歐姆龍自動門PLC控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

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課 程 設(shè) 計 題 目 自動門PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院 計算機科學(xué)與信息工程學(xué)院 專 業(yè) 自動化 班 級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2013 年 5 月 27 日 目錄 摘要 2 一、自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2 1、自動門的功能需求分析 2 2、自動門的控制任務(wù)及要求 2 3、自動門控制系統(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)動裝置的選擇 5 3、感應(yīng)器的選擇 5 4、單相交流電機的選擇 5 5、傳動裝置、限位開關(guān) 6 三、PLC的I/O分配和接線圖設(shè)計 6 1、自動門控制系統(tǒng)I/0地址分配表 6 2、自動控制系統(tǒng)的原理圖 7 四、控制流程圖設(shè)計 8 五、PLC程序設(shè)計 9 1、工作過程分析 9 2、梯形圖程序 9 六、程序調(diào)試 10 七、設(shè)計總結(jié) 11 1、心得體會 11 2、任務(wù)分配 11 八、參考文獻： 12 附錄1：自動門PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序 12 附錄2：自動門PLC控制系統(tǒng)設(shè)計主要原器件明細表 13 摘要 本文是關(guān)于自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計，自動門系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、感應(yīng)器件、驅(qū)動裝置和傳動裝置組成。主要工作原理是感應(yīng)器件將檢測到的人體或物體信號傳送到PLC，PLC再綜合收到的自動門狀態(tài)信號作出判斷，而后發(fā)出控制信號，使驅(qū)動裝置運行，在通過傳動裝置帶動門的動作 關(guān)鍵詞：自動門、PLC、感應(yīng)器件、驅(qū)動裝置 一、自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 1. 自動門的功能需求分析 本設(shè)計產(chǎn)品主要用在公共場合，因此有安全性和可靠性。根據(jù)公共場所（商場、銀行等）的具體要求本自動門至少應(yīng)具有如下功能： (1)開門和關(guān)門控制應(yīng)有手動和自動方式 為了便于維護，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。當(dāng)信號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口且門未關(guān)閉，PLC動作輸出信號開控制點動機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來開門或者關(guān)門。 (2)緊急停止 當(dāng)門的閉合或者打開時出現(xiàn)意外情況，可以緊急停止。 2. 自動門的控制的任務(wù)及要求 1. 自動門控制裝置的硬件組成： 自動門系統(tǒng)由一臺PLC控制。其余部件有門內(nèi)光電探測開關(guān)K1、門外光電探測開關(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)行機構(gòu)KM1（使1000W單相交流電動機正轉(zhuǎn)）、關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)KM2（使1000W單相交流電動機反轉(zhuǎn)）等。光電檢測開關(guān)設(shè)定為有光斷開、無光導(dǎo)通。開關(guān)門時有相應(yīng)指示燈指示。 根據(jù)上述硬件組成設(shè)計系統(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)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時，開門執(zhí)行機構(gòu)KM1動作，電動機正轉(zhuǎn)，到達開門限位開關(guān)K3位置時，電機停止。 （2）自動門在開門位置停留3秒后，自動進入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)KM2被起動，電動機反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時，電機停止。 （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)K2或K1時，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進入開門程序。 （4）在門打開后的3秒等待時間內(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)K2或K1時，必須重新開始等待3秒后，再自動進入關(guān)門過程，且開門和關(guān)門不能同時進行。 （5）應(yīng)有互鎖等保護環(huán)節(jié)（如防止開、關(guān)門同時動作）。 根據(jù)上述控制要求設(shè)計PLC控制程序。 3. 自動門控制系統(tǒng)構(gòu)成 自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作的執(zhí)行機構(gòu)，具體組成如下： 由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測到人體或物體信號時將信號傳給PLC,PLC根據(jù)已經(jīng)采集的信號發(fā)出控制信號，是驅(qū)動裝置運行，通過傳動裝置帶動自動門的運行 1) PLC概述 可編程控制器，英文Programmable Controller,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)，但基于電子計算機。