《可编程控制器》课程设计-自动门控制系统设计.doc

s设 计 说 明 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目： 自动门控制系统设计 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14级电气工程及其自动化3班 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017年 3月1日目录1、引言21.1背景21.2设计内容及目的22、系统总体方案设计42.1 系统硬件配置及组成原理42.1.1系统硬件配置42.1.2 PLC系统的结构组成42.1.3自动门原理42.2 系统变量定义及分配表52.3 系统接线图设计53、控制系统程序设计73.1 控制程序流程图设计73.2 控制系统的设计思路及设计程序84、控制系统的上位机设计104.1 人机界面选择104.2 人机界面设计104.2.1通讯连接104.2.2变量设置104.2.3画面组态115、系统调试及结果分析125.1 PLC程序调试及解决的问题125.2 PLC与上位机联调135.3 结果分析14结束语14参考文献14附录：程序梯形图151 引言1.1背景随着经济和科学技术的发展，我国家用汽车拥有量也在迅速增加，这使得城市道路交通可编程控制器，简称PLC。随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC，可编程控制器是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备在其早期主要应用于开关量的逻辑控制。l987 年国际电工技术委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）颁布的PLC 标准草案对PLC 做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体。易于扩展其功能的原则而设计。自第一台可编程控制器问世以来，可编程控制器的发展与计算机技术、自动控制技术、半导体技术及通信技术等高新技术的发展是紧密相关的。这些技术的每次革新，都会给可编程控制器带来功能和特性的新变化，使得可编程控制器技术的与飞速发展。目前，可编程控制器以实现从“单片机控制自动化生产线控制自动化全厂生产自动化”的三级解决方案，成为工业自动化的核心控制设备。PLC 作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，有其显著的特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强。（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎。（4）安装方便，扩展灵活。（5）系统的设计、安装、调试工作量小、维护方便，容易改造。（6）体积小、重量轻，能耗低。目前的PLC已经与十年前大不相同。十年后的PLC与如今的PLC也势必不同，但有两个方面是不变的。其一、PLC会提供稳定的控制响应。其二、高度的可靠性。可以预见的PLC发展趋势将是：（1）向高速度、大容量方向发展。（2）向超大型、超小型两个方向发展。（3）PLC 大力开发智能模块加强联网通信能力。（4）增强外部故障的检测与处理能力。（5）编程语言多样化。1.2设计内容及目的本次的课程设计的主题就是：自动门控制设计。本次的课程设计的主题就是：自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试。在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门已经随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走进自动门是感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过之后，再将门关上。由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。 自动门在国外早已得到普遍的应用，在我国也以优异的性能逐步得到大家的认同，中国已迎来了自动门发展的黄金时期。 自动门性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是PLC，它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。目前他在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻化工等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性、维修方便等优点。由此看来，进行自动门的PLC控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大PLC在自动门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。 本课题主要介绍运用PLC为控制器的自动门控制系统的设计，所有产品的开发都要讲究实用本课题开发的产品对许多场合都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发还是使用者来说都是最好的。此系统的设计既满足了自动门的基本要求，还可以保证自动门的稳定性。研究本课题意味着产品成本的下降，效益提高。因此是一个比较实用且经济的产品。2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1系统硬件配置（1）输入：自动门启动停止信号、光检测传感器所接收到的信号、限位开关动作信号、手动控制时的开关门信号。（2）输出：电机正转开门、电机反转关门。（3）S7-200PLC是一种小型可编程逻辑控制器。高集成度的设计、低廉的成本使得S7-200成为各种小型控制任务理想的解决方案。根据对自动门系统的作用分析，该控制系统应有9个输入点3个输出点。I/O点总数为12个。