精品自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试.docx
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精品自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试
自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试
现代控制技术及PLC控制课程设计
姓名
学号201
班级机电101班
专业机械电子工程
院别机械工程学院
指导教师
2013年7月5日
1引言
设计目的
课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。
通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。
电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。
设计内容
1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
2、根据控制要求，编制PLC应用程序。
3、编写设计说明书，内容包括：
①设计过程和有关说明。
②基于PLC的电气控制系统电路图。
③PLC控制程序（梯形图和指令表）。
④电器元器件的选择和有关计算。
⑤电气设备明细表。
⑥参考资料、参考书及参考手册。
⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
实现的目标
了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。
掌握原理设计和工艺设计基本步骤和要求。
培养与提高独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力，独立完成课程设计。
总结从中学到的知识。
第1章引言………………………………………………………………1
第2章系统总体方案设计………………………………………………1
2.1系统硬件配置及组成原理……………………………………1
2.1系统变量定义及分配表………………………………………2
2.3系统主电路设计………………………………………………3
第3章控制系统…………………………………………………………4
3.1系统流程图……………………………………………………4
3.2编写梯形图……………………………………………………4
3.3自动门工作原理………………………………………………8
3.4自动门程序指令………………………………………………10
第4章系统接线图及元件清单……………………………………………12
4.1元件清单……………………………………………………12
4.2PLC外部硬件接线图…………………………………………13
参考文献………………………………………………………………………14
2系统总体方案设计
2.1系统硬件配置及组成原理
1.自动门的基本简单组成说明
自动门控制器：
它是整套自动门的电脑，数据传输、开关门的指令、各项动作的完成都是由它来控制，是整套自动门不可或缺的部分。
（由于本系统输入点数为6点，输出点数为10点，且CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。
由以上分析可以看出，选择CPU226足以完成本次系统的要求。
故主机的型号选择CPU226，且不需要其它扩展模块。
）
电动机：
自动门的动力装置，分有碳刷和无刷两种。
导轨：
通常都是铝合金材料，具有寿命长不易变形的特点，是门扇安全移动的保证。
皮带：
自动门的传动装置。
吊轮：
是自动门的活动门扇能在轨道上运行的连接配件。
尾轮：
调节皮带松紧。
开关门信号：
自动门的开关信号是触点信号，红外传感器是常用的信号源。
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）等部件组成。
光电探测开关为检测到人或物体时为ON，否则OFF。
本自动门控制系统根据功能要求共有4个输入信号和4个输出信号，来控制系统的工作和关断，故应当设置4个按钮作为输入端的输入信号，当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，输入端I0.0或I0.1为ON。
输出端开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，关门限K3动作，电机停止运行。
自动门在开门位置停留8s后，自动进入关门过程，Q1.1状态为ON，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，开门限K4动作电机停止运行。
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K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。
在门打开后的8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
开门与关门不可同时进行；有启动、停止开关；有开关门的状态显示；开关门的时间以8位数码的方式倒计时。
系统总体电路图如下图所示
2．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8s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8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
（5）开门与关门不可同时进行
