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1、沈阳航空航天大学课程设计论文 基于PLC的自动门控制系统目 录0. 前言11. 总体方案设计22. 硬件电路的设计22.1 开关门动作系统22.2 自动感应门的工作原理22.3 行程开关（限位开关）的工作原理32.4 光电开关的工作原理32.5 继电器接触控制图32.6 PLC控制输入输出接线图43. 软件设计53.1 程序过程分析53.2 程序流程图63.3 梯系统IO分配表64. 组态软件85. 系统调试86. 课设小结及进一步设想10参考文献11基于PLC 的自动门装置控制系统设计加进军 沈阳航空航天大学自动化学院摘要：本文主要设计了一个基于PLC的自动门装置控制系统，利用PLC与组态王
2、软件教学实验系统实现对自动门的控制。控制结果通过组态王软件仿真进行显示。关键字：组态王；PLC；自动门；电机控制。0. 前言计算机的发展对通信起了巨大的推动作用，随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度的提高了生产效率，又进一步的促进了生产力快速发展，并不断的丰富着人们的生活。早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其特点是：结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制，但是其采用固定接线，通用性和灵活性差；又采用触点的开关动作，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。1969年，出现了可编程逻辑控制器PL
3、C（Programmable Logic Controller），其特点是：具备逻辑控制、定时、计数等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便，通用性和灵活性好。目前，可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展，与计算机技术相结合，形成工业控制机系统、分布式控制系统DCS(Distributed Control System)、现场总线控制系统FCS(Field bus Control System)，这将使PLC的功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用范围更广。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
4、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。本论文主要是对门的自动开、关控制而论。自动门控制装置系统由检测元件红外传感器、继电器、可编程序控制器（PLC）、电动机组成。它主要是利用热释电人体红外传感器检测，有无人到门口的信号，再把检测到的信号送入可编程序控制器（PLC）中，由可编程序控制器来对信号的处理，处理的最后结果用继电器输出，从而达到控制电动机的转动。又由电动机带动门的开、关。当电动机正转时，
5、门自动打开；当电动机反转时，门自动关闭。1. 总体方案设计在本次设计中，硬件部分，自动门控制装置有门内光电探测开关K1，门外光电探测开关，开门到限位开关K3，关门到限位开关K4，开门执行机构KM1（使直流电机正传），关门执行机构KM2（使直流电动机反转）等部件组成。信号通过计时器和开关来产生，经过分配，放大和解析后，信号最终传送至PLC通过PLC实现对两个步进电机的控制。控制电机信号解析信号放大信号分配信号产生 PLC接收信号 图1 总体设计方案图2. 硬件电路的设计2.1 开关门动作系统（1）开启动作当人靠近自动门时，设置于门内外侧的检测装置（垫开关、红外线开关、光线开关等）将其检测出来，之
6、后，信号送到控制装置。控制装置接到该信号后驱动马达向门的开启方向马达的旋转带动减速器、皮带轮、皮带或链条，使门向开启方向运动。当门接近门挡通过开启制动位置时，制动力作用于马达，门减速，其速度变为徐行速度，行至门挡位置后停止。（2）关闭动作当人离开检测装置的检测范围，开启定时器定时结束后（该时间设定可以调整），控制装置将马达逆转，使门向关闭方向动作，门徐行后在门挡位置停止。2.2 自动感应门的工作原理（1）主控制器它是它是自动 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
7、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，控制自动感应门扇加速与减速运行。（4）自动感应门行进轨道就像火车的铁轨，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）下部导向系统它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
8、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。2.3 行程开关（限位开关）的工作原理最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
9、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、自动开关的限位，轿厢的上、下限位保护。2.4 光电开关的工作原理最行光电开关(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。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。2.5 继电器接触控制图图2 继电器接触控制图2.6 PLC控制输入输出接线图图3 PLC控制输出输入接线图3. 软件设计S
