大门自动控制系统

1、目录1.设计的主要内容和要求31.1设计任务31.2设计要求32.概述42.1国内外发展现状42.2研究的实际意义53.硬件设计63.1硬件设计思想63.2硬件介绍6可编程控制器（PLC）的发展概述6PLC调试步骤9行程开关（限位开关）的工作原理104.设计思想124.1硬件设计思想12主电路12控制电路134.2软件设计思想15程序流程图15输入/输出地址分配17T形图175.使用说明226.设计总结236.1 设计感想236.2 存在的问题及建议24参考文献25大门自动控制系统1. 设计的主要内容和要求 1.1 设计任务（1） 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电

2、路以及I/O配置。（2） 根据控制要求，编写控制程序。（3） 画出程序设计流程图（4） 编写设计说明书1.2 设计要求本建筑有四个进出口，南大门为主门（门1）、西门（门2）、北门（门3，门4）.（1） 正常情况四门均在早晨6：20开门，晚上22:30关门。（2） 发生突发事件管理中心发出一个控制信号，将四门立即锁上，发出安防报警的警铃信号。值班人员进行建筑内查看时，由南大门进入，先按手动按钮。报警信号解除后，大门的开启关闭立即按照正常情况处理。发生火灾时，由管理中心发出火警信号，四门立即开启，并发出火灾报警。火灾信号优先于安防信号。2. 概述2.1 国内外发展现状进入90年代以来，自动化技术发

3、展很快，技术已经相对成熟，取得了惊人的成就，PLC技术成为大门控制的重要部分。在现代人们生活中自动控制系统可以使得大门开关合理，节约空调能源，降低噪音，防风，防尘，同时可以使出入口显得庄重高档，因此应用非常广泛。随着我国经济的飞速发展，自动控制系统在大门控制中的运用越来越广泛，其适用于宾馆，酒店，银行，写字楼，医院，商店等。由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动和传动系统提出不同的要求，所以各种门又可以分为重型和轻型。根据使用的场合及功能的不同可分为平移门，平开门，旋转门，圆弧门，折叠门，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常庞大，一般只用于有需要的高档宾馆，平移门使用得最广泛，目前市

4、场上流行的平移门一般是两开，这种门的特点是简单易控，维护方便。门的控制方法很多，从控制的不同来分，有传统的继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制，智能控制器，即通过运用线的自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产商所运用。由于继电器逻辑控制的自动门系统因存在许多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自动门所淘汰。在智能控制的选择上，自动门的主控器有微电脑控制器和可编程控制器PLC控制，微电脑控制主要有体积小，安装方便等特点，目前有许多厂家采用此种方式生产自动门，PLC控制的特点是稳定性高，维护方便，目前许多大型的商场的自动门都是由这种方式来控制。为了稳定性与维护，本设计便是

5、采用可编程控制器进行设计。2.2 研究的实际意义自动控制门在国内外早已得到普遍应用，在我国也逐步得到大家的认同，已经迎来了自动门发展的黄金时期。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储存器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算数运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制个种类型的机械或生产过程。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，实用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用

6、都得到了长足的发展。因此运用PLC系统控制门具有较高的可靠性，维修方便等特点，因此运用PLC控制门具有较高的可靠性，维护方便等特点。本课题的设计运用PLC作控制器能大大提高了稳定性和经济性，对于整个行业是一次技术革新，提高了自动门的使用率，因此，进行大门系统的PLC控制系统设计，可以推动整个行业的发展，扩大PLC在大门自动控制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。3. 硬件设计3.1 硬件设计思想控制装置由开门到位限位开关、关门到限位开关、开门执行机构（使直流电动机正转）、关门执行机构（使直流电动机反转）等部件组成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

7、，因而得到广泛的应用。由于直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机超载能力较强，热动和制动转矩较大，所以执行机构使用直流电动机。3.2 硬件介绍3.2.1 可编程控制器（PLC）的发展概述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

8、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

9、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。PLC的功能数据采集与输出。控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。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。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。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

10、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。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。PLC的主要特点：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。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Con

11、trolLogix系统的容量达128000点。功能强大。编程方便。控制具有极大灵活性。适应工业环境。适应高温、振动、冲击和粉尘，恶劣环境以及电磁干扰环境。安装、维修简单。与DCS相比，价格低。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P

