基于PLC自动门控制设计论文

基于PLC的自动门控制设计摘要随着科技的发展，我们的生活发生了翻天覆地的变化。一个智能化、自动化的社会已经开始出现在我们眼前，这为我们提供了很多便利。其中，自动门是自动化过程的典型代表。这种设计是基于所学知识和实际需要。为了提高自动门运行的可靠性，提出了一种以S7-200可编程逻辑控制器（PLC）为核心的自动门控制系统。分析了控制系统的工作原理，描述了系统的硬件组成，人体感应检测、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。OK解释。结合PLC的运行特点，对控制系统的工作流程进行了合理优化。在此基础上，给出了控制系统软件设计的程序流程图、时序功能图、外部端子接线图和PLC控制梯形图。本设计介绍了应用可编程控制器替代传统继电器和接触器控制系统实现自动门控制的过程。关键词：可编程控制器；S7-200；自动门；控制系统前言自动门控制系统是现当代社会应用非常广泛的设备。自动门已广泛应用于宾馆、银行、超市、停车场或公共建筑等出入口。它的主要核心部分——自动门控制系统正是我们的本意。本文的主要研究课题。自动门是指能将人接近门的动作（或某种进入授权）识别为开门信号，通过驱动系统开门，人离开后自动关门的控制单元，对打开和关闭的过程有很好的了解。实现控制的系统。自动门的性能主要取决于其控制装置。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，存在安装繁琐、体积大、不稳定、维修困难等缺点。它已逐渐被淘汰。目前，自动门及其自动化行业中最稳定的控制设备是可编程序控制器（以下简称PLC）。PLC是专为工业环境中数字化操作和操作而设计的电子设备。它使用可编程存储器来存储用于执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算的指令，并且可以控制数字或模拟和开关逻辑的输入和输出。，控制各类机械或生产过程，PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、功能齐全、适用性强、系统设计和施工工作量小、维护方便、改造容易、体积小、重量轻、价格低等优点能源消耗，例如：由可识别传感器控制的各种自动特殊门。这是自动化生活过程的重要组成部分。自动门的问题研究，其控制系统可以追溯到早期采用继电器逻辑控制的自动门控制系统，现已逐渐被淘汰。基于PLC（可编程控制器，以下简称“PLC”）的自动门控制，以其故障率低、可靠性高、维护方便等优点得到了广泛的应用。因此，在本次设计中，我以西门子S7-200系列PLC作为控制系统的核心部件进行信号处理。感应部分采用BISS0001芯片和RE200B热释电元件组合，实现人或物进出时的信号转换装置。实现门的开启和关闭，采用直流电机作为动力装置，再加上继电器控制实现电机的正反转，并加了行程开关作为限位来实现这个功能，因为上述设备在生活中非常容易。它价格实惠且易于维护，是各种生产应用的理想选择。本课题研究的自动门控制系统主要以PLC为控制基础，加上红外热释电传感器的应用，从而实现门的“自动”功能。本设计扩展了PLC的应用层次，增加了自动门控制系统的选择性实现。第一章介绍本章主要从自动门的研究背景和意义、自动门的介绍和起源、自动门的组成和分类三个部分对自动门进行简单的了解。1.1研究背景及研究意义21世纪的今天，门在安全性和有效性的概念上更加突出：有效的防通行、疏散，同时也突出了建筑艺术的概念，强调门和建筑艺术的概念，并强调门和建筑与周围环境的融合。协调与和谐。自动门的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，涌现出一大批具有独特规模的专业化厂家。门的先进形式——自动门起源于欧美，发展至今迅速，形成了种类齐全、功能齐全、做工精细的自动门家族。大中型公共空间为这些建筑增添了明亮时尚的态度。对自动门的理论理解应该是门使用概念的延伸，是根据人们的需要对门的功能进行改进和完善。因此，对自动门的了解应该从人们对门功能的要求开始。门作为建筑物的一部分，从最基本的意义上来说，必须满足隔绝外界环境、不阻碍人行进的要求。因此，门本身应牢固、密封。自动门的普及应用改变了人们的防护意识，提高了人们的安全观念。除了美化自动门的出入口环境外，由于我国没有自动门的相关国家标准，自动门的档次和质量参差不齐。如果您从未使用过自动门，最好选择专业厂家生产的自动门品牌，并能提供更好的售后服务（目前自动门品牌很多，一些贸易公司购买零件和自己组装。