歐姆龍自動(dòng)門PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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課 程 設(shè) 計(jì) 題 目 自動(dòng)門PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2013 年 5 月 27 日 目錄 摘要 2 一、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 2 2、自動(dòng)門的控制任務(wù)及要求 2 3、自動(dòng)門控制系統(tǒng)構(gòu)成 3 （1）PLC概述 3 （2）構(gòu)成 4 二、PLC和主要電氣元件的選擇 5 1、PLC 的選擇 5 2、驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 5 3、感應(yīng)器的選擇 5 4、單相交流電機(jī)的選擇 5 5、傳動(dòng)裝置、限位開關(guān) 6 三、PLC的I/O分配和接線圖設(shè)計(jì) 6 1、自動(dòng)門控制系統(tǒng)I/0地址分配表 6 2、自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖 7 四、控制流程圖設(shè)計(jì) 8 五、PLC程序設(shè)計(jì) 9 1、工作過(guò)程分析 9 2、梯形圖程序 9 六、程序調(diào)試 10 七、設(shè)計(jì)總結(jié) 11 1、心得體會(huì) 11 2、任務(wù)分配 11 八、參考文獻(xiàn)： 12 附錄1：自動(dòng)門PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序 12 附錄2：自動(dòng)門PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要原器件明細(xì)表 13 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(cè)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)作出判斷，而后發(fā)出控制信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，在通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)門的動(dòng)作 關(guān)鍵詞：自動(dòng)門、PLC、感應(yīng)器件、驅(qū)動(dòng)裝置 一、自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 1. 自動(dòng)門的功能需求分析 本設(shè)計(jì)產(chǎn)品主要用在公共場(chǎng)合，因此有安全性和可靠性。根據(jù)公共場(chǎng)所（商場(chǎng)、銀行等）的具體要求本自動(dòng)門至少應(yīng)具有如下功能： (1)開門和關(guān)門控制應(yīng)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(cè)到有人接近門口且門未打開或者檢測(cè)到已無(wú)人接近門口且門未關(guān)閉，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)開控制點(diǎn)動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來(lái)開門或者關(guān)門。 (2)緊急停止 當(dāng)門的閉合或者打開時(shí)出現(xiàn)意外情況，可以緊急停止。 2. 自動(dòng)門的控制的任務(wù)及要求 1. 自動(dòng)門控制裝置的硬件組成： 自動(dòng)門系統(tǒng)由一臺(tái)PLC控制。其余部件有門內(nèi)光電探測(cè)開關(guān)K1、門外光電探測(cè)開關(guān)K2、開門到位限位開關(guān)K3、關(guān)門到位限位開關(guān)K4、開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1（使1000W單相交流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)）、關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2（使1000W單相交流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)）等。光電檢測(cè)開關(guān)設(shè)定為有光斷開、無(wú)光導(dǎo)通。開關(guān)門時(shí)有相應(yīng)指示燈指示。 根據(jù)上述硬件組成設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路及控制電路圖。 2. 控制要求： （1）當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過(guò)光電檢測(cè)開關(guān)K1或K2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時(shí)，電機(jī)停止。 （2）自動(dòng)門在開門位置停留3秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過(guò)程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2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)K4位置時(shí)，電機(jī)停止。 （3）在關(guān)門過(guò)程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)光電檢測(cè)開關(guān)K2或K1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3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(guò)光電檢測(cè)開關(guān)K2或K1時(shí)，必須重新開始等待3秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過(guò)程，且開門和關(guān)門不能同時(shí)進(jìn)行。 （5）應(yīng)有互鎖等保護(hù)環(huán)節(jié)（如防止開、關(guān)門同時(shí)動(dòng)作）。 根據(jù)上述控制要求設(shè)計(jì)PLC控制程序。 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)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體組成如下： 由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測(cè)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)，是驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)自動(dòng)門的運(yùn)行 1) PLC概述 可編程控制器，英文Programmable Controller,簡(jiǎn)稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡(jiǎn)稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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)。它以微處理器為核心，集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為一體，它通過(guò)運(yùn)行儲(chǔ)存在其內(nèi)存中的程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。 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(cè)、自診斷功能。 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是復(fù)雜多樣的，它們對(duì)控制的要求也各不相同，之所以受到了廣大工程人員的歡迎。其其具有以下特點(diǎn): (1) 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性能高 (2) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) (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 2) 構(gòu)成 具體構(gòu)成框圖如下： 二、PLC和主要電氣元件的選擇 1. PLC 的選擇 PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保障可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性價(jià)比，選擇時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1）.整體型和模塊型的選擇 2）.經(jīng)濟(jì)的考慮 PLC存儲(chǔ)容量的選擇一般為數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10到15倍再加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此作為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），再按次數(shù)的25%考慮余量。 I/O點(diǎn)數(shù)的估算， 應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，預(yù)計(jì)收入為12點(diǎn)輸出為12點(diǎn)。 結(jié)合以上信息再加上特殊功能模塊的考慮，本設(shè)計(jì)選擇歐姆龍 CPM1A CPU40型，開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)為24/16點(diǎn)的PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制過(guò)程。 2. 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 自動(dòng)門的驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)門能否良好工作的保障。交流電動(dòng)機(jī)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選用1000W單相交流電動(dòng)機(jī)。 3. 感應(yīng)器的選擇 本設(shè)計(jì)選用微波感應(yīng)器，因其具有以下特點(diǎn)： 1）非接觸式探測(cè) 2）不受溫度噪音等因素的影響 具體的型號(hào)和規(guī)格如下表： 廠商 上海順安達(dá)門業(yè)裝飾有限公司 型號(hào) WB-3004 供電電壓 AC/DC 12-24V 工作頻率 50HZ-60HZ 探頭工作頻率 10.525GHZ 工作溫度/濕度 25℃-60℃/0-95% 4. 單相交流電機(jī)的選擇 電容式電機(jī)說(shuō)明：?jiǎn)蜗嚯姍C(jī)有兩個(gè)繞組，即起動(dòng)繞組和運(yùn)行繞組。兩個(gè)繞組在空間上相差90度。在起動(dòng)繞組上串聯(lián)了一個(gè)容量較大的電容器，當(dāng)運(yùn)行繞組和起動(dòng)繞組通過(guò)單相交流電時(shí)，由于電容器作用使起動(dòng)繞組中的電流在時(shí)間上比運(yùn)行繞組的電流超前90度角，先到達(dá)最大值。在時(shí)間和空間上形成兩個(gè)相同的脈沖磁場(chǎng)，使定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)互相作用產(chǎn)生電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。 5. 