基于PLC的自动门控制系统

课程设计报告题目：基于PLC的自动门控制系统设计学生姓名：学生学号：系别：电气信息工程学院专业：电气工程及其自动化届别：2015届指导教师：电气信息工程学院制2014年3月成绩淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告基于PLC的自动门控制系统设计学生：指导老师：电气信息工程学院电气工程及其自动化专业1课程设计的任务与要求1.1课程设计的任务本设计是基于可编程控制器（PLC）的自动门控制系统的设计，其主要任务就是充分运用所学的可编程控制器（PLC）的基本理论知识，学会应用可编程控制器（PLC）的编程思想，掌握可编程控制器（PLC）的编程语言。通过了解自动门的基本理论，利用可编程控制器（PLC）编程相关控制程序来控制自动门的开与关。1.2课程设计的要求本设计主要是对门的自动开、关控制而论。自动门控制装置系统由检测元件光电传感器、继电器、可编程序控制器（PLC）、电动机组成。它主要是利用热释电人体光电传感器检测，有无人到门口的信号，再把检测到的信号送入可编程序控制器（PLC）中，由可编程序控制器来对信号的处理，处理的最后结果用继电器输出，从而达到控制直流电动机的转动。又由直流电动机带动门的开、关。当直流电动机正转时，门自动打开；当直流电动机反转时，门自动关闭。2基于PLC的自动门设计方案制定2.1设计的原理经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。要实现自动控制首先要具备一下功能部件：微波检测开关，限位开关，超载要实现电机正保护开关。先确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转—开门，电机反转—关门。首先按下启动按钮，当传感器检测到小车通过的信号时，开关上有电流通过，（光电检测开关是脉冲触发需对其自锁）所以线圈上有电流通过，电动机正传，带动自动门执行开门过程。当门完全打开之后，使开门限位开关由闭合到断开，此时自动门停止，延时8秒。若此时感应器重新检测到有小车信号时，则在重新进行8秒延时。淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告当8秒的延时完毕后，电动机反转执行关门过程。在关门过程中，传感器重新检测到小车信号时，此时中断关门转向开门过程。考虑到自动门若出现故障或维修的时候，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开门和手动关门。2.2设计的技术方案2.2.1方案的提出方案一：基于PLC的自动门控制系统基于PLC的自动门控制系统组成如下图：图1总体设计结构图由上图可知，当小车行驶到自动门前时，感应器件会检测到小车的信号，并且将信号传给PLC，PLC根据已经采集的信号发出控制信号，是驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行。方案二：基于单片机的自动门控制系统基于单片机的自动门控制系统组成如下图：淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告本系统主要由单片机及其外围电路、红外检测电路、直流电机控制电路等组成。正常工作时,单片机循环检测红外检测电路输出信号，据此产生直流电机控制信号，电动机带动门运行，当系统检测到控制方式发生改变时，系统进入相应式。如门在的控制方关门过程中遇到人或其他障碍物时门无条件朝相反方向打开。2.2.2方案的比较单片机控制：优点，经济实惠，成本相对较低；缺点，用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长。一个采用单片机制作的主控板不经过很长时间的实际验证很难形成一个真正的产品。PLC控制：优点：PLC是经过几十年实际应用中检验过的控制器，其抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短。缺点：成本相对单片机要高。2.2.3方案论证在实际电路设计中，需要先通过仿真软件测试电路以及编译的程序，检查外围电路设计是否合理，软件编译是否正确，以及软件和硬件电路能否正常配合工作，能否准确的实现所设计的功能。如果测试通过，电路仿真没有问题能完全实现功能的话就可以实际的做板子的焊接工作了。在老师的指导下我选择了常用的PLC“FX-TRN-BEG-C”仿真软件进行仿真。2.2.4方案选择考虑到PLC的优点、器件的熟悉程度和应用泛围，我们选择了我们所熟悉的PLC来完成此次设计。3基于PLC的自动门设计方案实施3.1单元模块功能及电路设计控制顺序单元：自动门控制顺序功能图如图2。淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告M0M1M2M3Y000T0Y001M8002X7X1+X2X3T0X4X1+X2图2自动门控制顺序功能外部接线单元：自动门控制PLC外部接线图如3图3自动门控制PLC外部接线图继电器接触控制单元：继电器接触控制如图4所示淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告图4继电器接触控制图3.2电路参数计算及元器件选择3.2.1电路参数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加10%到20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入12点，输出12点。3.2.2PLC机型的选择PLC按结构分为整体型和模块两类型型，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/0点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/0卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配置系统控制的I/0点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出比较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。