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1、山西综合职业技术学院毕业论文 16毕 业 (设 计) 论 文题目： PLC控制自动门的课程设计 系部： 电气工程与自动化 专业： 电气自动化 班级： 电气A0703 姓名： 指导教师： 山 西 综 合 职 业 技 术 学 院目 录摘 要2引言31、 概述1.1国内外自动门发展状况1.2本课题研究目的和意义2、自动门控制系统总体方案设计32.1自动门的功能需求分析32.2系统设计的基本步骤33、自动门硬件系统的设计43.1控制系统结构设计3.2可编程控制器（PLC）的概述3.2.1PLC的起源3.2.2PLC的功能3.2.3PLC的主要特点3.2.4PLC的联络与通信3.3功能器件的基本工作原理
2、3.3.1自动感应门机的工作原理3.3.2行程开关（限位开关）的工作原理3.3.3光电开关介绍4、自动门控制系统软件设计54.1继电器接触控制开关4.2控制输出输入接线4.3程序流程图4.4梯形图4.5I/O分配表4.6指令表4.7分析过程结束语6参考文献摘 要在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，经常使用自动门控制系统。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已逐渐被淘汰。PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。由于直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大，所以执行机构使用直流电动机.本论文主要是对门的自动开
3、、关控制而论。自动门控制装置系统由检测元件光电传感器、继电器、可编程序控制器（PLC）、电动机组成。它主要是利用热释电人体光电传感器检测，有无人到门口的信号，再把检测到的信号送入可编程序控制器（PLC）中，由可编程序控制器来对信号的处理，处理的最后结果用继电器输出，从而达到控制直流电动机的转动。又由直流电动机带动门的开、关。当直流电动机正转时，门自动打开；当直流电动机反转时，门自动关闭。关键词：自动门PLC控制程序引言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，自动门以经是随处可见。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
4、时，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。将人通过之后，再将门关闭。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、防尘、防风、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。自动门在国外早以得到普遍应用，在我国也以优异的性能逐步得到大家的认同，中国已经迎来了自动门发展的黄金时期。自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动门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、不易维修的缺点已逐步被淘汰。目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（一下简称PLC），PLC是一种专门为工业环境下应
5、用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程控制器的储存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数、算数运算等操作的指令，并能通过数字式或逻辑式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制个种类型的机械或生产过程。PLC可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，实用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等特点，因此，进行自动门的PLC控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大PLC在自动化行业乃至整个自动化行
6、业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。1概述1.1国内外自动门发展现状 在国外，进入90年代以来，自动化技术发展很快，技术已经相对成熟，取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。在现代人们生活中自动门可以节约空调能源，降低噪音，防风，防尘，同时可以使出入口显得庄重高档，因此应用非常广泛。 随着我国经济的飞速发展，自动门在人门的生活中的运用越来越广泛，自动门适用于宾馆，酒店，银行，写字楼，医院，商店等，使用自动门。但在国内，自动门的自主研发尚处于初级阶段。在自动门控制系统的设计中，稳定。节能，环保，安全及人性化是需要首先考虑的因素。 由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动和传动系统提出不
7、同的要求，所以各种自动门又可以分为重型自动门和轻型自动门。客流量的差异会对自动门的使用产生很大影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和可频繁使用的自动门。自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门，自动平开门，自动旋转门，自动圆弧门，自动折叠门，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常庞大，一般只用于有需要的高档宾馆，自动平移门使用得最广泛，大家一般所说的自动门，感应门就是指自动平移门，目前市场上流行的平移型自动门一般是两开，这种门的特点是简单易控，维护方便。 自动平移门最常见的形式是自动门内外两侧加感应器，当人们走进自动门时，感应器感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过
8、驱动装置将门打开。当人们通过之后，将门关上。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。自动门的控制方法很多，从控制的不同来分，有传统的继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制，智能控制器，即通过运用线的自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产商所运用。由于继电器逻辑控制的自动门系统因存在许多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自动门所淘汰。 在智能控制的选择上，自动门的主控器有微电脑控制器和可编程控制器PLC控制，微电脑控制主要有体积小，安装方便等特点，目前有许多厂家采用此种方式生产自动门，PLC控制的特点
9、是稳定性高，维护方便，目前许多大型的商场的自动门都是由这种方式来控制。1.2本课题研究的目的和意义在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，经常使用自动门控制系统。使用自动门，可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使出入口显的庄重高档，因此应用非常广泛。自动门平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加光电感应开关，当人走近自动门时，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，再将门关闭。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，即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。自动门在国内外早已得到普遍应用，在我国也逐步得到
10、大家的认同，已经迎来了自动门发展的黄金时期。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储存器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算数运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制个种类型的机械或生产过程。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，实用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等特点，因此运用PLC控制自动
11、门具有较高的可靠性，维护方便等特点。本课题的自动门设计运用PLC作控制器能大大提高自动门的稳定性和经济性，对于整个自动门行业是一次技术革新，提高了自动门的使用率，因此，进行自动门PLC控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大PLC在自动门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。2.自动门控制系统总体方案设计2.1自动门的功能要求分析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
12、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）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）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）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。2.2系统设计的基本步骤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
