基于PLC的自动门控制系统的设计毕业论文.docx
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基于PLC的自动门控制系统的设计毕业论文
毕业设计
题目：
基于PLC的自动门控制系统的设计
学生姓名:
学生学号:
所在院系:
机械与电气工程学院
专业名称:
电气工程及其自动化
届另I」:
2015届
指导教师:
职称（学位）：
助教
淮南师范学院教务处印制
淮南师范学院2015届本科毕业设计
前言1
1自动门控制系统的简介1
1.1自动门的介绍及应用现状1
1.2自动门控制的意义3
1.3本文研究的主要内容4
2自动门控制系统的硬件设计5
2.1方案提出5
2.2方案论证6
2.4PLC的简介与选型7
2.4.1PLC的简介7
2.4.2PLC的功能与特点8
2.4.3PLC的分类与选型8
2.4.4PLC的输入、输出端子的分配9
2.4.5PLC的外部接线图10
2.5传感器的介绍与选择10
2.5.1传感器的定义和分类10
2.5.2传感器的主要特性10
2.5.3传感器的选择10
2.6系统其他元器件的选择11
2.6.1限位开关11
3系统的控制要求和系统流程图11
3.1系统的控制要求11
3.2系统总流程图12
4系统的软件设计及编程13
4.1GX-Developei编程软件相关介绍13
4.2本系统控制顺序功能图15
4.3本系统的程序设计15
5程序调试与实现15
基于PLC的自动门控制系统的设计
6总结与展望18
参考文献18
基于PLC的自动门控制系统的设计
基于PLC的自动门控制系统的设计
学生：
（指导老师：
）
（淮南师范学院机械与电气工程学院）
摘要：
本设计是自动门控制系统，基于三菱PLC的SFC顺序功能图编程方式，设计一种可以实现对自动门控制的系统。
系统主要是利用行程开关控制自动门运行的状态，传感器用來接收和发送人员进出信号，利用三菱PLC编程软件GX-Developer软件进行编程调试，实现自动门的运行及开关门高低速切换。
关键词：
SFC；顺序功能图；PLC设计语言；自动门控制
DesignofautomaticdoorcontrolsystembasedonPLC
Student:
（Tutor:
）
（CollegeofmeclianicalandelectiicalengmeeimgHuainanNormalUniveisity）
Abstract:
Tlusdesignistheautomaticdoorcontiolsystem,whichbasedonthe
MitsubislnSFCPLCsequencefiinctionchartpiogianuningway,anddesignakindofcanrealizetotheautomaticdoorcontrolsystem・Thissystemismauilvusetravelswitchtocontroltheautomaticdoorlinuiingstate,thesensorisusedtoreceiveandsendpeisomielinandoutofthesignal,theuseofMitsubisluPLCpiogiamnungsoftwareGXdevelopersoftwareispiogianunedanddebugged,automaticdooiswitchoperationsandhighspeedswitching.
Keywords:
SFC;sequentialftinctionchart;PLCpiogianuiimglanguage;automaticcontrol
淮南师范学院2015届本科毕业论文
♦#・
刖吕
人们越來越多的使用各种自动门，对自动门运行的正确使用要求我们必须去了解它的工作原理，认识它的工作过程。
在我们的现实工作生活中，自动门是与我们的生产生活有着紧密联系的，我们在各种商场、酒店、大厦、写字楼等娱乐办公场所都能大量见到。
全面深刻的掌握并理解自动门的产生原理，更加有助于我们安全、快捷、方便地使用它进出上述那些场所，从而更好地服务我们的日常生活。
SFC顺序功能图是PLC程序设计语言之一，能简单方便的看到装置运行的动作顺序，是测试多种装置性能的重要工具，广泛应用与各种领域，无论是在现代化大生产中还是高校研究所的科学研究中，都或多或少的接触到SFC图，所以SFC图具有广阔的应用前景[1]C6][7]o