点当数增加到一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对PLC选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选用整体型PLC。3.3系统整体电路图图5系统整体电路图4基于PLC的自动门设计的仿真实现4.1仿真软件介绍PLC是“ProgrammableLogicController（可编程序逻辑控制器）”的英文缩写，是采用微电脑技术制造的自动控制设备。它以顺序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。与传统的继电器控制相比，PLC控制具有控制速度快、可靠性高、灵活性强、硬件接线简单、改变工艺方便等优点。FX系列PLC可用“FX-TRN-BEG-C”仿真软件，进行仿真运行。该软件既能够编制梯形图程序，也能够将梯形图程序转换成指令语句表程序，模拟写出到PLC主机，并模拟仿真PLC控制现场机械设备运行。使用“FX-TRN-BEG-C”仿真软件，须将显示器象素调整为1024*768，如果显示器象素较低，则无法运行该软件。淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告编程仿真界面的上半部分为仿真界面，下半部分为编程和显示操作界面。编程仿真界面的上半部分，左起依次为远程控制画面、培训辅导画面和现场工艺仿真画面。点击远程控制画面的教师图像，可关闭或打开培训辅导画面。仿真界面“编辑”菜单下的I/O清单选项，显示该练习项目的现场工艺过程和工艺条件的I/O配置说明。对每个练习项目的I/O配置说明，需仔细阅读，正确运用。编程仿真界面的下半部分左侧为编程界面，编程界面上方为操作菜单，其中“工程”菜单，相当于其他应用程序的“文件”菜单。只有在编程状态下，才能使用“工程”菜单进行打开、保存等操作。编程界面两侧的垂直线是左右母线，之间为编程区。编程区中的光标，可用鼠标左键单击移动，也可用键盘的四个方向键移动。光标所在位置，是放置、删除元件等操作的位置。仿真运行时，梯形图上不论触点和线圈，蓝色表示该元件接通。受软件反应灵敏度所限，为保证可靠动作，对各元件的驱动时间应不小于0.5s。编程仿真界面的下半部分右侧依次为I/O状态显示画面、模拟灯光显示画面和模拟开关操作画面。I/O状态显示画面，用灯光显示一个48个I/O点的PLC主机的某个输入或输出继电器是否接通吸合。模拟灯光显示画面，其模拟电灯已经连接到标示的PLC输出点。模拟开关操作画面，其模拟开关已经连接到标示的PLC输入点，PB为自复位式点动常开按钮，SW为自锁式转换开关，面板的“OFFON”系指其常开触点分断或接通。点按“梯形图编辑”进入编程状态，该软件只能利用梯形图编程，并通过点按界面左下角“转换程序”按钮或F4热键，将梯形图转换成语句表，以便写入模拟的PLC主机。但是该软件不能用语句表编程，也不能显示语句表。4.2自动门的设计仿真实现在FXTRN-BEG-C中写出本设计程序，通过FXTRN-BEG-C的仿真功能，可以得到与要求相符的结果。淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告（1）当小车静止时，按住车前进按钮，小车会自动前进，待小车到自动门口时松开按钮，小车停止。如图8所示。图8车前进到自动门口（2）小车在自动门口时，按住门上升按钮，自动门会自动上升。如图9所示。图9自动门上升淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告（3）自动门上升后，按住车前进按钮，使得小车顺利通过自动门。如图10所示。图10自动门打开后小车继续前进（4）当小车通过自动门时，按住门下降按钮，自动门下降直至关闭。如图11所示。图11自动门关闭淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告5自动门控制梯形图程序设计自动门控制梯形图如图12。图12自动门控制梯形图6系统调试与分析1．首先按下启动按钮使x007闭合，当外检测开关或内检测开关有信号时x001或x002闭合。由于开门限位开关x003是长闭的，所以y000线圈通电，由原理分析可知光电检测开关的触发方式是脉冲触发所以需要自锁。当y000线圈通电时y000闭合，此时电动机正转带动自动门扇移动，执行开门过程。2．当门扇完全打开时，使开门限位开关x003打开，y000线圈断电.电动机停止转动。3．当门扇停止移动时，由于开门限位开关的长闭变成长开，故使长开闭合。进行8秒的延时，若此时外检测开关或内检测开关x001或x002有信号，则使T0重新延时。4．当8秒的延时完毕后T0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使y001通电并自锁，电机反转执行关门过程。5．在关门过程中，若外检测开关或内检测开关x001,x002有信号又使y000通电，由于在关门过程中y000长闭，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。淮南师范学院电气信息工程学院2015届电气工程及其自动化专业课程设计报告7总结及体会本文研究了基于plc的自动门控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计。不仅在理论上论证了该系统实施的可行性，而且在实验中进行了模拟调试。虽说调试后本系统的整体设计能够达到实际要求，但在实际应用中还应结合实际情况，考虑各部分的容量及其技术参数，供电电源的设计、系统接地问题、电缆设计与铺设、plc输出端保护等问题，已使系统达到安全可靠的工作，所以要想交付用户使用，必须得通过现场调试。这就又给我们提出了更高层次的问题，毕竟一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成的它需要不断的完善和发展，需要我们做大量的工作和时间的检验。现在的系统还没有达到真正的智能化，还需要正增加很多新的功能和先进的科学技术，才能达到真正意义上的智能化控制。8参考文献[1]邓则名，程良伦等编.电器与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社，1997.1[2]林小峰编.可编程序控制器及应用[M].北京:高等教育出社，1991[3]方承远编.工厂电气控制技术.