技术也被加入plc内部电路系统。比如三菱公司（mitsubishi）生产的f系列plc在无故障的情况下连续使用时间大约为1900万分钟。一些使用复杂精密的cpu的plc控制系统在无故障的情况下，使用寿命甚至超过3000万分钟。在plc可控制编程系统的的机器外部电路系统方面，应用plc可编程管制来构成核心cpu，相比较来说继电器就远远不如了，自动电动器件的接线及开关接点已缩减到了万分之二，无故障的情况也就也就浮现出来。除此之外，plc内部安装了特别的硬件故障副查功能，在出现错误故障时可以用铃声来提醒。在plc大力发展的时代，关于plc的产业已经形成了小型、中型、大型。种种产品也能够用于工业管制。除了电机电路的逻辑处理功能以外，可编程控制系统plc数据处理方面很完美。在数字控制领域的平台下，可编程控制系统 plc的控制系统单位元件大量出现，plc渗透的领域包括数子化管制机床、管制方向、管制温度等各种产业领域中。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，能耗低本课程设计关于plc的自动门设计对我国行业不仅是一次技术上的加强也是开展了plc自动门在自动化领域的道路，具有着市场研究价值。1.2自动门类型的选择自动门可分为平开、旋转、折叠自动门。自动门大体上分8大种类，即平开推拉自动门、旋转自动门、圆型弧度自动门、平滑移动自动门、折叠反转自动门、伸缩式推拉自动门、推拉自动门。在场地用途方面上可分5品种，工业自动门、商务用自动门、车库存放自动门及单位庭院自动门。自动门分大型企业重量型和体积小型自动门。自动门按使用的程度上一般分过载使用自动门和简易使用自动门。自动门一般都是在自动门的上装上感应元件，物体靠近门时感应元件感觉到人的存在，并给与控制元件一个信号，控制元件通过驱动元件控制电机使自动门开启。当人通过门后，感应元件无法识别到人，有给控制元件一个信号使得门关闭。由于自动门的无人管理系统，在节约人力的情况下迅速在全世界得到了普及，本课程设计我们选择平移自动门。1.3自动门的控制分类按照控制器分类可分为继电器控制和智能控制器控制,继电器控制就是用电流控制的开关装置，也就是通过开关按钮和接线线路来控制系统的运作。智能控制器管制，即设计一个控制器，同时具备自主学习、逻辑推理、决定措施等功能，并能依据外界环境（包罗被控对象或被控进程）信息的变更作出顺应性反应，从而完成如同机器人一样来实现工作。继电器控制的自动门在运作的过程中出现一些问题导致自动门无法正常运作，而智能控制器很好的处理了这一点。在控制器的选择方面，市场上常用的控制器有微型pc控制器和plc控制，微型pc控制器有携带方便、空间占有小、安装简易等优点，而plc控制则是系统稳点，造价便宜，维修便捷，很多大型商场和企业的都使用plc控制自动门系统。2 可编程控制器（plc）的原理知识2.1plc的来源1968年由于继电器在汽车装置更新方面的繁琐性，美国数字设备公司（digital equipment corporation in the united states）研制第一台plc（programmable logic controller）pdp-14，美国数字设备公司（dec）研发成功并用于（gm）的流水生产线上。随着大型规模集成电路技术（integrated circuits）和微型计算机（microcomputer）的发展于70年代引用到plc中。在20世纪70年代初可编程控制器由于引进了微处理器（ microprocessor），plc可编程逻辑控制器也被正式命名和引用。在1980年代至1990年代也是plc开展最快的阶段期间，甚至在一些领域超越了当时的dcs系统。20世纪末期，为适应各个产业和单位，plc伴随着大型、中型、小型、超小型机应运而生。从而不仅仅是片面的丰富了可编程逻辑控制器（plc）全套设施，而使得plc愈加繁荣。2.2plc的原理plc与微机（microcomputer）大体相同。plc包含中央处理单元（cpu）、储存器（ram、rom）、输入输出单元（i/o单元）、电源（power）、编程器（prgmr）中央处理单元（cpu）。如下plc原理图（图1）图1 plc原理图2.3plc的定义依照全国电工委员会(iec)的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子装置,专门设计用于工业环境。