傳動(dòng)裝置、限位開關(guān) 本控制系統(tǒng)所用到的傳動(dòng)裝置具體包括如下： 1）自動(dòng)門扇行進(jìn)軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進(jìn)行。 2）自動(dòng)門扇吊具走論系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)門扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行。 3） 同步皮帶：用于傳輸電機(jī)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引自動(dòng)門吊具走論系統(tǒng)。 限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械某些運(yùn)動(dòng)部件的碰撞來(lái)發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方向、速度、行程大小或位置的一種自動(dòng)控制器件。 限位開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床、起重機(jī)械以及輕工機(jī)械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)到某一運(yùn)動(dòng)位置時(shí)，行程開關(guān)通過(guò)機(jī)械可動(dòng)部分的動(dòng)作，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的控制，限制它們的動(dòng)作和位置，借此對(duì)生產(chǎn)機(jī)械給以必要的保護(hù)。 三、PLC的I/O分配和接線圖設(shè)計(jì) 1. 自動(dòng)門控制系統(tǒng)I/0地址分配表 I/0分配表示編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場(chǎng)接線和調(diào)試的重要依據(jù)。 I/O口分配表： 輸入點(diǎn)： 00000 電源開關(guān)S 自動(dòng)門的開啟與關(guān)閉 00001 門內(nèi)光電感應(yīng)開關(guān)K1 當(dāng)門內(nèi)有人時(shí)閉合 00002 門外光電感應(yīng)開關(guān)K2 當(dāng)門外有人時(shí)閉合 00003 開門極限位置開關(guān)K3 當(dāng)門完全打開時(shí)閉合 00004 關(guān)門極限位置開關(guān)K4 當(dāng)門完全關(guān)閉時(shí)閉合 輸出點(diǎn)： 01000 開門感應(yīng)電磁閥KM輸出 當(dāng)K1或K2閉合時(shí)通電 01001 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)（開門）驅(qū)動(dòng)電磁閥KM1輸出 KM1通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)使門打開 01002 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)（關(guān)門）驅(qū)動(dòng)電磁閥KM2輸出 KM2通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)使門關(guān)閉 01003 開門極限位置電磁閥KM3輸出 當(dāng)門完全打開時(shí)K3閉合，使得KM3通電 01004 關(guān)門極限位置電磁閥KM4輸出 當(dāng)門完全關(guān)閉時(shí)K4閉合，使得KM4通電 2. 自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖 外圍接線圖 KM 01000 00000 S KM1 K1 KM2 01001 00001 K2 01002 00002 KM3 01003 00003 K3 KM4 01004 00004 K4 PLC 24V 四、 控制流程圖設(shè)計(jì) 開始 手動(dòng)/自動(dòng)選擇 是 否 是 是 開門按鈕按下 門關(guān)門到底 門打開到底 關(guān)門按鈕按下 否 是 是 否 否 否 蜂鳴器響 是 結(jié)束運(yùn)行 停止運(yùn)行 關(guān)到最底 門關(guān)閉 開門計(jì)時(shí) 開到最底 門打開 門口是否有人 五、 PLC程序設(shè)計(jì) 1. 工作過(guò)程分析 本設(shè)計(jì)的工作過(guò)程如下： 1）首先按下啟動(dòng)按鈕，當(dāng)傳感器檢測(cè)到能有人體信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)正傳，帶動(dòng)自動(dòng)門執(zhí)行開門過(guò)程。 2）當(dāng)門完全打開之后，使開門限位開關(guān)打開，此時(shí)自動(dòng)門停止，進(jìn)行3延時(shí)。 若此時(shí)感應(yīng)器重新檢測(cè)到有人體信號(hào)時(shí)，則在重新進(jìn)行3延時(shí) 3）當(dāng)3的延時(shí)完畢后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過(guò)程。在關(guān)門過(guò)程中，傳感器重新檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí)，此時(shí)中斷關(guān)門轉(zhuǎn)向開門過(guò)程。 4）當(dāng)自動(dòng)門出現(xiàn)故障時(shí)，可以手動(dòng)開關(guān)門 2. 梯形圖程序 1）當(dāng)有人出現(xiàn)在門內(nèi)或門外時(shí)，自動(dòng)門執(zhí)行開門程序，K1或K2閉合時(shí)通電。如圖1所示。 圖1 2） 當(dāng)自動(dòng)門開門到達(dá)極限時(shí)K3閉合，使得KM3通電。如圖2所示。 圖2 3） 當(dāng)自動(dòng)門開始關(guān)門，并且關(guān)門到達(dá)極限時(shí)K4閉合，使得KM4通電。如圖3所示。 