尽量避免购买此类产品）。不要以为所有的样品都是外文的，材料都是外文的，都是进口产品。事实上，这是违反国家规定的。真正的知名品牌，正版商品不这样做。由于自动门通电后可无人看管，同时可节省空调能源，防风、防尘、降低噪音，既方便又提高了建筑物的档次。.同时，几乎成为银行、写字楼、酒店等办公娱乐场所装修不可缺少的配置。自动门推拉门最常见的形式是自动门操作器和门两侧的雷达。当有人接近自动门时，雷达感应到人的存在并向控制器发出开门信号，控制器通过驱动装置开门。当人通过门时，关上门。由于自动推拉门通电后可实现无人管理，使用方便，提高了建筑物的档次，因此在国外建筑市场迅速普及。自动门的开门信号是接触信号，微波雷达和红外传感器是两种常用的信号源。微波雷达响应物体的位移，因此响应速度快，适用于步行速度正常的人经过的地方。门会关闭，对开门者有一定的保护作用。红外感应器对物体的存在做出反应，无论人是否移动，只要在感应器的扫描范围内，都会做出反应并发出接触信号。缺点是红外感应器的响应速度较慢，适用于人来人往的地方。1.2自动门介绍自动门英文名称：automaticdoor二十世纪以后，自动门开始在建筑物中使用。1920年代后期，随着美国超市的开张，开始使用自动门。受此影响，世界第一自动门品牌Dormer于1945年研发出液压和气动自动门，新大楼的前门也开始动工。用过的。到1962年，电动门开始出现，随着城市的建设，自动门技术领域逐年增多。刚开始用建筑物的电源很难控制电机的速度，所以不得不进行油压和气压调速。但是，能源利用效率非常低。然而，随着电气控制技术的发展，电气控制技术现已成熟。，直接控制电机的电动自动门逐渐成为主流。例如：各种可识别控制的自动专用门，如：感应自动门（红外线感应、微波感应、触摸感应、脚踏感应）、信用卡自动门等。一种利用脚踏板、光电梁等利用电力、气压或液压动力自动开启和关闭门扇的系统。公元1世纪，由希腊人Hiro建造的自动打开寺庙门的装置是第一个由气压和液压驱动的自动门。如图，点燃祭坛使1内的空气膨胀，水流入2，轴3因水的重量而旋转，门打开。当祭坛熄灭时，门会自动关闭。现代自动门有三种主要的操作方式。①脚踏式：脚踏下方有压力开关。②光束式：在门附近设置光束发射装置和光电传感器装置。③按钮方法：用手按一个类似开关的按钮开门。自动门通过滑动、铰链或折叠来打开和关闭门。为防盗，必须同时安装专用设备。例如，家中使用的自动门需要配备人员识别装置或电视监视器等，家外人员受到严格限制。自动门已广泛应用于商场、宾馆、饭店、机场、车站、银行等场合。1.3自动门的组成及分类1.3.1自动门的组成主控制器：是自动门的指挥中心。通过与部门编写的指令程序的大型集成块，发出相应的指令，指令电机或电锁系统工作；同时，人们通过主控制器调节门的开启速度和开启范围。和其他参数。感应探测器：负责采集外界信号，就像人的眼睛一样，当有运动物体进入其工作区域时，会给主控制器一个脉冲信号；动力电机：提供开关门的主动力，控制门扇的加减速。门扇运行轨道：就像火车的铁轨一样，它约束门扇的吊具轮系统，使其沿特定方向运行。门扇吊轮系统：用于悬挂活动门扇，带动门扇在动力牵引下运行。同步带（有些厂家使用三角带）：用于传递电机产生的动力，拉动门扇吊具轮系统。下导向系统：是门扇下部的导向定位装置，用于防止门扇运行时前后门体摆动。1.3.2自动门的分类自动门主要有：旋转自动门、弧形自动门、光面自动门、平开门自动门、折叠自动门、重叠自动门、医用自动门、卷帘自动门、车库自动门、特种自动门。如图所示弧形自动门双平移自动门双扇平移自动门第二章PLC概述2.1PLC的组成2.1.1PLC的基本结构·CPU模块·输入输出模块·编译器·电源·界面2.1.2CPU模块CPU是中央处理器（CentralProcessingUnit），是PLC的核心部件，由运算器和控制器组成。主要用于：接收和存储来自编程器的用户程序输入；检查编程过程是否有错误；进行系统诊断；解释和执行用户程序；完成一些通讯和外设的功能。2.1.3输入输出模块I/O模块，即输入/输出模块，是PLC与外界连接的接口。输入模块：输入模块是用于接收和采集两种输入信号的模块。一种是按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等一系列开关。开关量输入信号。另一种是模拟输入信号，如电位器、测速器和各种变送器。·输出模块：输出接口用于连接被控对象中的各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀、调速装置等。