西门子PLC自动门.docx

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西门子PLC自动门

《电气控制与PLC技术》期末考试

PLC控制仿真系统设计

设计题目基于西门子PLC的自动门设计及实验

学生姓名

学号

专业班级

字数

2011年06月23日

目录

摘要 ………………………………………………………………………………………………………1

第1章PLC控制系统设计 ……………………………………………………………………2

1.1PLC控制系统设计的基本原则  ………………………………………………………2

1.2 PLCI/O模块的选择步骤与原则 ……………………………………………………3

第2章自动门PLC控制…………………………………………………………………6

2.1 任务介绍 ………………………………………………………………………………………6

2.2 控制要求 ………………………………………………………………………………………7

2.3 控制程序的编制，并画出硬件接线图 ……………………………………………8

2.4 I/O口及定时器/计数器说明…………………………………………………………11

2.5梯形图…………………………………………………………………………………………12

2.6 指令表………………………………………………………………………………………14

第3章操作说明 ……………………………………… … ………………………………………16

第4章 课程设计总结 ……………………………………………………………………………17

参考文献  ………………………………………………………………………………………………19

摘要

自动门从理论上讲应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。

自动门是指：

可以将人或（车）接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启,在人或（车）离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。

随着经济的发展和人们生活水平的提高，自动门的应用也越来越广泛。

它现在为许多宾馆、超市、百货大楼等现代建筑所必备，不仅可以美化出入口环境，而且具有节能、防尘、隔音等功能，同时也是建筑物智能化的重要指标。

本文所设计的自动门是基于西门子PLC，应用PLC自动控制技术实现了自动控制车库门的打开和关闭。

其电路结构简单，单元电路分别通过原理图设计、由梯形图语言设计完成，利用试验室所提供的条件来模拟和验证程序，并利用模拟小车和车库实现系统功能，非常适用于日常生活控制场合。

第一章   PLC控制系统设计

1.1  PLC控制系统设计的基本原则

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

 1.最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。

这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。

同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。

2.保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。

这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。

例如：

应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。

3.力求简单、经济、使用及维修方便

 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。

因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。

这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。

4.适应发展的需要

   由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。

这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

1.2  PLCI/O模块的选择步骤与原则

一般I／O模块的价格占PLC价格的一半以上。

PLC的I／O模块有开关量I／O模块、模拟量I／O模块及各种特殊功能模块等。

不同的I／O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。

1.2.1开关量I／O模块的选择

 1、开关量输入模块的选择

开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。

选择时主要应考虑以下几个方面：

1）输入信号的类型及电压等级

开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流／直流输入三种类型。

选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。

直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。

开关量输入模块的输入信号的电压等级有：

直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。

选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。

一般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于传输距离较近场合，如5Ｖ输入模块最远不得超过１０米。

距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。

2）输入接线方式

开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。

汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。

分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。

3）注意同时接通的输入点数量

对于选用高密度的输入模块（如32点、48点等），应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。

4）输入门槛电平

为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。

门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。

2、开关量输出模块的选择

开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。

选择时主要应考虑以下几个方面：

1）输出方式

开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。

继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。

对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。

但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。

2）输出接线方式

开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。

分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。

选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。

一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。

 3）驱动能力

  开关量输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于PLC外接输出设备的额定电流。

用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。

如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。

  4）注意同时接通的输出点数量

 选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。

同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V／2A的８点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A（8×2A），通常要比此值小得多。

一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。

  5）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关

开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。

另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。

1.2.2模拟量I／O模块的选择

 模拟量I／O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。

模拟量输入（A／D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出（D／A）模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。

 典型模拟量I／O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。

 一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）。

1.2.3、特殊功能模块的选择

 目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I／O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I／O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。

