PLC自动门课程设计

1、燕山大学课程设计说明书题目：自动门控制装置学院（系）：电气工程学院年级专业：仪表二班学 号：学生姓名：指导教师：韩立强教师职称：副教授燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表学号学生姓名专业（班级）仪表二班设计题目自动门控制装置设 计 技 术 参 数完成自动门控制装置，包括编写程序和硬件接线图，要求当有人按下开门开关 时，门自动打开，然后又能自动关闭。该控制系统有4个输入点，2个输出点。I/O点总数为13个。工艺控制简单，但是对系统的可靠性、抗干扰性能要求很 高，所以采用PLC控制。设 计 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

2、门执行机构KM1电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电动机停止运行。2） 自动门在开门位置停止8秒后。自动门进入关闭过程，关门执仃机构KM启动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4时电动机停止运行。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8秒等待时间内，右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，再进入关门过程，以保证人员安 全通过。工 作 量1熟悉相关pic开发软件2绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、PLC硬件电路、I/O接口表3编写PLC控制程序（梯形

3、图和指令表）工 作 计 划1.第一天安装pic开发软件（GX Developer ）,熟悉该软件的操作 2认真分析任务说明书，根据题目要求理清设计思路，画设计流程图。 3编写plc控制程序（梯形图和指令表），并绘制电气原理图4进行编写程序的调试，观察时序图5撰写课程设计报告参 考 资 料PLC电气控制技术，漆汉宏主编，机械工业出版社，2006年FX系列PLC编程及应用，寥常初 主编，机械工业出版社，2004年其他资料指导教师签字韩立强基层教学单位主任签字谢平说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2013年7月2日目录摘要 1第一章pic简介 2第二章自动门控制系统总体方

4、案设计 42.1自动门的功能需求分析 42.2自动门的控制要求 42.3自动门控制系统构成 5第三章 自动门控制系统的硬件设计 53.1PLC的选型 53.2检测开关 63.3限位开关 73.4I/O地址分配表 73.5电路连接图 7第四章自动门控制系统的软件设计 84.1 工作过程分析 84.2梯形图程序 94.2.1梯形图的概述 94.2.2梯形图的设计 10第五章程序调试 11心得体会 15参考文献 16附录2摘要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（PLQ、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

5、 再综合收到的自动门状态信号作出判断，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。随着电子技术的发展， PLC 不断的更新， PLC 控制已成为自动 控制中最常见的方式之一。自动门就是自动控制应用的以典型例 子，由于可编程控制器具有很好的处理自动门开关控制及良好的稳 定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此，自动门的生产商 家很多都运用PLC来做门的控制器。目前自动门在日常生活中用越 来越广泛。 PLC 控制具有较高的可靠性、 稳定性、 维修方便等优点。21第一章PLC简介可编程控制器，英文 Programmable Controller,简称PLC,本课题中用 PLC

6、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, 把经输入电路的物理过程得到的输入信息, 变换为所 要求的输出信息,进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC基于电子计算机，但并不等同于计算机。普通计算机进行入出信息交换时， 大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性、以及信息的实际使用。特别要考虑怎样适应于工业环境,如便于 安装便于门内外感应采集信号, 便于维修和抗干扰等问题, 入出信息变换及可靠

7、地物 理实现，可以说是 PLC实现控制的两个基本点。PLC可以通过他的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电器控制装置多得多、强得多。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 （ 可以实现各种内外中断 ） 功能；（ 6） 程序与数据存储功能；（ 7） 联网通信功能 ；（ 8） 自检测、自诊断功能。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都可以做到。像 PLC这样，集丰富功能于一身,是别的电控制

8、器所没有的,更是传统的继电器控制电路所无法比拟 的。丰富的功能为 PLC 的广泛应用提供了可能,同时,也为自动门行业的远程化、 信息化、智能化创造了条件。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）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(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

9、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

10、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

11、户程序来实现的。但是CPU是分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序一次完成相 应各电器的动作，便成为时间上的串行。由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时 完成的，但实际输入输出的响应是有滞后的。c. 控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制， 工作频率低， 触点开闭动作一般几 十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题；而 PLC是由程序指令控制半导体电路 来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，且不会出现抖动。第二章 自动门控制系统总体方案设计2.1 在自动门的功能需求分析本设计面向市场的应用，需

12、要有安全性和可靠性。根据市场中对自动门的具体要求， 本课题所设计的自动门为了便于维护，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。2.2 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

13、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。2.3 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。2.4 流程图见附录第三章硬件控制3.1 PLC 的选择在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作

14、就是PLC工程设计选型。工艺PLC的功能、外部设备特性流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此工程设计选型和估算时，应详细分 析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需要的操作和动作，然后根 据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器的容量、确定等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。（1）输入输出（ I/O ）点数的估算I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加10%到20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。根据估算的方法故本课题的I/O 点数为输入 6点，输出 2 点。（2）存储器容量的选择存储器容量是可编程序控制器本

