好PLC自动门控制装置设计.docx

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好PLC自动门控制装置设计

PLC综合实训计划书

自动门控制装置设计

自动门控制装置设计

一.设计目的

1、了解自动门的结构和控制要求。

2、绘制自动门控制系统的电路原理图，变猪I/O地址分配表。

3、编制PLC的程序，并利用实验室设备进行调试，要求能在现有设备上演示控制过程。

二.设计任务

自动门控制装置设计

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）等部件组成。

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）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。

三.设计序言

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

四.PLC的发展史

1、PLC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。

2、PLC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、PLC的主要特点

1）、可靠性高。

PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10~20万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。

4、PLC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-BControlNet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为代表）；2）控制层（ControlNet为代表）；3）管理层（EtheNet）。

5、PLC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。

图1为PLC产品、PID调节装置、DCS系统、个人计算机等销售额（美元）的对比，图2为市场增长率的对比。

五.功能器件的基本工作原理

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

2，自动门的分类

弧形自动门

双重平移自动门

双扇平移自动门

3.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。

4、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①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。

②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。

③对射式光电开关：

它包含了在结构上相互分离且光轴相对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。

④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。

⑤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。

3）术语①检测距离：

是指检测体按一定方式移动，当开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。

②回差距离：

动作距离与复位距离之间的绝对值。

③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。

④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。

⑤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。

⑥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），及直流NPN/PNP/常开/常闭多功能等几种常用的输出形式。

⑦指向角

六．方案说明

由于自动门的分类很多，本次实验不能一一进行讨论，最后决定主要对平移自动门进行设计实现plc的自动控制。

自动门的硬件组成部分在前已经叙述，现不再赘述。

下面主要对控制部件进行讨论。

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，超载保护开关，直流电机。

现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转——开门，电机反转——关门。

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。

七．继电器接触控制图

八．Plc控制输出输入接线

九．程序流程图

十．梯形图以及指令

X001门外光检测电开关X002门内光检测电开关

X003开门限位电开关X004关门限位电开关

X005过载保护开关X006紧急停车开关

X007启动停止X010手动开门

X011手动关门

指令如下：

0LDX001

1ORX002

2ORY000

3ANIY002

4ANDX007

5ORX010

6ANIX003

7OUTY000

8LDX003

9ANIX001

10ANIX002

11OUTT0

14LDT0

15ORY001

16ANIY000

17ANIY002

18ANDX007

19ORX011

20ANIX004

21OUTY001

22LDX005

23ORX006

24ORY002

25ANDX007

26OUTY002

27END

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关门。

十一.致谢

在本论文完成之际，衷心感谢指导老师张晓峰在课题的选题、设计、论文的撰写等各方面的悉心指导以及给予我各方的支持和技术上的帮助；最后还要感谢各位领导、老师、同学们的热情相助。

十二.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。

十三.参考文献

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.1997.1

2.林小峰编.可编程序控制器及应用.北京:

高等教育出社.1991

3.方承远编.工厂电气控制技术.第二版.北京机械工业出版社.2000

4.汪道辉主编.逻辑与可编程控制系统.北京:

机械工业出版.2001

5.易传禄等编.可编程序控制器应用指南.上海:

上海科学普及出版社.1993

6.杨士元等编.可编程序控制器（pc）编程应用和维修.北京:

清华大学出版社.1995

7.耿文学等编.微机可编程控制器原理.使用及应用实例（修订版）.北京:

电子工业出版社.1993