基于PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

基于PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本文是關(guān)于自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)門系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、感應(yīng)器件、驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置組成。主要工作原理是感應(yīng)器件將檢測到的人體或物體信號(hào)傳送到PLC，PLC再綜合收到的自動(dòng)門狀態(tài)信號(hào)做出判斷，而后發(fā)出控制信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，再通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)門的動(dòng)作。本文詳細(xì)闡述了自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并在S7-200實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成了仿真調(diào)試。采用PLC控制自動(dòng)門具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景.關(guān)鍵詞：自動(dòng)門；PLC；感應(yīng)器件；驅(qū)動(dòng)裝置基于PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)THEAUTOMATICDOORCONTROLSYSTEMRESEARCHBASEDONPLCABSTRACTThethesisisabouttheautomaticdoorcontrolsystem。Itismadeofthefollowingparts:ProgrammableLogicController(PLC),sensingdevices,drivedevice,grearingdevice.Theprincipleis:sensingdevicessendsthedetectedhumanbodyorobjectsignalstoPLC.PLCjudgesthereceivedautomaticdoorstatesignal,thensendscontrolsignals,anddrivesactuatorstodrivetheautomaticdoorrun.Thethesisdescribesthehardwareandsoftwaredesignoftheautomaticdoorcontrolsystem,andcompletesthesimulationdebuggingontheS7-200bench.UsingPLCasthecontroloftheautomaticdoorswillhavehighreliability,convenient,andagoodprospect.Keywords:Automaticdoors；PLC；Sensingdevices；Drivedevice基于PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目錄1前言-12自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)-22.1自動(dòng)門的功能需求分析-22.2自動(dòng)門的控制要求-22.3自動(dòng)門控制系統(tǒng)構(gòu)成-22.3.1PLC概述-22.3.2具體構(gòu)成-53自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)-63.1PLC的選型-83.2驅(qū)動(dòng)裝置的選型-83.3感應(yīng)器件的選型-83.4傳動(dòng)裝置-93.5限位開關(guān)-93.6自動(dòng)門控制系統(tǒng)I/O地址分配表-103.7自動(dòng)門控制系統(tǒng)的原理圖-103.7.1主電路及供電線路-103.7.2PLC外圍接線圖-114自動(dòng)門控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)-124.1工作過程分析-124.2梯形圖程序-125程序調(diào)試-145.1硬件線路連接-145.2聯(lián)機(jī)調(diào)試-146結(jié)束語-16參考文獻(xiàn)-17致謝-18附錄-19基于PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第1頁共19頁1前言在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動(dòng)門已經(jīng)是隨處可見。自動(dòng)門的工作方式是通過自動(dòng)門內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)開關(guān)來感應(yīng)人的出入，當(dāng)人走進(jìn)自動(dòng)門時(shí)，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開門信號(hào)，控制器通過驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動(dòng)門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人管理，不但能給我們帶來人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息1。自動(dòng)門在國外早已得到普遍的應(yīng)用，在我國也以其優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)同，中國已經(jīng)迎來了自動(dòng)門發(fā)展的黃金時(shí)期。自動(dòng)門性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點(diǎn)已逐漸被淘汰。目前自動(dòng)門及其自動(dòng)化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置可編程控制器（以下簡稱PLC），PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。目前它在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。因此運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門具有較高的可靠性，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。由此看來，進(jìn)行自動(dòng)門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)自動(dòng)門行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)門行業(yè)乃至整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究價(jià)值2。本課題主要介紹運(yùn)用PLC為控制器的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所有產(chǎn)品的開發(fā)都要講究實(shí)用，本課題開發(fā)的產(chǎn)品對許多場合都能適用，而且能夠簡單化，不論對于產(chǎn)品開發(fā)商還是使用者來說都是最好的3。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既滿足了自動(dòng)門的基本要求，還可以保證自動(dòng)門的穩(wěn)定性。研究本課題意味著產(chǎn)品成本下降，效益提高。因此是一個(gè)比較實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。基于PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第2頁共19頁2自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)門的功能需求分析本設(shè)計(jì)面向商場入口的應(yīng)用，需要有安全性和可靠性。根據(jù)商場中對自動(dòng)門的具體要求，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門應(yīng)具有以下功能：（1）開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式為了便于維護(hù)，自動(dòng)門應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。當(dāng)信號(hào)采集裝置檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門且門未關(guān)閉，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)開控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來開門或者關(guān)門4。（2）緊急停止當(dāng)自動(dòng)門出現(xiàn)夾人現(xiàn)象時(shí)，可閉合緊急停止開關(guān)，自動(dòng)門自動(dòng)進(jìn)入開門過程。2.2自動(dòng)門的控制要求（1）當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)BG1或BG2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)QA1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)BG3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。（2）自動(dòng)門在開門位置停留8秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)QA2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動(dòng)到關(guān)門限位開關(guān)BG4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。