PLC课程设计(自动门)

电气控制与PLC

课程设计说明书

题目：宾馆自动门控制系统设计

专业班级：自动0901 姓名：

学号：

指导教师：任胜杰

成绩：

指导老师签名：

日期：

目录

1系统概述 (3)

2方案论证 (3)

3 硬件设计 (4)

3.1系统的原理方框图 (4)

3.2 主电路 (4)

3.3 I/O分配 (5)

3.3 I/O接线图 (5)

3.4 元器件选型 (6)

4 软件设计 (10)

4.1主流程 (10)

4.2梯形图 (11)

5 系统调试 (13)

设计心得 (14)

参考文献 (15)

1 系统概述

自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中，自动平移门使用得最广泛，大家一般所说的自动门、感应门就是指自动平移门。

由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。同时也几乎成了银行、写字楼、酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。

自动门控制装置由感应式开关、开门到位限位开关、关门到位限位开关、开门关门执行机构（一台250W的直流电机拖动，正转开门、反转关门）组成。

具体要求如下：

1、当开门感应开关检测到有人或物件要通过时，开门机构开门，当门到开门到位限位开关后，开门电机停止。

2、自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程。

3、在关门过程中，如果检测到有人或物件要通过，立刻进入开门过程。

4、在门打开后等待的8秒时间内，如果有人或物件要通过，必须重新开始等待8秒，才能进入关门过程，以便人员安全通过。

2 方案论证

对于PLC型号的选择问题，则有以下几个方面要考虑：

（1）功能方面所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。如对PLC与PLC，PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通讯要求；或对PLC的计算速度，用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。

（2）价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似，质量

相当，I/O 点数相当的PLC 的价格能相差40%以上。在使用PLC 较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因素。

（3）个人喜好方面 有些工程技术人员对某些品牌的PLC 熟悉，所以一般比较喜欢使用这种产品。另外，甚至一些政治因素或个人情感有时也会成为选择的理由。

PLC 主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。如模拟量单元，显示设定单元，位置控制单元或热电偶单元等。

对于本课设来说不需要扩展单元与模拟量单元，可知PLC 可以选择我们所熟悉的西门子系列PLC,根据以上的分析可知我们可以选择西门子S7-200系列PLC 。 3 硬件设计

3.1 系统的原理方框图

开始

若K1，K2有信号

延时8s ，若有信号

开 门

K3打开 停止

关门

若K1，K2有信号

K4打开 停止

结束Y N

Y N

Y

N

图3.1 系统原理方框图

3.2 主电路

FU1

QS

FU1

KM0 KM0KM1 KM1

M

图3.2 系统主电路

3.3 I/O分配

PLC控制系统的Ｉ／Ｏ地址分配表如表3-1所示

输入信号输出信号

I0.1 门内光电探测开关K1 Q0.1 开门执行机构KM0 I0.2 门外光电探测开关K2 Q0.2 关门执行机构KM1 I0.3 开门到位限位开关K3 Q0.3 短接启动电阻接触器KM2 I0.4 关门到位限位开关K4 T37 时间继电器

I0.6 手动关门

I0.7 过电流保护开关

表3-1 I/O地址分配表

3.3 I/O接线图

SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB10 SB11 I0.2

I0.1

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

I1.1

I1.2

COM Q0.0 Q0.1Q0.2COM KM0

KM1 KM2

图3.3 I/O 接线图

3.4 元器件选型

3.4.1 可编程序控制器PLC 的选择

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，明确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.输入输出（I/O ）点数的估算

I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加10%到20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC 的产品特点对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的I/O 点数为输入14点，输出10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。设计阶段，由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，须在程序调试之后才知道。为了设计选型时，能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替，存储器内存容量的估算没有固定的形式，许多文献资料中给出了不同的公式，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。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储索要储存的程序，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。

3.控制功能的选择

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等性能的选择。根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，主要介绍一下几种功能的选择。

1）控制功能

PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。

2）编程功能

离线编程方式：PLC和编程器共用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。

五种标准化变成语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语言表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应

遵守标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言变成方式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。

3）诊断功能

PLC的诊断功能爆孔硬件和软键的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软键对PLC的CPU玉外部输入输出等部件信息叫唤功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。