13、机反转）等部件组成。控制要求：1）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）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.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.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。3.自动门硬件系统的设计3.1控制系统结构设计自动门控制装置由门内光电探测开关
14、、门外光电探测开关、开门到位限位开关、关门到限位开关、开门执行机构（使直流电动机正转）、关门执行机构（使直流电动机反转）等部件组成PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。由于直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机超载能力较强，热动和制动转矩较大，所以执行机构使用直流电动机。3.2可编程控制器（PLC）的概述3.2.1PLC的起源PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60年代末，它不断吸收微电脑技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控
15、制任务 。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。 目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。但是，仍然沿用着顺序扫描、程控等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。 PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场
16、设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。3.2.2PLC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
17、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。3.2.3PL
18、C的主要特点1)、可靠性高。PLC的MTBF一般在4000050000h以上，有的在1020万h，且均有完善的自诊断功能。2)、结构形式多样，模块化组合灵活。有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统。最少的PLC只有6点，而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。3)、功能强大。4)、编程方便。控制具有极大灵活性。5)、适应工业环境。适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。6)、安装、维修简单7)、与DCS相比，价格低。8)、当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。3.2.4PLC的联网与通信 PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与
19、其它智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成集中管理、分散控制的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。目前各厂商都主推各自的总线标准，如西门子Profibus、A-B ControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其构成的集中管理、分散控制分布式控制方式是十分类似的。如ROCKWELL（A-B）推出了全方位自动化的理念，推荐三层网络结构，即1）设备层（DeviceNet为代
20、表）；2）控制层（ControlNet为代表）；3）管理层（EtheNet）。3.2.5PLC的发展1.与DCS的差别。集散系统DCS从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能，满足快速大量数据处理要求。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。PLC在自身
21、发展同时，也在吸收DCS系统的优点。PLC在过程控制的发展将是与现场总线技术结合，发展向下拓展功能，开放总线。2.市场占有率 1987年世界PLC的销售额为25亿美元，此后每年以20%左右的速度递增。进入90年代以来，世界PLC的年平均销售额在55亿美元以上，其中我国约占1%。当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。3.3功能器件的基本工作原理3.3.1自动感应门机的基本工作原理 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
22、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
23、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3.3.2行程开关(限位开关)的工作原理行程开关又称限位开关，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
24、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。3.3.3光电开关介绍1.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
25、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。2.光电开关的分类及术语解释（1）、分类漫反射式光电开关：它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。镜反射式光电开关：它亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。对射式光电开关：它包含了在结构上相互分离且光轴相对
26、放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。槽式光电开关：它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。光纤式光电开关：它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。（2）术语检测距离：是指检测体按一定方式移动，当开
27、关动作时测得的基准位置（光电开关的感应表面）到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。响应频率：在规定的1s的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。输出状态：分常开和常闭。当无检测物体时，常开型的光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。检测方式：根据光电开关在检测物体时发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。输出形式：分NPN二线、NPN三线、NPN四线、PNP二线、PNP三线、PNP四线、AC二线、AC五线（自带继电器），及
28、直流NPN/PNP/常开/常闭多功能等几种常用的输出形式。指向角4.自动门控制系统软件的设计4.1继电器接触控制图4.2Plc控制输出输入接线4.3程序流程图4.4梯形图4.5I/O分配表I/O分配表类别元件PLC元件作用输入SB1X01门外光检测电开关SB2X02门内光检测电开关SB3X03开门限位电开关SB4X04关门限位电开关SB5X05过载保护开关SB6X06紧急停车开关SB7X07启动停止SB10X10手动开门SB11X11手动关门输出KM0Y0电动机正转接触器KM1Y1电动机反转接触器KM2Y2过载保护接触器4.6指令表指令表LD X01OUT Y0ANI Y0OR X06OR X
29、02LD X03ANI Y2OR Y02OR Y0ANI X01AND X07AND X07ANI Y2ANI X02OR X11OUT Y02AND X07OUT T0 ANI X04ENDOR X10LD T0OUT Y01ANI X03OR Y01LD X054.7过程分析1 首先按下启动按钮使x007闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时x001或x002闭合。由于开门限位开关x003是长闭的，所以y000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y000线圈通电时y000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
30、开关x003打开，y000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x001或x002有信号，则使T0重新延时。4 当8秒的延时完毕后T0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使y001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x001,x002有信号又使y000通电，由于在关门过程中y000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
31、关门。结束语本设计完成了题目要求的基本部分的全部要求。发挥部分的因为时间和制作材料的短缺而没有进行尝试，在今后条件允许的情况下再扩展。基本部分各单元工作稳定。通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。参考文献1 邓则名 程良伦等编.电器与可编程控制器应用技术.机械工业出版社.1997.12. 林小峰编.可编程序控制器及应用.北京:高等教育出社.19913. 方承远编.工厂电气控制技术.第二版.北京机械工业出版社.20004. 汪道辉主编.逻辑与可编程控制系统.北京: 机械工业出版.2001