基于PLC自动门控制设计.doc

PLC自动门控制设计摘 要随着科学技术的日新月异，我们的生活发生了巨大的变化。一个智能化、自动化的社会已经开始呈现于我们眼前，这为我们提供了非常多的便利。其中自动门就是自动化进程中的一个典型代表，此设计就是运用所学的知识，结合实际需要而进行研究的。 为了完成自动门这一设计，我翻阅了大量的资料，以及搜查了很多相关的网页，了解各组成部件的功能特性，经过对比，最终确定最优方案。 此设计，以PLC 为基础，以红外热释传感器为感应装置，直流电动机为动力单元，达到设计的要求，通过对以上电路单元的组合，提高了对各功能电路的认识，增加对元器件的了解，掌握了可编程控制器相关软件的应用，最终通过设计提高了自己的动手能力。关键字：自动门、PLC、热释电红外传感器、直流电动机AbstractThe scientific and technological advances, our life have undergone tremendous changes. A smart and automation of the community has been presented to us, which provides us with a lot of convenience. The automatic door automation process is a typical example of this design is to use the knowledge and practical needs of the study. In order to complete the automatic door design, I have read a lot of information, and to search a number of web pages, understand the components of the features of the comparison, the best. The design to PLC based in infrared sensors interpretation of the sensor, DC motors for power units for the design, through the combination of the above circuit module, raising the awareness of the functions of the circuit to increase the understanding of the components, with programmable controller software applications, the increase in the design of their own hands.Keywords: automatic door、PLC、Hot discharged infrared sensors、DC Motors目 录摘 要IAbstractII第一章设计序言1第二章PLC发展史10第一节 PLC的起源10第二节 PLC的功能12第三节 PLC的特点 第四节 PLC的联通与通信 . 第五节 PLC的发展 .第三章设计目的与需求16第一节 设计目的16第二节 设计任务203.2.1 硬件组成 203.2.2 控制要求 22第四章设计方案24第一节 方案说明10第二节 继电器接触控制图12第三节 PLC控制输入输出接线图 第四节 程序流程图 . 第五节 梯形图及指令 . 参考文献25后 记26第一章设计序言21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。自动门大规模专业化生产始于150年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。门的高级形式-自动门起源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。大中型公共场所，为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿彩。自动门从理论上理解应该是门的使用 观念的延伸，是人们根据需要对门的功能的提升和完善。所以对自动门的认识应该从人对门功能的要求开始。作为建筑物一部分的门，从最基本的意义上讲，要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。因此门体本身应牢固、密封。自动门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。自动门除可美化出入口环境外由于中国没有相关的自动门国家标准，导致自动门档次、质量良莠不齐。如果你没有使用过自动门，最好选择一个由专业厂生产、能提供较完善售后服务的自动门品牌（目前有很多自动门品牌是由一些贸易公司购买散件加上自己拼装而成，应尽量避免购买此类产品）。不要认为样本上全部是外国语，资料也是外国语的商品就是进口的商品，其实这样是违反国家规定的。真正的知名品牌，合法的商品不会这样做。由于中国没有相关的自动门国家标准，导致自动门档次、质量良莠不齐。如果你没有使用过自动门，最好选择一个由专业厂生产、能提供较完善售后服务的自动门品牌（目前有很多自动门品牌是由一些贸易公司购买散件加上自己拼装而成，应尽量避免购买此类产品）。不要认为样本上全部是外国语，资料也是外国语的商品就是进口的商品，其实这样是违反国家规定的。真正的知名品牌，合法的商品不会这样做。在购买自动门时最好在授权的指定经销商处或认定销售店的商店购买（有悬挂的授权书），而且在购买时要清楚所购买设备的基本配置，防止买家克扣部件。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，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常宠大，一般只用于有需要的高档宾馆，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。同时也几乎成为了银行，写字楼，酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达，当人走近自动门时，雷达感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。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。微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用。红外传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员进入的场所。本文拟使用PLC设计一个自动门控制器系统。第二章PLC的发展史第一节PLC的起源PLC 是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836 年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60 年代末，它不断吸收微电脑技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务 。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC 技术出现并快速发展。 目前，PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC 从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID 回路调节等功能的现代PLC。但是，仍然沿用着顺序扫描、程控等基本模式及CPU+通信+I/O 的基本结构。 PLC 之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC 的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。第二节PLC的功能1)、数据采集与输出。2)、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。3)、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID 运算、滤波等。 4)、输入/输出接口调理功能。 具有A/D、D/A 转换功能，通过I/O 模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。 5)、通信、联网功能。 现代PLC 大多数都采用了通信、网络技术，有RS232 或 RS485 接口，可进行远程I/O 控制，多台 PLC 可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文文件转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC 构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA 系统，现场端和远程端也可以采用 PLC 作现场机。 6)、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC 系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 7）、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。第三节PLC的主要特点 1)、可靠性高。PLC 的MTBF 一般在4000050000h 以上，有的在1020 万h，且均有完善的自诊断功能。2)、结构形式多样，模块化组合灵活。有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统。最少的PLC 只有6 点，而AB 的ControlLogix 系统的容量达128000 点。3)、功能强大。4)、编程方便。控制具有极大灵活性。5)、适应工业环境。