（3）在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)BG2或BG1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動(dòng)進(jìn)入開門程序。（4）在門打開后的8秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關(guān)BG2或BG1時(shí)，必須重新開始等待8秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。2.3自動(dòng)門控制系統(tǒng)構(gòu)成：自動(dòng)門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動(dòng)作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(dòng)電動(dòng)控制方式，此種控制方式為目前大多自動(dòng)門的控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)化控制。2.3.1PLC概述基于PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第3頁共19頁可編程控制器，英文稱ProgrammableController，簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它通過運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的控制。PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換時(shí)，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于門內(nèi)外感應(yīng)器采集信號(hào)PLC手動(dòng)控制開關(guān)安全感應(yīng)器變頻器交流電機(jī)蜂鳴器開/關(guān)門指示燈第9頁維修及抗干擾等問題,入出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，可以說是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。PLC可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強(qiáng)的多。PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：（1）邏輯處理功能；（2）數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；（3）準(zhǔn)確定時(shí)功能；（4）高速計(jì)數(shù)功能；（5）中斷處理（可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能；（6）程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；（7）聯(lián)網(wǎng)通信功能；（8）自檢測、自診斷功能?？梢哉f，凡普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能，PLC幾乎也都可以做到。像PLC這樣。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時(shí)，也為自動(dòng)門行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)，一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎。其主要特點(diǎn)主要有：（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)基于PLC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第4頁共19頁（3）編程方便，易于使用（4）功能強(qiáng)大，成本低（5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短（6）維護(hù)方便PLC與其他典型控制系統(tǒng)的區(qū)別5（1）PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)。使設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點(diǎn)在開閉時(shí)易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差。a.控制邏輯繼電器控制邏輯采用硬件接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及時(shí)間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想在改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有4-8對觸點(diǎn)，因此靈活性和擴(kuò)展性很差，而PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變程序即可，因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。b.工作方式電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器同時(shí)處于受控狀態(tài)，它屬于并行方式。而PLC的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性掃描過程中，各種邏輯、數(shù)值輸出地結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計(jì)算得出的，所以它屬于串行工作方式。c.控制速度繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點(diǎn)開閉動(dòng)作一般在幾十毫秒數(shù)量級(jí)。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題；而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，屬于無觸點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)，且不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。（2）與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別a.本質(zhì)區(qū)別單片機(jī)控制系統(tǒng)是基于芯片級(jí)的系統(tǒng)，而PLC控制系統(tǒng)是基于板級(jí)或模塊級(jí)的系統(tǒng)。其實(shí)PLC本身就是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，它是已經(jīng)開發(fā)好的單片機(jī)產(chǎn)品。開發(fā)單片機(jī)控制系統(tǒng)屬于底層開發(fā)，而設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)是在產(chǎn)品的單片機(jī)控制系統(tǒng)上進(jìn)行的二次開發(fā)?；赑LC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第5頁共19頁b.使用場合單片機(jī)控制系統(tǒng)適合于家電產(chǎn)品、智能化的儀器儀表、玩具和批量生產(chǎn)的控制器產(chǎn)品等場合使用；而PLC控制系統(tǒng)適合在單機(jī)電氣控制系統(tǒng)、工業(yè)控制領(lǐng)域的制造業(yè)自動(dòng)化和過程控制中使用。c.使用過程設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)，需要先設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，畫硬件電路圖，制作印刷電路板，購置各種所需的電子元器件，焊接電路板，進(jìn)行硬件調(diào)試，進(jìn)行抗干擾等大量工作需要專門的開發(fā)裝置和低級(jí)編輯語言編制控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；而PLC不必操心內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是否可靠和它們的看干擾能力，軟件設(shè)計(jì)使用工業(yè)編程語言，相對來說比較簡單。進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，因?yàn)橛泻芎玫墓こ坦ぞ邘椭?，所以也非常容易?.3.2具體構(gòu)成：自動(dòng)門系統(tǒng)的具體組成如下圖2-1所示圖2-1自動(dòng)門控制系統(tǒng)組成示意圖由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測到人體或物體信號(hào)時(shí)將信號(hào)傳給PLC，PLC根據(jù)已經(jīng)采集的信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)自動(dòng)門的運(yùn)行?；赑LC自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第6頁共19頁3自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1PLC的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。（1）輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入12點(diǎn)，輸出12點(diǎn)。（2）存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的