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基于PLC的自动门控制系统设计【2张CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】

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关键词：: 基于 plc 自动门控制系统设计全套 cad 图纸毕业论文答辩优秀优良

资源描述：

基于PLC的自动门控制系统设计

摘要

近年来，随着城市建设的高速发展，各种大型建筑物如宾馆酒楼、各类医院、大型商场大厦、高档写字楼、娱乐设施以及仓库等场所不断兴建，在这些场所中，自动门的应用越来越普及，越来越广。与此同时，对自动门技术性能也提出了更高的要求，中国工程建设标准化协会对此非常重视，即将启用我国自动门技术设计的国家标准，进一步加强自动化门的行业技术规范。国内自动门厂家发展迅速，市场潜力大，但随着自动门市场的快速发展，对产品的性能价格比要求越来越高。本论文通过讨论仓库自动门控制系统的组成，阐述可编程控制器（PLC）在自动门控制中的应用，采用三菱PLC编程的程序控制方式，提出了仓库卷帘式自动门的PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、自动门的控制梯形图。并在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法，设计了一套完整的自动门控制系统方案。

关键词：PLC，自动门，标准化

PLC-BASED CONTROL DESIGN OF THE AUTOMATIC DOOR SYSTEM

ABSTRACT

In recent years, develop with the city construction high speed, the large-scale various building builds, in these lieu if the guesthouse wineshop , hospital of all kinds , large-scale market edifice , top grade office building , lieu such as recreation facilities and storehouse are ceaseless, the automatic door application is more and more universal , more and more broad. Meanwhile, the function has also brought forward higher call for to automatic door technology , Chinese engineering construction has standardized an association attaching great importance to here , has started using the national standard that our country automatic door technology designs soon , has reinforced the automation door industry technical code further. The automatic door manufacturer is expanding by leaps and bounds in the homeland , the market potential is big, the marketplace develop rapidly , the function price ratio call for to the product are more and more high but with automatic door. The thesis passes the made up of discussing storehouse automatic door navar's , set forth programming controller (PLC) application in controlling in automatic door , adopt Mitsubishi PLC programming program control way, the PLC navar population design plan having brought forward dyadic storehouse rolling curtain automatic door , the ladder diagram having designed process , made up of , having listed concrete main hardware circuit , the automatic door controlling. Have brought forward the PLC programming method , have designed that a set of entire automatic door controls system scheme and on the basis analysing , handling random signal logical relation's.

KEY WORDS：PLC，Automatic door，Standardization

前言1

第1章 PLC概述2

1.1 PLC的产生及定义2

1.2 PLC的特点3

1.3 PLC的主要功能5

1.4 PLC的基本结构及原理6

1.5 PLC的发展趋势10

第2章硬件电路设计12

2.1 PLC的设备要求12

2.2硬件的可靠性14

2.3 PLC的编程语言14

2.4 PLC的机型选择15

2.5 I/O口的分配及PLC控制外部接线图17

第3章软件程序设计19

3.1仓库大门PLC控制梯形图19

3.2动作说明19

结论21

谢辞22

参考文献23

外文资料翻译24

前言

在仓库、超级市场、公共建筑、银行及医院等入口，经常使用自动门控制系统。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已逐渐被淘汰。PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。本论文介绍了PLC控制仓库自动门的一种方案。希望通过这次设计能够熟练使用三菱FX系列可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法；能够掌握三菱FX系列可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法；能过通过课程设计而熟练掌握数据的查询（图书、网络），PLC课程所获知识在工程设计工作中综合地加以应用，使理论知识和实践结合起来。

其设计任务是用PLC控制仓库大门的自动打开和关闭，以便让车辆进入仓库。本系统用两种不同的传感器检测车辆。控制要求如下：

1. 在操作面板上设有SB1和SB2两个常开按钮，其中SB1用来启动大门控制系统，SB2用于停止大门控制系统。

2. 用超声波接受开关检测是否有车辆要进入大门。当本单位的车辆驶近大门时，车上发出特定编码的超声波，被门上的超声波接收器识别，输出逻辑“1”信号，则开启大门。

3. 用光电开关检测车辆是否已进入大门。光电开关由发射头和接收头两部分组成，发射头发出特定频谱的红外光束，由接收头加以接收。当红外光束被车辆遮住时，接收头输出逻辑“1”；当红外光束未被车辆遮住时，接收头输出逻辑“0”。当光电开关检测到车辆已进入大门时，则关闭大门。

4. 门的上限装有限位开关SQ1，门的下限装有限位开关SQ2.

