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1、1 电气控制与 PLC 课程设计说明书题目：宾馆自动门控制系统设计专业班级：自动 0901 姓名：学号：指导教师：任胜杰成绩：指导老师签名：日期：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 2 目录1系统概述 .32方案论证 .33 硬件设计 .43.1 系统的原理方框图 .43.2 主电路.43.3 I/O分配.53.3 I/O接线图 .53.4 元器件选型 .64 软件设计 .104.1 主流程 .104.2 梯形图
2、.11 5 系统调试 .13设计心得 .14参考文献 .15名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 3 1 系统概述自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中，自动平移门使用得最广泛，大家一般所说的自动门、感应门就是指自动平移门。由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外的建筑市
3、场上得到大范围的普及。同时也几乎成了银行、写字楼、酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。自动门控制装置由感应式开关、开门到位限位开关、关门到位限位开关、开门关门执行机构（一台250W的直流电机拖动，正转开门、反转关门）组成。具体要求如下：1、当开门感应开关检测到有人或物件要通过时，开门机构开门，当门到开门到位限位开关后，开门电机停止。2、自动门在开门位置停留8 秒后，自动进入关门过程。3、在关门过程中，如果检测到有人或物件要通过，立刻进入开门过程。4、在门打开后等待的 8 秒时间内， 如果有人或物件要通过，必须重新开始等待8 秒，才能进入关门过程，以便人员安全通过。2 方案论证对于 PLC
4、型号的选择问题，则有以下几个方面要考虑：（1）功能方面 所有 PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的 PLC是否有能力完成控制任务。 如对 PLC与 PLC ，PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通讯要求；或对PLC的计算速度，用户程序容量等有特殊要求；或对 PLC的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。（2）价格方面不同厂家的 PLC产品价格相差很大，有些功能类似，质量名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
5、- - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 4 相当，I/O 点数相当的 PLC的价格能相差 40% 以上。在使用 PLC较多的情况下， 这样的差价当然是必须考虑的因素。（3）个人喜好方面有些工程技术人员对某些品牌的PLC熟悉，所以一般比较喜欢使用这种产品。另外，甚至一些政治因素或个人情感有时也会成为选择的理由。 PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。如模拟量单元，显示设定单元，位置控制单元或热电偶单元等。对于本课设来说不需要扩展单元与模拟量单元，可知PLC可以选择我们所熟悉的西门子系列 PLC,根据以上的分析可知我们可以选择西门子S
6、7-200 系列 PLC 。3 硬件设计3.1 系统的原理方框图开始若 K1 ， K2 有信号延时8s ，若有信号开门K3 打开停止关门若 K1 ， K2 有信号K4 打开停止结束YNYNYN名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 5 图 3.1 系统原理方框图3.2 主电路M KM0 KM0KM1 KM1QS FU1FU1图 3.2 系统主电路3.3 I/O分配PLC控制系统的地址分配表如表3-1 所示输入信号输出信
7、号I0.1 门内光电探测开关K1 Q0.1 开门执行机构KM0 I0.2 门外光电探测开关K2 Q0.2 关门执行机构KM1 I0.3 开门到位限位开关K3 Q0.3 短接启动电阻接触器KM2 I0.4 关门到位限位开关K4 T37 时间继电器I0.6 手动关门I0.7 过电流保护开关表3-1 I/O地址分配表3.3 I/O接线图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 6 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6
8、 SB7 SB10 SB11 I0.2 I0.1 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.1 I1.2 COMQ0.0 Q0.1Q0.2COM KM0 KM1 KM2 图 3.3 I/O接线图3.4 元器件选型3.4.1 可编程序控制器 PLC的选择在 PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需要的操作和动作，然后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器的容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价
9、格比的PLC和设计相应的控制系统。 1.输入输出（ I/O ）点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加 10%到 20% 的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商 PLC的产品特点对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入 14 点，输出 10 点。 2.存储器容量的选择名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 7 存储器容量是
10、可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目实用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器的容量。设计阶段，由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，须在程序调试之后才知道。为了设计选型时，能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替，存储器内存容量的估算没有固定的形式，许多文献资料中给出了不同的公式，大体上都是按数字量I/O 点数的 10到 15倍，加上模拟 I/O 点数的 100倍，以此数为内存的总字数（ 16 位为一个字），另外再按次数的 25% 考虑余量。因此本课题的 PLC内存容量选择应能存储索要储存的程序，这样才能在以后的改造过程
11、中有足够的空间。 3.控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等性能的选择。根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，主要介绍一下几种功能的选择。 1） 控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能，提高 PLC的处理速度和节省存储器容量。 2 ）编程功能离线编程方式： PLC和编程器共用一个CPU ，编程器在编程模式时， CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编
12、程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在编程方式： CPU 和编程器有各自的CPU ，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。五种标准化变成语言：顺序功能图（SFC ） 、梯形图（ LD ） 、功能模块图（ FBD ）三种图形化语言和语言表（ IL ） 、结构文本（ ST ）两种文本语言。选用的编程语言应名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名
13、师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 8 遵守标准（ IEC6113123） ，同时，还应支持多种语言变成方式，如C，Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。 3）诊断功能 PLC的诊断功能爆孔硬件和软键的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软键对PLC的 CPU 玉外部输入输出等部件信息叫唤功能进行诊断是外诊断。 PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 4.机型的选择 1）PLC的类
