毕业设计 自动门plc

自

动

门

PLC

控

制

装

置

系    部：  机电工程系  

专    业：  机电一体化  

班    级：  机电一班    

                          2011／04／01

前言

   早期的PLC(60年代末—70年代中期)早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。

 中期的PLC(70年代中期—80年代中，后期)在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的处理单元(CPU)。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。

 近期的PLC(80年代中、后期至今)进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。

目录

一、设计目的

1.1  能力目标

1.2  知识目标

二、认识PLC

2.1  PLC的用途

2.2  PLC的主要特点

2.3  PLC的功能

三、设计任务

3.1  自动门控制装置的硬件组成

四、功能器件的基本工作原理

4.1  自动门控制装置结构

4.2  自动感应门机的基本工作原理

   4.2.1  平移式自动感应门机组由以下部件组成

4.2.2  工作流程

    4.3限位开关的工作原理

    4.4 PLC的基本结构

五、方案说明

六、设计过程

   6.1 任务实施

   6.2 程序流程图

    6.3 将顺序功能图转换成梯形图

    6.4 梯形图及指令

    6.5 调试运行

七、设计心得

  参考文献

第一章 设计目的

能力目标

1. 能熟练运用PLC的基本指令编写简单的PLC程序。

2. 能根据控制系统输入信号和输出信号的要求，设计出PLC的硬件接线图，熟练完成PLC的外接线操作。

3. 熟练操作GX Deveiopre 编程软件，完成程序的编写、下载、监测等操作，并对PLC程序进行调试、运行。

4.通过PLC构成三相直流异步电动机的正反转控制电路

5.通过课程设计使学生能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。

知识目标

1．掌握PLC的基本结构和工作原理。

2．熟悉FX系列PLC的编程元件，掌握主要编程元件的功能和应用注意事项。

3．初步掌握GX Deveioper 编程软件的基本操作，熟悉软件的主要功能。

4．掌握梯形图指令表程序设计的基本方法。

5．掌握梯形图编程规则和编程技巧。

第二章 认识PLC

在超级市场、公共建筑、银行、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。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

2.1 PLC的用途

(1)数据量罗技控制

(2)运动控制

(3)过程控制

(4)数据处理

（5)通信联网　

2.2 PLC的主要特点

1)可靠性高,抗干扰能力强；

2)配备齐全，适应性强，应用灵活；

3)编程方便，易于使用；

4)功能强，扩展能力强，性价比高；

5) PLC控制系统设计、安装、调试方便；

6)维修方便，维修工作量小；

7)、PLC体积小、能耗低、易于实现机电一体化。

2.3 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可以彼此间联网，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。

第三章 设计任务

3.1 自动门控制装置的硬件组成：

  自动门控制装置由光电探测开关SB、开门减速开关SQ1关门减速开关SQ3开门到位限位开关SQ2、关门限位开关SQ4,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 控制要求：

1）当有人通过光电检测开关SB时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，碰到开门减速开关SQ1时，变为低速开门，到达开门限位开关SQ2位置时，电机停止运行。

2）自动门在开门位置停留0.5秒检测器检测到无人后，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SQ4位置时，电机停止运行。

第四章 功能器件的基本工作原理

4.1 自动门控制装置结构

     左右两块玻璃门、电动机传动链、限位开关、三相异步电动机、信号发送与接收装置（门内外各一个）

4.2 自动感应门机的基本工作原理

4.2.1 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。 

4.2.2 工作流程：

当自动感应门门扇要完成一次开门与关门， 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

4.3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。

4.4 PLC的基本结构

CPU模块：CPU模块主要由微处理器CPU芯片和存储器组成，在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地收集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用来储存程序和数据。

I/O模块：输入模块和输出模块简称I/O模块，它们是系统的眼耳，手脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输出模块用来接受和采集输入信号。开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号码开关、限位开关、光电开关、压力继电器等的开关量信号；模拟输入模块用来接受一些如电位器电压信号、测速发电机和各种连续变从器提供的连续变化和模拟量电流电压信号；开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示器和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节、变频器等执行装备。

编程器：变频器用来生成用户程序，并用它来进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。

电源：PLC一般使用AC 220V和DC 24V电源，内部的开关电源为各模块提供不同等的直流电源。本系统PLC使用AC 220V电源。

可编程控制器主要由处理单元（CPU）、存储器、输入和输出（I／O）接口电路、电源、外设接口、I／O（输入输出）扩展接口组成。

                        PLC的硬件结构的示意

第五章 方案说明

根据课程设计要求，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）自动门在开门位置停留0.5秒检测器检测到无人后，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位置时，电机停止运行

3）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。

第六章 设计过程

6.1 任务实施

   （一 ） 分配I\\O地址

    根据系统的输入输出要求，分析该系统的输入与输出

6.2 程序流程图

自动门顺序功能图

（1）步S20之前有一个选择分支的合并，当步 S0 为活动步并且转换条件 X000满足，或S25为活动步且转换条件 T1 满足时，步S20都应该变为活动步。

（2）步 S23之后有一个选择分支的处理，当它的后续步S24或S25变为活动步时，它应变为不活动步。

（3）当初始化脉冲M8002对初始步SO置位，当 X0检测到有人时，就高速继而减速开门，门全开时延时8S后高速关门，此时有两种情况可供选择，一种无人，就碰减速装置X3开始减速关门；一种是正在高速关门时，xo 检测到有人，系统就延时0.5S后重新高速开门。在减速关门s24c对就的这一步正在减速关门时，也有上述两种情况存在，所以有两个选择分支。

6.3 将顺序功能图转换成梯形图

       将上图所示的顺序功能图转换成如下图所示的梯形图。顺序功能图在执行的过程中，只要满足执行条件，就会一步步往下执行，系统不会停止。因此，需要利用区间复位指令ZRST S20 S24,对状态继电器全部复位，系统才会停止。在下图中，用停止按钮X10对S20~S25状态器复位。

6.4 梯形图及指令

6.5 调试运行

    1.在电脑上安装 GX Deveioper 软件，程序编号后，将程序输入GX Deveioper 软件中，在电脑上时行初步仿真调试。

    2．首先按下X0,Y0通电，高速开门，按下X1,Y1通电，减速开门。按下X2,延时0.5s，Y2 通电，高速关门。若此时选择按下X3， Y3通电，减速关门，若此时选择有人，按下X0，延时 0.5s 后，Y0通电，高速开门，继续按上述的方法重复运行。

第七章 设计心得

      三年的大学生活即将结束，在这几年里我学到了很多东西。首先，向漯河职业技术学院的各位老师表示感谢。你们不光传授了我知识，而且告诉了很多为人处事的道理，这些道理将对我以后的人生起到很大的指导作用。

      通过这次设计使我学会了如何去收集资料和对PLC更深的认识，同时培养我们的创新精神。使我们学会了将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，为将来的工作打好基础。创新，使我们不断地战胜别人，超越自己。同时，本设计增强了我对知识的渴望，为今后的学习增添了动力，总之，此次的课程设计收获良多。

     本设计的构思，规划设计，得到了贾耀曾老师的细心指导，在设计时给予热心的指导与帮助，在此向贾耀曾老师表示诚挚的谢意。

     成功完成本设计，还离不开同学舍友的帮助，当我设计过程中遇到困难的时候，他们给了我全力的支持和帮助，真心感谢关心我的同学，送你们最深的祝福！

参考文献

（1）郭艳萍主编，陈冰 李晓波 王文立副主编，电气控制与PLC应用，人民邮电出版社；

（2）梁森 王侃夫 黄杭美 自动检测与转换技术 ，机械工业出版社