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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： 自动化1103 姓 名： 学 号： 指导教师： 评语：成绩：指导老师签名： 日期： 1目 录 1 系统概述311 研究背景和意义312 设计的目的及意义413 设计任务及要求42 方案论证521 控制器方案选取522 PLC概述523 控制过程设计624 机械传动机构设计73 硬件设计83.1系统的原理方框图83.2 主电路93.3 I/O分配103.3 I/O接线图113.4 元器件选型124 软件设计144.1 主流程144.2 梯形165 系统调试17设计心得18参考文献191 系统概述11 研究背景和意义 在经
2、济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门已经是随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走近自动门时，感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。 由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。自动门在国外早已得到普遍应用，在我国也以其优异的性能逐步得到大家的认同，中国已经迎来了自动门发展的黄金时期。自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动门控制系统采
3、用继电器逻辑控制，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（以下简称PLC），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存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，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，控制各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，适用性强，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。 本课题主要介绍运用PLC为控制器的宾馆自动门的开发和研究，所有产品
4、的开发都要讲究实用，本课题开发的产品对许多的场合都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发商还有使用者来说，都是最好的。他们需要的是一个廉价的又是一个实用的产品。此系统的设计正好具备了这样的一个要求，能够在大多数的地方应用。因此本设计就是解决了这样一个问题，还可以保证自动门的稳定性。例如，某宾馆要求营业期间的门都运用自动门，这就需要自动门要有极高的稳定性，且对于宾馆来说成本不能太高。然而本课题意味着产品成本下降，效益提高。因此是一个比较适合此类场合运用且经济的产品。12 设计的目的及意义本文通过结合PLC控制系统的简介及各种普遍自动门的特点，对由PLC作为控制系统的自动门的概况、主要分类、组成
5、、原理、软硬件控制系统、PLC程序的编写等都进行了一定的介绍。 通过本设计掌握S7-200系列可编程控制器硬件电路的设计方法；熟练使用S7-200系列可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法。13 设计任务及要求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，整体效果如图1.1所示。图1.1 宾馆自动门效果图 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
6、、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21 控制器方案选取根据设计要求我想到了三种设计方案：方案一：普通开关电路控制电机普通的开关电路主要就是利用按钮开关，行程开关以及时间继电器控制电机正反转，启停及延时动作。这种电路设计简单方便易于控制，但是最大的缺点就是电路比较复杂且功耗较大，容易出现故障。所以没有采取这一方案。 方案二：单片机控制电机正反转电路设计降低了成本，提升了工作的性能，可以通过编程准确的控制电机的动作，而且是产品更小、更轻，能耗也降
7、低了。 但是单片在较恶劣的环境中容易受到干扰，严重影响了系统的稳定性，所以放弃了这一方案。 方案三：PLC同样具有单片机的以上优点，在稳定性方面，PLC还远远高于普通单片机。另外对PLC也有了一些基本的了解，可以编写简单的程序，画出简单的梯形图，所以最后决定选择了PLC控。22 PLC概述1、可编程控制器，英文Programmable Controller,简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入
8、信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。 PLC基于电子计算机，但并不等同于计算机。普通计算机进行入出信息交换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性、以及信息的实际使用。特别要考虑怎样适应于工业环境，如便于安装便于门内外感应采集信号，便于维修和抗干扰等问题，入出信息变换及可靠地物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本点。PLC可以通过他的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电器控制装置多得多、强得多。 PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控
9、系统，因而具有以下基本功能：（1） 逻辑处理功能； （2） 数据运算功能； （3） 准确定时功能；（4） 高速计数功能； （5） 中断处理(可以实现各种内外中断)功能； （6） 程序与数据存储功能； （7） 联网通信功能； （8） 自检测、自诊断功能。 可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都可以做到。像PLC这样，集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的，更是传统的继电器控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC 的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化、智能化创造了条件。 现代化工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC专为工业控制应用而设计，一
10、经出现就受到了广大工程人员的欢迎。其主要特点有：抗干扰能力强，可靠性能高；控制系统结构简单，通用性强；编程方便，易于使用；功能强大，成本低；设计、施工、调试的周期短；维护方便。23 控制过程设计 1、当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K2位置时，电机停止运行。 2、自动门在开门位置停留8秒后，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K3位置时，电机停止运行。 3、在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。4、 在门打开后的8秒等待时间
11、内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。24 机械传动机构设计在本课题设计的自动门针对人流较多的旅馆，应对周围环境进行综合考虑，所以在本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面： （1） 自动门的传动主要包括安装版，轨道，门机，皮带，吊挂件等。 （2） 所有的组件都为插入式元件，使得安装很简单。 （3）电机：驱动电机采用48V直流电动机，功率大，可调性强。 （4）导轨：水平双导轨结构，形式正悬挂，解决了侧摆得问题，从而确保了门扇的稳定性。并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方
12、便的特点。 （5）滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。 （6）皮带：采用齿形皮带，齿形皮带的截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了使用寿命。图2.1 机械传动3 硬件设计3.1 系统的原理方框图 本设计运用PLC控制调节直流电机运转来实现自动门运转的控制方式。根据宾馆对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门应具有以下功能：1开门和关门控制应具有手动和自动方式 为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。手动和自动开门方式由手动自动转换开关来控制。当转换开关拨向手动位置时，门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时，手动开门
13、失效，由感应器自动控制门的开关。 2快要到达限位处自动减速功能 如果门在打开或者关闭的过程中一直是高速移动，那么在到达限位处会因为惯性而不能立即停止，时间久了会把门撞坏。为了防止发生这种速度过高不能立即停止的现象，设计了在即将到达限位开关处减速的功能。具体开关的布置如图3.1所示。图3.1 在系统中加入减速检测开关3防夹人功能 为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装防夹人红外感应器，以防止停留在门附近的人被门所夹住。自动门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。采用自动和手动点动控制方式，此种控制模式为目前大多自动门的控制方式。本课题所设计的自动门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从
14、而控制门的开和关实现门的自动化控制。系统的总体框图如下图3.2所示：图3.2 系统的总体框图3.2 主电路该控制系统使用一台250W的直流电机进行拖动，使用两个接触器KM1和KM2来控制电机正反转，使用一个接触器KM3来控制电机速度。直流电机选择额定电压为48V。主电路连接入下图3.3所示：图3.3 主电路图3.3 I/O分配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。根据自动门的控制系统功能的要求，确定了PLC的I/O分配表，如下表3.5所示：类型设备PLC端子号输入端手动/自动切换开关X000门内感应探测器X001门外感应探测器X002开门限位开关X003关门限位开关X004开门减速开关X005关门减速开关X006防夹人传感器X007手动开门X010手动关门X011总启动X012总停止X013输出端工作指示灯Y000正转开门KM2Y001反转关门KM3Y002调速接触器KM4Y0