圖3 4） 當(dāng)自動(dòng)門第一次開門輸出時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)開門，并保持開門動(dòng)作。如圖4所示。 圖4 5） 當(dāng)自動(dòng)門打開并且到達(dá)極限時(shí)，保持這個(gè)動(dòng)作持續(xù)3S。如圖5所示。 圖5 6） 當(dāng)3S倒計(jì)時(shí)過(guò)后，電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn)，自動(dòng)門執(zhí)行關(guān)門程序。如圖6所示。 圖6 六、 程序調(diào)試 當(dāng)程序編譯在軟件上后，點(diǎn)擊在線聯(lián)機(jī)工作，將程序?qū)氲絇LC中去，點(diǎn)擊操作模式為運(yùn)行，然后根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求進(jìn)行調(diào)試，如果PLC正常工作，那么按下觸發(fā)開關(guān)能完成設(shè)計(jì)要求。 通過(guò)調(diào)試之后能完成預(yù)定設(shè)定要求。 七、 設(shè)計(jì)總結(jié) 1.心得體會(huì) 心得體會(huì) 這次PLC課程設(shè)計(jì)我們歷時(shí)大約兩個(gè)星期，三個(gè)人組成一個(gè)小組。當(dāng)組長(zhǎng)抽中我們要做的題目是自動(dòng)門PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們都比較開心，以為比較簡(jiǎn)單,因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)生活中隨處可見(jiàn)。然而題目看似簡(jiǎn)單，但在后面做的過(guò)程中，我們遇到了許多的困難。 在選題之后的第二天我們小組就忙了起來(lái)，我們以組長(zhǎng)為中心，分配好每個(gè)人的任務(wù)后，我們就認(rèn)真的做了起來(lái)。但PLC課程設(shè)計(jì)的第一階段中我們完成得不是太好，有很多的錯(cuò)誤，可能是我們?cè)谑占Y料的過(guò)程中收集得不是太好，網(wǎng)上雖也有和我們相似的題目，但是他們用的可編程控制器幾乎都是西門子的，而我們用的可編程控制器是歐姆龍的。由于我們出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，又回寢室重新做，但是卻錯(cuò)過(guò)了第一階段的檢查時(shí)間。 我們只好抓緊時(shí)間進(jìn)入第二階段的工作。在第二階段的設(shè)計(jì)中我們遇到了許多困難，由于平常上課的時(shí)候沒(méi)有認(rèn)真的學(xué)習(xí)plc這門課程。所以在編程中，我們真頭疼。我們小組立馬認(rèn)真的學(xué)了起來(lái)，但是時(shí)間太少，所以也只學(xué)會(huì)了一點(diǎn)。幸運(yùn)的是我們收集到一個(gè)基本滿足實(shí)驗(yàn)要求的程序。第二階段調(diào)試時(shí)間到來(lái)了，我們小組大約下午二點(diǎn)就早早的來(lái)到了實(shí)驗(yàn)室調(diào)試程序，我們將程序輸入到調(diào)試軟件中，但是程序有一點(diǎn)小錯(cuò)誤，最后在我們的修改下程序總算正確了，但是在接線過(guò)程和調(diào)試過(guò)程我們都不是太會(huì)，浪費(fèi)了很多時(shí)間。 在做本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我對(duì)查閱設(shè)計(jì)資料比較有感觸。為了讓我們的設(shè)計(jì)更加完善更加美好，查閱這方面的設(shè)計(jì)資料是十分必要的，同時(shí)也是必不可少的。 這次課程設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)收獲比較大，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，不懂就要問(wèn)，就要學(xué)。要做好一個(gè)設(shè)計(jì)必須有一個(gè)好的規(guī)劃，才能做到事半功倍的效果。學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力，這將為我今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。而且讓我們把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，提高了自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。最重要的是一個(gè)小組之間的團(tuán)結(jié)，只有一個(gè)團(tuán)隊(duì)凝聚在一起時(shí)才能發(fā)揮出的巨大潛能。雖然我們這次課程實(shí)際也許花去的時(shí)間比別人稍多，但我相信我們的收獲一定更多。 2.任務(wù)分配 本人負(fù)責(zé)課程設(shè)計(jì)報(bào)告錯(cuò)誤檢查，資料的收集與整理，完成元器件的選型和明細(xì)表，在調(diào)試的時(shí)候輔助接線等。 八、參 考 文 獻(xiàn) 1 齊占慶，王振臣等，機(jī)床電器控制技術(shù)第四版，機(jī)械工業(yè)出版社，2011年 2 李勝多，張還等，可編程控制器原理與應(yīng)用實(shí)例，中國(guó)電力出版社，2010年 3 吳曉君主編，電氣控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010年 附錄1：自動(dòng)門PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序 附錄2：自動(dòng)門PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要原器件明細(xì)表 序號(hào) 名稱 數(shù)量 型號(hào) 1 PLC 1 CPM1A CPU40 2 觸發(fā)開關(guān) 3 PB11 3 蜂鳴器 1 0803 4 LED燈 5 0603 5 常閉開關(guān) 5 第 13 頁(yè)/ 共14頁(yè)