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1、学号2014215945电气控制与PLC课 程 设 计（ 2014级本科）题 目： 基于S7-200的自动门控制系统设计 学 院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 张林 指导教师： 盛海龙 职称： 工程师 完成日期：2017 年 6 月 25 日课程设计任务书 2017 年5月 学 生 姓 名张林学 号2014215945专 业 方 向电气工程及其自动化班 级14级2班题 目 名 称基于S7-200的自动门控制系统设计一、 系统控制要求1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或k2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止
2、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被启动，电动机反转，当门移动到开门限位开关K4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K2或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秒等待时间内，若有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，在自动进入关门过程，以保证人员的安全通过。二、设计内容 1.控制系统硬件设计（包括电气控制主电路、PLC输入输出接线图、控制面板元件布置图设计和主要电器元件的选择）；2. 控制系统软件设计（包括程序流程图、梯形图设计、仿真调试）；3.
3、撰写课程设计说明书。三、设计要求1.设计内容完整，程序正确，满足相应的控制要求；2.课程设计说明书应符合相应的撰写规范要求（电气图形符号和文字符号应符合国家标准）；3.设计应独立完成，不得抄袭他人，否则以零分计。四、设计进度安排 星期一上午 熟悉设计任务 星期一下午至星期二 查阅文献资料，进行总体方案设计 星期三至星期五 控制系统硬件电路设计 星期一至星期二 完成软件流程图及软件设计 星期三至星期四 软硬件系统调试，写说明书，画图 星期五 答辩 指导教师签字： 目录第1章 分析评估及控制任务51.1课题的分析评估51.2课题的控制任务51.2.1课题内容：51.2.2控制要求：6第2章 PLC
4、的选型72.1 PLC容量的选择72.2 PLC及外设型号的选择7第3章 功能器件的基本工作原理103.1 自动感应门机的基本工作原理103.2 自动门的分类103.3 限位开关的工作原理123.4 光电开关介绍12第4章 I/O地址分配14第5章 电气原理图165.1 方案说明165.2 程序流程图175.3 继电器接触控制图185.4 plc控制输出输入接线19第6章 系统程序设计206.1 梯形图206.2 语句表236.3 过程分析23第7章 总结25参考文献26第1章 分析评估及控制任务1.1课题的分析评估 随着PLC功能的不断提高和完善，PLC几乎可以完成工业领域的所有任务。但PL
5、C还是有它最适合的应用场合，所以在接到一个控制任务后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制装备（PLC，单片机，DCS或IPC）来完成该任务最合适，比如仪器及仪表装置，家电的控制器就要用单片机来做；大型的过程控制系统大部分要用DCS来完成。而PLC最合适的控制对象是：工业环境较差，而对安全性，可靠性要求较高，系统工艺复杂，输入/输出以开关量为主的工业制动控制系统或装置。其实，现在的可编程控制器不仅处理开关亮，而且对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下，也可以取代工业控制计算机（IPC）作为主控制器，来完成复杂的工业控制任务。控制对象及控制装置（选定为PLC）确定后，还要进一步确定
6、PLC的控制范围。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器进行直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC完成。另外，如紧急情况停车的环节，对主要控制对象还要加上手动控制功能，这就需要在设计电气系统原理图与编程时统一考虑。1.2课题的控制任务1.2.1课题内容： 1自动门控制装置的硬件组成： 自动门控制装置由门内光电探测开关K1，门外光电探测开关K2，开门到位限位开关K3，关门到位限位开关K4，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。1.2.2控制要求： （1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或k2时，开门执行机构KM1动作
7、，电动机正转，到达开门限位开关K3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被启动，电动机反转，当门移动到开门限位开关K4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K2或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秒等待时间内，若有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，在自动进入关门过程，以保证人员的安全通过。第2章 PLC的选型当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成了最重要的事情，一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么
8、公司的PLC及外设。2.1 PLC容量的选择对PLC容量的选择问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及这些I/O点的性质。I/O点的性质主要指他们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压，以及输出是用继电器型还是用晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220V的接触器，电磁阀，又有直流24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220V的负载使用，则直流24V的负载只能使用其他组的输出端
9、了。这样有可能造成输出点数的浪费，增加成本。所以要尽可能选择先同等级的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，如运动控制时的高速脉冲数出，就可以定下选用多少点和I/O是什么类型的PLC了。根据本课程设计的题目及要求可知门内光电探测开关K1，门外光电探测开关K2,开门到位限位开关K3,关门到位限位开关K4,都是输入触点，所以该系统共有开关量输入点4个。另外，该系统还有开门执行机构KM1，(使直流电动机正转)，关门执行机构KM2（使直流电动机反转），短接启动电阻接触器KM3等都是输出触点，所以该系统共有开关量输出点3个。又根据课题要求可知PLC选用输入电源为24VDC，输出电源也是24VDC,选
10、择输出口器件类型为Relay即继电器的PLC。2.2 PLC及外设型号的选择 对于PLC及外设型号的选择问题，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，质量相当，I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使
11、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。名称代码地址编号 输 入 信 号门内光电探测开关K1I0.2门外光电探测开关K2I0.1开门到位限位开关K3I0.3关门到位限位开关K4I0.4过载保护开关SB5I0.5紧急停车开关SB6I0.6启动停止SB7I0.7手动开门SB10I1.0手动关门SB11I1.1输 出 信
12、 号开门执行机构KM0Q0.0关门执行机构KM1Q0.1短接启动电阻接触器KM2Q0.2表2-1 输入/输出信号的名称、代码及地址编号 对于本课设来说不需要扩展单元与模拟量单元，据上表可知选择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主机型号为CPU224/DC/DC/Relay的S7-200系列PLC，它是14输入10输出的CPU。第3章 功能器件的基本工作原理3.1 自动感应门机的基本工作原理首先，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
13、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。 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3.2 自动门的分类图3-1 双重平移自动门 图3-2 弧形自动门图3-3 双扇平移自动门3.3 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