第二章  自动门PLC控制

2.1 任务介绍 

2.1.1．课题名称：

自动门洗PLC控制

2.1.2．工艺要求及动作流程

经分析实验任务，可知完成任务的实质就是在适当的时候控制电机的正转和反转。

要实现自动控制首先要具备以下功能部件：

实物图：

接线图：

说明：

按键盘的方向键可控制小车前进和后退。

超声波开关：

红色区域为超声波的感应范围，当小车进入到这个范围，超声波开关被触发，常闭变常开，常开变常闭。

它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。

光电开关：

当有物体穿过开关，并遮住了光束，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。

它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。

门下限开关：

当门下降，碰到它时，门下限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。

由于现在门是关闭的，因此它的初始状态是上面为常开触点，下面为常闭触点。

门上限开关：

当门上升时，碰到它时，门上限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。

它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。

门位电动机：

采用直流驱动，按正负方向接入电源，电动机正转（门上升），反之，电动机反转（门下降）。

2.2 控制要求

PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

库门设计为卷帘式，用一个电机来拖动卷帘。

正转接触器KM1使电机开门，反转接触器KM2使电机关门。

在库门的上方装设一个超声波探测开关S01，超声波开关发射超声波。

1）按下启动按扭，当有人或车由外到内进入超声波发射范围时，超声波开关便检测出超声回波，从而产生输出电信号（S01=ON），由该信号启动接触器KM1，电机M正转使卷帘上升开门，当到达开门限位开关位置时，电机停止运行。

2）如果此时车不想停入车库，需要离开，车离开超声波发射范围，3秒后，车库门自动关闭。

如果此时车又想开进车库，再次进入超声波发射范围，车库门停止关闭，进行开门动作。

3）当车开到车库门下时，在库门的下方装设一套光电开关S02，用以检测是否有物体穿过库门。

光电开关由两个部件组成，一个是能连续发光的光源；另一个是能接收光束，并能将之转换成电脉冲的接收器。

若行车（人）遮断了光束，光电开关S02便检测到这一物体，产生电脉冲，在延时定时器3秒后，由该信号启动接触器KM2，使电机M反转，从而使卷帘开始下降关门，当门移动到关门限位开关时，电机停止运行。

4）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外进入超声波发射范围时，则立即停止关门，并自动进入开门程序。

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问题，增加手动开门和关门开关。

2.3 控制程序的编制，并画出硬件接线图

2.3.1主接线路如下图所示：

2.3.2PLC硬件连接线路如下图所示：

2.3.3设计功能顺序如下图所示：

2.4、I/O口及定时器/计数器说明

I/O口分配表：

类别

元件

端子号

作用

输

入

SB1

I0.0

超声波开关

SB2

I0.1

开门上限开关

SB3

I0.2

开门下限开关

SB4

I0.3

关电开关

SB5

I0.4

启动/停止开关

SB6

I0.5

手动开门开关

SB7

I0.6

手动关门开关

输

出

KM1

Q0.0

电机正转接触器

KM2

Q0.1

电机反转接触器

定时器说明：

类别

器件号

设定值

作用

定时器

T38

3S

车触关电开关后，3秒后关自动门

2.5梯形图

2.6指令表

网络1

LDI0.0

OQ0.0

AI0.4

OI0.5

ANI0.1

ANI0.3

=Q0.0

网络2

LDNI0.0

OQ0.1

AI0.4

ANI0.2

=Q0.1

网络3

LDNI0.3

OM0.0

AI0.4

ANI0.0

=M0.0

网络4

LDM0.0

AI0.4

ANT38

TONT38,30

网络5

LDT38

AI0.4

OI0.6

ANI0.2

=Q0.1

第三章、操作说明

1、车开进车库：

1）、运行项目，按下启动按钮SB5；按键盘的向上方向键，控制小车前进；当小车进入超声波区域时，车库门开启，到达上限位停止开门。

2）、车继续前进，当车穿过光电开关，开进车库时，定时器开始计时，3s后，开始关门，到达关门下限位时停止关门。

2、车开出车库：

1）、按下手动开门按钮后，车库门开启，到达上限位时，停止开门。

2）、车开出车库时，穿过关电开关和超声波区域，最后离开超声波区域，此时门自动关闭，无需手动去关门。

第四章   课程设计总结

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。

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。

PLC技术对于我们机械这个专业来说是非常重要的，PLC技术在日常生活中也是到处可见的，通过本次课设，让我对PLC这门课程的兴趣更加的浓，因为这次课程设计，我特意去买了一本PLC的参考书，所以我想在以后的生活学习中多看一些关于PLC的知识，多学习，多思考，多应用！

将机电一体化进行到底！

参考文献

[1]范永胜编，电器控制与PLC应用[M]，中国电力出版社出版，2007年2月第二版。

[2]郑凤翼金沙编，图解西门子S7-200系列PLC应用88例，电子工业出版社，2009.4。

[3]严盈富编，PLC入门，人民邮电出版社，2008.8。

[4]．邓则名程良伦等编.电器与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社.1997.1