2.1.4程序员编程器是PLC最重要的外围设备，是PLC不可缺少的组成部分。编程器的作用是输入和编辑用户程序，调试程序，监控程序的执行过程。通常有两种类型的程序员：简单程序员和图形程序员。简易编程器体积小，价格便宜，适用于小型PLC，但需要在线编程；图形编程器是指带有显示屏的编程器，有液晶显示器（LCD）和阴极射线式（CRT）两种，可以通过指令语句编程，也可以通过梯形图编程，在线或离线.不仅操作简单、功能强大，还可以连接打印机、绘图仪等设备。但价格较高，不适合小型PLC。随着PLC联网功能的增强，出现了第三种编程方式——计算机辅助编程。由于电脑操作简单，编程量和工作效率都比前两位程序员高很多。因此，越来越多的用户喜欢采用这种编程方式。2.1.5电源模块PLC部分配备开关式稳压电源供电模块，用于将外部宫殿电源转换为PLC部门CPU、内存和I/O接口工作所需的直流电源.2.2工作原理PLC有两种工作状态，运行状态（RUN）和停止状态（STOP）。在运行状态下，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制。为了使PLC的输出响应随时可能变化的输入信号，用户程序不仅执行一次，而且反复重复执行，直到PLC停止或切换停止工作。PLC在每个循环中除了执行用户程序外，还要完成部门处理、通讯处理等。一个循环可以分为5个阶段：开始→诊断→与程序员沟通→读入程序→执行程序→输出结果→开始2.3PLC的选择在设计PLC系统时，第一步是确定控制方案，下一步是PLC工程设计的选择。工艺流程的特点和应用是设计和选型的主要依据。因此，在工程设计选型和估算时，应详细分析过程的特点和控制要求，明确控制任务和边界，确定所需的操作和动作。PLC功能、外部设备特性等，最终选择性价比更高的PLC，设计相应的控制系统。2.3.1输入和输出(I/O)点的估计在估算I/O点数时应考虑适当的余量，通常根据统计输入输出点数，然后将可扩展性提高10%到20%。留出余量后，作为输入输出点数的估计数据。实际订货时，还需要根据厂家PLC的产品特性，四舍五入输入输出点数。根据估算方法，本设计的I/O点数为输入12点，输出12点。2.3.2内存容量的选择内存容量是可编程控制器本身能够提供的硬件存储单元的大小，而程序容量是内存中实际存储单元的大小供用户应用项目使用，因此程序容量小于内存容量。在设计阶段，由于用户的程序还没有被编译，所以程序容量在设计阶段是未知的，必须在程序调试完成后才能知道。为了在设计和选型时对程序容量有一定的估计，通常使用内存容量估计来代替。内存存储容量的估算没有固定的形式。许多文献给出了不同的公式，一般以数字量I为基础。10～15倍/O点数，再加上100倍模拟量I/O点数，作为存储的字数（16bits为一个字），然后按照25%的次数考虑余量。因此，本设计的PLC存储容量的选择应该能够存储要存储的程序，以便在后续的改造过程中有足够的空间。2.3.3控制功能的选择选择包括运算功能、控制功能、通讯功能、编程功能、诊断功能和处理速度等性能的选择。根据本设计的要求，主要选择以下功能。(1)控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制。因此，在大多数情况下，常采用单回路或多回路控制器来解决模拟量的控制，有时还会采用专门的智能输入输出单元来完成所需的控制功能。提高PLC处理速度，节省内存容量。(2)编程功能的离线编程方式：PLC和编程器共用一个CPU。当编程器处于编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不控制现场设备。编程完成后，编程器切换到运行模式，CPU控制场景，不能编程。在线编程模式：CPU和编程器都有自己的CPU，主机CPU负责现场控制，在一个扫描周期内与编程器交换数据，编程器将在线编译好的程序或数据致给主机，在下一个扫描周期，主机根据新收到的程序运行。这种方法成本高，但系统易于调试和操作，常用于大型PLC。编程软件应带有五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）、语言列表（IL）和结构化文本（ST）。选用的编程语言应符合标准（IEC6113123），同时还应支持多种语言编程方法，如C语言、Basic语言等，以满足特殊控制场合的控制要求。(3)诊断功能PLC的诊断功能包括硬件诊断和软件诊断。硬件诊断是通过硬件的逻辑判断来确定硬件的故障位置。软件诊断分为诊断和外部诊断。