5. 门的上下运动由电机驱动，开门接触器KM1闭合时门打开，关门接触器KM2闭合时门关下。

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内容简介：: 洛阳理工学院毕业设计（论文）任务书填表时间： 2009 年 3 月 2 日（指导教师填表）学生姓名邵朋专业班级 06 机电 1 班指导教师赵秀婷课题类型软件工程题目基于 PLC 的自动门控制系统设计主要研究内容 1.PLC 的特点及主要功能 2.硬件电路设计 3.软件程序设计设计要求和主要设计内容 1.用 PLC 控制仓库大门的自动打开和关闭，以便让车辆进入仓库。 2.按要求的格式独立撰写 8000-15000 字的说明书 3.查阅到 10 篇以上与题目相关的文献 . 进度计划第 5-6 周：查阅收集资料，拟订设计方案。翻译科技文献一篇。第 7 周：拟定毕业设计计划，写出开题报告。第 8-14 周：深入课题研究，撰写论文，论文初稿输入。第 15 周：毕业论文初稿打印，修改成文并打印整理装订。主要参考文献 1、可编程控制技术王国海北京中国劳动社会保障出版社 2、电器控制与 PLC 应用范永胜中国电力出版社 3、机械设计手册成大先北京北学工业出版社 4、 PLC 可编程控制器教程尹宏业航空工业出版社 .1997 5、可编程控制器系统原理、应用及维护清华大学出版社 . 指导教师签字：教研室主任签字：年月日 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） I 基于 PLC 的自动门控制系统设计摘要近年来，随着城市建设的高速发展，各种大型建筑物如宾馆酒楼、各类医院、大型商场大厦、高档写字楼、娱乐设施以及仓库等场所不断兴建，在这些场所中，自动门的应用越来越普及，越来越广。与此同时，对自动门技术性能也提出了更高的要求，中国工程建设标准化协会对此非常重视，即将启用我国自动门技术设计的国家标准，进一步加强自动化门的行业技术规范。国内自动门厂家发展迅速，市场潜力大，但随着自动门市场的快速发展，对产品的性能价格比要求越来越高。本论文通过讨论仓库自动门控制系统的组成，阐述可编程控制器（ PLC）在自动门控制中的应用，采用三菱 PLC 编程的程序控制方式，提出了仓库卷帘式自动门的PLC 控制系统总体设计方案、设计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、自动门的控制梯形图。并在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了 PLC 的编程方法，设计了一套完整的自动门控制系统方案。关键词： PLC，自动门，标准化 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） II PLC-BASED CONTROL DESIGN OF THE AUTOMATIC DOOR SYSTEM ABSTRACT In recent years, develop with the city construction high speed, the large-scale various building builds, in these lieu if the guesthouse wineshop , hospital of all kinds , large-scale market edifice , top grade office building , lieu such as recreation facilities and storehouse are ceaseless, the automatic door application is more and more universal , more and more broad. Meanwhile, the function has also brought forward higher call for to automatic door technology , Chinese engineering construction has standardized an association attaching great importance to here , has started using the national standard that our country automatic door technology designs soon , has reinforced the automation door industry technical code further. The automatic door manufacturer is expanding by leaps and bounds in the homeland , the market potential is big, the marketplace develop rapidly , the function price ratio call for to the product are more and more high but with automatic door. The thesis passes the made up of discussing storehouse automatic door navars , set forth programming controller (PLC) application in controlling in automatic door , adopt Mitsubishi PLC programming program control way, the PLC navar population design plan having brought forward dyadic storehouse rolling curtain automatic door , the ladder diagram having designed process , made up of , having listed concrete main hardware circuit , the automatic door controlling. Have brought forward the PLC programming method , have designed that a set of entire automatic door controls system scheme and on the basis analysing , handling random signal logical relations. KEY WORDS： PLC， Automatic door， Standardization nts洛阳理工学院毕业设计（论文） III 目录前言 . 1 第 1 章 PLC 概述 . 2 1.1 PLC 的产生及定义 . 2 1.2 PLC 的特点 . 3 1.3 PLC 的主要功能 . 5 1.4 PLC 的基本结构及原理 . 6 1.5 PLC 的发展趋势 . 9 第 2 章硬件电路设计 . 11 2.1 PLC 的设备要求 . 11 2.2 硬件的可靠性 . 13 2.3 PLC 的编程语言 . 14 2.4 PLC 的机型选择 . 14 2.5 I/O 口的分配及 PLC 控制外部接线图 . 17 第 3 章软件程序设计 . 18 3.1 仓库大门 PLC 控制梯形图 . 18 3.2 动作说明 . 18 结论 . 20 谢辞 . 21 参考文献 . 22 外文资料翻译 . 23 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 1 前言在仓库、超级市场、公共建筑、银行及医院等入口，经常使用自动门控制系统。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已逐渐被淘汰。 PLC 控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。本论文介绍了 PLC 控制仓库自动门的一种方案。希望通过这次设计能够熟练使用三菱FX 系列可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法；能够掌握三菱 FX 系列可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法；能过通过课程设计而熟练掌握数据的查询（图书、网络）， PLC 课程所获知识在工程设计工作中综合地加以应用，使理论知识和实践结合起来。其设计任务是用 PLC 控制仓库大门的自动打开和关闭，以便让车辆进入仓库。本系统用两种不同的传感器检测车辆。控制要求如下： 1. 在操作面板上设有 SB1 和 SB2 两个常开按钮，其中 SB1 用来启动大门控制系统， SB2 用于停止大门控制系统。 2. 用超声波接受开关检测是否有车辆要进入大门。当本单位的车辆驶近大门时，车上发出特定编码的超声波，被门上的超声波接收器识别，输出逻辑 “1”信号，则开启大门。 3. 用光电开关检测车辆是否已进入大门。光电开关由发射头和接收头两部分组成，发射头发出特定频谱的红外光束，由接收头加以接收。当红外光束被车辆遮住时，接收头输出逻辑 “1”；当红外光束未被车辆遮住时，接收头输出逻辑 “0”。当光电开关检测到车辆已进入大门时，则关闭大门。 4. 门的上限装有限位开关 SQ1，门的下限装有限位开关 SQ2. 