基于PLC的自动门控制系统设计报告.doc

《机电控制与可编程控制器技术》课程设计报告

题目:基于PLC的自动门控制系统设计

学生姓名:

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电大分校:

学生所在单位:

指导教师:

二○一四年十一月

目录

一、引言 (2)

二、PLC的概述 (2)

三、自动门电气控制系统 (3)

3.1电气控制系统主电路图 (3)

3.2工作方式 (3)

四、设计要求 (4)

五、PLC控制系统硬件选择 (4)

5.1自动门控制系统I/O地址分配图 (5)

5.2 PLC外围接图 (6)

六、PLC控制系统软件的设计 (7)

6.1梯形图的设计 (7)

七、程序调试 (8)

7.1联机模拟调试 (8)

7.1.1调试的现象 (9)

八、总结 (9)

参考文献 (10)

摘要：以自动感应门为研究对象，设计PLC外部硬件电路和软件程序，使控制系统更加智能化、人性化。综合了自动门的简洁、简单的要求，在本课题中主要研究自动平移门，本课题设计的自动平移门具有自动开门功能和分时间段控制功能以及配备安全防夹人光线、后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多的场所的高效率、高安全性的要求。

关键词：PLC；自动门；梯形图；控制系统；

一、引言

进入90年代以来，自动化技术发展很快，技术已经很成熟,并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。在现在人们生活中自动门可以节约空调能源、降低噪音、防尘、防风，同时可以使出入口显得很庄重高档，因此自动门在人们的生活中的运用越来越广泛,自动门适合于宾馆、酒店、银行、写字楼、医院、商店等。使用中自动门的控制方法较多，但在实际中相当多的自动门系统一般采用继电器逻辑控制，这种控制方式故障率高、可靠性低、维修不方便等缺点。而在自动门控制系统的研究设计中，稳定、安全可靠及人性化是首先考虑的因素。因此，找到一种具有可靠性高、使用和维护方便的控制方法用于自动门的控制是目前值得研究的课题之一。

二、PLC的概述

1985年，国际电工委员会（IEC）的PLC标准草案第三稿对PLC做出了如下义：“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”PLC的历史与发展。

三、自动门电气控制系统

3.1电气控制系统主电路图

如图，FU1、FU2为两个熔断器，KM1为开门接触器，KM2为关门接触器。

3.2工作方式

电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时处于受控制状态，它属于并行方式。当人从屋外进入屋内时屋外光电开关动作，进而KM1动作，自动门将会执行开门动作，一段时间后，KM2动作，自动门将执行关门动作。当人从屋内到屋外时屋内光电开关动作，进而KM1动作，自动门将会执行开门动作，一段

时间后，KM2动作，自动门将执行关门动作。

四、设计要求

根据本课题的控制要求和安全要求，所设计的程序按下面运行，工作流程如下：

（1）首先按下启动按钮，当传感器检测到能有人体信号时，电动机正传，带动自动门执行开门过程。

（2）当门完全打开之后，使开门限位开关打开，此时自动门停止，进行10秒延时。若此时感应器重新检测到有人体信号时，则在重新进行10秒延时。

（3）当10秒的延时完毕后，电动机反转执行关门过程。在关门过程中，传感器重新检测到人体信号时，此时中断关门转向开门过程。

五、PLC控制系统硬件选择

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定所需要的操作和动作，然后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器的容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

（1）I/O点数的选择

I/O点数应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加10%到20%的可扩展。I/O点数为输入12点，输出12点。

（2）存储器容量的选择

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目实用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器的容量。大体上都是按数字量I/O点数的10到15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按次数的25%考虑余量。

（3）PLC输出方式的选择

PLC输出方式有继电器输出(R)、晶闸管输出(S)和晶体管输出(T)三种方式。

（4）机型的选择

PLC按结构分为整体型和模块两类型，环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配置系统控制的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

（5）对PLC响应时间的要求

对于多数场合，PLC的相应时间基本上能满足控制要求。响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。PLC的工作方式决定了他不能接受频率过高或持续时间小于扫描周期的输入信号，当有此类信号输入时需要选用扫描速度高的PLC或快速响应模块和中断输入模块。