它使用并安装一个可编程的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算功能、顺序控制功能、定时功能、计数和算术等功能,并通过数字信号（dsp）和模拟信号(idsp)的信号输出，从而控制种种类型的机床或生产过程。可编程序控制器及相关设备,应按容易实践和工业控制系统作为一个整体,方便扩充其功能的原则设计。”2.4plc的特点1)可靠性高、抗干扰能力强1）隔离2）滤波3）在plc内部电源提供的中央处理单元(cpu)屏障隔离,稳定的电压,保护措施,在中央处理单元(cpu)加载一个干扰信号通过电源这个媒体到plc,以及各种i / o连接电路不干扰的能量来源,防止电源之间产生干扰等等一系列问题。4）在可编程控制器（plc）的内部安装连环锁定、检测环境的与分析等通电线路，plc内部安装了特别的硬件故障副查功能，在出现错误故障时可以用铃声来提醒。5）在可编程控制器（plc）外部使用密闭封锁、隔绝灰尘以及抵抗环境所带来的震动的坚固表面材质结构，使得plc在各种条件下都能稳定的运行程序操作。其内部设置在可编程序控制器(plc)故障检测和诊断过程这一系统，当plc每个扫描系统所处的状态,用户所使用或编写的程序、工作中的条件和故障复查，发现一个错误后立即自动处理相应的风险。plc用户程序和动态数据用电池来进行备份，为了确保plc断电后信息不会消失。1)功能完整，适应能力强2)直观和简单的编程3)简易安装、易于维护4)体积小、重量轻、能耗消耗低3 自动门控制系统的总设计规划3.1自动门的功能要求1）开启和关闭控制手动和自动模式为了方便维护，自动的模式选择应该有二种：手动和自动模式。当自动门感应器感应到人靠近自动门但自动门没有开启或者是当自动门感应器感应到人已经离去时自动门并未关闭，此时plc控制电机的正反转驱动装置来开关门。自动门系统的简单组成构成如下图（图2）：图2 自动门系统的简单组成图由上图我们可以看出来，其系统主要由plc、传感元件、驱动元件、传动元件构成。其工作原理是传感元件感应到物质信号从而传送到plc控制平台，让信号经过传感元件，传感元件收回控制信号使驱动元件运作，经过传动元件管制门的运作。2）紧急停止当有时人出现在自动门中而此时自动门处于闭合状态时（自动门夹人），自动门的闭合开关立刻停止，plc控制电机的反转来使自动门开启。目前大多数自动门的操作系统都包括plc和反馈执行元件。本论文设计就是以plc可编程控制系统当做中央处理器（cpu）,并通过电机来控制门的开关控制。3.2自动门的机械结构系统本自动门多用于商场等大型企业，所以本自动门课程设计在自动门的硬件控制系统上考虑了如下六点：1）在自动门的传动元件上含有：门座起重机、安装板块、传送皮带、起吊装置等一系列工具。2）在驱动电机的选择方面采用大功率可调直流电动机（64v）3）水平双向导轨，使门的中心靠向中间，避免自动门无法完全闭合造成灰尘的堆积以及无法隔绝空气。4）传送带的滑轮：我们使用ownic自动滑轮5）传送皮带：用东控门禁锯齿状皮带，锯齿状的样式使得与传送齿轮的齿轮方面凹凸吻合符合标准。4 plc控制自动门的硬件结构4.1plc类型的选择1）输入输出(i/0)点数 输入12点输出12点。2）储存器内存大小的选择内存大小一般是输入输出数字（i/0）的13倍左右+模拟（i/0）的100倍，最好加加上30%额外内存来保障储存器内存大小的充分性。3）控制功能的选择如图（图3）图3 plc控制功能的树状选择图4）对plc时间响应的要求：plc的任务模式对输出滤波的时间，输入滤波的时间、扫描周期（t）的目标明确：在接受频率（f）过大也就是扫描周期（t）过小的信号，需要扫描速度更快的plc响应模块。综上，我们使用德国西门子s7-200plc模块em223 8入8出继电器5a。4.2驱动装置选择类型自动门的驱动器咱们用atm防护亭银亭直流无刷电机驱动器v2。基本原理：记忆自测的过程，实现定位；被生产出便会被动的自动检测下自己，记忆性能会一直持续到产品换代；dsp处理器控制直流无刷电机，从而运转高速电子转换方向，驱动电机使得电机的速度和轨迹一至；能配合主控制器cpu处理系统，自行解决驱动器内部的弊病。4.3感应器件的选择类型感应器件分二种微波感应器（microwave sensor）、红外感应器（infrared sensors）。1）微波感应器的特点微波感应器发射出10.525的微波并用微波接收器来接受该波。优点：不受环境影响（声音、温度等），不需要用接触来作为探测的媒介。2）红外感应器的特点在扫描范围对一切物体作出光反射从而产生反应，但是就反应速度来说微波更为迅速。本课程论文微波自动感应器用24g微波感应器红外传感器松下机组通用款。