自动门电气控制系统设计

东北林业大学

机电设备控制技术

课程设计说明书

设计题目：自动门电气控制系统设计学生：

指导教师：副教授

学院：机电工程学院

专业：机械电子2009级3班

2012年 7 月13日

《机电设备控制技术》课程设计任务书

题目名称：自动门电气控制系统设计

概述：

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。

任务内容：

1．采用继电器-接触器控制，设计自动门电气控制系统。

（1）根据控制要求设计主电路；

（2）根据主电路的控制要求设计控制电路；

（3）根据照明、指示、报警等要求设计辅助电路；

（4）正确、合理地选择各电器元件，编制元件目录表。

（5）按GB6988《电气制图》标准绘制电气原理线路图，并按GB5094《电气技术中的项目代号》要求标注器件的项目代号。

2．采用PLC控制，设计自动门电气控制系统。

1)根据控制要求选择PLC型号，并分配I/O端口；

2)设计I/O电路、选择电气元件。

3)绘制控制程序梯形图，编制用户程序语句表并进行模拟调试。

3．撰写课程设计说明书（按东北林业大学毕业论文格式撰写）。

主要包括以下内容：

①总体方案的选择说明。

②原理线路设计说明(各控制要求如何实现)。

③主要参数计算及主要电器元件选择说明，编制元件明细表。

④附上控制原理图、梯形图等设计图纸。

（注：要求提交纸质文件和电子版各一份）

设计参考资料

电气控制原理与设计、机电传动控制及其他有关教材；电工手册；工厂常用电气设备手册；低压电器手册；PLC编程手册；其他设计手册等。

目录

1 自动门控制系统总体方案设计 (1)

1.1自动门控制装置的构成 (1)

1.2 自动门的控制要求 (1)

1.3方案的选择 (1)

2 自动门接触器继电器控制系统 (2)

2.1 主电路及控制电路 (2)

2.1.1 主电路 (2)

2.1.2控制电路 (2)

2.1.3照明电路 (3)

2.2电气元件的选型 (3)

2.2.1确定电机及功率 (3)

2.2.2熔断器的选择 (4)

2.2.3直流接触器的选择 (4)

2.2.4热继电器的选择 (4)

2.2.5继电器的选择 (4)

2.2.6开关选择 (4)

3PLC控制系统设计 (5)

3.1 PLC控制系统的硬件设计 (5)

3.1.1 PLC的选型 (5)

3.1.2 PLC的外部接线图 (6)

3.2 PLC控制系统的软件设计 (6)

3.2.1 PLC的I/O地址分配表 (6)

4 结束语 (7)

参考文献

自动门电气控制系统设计

1 自动门控制系统总体方案设计

1.1 自动门控制装置的构成

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。

1.2 自动门的控制要求

（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。

1.3 方案的选择

分析自动门控制装置的构成及控制要求，可分别采用继电器-接触器控制和PLC控制实现其动作。电机选用直流电动机，可进过接线实现其正反转，从而实现开门和关门。

采用继电器-接触器控制时，可利用接近开关代替光电探测开关K1及K2，用行程开关代替限位开关，通过开关的闭合及断开控制接触器线圈通电或断电，使接触器主触点闭合或断开，实现电动机的通断电。

采用PLC控制时，信号通过计时器和开关来产生，经过分配，放大和解析后，信号最终传送至PLC通过PLC实现对电机的控制。PLC设计方案图如图1-1。

图1-1 PLC设计方案

2 自动门接触器继电器控制系统

2.1主电路及控制电路

2.1.1主电路

主电路有一个直流电机，由接触器KM1和KM2控制，通过控制直流电机M的正反转来控制自动门的开启与关闭。M由热继电器FR作过载保护，熔断器FU1作短路保护。

交流电通过组合开关QS引入，经整流器变为220V直流电供给直流电机及控制电路。

主电路原理图如下图2-1所示。

图2-1 自动门接触器继电器控制系统主电路部分

2.1.2控制电路

当有人由内到外或由外到内通过接近开关QS1或QS2时，QS1或QS2闭合，接触器KM1线圈得电，位于主电路的主触点闭合，电动机正传，同时，辅助触点闭合实现自锁。到达开门限位开关SL1位置时，中间继电器线圈得电，KA1的动断触点断开，KM1线圈断电，电机停止运行。

