课程设计自动门控制装置的设计与调试解析.docx

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课程设计自动门控制装置的设计与调试解析

《电气控制与PLC课程设计》

基于PLC的自动门控制装置设计

学生姓名

夏雨

学院名称

信电工程学院

学号

20120502142

班级

12自动化

专业名称

电气工程及其自动化

指导教师

肖理庆

2015年

7月

1日

1引言

课程设计是教学和工程实践的结合点，要求学生在设计中明确什么是正确的设计思想和设计方法。

学生只有通过工程知识和专业技能的严格训练，才能在走上工作岗位后，有能力综合利用理论知识和专业技能解决工程实际问题。

在本次课程设计中，我小组依托实际问题，设计了一款基于PLC（可编程控制器）控制的自动门，该产品具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，取代了传统的继电器控制，从而能够得到广泛的应用。

同时充分考虑到系统故障的发生，于是又新增添了增加手动开关门功能，和禁止开关门功能使该自动门系统更加强大，提高了稳定性。

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。

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。

2系统总体方案设计

2.1系统硬件配置及组成原理

PLC的组成主要有以下几部分，参见图2-1：

图2-1PLC组成部分

1.主控制器（PLC）：

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，指挥整个系统工作，通过控制电机的转到与停止，来实现自动开门和关门。

2．感应探测器：

负责采集外部信号，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。

该系统中门内门外各一个，来检测人或物体。

3.门位电机：

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.开门执行结构：

由门扇、同步皮带、下部导向系统这三部分组成。

主控制器通过分析感应器传来的信号，来控制电机的转动与停止，从而实现了开门与关门。

因此，该系统的整个设计图如下,参见图2-2：

图2-2系统总体设计结构图

所以，自动门的工作原理为以下过程：

当有人或物体要进入时，感应探测器探测会在第一时间内监测到，然后将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知电机来运行，同时监控电机的转数，以便通知电机可以快速或慢速运行。

电机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，通知电机作反向运动，关闭自动感应门扇。

2.2系统变量定义及分配表

目前国内应用较广的PLC有三菱、西门子等。

综合经济、安全、高效等因素本设计选用西门子PLC。

按照原理分析易知：

该PLC控制系统需要7个输入，两个输出。

由于该控制系统控制规模不大，控制程序比较简单，充分考虑到控制规模、内存大小、功能要求并结合经济、安全、高效等因素，我们小组选用了西门子系列，型号为S7-200（222）的控制模块。