本次基于SFC的自动门控制系统的设计，以SFC状态转移图为核心，各部分功能图为补充，使得在自动门的整个运作过程中，实现其自动快关门，并且能控制自动门开关门的速度。
该自动门是利用红外传感器检测是否有人靠近门，然后再利用PLC进行控制。
我们所用的编程和调试的工具是GX-Developei仿真软件，此次方案可以确保设计要求得到满足。
1自动门控制系统的简介
1.1自动门的介绍及应用现状
如今，己进入了21世纪，安全和有效的理念越來越多的体现在各种自动化设备中，自动门也不例外。
能不能有效的防范各种未知的问题、有效的节约通行的时间以及在遇到问题的时候对人群进行有效的疏散等问题成为自动门设计的重要考虑，同时，是否符合建筑艺术的美感、是否能将门的设计与周围的建筑环境进行有效的协调也是设计自动门时需要考虑的重要方面。
现如今，自动门之所以能在国内外的建筑市场上得到较大普及，毋庸置疑，一定是因为它有着让人欣赏的种种优点：
1）可以更好的节约资源、能源，具备一定的防风和防尘的能力,并且在自动门的运行过程中所产生的噪音比较小；2）当我们对自动门进行通电以后，便可以不需要有人在旁边看管，既方便快捷而且乂有较高的档次。
所以,在很多大都市中的大厦、酒店、宾馆、银行、商场、写字楼等娱乐办公场所，它成为一项人们热衷于装备的自动化装置。
图1为某一商场的自动平移门：
基于PLC的自动门控制系统的设计
淮南师范学院2015届本科毕业设计
图1自动平移门
自动门是现代化场所必需的设施之一。
我们生活中已经不可缺少自动门，比如在去银行取钱的时候，我们进去或者出來所遇到的那个可以自动开门和关门的就是最常见的自动平移门设施。
自动门装置一般由行程开关、驱动装置、传感器和蜂鸣器等组成，用來辨别检测是否有人进出的信号并接收，然后送入处理中心进一步的信号处理的装置是控制装置，根据检测到的信号要求来控制自动门的运动,根据检测信号判断，决定自动门是该关门还是开门、是快速关门还是快速开门以及是慢速开门还是慢速关门囱叭
1.2自动门控制的意义
自动门能够自动开关门的这个功能，很大程度上节约了人力成本，并且能提高效率。
因为这些优点它成为众多场所必不可少的设备之一。
（1）可以一直持续地、不间断的工作。
因为使用的工作方式是自动化作业,自动门不会受到各种自然因素和人为手动控制的不便等方面的影响，可以长时间的连续地运行，且其寿命很长。
（2）自动门的作业基本上己实现无人控制化。
自动门控制系统设计的目的之一就是为了在工作的过程中对人力的依赖，不会每个人來都要手动去开关门，并提高工作的效率，因此自动门能减少人力的数量。
自动门控制本身只需要靠近门，由红外感应检测信号，然后由PLC控制门的开关，人只需要考虑系统的维护、设备检修等。
基于PLC的自动门控制系统的设计
1.3本文研究的主要内容
1.3.1对于自动门类型的选择
关于本课题所设计的自动门控制系统，我们将自动平移门作为主要的研究对象。
一般而言，既是自动门，顾需思义，一定具有自动开关门的功能，而且自动门也可以根据不同的时间段使用不同的控制方式，此外，还必须配备一些后备电源等辅助性的装置，可以在遇到停电等突发情况下启动后备电源，以此來保证自动门的正常运行。
因而，自动平移门不仅具有了自动门本身的方便、简洁等特性,在效率和安全性等方面也能够很大程度上满足一些人流量较多的场所。
1.3.2自动门硬件系统的设计
在设计中所选用考虑到自动门对经济、实用和稳定性的需要，本课题的设计所用的硬件系统装置包括控制器、感应器、开关门速度调节器以及驱动装置。
首先，关于控制器方面，我们选择三菱FX系列PLC作为自动门的智能控制器，较其他控制器而言，三菱FX系列PLC的稳定性很好。
其次，关于感应器方面，我们选择的是红外线感应器和接近传感器，前者是自动门常用的感应器，后者由于其具有精密的测量精度、较好的稳定性能以及使用寿命较长等特点被广泛应用于工业自动化控制领域，自然自动门控制也不会例外，然后，感应器会产生大量的开关量信号，PLC利用这种传输过來的信号对自动门进行控制。
然后，关于调节器方面，由于要对自动门的开关门的速度进行控制，所以我们选择的是开关门速度调节器，这种调节器能够进行三段速控制，因而可以很好的实现对自动门转速的控制，以便使自动门在不同的位置以不同的速度移动。
最后，关于驱动装置方面，我们都知道，一般的电动机，在频率处于较低水平时，会产生各种不稳定等问题，所以驱动装置我们选用的是三相交流电机，它不仅功率大、稳定性好，而且自带了减速装置。
1.3.3自动门软件的设计
下面，我们需要对自动门的软件部分进行设计，在征求了指导老师的意见下,