通过软件诊断PLC部分的性能和功能是诊断，通过软件诊断PLCCPU的外部输入输出等部件的信息交换功能是外部诊断。PLC诊断功能的强弱直接影响对操作人员和维修人员技术能力的要求，影响平均维修时间。2.3.4机型选择（1）PLC型PLC按结构分为整体式和模块式，按应用环境分为现场安装和控制室安装两种；bit、64-bit等。从应用的角度来看，通常可以根据控制功能或输入输出点数来选择。一体式PLC的I/O点数是固定的，用户选择空间较小，用于小型控制系统；模块化PLC提供多种I/O卡或插卡，用户可选择和配置系统的I/O点数，功能扩展灵活，一般用于大中型控制系统。(2)从经济角度考虑选择PLC时，应考虑其性能价格比。在考虑经济性时，还应考虑应用程序的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素。比较考虑，最后选择比较满意的产品。输入输出点的数量直接影响价格。当点数增加到一定值时，相应的内存容量也应该增加。因此，点数的增加对PLC的选型、存储器容量、控制功能等都有一定的影响。因此，在估算和选型时应充分考虑，使整个控制系统具有更合理的性价比。本设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性考虑选用一体式PLC。2.3.5PLC响应时间的选择对于大多数场合，PLC的响应时间基本可以满足控制要求。响应时间包括输入过滤时间、输出过滤时间和扫描周期。PLC的工作模式决定了它不能接受频率太高或持续时间小于扫描周期的输入信号。有此类信号输入时，应选用扫描速度快或响应速度快的PLC模块和中断输入模块。基于以上因素，本设计采用德国西门子公司生产的CPU224小型PLC实现对整个系统的控制。西门子S7-200系列PLC是西门子在1990年代推出的一体化小型可编程控制器。它最初称为CPU21X，后来称为CPU22X。结构紧凑、功能强大、性价比高，广泛应用于中小型控制系统。在本设计中，我们选择了S7-200CPU224，它有14个输入/10个输出，总共有24个I/O点。大存储容量，7个扩展模块，内置时钟，更强的模拟和高速计数处理能力。西门子S7-200CPU224如下图（图4.2）图4-2S7-200CPU224本自动门设计选用的PLC为西门子S7-200CPU224，能满足要求。其性能如表4-1所示：表4-1S7200的参数主要业绩集成14输入/10输出，共24个数字I/O点，2输入/1输出，共3个模拟I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168个数字I/O点或38个模拟I/O点其他属性20K字节程序和数据存储空间，6个独立高速计数器（100KHZ），2个100KHZ高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由模式通讯能力特征本机还增加了多种功能，如设置模拟量I/O、位置控制特性、自整定PID功能、线性斜坡脉冲指令、诊断LED、数据记录和配方功能等。第三章自动门五金件硬件设计主要从以下几个方面进行：驱动装置的选择、传感装置的选择、自动门控制系统I/O地址的分配。3.1驱动单元的选择自动门的驱动装置是自动门能否正常工作的保证。在本设计中，使用了直流无刷电机。无刷直流电机功率密度高，噪音极低，调速性能好。它不仅具有交流电动机结构简单、运行可靠、维修方便等优点，而且具有直流电动机的线性机械特性、调速幅度和起动转矩。大、运行效率高等诸多优点。是“轻、小、薄、静、精密、可靠”等应用的最佳选择。本设计选用雅探电机控制生产的45BLDC系列直流无刷电机，电机直径φ45，额定转速4000转/分，额定扭矩0.036Nm，功率15W-100W，额定电压24VDC.3.2传感器选择目前，自动门行业使用的感应装置主要是微波传感器、红外传感器等。（1）微波传感器又称微波雷达，对物体的运动做出反应，因此响应速度快，适用于人行走速度正常的地方。微波传感器基于微波多普勒原理，以平面天线为感应系统，微处理器为控制。微波传感器特点：以10.525GHz微波频率发射和接收。其检测方式具有以下优点：非接触式检测，不受温度、湿度和噪声的影响。(2)红外传感器响应物体的存在，无论人是否移动，只要在传感器的扫描范围内，都会响应。此外，红外传感器的响应速度比微波传感器慢。根据不同的功能和性能，应用于各种场合的自动门控制系统。传感器是自动门系统的重要组成部分，其性能直接影响自动门系统的安全性和稳定性。结合设计要求，选择了安达门业有限公司。