参数如下表（表1）表1 24g松下微波感应器参数表型号：24g微波感应器供电电压：ac/dc 12vac/dc24v工作频率范围：240g(mhz)感应探头工作频率：50hz60hz工作指示方式：led感应时间/延迟时间：real-time/0.5sec感应范围：4.0m（h）x3.0m（d）静态功耗：200mv工作功耗：03.0va探头可调节角度：40160工作温度范围：-25c - +55c相对湿度：095%安装方式：wall4.4直流电动机的选择类型直流电动机方面我的设计论文中选择直流无刷电动机，原因如下：1)运行效率高，功率、转矩密度高； 2)转矩过载特性强、低电压（u）特性好、启动电流(i)小、启动转矩大；3)无刷电动机的特性和刷电机一样，变化频率的驱动器，所以又名直流变频。5 自动门控制的软件设计5.1自动门逻辑图设计为了建立合理有序的自动门控制系统，我们首先应该使自动门控制系统有逻辑防止出现逻辑上的错误，我编辑了下自动门开启和关闭的逻辑顺序下图为自动门控制系统逻辑原理（见图4）图4自动门控制系统逻辑原理图1)当门检测到有人时，此时门打开，之后开到最底，此时开门开始计时，计时结束门关闭，之后关到最底，停止运行，关门结束。2）开关门的时候有人进入，门停止关门动作并执行开门动作。3）其次还分手动开门和关门。5.2 plc梯形图设计根据如上工作原理，我设计并绘出plc梯形图已实现如上操作，下图为自动门工作过程分析（见图5）图5 自动门控制系统plc梯形图1）当自动门外的光电传感器检测到人或物体进入或离开自动门时，此时常开端口x0闭合，y0得电，此时自动门进入开门状态，同时继电器m0得电，y2得电使得自动门快速开启；2）当自动门开启到一定状态时，x4（开门减速行程开关）开始运行并闭合，此时继电器m4得电，从而使得m4长闭端开启，y2再次得电，门减速开启；3）当门完全开启时，此时x3（开门到位行程开关）开始运行并闭合，此时继电器m2得电，从而使得m2常闭端口断开，y1不得电，开门停止，此时定时器t0开始计时，此时定时器进入计数8秒，此时y1不得电，所以自动门一直开启，当人或物体离开门，定时器计数8秒后，y1得电，自动门开始关闭（关闭状态原理同开门状态）。4）当自动门开启状态下有人或物体靠近门，此时屋外传感器检测到物体，从来使屋外光电传感器接受信号，从而端口x2闭合，y0得电，继电器m1得电，此时定时器进入计数8秒，此时y1不得电门且一直开启，当人或物体离开门，定时器计数8秒后，y1得电，自动门开始关闭（屋内遇到人或物体原理相同）。5.3在自动门控制系统中i/o地址分配表如下（表2）表2 i/o地址分配表i/0分配表输入点：x0：屋外光电开关控制的继电器ka1x1：屋外光电开关控制的继电器ka2x2：开关到位行程开关sq1x3：开关到位行程开关sq2x4：开关到位行程开关sq3x5：开关到位行程开关sq4输出点：y0：开关接触器km1y1：关门接触器km2y2：换速继电器ka35.4 自动门主电路系统利用最基本的点动控制线路，我设计出自动门控制系统的电路主要回路根据需要的分配表主电路及供电线路（图6），以此来完成自动门控制主回路中的逻辑控制。图6 主电路及供电线路5.5 外围接线（图7）图7 外围接线图1)当物体通过自动门时，此时检测开关(ka1/ka2)开启，而且km1得电，电动机正向转动，抵达开门最大程度。此时也就是开门限位开关k3开始闭合任务，电动机停止任务且自动门不在持续执行开启举措。2）自动门在门开启抵达最大的程度并持续8秒之后，自动门将进入关闭状态，此时km2得电，电动机反向转动，门关门到最大水平。此时也就是限位开关k4开始闭合工作，电动机终止任务，自动门不在继续执行关闭任务。此时门卫关闭状态。3)当自动门开门的时候，如果有人通过自动门传感器，此时感应器光电检测开关（km2/km1）闭合，电动机停止运行，并转换成开门状态。4）自动门在门关启前的的延迟中，如果有人或物体通过自动门，此时光电检测开关（km1/km2）又在闭合，延迟开关由重新进行延迟8秒，使自动门保持开启使人通过。5.6指令器（表3）0ldx00120anix0011orx00121outy0012ory00022outm33anim123ldm04outy00024orm35outm025anim46ldx00226outy0027outm127ldx0048ldx00328anim39outm229ldx00510ldm130anim011anix00031orb12anix00132o