同时，通电延时时间继电器KT得电，8秒后时间继电器触电闭合，接触器KM2通电，KM2主触点闭合电动机反转，同时辅助触点闭合实现自锁。当门移动到关门限位开关SL2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接近开关QS1或QS2时，KA3线圈得电,KA3动断触点断开，使KM2线圈断电，电动机停转，关门停止。同时KM1线圈得电电动机正转，进入开门状态。

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接近开关QS1或QS2时，KA3线圈得电，动断触点断开，时间继电器断电，等待QS1或QS2闭合时，时间继电器KT通电，重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，保证人员安全通过。

2.1.3辅助电路

照明灯与控制电路同样使用220V直流电，由中间继电器KA3的触点控制。当当电机正转，自动门开启时，或当有人员由外至内或由内至外通过接近开关QS1或QS2或停留在接近开关处时，中间继电器KA3均通电，此时照明灯点亮。

辅助电路原理图如下图2-2所示。

图2-2 自动门接触器继电器控制系统辅助电路部分

2.2电气元件的选型

2.2.1确定电机及功率

直流电动机具有良好的起动性能，起动转矩大，能适应频繁起动。根据具体要求选择Z2型直流电动机，型号为Z2-11，额定功率0.4kw，额定电流2.68A转速1500r/min。2.2.2熔断器的选择

1）熔体额定电流的选择

熔体额定电流是选择熔断器的关键，它与负载大小、负载性质密切相关。

（1）对于电阻性负载，熔体的额定电流大于或等于电路的工作电流，即：

In≥I

其中：I n 为熔体额定电流；I为电路的工作电流。

（2）保护单台电动机：

I n =(1.5～2.5)Id

其中：I d为电动机的额定电流。

(3）熔体额定电流的选择还要照顾到上下级保护的配合，以满足选择性保护要求，使下一级熔断器的分断时间较上一级熔断器熔体的分断时间要小，否则将会发生越级动作，扩大停电范围。

2）熔断器规格的选择

熔断器的额定电压必须大于电路工作电压，额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。

3）熔断器类型的选择

熔断器的类型应根据负载保护特性的短路电流大小及安装条件来选择。

根据计算， FU1选用RC/A-5型熔断器，FU2选用RC/A-5型熔断器。

2.2.3直流接触器的选择

a.额定电压与额定电流

主要考虑接触器主触点的额定电压与额定电流。

b.吸引线圈的电流种类及额定电压

c.其他方面

（1）考虑辅助触点的额定电流、种类和数量。

（2）根据使用环境选择有关系列接触器或特殊用的接触器。

（3）考虑电器的使用寿命和操作频率。

根据计算， KM1、KM2选用CZ0-05/20型接触器。

其中，C-表示接触器；Z-表示直流；0-表示设计序号；5-表示主触头额定工作电流，20表示主触点有2个常开触点0个常闭触点。

2.2.4热继电器的选择

热继电器按电机额定电流选择，热继电器整定电流为电动机额定电流的(0.95～1.05)倍.