12、rofibus、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）。PLC的日常维护和保养比较简单，主要是更换保险丝和锂电池,基本没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机存储器（RAM）、计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约为5年，当锂电池的电压逐渐降低到一定程度时，PLC基本单元上电池电压跌落到指示灯

13、亮，提示用户注意有锂电池所支持的程序还可保留一周左右，必须更换电池，这是日常维护的主要内容。3.2.2 PLC调试步骤（1） 检查路线、确认地址这一步需要比较细心逐点进行，要保证路线、地址正确无误。否则会影响后面的调试。可不带电核对，那就是查线，较麻烦。也可带电查，加上信号后，看电控系统的动作情况是否符合设计的目的。（2） 检查与测试指示灯控制面板上如有指示灯，应先对应指示灯的显示进行检查。一方面，查看灯坏了没有，另一方面检查逻辑关系是否正确。指示灯是反映系统工作的一面镜子，先调好它，将对进一步调试提供方便。（3） 检查手动动作及手动控制逻辑关系完成了以上调试，继而可进行手动动作及手动控制逻辑

14、关系调试。要查看各个手动控制的输出点，是否有相应的输出以及与输出对应的动作，然后再看，各个手动控制是否能够实现。如有问题，立即解决。（4） 半自动工作如系统可自动工作，那先调半自动工作能否实现。调试时可一步步推进。直至完成整个控制周期。哪个步骤或环节出现问题，就着手解决哪个步骤或环节的问题。（5） 自动工作在完成半自动调试后，可进一步调试自动工作。要多观察几个工作循环，以确保系统能正确无误地连续工作。（6） 模拟量调试、参数确定以上调试的都是逻辑控制的项目。这是系统调试时，首先要调通的。这些调试基本完成后，可着手调试模拟量、脉冲量控制。最主要的是选定合适控制参数。一般讲，这个过程是比较长的。要

15、耐心调，参数也要作多种选择，再从中选出最优者。有的PLC，它的PID参数可通过自整定获得。但这个自整定过程，也是需要相当的时间才能完成的。3.2.3 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限位以及行程保护，是一种非常小的电流主令电器。其作用原理与按钮类似，并且可以起到简化电路的作用。这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。图3.1 行程开关符号利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态

16、的检测。用于控制机械设备的行程及限位保护。由操作头、触点系统和外壳组成。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。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。行程开关可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断

17、开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。(其作用原理如图3.2)SQ2 SQ1图3.2 行程开关模拟运行本设计以电机的正传反转来模拟大门的开启闭合，为了使其代表的大门在完全开启（闭合）后电机停转，并且为了节约资源，不烧坏电机采用限位开关，并且使得在开启的过程中不能因为意外摁下关闭按钮时出现错误。行程开关在本设计中的应用，以小车的运行来类比。假设小车向右运行代表门开，当小车运行到SQ1时刻，触发SQ1 ，通过设计电路可以使得小车停止运行。从而达到门完全开（闭）时候停止转动。4. 设计思想 4.1 硬件设计思想大门控制系统是利用主电路、控制电路、定时器/计数器及输入/输出I

18、/O接口电路组成，然后通过编程（梯形图）与电路的配合形成完整的控制系统，并且实现功能要求。4.1.1 主电路 图4.1 主电路图4.1.2 控制电路融断 解除警铃 开门限位 热继电器器火灾警铃紧急照明安防警铃 安防闪光图4.2 控制电路热继电器的作用：通常用热继电器的常闭触点断开控制电路，实现过载保护。并且由于热惯性，不能用于短路保护或者瞬时的过载保护。熔断器的作用：如果被保护电路发生短路现象，由于其安秒特性具有反时限特性，电流过大熔断时间过短，则熔断器瞬时熔断，则熔断器在电路中主要起短路保护的作用。四个门均采用电动机的正转（开）反转（关）来表示四个大门的开启关闭，由于方位和可靠性的考虑，四个

19、门由不同的电机带动（两个北门也可用一个电机，若是一台故障，另一扇门打不开则不使用）。4.2 软件设计思想通过定时器计数器实现时间的控制，白天打开、晚上关闭。通过中断的设计来实现非正常情况下大门的开闭，其中中断优先级的设置为：安防信号火灾信号。南大门外部进入单独设置一个刀开关。并且通过电动机的正转反转来模拟大门的开启关闭，通过行程开关来控制大门是开启关闭的结束。4.2.1 程序流程图图4.3 总流程图4.2.2 输入/输出地址分配对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图来安装控制柜。

20、输入/输出信号在PLC接线端子的地址分配是进行PLC控制系统设计基础。I/O地址分配是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现成接线和调试的重要依据。 表4.1 I/O地址分配表输入地址对应的外部设备I0.0启动信号I0.1给定的安防事件信号I0.2给定的火灾事件信号输出地址对应的外部设备Q0.0启动开门开关S1Q0.1启动关门开关S2Q0.2安防警灯Q0.3火灾警灯Q0.4安防警铃Q0.5火灾警铃Q0.6安防解除按钮Q0.7火灾解除按钮4.2.3 T形图由于图形较大，分开截图表示。图4.4 程序T形图（1）图4.4 程序T形图（2）图4.4 程序T形图（3）采用通电延时定时器（T37/T38

21、/T39），根据预设值（PT、字类型）的不同可以使定时时间发生改变。T37/T38/T39的最大时间基为100ms，最大定时范围3276.7s。定时器的延时时间由指令的预设值和时间基确定，即延时时间等于指令预设值与时间基的乘积。加计数指令（CTU）：对CU端计数脉冲的上升沿进行加计数。当计数器的当前值大于预设值时，计数器位被置位，当复位R为“1”或执行复位指令时，计数器复位，计数当前值清零，计数器位被复位。计数器最大计数值为32767.ENI(Enable interrupt):全局性的允许所有被连接的中断事件。系统进入RUN模式时，会自动禁止所有者中断。ATCH(Attach Interru

22、pt)：中断连接指令。用来建立事件EVNT（中断号）和处理该事件的中断程序INT（中断程序号）之间的联系。只有执行了全局允许指令，再为某个中断事件指定了相应的中断程序后（建立连接），该中断事件才能被允许。CPU在接到多个中断时，按照固定的优先级顺序执行：通信（高优先级）中断，I/O中断和定时中断（低优先级）。在3个优先级范围内，CPU按照先来先服务的原则处理中断，任何时候都只执行一个中断程序。若正在执行某个中断程序时，则即使有高优先级的事件发生，CPU也不会响应。此时该中断进入中断等候队列，直至正在执行的中断程序执行完毕。本设计中考虑到安全等因素，必须使火灾信号的优先级高于安防信号，及时完成人

23、员的疏散，将伤亡损失降至最低。采用外部激励的信号模拟安防与火灾信号。5. 使用说明SB1：常闭触点，动作时断开，实现在安防警报和火灾警报情况下的解除，使得解除后能够按照正常情况工作。SB2：开门按钮，SB2动作时候，线圈KM1得电，并且与辅助常开触点形成自锁，即使按钮松开也能运行，电机正转大门打开，KM1常闭触点断开，则若无意中触动SB3也对大门的打开没有影响。当大门打开至SQ1时刻，大门完全打开，SQ1动作，电机停转。SB3：关门按钮，线圈KM2与KM2辅助常开触点形成自锁，按下SB2，线圈KM2得电，KM2常开闭合，KM2常闭断开，电机反转，大门开始关闭，直到SQ2受到触发动作，此时大门完

24、全关闭，并且电机停转。SB4：火灾报警按钮，SB4动作，线圈KM3、KM1得电，常开触点KM3闭合，电机正转，大门打开，同时火灾报警警铃响，火灾紧急照明灯打开，确保在浓烟过大时候为疏散人群提供足够的指示、照明，同时照明电路需要采用防火、防烟、光照足够强的安全短路，并且能够蓄电，在大楼断电时仍能顾提供照明。SB5：安防报警信号，线圈KM4和KM2得电，形成回路，电机反转，大门开始关闭，安防报警警铃和闪光报警器启动。同时，串于SQ1之后的KM2常闭触点断开，S1与SB2失去作用，直到报警解除。主电路：S1开关是南门的外部打开开关，以便工作人员进入大楼检查。若由意外情况软件控制无法实现闷得打开与关闭，也可以通过主电路S1(开)S2（闭）实现控制，同时也为检修提供方便。6. 设计总结6.1 设计感想通过这次的