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我们将利用PLC的顺序功能流程图语言來（SFC）进行设计，一方面，利用这种编程语言所编出的顺序功能流程图可以充分的对我们设计的自动门控制系统加以展现，另一方面，对于整个系统的安全性，该编程语言也能做到充分考虑，在遇到其他因素干扰时会对出现的问题进行故障警报等。
考虑到能否适应各种类型的三菱PLC、能否快速的查找故障产生的原因减少维修所用的时间等相关问题，我们利用三菱的GX-Developer编程软件进行顺序功能流程图的编写。
2自动门控制系统的硬件设计
2.1方案提出
方案一：
使用单片机作为控制单元，主要控制自动门的运行，可编程性和可扩展性强，而且单片机对数据的处理能力要强，可以使自动门与商场组成大的智能的控制系统:
匹如图2所示：
图2单片机控制系统
方案二：
自动门运行中最重要的为控制部分，本方案中采用SFC做为编程控制器。
设备的动作顺序能非常直观地在SFC在程序中显示出來,SFC编程相对容易看明白，程序规律性较强是因为它是根据机械的运动顺序來编写的⑻。
如图3所示：
基于PLC的自动门控制系统的设计
图3PLC（SFC）控制系统
2.2方案论证
方案一中釆用单片机，虽然单片机控制便宜，但是从检修角度讲用SFC更方便。
单片机要求要懂C语言，一般人即使会编程也不容易读明白，并且单片机系统一般设置了密码，一点都看不到内容；SFC是通用控制器，懂的人很多，检修调试都方便，一般很快就能知道故障出在哪里，故障停机时间段。
方案二中利用PLC（SFC）,为了实现自动门运行的自动控制，本设计用图形编程语言，在很大程度上提高了可靠性，而且控制系统构成简易，简化了外部线路。
SFC编程可以达到各种复杂的控制系统要求，控制功能可以被方便地增加或改变，能进行故障自动检测以及报警显示，系统运行安全性被提高，而且容易检修，不需要复杂的互锁电路，更容易设计和维护系统，满足设计要求，所以本文釆用第二种方案。
2.3自动门的功能需求分析
根据上述方案二，我们提出本课题所设计的自动门控制系统的功能需求，其结构如图4所示：
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UUUUuuUL
X2XIX3X4X4X3XIX2
图4自动门的功能需求
2.4PLC的简介与选型
2.4.1PLC的简介
可编程控制器，英文称PiogranmiableLogicContioiler,简称PLC。
PLC是一种电控制器，主要用于各种工业现场当中，它会从流经它的输入电路的一些信号得到的一些输入信息，转变成自己内部所需要的输出信号，然后再通过自己的输出电路输出相关信息，利用自己己经储存的程序来实现对负载的控制。
PLC是以电子计算机作为基础的，但是与一般的计算机不同的是，它对己有的输入信号进行输出信号变换时不仅要考虑信息本身的元素，还要考虑当信息输出以后，信息是否可靠、及时以及实际使用的情况，PLC正是因为这种对输入和输出信号的及时、可靠地转变，使得它在与外界交换信息的时候比其他继电控制装置在功能上要多很多、强很多。
图5为PLC硬件结构图：
基于PLC的自动门控制系统的设计
图5PLC硬件结构图
2.4.2PLC的功能与特点
（1）功能简介
开关逻辑和顺序控制功能；模拟控制功能；定时/计时控制功能；步进控制功能；运动控制功能；数据处理功能；通信联网功能C9][15]O
（2）PLC的特点
编程简单，易于使用；PLC非常稳定，受到外界坏境的影响很小。
比较的可靠，结构乂简单，方便通用。
功能补缺；设计、施工和调试的时间循环短；耗能特别低、体积非常小、重量很轻、维护操作也方便[1O]CX2\
2.4.3PLC的分类与选型
PLC有各种分类，包括三菱、西门子、海为等,用來生产套装大、中、小均有配套且现在用得比较多的主要是西门子和三菱,PLC的输入和输出点数在不同控制系统中要求不同，经过搜集和查找发现FX系列和西门子系列的I/O点数均为48点，经过对比价格、性能和使用场合来看，本文比较适合选择FX-PLC：
n：
：
17]o
根据本次系统设计的目的我所选的是FX2N-48MT,综合一共48点
24点输入，DC24V,继电器输出为24点；尺寸（mm）：
182x90x87,其他PLC的性能、价格都不及它，而且符合本次设计的要求、实现本次设计的目的,实现起來很方便，快捷。
使用三菱PLCFX2N-48MT时，如果什么也不加总共可输入的指令有8000步，如果加有存储卡盒，则总共可输入的指令有16000步