14、型 PLC按结构分为整体型和模块两类型型，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的 I/0 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种 I/0 卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配置系统控制的I/0点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 2）经济的考虑选择 PLC时，应考虑性能价格比。 考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出比较满意的产品。输入输出点数对价格有
15、直接影响。 点当数增加到一数值后， 相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对PLC选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选用整体型PLC 。 5. 对 PLC响应时间的要求对于多数场合， PLC的相应时间基本上能满足控制要求。响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。PLC的工作方式决定了他不能接受频率过高或名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -
16、 - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - 9 持续时间小于扫描周期的输入信号， 当有此类信号输入时需要选用扫描速度高的PLC或快速响应模块和中断输入模块。综合以上因素，本课题的设计采用德国西门子公司生产S7-200 系列的 CPU224小型 PLC来实现整个系统的控制。3.4.2 驱动装置的选型运用直流无刷电机。直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点。是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择本设计选用的是亚坦电机控制有
17、限公司生产的 45BLDC 系列直流无刷电机，电机直径 45， 额定转数 4000转， 额定扭矩 0.036N.m，功率 15W 100W 。额定电压 24V DC 。3.4.3 感应器件的选择目前自动门行业运用的感应器件主要有微波感应器、红外感应器等。微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，微波感应器是以微波多普勒原理为基础，平面型天线昨感应系统，以微处理器作控制。整机关键元器件均为进口器件，方案设计选择器件均确保了产品可靠性。微波感应器是以 10.525GHz微波频率发射、接收。其探测方式具体如下优点： 1.非接触探测。 2.不受
18、温度、湿度、噪音。红外感应器，是对物体的存在进行反应，不管人员是否移动，只要处于感应器的扫描范围内，它都会反应，另外，红外感应器的反应速度比微波感应器慢。根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动控制系统中，是自动门系统的关键部位，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定，如在高档酒店、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器；在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - -
19、- 10 3.4.4 直流电动机的选型无刷直流电机具有更大的功率密度 （铁芯利用率高）、 更高的效率和更好的控制性能，如将节能因素、省却变频器以及产能提高因素考虑在内，使用者的综合成本下降很大。所以在本课题设计中选用了无刷直流电动机。3.4.5 传动装置本控制系统所用到的传动装置具体包括如下： 1 自动门扇行进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行。 2 自动门扇吊具走论系统：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。3 同步皮带：用于传输电机所产动力，牵引自动门吊具走论系统。3.4.6 限位开关限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控
20、制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。限位开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一运动位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转化为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。4 软件设计4.1 主流程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - 11 开始若 K1 ， K2 有信号延时8s
21、，若有信号开门K3 打开停止关门若 K1 ， K2 有信号K4 打开停止结束YNYNYN图 4.1 程序主流程图4.2 梯形图图 4.2 自动门开门梯形图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 12 图 4.3 自动门延迟梯形图图 4.4 自动门关门梯形图图 4.5 自动门过载保护梯形图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 -
22、- - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 13 图 4.6 自动门开门及延迟语句表图 4.7 自动门关门及过载保护语句表5 系统调试 1 、首先按下启动按钮使I0.7闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时I0.1或 I0.2 闭合。由于开门限位开关I0.3 是长闭的，所以 Q0.0 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Q0.0 线圈通电时 Q0.0闭合，此时电动机正转带动自动门扇移动，执行开门过程。2、当门扇完全打开时，使开门限位开关I0.3 打开，Q0.0 线圈断电 . 电动机停止转动。3、当门扇停止移动时，
23、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，若此时外检测开关或内检测开关I0.1 或 I0.2 有信号，则使 T37重新延时。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 14 4、当 8 秒的延时完毕后 T37线圈通电，关门限位开关关闭，所以使Q0.1 通电并自锁，电机反转执行关门过程。5、在关门过程中，若外检测开关或内检测开关I0.1,I0.2有信号又使 Q0.0 通电，由于在关门过程中Q0.0
24、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。心 得 体 会课程设计是培养学生综合运用所学知识, 发现、提出、分析和解决实际问题, 锻炼实践能力的重要环节 , 是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。我开始先认真审题，考虑设计系统的要求及条件，复习有关课程内容，如电器与PLC控制技术、西门子PLC课程设计指导书等，之后多方收集相关资料并截选，再与同学交流、请教老师。回顾起此次西门子PLC课程设计，令我仍感慨颇多。一个多星期的时间里，付出了不少时间和精力
25、，努力地查找资料、绘制电路图等，但学到了很多很多东西。同时，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的思维能力和实际应用能力。在设计的过程中常遇到问题，可以说是困难重重，第一次做此类设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新巩固。通过本次课程设计，我在老师的精心指导和严格要求下，获得了丰富的理论知识，极大地提高了
26、实践能力，这对我今后进一步学习这方面的知识有极大的帮助。在此，忠心感谢老师的指导和同学的帮助。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - 15 参 考 文 献1、 电气控制系统与可编程控制器主编常晓玲机械工业出版社；2、 监控组态软件与 PLC入门 主编严盈富人民邮电出版社；3、 可编程控制器及应用主编林小峰高等教育出版社；4、 现代电气控制及PLC应用技术编者 王永华 （第二版）北京航空航天大学出版社名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -