【《PLC自动门的硬件和软件系统设计案例》4500字】

PLC自动门的硬件和软件系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u116341.1控制系统结构设计 1240011.2自动门的机械传动机构设计 2277751.3可编程控制器(PLC)的选型 2264831.1.1PLC概述 2119031.1.2PLC的选型 3269571.4驱动装置的选型 487041.5开关的选型 5127411.5.1感应开关的选型 5136451.5.2接近开关的选型 5125081.5.3开关电源的选型 640081.5.4中间继电器的选型 748781.6自动门系统I/O分配表 8115001.7硬件搭建 9104462自动门控制系统软件的设计 11306322.1PLC梯形图概述 1199322.2梯形图编程环境 11237352.3程序流程图 12280642.4梯形图设计 13278632.5组态设计 151自动门硬件系统的设计1.1控制系统结构设计图1.1控制系统结构图1.2自动门的机械传动机构设计由于商店规模有大有小，为了能够充分照顾到各大小商店，本课题设计的自动门融入了对人流量大的大型商店周边环境的考虑[11]。因此，本课题对以下几个方面进行了充分的考虑：（1）自动门的传动系统主要包括安装板、感应器、齿轮、门框、蜂鸣器等。（2）所有组件都是插件组件，安装非常简单。（3）电机：驱动电机24V减速电机，扭力大，灵活性强。（4）导轨：在门前后两侧增加导向，解决了侧摆问题，从而保证了门扇的可靠性以及稳定性。（5）齿轮+齿条：采用齿形条，齿形条为长条形的金属材料的设计方案。（6）减少齿距变形，增加使用寿命，齿轮为与齿条配合的0.6模数齿轮，啮合程度较好。1.3可编程控制器(PLC)的选型1.1.1PLC概述由于PLC在工业控制领域有很多优势，所以本研究选择PLC作为控制器进行设计。PLC是一种适用于工业生产现场的电气控制面板。根据存储在操作存储器中的程序流程，将从输入电源电路的物理全过程获得的输入信息转换为指定的输出信息，从而根据输出电源的物理全过程完成负载控制。PLC是以计算机为基础的，但并不等同于一般的电子计算机。一般电子计算机在进行信息进出的转换时，大多只考虑信息本身，一般不考虑信息进出的整个物理过程。PLC要考虑信息进出的稳定性、处理速度、信息的具体应用等。尤其要考虑如何融入工业生产的自然环境。例如，有利于安装、维护和抗干扰。1.1.2PLC的选型根据控制规定，本次设计最终选择I/O层次、所需的存储容量、PLC的功能、外围设备的特点等，与PLC对应的控制系统软件及设计方案与性能优越，价格比较，最终选择。（1）输入输出（I/O）点数的估算：在估算I/O点数时应考虑中等容量，通常以输入和输出点的总数为基础，然后将可扩展性提高10%到20%。在容量之后，数据信息被估计为输入和输出点的数量。订货时输入输出点数需要根据厂家PLC的产品特性制定。根据科学的估算方法，本课题研究的I/O点数为输入7点，输出7点。（2）机型的选择:关于PLC的类型的选用，本设计需要的为小型控制，故选择一体式的PLC即可。在选用PLC的类型时，先是参考了多种类型，再从不同参数与本次设计的吻合度不同为根据对齐进行选择。对于各式各样的机型，明确每个机型的优缺点显得十分重要，而本次设计运用的PLC完全符合我们需要的安全、稳定等条件，是本次设计PLC的不二之选。最终本研究设计决定选用日本三菱公司生产的FX2N-14M中小型PLC完成全自动化系统软件的运行，如图1.2所示。图1.2FX2N（PLC）1.4驱动装置的选型自动门的控制器是自动门能否正常工作的保证。本设计中利用两个继电器控制电机正反转，从而达到控制自动门的目的。这种方法可靠性好、维护方便、连接简单、成本低。是现阶段自动门领域流行的一种操作方式。根据本课题设计的自动门规定，选用电压等级较低的24V减速电机，减速电机如图1.3所示。图1.3减速电机参数表如表1.1所示：表1.1电机参数表编号参数内容数值1额定电压DC24V2额定电流0.6A3额定转速30r/min4减速比1/1501.5开关的选型1.5.1感应开关的选型现阶段应用于自动门领域的关键感应开关包括触摸感应开关、微波感应、红外感应、接近感应等，根据不同的基本功能和性能应用于各个场所的自动门自动控制。为了结合本研究的实际，选用24V的光电感应器作为检测人和防夹手的感应，防夹手的感应器可以防止外界光线的影响。当门正在关闭时，当有人通过时，门自动停止滑动，并自动打开，能够给人们的使用带来极大的便利并且减低了自动门带来的危险性，提高了他的使用安全性。传感器如图1.4所示。图1.4光电感应器参数表如表1.2所示：表1.2光电感应器参数表编号参数内容数值1型号E3Z-R612额定电压DC24V3可检测物体非透明物体4响应时间2ms5检测距离0.1~1m1.5.2接近开关的选型自动门的开关需要感应器来感应是否开关到位，在本设计中采用的是磁控开关，该传感器是一款通用型表面装式磁控开关，该开关分为常开型和常闭型，PS-3150需要用磁铁控制，控制磁场可以不分磁极，以常开为例：当有磁场靠近开关时开关闭合接通，当磁力撤去时开关断开，其原理是该磁控开关内部装有一干簧管，干簧管两簧片互不接触，若有磁场靠近，在磁力的作用下会使两簧片吸合，实现开关导通。在自动门上装有一磁铁，在门框导轨上各个位置装着磁控开关，实现无接触控制。磁控开关如图1.5所示。参数表如表1.3所示。图1.5磁控开关表1.3磁控开关参数表编号参数内容数值1型号PS-31502额定电压DC24V3感应条件磁性物体接近4响应时间10ms5检测距离0~2mm1.5.3开关电源的选型由于本设计使用的PLC、减速电机，传感器等器件运行电压等级为24V，要将家用AC220V转换为DC24V，故需要一个小型的24V开关电源，考虑减速电机额定电流为0.6A，且还需带动PLC、传感器等用电设备，最终选用功率为60W的开关电源S-60-24，实物图如图1.6所示。参数表如表1.4所示。图1.6开关电源表1.4开关电源参数表编号参数内容数值1型号S-60-242输出电压DC24V3输入电压AC220V4最大功率60W1.5.4中间继电器的选型继电器的基本原理是利用电磁效应来控制机械触点达到通断目的。继电器的作用本质是用一个回路去控制另外一个回路的通断，而且这个控制过程中，两个回路一般是隔离的。作用过程为：给带有铁芯线圈通电—线圈电流产生磁场—磁场吸附衔铁动作通断触点。继电器在电路中起着转换电路等作用，在电路图中简称为“R”。在本设计中，所以四个中间继电器的作用就是用PLC的小电流，去控制继电器，再由继电器去控制电机正反转、蜂鸣器响声。如图1.7所示。参数表如表1.5所示。图1.7中间继电器表1.5中间继电器参数表参数内容数值型号线圈电压适合线径负载电压负载电流MY2PDC24V0.5~2.5mm300VAC10A1.6自动门系统I/O分配表I/O分配表是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。根据本次设计需要满足的不同条件，确定了PLC的I/O分配表。对于其分配表的设置原因在此进行说明：（1）为了满足自动门防夹人的功能，在此设立了两个I/O口对其防夹人功能进行感应做出判断。（2）避免其自动门故障发生，因此还设置了手动开门来保证顾客的安全。（3）为了能让人们快速发现自动门的故障或者问题，因此在输出端设置了I/O口对接异常灯。（4）由于商店的特殊性，为了给顾客带来美好的购物体验，因此设置了I/O口对接蜂鸣器给顾客提供进门购物以及离开商店的语音播报。（5）由于自动门实现自动打开与自动关闭的功能，因此对输出端设置了电机正反转来实现此功能。其具体I/O分配表内容如表1.6所示。