15、身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目实用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器的容量。设计阶段， 由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，须在程序调试之后才知 道。为了设计选型时，能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替， 存储器内存容量的估算没有固定的形式，许多文献资料中给出了不同的公式，大体上都 是按数字量 I/O 点数的 10 到 15 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字 数（16位为一个字），另外再按次数的25%考虑余量。因此本课题的 PLC内存容量选择应 能存储索要储存的程序，这样才能在以后的改造过程中有

16、足够的空间。（ 3） 控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等性 能的选择。根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，主要介绍一下几种功能的选择。a 控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。b 编程功能离线编程方式：PLC和编程器共用一个 CPU编程器在编程模式时， CPU只为编程 器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低

17、系统成本，但使用和调试不方便。 在编程方式：CPU和编程器有各自的 CPU主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内 与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期， 主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型 PLC中常采用。五种标准化变成语言：顺序功能图（SFO、梯形图（LD）、功能模块图（FBD三种图形化语言和语言表（IL ）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守标准(IEC6113123),同时，还应支持多种语言变成方式，如C, Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。c 诊断功能PLC 的诊断功能爆孔硬件

18、和软键的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故 障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软键对 PLC的CPU玉外部输入输出等部件信息叫唤功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。3.2光电检测开关它是光电接近开关的简称，是利用被测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通所要接通的电路，从而检测物体的有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可检 测。光电开关将输入电流在发射器上转化为光信号射出，接受器再根据接受到的光线强 弱或有无目标物体进行探测。3.3限位开关限位开关又称行程

19、开关，是一种利用生产机械某些运动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器 件。限位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分的动作，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。3.4 I/O地址分配表输入/输出信号在PLC接线端子的地址分配是进行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

20、配人员根据线路图来安装控制柜。 I/O地址分配是编写 PLC程序首先要做的前提条件，也是现成接线和调试的重要依据。PLC控制系统的I/O地址分配如下表:X0门外光检测电开 关X1门内光检测电开 关X2开门限位电开 关X3关门限位开关X4手动开门X5手动关门Y1电机正转Y2电机反转3.5电路连接图主电路图：Illi I 仃FN外部硬件连接电路第四章 自动门控制系统的软件设计4.1 工作过程的分析根据本课题的控制要求和安全要求， 所设计的程序按照下图所示的流程运行， 已达 到本系统的最佳设计要求和完成系统的最终设计，工作流程如下：（ 1）首先按下启动按钮，当传感器检测到能有人体信号时，电动机正传，

21、带动自 动门执行开门过程。（2）当门完全打开之后，使开门限位开关打开，此时自动门停止，进行8 秒延时。若此时感应器重新检测到有人体信号时，则在重新进行 8 秒延时（ 3）当 8 秒的延时完毕后，电动机反转执行关门过程。在关门过程中，传感器重 新检测到人体信号时，此时中断关门转向开门过程。（4）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。以上工作过程可用流程图表达如附图所示。4.2 梯形图程序4.2.1 梯形图的概述PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者工厂广大电气技术人员，为了适应他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC不采用微机的编程语言，而常常采

22、用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。国际电工委员会（IEC ） 1994 年 5 月公布的IEC1131-3（ 可编程控制器语言标准 ）详细的说明了句法、语义和下述 5 中编程语言：功能 表图（sequential function chart ）、梯形图（ladder diagram ）、功能块图（function black diagram） 、指令表（ Instruction Iist ）结构文本（ strured text ）。梯形图和功能块 图为图形语言，指令表和结构文本为文字语言，功能表是一种结构块控制流程图。梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种设计语言。

23、采用梯形 图程序设计语言，这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果，每个 梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件的结果表示在 右面。梯形图设计语言是最常见的一种程序设计语言， 它来源于继电器逻辑控制系统的描 述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉。因此，由这 种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到欢迎，并得到广泛应用。梯形图程序设计语言的特点：1. 与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；2. 与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习；3. 与原有继电器逻辑控制技术的不同点是：梯形图中的能流（Power Flow ）不是实

24、际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此应用时需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；梯形图是使用的最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言梯形图与电气控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电器人员掌握，特别适用 于开关开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。4.2.2梯形图的设计设计梯形图的基本方法和步骤：（1）首先根据工艺过程控制要求，画出控制流程图，力求表达清晰、准确。必 要时可以把控制系统分解成几个相对独立的部分，尽量简化，利于编程（2）将所有的输入信号（按键，行程限位开关，压力开关，压力、速度、时间 等传感器）和输出控制对象（接触器、电磁阀、电动机、指示灯等）分别列出，按被 采用的PLC型号内部逻辑元件编号范围，对 I/O端子做出相应的分配和安排。（3）根据控制流程图，有规律的分配和利用 PLC内部有关的逻辑元件 （如辅助继 电器、定时器、计数器等）构成相应的基本回路。（4）以梯形图的形式来描述控制要求，绘制梯