装饰型微波自动门感应器WB-3004，其规格如下：传感器参数表模型WB-3004电源电压AC/DC12V—AC/DC24V工作频率50Hz—60Hz感应探头工作频率10.525GHz(9.00GHz-12.00GHz)工作说明引领感应时间/延迟时间实时/0.5秒感应周长4.0M(W)X3.0M(D)静态功率：工作功耗：200Mw/12V550Mw/12V可调探头角度40º—160º工作温度范围-25℃—+60℃相对湿度0—95%安装方法墙3.3传输本控制系统中使用的传动装置具体包括以下几种：1自动门扇行走轨道：就像火车的轨道一样，门扇的吊具轮系统被限制在一个特定的方向上前进。2门扇自动行走系统：用于悬挂活动门扇，同时带动门扇在动力牵引下运行。3同步带：用于传递电机产生的动力，拉动自动门吊具行走系统。3.4限位开关限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械的一些运动部件的碰撞来发出控制指令的主电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的自动控制装置。限位开关广泛应用于各种机床、起重机械、轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一运动位置时，行程开关通过机器活动部分的动作将机械信号转换为电信号，从而实现对生产机械的控制，限制其运动和位置，从而为生产机器提供必要的保护。第四章自动门程序设计4.1自动门控制系统I/0地址分配表I/0分配是编写PLC程序的前提，也是现场接线调试的重要依据。PLC终端输入/输出信号的地址分配是PLC控制系统设计的基础。对于软件设计，只能在分配I/O地址后进行编程；控制柜与PLC的外围接线，只有确定I/O地址后，才能绘制电气接线图和装配图，以便装配人员可以接线图安装控制柜。I/O地址分配是编写PLC程序的首要前提，也是现成接线调试的重要依据。PLC控制系统的I/O地址分配如下：输入/输出信号的名称、代码和地址编号姓名代码地址号码输入信号门光电探测器开关K1I0.2门外光电检测开关K2I0.1开门限位开关K3I0.3关门限位开关K4I0.4开始停止K5I0.7手动开关K6I1.0手动关门K7I1.1输出信号开门器公里0Q0.0关闭执行器公里1Q0.1短路启动电阻接触器公里2Q0.24.2方案说明由于自动门种类繁多，本设计主要针对平移式自动门的PLC自动控制。所需功能部件：光电检测开关、限位开关、过载保护开关、直流电机。=1\*GB3①当有人接近自动门并通过光电检测开关时，有电流通过开关。由于开门限位开关常闭，线圈通电，电机正转。当门扇到达极限位置时，线圈断电，电机停止工作。=2\*GB3②当自动门扇到达极限位置时，启动延时定时器。8秒后自动进入关门过程，电机反转。当门扇移动到关闭极限位置时，开关常开，线圈失电，电机自动停止。=3\*GB3③关门过程中，如果有人接近自动门，应立即停止关门程序，自动进入开门程序。=4\*GB3④在开门后的8秒等待时间内，如果有人接近自动门，必须重新启动延时并等待8秒，然后自动进入关门程序，确保自动门可以安全通过。=5\*GB3⑤考虑到自动门在故障检修时间段内自动控制系统失灵，需要增加手动门开关。4.3程序流程开始如果K1和K2有信号打开门K3开电机停止延时8s如果K1和K2有开门信号，则延时8s关门如果K1和K2有信号K4开电机停止结束4.4继电器触点控制图4.5PLC接线图4.6梯形图4.7操作说明1、先按下启动按钮，I0.7闭合，如果外部检测开关或检测开关有信号，I0.1或I0.2闭合。由于开门限位开关I0.3长时间闭合，Q0.0线圈通电。当Q0.0线圈通电时，Q0.0闭合，电机正转驱动自动门扇开启，进行开门过程。2、门扇全开时，打开门限位开关I0.3，线圈Q0.0失电，电机停止运转。3、门扇停止运动时，由于开门限位开关的常闭变为常开，所以常开闭合。进行8s的延时，此时如果外部检测开关或检测开关I0.1或I0.2有信号，T37将再次延时8s。4、延时8s后，T37线圈得电，关门限位开关闭合，Q0.1得电自锁，电机反转，进行关门过程。5、在关门过程中，如果外部检测开关或检测开关I0.1和I0.2有信号，再次打开Q0.0，由于Q0.0在关门过程中是常闭的，所以在关门时打开。这次并中断关门过程。转到开门过程。6、在此控制过程中，为保证其安全和正常运行，设置过载保护。7、考虑到如果自动门出现故障，自动控制系统也会出现故障，所以设置手动门开关。设计总结本设计已