2.2系统变量定义及分配表
通过分析硬件连接图可知，该自动门控制系统是由4个输入按钮的通断作为输入信号，进而来控制四个输出控制信号的输出，利用三个接触器线圈的吸合和断开来控制输出电路的接通和断开。
因此本系统共有4个输入点，4个输出点，其输入/输出点代码和地址编号如下表所示：
输入/输出点代码和地址编号
名称
代码
地址编号
输入信号
启动开关
SB1
I0.0
停止开关
SB2
I0.1
门内光电探测开关K1
SB3
I0.2
门内光电探测开关K2
SB4
I0.3
开门限K3
SB5
I0.4
关门限K4
SB6
I0.5
输出信号
时钟显示
KM1
Q0.1-0.7
开门KM1
KM2
Q1.1
关门KM2
KM3
Q1.2
状态显示
KM4
Q1.3
2.3系统主电路设计
本次课设的目的是设计一个自动门控制系统,通过以上电路图的设计和原理分析基本上能实现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；自动门在开门位置停留8s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；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K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序；在门打开后的8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过；开门与关门不可同时进行；有启动、停止开关；有开关门的状态显示；开关门的时间以8位数码的方式倒计时等几项功能。
（附：
大图，包括追电路和控制电路）
3控制系统设计
3.1.整个自动门控制系统的程序流程图如下
3.2.编写梯形图
开门与关门不可同时进行；
（1）开门子程序
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。
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K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。
在门打开后的8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
具体程序如下：
（2）关门子程序
自动门在开门位置停留8s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。
具体程序如下：
（3）计时及状态显示子程序
用8位数码倒计时的方式来显示开关门的时间，来提醒出入人员注意。
具体程序如下：
梯形图如图所示
第一梯级
第二梯级
第三梯级
第四梯级
第五梯级
第六梯级
第七梯级
3.3自动门工作原理说明
为了便于说明工作原理，在图上把一些输出标注了第几梯级，一共分为七个梯级，第五、六、七梯级由于页面原因未标出。
PLC开始运行后，KM8002自动接通一个扫描周期，使第一梯级的KM0得电（KM0为中间继电器，使电机上电，此时为初始状态，门处于全关状态），引起动作分二：
在第二梯级中的KM0的常开触点闭合。
在第一梯级中的KM0常开触点闭合，并且自锁。
有人靠近自动门感应器时（此时前门处于全关状态），检测到有人，输入继电器X0（检测信号的继电器）得电，使第二梯级中X0常开触点闭合，导致分二；
（1）检测到有人后，第二梯级中的中间继电器KM1（使电机开始高速正转，门打开的继电器）带电（此前第二梯级中的KM0已经闭合，）又导致分三；
（a）第三梯级中KM1的常开触点闭合，为KM2（减速开门继电器，使电动机低速正转）减速开门行程中间继电器启动做准备。
（b）第一梯级中KM1的常开触点断开，使KM0失电（为互锁条件）
（c）第二梯级中的KM1的常开触点闭合，并自锁。
（2）第二梯级中的KM1得电，电机正转高速开门（之前电机处于全关状态），当电机在高速开门时，第二梯级中的X0检测到有人时，此时仍然使电动机继续高速开门。
当高速开门至减速开门位置后，碰撞减速开门行程开关，输入继电器X1得电（X1为高速开门转为减速开门的行程开关）此时第三梯级中的X1的常开触点闭合，导致分二；
（1）第三梯级KM2的常开触点闭合（此前第三梯级中的KM1的常开触点已经闭合），使得KM2得电（减速位置电动机继电器KM2带电）导致动作三个；
（a）第四梯级中KM2的常开触点闭合，作为KM3的启动条件（KM3为行程开关处于位置全开状态的继电器）。
（b）第二梯级中KM2的常开触点断开，使KM1失电（为互锁条件）。
（c）第三梯级中的KM2常开触点闭合，KM2继电器自锁带电。
（2）第三梯级中的KM2继电器使电动机得电，电机正转减速开门。
当第三梯级中X0检测到有人时，此时仍然维持减速开门。
当减速开门完成行驶到全开状态时，碰撞全开状态行程开关，使输入继电器X2得电，并且第四梯级中X2常开触点闭合，导致动作分二；
（1）第四梯级中KM3的常开触点闭合，使KM3得电（KM3为行程位置开关的全开状态的继电器），引起三个动作；
（a）第五梯级的KM3的常开触点闭合，作为KM4的启动条件（KM4为电机高速反转继电器，使门高速关闭的继电器）。
（b）第三梯级中的KM3的常开触点断开（互锁条件），使KM2失电
（c）第四梯级中的KM3常开触点闭合，并且自锁。
（2）第四梯级中的延时时间继电器KT0得电，开始计时8秒，并延时。
当在延时8秒期间X0检测到有人时，时间继电器重新开始计时8秒延时，延时时间到，第五梯级KT0的常开触点闭合，导致动作分二；
（1）第五梯级的KM4得电，（KM4电机反转高速关门继电器，此前第五梯级总的KM3的常开触点已经闭合），KM4上电又引起四个动作；
（a）第六梯级KM4常开触点闭合，作为KM5的启动条件（KM5为高速关门装换为低速关门的启动的中间继电器）。