使用西门子S7-200PLC（CPU224xp），这样就能完全能够满足设计要求。2.1.2 PLC系统的结构组成图2-1 PLC系统的结构框图2.1.3自动门原理自动门的系统配置是指根据使用要求而配备的，与自动门控制器相连的外围辅助控制装置，如开门信号源、门禁系统、安全装置、集中控制等。必须根据建筑物的使用特点。通过人员的组成，楼宇自控的系统要求等合理配备辅助控制装置。自动门的开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。自动门常采用集中控制，包括集中监视自动门运行状态和集中操作多个自动门两层含义，集中监视自动门开门关门状态可以通过位置信号输出电路来实现，可以采用接触式开关，当门到达一定位置（如开启位置）时，触动开关（限位开关）而给出触点信号。2.2 系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。在我的设计方案中，I/O分配如表2-1所示。表2-1 输入输出信号的定义及地址分配表地址编码信号名称地址编码信号名称I0.0启动停止按钮I0.1门外光检测电开关I0.5手动开门开关I0.2门内光检测电开关I0.6手动关门开关I0.3开门限位开关I0.4关门限位开关表2-2 输出信号的定义及地址分配表地址编码信号名称Q0.0电机正转Q0.1电机反转2.3 系统接线图设计接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。 根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的9个输入继电器和3个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7200(CPU224xp)，这种机型的I/O点数分别为14/10；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。此自动门控制的接线图可如图2-3所示。图2-3自动门控制系统接线图3控制系统程序设计3.1 控制程序流程图设计我设计的自动门控制系统具体的程序流程图如图3-1所示。图3-1 存车控制的程序流程图3.2 控制系统的设计思路及设计程序设计思路：自动门控制程序中设计的各变量如图3-3所示。图3-2自动门程序设计符号表1.开始时全部复位。2. 设置时间。3. 设置总的开始停止开关。开门控制图4. 开门程序：按下I0.0，按下I0.1或I0.2,Q0.0接通，电机正转开门；也可直接按下I0.5进行手动启动开门。5、开门限位I0.3进行延时8S，当有人进来时重新开始定时8S。关门控制图、延时8秒后进行关门也可以手动进行强制关门I0.6进行关门也就是电动机反转，当有人进来时关断关门重新进行开门状态。4控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择对于人机界面，我选择富昌维控公司的触摸屏来制作。4.2 人机界面设计4.2.1通讯连接在系统的设备栏里，点击COM1，接着点击出现的新建设备，西门子S7-200系列PPI，然后选择串口号、设置地址指南等，如下图（图4-1）所示26图4-1 通讯连接相关图4.2.2变量设置表4-1 上位机输入、输出变量I0.0/M1.0启动停止按钮I0.1/M0.1门外光检测电开关I1.0/M0.5手动开门开关I0.2/M0.2门内光检测电开关I1.1/M0.6手动关门开关I0.3/M0.3开门限位开关Q0.0电机正转I0.4/M0.4关门限位开关Q0.1电机反转4.2.3画面组态我的人机界面具体如下图（图4-2、图4-3）图4-2 开门程序界面图按下门外光电检测电开关后松开，模拟传感器信号输出，Q0.0接通，门打开。图4-3 关门界面图系统Q0.1接通，电机反转，开门限位开关复位（Q0.2线圈采用闪烁报警，关断时为亮黄，否则为亮红）。5调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题（1）连接线路，接电源。（2）将在“LeviStudio”开发平台编写好的软件通过“RS-232/PPI电缆”下载到“CPU224xp”。（3）运行程序，并调整相应的错误，直到实验成功为止。（4）利用S7-200仿真软件自动门正转开门、反转关门、手动开门、紧急停车保护如下图。一丶有人进入或出去时检测：二丶遇到开门限位时：三丶延时八秒后进行关门：四丶关闭开门限位后依然进行关门状态：五丶这时要是有人进来则立马进入开门状态：图5-1 开门和关门的仿真图5.2 PLC与上位机联调上位机我是采用富昌维控公司的触摸屏来制作，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开富昌维控软件，选择自己的工程，点击VIEW，运行自己创建的人机界面。联调时，第一，点击人机界面中的存取按钮，选择自动门开门或者关门过程，拨动相应的启动开关、限位开关，观察是否符合设计要求；第二，直接拨动PLC工作台上的存取开关，也是选择自动门的某一工作过程，拨动相应的限位开关，观察是否符合设计要求。只有两者都成功了，才能确保PLC与上位机联调成功。5.3 结果分析经过PLC与上位机的联调，我发现我做的人机界面并不能真正地做到远程控制，联调本文研究了基于plc的自动门控制系统，包括硬件设计与软件设计。通过对自动门控制装置的实验模拟运行，可看出本装置运行良好。但此装置只是通过了模拟部分，离实际的系统实现还有一段距离。由于我水平有限，还不能将系统提升到一个新的高度。因此在今后的学习生活中，还要加强自我学习与研究，还需针对具体的自动门系统进行系统的分析以及调整。结束语通过对自动门系统的软件设计，掌握可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法。在学习与设计的过程中，了解所设计工程的工艺流程，从而完成了对自动门系统的软件设计。同时，对于自动门硬件也有了一定的了解和熟悉。这次设计扩展了我的知识面，提高了我的实践能力，加深了我对PLC课程的理解。通过这次实验，让我的专业技能分析和解决问题得到提高，同时对于之前理论课上的疑问也得到了一定程度的解决。本次课程设计让我对PLC的学习也更加深入，同时激发了我对PLC的兴趣，加深了我对