适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。6)、安装、维修简单 7)、与 DCS 相比，价格低。8)、当前PLC 产品紧跟现场总线的发展潮流。第四节PLC的联通与通信PLC 的通信包括PLC 之间、PLC 与上位计算机之间以及PLC 与其它智能设备间的通信。PLC 系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成集中管理、分散控制的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要，各PLC 系统或远程I/O 模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。目前各厂商都主推各自的总线标准，如西门子Profibus、A-B ControlNet 及DeviceNet、莫迪康Modbus 等等。但其构成的集中管理、分散控制分布式控制方式是十分类似的。如ROCKWELL（A-B）推出了全方位自动化的理念，推荐三层网络结构，即1）设备层（DeviceNet 为代表）；2）控制层（ControlNet 为代表）；3）管理层（EtheNet）。第五节PLC的发展 1)、与DCS 的差别。集散系统DCS 从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能，满足快速大量数据处理要求。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。PLC 是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。PLC 在自身发展同时，也在吸收DCS 系统的优点。PLC 在过程控制的发展将是与现场总线技术结合，发展向下拓展功能，开放总线。 2)、市场占有率 1987 年世界PLC 的销售额为25 亿美元，此后每年以20%左右的速度递增。进入90 年代以来，世界PLC 的年平均销售额在 55 亿美元以上，其中我国约占1%。当前，PLC 在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC 设计自动控制系统已成为世界潮流。第三章设计目的与需求第一节设计目的1、为了加强学生智能的培养，更好的使理论与实践相结合，真正做到增长知识与发展能力的统一，本次课程设计的基本任务，是着重培养学生在电力电子技术方面的实践能力和科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。通过本次课程设计，初步掌握工程实践方法组织实践的基本技能，逐渐熟悉开展科学实践的程序和办法。2、 通过本次课程设计应做到如下要求： （1）初步掌握一般电气控制技术、PLC 应用技术和设计的基本方法 （2）培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。（3）巩固常用电子仪器的正确使用方法。 （4）通过严格的科学训练和工程设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风；培养学生在工作中具有一定的生产观点、经济观点和全局观点。第二节设计任务自动门控制装置设计3.2.1 硬件组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。3.2.2 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。3.3 功能器件的基本工作原理1、自动感应门机的基本工作原理 首先，平移式自动感应门机组由以下部件组成： （1） 主控制器：它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。 （2） 感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号； （3） 动力马达：提供开门与关门的主动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。 （4） 自动感应门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。 （5） 门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。 （6） 同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。 （7） 下部导向系统：是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。 当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下： 感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启；自动感应门扇开启后由控制器作出判断，如需关自动感应门，通知马达作反向运动，关闭自动感应门。2、自动门的分类 弧形自动门 双重平移自动门 双扇平移自动门 3、行程开关(限位开关)的工作原理 行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。 滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮(羊角式)非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路。4、光电开关介绍 1）、工作原理光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 2）、光电开关的分类及术语解释、分类 开关： 漫反射式光电开关：它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。 镜反射式光电开关：它亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。 对射式光电开关：它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。 槽式光电开关：它通常采用标准的U 字型结构，其发射器和接收器分别位于U 型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U 型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。 光纤式光电开关：它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。术语： 检测距离：是指检测体按一定方式移动，当开关动作时测得的基准位置（光电开关的感应表面）到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。 回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。 响应频率：在规定的1s 的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。 输出状态：分常开和常闭。当无检测物体时，常开型的光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。 检测方式：根据光电开关在检测物体时发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。 输出形式：分NPN 二线、NPN 三线、NPN 四线、PNP 二线、PNP 三线、PNP 四线、AC 二线、AC 五线（自带继电器），及直流NPN/PNP/常开/常闭多功能等几种常用的输出形式。 第四章设计方案第一节方案说明由于自动门的分类很多，本次实验不能一一进行讨论，最后决定主要对平移自动门进行设计实现plc 的自动控制。自动门的硬件组成部分在前已经叙述，现不再赘述。下面主要对控制部件进行讨论。 经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。要实现自动控制首先要具备以下功能部件：光电检测开关，限位开关，超载保护开关，直流电机。 现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转开门，电机反转关门。1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关上有电流通过（光电检测开关是脉冲触发须对其自锁）由于开门限位开关常闭，所以线圈上有电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。 2）当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器8 秒后，自动进入关门过程，电动机反转，当门移动到关门限位开关时，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，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。 5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制存在一定的问题，最后决定加增手动开门和关门开关。第二节继电器接触控制图第三节PLC控制输入输出接线图第四节程序流程图开 始若K1，K2有信号开 门 K3 打 开 停 止延时8s,若K1，K2有信号号HAO号关 门若K1，K2有信号K4 打 开 停 止结 束第五节梯形图及指令X005 过载保护开关X006 紧急停止开关X007 启动停止X010 手动开门X011 手动关门指令如下：0 LD X0011 OR X0022 OR Y0003 ANI Y0024 AND X0075 OR X0106 ANI X00110 ANI X00211 OUT TO14 LD TO15 OR Y00116 ANI Y00017 ANI Y00218 AND X00719 OR X01120 ANI X00421 OUT