（b）第六梯级KM4的常开触点闭合，作为KM6的启动条件（KM6为双作用中间继电器，第一作用是高速关门转换为低速开门的中间继电器，第二作用是低速关门转换为高速开门的中间继电器），并且（a）和（b）电动机关门时检测信号进行分支选择的准备条件。
（c）第四梯级中的KM4的常闭触点断开（为互锁条件），使第四梯级中的KM3失电（为互锁条件）。
（d）第五梯级中的KM4常开触点闭合，并且自锁。
第五梯级中的KM4得电动作（KM4是电机的反转，高速关门时的继电器），进行高速关门。
6.若在高速关门的过程中，有人靠近自动门感应器，输入继电器X0得电，在第七梯级中的X0的常开触点闭合（X0为高速关门时检测到有人，在第七梯级的图上位），引起两个动作：
（1）第七梯级中KM6得电（此前第七梯级中的KM4常开触点已经闭合），KM6得电，引起分动作三个：
（a）第二以及中KM6常开触点闭合，作为KM1的启动条件。
（b）第五以及中KM6常闭触点断开（为高速开门与低速开门的互锁条件）。
使第五梯级中的KM4失电。
（c）第六梯级中KM6常开触点闭合，并且自锁。
（2）第七梯级中KT1得电，开始计时1秒，KT1计时时间到，使第三梯级中的KT1常开触点闭合，从而第三梯级中的KM2得电，重复上述减速开门段的过程。
7.若在高速关门过程中，没有人靠近自动门，即第七梯级中的X0（图中第七梯级图上位）常开触点断开，而当高速关门至减速关门位置时，碰撞行程开关，输入继电器X4得电，使第六梯级中X4的常开触点闭合，引起的动作分二：
（1）第六梯级中的KM5得电（此前第六梯级中的KM4的常开触点已经闭合），使KM5带电，引起的动作分三个：
（a）第一梯级中的KM5的常开触点闭合，作为KM1的启动条件。
（b）第五梯级中的KM5常闭触点断开，使KM4失电。
（c）第六梯级中KM5的常开触点闭合，并且自锁。
（2）第六梯级KM5得电，使电动机减速关门。
在关门时，使KM5带电状态，因此第六梯级中的KM5的常开触点闭合和第七梯级中的KM5的常开触点闭合：
8.1）有人靠近自动门感应器，使X0得电（X0位于第七图层的下位），X0的常开触点闭合（此前，第七梯级中的KM5的常闭触点已经闭合）导致两个动作：
（1）使第七梯级总的KM6得电，从而第二梯级中KM6的常开触点得电闭合。
（2）第七梯级中的KT1得电，开始延时，当KT1延时1秒时间到，第二梯级中的KT1的常开触点闭合。
经上述
（1）
（2）的过程，引起两个动作：
（a）第二梯级中的KM1得电。
（b）第二梯级中的KM1得电，电动机高速开门。
2）无人靠近自动门感应器，X0失电，第七梯级中X0常开触点断开，当门全关后，门全关状态的行程开关闭合，使输入继电器X5得电，使第一梯级中的X5常开触点闭合，使第一梯级中KM0的常开触点闭合，继电器KM0得电，导致动作分二：
（1）第二梯级中KM0的常开触点闭合，为启动中间继电器M1做准备
（2）第一梯级中的KM0闭合，并且自锁。
9.1）电路中设计了用于紧急状态下的手动按钮，KM1用于控制紧急停止，使电动机断电，KM2用于紧急开门，KM3用于紧急关门。
2）行程开关在编程时用PLC内设的中间继电器的通断电表示行程开关的常开和常闭。
3）用时间继电器延时功能控制电机的正反转状态，便于控制高速关门向低速开门的转换和低速关门向高速开门的转换，这样可以减少对电动机转动方向急速跳转时对转子的损害，减少火弧的产生，避免电路短路。
3.4.自动门的程序指令
第一梯级LDKM5
ANDX5
ORKM8002
ORKM0
ANIKM1
=KM0
第二梯级LDKM0
ANDX0
LDKM6
ANDKT1
ORB
LDKM1
ANDX0
ORB
ORKM1
ANIKM2
=KM1
第三梯级LDKM1
ANDX1
LDKM6
ANDKT1
OR
LDKM2
ANDX0
ORB
ORKM2
ANIKM3
=KM2
第四梯级LDKM2
ANDX2
LDKM3
ANDX0
ORB
ANIKM4
=KTO
K=8S
LDKM2
ANDX2
LDKM3
ANDX0
ORB
ORKM3
ANIKM4
=KM3
第五梯级LDKM3
ANDKT0
ORKM4
ANIKM6
ANIKM5
=KM4
第六梯级LDKM4
ANDX4
ORKM5
ANIKM0
ANIKM6
=KM5
第七梯级LDKM4
ANDX0
LDLM5
ANDX0
ORB
ANIKM1
ANIKM2
=KT1
K=1S
LDKM4
ANDX0
LDKM5
ANDX0
ORB
ORKM6
ANIKM1
=KM6
END
4系统接线图及元件清单
4.1元件清单如下表
名称
规格
数量
有刷直流电动机
ELEKTRA电机7AA56M02K220V2.2KW
1
PLC
CPU226
1
光电开关
OMRONEE-SX670A
2
接触器
施耐德LC1D09M7C
3
热继电器
NR2-11.5/ZO.1~13A
1
行程开关
OMROND4-1/2-14NPT
2
熔断器
RO螺旋熔断器RO2416~25A
2
4.2PLC外部连接的硬件电路接线图
附：
大图中包含主电路及接线图
参考文献
[1]王永华.现代电器控制及PLC应用技术.北京：
北京航空航天大学出版社,2003.9
[2]陈建民.电气控制与PLC应用.北京：
电子工业出版社,2007
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人民邮电出版社，2005
[4]何立民.PLC应用系统设计.北京：
北京航空航天大学出版社，1990
[5]李光飞.PLC课程设计实例指导.北京：
北京航空航天大学出版社，2004
[6]刘建华,李纪云.PLC在现代社会中的应用[J].河南科技,1998,（10）
[7]张晓玲,白瑞云.PLC应用和发展[J].科学中国人，2006,（11）
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