它以微處理器為核心，集自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)為一體，它通過運行儲存在其內(nèi)存中的程序，實現(xiàn)對負載的控制。 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)運算功能； （3） 準確定時功能； （4） 高速計數(shù)功能； （5） 中斷處理功能； （6） 程序與數(shù)據(jù)存儲功能； （7） 聯(lián)網(wǎng)通信功能 ； （8） 自檢測、自診斷功能。 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，之所以受到了廣大工程人員的歡迎。其其具有以下特點: (1) 抗干擾能力強，可靠性能高 (2) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強 (3) 編程方便，易于使用 (4) 功能強大，成本低 (5) 設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短 (6) 維護方便 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機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保障可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性價比，選擇時應(yīng)注意以下幾點： 1）.整體型和模塊型的選擇 2）.經(jīng)濟的考慮 PLC存儲容量的選擇一般為數(shù)字量I/O點數(shù)的10到15倍再加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此作為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），再按次數(shù)的25%考慮余量。 I/O點數(shù)的估算， 應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，預(yù)計收入為12點輸出為12點。 結(jié)合以上信息再加上特殊功能模塊的考慮，本設(shè)計選擇歐姆龍 CPM1A CPU40型，開關(guān)量I/O點數(shù)為24/16點的PLC來實現(xiàn)整個控制過程。 2. 驅(qū)動裝置的選擇 自動門的驅(qū)動器是自動門能否良好工作的保障。交流電動機有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。本設(shè)計選用1000W單相交流電動機。 3. 感應(yīng)器的選擇 本設(shè)計選用微波感應(yīng)器，因其具有以下特點： 1）非接觸式探測 2）不受溫度噪音等因素的影響 具體的型號和規(guī)格如下表： 廠商 上海順安達門業(yè)裝飾有限公司 型號 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. 單相交流電機的選擇 電容式電機說明：單相電機有兩個繞組，即起動繞組和運行繞組。兩個繞組在空間上相差90度。在起動繞組上串聯(lián)了一個容量較大的電容器，當(dāng)運行繞組和起動繞組通過單相交流電時，由于電容器作用使起動繞組中的電流在時間上比運行繞組的電流超前90度角，先到達最大值。在時間和空間上形成兩個相同的脈沖磁場，使定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生了一個旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，電機轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流與旋轉(zhuǎn)磁場互相作用產(chǎn)生電磁場轉(zhuǎn)矩，使電機旋轉(zhuǎn)起來。 5. 傳動裝置、限位開關(guān) 本控制系統(tǒng)所用到的傳動裝置具體包括如下： 1）自動門扇行進軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進行。 2）自動門扇吊具走論系統(tǒng)：用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。 3） 同步皮帶：用于傳輸電機所產(chǎn)動力，牽引自動門吊具走論系統(tǒng)。 限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。 限位開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機床、起重機械以及輕工機械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機械運動到某一運動位置時，行程開關(guān)通過機械可動部分的動作，將機械信號轉(zhuǎn)化為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產(chǎn)機械給以必要的保護。 三、PLC的I/O分配和接線圖設(shè)計 1. 自動門控制系統(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)場接線和調(diào)試的重要依據(jù)。 I/O口分配表： 輸入點： 00000 電源開關(guān)S 自動門的開啟與關(guān)閉 00001 門內(nèi)光電感應(yīng)開關(guān)K1 當(dāng)門內(nèi)有人時閉合 00002 門外光電感應(yīng)開關(guān)K2 當(dāng)門外有人時閉合 00003 開門極限位置開關(guān)K3 當(dāng)門完全打開時閉合 00004 關(guān)門極限位置開關(guān)K4 當(dāng)門完全關(guān)閉時閉合 輸出點： 01000 開門感應(yīng)電磁閥KM輸出 當(dāng)K1或K2閉合時通電 01001 電動機正轉(zhuǎn)（開門）驅(qū)動電磁閥KM1輸出 KM1通電時，電動機正轉(zhuǎn)使門打開 01002 電動機反轉(zhuǎn)（關(guān)門）驅(qū)動電磁閥KM2輸出 KM2通電時，電動機反轉(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K4閉合，使得KM4通電 2. 