综合以上因素，本课题的设计采三菱FX2N-48MR系列来实现整个系统的控制。

5.1自动门控制系统I/O地址分配图

I/O分配表示是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。

表5-1 I/0地址分配表

如表5-1所示，SB1、SB2是屋内外光电开关，SQ1、SQ2是开关门到位开关，KM1、KM2是开关门接触器

5.2 PLC外围接图

下图为基于PLC的自动门控制系统的外围接线图。

24V

图5-2 PLC外围接线图

如图5-2所示：KM1为开门接触器，KM2为关门接触器，SB1、SB2是光电开关，有感应器感应到有人时会自动闭合，SQ1、SQ2是开关门到位开关，检测开关门是否到位。

六、PLC控制系统软件的设计

6.1梯形图的设计

设计梯形图的基本方法和步骤：

（1）首先根据工艺过程控制要求，画出控制流程图，力求表达清晰、准确。必要时可以把控制系统分解成几个相对独立的部分，尽量简化，利于编程。

（2）将所有的输入信号（按键，行程限位开关，压力开关，压力、速度、时间等传感器）和输出控制对象（接触器、电磁阀、电动机、指示灯等）分别列出，按被采用的PLC型号内部逻辑元件编号范围，对I/O端子做出相应的分配和安排。

（3）根据控制流程图，有规律的分配和利用PLC内部有关的逻辑元件（如辅助继电器、定时器、计数器等）构成相应的基本回路。

（4）以梯形图的形式来描述控制要求，绘制梯形图要遵循编程原则。

（5）编写程序清单时，必须按梯形图的逻辑行和逻辑单元的编排顺序（由上而下，从左到右）依次进行。

图6-1梯形图

七、程序调试

7.1联机模拟调试

首先在PLC试验台上连接好本试验中要用到的输入/输出接口，然后连接计算机与PLC 设备之间的通讯线，连接好之后各自都接通电源。接着在计算机中打开编程软件，输入该自动售货机的相关梯形图，然后进行保存、综合、编译、

调试、修改等过程确定无误后，下载至PLC中，最后进行硬件调试，在PLC的操作台上进行，一边调试一边观察试验台，看是否可以按我们事先预计的效果运行。

7.1.1调试的现象

现象一：当按下按钮SB1或SB2时，电动机M正转；

现象二：当电动机M停止转动时，计时器计时10秒进行延时。若此时再次按下按钮SB1或SB2，则计时器重新计时10秒。

现象三：当10秒延时完毕后，电动机M进行反转；在反转过程中若按下按钮SB1或SB2，则电动机M进行正转。

八、总结

本文研究了基于PLC的自动门控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计。不仅在理论上论证了该系统实施的可行性，而且在实验中进行了模拟调试。

虽说调试后本系统的整体设计能够达到实际要求，但在实际应用中还应结合实际情况，考虑各部分的容量及其技术参数，供电电源的设计、系统接地问题、电缆设计与铺设、PLC输出保护等问题，已使系统达到安全可靠的工作，所以要想交付用户使用，必须得通过现场调试。这就又给我们提出了更高层次的问题，毕竟一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成的它需要不断的完善和发展，需要我们做大量的工作和时间的检验。现在的系统还没有达到真正的智能化，还需要正增加很多新的功能和先进的科学技术，才能达到真正意义上的智能化控制。

参考文献

1黎虎,游有鹏.基于PLC和变频器的直线电机驱动门控制系统.电机技术,2008,4:22~23

2刘四妹. PLC技术在自动门控制系统中的应用.电工技术,2009,11:32~33 3王改堂,王孟效. PLC在自动门中的应用.科技资讯,2006,8:18

4熊芝耀,蒋文科等. 基于PLC控制的四开平移自动门. 实验室研究与探,2006,12:1502~1503

5姚卫丰.基于PLC控制的自动门系统.自动化与仪表,2002,6:64~65

6何衍庆主编,何一平、王鹏副主编著.常用PLC应用手册.电子工业出版社,2008.3.7