4.机型的选择

1）PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块两类型型，按应用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/0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/0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/0点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

2）经济的考虑

选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出比较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。点当数增加到一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对PLC选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选用整体型PLC。

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，本课题的设计采用德国西门子公司生产S7-200系列的CPU224小型PLC来实现整个系统的控制。

3.4.2 驱动装置的选型

运用直流无刷电机。直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点。是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择本设计选用的是亚坦电机控制有限公司生产的45BLDC系列直流无刷电机，电机直径φ45，额定转数4000转，额定扭矩0.036N.m，功率15W～100W。额定电压24V DC。

3.4.3 感应器件的选择

目前自动门行业运用的感应器件主要有微波感应器、红外感应器等。微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，微波感应器是以微波多普勒原理为基础，平面型天线昨感应系统，以微处理器作控制。整机关键元器件均为进口器件，方案设计选择器件均确保了产品可靠性。

微波感应器是以10.525GHz微波频率发射、接收。其探测方式具体如下优点：

1.非接触探测。

2.不受温度、湿度、噪音。

红外感应器，是对物体的存在进行反应，不管人员是否移动，只要处于感应器的扫描范围内，它都会反应，另外，红外感应器的反应速度比微波感应器慢。

根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动控制系统中，是自动门系统的关键部位，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定，如在高档酒店、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器；在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。

3.4.4 直流电动机的选型

无刷直流电机具有更大的功率密度（铁芯利用率高）、更高的效率和更好的控制性能，如将节能因素、省却变频器以及产能提高因素考虑在内，使用者的综合成本下降很大。所以在本课题设计中选用了无刷直流电动机。

3.4.5 传动装置

本控制系统所用到的传动装置具体包括如下：

1 自动门扇行进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行。

2 自动门扇吊具走论系统：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。

3 同步皮带：用于传输电机所产动力，牵引自动门吊具走论系统。

3.4.6 限位开关

限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。

限位开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一运动位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转化为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。

4 软件设计

4.1主流程

开始

若K1，K2有信号

延时8s ，若有信号

开 门

K3打开 停止

关门

若K1，K2有信号

K4打开 停止

结束

Y N

Y N

Y

N

图4.1 程序主流程图 4.2梯形图

图4.2 自动门开门梯形图

图4.3 自动门延迟梯形图

图4.4 自动门关门梯形图

图4.5 自动门过载保护梯形图

图4.6 自动门开门及延迟语句表

图4.7 自动门关门及过载保护语句表

5 系统调试

1、首先按下启动按钮使I0.7闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时I0.1或I0.2闭合。由于开门限位开关I0.3是长闭的，所以Q0.0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Q0.0线圈通电时Q0.0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I0.3打开，Q0.0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I0.1或I0.2有信号，则使T37重新延时。

4、当8秒的延时完毕后T37线圈通电，关门限位开关关闭，所以使Q0.1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I0.1,I0.2有信号又使Q0.0通电，由于在关门过程中Q0.0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。

心得体会

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。我开始先认真审题，考虑设计系统的要求及条件，复习有关课程内容，如《电器与PLC控制技术》、《西门子PLC课程设计指导书》等，之后多方收集相关资料并截选，再与同学交流、请教老师。

回顾起此次西门子PLC课程设计，令我仍感慨颇多。一个多星期的时间里，付出了不少时间和精力，努力地查找资料、绘制电路图等，但学到了很多很多东西。同时，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的思维能力和实际应用能力。在设计的过程中常遇到问题，可以说是困难重重，第一次做此类设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新巩固。

通过本次课程设计，我在老师的精心指导和严格要求下，获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，这对我今后进一步学习这方面的知识有极大的帮助。在此，忠心感谢老师的指导和同学的帮助。

参考文献

1、《电气控制系统与可编程控制器》主编常晓玲机械工业出版社；

2、《监控组态软件与PLC入门》主编严盈富人民邮电出版社；

3、《可编程控制器及应用》主编林小峰高等教育出版社；

4、《现代电气控制及PLC应用技术》编者王永华（第二版）北京航空航天大学出版社