5. 门的上下运动由电机驱动，开门接触器 KM1 闭合时门打开，关门接触器KM2 闭合时门关下。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 2 第 1 章 PLC 概述 1.1 PLC的产生及定义 20 世纪 20 年代起，人们把各种继电器 ,定时器 ,接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统 .由于它结构简单 ,容易掌握 ,价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位 .但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差 . 20 世纪 60 年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置 .为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求， 1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是： 1. 编程方便，可现场修改程序 2. 维修方便，采用插件式结构 3. 可靠性高于继电器控制装置 4. 体积小于继电器控制盘 5. 数据可直接送入管理计算机 6. 成本可与继电器控制盘竞争 7. 输入可以是交流 150V 以上 8. 输出为交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器，电磁阀等 9. 扩展时原系统改变最小 10.用户存储器至少能扩张到 4KB（适应当时汽车装配过程的需要）十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。美国国际电工委员会（ IEC）在 1987 年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 3 数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义强调了 PLC 应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了 PLC是 “数字运算操作的电子系统 ”，他也是一种计算机，它是 “专为在工业环境下应用而设计的 ”工业计算机。这种工业计算机采用 “面向用户的指令 ”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有 “数字量和模拟量输入和输出 ”的能力，并且非常容易与 “工业控制系统联成一体 ”，易于 “扩充 ”。 1.2 PLC 的特点 1. 抗干扰能力强，可靠性好 PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。 I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：（ 1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。 PLC 的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于 PLC 的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。（ 2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在 PLC 的电源电路和输入 /输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效抑制。（ 3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。（ 4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、 watchdog（ “看门狗 ”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（ WDT）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证 CPU 可靠运行。（ 5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 4 （ 6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。（ 7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。（ 8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。 2. 控制系统结构简单，通用性强 PLC 及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。 3. 编程方便，易于使用 PLC 是面向用户的设备， PLC 的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯， PLC 程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内学会。 4. 功能完善 PLC 的输出 /输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入 /输出。在 PLC 内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制 I/O 等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。 5. 设计、施工、调试、的周期短用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用 PLC 控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在 PLC 到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。 6. 体积小，维护操作方便 PLC 体积小，质量轻，便于安装。 PLC 的输入 /输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。 7. 易于实现网络化 PLC 可连成功能很强的网络系统。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 5 8. 可实现三电一体化 PLC 将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。 1.3 PLC 的主要功能 1. 条件控制功能条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用 PLC 的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。 2. 定时 /记数控制功能定时 /记数控制功能指用 PLC 提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。 3. 数据处理功能数据处理功能是指 PLC 能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。 4. 步进控制功能步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 5. 运动控制功能运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。 6. 过程控制功能过程控制功能是指通过 PLC 的 PID 控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。 7. 扩展功能扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即 I/O 扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高 PLC 的控制功能。 8. 远程 I/O 功能远程 I/O 功能是指通过 I/O 单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与 PLCnts洛阳理工学院毕业设计（论文） 6 主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。 1.4 PLC 的基本结构及原理 1. PLC 的系统结构目前 PLC 种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元 CPU、存储器 RAM 和 ROM、输入输出接口电路、电源、 I/O 扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。如图 1-1 所示， PLC 控制系统由输入量 PLC 输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 PLC 的输入量，它们经 PLC 外部输入端子，作为 PLC 的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见， PLC 的基本结构有控制部分输入和输出组成。图 1-1 PLC硬件结构图 2. PLC 各部分的作用 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 7 （ 1）中央处理器 CPU 是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下：诊断 PLC 电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入 PLC 寄存器中。按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。将存于寄存器中的处理结果送至输出端。应各种外部设备的工作请求。（ 2）存储器 PLC 的存储器分为两大部分：一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储器。（ 3）输入输出接口电路 PLC 通过输入输出（ I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过 PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成 CPU 所能接受和处理的数字信号。（ 4）电源 PLC 的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足 PLC 的 CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。（ 5）输入输出 I/O 扩展接口若主机单元的 I/O 点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将 I/O 扩展单元与主机单元相连接。 3. PLC 的基本工作原理 PLC 采用的是循环扫描工作方式。对每个程序， CPU 从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。 PLC 的扫描全过程如图 1-2 所示。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 8 （ 1）输入刷新阶段在输入刷新阶段， CPU 扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。（ 2）程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。（ 3）输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成 PLC 的实际输出。图 1-2 PLC 的扫描全过程显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 由于每一个扫描周期只进行一次 I/O 刷新，即每一个扫描周期 PLC 只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在 I/O 刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的 I/O 刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行， PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。 1.5 PLC 的发展趋势 PLC 总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。 1. 向小型化、专用化、低成本方向发展随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使 PLC 结构相当于一本精装书的大小，操作使用十分方便。 PLC 的功能不断增加，将原来大、中型 PLC 才有的功能部分地移植到小型 PLC 上。 2. 向大容量、高速度方向发展大型 PLC 采用多微处理器系统，有的采用了 32 位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。 3. 智能型 I/O 模块的发展智能型 I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的 CPU与 PLC的主 CPU 并行工作，占用主 CPU 的时间很少，有利于提高 PLC 的扫描速度。 4. 基于 PC 的编程软件取代编程器随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 10 编程软件可以对 PLC 控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。 5. PLC 编程语言的标准化与个人计算机相比， PLC 的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的 CPU 模块和 I/O 模块互不通用。 PLC 的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。为了解决这一问题， IEC 制定了可遍程序控制器标准。标准中共有 5 种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。 6. PLC 通信的易用化 PLC 的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。 7. 组态软件与 PLC 的软件化个人计算机（ PC）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。 8. PLC 与现场总线相结合现场总线 I/O 与 PLC 可以组成功能强大的、廉价的 DCS 系统。 9. 开发新型特殊功能模块 I/O 组件可以提高 PLC 的智能化、高密集度和增大处理能力。 10.CPU 的处理速度进一步加快目前， PLC 的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的 CPU 也不过 80486，将来会全面使用 64 位的 RISC 芯片，采用多 CPU 进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使 PLC 的处理速度达到纳秒级。 21 世纪， PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 术的发展方向。目前的计算机集散控制系统 DCS（ Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。第 2 章硬件电路设计 2.1 PLC 的设备要求 1. PLC 的构成从结构上分， PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 2. CPU 的构成 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成， CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，I/O 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 3. I/O 模块 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（ I/O）完成的。 I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。 I/O 分为开关量输入（ DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等模块。常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（ 4-20mA,0-20mA）、电压型（ 0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量， I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 4. 电源模块 PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（ 220VAC 或110VAC），直流电源（常用的为 24VDC）。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 5. 底板或机架大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 6. PLC 系统的其它设备编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器 PLC 一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛。 7. PLC 的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。 PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、 PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数 PLC 具有 RS-232 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 2.2 硬件的可靠性 PLC 是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的 PLC 能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入 /输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个 I/O 端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。由于 PLC 本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入 /输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。 2.3 PLC 的编程语言 PLC 提供了较完整的编程语言，以适应 PLC 在工业环境中的应用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓的 “可编程序 ”。程序由编程器送到 PLC 内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。 PLC 提供的编程语言通常由三种：梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。梯形图 (Ladder Programming)是应用最广的，梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。PLC 的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。 PLC 的梯形图使用的时内部继电器、定时器 /计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。 2.4 PLC 的机型选择 1. PLC 机型的选择步骤与原则随着 PLC 技术的发展， PLC 产品的种类也越来越多。不同型号的 PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用 PLC，对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。 PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、 I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 2. PLC 机型的选择 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：（ 1）合理的结构型式 PLC 主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式 PLC 的每一个 I O 点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小 ,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式 PLC 的功能扩展灵活方便 ,在 I O 点数、输入点数与输出点数的比例、 I O 模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。（ 2）安装方式的选择 PLC 系统的安装方式分为集中式、远程 I O 式以及多台 PLC 联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程 I O 硬件，系统反应快、成本低；远程 I O 式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程 I O 可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程 I O 电源；多台 PLC 联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型 PLC，但必须要附加通讯模块。（ 3）相应的功能要求一般小型 (低档 )PLC 具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带 A D 和 D A 转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档 PLC。对于控制较复杂，要求实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档 PLC。但是中、高档 PLC 价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。（ 4）响应速度要求 PLC 是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次 PLC 的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用 PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑 PLC 的响应速度，可选用具有高速 I O 处理功能的 PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的 PLC 等。（ 5）系统可靠性的要求对于一般系统 PLC 的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 3. PLC 的容量包括 I O 点数和用户存储容量两个方面（ 1） I O 点数的选择 PLC 平均的 I O 点的价格还比较高，因此应该合理选用 PLC 的 I O 点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的 I O 点最少，但必须留有一定的裕量。通常 I O 点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上 10 15的裕量来确定。（ 2）存储容量的选择用户程序所需的存储容量大小不仅与 PLC 系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差 25之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。 PLC 的 I O 点数的多少，在很大程序上反映了 PLC 系统的功能要求，因此可在 I O 点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加 20 30的裕量。存储容量（字节）开关量 I O 点数 10 模拟量 I O 通道数 100。另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。综上考虑：对于仓库自动门的设计，加上我对 PLC 的认识，选择三菱FX2N16MR 型，完全能满足设计的要求，操作简单很适合初学者。 2.5 I/O 口的分配及 PLC 控制外部接线图 1. 仓库大门控制 I/O 点分配表 2-1 仓库大门控制 I/O 点分配输入电器输入点输出电器输出点启用大门控制系统按钮 SB1 X0 开门接触器 KM1 Y1 停用大门控制系统按钮 SB2 X1 关门接触器 KM2 Y2 超声波开关 X2 光电开关 X3 门上限位开关 SQ1（常开） X4 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 门下限位开关 SQ2（常开） X5 2. PLC 控制外部接线图图 2-1 PLC 控制外部接线图 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 第 3 章软件程序设计 3.1 仓库大门 PLC 控制梯形图图 3-1 PLC 控制梯形图 3.2 动作说明按下启用大门控制系统按钮 SB1，输入继电器 X0 接通，内部辅助继电器 M1接通并自锁，其常开触点闭合，允许大门做升降运动。当有车辆驶近大门时，超声波开关接通，输入继电器 X2 接通，输出继电器 Y1 接通并自锁，开门接触器 KM1接通，电机驱动大门打开。当门开启到顶碰到上限位行程开关 SQ1 时， SQ1 闭合，输入继电器 X4 常闭触点断开，输出继电器 Y1 断开，开门接触器 KM1 断开，大门停止运动。当车辆前端进入大门时，光电开关输出逻辑 “ 1” ，输入继电器 X3 闭合。当车辆后端进入大门时，光电开关输出逻辑 “ 0” ，输入继电器 X3 断开。经nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 19 下降沿微分后，内部辅助继电器 M2 接通一个扫描周期，使输出继电器 Y2 接通并自锁，关门接触器 KM2 接通，电机驱动大门关闭。当门关闭到底碰到下限位行程开关 SQ2 时， SQ2 闭合，输入继电器 X5 常闭触点断开，输出继电器 Y2 断开，关门接触器 KM2 断开，大门停止运动。当按下停用大门控制系统按钮 SB

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