根据计算, FR选用JR15型热继电器。

2.2.5继电器的选择

一般所在电路的工作电压是继电器额定工作电压的0.86倍。所在电路的工件电压不应超过继电器额定工作电压，否则继电器线圈烧毁。

根据要求选择中间继电器KA1、KA2、KA3选JZ8-22，通电延时时间继电器选择JS7-1A。

2.2.6开关选择

组合开关QS选择HZ10-10。

限位开关SQ1、SQ2选择LX4-11。

接近开关QS1、QS2选择LXJ0。

综上，电气元件明细表如表2-1所示。

表2-1 电气元件明细表

名称及代号型号

直流电机M z2-11

组合开关QS HZ10-10

熔断器FU1 RC/A-5

熔断器FU2 RC/A-5

热继电器FR JR15

接触器KM1 CZ0-05/20

接触器KM2 CZ0-05/20

中间继电器KA1 JZ8-22

中间继电器KA2 JZ8-22

中间继电器KA3 JZ8-22

通电延时时间继电器KT JS7-1A

限位开关SQ1 LX4-11

限位开关SQ2 LX4-11

接近开关QS1 LXJ0

接近开关QS2 LXJ0

3 PLC控制系统的设计

3.1 PLC控制系统的硬件设计

3.1.1 PLC的选型

由硬件的设计及选择和控制要求可知，共有4个输入和2个输出信号，选择S7-200CPU212。

3.1.2 PLC的外部接线图

PLC的外部接线图如图3-1所示。

图3-1 PLC外部接线图

3.2 PLC控制系统的软件设计

3.2.1 PLC的I/O地址分配表

PLC的I/O地址分配表如表3-1所示。

表3-1 I/O地址分配表

I口接线端O口接线端I0.0 门内接近开关QS1 Q0.0 电机正转线圈KM1 I0.1 门内接近开关QS2 Q0.1 电机反转线圈KM2 I0.2 开门到位限位开关SQ1

I1.0 开门到位限位开关SQ2

3.2.2梯形图的设计

梯形图如图3-2所示。

图3-2 梯形图

其工作过程如下：

首先，电路的工作需要合上主电路的总开关QS，才能完成自动门的接下来一系列的动作。

当门外或者门内有人经过的时候，会触发光电开关I0.0或I0.1得电，接着会触发直

流电动机Q0.0得电，电机正转，自动门打开，Q0.0得电后，使得其相应触电闭合形成自锁；并且中间继电器M0.2线圈得电，为以后其相应中间继电器的动断做准备。

当自动门触发到行程开关I0.2时，I0.2得电。中间继电器M0.0得电，其相应动断触点断开，Q0.0线圈失电，电机停止转动；同时，触发定时器T37，8秒后，延时时间到。触发T37触点，接着电动机线圈Q0.1得电，电动机反转，自动门开始关闭。

当关门触发到行程开关I0.3时，I0.3得电，中间继电器M0.1得电，其相应动断触电断开，Q0.1失电，电动机停止转动，关门完成。

当在关门过程中，有人经过时，触发光电开关I0.0或I0.1得电，中间继电器M0.2得电，其相应触电断开，Q0.1失电，电动机停止关门，其相应动断触电复位，又接通Q0.0，电动机正转，又开始开门。

当在等待8秒过程的时候，有人经过，触发光电开关I0.0或I0.1得电，中间继电器M0.2得电，其相应触电断开，延时继电器重新复位，又重新开始计时。

其中动断触电Q0.0和QO.1分别为电动机的互锁，Q0.0和Q0.1分别为电动机的自锁。

4 结束语

经过五天的机电传动控制的课程设计，使我收获很多。与很多其他同学相比，可以说我们是幸运的，也可以说我们是不幸的。幸运的是，我们的课程设计题目是关于一个自动门的电器控制设计，相比较其他同学来说我们任务量相对较少，能够冷静，耐心的分析问题。不幸的是，也许我们通过这次课程设计，受到的锻炼就少了。

首先我们拿到题目后，便开始耐心地分析题目，根据题目的要求，小组讨论我们应该采取的方案，这个题目相对来说简单，主电路只要一个电机控制它的正反转就行，控制电路只要满足那四个条件就行，四个条件说多不多，说少不少，我们还是列出了流程图，通过流程图，使我们的逻辑更加清晰，因而RLC电路图很快我们便画出来了。RLC电路图出来，PLC的电路更是迎刃而解，总之，经过我们的小组的讨论学习，我们发现一些问题解决的非常迅速，并且通过小组分工，我们的进度感觉还行，在老师的规定的时间，我们可以完成我们的内容。

我觉得课程设计其实挺有意义的，因为通过它，我们可以去模拟，尝试地解决一些实际生活的问题，这样对我们以后的工作，学习都是很有帮助的，只有把解决实际问题作为我们的目的，我们才像个合格的工科学生。

参考文献

[1] 张志义.机电传动控制[M].北京;机械工业出版社，2009.

[2] 赵家礼.电工速查速算实用手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] 齐占庆.电气控制技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4] 王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[5] 倪远平.现代低压电器及其控制技术[M].重庆：重庆大学出版社，2003.

[6] 邓星钟.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.

[7] 弭洪涛.电气控制技术[M].长春：吉林科学技术出版社，2006.

[8] 余雷声.电气控制与PLC应用[M].北京：机械工业出版社，2001.

[9] 宋伯生.PLC编程实用指南[M].北京：北京群众出版社，2007.

[10] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[11] 常南斗.可编程控制器原理、应用、实验[M].北京:机械工业出版社，2001.