自動控制系統(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 開始 手動/自動選擇 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)束運行 停止運行 關(guān)到最底 門關(guān)閉 開門計時 開到最底 門打開 門口是否有人 五、 PLC程序設(shè)計 1. 工作過程分析 本設(shè)計的工作過程如下： 1）首先按下啟動按鈕，當(dāng)傳感器檢測到能有人體信號時，電動機正傳，帶動自動門執(zhí)行開門過程。 2）當(dāng)門完全打開之后，使開門限位開關(guān)打開，此時自動門停止，進行3延時。 若此時感應(yīng)器重新檢測到有人體信號時，則在重新進行3延時 3）當(dāng)3的延時完畢后，電動機反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。在關(guān)門過程中，傳感器重新檢測到人體信號時，此時中斷關(guān)門轉(zhuǎn)向開門過程。 4）當(dāng)自動門出現(xiàn)故障時，可以手動開關(guān)門 2. 梯形圖程序 1）當(dāng)有人出現(xiàn)在門內(nèi)或門外時，自動門執(zhí)行開門程序，K1或K2閉合時通電。如圖1所示。 圖1 2） 當(dāng)自動門開門到達極限時K3閉合，使得KM3通電。如圖2所示。 圖2 3） 當(dāng)自動門開始關(guān)門，并且關(guān)門到達極限時K4閉合，使得KM4通電。如圖3所示。 圖3 4） 當(dāng)自動門第一次開門輸出時，電動機正轉(zhuǎn)開門，并保持開門動作。如圖4所示。 圖4 5） 當(dāng)自動門打開并且到達極限時，保持這個動作持續(xù)3S。如圖5所示。 圖5 6） 當(dāng)3S倒計時過后，電動機開始反轉(zhuǎn)，自動門執(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，點擊在線聯(lián)機工作，將程序?qū)氲絇LC中去，點擊操作模式為運行，然后根據(jù)設(shè)計任務(wù)及要求進行調(diào)試，如果PLC正常工作，那么按下觸發(fā)開關(guān)能完成設(shè)計要求。 通過調(diào)試之后能完成預(yù)定設(shè)定要求。 七、 設(shè)計總結(jié) 1.心得體會 心得體會 這次PLC課程設(shè)計我們歷時大約兩個星期，三個人組成一個小組。當(dāng)組長抽中我們要做的題目是自動門PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，我們都比較開心，以為比較簡單,因為現(xiàn)實生活中隨處可見。然而題目看似簡單，但在后面做的過程中，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，我們以組長為中心，分配好每個人的任務(wù)后，我們就認真的做了起來。但PLC課程設(shè)計的第一階段中我們完成得不是太好，有很多的錯誤，可能是我們在收集資料的過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)了很多錯誤，又回寢室重新做，但是卻錯過了第一階段的檢查時間。 我們只好抓緊時間進入第二階段的工作。在第二階段的設(shè)計中我們遇到了許多困難，由于平常上課的時候沒有認真的學(xué)習(xí)plc這門課程。所以在編程中，我們真頭疼。我們小組立馬認真的學(xué)了起來，但是時間太少，所以也只學(xué)會了一點。幸運的是我們收集到一個基本滿足實驗要求的程序。第二階段調(diào)試時間到來了，我們小組大約下午二點就早早的來到了實驗室調(diào)試程序，我們將程序輸入到調(diào)試軟件中，但是程序有一點小錯誤，最后在我們的修改下程序總算正確了，但是在接線過程和調(diào)試過程我們都不是太會，浪費了很多時間。 在做本次課程設(shè)計的過程中，我對查閱設(shè)計資料比較有感觸。為了讓我們的設(shè)計更加完善更加美好，查閱這方面的設(shè)計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。 這次課程設(shè)計對我來說收獲比較大，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，不懂就要問，就要學(xué)。要做好一個設(shè)計必須有一個好的規(guī)劃，才能做到事半功倍的效果。學(xué)會了堅持、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)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，提高了自己的實際動手能力和獨立思考的能力。最重要的是一個小組之間的團結(jié)，只有一個團隊凝聚在一起時才能發(fā)揮出的巨大潛能。雖然我們這次課程實際也許花去的時間比別人稍多，但我相信我們的收獲一定更多。 2.任務(wù)分配 本人負責(zé)課程設(shè)計報告錯誤檢查，資料的收集與整理，完成元器件的選型和明細表，在調(diào)試的時候輔助接線等。 八、參 考 文 獻 1 齊占慶，王振臣等，機床電器控制技術(shù)第四版，機械工業(yè)出版社，2011年 2 李勝多，張還等，可編程控制器原理與應(yīng)用實例，中國電力出版社，2010年 3 吳曉君主編，電氣控制課程設(shè)計指導(dǎo)，中國建筑工業(yè)出版社，2010年 附錄1：自動門PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序 附錄2：自動門PLC控制系統(tǒng)設(shè)計主要原器件明細表 序號 名稱 數(shù)量 型號 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/ 共14頁