表1.6I/O分配表输入端口说明输出端说明X0启动Y0电机正转X1入口感应器Y1电机反转X2出口感应器Y2蜂鸣器（欢迎光临）X3防夹人感应（出口）Y3蜂鸣器（欢迎下次光临）X4防夹人感应（入口）Y4异常灯X5关门限位X6开门限位X7手动开门PLC的I/O接线图如图1.8所示。图1.8PLC的I/O接线图1.7硬件搭建本课题设计的自动门控制系统的控制连接电路主要包括自动门控制系统连接电路、自动门I/O接线电路、硬件的组装。（1）确定尺寸，设计定制门框，在门框基础上，安装、试用电机，但由于一开始电机选型错误，减速比太小，导致调试过程中，扭矩不够，门卡住烧坏电机。门框如图1.9所示。图1.9门框实物图（2）给PLC通电后，由于要将门装在底板上，故需先进行感应器调试和感应距离调节。防止误感应。感应器调试完成后，才可进行下一步硬件安装，调试如图1.10所示。图1.10感应器调试（3）门框和电机安装后，写入简单电机正反转程序进行开关门功能测试，如图1.11所示。图1.11功能测试到此，硬件部分安装完成。具体参数如表1.7所示。表1.7自动门具体参数编号参数内容数值1单扇开启宽度（mm）60mm（最宽）2整体宽度（mm）150*250mm3高度（mm）150mm4开启保持时间（s）15s（程序中可调）5可编程控制器（PLC）电源DC24V6驱动器电源DC24V,3A2自动门控制系统软件的设计2.1PLC梯形图概述PLC是一种基于工业控制系统开发的设备。主要用户为加工厂电气设备专业技术人员。为了更好地整合他们的传统习惯，掌握他们的工作能力，PLC通常不使用微机编程语言并经常使用“自然语言理解”的程序来操纵整个过程和问题。梯形图是世界上应用最广泛的图形编程语言。它被称为PLC的第一编程语言。梯形图有很多优点。它与家用电器自动控制系统的原理图非常相似，因此深受设计师的喜爱。梯形图通常称为功率电路或程序流程，梯形图的设计方案称为编程。2.2梯形图编程环境本设计的梯形图编程是运用三菱公司的GXDeveloper7.0编程软件完成的，其编程环境界面如图2.1所示：图2.1GXDeveloper7.0编程界面2.3程序流程图根据本课题的控制要求和安全要求，所设计的程序如图2.2所示的流程运行，以达到本系统的最佳设计要求和完成系统的最终设计。图2.2系统设计流程图2.4梯形图设计本系统运用GXDeveloper7.0编程软件进行梯形图顺控程序编写，根据编写规则和PLC的编程方法和思路编写了本课题设计的自动门控制系统的梯形图程序:（1）启动停止部分：X0为自锁开关，M20、M21为组态王启动停止按钮，X0或M20按下时，进入启动状态M0，X0打开或M21按下时，进入停止状态M1，自动停止程序如图2.3所示。图2.3启动停止梯形图（2）计时程序段：X3、X4为感应器，检测是否有人在门前，X5为门开到位感应器，当门开到位后开始计时15秒后输出T0，用于后面关门程序，若开门计时的时侯重新有人出现在感应器前，即X3，X4被感应到，则会通过M2刷新计时时间，计时程序如图2.4所示。图2.4计时梯形图（3）开关门程序段：M12、M13为组态王手动开门按钮，启动状态M0下，当有人出现在门口时，X3、X4接通，M4得电，进入开门动作，当X5感应到，即开门到位后，开门动作停止。15秒时间到，T0得电，进入关门状态，若此时M2得电，即有人出现在门口，则会停止关门状态M3，进入开门状态M4。开关门程序如图2.5所示。图2.5开关门梯形图（4）输出程序段：如图2.6所示，对程序上的各个状态转化为Y输出。图2.6输出梯形图2.5组态设计本次设计以组态王设计的人机界面为主要的控制界面，在此界面内可进行门状态监控及手动控制。下文简单介绍人机界面的建立和设计。（1）新建画面，先画好按钮，方便后面增加控制功能，画出门框用于显示门的状态，并在门上方相同位置增加、的字样并设置为隐含状态，当门