自动门装置的PLC控制

本科生课程设计（论文）摘要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。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。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。关键词：自动门；PLC；感应器件；驱动装置本科生课程设计（论文）目录第1章绪论........................................................1第2章课程设计的方案............................................22.1系统组成总体结构.............................................22.2实现功能.....................................................2第3章硬件设计...................................................43.1自动门控制装置的硬件组成.....................................43.2PLC的基本结构................................................43.3PLC的I/O分配................................................53.4自动门的控制装置结构.........................................73.4光电开关.....................................................83.5限位开关.....................................................83.6电动机的正反转...............................................9第4章软件设计..................................................114.1程序流程图..................................................114.2梯形图......................................................12第5章课程设计总结..............................................14参考文献...........................................................15本科生课程设计（论文）1第1章绪论在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门已经随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走进自动门是感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过之后，再将门关上。由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。为了适应这种形式的发展，世界各国PLC生产厂家纷纷给自己的产品增加了通信及联网的功能，现在即使是微型和小型的PLC也都具有了网络通信接口。特别是现场总线技术成为工业自动化成为热点应用的今天，更要求PLC必须具备能和标准现场总线联网的功能，开放性和多功能的网络通信要求成为了PLC的必备条件。S7-200PLC强大、廉价的网络通信功能是其在现在的工业自动化领域得到广泛应用的重要原因。可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。早期的自动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。本课题主要介绍运用PLC为控制器的自动门控制系统的设计。PLC控制自动门由于具有故障低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛应用。本科生课程设计（论文）2第2章课程设计的方案2.1系统组成总体结构经分析设计任务，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：光电检测开关，限位开关，电流保护开关，手动开关，直流电机。并由以上部件组成能实现电机正转——开门，电机反转——关门的系统。图2.1自动门控制系统的结构图2.2实现功能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（光电检测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电检测开关，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PLC光电检测开关限位开关手动开关电动机正反转电流保护开关自动门开关门本科生课程设计（论文）3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。本科生课程设计（论文）4第3章硬件设计3.1自动门控制装置的硬件组成自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KM1（使直流电动机正转）、关门执行机构KM2（使直流电动机反转）以及S7-200系列的CPU224PLC等部件组成。3.2PLC的基本结构S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。它有极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握与操作；强劲的通讯能力以及丰富的扩展模块等特点。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。CPU模块：CPU模块主要由微处理器CPU芯片和存储器组成，在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地收集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用来储存程序和数据。I/O模块：输入模块和输出模块简称I/O模块，它们是系统的眼耳，手脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输出模块用来接受和采集信号。开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号码开关、限位开关、光电开关、压力继电器等的开关量信号；模拟输入模块用来接受一些如电位器压力信号、测速发电机和各种连续变送器提供的连续变化和模拟量电流电压信号；开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示器和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节变频器等执行装置。编程器：变频器用来生成用户程序，并用它来进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。电源：PLC一般使用AC220V和DC24V电源，内部的开关电源为各模块提供不同等的直流电源。本系统PLC使用AC220V电源。可编程控制器主要由中央处理单元（CPU）存储器、输入和输出（I/O）接口电路、电源、外设接口、I/O（输入输出）扩展接口组成。本科生课程设计（论文）5图３.１ＰＬＣ的硬件结构图目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种。档次最低的是CPU221，其数字量输入点数有6点，数字量输出点数有4点，是控制规模最小的PLC。档次最高的应属CPU226，CPU226集成了24点输入/16点输出，共有40个数字量I/O。可连接七个扩展模块，最大扩展至248点数字量I/O点或35路模拟量I/O。本次设计选用的是CPU224。3.3PLC的I/O分配开关量I/O扩展模块当CPU的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时,就要进行I/O扩展,I/O扩展包括I/O点数的扩展和功能模块的扩展。通常开关量I/O模块产品分3种类型:输入模块,输出模块以及输入/输出模块。为了保证PLC的工作可靠性,在输入模块中都采用提高可靠性的技术措施。由于PLC要控制的对象有多种,因此输出模块也应根据负载进行选择,有直流输出块,交流输出模块和交直流输出模块。按照输出开关器件种类不同又分为3种：继电器输出型,晶体管输出型和双向晶闸管输出型。这三种输出方式中,从输出响应速度来看，晶体管输编程器存储器ＣＰＵＩ／Ｏ扩展接口Ｉ／Ｏ扩展单元外部设备接口输出接口输入接口输出设备按钮触点开关计算机电源本科生课程设计（论文）6出型最快，继电器输出型最差，晶闸管输出型居中；若从与外部电路安全隔离角度看,继电器输出型最好。表3.1PLC各型号CPU分配表型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU221640S7-200CPU222862个扩展模块S7-200CPU22424107个扩展模块S7-200CPU224XP24167个扩展模块S7-200CPU22624167个扩展模块表3.2PLC控制系统的Ｉ／Ｏ地址分配表：I0.1门外光检测电开关I0.2门内光检测电开关I0.3开门限位开关I0.4关门限位开关I0.5过电流保护开关I0.6手动开门I0.7手动关门I0.0启动停止I1.1切换开关Q0.0电机正转Q0.1电机反转图3.2ＰＬＣ的输入输出接线图本科生课程设计（论文）73.4自动门的控制装置结构首先，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