10、TEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，是一种叠装式结构的小型PLC。它是基于Windows的应用软件，指令丰富、功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑，便于扩展、性能价格比高，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。3.1 程序过程分析（1）首先按下启动按钮x007闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时x001或者x002闭合。由于开门限位x003是长闭的，所以y000线圈通电，有原理分析可知光电检测开关的触发方式是脉冲触发所以需要自锁。当y000线圈通电时y000合，此时电动机正转带动自动门扇移动，执行
11、开门过程。（2）当门扇完全打开时，使开门限位开关x003打开，y000线圈断电，电动机停止转动。（3）当门扇停止移动时，由于开门限位开关的长闭变成长开，故使长开闭合。进行8秒的延时，若此时外检测开门或内检测开门x001或x002有信号，则使t0重新延时。（4）当8秒的延时完毕后t0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使y001通电并自锁，电机反转执行关门过程。（5）在关门过程中，若外检测开关或者内检测开关x001，x002有信号又使y000通电，由于在关门过程中y000长闭，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。（6）在此控制过程中，为了保证其安全性设置过载保护和紧急停车。（7）考虑到主动门若出现
12、故障时，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开门和手动关门。3.2 程序流程图 图4 发送端程序流程图3.3 梯系统IO分配表 表1 元件地址I/O分配 序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明1I0.1 X001 门外光电检测开关2I0.2X002 门内光电检测开关3I0.3X003 开门限位点开关4I0.4 X004 关门限位点开关5I0.5X005 过载保护开关6I0.6X006 紧急停车开关7I0.7X007 停止开关8I1.0X010 手动开门开关9I1.1X011 手动关门开关10Q0.1Y000 开门步进电机11Q0.2YOO1 关门步进电机12Q0.3Y002
13、 电机3.4 梯形图图5 程序过程梯形图 4. 组态软件组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。 图6 组态控制界面图5. 系统调试 根据自动门控制系统的控制要求，利用
14、组态技术及PLC构成了简单可靠的自动门控制系统。通过数据线传输到PLC 运行正常。通过组态画面能够实时的反映自动门的工作状态。利用工控组态软件实现PLC 与上位机通信方法简单易行，MCGS 工作为上位机工控软件给用户提供了良好的人机界面。 整个系统程序完成后，就开始了调试。在调试过程中未出现什么重大问题，只是偶尔有一些端口冲突的小问题。因为所有的调试均是在实验室通过实验板进行的，没有在实际使用中进行现场调试，很多问题可能未被发现，所以本系统并不能直接进行实际应用。检查命令码及其格式图6 检查命令格式检查同一元件或显示顺序输出命令的重复使用状图6 检查输入输出顺序检查梯形图电路中的缺陷图6 检查
15、电路缺陷6. 课设小结及进一步设想通在学期结束我们通过课程设计，来总计这学期所学的知识特别是PLC这门课程。我做的这个题目是有关与PLC系统理论与实践相结合的设计。在对这个设计的材料搜索进行独立搜索时，对于办公软件的应用有了进一步的提高，以及实际应用操作的情况下，提高了实际操作和独立解决问题的能力。通过这次设计实践。让我更熟练的掌握了西门子的PLC软件的简单编程方法，对于西门子的PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理论的运用中，也提高了我的工程素质。由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑时，问题出现了。转换成指令表后则显示不出很多正确的指令
16、程序，这主要是因为我没有把理论和实践相结合，缺乏动手能力而造成的结果，最后通过老师的纠正和自己的实际操作，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之处。通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻言放弃，设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。本研究
17、及论文是在指导老师苏晓雯和张海军的亲切关怀和悉心指导下完成的。苏晓雯老师都始终给予我们细心的指导和不懈的支持。在此谨向苏老师和张老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意参考文献1 赵永江楼宇的门禁、监控及车库管理系统M北京：中国，电力出版社，20052 谢克明，夏路易可编程控制器原理与程序设计M北京，电子工业出版社，20023 张进秋可编程控制器原理及应用实例M北京：机械，工业出版社，20034 PLC入门学习基础教程M 北京：机械，工业出版社，20035 可编程序控制器应用指南 易传禄主编 上海科普出版社，20056 可编程序控制器原理及应用 钟肇新 彭 侃编 华南理工大学出版社，20027 流行PL
18、C实用程序及设计 罗宇航主编 西安电子科技出版社，20038 SIMATIC S7-200可编程序控制器CPU22X系统手册西门子(中国)有限公司，20049 电气与可编程序控制器技术 汤以范主编 机械工业出版社,，2003附录 源程序清单LD X001OR X002OR Y000ANI Y002AND X007OR X010ANI X003OUT Y000LD X003ANI X001 ANI X002OUT T0 LD T0OR Y001 ANI Y000ANI Y002AND X007OR X010ANI X004OUT Y001LD X005 OR X006OR Y002AND X007OUT Y002END 12