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这次的选型是按照最优的方案來选的，不仅为了实现本论文的研究目的，而且实现了经济适用的目标，不会造成过多的浪费，功能也基本实现了，满足这次设计的要求。
其实物如图6实物图所示：
图6FX2N-48MT实物图
FX2N系列是FX系列先进的一款，它包容标准的特点，运行程序变得更快,和一个完整的通信功能，适用于世界各地的生产。
在本系统中需要19个输入信号，9个输出信号，因此选FX2N-48MR型PLC作为本系统的主控单元⑴皿。
2.4.4PLC的输入、输出端子的分配
根据此次系统对输入、输出节点的具体要求，对本次系统中PLC的输入、输出端子进行分配。
表1是电梯的输入、输出端子分配表。
I/O分配表
序号
名称
输入点
序号
名称
输出点
0
红外感应传感器
X0
5
高速开门
Y0
1
限位开关1
XI
6
低速开门
Y1
2
限位开关2
X2
7
高速关门
Y2
3
限位开关3
X3
8
低速关门
Y3
4
限位开关4
X4
基于PLC的自动门控制系统的设计
2.4.5PLC的外部接线图
根据上述I/O分配表，画出PLC外部接线图，如图7所示:
图7PLC外部接线图
2.5传感器的介绍与选择
2.5.1传感器的定义和分类
所谓传感器（Tnmsdiicei7Sensoi）,其实一种是物理量变化转变为电信号器件，它是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息按照一定的规律变换成电信号或者其他所需要的信息输出，以满足信息的传输、处理、储存、显示、记录和控制等要求。
它最主要是用于检测环境的物理变化，提供准确的信息为有效地控制系统的动作，它通常是把物理变化转换成为电信号，然后经过模数转换的过程，送入控制中心何。
2.5.2传感器的主要特性
传感器的特点包括：
微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化和网络化。
它是实现自动检测和自动控制的重要环节。
传感器的动态特性是指当改变传感器的输入变量时，其输出量的变化特性，随着传感器在现代工作生产中的应用，其动态特性被广泛用于代表一些输入标量的响应【叭
2.5.3传感器的选择
根据本设计的要求，需要对是否有人进入进行检测，因此需要能检测到是否有人的传感器。
本系统选择的是红外线传感器，将红外传感器安装在自动门内外
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的上方，当有人走近自动门时，红外传感器就会检测到信号，以此信号来进行下一步的控制，它具有不用接触、精度特别、反应很快等优点⑷。
图8红外传感器的实物图。
图8红外线传感器
2.6系统其他元器件的选择
2.6.1限位开关
限位开关，一般乂称之为行程开关，既可以在一些如固定架、门框等相对静止的物体上进行装配，也可以在一些如行车、门等运动的物体上进行安装，当有人或其他物体向静物慢慢接近时，其连杆驱动开关的接点就会断开己经闭合的接点或者使断开的接点闭合，由开关接点开、合状态的改变去控制电路和电机，而且它是一种被普遍适用的低电流电器，生产机械运动部件的碰撞被用來驱动行程开关触头的动作，要达到控制电路的目的就要实现接通或者断开行程开关，这类开关能使运动的设备根据特定的位置以及行程自动终止、反向运动、改变速度和自动來回运动等⑹。
3系统的控制要求和系统流程图
3.1系统的控制要求
检测人体的红外传感器接在X0端口，Y0为高速开门输出端、Y1为低速开门输出端、Y2为高速关门输出端、Y3为低速关门输出端；当检测到有人接近自动门时，此时X0为ON,在电动机的驱使下开始高速开门，当自动门碰到XI限位开关时，就会转为低速开门；当自动门碰到X2限位开关时，电动机便停止转动，此时开始计时，如果在2秒内没有人再接近自动门，则开始高速关门；当
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自动门碰到X3限位开关时，电动机驱使转为低速关门；当自动门碰到X4限位开关时，此时电动机就会停止转动；在电动机整个关门的过程中，如果有人此时接近自动门，则停止关门状态，计时0.5秒后自动门自动切换到高速开门。
3.2系统总流程图
本课题所设计的自动门控制系统的整体运行流程图如图9所示:
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图9系统流程图
4系统的软件设计及编程
4.1GX-Developei编程软件相关介绍
为了实现自动门控制系统的功能，根据上述内容，我们要利用指令表语言程序进行程序设计，在这里我们需要借助一款语言编程软件一一GX-Developei7.0编程软件oGX-Developer7.0是一款比较通用的由日本三菱公司开发的编程软件,它能够对很多内容进行编程，不仅包括FX系列PLC梯形图、指令表、SFC,还包括Q系列、QnA系列、A系列（包括运动控制CPU）、等他可以将我们需要编辑的程序转变成两种格式的文档，即GPPQ、GPPA格式，如果我们选用的是FX系列时，它还能将我们需要编辑的程序转变成更多格式的文档，包括FXGP（DOS）、FXGP（WIN）格式，这样便能更好的帮助我们将上述格式的文件与FX-GP/WIN-C软件的文件进行互换。
该编程软件还能够对其他软件中的一些用來说明的文字和数字等信息通过计算机的基本操作进行编辑，比如将ExcekWoid等软件里面的一些内容，通过复制、粘贴等简单操作将这些内容导入到我们编辑的程序中，使这款软件软件的使用以及对程序的编辑更加方便和简单。
此次系统程序的编写就是运用了指令进行的设计。
如图10所示：
基于PLC的自动门控制系统的设计
MaSCrrjJJGXDewtoper二程来箔•例菇AjME1制
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卫i
图10GX-Developer7.0编程窗口
在利用GX-Developer7.0编程软件进行梯形图的编写时，有一些编程规则必须需要我们去遵守:
（1）对于每个元件的触点在使用的时候不需要考虑数量，因为在数量上没有任何限制，但是相互要注意的是，我们使用的每个触点和它对应的继电器的线圈必须使用同一编号，否则会影响功能的实现。
（2）在编辑梯形图时，每一行应该都是从最左边开始，而线圈应该是接在最右端的，并且在线圈的最右端是不允许再有触点的。
（3）在一个程序中，如果同一编号的线圈被两次使用了，我们称为双线圈输出，这是非常不好的，因为当我们不注意时，非常容易引起一些错误操作，所以应该避免这种情况的发生。
（4）在梯形图中，其实是不会像现实的电路一样存在正常的电流流动的，但是我们要研究PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，所以一般会假定在梯形图中存在这种“真实的电流”的流动，不过这个所谓“真实的电流”在梯形图中只能进行单方向的流动一一即从左向右流动，层次的改变只能从上向
To
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（5）最后一点，不管我们选择哪一种型号的PLC,我们所使用的软件编号
（即地址）一定是要在这种型号PLC的有效范围之内的。
4.2本系统控制顺序功能图
根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，其顺序功能图如图11所示：
图门顺序功能图
4.3本系统的程序设计
根据顺序功能图，就用GX-Developer可以编写出相对应的SFC指令表，完成程序。
具体SFC指令表见附录。
5程序调试与实现
利用上述SFC指令表，在GX-Developei界面点击梯形图逻辑启动，就会进行PLC写入，完成后便可进行程序的调试。
强制开）3X0,则输出为Y0,即当有人走近自动门时，传感器X0接收
信号，此时PLC会控制门快速打开。
调试过程如图12：
基于PLC的自动门控制系统的设计
0
LD
X002
-
OFF
>
1
PI2
Ml
-
OFF
>
3
LD
M80C2
-
OFF
>
4
SET
SO
-
OFF
>
6
S7L
so
二
OFF
>
7
AKD
XOOCI
二
ON
>
8
SET
S20
-
ON
>
10
S7L
S20
-
ON
>
11
OUT
Y000
-
ON
>
图12自动门高速开门
强制开启XI,则输出为Y1,也即当自动门碰到限位开关XI时，电动
机转为低速运转，自动门慢速开门。
调试过程如图13：
图13自动门慢速开门
（3）强制开启TO,输出为Y2,也即当自动门开到最后时，碰到限位开关
X2,计时2秒，若无人接近，自动门启动高速关门。
调试过程
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