根据西门子S7-200（222）的模块及I/O接口组成确定该控制系统的I/O点的分配及地址编码，如表2-1所示。

表2-1：

I/O点的分配及地址编码表

控制信号

名称

I/O点地址编码

输入

门外光检测电开关K1

I0.0

门内光检测电开关K2

I0.1

开门限位电开关K3

I0.2

关门限位电开关K4

I0.3

启停按钮QS0

I0.4

手动开门SB0

I0.5

手动关门SB1

I0.6

输出

开门执行机构KM1

Q0.0

关门执行机构KM2

Q0.1

2.3系统接线图设计

根据I/O点的分配及地址编码表及S7-200（222）的特点做出该控制系统的PLCI/O外部接线图，如图2-3所示。

图2-3自动门PLC的I/O接线图

3控制系统设计

3.1控制程序流程图设计

根据自动门的工作原理，为了实现预定的功能，我们小组设计了以下流程图来概述整个过程，参见图3-1

否

是

否

是

否

是

否

图3-1自动门控制系统流程

3.2控制程序时序图设计

3.3控制程序设计思路

PLC程序常用的设计方法主要有经验设计法、继电器控制电路转化为梯形图法、逻辑设计法、顺序控制设计法等。

由于本控制程序比较简单，所以在设计时选择了经验设计法。

在设计过程中使用了STEP7—Micro/WIN32编程软件并使用模拟仿真软件S7-200调试程序初步验证程序。

3.4创新设计内容

该控制系统的突出优点是，增加了手动开关门功能和门禁功能。

可实现手动开关门。

并且在开启门禁功能后无论是光电感应开关还是手动开关都无法打开自动门。

优化了程序设计，增强了自动门的功能。

可满足大多数用户的需求。

由于本控制系统才有PLC控制所以可根据用户需求做进一步个性化方案设计。

4.系统调试及结果分析

4.1系统调试及解决的问题

S7-200是西班牙PLC爱好者编写的一个PLC模拟仿真软件。

该软件支持所有型号的S7-200系列PLC。

使用S7-200可以模拟仿真大多数PLC程序大大简化了PLC程序调试步骤，缩短了程序调试时间。

S7-200调试方法如下 ：

1.将在Step 7 MicroWin中编译正确的程序在文件菜单中导出为AWL文件；

2.打开仿真软件，点“配置”-“CPU 型号”，然后选择CPU222；

3.点“程序”-“载入程序”；

4.选择Step 7 MicroWin的版本；

5.将先前导出的AWL文件打开；

6.点“PLC”-“运行”，开始调试程序。

具体调试过和如下：

1.载入程序打开运行监视将PLC状态调为“run”。

如图4-1所示。

图4-1程序调试图

2.打开门禁开关I0.4如图4-2所示。

图4-2程序调试图

3.门内或门外光电感应开关（K1/K2）检测到有人。

如图4-3所示。

图4-3程序调试图

4.门打开到最大位置碰到开门限位开关K2。

如图4-4所示。

图4-4程序调试图

5.门保持打开状态八秒。

如图4-5所示。

图4-5程序调试图

6.门保持打开状态过程中光电开关K1/K2检测有人重新开始八秒待。

如图4-6所示。

图4-6程序调试图

7.门保持打开状态十秒后自动关门。

如图4-7所示。

图4-7程序调试图

8.关门过程中若光电开关K1/K2检测到有人则停止关门，执行开门。

如图4-8所示。

图4-8程序调试图

9.关门过程中当门到达关门限位开关K4，停止关门。

如图4-9所示。

图4-9程序调试图

4.2结果分析

本自动门的PLC控制系统可以满足课题所规定的设计要求：

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10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。

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10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10秒后，再自动进入关门过程。

结束语

本设计完成了题目要求的基本部分的全部要求，基本部分各单元已工作稳定。

此外该设计还增加了手动开关门功能和门禁功能。

可实现手动开关门。

并且在开启门禁功能后无论是光电感应开关还是手动开关都无法打开自动门。

优化了程序设计，增强了自动门的功能。

通过这次设计使我们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，去贡献人类。

同时，更重要的是，我们在这一设计过程中，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]王永华.现代电气控制及PLC应用技术（第二版），北京航空航天大学出版社

[2]廖常初.PLC编程及应用，机械工业出版社

[3]MCGS组态软件教程，北京昆仑通态软件公司

[4]陈建明.电气控制与PLC应用（第二版），电子工业出版社

附录：

//开门程序//

//按下启动按钮，当门内或门外光电检测开关检测到有人，或者有手动开门按钮按下，则执行开门程序。

//

LDK1

ORK2

ORSB_0

ORKM1

ANIK3

ANDQS_0

ANIKM2

OUTKM1

//用计数器实现定时10秒使门在开门状态停留十秒//

//当开门达到最大位置时，门保持打开状态10秒之后再关闭，而在等待期间，如果有人或物体靠近，则再重新计时。

//

lDK3

ANDSM0

ORK2

CTUC20,10

//关门程序//

//当门保持打开状态10秒后（c20闭合），门自动关闭，在门关闭过程中，若有人靠近或离开，则停止关门自动执行开门程序，或者按下关门按钮，门关闭，当完全关闭后则停止关门动作。

//

LDC20

ORSB_1

ORKM2

ANIK1

ANIK2

ANIK4

ANDQS_0

AMIKM1

OUTKM2